Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-генетическая оценка накопления радионуклидов сортами овощных культур

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-генетическая оценка накопления радионуклидов сортами овощных культур"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Ф. СКОРИНЫ»

УДК 635:581.5 (043)+575.1

Крук Андрей Викторович

ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ СОРТАМИ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР

03.00.16-Экология 03.00.15 - Генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Гомель - 2004

Работа выполнена на базе учреждения образования "Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины"

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор,

член-корр. HAH Б, Кильчевский A.B., БГСХА, кафедра сельскохозяйственной биотехнологии и экологии; доктор биологических наук, профессор, член-корр. HAH Б, Гончаренко Г.Г., УО "ГГУ им. Ф. Скорины", кафедра зоологии и охраны природы

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Дромашко С.Е. ГНУ «Институт генетики и цитологии» HAH Беларуси, отдел научной информации и информатики

кандидат биологических наук, доцент Дайнеко Н.М., УО «ГГУ им. Ф. Скорины», кафедра ботаники и физиологии растений

Оппонирующая организация: ГНУ «Центральный ботанический сад»

HAH Беларуси

с*")

Защита состоится «7^» июня 2004 г. в 'часов на заседании Совета по защите диссертаций К02.12.05 при учреждении образования "Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины" по адресу 246699 г. Гомель, ул. Советская, 104. Тел.:+375-0232-56-75-61

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГГУ им. Ф. Скорины

Автореферат разослан «//*» мая 2004 г.

Учёный секретарь Совета по защите диссертаций кандидат биологических наук

О.М. Храмченкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации

Овощные культуры являются одним из важнейших продуктов питания человека. По содержанию углеводов, витаминов, белков, минеральных солей, и других соединений овощи превосходят ряд пищевых продуктов. После аварии на ЧАЭС в Республике Беларусь особенно остро встала проблема получения экологически безопасных продуктов питания. В связи с Чернобыльской катастрофой около 2 млн. чел. проживает на территориях с плотностью загрязнения радиодезием свыше 1 Ки/км2, в пищевой рацион которых овощи поступают в основном из личных приусадебных участков. Для снижения суммарных дозовых нагрузок на человека необходимо разработать систему земледелия, гарантирующую получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на загрязненной радионуклидами территории. Исследователями установлено, что накопление радионуклидов сельскохозяйственными растениями зависит от многих факторов: биологические особенности растений, почвенные характеристики, технология возделывания и др. Так, в ряде исследований (Анненков, Юдинцева, 1991; Пристер и др., 1991; Алексахин и др., 1992; В.И. Парфенов, Б.И. Якушев, Б.С. Мартинович и др., 1995; Д.А. Криволоцкий, Ф.А. Тихомиров и др., 1988) выявлена видовая и сортовая специфика растений по способности накапливать радиоактивные элементы, вполне достаточная, чтобы проводить отбор генотипов, характеризующихся минимальным накоплением радионуклидов. Подбор и создание экологически стабильных высокоурожайных сортов с минимальным накоплением радиоактивных элементов позволит без дополнительных затрат сократить их поступление с пищей в организм человека.

В связи с вышеизложенным представляется актуальным проведение исследований, направленных на снижение поступления радионуклидов в овощные культуры путем подбора или создания сортов с минимальным накоплением. Для решения данной задачи следует оценить сортовые особенности миграции радионуклидов в овощные растения. Особого внимания заслуживают селекционно-генетические методы реализации потенциала устойчивости растений к воздействию загрязненной ксенобиотиками среды.

Связь работы с крупными научными программами, темами Представленные в диссертации научные результаты в основном получены в рамках научно-исследовательской темы кафедры зоологии и охраны природы ГГУ им. Ф. Скорины «Изучение экосистем в условиях низкого уровня радиоактивного загрязнения и использование интегрированных методов защиты растений для получения экологически чистой продукции» (ГБ-96-23Ф1) и частично в рамках Белорусско-Российского проекта «Анализ состояния и рациональное использование генетических ресурсов природных популяций»

(№Б99Р-143).

Цель и задачи исследования

Целью работы являлась оценка эколого-генетических параметров сортов овощных культур по урожайности и накоплению радионуклидов для подбора и создания высокоурожайных сортов, обеспечивающих стабильное получение экологически безопасной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Задачи исследования:

1. выявление наследственно обусловленных видовых и сортовых различий по накоплению радионуклидов у овощных культур (томаты, капуста, морковь, лук);

2. изучение корреляционных связей между накоплением радионуклидов и комплексом морфобиологических признаков;

3. оценка среды как фона для отбора генотинов овощных культур по признакам урожайности и накопления радионуклидов;

4. анализ селекционной ценности и экологической стабильности сортов овощных культур по урожайности и накоплению радионуклидов;

5. дискриминантный анализ почвенных характеристик для прогноза накоп-

137

ления Сб овощными культурами.

Объект исследования: овощные культуры (томаты, капуста, морковь, лук, свекла), возделываемые на загрязненных радионуклидами территориях. Гипотеза

Существует наследственно обусловленная межвидовая и внутривидовая изменчивость по накоплению радионуклидов в продуктивных органах овощных растений. Оценка эколого-генетических параметров сортов позволит проводить их отбор для получения экологически безопасной продукции на территориях, загрязненных радионуклидами.

В процессе исследований первоначальная гипотеза подтвердилась. Научная новизна и значимость полученных результатов Впервые дана комплексная оценка эколого-генетических параметров сортов овощных культур по накоплению радионуклидов.

Выявлены межвидовые различия по накоплению радионуклидов овощными культурами (томаты, капуста, морковь, лук), достигающие для 137Сб - 2,3 раза: для 908г - 21 раз. Установлены межсортовые различия по накоплению '"Сб (до 3,3 раза) и 908г (до 2,6 раза).

Подобраны для возделывания в Республике Беларусь сорта овощных культур с минимальным накоплением '"Сэ: томаты - Спринт, капуста - Белорусская 85 и Амагер 611, морковь - Нантская 4 . Выявлены сорта, в меньших количествах накапливающие 905г: томаты - Спринт и Ружа, капуста - Грибов-ский 147, морковь - Нантская 4 и Витаминная 6, лук - Ветразь, Янтарный,

Крывицкий ружовый, Сквирский.

Впервые у изученных культур установлены связи между накоплением радионуклидов и морфобиологическими признаками: средние и сильные прямые связи с длиной вегетационного периода, положительные связи средней и сильной степени с признаками урожайности у томатов и лука, отрицательные - с параметрами урожайности у капусты и моркови.

Впервые выделены сорта овощных культур, совмещающие высокую урожайность, экологическую стабильность и низкое накопление радионуклидов.

Разработаны модели по оценке накопления 137Сб овощными культурами в зависимости от комплекса почвенных характеристик

Практическая значимость полученных результатов Практическая значимость заключается в отборе экологически стабильных, урожайных сортов овощных культур с минимальным накоплением '"Се (капуста - Белорусская 85, морковь - Нантская 4) и 908г (томаты - Спринт, лук -Крывицкий ружовый) , что позволит снизить дозовые нагрузки внутреннего облучения на человека и получать экологически безопасную продукцию сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях.

Результаты работы используются в учебном процессе УО «ГГУ им. Ф. Скорины» для повышения уровня подготовки студентов в области экологии и генетики, а также внедрены в хозяйствах «Стреличево» и «Судково» Хойник-ского района Гомельской области с целью получения экологически безопасной овощной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Наследственно обусловленные видовые и сортовые различия в накоплении радионуклидов в продуктивных органах овощных культур (томаты, капуста, морковь, лук).

2. Превышение коэффициента накопления (Кн) 903г для овощных культур по сравнению с Кн шСз.

3. Зависимость перехода шСз и 905г в изученные культуры от сортовой специфики (скороспелости, урожайности, габитуса).

4. Рекомендуемые сорта овощных культур, сочетающие высокую урожайность и стабильное незначительное накопление радионуклидов для возделывания в условиях радиоактивного загрязнения территорий.

5. Зависимость накопления |37Сз овощными культурами от комплекса почвенных характеристик.

Личный вклад соискателя

Работа выполнялась в 1996-2002 гг. на базе лабораторий биологического факультета Учреждения образования «Гомельский государственный университет имени Ф. Скорины» и частично, лабораторий кафедры сельскохозяйст-

венной биотехнологии и экологии БГСХА.

Соискатель самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, статистическую обработку полученных данных, теоретическое обобщение результатов, участвовал в разработке программы и методики исследований, написании статей и тезисов докладов.

За помощь в обработке результатов автор выражает искреннюю благодарность докторанту кафедры ботаники и физиологии растений БГСХА Мельни-чуку А.Д. и заведующему лабораторией растениеводства НИИР МЧС РБ Тимофееву С.Ф.

Апробация результатов

Основные материалы диссертации доложены и представлены: на VII съезде БОГиС (Горки, 1997); I научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь и экологические проблемы современности» (Гомель, 1997); I Международной научно-практической конференции «Экология и молодежь» (Гомель, 1998); Международной научно-практической конференции «Сельскохозяйственная деятельность в условиях радиоактивного загрязнения» (Горки, 1998); Международной научно-практической конференции «Проблемы экологического образования в постчернобыльских условиях» (Мозырь, 1998); Международном конгрессе «Genetics and breeding for crop guality and resistance» (Viterbo, Italy, 1998); IV Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий» (Гомель, 2002); V Международной научно-практической конференции "Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий"(Гомель, 2003 ); Международной конференции ведущих специалистов, молодых ученых и студентов «Сахаровские чтения 2003 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2003).

Опубликованность результатов

По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 12 статей в журналах и сборниках научных трудов, 9 материалов и тезисов докладов конференций.

Структура н объем диссертации

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, семи глав, заключения и приложений. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, включает 9 иллюстраций, 52 таблицы, 5 приложений. Список литературы включает 195 литературных источников, в том числе 21 иностранный.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевой эксперимент по изучению видовой и сортовой специфики накоп-

ления радионуклидов овощными культурами (томаты, капуста, морковь, лук) проводился на опытном участке в зоне отселения (д.Савичи Брагинского района Гомельской области) с плотностью загрязнения 137Cs 10 Ки/км2, 90Sr - 1 Ки/км2.Изучались хозяйственно-ценные и морфологические признаки овощных культур. Агрохимия возделывания культур общепринятая.

В лабораторных условиях изучались особенности накопления 137Cs и 90Sr овощными культурами. Содержание mCs определялось на спектрометрах ADCAM - 300, NOKIA LP - 4900. Радиохимическое выделение 90Sr проводилось по стандартной методике с радиохимическим окончанием на альфа -бета счетчике Canberra - 2404.

Связь морфологических и хозяйственно-ценных признаков с интенсивностью накопления радионуклидов в овощных культурах изучалась методом корреляционного анализа. Для установления существенности вкладов генотипов, сред и взаимодействия между ними в фенотипическую изменчивость популяций использовали двухфакторный дисперсионный анализ. Параметры адаптивной способности и экологической стабильности генотипов, среды как фона для отбора оценивали по методике A.B. Кильчевского, JI.B. Хотылевой (1985), A.B. Кильчевского (1986).

Оценка влияния комплекса почвенных характеристик на уровень накопления 137Cs овощными культурами (капуста, морковь, свекла) проводилась с помощью дискриминантного анализа. Для расчетов использовались данные по агрохимическим и радиологическим показателям почвы, содержанию 137Cs в овощной продукции, любезно предоставленные Гомельской областной про-ектно-изыскательской станцией химизации сельского хозяйства и Гомельским областным центром гигиены и эпидемиологии. Предварительный анализ данных и дискриминантный анализ были выполнены с использованием пакета программ Statistica 5.0 .

ОЦЕНКА МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИХ И ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫХ

ПРИЗНАКОВ СОРТОВ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР Накопление радионуклидов в продуктивных органах в значительной степени зависит от биологических особенностей овощных культур (габитуса растений, длины вегетационного периода, урожайности и др.). В связи с этим нами были проанализированы морфобиологические и хозяйственно-ценные признаки четырех овощных культур (томаты, капуста, морковь, лук).

В результате проведенных исследований выделены сорта, отличающиеся наибольшей скороспелостью: томаты - Спринт, капуста - Грибовский 147, морковь - Нантская 4 и лук - Ветразь .

Установлены сортообразцы, имеющие наибольшую массу продуктивного органа: для томатов - Доходный, капусты - Белорусская 85, моркови - Нантская 4 и лука - Штутгартен ризен.

Сопоставление полученных данных по основным признакам урожайности овощных культур показало, что в условиях Гомельской области более высокий урожай овощей можно получать, возделывая сорта томатов - Калинка и Пера-мога 165, капусты - Белорусская 85 и Амагер 611, моркови - Нантская 4, лука - Штутгартен ризен.

ВИДОВЫЕ И СОРТОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ДОЗООБРАЗУЮЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ 137Св И 908г ОВОЩНЫМИ КУЛЬТУРАМИ Подбор сортов овощных культур, характеризующихся незначительным накоплением радионуклидов является эффективным, не требующим дополнительных затрат способом снижения содержания радиоактивных элементов в продуктах питания. Для успешного применения данного подхода необходимо оценить особенности накопления основных дозообразующих радионуклидов '"Се и 90Бг в сортах овощных культур, возделываемых в Беларуси.

В связи с вышесказанным нами были изучены особенности накопления шСв и 905г в сортах томатов, капусты, моркови и лука (рис. 1-4).

0,045

Рис. 1. Накопление радионуклидов в плодах томата, Кн

Рис. 2. Накопление радионуклидов в кочанах капусты, Кн

■ Сз-137 ЕЭг-ЭО

■ Сэ-137 О Эг-90

0,3 0,25 -0,2 0,15 0,1 0,05 О

Ж

о

3

о о

4

§2

н

сЗ

1=35:. й>

«и

X я

О а

НСэ-Ш ОЭг-ЭО

Рис. 3. Накопление радионуклидов в корнеплодах моркови, Кн

1,2 1

0,8 -0,6 0,4 0,2 0

ПСв-137 □ Эг-ЭО

е-

и

а

о. я

«3 и (- м г

«

3 в

3

§ § £ а

и

Рис. 4. Накопление радионуклидов в луковицах лука, Кн

В результате определены сорта, характеризующиеся минимальным накоплением 137Сз: томаты - Спринт, капуста - Белорусская 85 и Амагер 611, морковь - Нантская 4,Для лука межсортовые различия по накоплению 137Сз несущественны.

Определены также сорта, в меньших количествах накапливающие 908г: для томатов — Спринт и Ружа, капусты — Грибовский 147, моркови - Нантская 4 и Витаминная 6. У лука межсортовые различия по накоплению радиостронция незначительны, за исключением сорта Штутгартен ризен, отличающегося повышенным накоплением. Результаты опытов показывают, что Кн в хозяйственно-ценных органах овощных культур в 4-48 раз больше, чем Кн '"Се.

Наряду с изучением поступления радионуклидов в продуктивные органы было оценено накопление их в вегетативной части растений. Установлено, что в листьях изученных культур 137Сз накапливается в 1,3-4 раза больших количествах, чем в товарной части урожая. Накопление 908г в листьях в 1,2-50 раз превышает поступление данного радионуклида в хозяйственно-ценные орга-

ны овощных культур.

Результаты проведения исследований по изучению видовой специфики накопления радионуклидов овощными культурами представлены в таблице 1.

Таблица 1

Накопление '"Сэ и 908г овощными культурами

Культура Коэффициент накопления, Кн

8г

Томаты 0,0094 0,0295

Капуста 0,0144 0,1736

Морковь 0,0131 0,2148

Лук 0,0212 0,6238

НСР0.05 0,0034 0,0201

Установлено, что по увеличению поступления |37Сб в хозяйственно-ценные органы овощные культуры можно расположить в следующий ряд: томаты < морковь, капуста < лук. Приведенные данные показывают, что минимальное накопление 908г характерно для томатов (Кн 0,0295), максимальное -для лука (Кн 0,6238). Следовательно, по увеличению поступления 908г в хозяйственно-ценные органы овощные культуры можно расположить в следующий ряд: томаты < капуста < морковь < лук. При этом межвидовые различия в накоплении радиостронция изученными культурами достигают 21 раза, радиоцезия - 2,2 раза.

Содержание 137Сз в овощных культурах, выращенных на территории с плотностью загрязнения данным радиоизотопом 10 Ки/км2, колеблется от 7,0 до 40,7 Бк/кг, что не превышает РДУ. 908г у изученных культур накапливается в количествах от 3 до 177,9 Бк/кг, поэтому по данному радионуклиду необходимо проводить контроль овощной продукции даже при возделывании на территории с плотностью загрязнения 1 Ки/км2.

Среди изученных культур минимальным накоплением радионуклидов характеризуются томаты, максимальным - лук.

АНАЛИЗ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР

К настоящему времени изучено множество факторов, влияющих на поступление в растения радионуклидов. Большой экспериментальный материал получен по влиянию свойств почвы на накопление радионуклидов в урожае культур. Но интенсивность поглощения радиоактивных продуктов деления растениями в значительной степени зависит также от их биологических особенностей. Поэтому актуальным является изучение влияния продолжительности вегетационного периода, различий в продуктивности и других биологических особенностей растений на накопление радионуклидов. В связи с этим нами в течение двух лет проводилось изучение корреляционных зависимостей между 11 количественными признаками томатов, 13 - капусты, 11 - моркови и

11 - лука, в том числе накоплением 137Сз и 908г в хозяйственно-ценной части эастений и вегетативных органах (рис. 5,6).

Изучаемые признаки у томатов: 1 - "Содержание 137Сэ в плодах", 2 - "Содержание 137Сз в листьях", 3 - "Содержание в плодах", 4 - "Содержание ?08г в листьях", 5 - "Вегетационный период", 6 - "Высота растений", 7 -"Количество плодов на одном растении", 8 - "Масса плодов на одном растении", 9 - "Общая урожайность", 10 - "Товарная урожайность", 11 - "Масса товарного плода".

Изучаемые признаки у капусты: 1 - "Содержание |37Сз в кочанах", 2 -"Содержание |37Сз в листьях", 3 - "Содержание Бг в кочанах", 4 - "Содержание 90Бг в листьях", 5 - "Вегетационный период", 6 - "Диаметр розетки листьев", 7 - "Длина листа", 8 - "Ширина листа", 9 - "Высота наружной кочерыги", 10 - "Диаметр кочана", 11 - "Масса кочана", 12 - "Общая урожайность", 13 -"Товарная урожайность".

Капуста

1997

1998

Рис. 5 Сильные корреляционные связи между количественными признаками томата и капусты

_ - прямые связи .........обратные связи

Изучаемые признаки у моркови: 1 - "Содержание 137Сз в корнеплодах", 2 -

"Содержание шСв в листьях", 3 - "Содержание У1'8г в корнеплодах", 4 - "Со-

держание 908г в листьях", 5 - "Вегетационный период", 6 - "Высота растений", 7 -"Диаметр розетки листьев", 8 - "Форма корнеплода", 9 - "Масса корнеплода", 10 - "Общая урожайность", 11 - "Товарная урожайность".

Изучаемые признаки у лука: 1 - "Содержание 137Сз в луковицах", 2 - "Содержание 137Сб в листьях", 3 - "Содержание 908г в луковицах", 4 - "Содержание 908г в листьях", 5 - "Вегетационный период", 6 - "Количество листьев", 7 -"Длина листа", 8 - "Ширина листа", 9 - "Масса луковицы", 10 - "Общая урожайность", 11 - "Товарная урожайность".

1 I

1997 1998

Рис. 6 Сильные корреляционные связи между количественными признаками моркови и лука

_ - прямые связи -------- - обратные связи

У овощных культур установлены корреляционные зависимости между признаками урожайности. Для томатов накопление тСз в плодах связано средней и сильной прямой связью с вегетационным периодом, а 908г - средней и сильной прямой связью с высотой растений и признаками урожайности. Поступление радиоизотопа цезия в кочаны капусты имеет среднюю и сильную отрицательную связь с основными признаками урожайности. Накопление радиостронция положительно коррелирует у капусты с длиной вегетационного периода (сильная прямая связь) и признаком «высота наружной кочерыги»

(средняя прямая связь). У моркови содержание 137Сб и 908г в корнеплодах имеет сильные и средние положительные связи с длиной вегетационного периода и длиной листа, а отрицательно связано с товарной урожайностью (сильные связи). Для лука установлены следующие закономерности: накопление радионуклидов в луковицах связано прямой связью средней степени с длиной вегетационного периода. Поступление радиостронция в луковицы зависит от поступления данного радиоизотопа в листья и товарной урожайности (сильные прямые связи).

Следовательно, у изученных культур отмечаются общие зависимости между накоплением радионуклидов и некоторыми морфобиологическими признаками: средние и сильные прямые связи с длиной вегетационного периода, положительные связи средней и сильной степени с признаками урожайности у томатов и лука, отрицательные - с параметрами урожайности у капусты и моркови. У томатов и лука установлены слабые и средние отрицательные связи между накоплением 137Сз и 908г в продуктивных органах; у моркови связи между этими признаками являются средними и сильными положительными; у капусты зависимостей между накоплением данных радионуклидов не обнаружено.

Полученные в результате работы данные можно использовать для прогнозирования накопления радионуклидов овощами с учетом биологических особенностей культур, а также косвенного отбора генотипов с минимальным накоплением радионуклидов.

ОЦЕНКА СРЕДЫ КАК ФОНА ДЛЯ ОТБОРА, АДАПТИВНОЙ СПОСОБНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ГЕНОТИПОВ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР

В результате исследований была проведена комплексная оценка среды как фона для отбора сортообразцов изучаемых культур по признакам урожайности и накоплению радионуклидов. Параметры среды как фона для отбора овощных культур по признакам накопления радионуклидов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры среды как фона для отбора овощных культур по признакам накопления радионуклидов

Радио- Год

Культу- активный испыта- X 4 к Рк

ра элемент ния

1 2 3 4 5 6 7 8

ШС5 1996 15,27 1,00 49,33 0,96 0,48

1997 13,93 -0,33 45,22 0,99 0,45

Томаты 1998 13,60 -0,67 36,88 0.93 0,34

908г 1996 6,88 2,20 27,01 0,95 0,26

1997 3,63 -1,05 32,65 0,93 0,30

1998 3,53 -1,15 15,80 0,97 0,15

_Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 6 7 8

Капуста ,37Сз 1996 25,40 3,16 36,82 0,96 0,35

1997 25,20 2,96 53,06 0,96 0,51

1998 16,13 -6,11 31,79 0,86 0,27

908г 1996 28,27 0,71 31,97 0,98 0,31

1997 28,02 0,46 27,19 1,00 0,27

1998 26,40 -1,16 31,34 0,99 0,31

Морковь 137Сз 1996 22.47 2,20 45,58 0,93 0,43

1997 20,13 -0,13 43,66 0,95 0,42

1998 18,20 -2,07 26,34 0,97 0,26

908Г 1996 37,74 3,64 17,32 0,99 0,17

1997 32,55 -1,55 18,66 1,00 0,19

1998 32,00 -2,10 16,50 0,99 0,16

Лук шс5 1996 38,78 6,03 0,00 0,52 0,00

1997 31,33 -1,42 9,12 0,92 0,08

1998 28,13 -4,62 9,86 0,68 0,07

908г 1996 98,84 4,97 18,33 0,96 0,18

1997 100,56 6,69 43,76 0,98 0,43

1998 82,22 -11,65 11,21 0,78 0,09

Примечание: х - содержание радионуклидов в растениях, Бк/кг;

¿к- продуктивность среда; Рк - предсказующая способность среды; вл - дифференцирующая способность среды; и - типичность среды.

Оценка среды как фона для отбора овощных культур по признакам урожайности и накопления радионуклидов показала, что лучшими по предсказуемости результатов отбора на стабильную урожайность у томатов, капусты и моркови были условия 1998г. возделывания, в то время как для лука — 1997г. Относительно накопления 137Сз лучшими по предсказуемости результатов у томатов и моркови были условия 1996г., у капусты и лука - 1997г. Относительно накопления 908г лучшими по предсказуемости результатов у томатов, моркови и лука были условия 1997г., а для капусты- 1996 и 1998гг.

Не всегда лучшим для отбора высокоурожайных форм с минимальным накоплением радионуклидов является фон с максимальным проявлением признака. В ряде случаев лучшими для отбора фонами, в том числе и по накоплению радионуклидов, были фоны со средним или минимальным значением признака.

Одной из важнейших задач для получения высоких урожаев овощей при экологически безопасном качестве продукции является выделение генотипов возделываемых культур, обладающих экологической стабильностью по признакам урожайности и накопления радионуклидов в изменяющихся условиях окружающей среды. Наиболее полную информацию о норме реакции генотипов можно получить при сортоиспытании в течение ряда лет, что и было нами сделано у четырех овощных культур.

Анализ параметров адаптивной способности по признакам урожайности показал, что продуктивность и стабильность относительно независимы. В

группу высокопродуктивных могут входить как стабильные, так и нестабильные сорта, поэтому необходимо выделять генотипы, сочетающие в себе продуктивность и стабильность, т.е. имеющие высокую селекционную ценность генотипа (СЦГ).

Нами были определены сорта овощных культур, отличающиеся высокой селекционной ценностью генотипов по признакам урожайности. Для томатов -Калинка, капусты - Белорусская 85 и Амагер 611, моркови - Лосиноостровская 13, Витаминная 6 и Шантене, лука — Штутгартен ризен и Сквирский.

Таблица 3

Показатели адаптивной способности и стабильности генотипов овощных культур по признакам накопления радионуклидов

Культура Сорт Радиоактивный элемент X & Эр ь.

1 2 3 4 5 6 7

Томаты Спринт 1ЛСв 6,44 -7,82 27,88 -2,50

908г 3,69 -0,99 22,40 0,50

Перамога и7Сз 11,89 -2,38 14,31 2,29

6,72 2,04 35,40 1,25

Калинка 16,22 1,96 23,43 4,14

5,04 0,36 48,00 1,30

Доходный 1ИС5 23,33 9,07 0,00 1,14

'»Бг 4,26 -0,42 56,47 1,27

Ружа ,37Св 13,44 -0,82 2,53 -0,07

3,69 -0,99 32,16 0,67

Капуста N<>1 Грибовский 147 30,44 8,20 40,85 2,30

У08г 13,71 -13,85 3,08 1,41

Белорусская 85 9,22 -13,02 1,43 -0,01

^г 31,18 3,61 0,00 0,36

Русиновка ,па 24.89 2,64 24,11 0.87

30,02 2,46 0,00 1,22

Амагер 611 ,ЛС8 16,89 -5,36 21,63 0,80

26,98 -0,59 0,00 -0,17

Тгоркиз 137С5 29,78 7,53 20,58 1,04

35,93 8,37 6,99 2,18

Морковь Нантская 4 9,22 -11,04 0,00 0,12

27,46 -6,64 10,11 0,99

Лосиноостровская 13 '"С5 17,22 -3,04 19,88 -1,24

*°8г 32,80 -1,30 0,00 0,44

Витаминная 6 19,44 -0,82 23,41 1,79

29,50 -4,60 9,75 1,02

НИИОХ 336 27,44 7,18 11,10 1,44

38,80 4,70 10,49 1,37

Шантене 28,00 7,73 21,03 2,89

«Ъг 41,92 7,83 8,33 1,17

Лук Ветразь ,37С5 32,44 -0,30 16,79 1,02

908Г 68,52 -25,35 7,08 0,30

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4 5 6 7

Штутгартен ризен 32,11 -0,64 19,94 1,23

131,64 37,77 33,01 3,67

Янтарный |3'С5 36,63 3,88 6,22 0,57

89,52 -4,35 10,04 0,51

Крывицкий ружовый 137Сб 32,00 -0,75 24,78 1,49

87,27 -6,61 0,00 0,05

Сквирский 30,56 -2,19 13,80 0,69

92,41 -1,46 9,50 0,47

Примечание: х - содержание радионуклидов в растениях, Бк/кг;

Ь, - коэффициент регрессии генотипа на среду;

g¡- общая адаптивная способность;

вр - относительная стабильность генотипа.

Отобраны сорта, совмещающие высокую урожайность, экологическую стабильность и незначительное накопление шСб (капуста - Белорусская 85, морковь - Нантская 4) и 905г (томаты - Спринт, лук - Крывицкий ружовый), использование которых позволит снизить поступление радионуклидов в организм человека (таблица 3).

ДИСКРИМИНАНТНЫЙ АНАЛИЗ НАКОПЛЕНИЯ 137Сб ОВОЩНЫМИ КУЛЬТУРАМИ

Моделирование накопления 137Сз растениями овощных культур весьма актуально для получения экологической безопасной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению. Известно, что процесс накопления определяется многими факторами, среди которых основными являются содержание радиоцезия в почве, тип почвы, рН, содержание гумуса, обменного калия и фосфора и др. Долевой вклад каждого из этих факторов в процессе накопления определить затруднительно. Следует отметить, что эти факторы могут взаимодействовать между собой. Процессы, обусловленные сложным взаимодействием ряда факторов, желательно изучать методами многомерного статистического анализа (факторный, кластерный, дискриминантный анализы и др.). В связи с этим нами с помощью дискриминантного анализа были разработаны модели для предсказания уровня накопления 137Сб из почвы в растениях для трех культур: капусты, моркови и свеклы. Предсказание накопления

137

Се в растениях осуществлялось на основании следующих почвенных характеристик: содержание 137Св в почве (Бк/кг), гранулометрический состав почвы, рН, содержание гумуса, содержание обменного фосфора и калия (таблица 4).

Было установлено, что среди почвенных характеристик на процесс накопления радиоцезия овощными растениями в наибольшей степени влияет содержание цезия в почве. Среди других почвенных характеристик достоверное действие на накопление 137Сз у капусты оказывали гранулометрический состав и рН почвы, у свеклы — содержание фосфора в почве.

Таким образом, для анализа накопления радиоцезия овощными растения-

ми целесообразно использовать комплекс почвенных характеристик и методы многомерной статистики, в т.ч. дискриминантный анализ.

Таблица 4

137

Влияние комплекса почвенных характеристик на накопление Сб овощными растениями

Культура Характеристики почвы F-критерий (фактическое значение)

Капуста* Содержание '"Се в почве 418.78

Гранулометрический состав почвы 4.27

рН 4.22

Содержание гумуса 0.50

Содержание фосфора (Р) 0.70

Содержание калия (К) 0.48

Морковь** Содержание '"'Ся в почве 15.12

Гранулометрический состав почвы 0.13

РН 1.48

Содержание гумуса 0.69

Содержание фосфора (Р) 0.53

Содержание калия (К) 0.31

Свекла*** Содержание '^Сэ в почве 3.24

Гранулометрический состав почвы 1.54

РН 1.82

Содержание гумуса 0.03

Содержание фосфора (Р) 2.84

Содержание калия (К) 0.37

'/•'-критерий (критическое значение) = 2,11 '•^-критерий (критическое значение) = 2,14 ♦'^-критерий (критическое значение) = 2,15

Предложены модели прогнозирования накопления '"Сэ овощными культурами на основе комплекса почвенных характеристик при различном содержании радиоцезия в почве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Среди изученных культур (томаты, капуста, морковь и лук) минимальным накоплением радионуклидов характеризуются томаты, максимальным -лук. Межсортовые различия по накоплению 137Сз составили у томатов - 3,1; капусты - 3,3; моркови - 3; лука - 0,8 раза; по накоплению 90Бг - у томатов -1,8; капусты - 2,6; моркови - 1,5; лука - 2,3 раза.

Минимальное накопление 137Сз выявлено у следующих сортов: томаты -Спринт, капуста - Белорусская 85 и Амагер 611, морковь - Нантская 4. Для лука межсортовые различия несущественны. Определены сорта, в меньших количествах накапливающие 903г: томаты - Спринт и Ружа, капуста - Грибов-ский 147, морковь - Нантская 4 и Витаминная 6, лук - Ветразь, Янтарный, Крывицкий ружовый, Сквирский. Кн 908г в продуктивных органах овощных культур в 4-48 раз больше, чем '"Сэ [1,2,3,4,10,11,13,14,15,16,17,18].

2. У овощных культур отмечаются общие корреляционные связи между

накоплением радионуклидов и морфобиологическими признаками: средние и сильные прямые связи с длиной вегетационного периода, положительные связи средней и сильной степени с признаками урожайности у томатов и лука, отрицательные - с параметрами урожайности у капусты и моркови. У томатов и лука установлены слабые и средние отрицательные связи между накоплени-

137/-Ч 90о

ем Cs и Sr в продуктивных органах; у моркови связи между этими признаками являются средними и сильными положительными; у капусты тесных связей между накоплением данных радионуклидов не обнаружено [8,20,21].

3. Анализ параметров адаптивной способности по признакам урожайности показал, что продуктивность и стабильность относительно независимы. Определены сорта овощных культур, сочетающие продуктивность и стабильность по урожайности: томаты - Калинка, капуста - Белорусская 85 и Амагер 611, морковь - Лосиноостровская 13, Витаминная 6 и Шантене, лук - Штут-гартен ризен и Сквирский [5,7,9,10,19].

4. Оценка среды как фона для отбора овощных культур по признакам урожайности и накопления радионуклидов показала, что лучшими по предсказуемости результатов отбора на стабильную урожайность у томатов, капусты и моркови были условия 1998г. возделывания, в то время как для лука - 1997г. Высокая предсказуемость накопления l37Cs была отмечена у томатов и моркови в условиях 1996г., у капусты и лука - 1997г.; по предсказуемости накопления 90Sr - у томатов, моркови и лука лучшими были условия 1997г., у капусты - 1996 и 1998гг [6,9,10].

5.0тобраны сорта, сочетающие высокую урожайность и стабильное незначительное накопление радионуклидов. Для 1 7Cs: капуста - Белорусская 85, морковь - Нантская 4; для 90Sr: томаты - Спринт, лук - Крывицкий ружовый [5,7,9,10,19].

6. Дискриминантныи анализ накопления 137Cs овощными культурами показал, что основное влияние на этот процесс оказывает содержание 137Cs в почве. Среди других почвенных характеристик достоверное действие на накопление у капусты оказывали гранулометрический состав и pH почвы, у свеклы - содержание фосфора в почве. Предложены модели прогнозирования накопления 37Cs овощными культурами на основе комплекса почвенных характеристик при различной плотности загрязнения территорий [12].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи

1. Тимофеев С.Ф., Подоляк А.Г., Крук A.B., Дробышевская В.В., Лосик Н.В., Кильчевский A.B., Гаврилов A.B. Накопление радионуклидов сельскохозяйственными культурами в условиях радиоактивного загрязнения территории. // Сборн. научн. трудов. «Сельскохозяйственная экология и биотехнология». - Горки, - 1997,- С.81-88.

2. A. Kilchevsky, L. Khotylyava, V. Peshich, L. Kogotko, A. Schoor, A. Gavrilov & A. Kruk Breeding of vegetables wich minimum pollutant accumulation. //Genetics and breeding for crop guality and resistance: Proceedings of the XV

EUCARPIA Congress.- Viterbo, Italy, September 20-25, 1998. - P.313-322.

3. Крук A.B. Накопление 90Sr основными овощными культурами. // Сборн. научн. работ студ. и аспир. ГГУ им. Ф. Скорины «Творчество молодых 98».

- Гомель: ГГУ, 1998. - С.37-38.

4. Крук A.B. Сортовые особенности накопления 137Cs и 90Sr овощными культурами. // Юбил. сб. научн. трудов «Биоразнообразие, мониторинг экосистем и рациональное природопользование». - Гомель, 1999. - С. 106-110.

5. Крук A.B. Анализ экологической стабильности некоторых сортов овощных культур, возделываемых в Беларуси. // Проблемы экологии Белорусского Полесья: Сборн. научн. трудов НИИ экологии при Учреждении образования «ГГУ им. Ф. Скорины». - Гомель: ГГУ, 2002. -С.264-266.

6. Крук A.B. Оценка параметров среды как фона для селекционно-генетического отбора томатов. // Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины. - Гомель, 2002. - №3 (12). - С.126-128.

7. Гончаренко Г.Г., Крук A.B. Стабилизация овощных культур по наследственно закрепленным признакам урожайности и накопления радионуклидов // Вестник Мозырьского педагогического университета им. Н.К. Крупской.

- Мозырь, 2004. - №1.-С. 48-53.

8. Крук A.B., Гончаренко Г.Г., Кильчевский A.B. Анализ корреляционных связей между накоплением радионуклидов овощными культурами и мор-фобиологическими признаками. // Проблемы экологии Белорусского Полесья: Сборн. научн. трудов НИИ экологии при Учреждении образования «ГГУ им. Ф. Скорины». Вып.З. - Гомель: ГГУ, 2004. -С.158-164.

9. Крук A.B., Кильчевский A.B., Гончаренко Г.Г. Эколого-генетические аспекты накопления радионуклидов различными сортами капусты. // Проблемы экологии Белорусского Полесья: Сборн. научн. трудов НИИ экологии при Учреждении образования «ГГУ им. Ф. Скорины». Вып.З. - Гомель: ГГУ, 2004. -С. 172-177.

10. Крук A.B., Гончаренко Г.Г., Кильчевский A.B. Особенности накопления радионуклидов овощными культурами. // Вести HAH Беларуси. Серия биологических наук.- Минск, 2004, №2. - С. 124-129.

11. Крук A.B., Гончаренко Г.Г., Кильчевский A.B. Анализ накопленич радионуклидов различными сортами моркови // Известия Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины. - Гомель, 2004. - №3. - С.

12. Кильчевский A.B., Мельничук А.Д., Крук A.B. Дискриминантный анализ накопления 137Cs овощными растениями // Основные направления интенсификации производства сельскохозяйственных растений и животных: Сборн. научн. трудов БГСХА. - Горки, 2004. - С. 69-76.

Материалы и тезисы конференций

13. Крук A.B. Особенности накопления цезия-137 овощными культурами. // Молодежь и экологические проблемы современности: Материалы I научно-практич. конф. молодых ученых.- Гомель,- 1997.- С. 71-72.

14. Крук A.B. Тимофеев С.Ф. Связь генотипа с накоплением радионуклидов у овощных культур. //Тез. докл. VII съезда БОГиС. - Мн., «Право и экономи-

ка», 1997.-С.61-62.

15.Крук A.B., Гаврилов A.B. Накопление l37Cs овощными культурами в зависимости от генотипа сорта. // Исследование экосистем в условиях радиоактивного и техногенного загрязнения окружающей среды: Мат. I Междун. научн. практ. конф. - Гомель, - 1998. - Т.1. - 4.2. - С.102-104.

16.Крук A.B., Гаврилов A.B. Накопление радионуклидов некоторыми овощными культурами на радиоактивно загрязненных территориях. // Сельскохозяйственная деятельность в условиях радиоактивного загрязнения: Матер. Междун. научн.-практ. конф. - Горки, 1998. - С.70-71.

17.Крук A.B. Особенности накопления 37Cs некоторыми овощными культурами. // Проблемы экологического образования в постчернобыльских условиях: Матер. Междун. научн.-практ. конф. - Мозырь, 1998. - С.60-61.

18.Крук A.B. Распределение радиоцезия в овощных культурах. // Исследование экосистем в условиях радиоактивного и техногенного загрязнения окружающей среды: Мат. I Междун. научн. практ. конф. - Гомель, - 1998. -Т.1.-4.2.-С. 102.

19.Крук A.B. Оценка адаптивной способности и экологической стабильности сортов моркови. // Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий: Мат. IV Междун. научн.-практ. конф. - Гомель, 2002. - С.128-129.

20.Крук A.B. Изучение взаимосвязей между некоторыми морфобиологиче-скими признаками овощных культур и накоплением радионуклидов. // Са-харовские чтения 2003 года: экологические проблемы XXI века: Мат. междун. конф. ведущих специалистов, молодых ученых и студентов. - Мн., 2003. - С.233-234.

21. Крук A.B. Кильчевский A.B. Влияние биологических особенностей томатов на накопление радионуклидов. // Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий: Мат. V Междун. научн.-практ. конф. Гомель, 2003. С.110-111.

РЭЗЮМЭ

Крук Андрэй В1ктарав1ч. «Эколага-генетычная ацэнка назапашван-ня радыенукльтау сартам! агародных культур».

Ключавыя словы: сорт, генатып, радыенуюпды, морфаб1ялапчныя прыкметы, карэляцыйныя залежнасщ, экалапчная стабшьнасць, параметры асяроддзя, дыскрымшантны анал1з.

Аб'ект даследаванняу — агародныя культуры (памщоры, капуста, морква, цыбуля, бураю), вырошчваемыя на забруджаных paдыeнyклiдaмi тэрыторыях.

Мэта работы - Ацэнка эколага-генетычных параметрау сартоу агародных культур па ураджайнасщ 1 назапашванню радыенуюпдау для падбору 1 ства-рэння сартоу, забяспечваючых атрыманне экалапчна бяспечнай прадукцьн на тэрыторыях, ЯК1Я пацярпел1 ад радыеактыунага забруджвання.

Метады даследавання. Праводз1уся палявы эксперымент 1 даследаванш у лабараторных умовах.. Знаходжанне 137Сб у глебе 1 агародных культурах вы-значалася спектраметрычным метадам, '"Бг - радыех1м1чным метадам. Вызна-чэнне ступеш уздзеяння розных фактарау на морфаб1ялапчныя прыкметы, ураджайнасць 1 назапашванне радыенуюпдау агародным1 культурами право-дзш з дапамогай карэляцыйнага, дысперЫеннага 1 дыскрымшантнага анал!зау.

У вышку работы падабраны для вырошчвання у Рэспублщы Беларусь сар-ты агародных культур з мЫмальным назапашваннем 13 Се и 908г. У вывуча-ных культур установлены сувяз1 пам1ж назапашваннем радыенуклщау 1 мор-фаб1ялапчным1 прыкметамК Упершыню выдзелены сарты агародных культур, сумяшчаючыя высокую ураджайнасць, экалапчную стабшьнасць 1 шзкае назапашванне радыенуклщау. Разработаны мадаш па ацэнцы назапашвання 137Сз агародным1 культурам! у залежнасщ ад комплексу глебавых характарыстык.

Вынш работы выкарыстоуваюцца у навучальным працэсе УА «ГДУ ¡мя Ф. Скарыны» для павышэння узроуня падрыхтоуи студэнтау у вобласщ эка-логй1 генетыю, а таксама укаранены у гаспадарках Хойшцкага раена Гомель-скай вобласщ з мэтай атрымання экалапчна бяспечнай агароднай прадукцьн на тэрыторыях, яюя пацярпел! ад радыеактыунага забруджвання.

РЕЗЮМЕ

Крук Андрей Викторович «Эколого-генетическая оценка накопления радионуклидов сортами овощных культур».

Ключевые слова: сорт, генотип, радионуклиды, морфобиологические признаки, корреляционные зависимости, экологическая стабильность, параметры среды, дискриминантный анализ.

Объект исследований - овощные культуры (томаты, капуста, морковь, лук, свекла), возделываемые на загрязненных радионуклидами территориях.

Цель работы - оценка эколого-генетических параметров сортов овощных культур по урожайности и накоплению радионуклидов для подбора и создания высокоурожайных сортов, обеспечивающих стабильное получение экологически безопасной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Методы исследования. Проводился полевой эксперимент и исследования в лабораторных условиях. Содержание 137Сб в почве и овощных культурах определялось спектрометрическим методом, 908г -радиохимическим методом. Определение степени влияния различных факторов на морфобиологические признаки, урожайность и накопление радионуклидов овощными культурами проводили с помощью корреляционного, дисперсионного и дискриминантно-го анализов.

В результате работы подобраны для возделывания в Республике Беларусь сорта овощных культур с минимальным накоплением 137Сз и 905г. У изученных культур установлены связи между накоплением радионуклидов и морфо-биологическими признаками. Впервые выделены сорта овощных культур, совмещающие высокую урожайность, экологическую стабильность и низкое накопление радионуклидов. Разработана модель по оценке накопления ,37Св овощными культурами в зависимости от комплекса почвенных характеристик.

Результаты работы используются в учебном процессе УО «ГГУ им. Ф. Скорины» для повышения уровня подготовки студентов в области экологии и генетики, а также внедрены в хозяйствах Хойникского района Гомельской области с целью получения экологически безопасной овощной продукции на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

SUMMARY

Kruk Andrey Viktorovich. "Ecological and genetic estimation of radionuclides accumulation by sorts of the vegetable cultures".

Key words: sort, genotype, radionuclids, morphological and biological characters, correlation dependences, ecological stability, parameters of environment, discriminate analysis.

Object of investigstions: vegetable cultures (tomato, cabbage, carrots, onions, beet) cultivated in Belarus.

Aim of research work - an estimation of ecological and genetic parameters of sorts of vegetable cultures on productivity and radionuclids accumulation for selection and creation high productive sorts providing stable reception of ecologically safe production in the territories which have undergone radioactive pollution.

Methods of investigstions. Field experiment and researches in laboratory conditions were carried out. The contents of the 137Cs in soil and vegetable cultures was determined by a spectrometer method, 90Sr - by a radiochemical method. Determination a degree of influence of various factors on morphological and biological characters, productivity and radionuclids accumulation for vegetable cultures carried out with the help of correlation, dispersive and discriminantal analyses.

As a result of work sorts of vegetable cultures for cultivation in Belarus with the minimal accumulation l37Cs and 90Sr were picked up. At the investigated cultures relations between accumulation radionuclids and morphological and biological characters were established. The sorts of vegetable cultures combining high productivity, ecological stability and low accumulation radionuclids for the first time were defined. The model is developed according to accumulation 137Cs by vegetable cultures depending on a complex of soil characteristics.

Results of work are applying in educational process in F.Skorina GSU for increase of the level of students preparation of in the field of ecology and genetics. And also are introduced in agricultural production of Hojnikskiy district of the Gomel area with the purpose of reception of ecologically safe vegetable production in the territories which have undergone radioactive pollution.