Ученые ТюмГУ изучают растения, которые могут быть использованы в качестве аксессорных видов на карбоновом полигоне

Сегодня «Опытный полигон для изучения генетического разнообразия культурных растений» ТюмГУ на биостанции «Озеро Кучак» становится ещё и площадкой для подбора видов и сортов растений, обеспечивающих высокий секвестрационный потенциал. Накануне открытия Тюменского карбонового полигона доктор сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры Института биологии ТюмГУ Нина Анатольевна Боме и доцент кафедры, кандидат биологических наук Наталья Николаевна Колоколова рассказали нам о работе своей исследовательской группы.

Ученые ТюмГУ изучают растения, которые могут быть использованы в качестве аксессорных видов на карбоновом полигоне
Ученые ТюмГУ изучают растения, которые могут быть использованы в качестве аксессорных видов на карбоновом полигоне

Актуальность полигона

По словам ученых, создание полевой лаборатории было начато в 2006 году (16 лет назад) на мало используемом участке с остатками строительного мусора. И сегодня сантиметр за сантиметром продолжается освоение территории и окультуривание почвы. Начальные исследования проводились совместно с Всероссийским институтом генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова в рамках Тюменского опорного пункта. Образцы из мировой коллекции этого института и сегодня используются для отбора наиболее адаптивного исходного материала для создания форм с новыми и, возможно, уникальными признаками.  

Климатические изменения, связанные с потеплением и непредсказуемостью условий окружающей среды (засухи, периоды избыточного увлажнения, засоление почв и др.) требуют новых подходов к видовому и сортовому составу растений. Поэтому главная цель полевой лаборатории – собрать как можно больше генетического разнообразия растений, чтобы понять, насколько это пригодно для наших условий и, конечно, наряду с традиционными культурами, попытаться найти и внести в исследовательскую программу виды, которые в местных условиях ещё не выращивают.

Полевые исследования ученые рассматривают как логическое продолжение лабораторных экспериментов, проводимых в течение зимы в моделируемых условиях. Диагностика состояния растений в естественных условиях позволяет объективно отобрать формы, устойчивые к факторам, лимитирующим рост и развитие.

На сегодня генетическое разнообразие на экспериментальном участке представлено более 700 опытными вариантами, проходящими всестороннюю оценку по комплексу признаков. Мы познакомились с некоторыми культурами из этого биоразнообразия.

Культуры комплексного назначения

IMG_7543.JPGУченые показывают цветущие растения, высотой около двух метров – нуга абиссинская родом из Эфиопии. Относительно быстрый рост, высокая засухоустойчивость, благодаря хорошо развитой корневой системе, позволяют использовать культуру как сидерат. Но кроме мульчирования биомассы для улучшения плодородия почвы, можно получить семена с содержанием масла до 40% и выше; нуг хороший медонос, а семена – лакомство для различных птиц, в том числе и для попугаев. В некоторых публикациях нуг абиссинский рассматривают как альтернативу традиционному подсолнечнику, но ученые склонны думать, что это, скорее, дополнение. Первое знакомство тюменских ученых с культурой состоялось благодаря партнерским отношениям с Всероссийским НИИ рапса (г. Липецк), где был создан сорт Липчанин.

Соя, горох, вика – мощные фиксаторы азота и одновременно источники ценного растительного сырья.

Введение в полевой севооборот сои позволит сэкономить минеральные азотные удобрения, производство которых – одно из наиболее энергоемких, а также увеличить разнообразие сельскохозяйственных ландшафтов. Показано, что растения сои нуждаются в специфических клубеньковых бактериях для биологической азотфиксации. При отсутствии бактерий в почве нужна предпосевная обработка семян отселектированными штаммами Bradyrhizobium japonicum, которые ученые получают из Санкт-Петербурга из Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии

Горчица отличается быстрым ростом как при летнем, так и осеннем посеве, богата глюкозинолатами, при попадании которых в почву образуются соединения, подавляющие патогены и отпугивающие вредителей. Эти свойства позволяют предположить, что использование культуры в качестве почвопокровной может снизить пестицидную нагрузку на почву.

Впервые, в условиях Тюменской области проходят испытание образцы сафлора красильного (американский шафран). Несмотря на крайне сложные условия вегетационного периода 2021 года (недостаток влаги, аномально высокие температуры воздуха и почвы), растения сафлора по происхождению из Эфиопии и Афганистана на тюменской земле сформировали красивые оранжевые, красные и желтые соцветия; на части растений уже образовались плоды. И хотя соцветия сафлора напоминают чертополох, он по-своему декоративен и может найти применение в ландшафтном дизайне. Сафлор используют как лекарственное растение, излечивающее сердечно-сосудистые заболевания, из лепестков готовят чай, цветки – натуральные растительные красильные пигменты (особенно хороши для покраски шелка). Масло по своим свойствам не уступает подсолнечному, и даже превосходит его по ряду характеристик, используется в пищевой промышленности и косметологии. По литературным данным при включении в рацион сафлорового масла, из организма выводится холестерин, повышается сопротивляемость организма к вирусным и хроническим заболеваниям. Для объективных выводов и научно-обоснованных рекомендаций после созревания семян будет проведен их биохимический анализ.

По мнению исследователей, разнообразие масел может быть увеличено за счет культивирования рапса, сурепицы, рыжика, амаранта и льна масличного, которые также продемонстрировали неплохие адаптивные свойства к факторам окружающей среды.

Как повысить биологический потенциал выращиваемых монокультур? Попытка решения этой задачи представлена посевом многокомпонентной смеси, включающей шесть видов растений. Получился привлекательный кормовой набор для животных и одновременно прекрасный вариант для карбонового полигона, обеспечивающий максимально густое покрытие почвы, включающий растения с высокой фотосинтетической активностью и сохраняющие углерод в почве.

Многолетними исследованиями доказана перспектива широкого использования льна-долгунца в Сибири. Эту культуру не случайно считают забытой. В период 1930-1960 гг. в Тюменской области были открыты и действовали девять льнозаводов по переработке сырья и две льностанции. Сеяли и перерабатывали лен в Аромашевском, Викуловском, Казанском, Омутинском, Тобольском, Тюменском, Ялуторовском, Ярковском районах. Затем наступил спад. Сегодня лен выращивается эпизодически и не всегда удачно, что связано с отсутствием сортов с необходимыми признаками и свойствами. Некоторые коллекционные образцы и созданные на их основе селекционные линии вполне приспособлены к местным условиям выращивания, это подтверждено их экологическим испытанием в двух агроклиматических зонах Тюменской области.

На небольшом участке полигона – 15 сортов картофеля, экстремальные условия позволяют отобрать самые лучшие. Знакомимся с бататом – овощной и кормовой культурой, которая в перспективе может занять определенное место в линейке почвопокровных растений. Батат называют «сладким картофелем», хотя с настоящим картофелем (Solanum tuberosum) он состоит в очень отдалённом родстве. Обращаем внимание на лианы растения, которые плотно закрывают почву, существенно снижают испарение влаги, что особенно важно в условиях водного стресса. Планируется дальнейшее исследование батата, как одного из компонентов моделируемых смесей растений.

IMG_7529.JPGЭкстремальность погодных факторов неблагоприятно воздействует на рост и развитие зерновых культур. Ученые показывают делянки с мутантными формами ячменя и яровой пшеницы. Это вполне успешный результат совместной работы сотруднков Института биологии ТюмГУ, Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Впервые на этих культурах изучен биологический эффект химического мутагена фосфемида. Лучшие из индуцированных мутаций проходят оценку в условиях Московской области (Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства).

Сегодня опытные варианты озимых зерновых культур убраны, и их место заняли различные покровные культуры, размеры колосьев пшеницы, ржи, тритикале впечатляют и свидетельствуют о явном преимуществе над яровыми.

Определение качественных характеристик зерна сортов яровой мягкой пшеницы, выращенных в различных агроэкологических условиях, выполняется в партнерстве с Научно-производственным центром зернового хозяйства имени А.И. Бараева (Казахстан). Хорошо видны различия между чередующимися сортами российской и казахстанской селекции по целому ряду признаков. Технологический анализ зерна и муки после уборки урожая позволит выявить связь компонентного состава запасных белков (глиадина и глютенина) с показателями качества. «Уже получены очень интересные данные, исходя из которых мы убедились, что тюменские сорта неплохо адаптируются к условиям Казахстана и дают вполне хороший результат по хлебопекарным свойствам муки», – рассказывает Нина Анатольевна.

В коллекции овса большинство образцов почти созрели, и только четыре явно отличаются по широким зеленым листьям (напоминающие листья осоки), высоким прочным стеблям. Их в течение длительного времени отбирали из образцов по происхождению из Туниса и Болгарии для фиторемедиации (как объект для восстановления нарушенных ландшафтов). Интересно то, что один из этих образцов мы уже видели в многокомпонентной смеси. Ученые акцентируют относительно быстрый рост овса, устойчивость к болезням и вредителям.

Лекарственные виды

Наталья Николаевна знакомит нас с видовым составом лекарственных растений. Несмотря на засушливое лето, удалось сохранить 30 видов растений. Это хорошо знакомые всем растения: зверобой продырявленный, чистотел большой, душица обыкновенная, валериана лекарственная, пижма обыкновенная, пустырник волосистый, купена лекарственная, левзея сафлоровидная, таволга вязолистная, зопник клубненосный, календула лекарственная и др. Впервые введены в культуру лекарственные растения из Алтая – астрагал перепончатый, сапожниковия растопыренная, анемаррена асфаделовая. Цель коллекции – не только поддержание биоразнообразия, но и разработка биотехнологических подходов введения лекарственных растений в культуру, что связано тем, что в природе на сегодня растительные ресурсы истощаются. Огромный двухметровый куст (в менее засушливые годы вырастает до трех) – крапива коноплянолистная, намного более жгучая, чем обычная крапива; рядом – 15 сортов люцерны – тоже с перспективой выхода её на карбоновый полигон. У люцерны большая вегетативная масса, активная азотфиксация – посевы могут сохранять жизнеспособность, в зависимости от ухода, 7-10 лет, на не самой плодородной супесчаной почве они чувствуют себя не плохо.

И ещё…

…Есть на полигоне участки, которые находятся в стадии окультуривания. На начальных этапах на них выращивают картофель, некоторые овощные культуры, для того чтобы очистить почву от сорняков, провести анализ агрофизических и химических свойств и затем использовать для новых научных опытов.

Мы проходим мимо зеленой стены винограда, понимаем, насколько хорош биологический потенциал сортов сибирской селекции, которые без укрытия в зимнийIMG_7531.JPG период, плодоносят и уже созревают. Рационально используют здесь старые компосты, на них хорошо растут кабачки и тыквы. В прошлом году реконструированы две летние теплицы. У входа на полигон посетителей встречает цветник из георгин.

Не только вырастить

Экспериментальный участок на биостанции Тюменского государственного университета «Озеро Кучак» можно рассматривать как природный полигон для изучения экологической пластичности различных полевых культур и отбора форм с высоким адаптивным потенциалом. С конца апреля ученые Института биологии – преподаватели Нина Боме, Наталья Колоколова, научный сотрудник кандидат сельскохозяйственных наук Константин Королев , аспиранты Салех Самуэл (Сирия), Михаил Токарев, Алексей Мартынов, магистрант Асель Сабинова, студенты Юлия Илюхина, Валерия Мишечкина – проводят регулярные наблюдения за ростом и развитием растений с учетом воздействия на растения метеорологических факторов.

Источник:

Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ

 

 

 

Рубрики:
Меню