Красный клевер (Trifolium pratense L.) — кормовая культура, обладающая исключительным питательным составом и усвояемостью. К сожалению, урожайность семян у этой культуры низкая. В рамках проекта «Поколение бобовых», финансируемого ЕС, команда болгарских ученых поставила перед собой цель исследовать роль внекорневой подкормки бором на жизнеспособность пыльцы и развитие пыльцевой трубки, а также оценить ее общее влияние на выращивание красного клевера.
Одной из важных кормовых бобовых культур в мире является красный клевер — многолетнее растение, обладающее способностью к симбиотической фиксации азота с почвенными бактериями рода Rhizobium. К другим преимуществам красного клевера относится наличие ценных вторичных метаболитов, особенно изофлавонов — даидзеина, генистеина, формононетинина — которые находят применение в медицине благодаря выраженной эстрогенной, противоопухолевой и противовоспалительной активности.
Красный клевер — диплоидный вид (2n = 2x = 14), но существуют и коммерческие тетраплоидные (2n = 4x = 28) сорта. Это перекрестноопыляемый вид с гаметофитной системой самонесовместимости, контролируемой одним S-локусом.
У красного клевера разнообразие S-аллелей среди популяций велико; было оценено 143 и 193 уникальных S-аллеля. Высокая генетическая изменчивость внутри и между популяциями делает селекцию и разработку новых сортов медленным и длительным процессом. Кроме того, урожайность семян у этой культуры, как правило, низкая.
В рамках проекта ЕС «Поколение бобовых» рабочий пакет (РП) 6 посвящен белому и красному клеверу. Одна из целей этого пакета — разработка стратегии увеличения производства семян красного клевера. Для достижения этой цели команда рабочего пакета изучает различные протоколы, включая режимы скашивания, применение регуляторов роста для замедления повторного роста травы во время развития цветков, а также внесение микроэлементов для стимулирования развития цветков и пыльцы.
Бор (B) — важный микроэлемент для развития растений. Он встречается в почве в виде борной кислоты или боратов в зависимости от pH почвы. Достаточный уровень бора также повышает активность нитрогеназы и фиксацию азота ризобиями, тем самым способствуя росту бобовых растений. В условиях дефицита бора растения красного клевера производят меньше цветков, а производство семян может быть подавлено из-за недостаточного опыления.
Задача болгарской команды (Агробиоинститут Сельскохозяйственной академии и др.) в рамках РП заключалась в исследовании роли внекорневой подкормки бором на жизнеспособность пыльцы, развитие пыльцы и общее воздействие бора на выращивание красного клевера.
Экспериментальная работа в данном исследовании проводилась с 6 диплоидными коммерческими сортами красного клевера, происходящими из разных европейских стран.
Сорта Nika 11 и Sofia 52 имеют болгарское происхождение, AbertClaret и S123 — британские сорта, Milvus — швейцарский, а сорт Global — немецкое. Семена зарубежных сортов были получены в рамках проекта «Поколение бобовых». Семена сортов Nika 11 и Sofia 52 были получены от болгарского селекционера клевера, профессора Галины Найденовой.
Первоначально семена инокулировали суспензионной культурой Rhizobium legumisarum bv. trifolli и инкубировали в бактериях в течение 1 часа на роторном шейкере. Семена проращивали и выращивали в торфяных таблетках Jiffy в камере для выращивания растений, а затем 12 -дневные растения клевера пересаживали в теплицу в горшки диаметром 12 см. Месячные растения клевера пересаживали в поле в последнюю неделю мая 2024 года.
Растения клевера высаживали на экспериментальном поле в селе Негован близ Софии, а бор наносили на листья и ранние бутоны на стадии цветения.
Бор применяли путем опрыскивания коммерческим препаратом, содержащим 11% активного водорастворимого бора, что эквивалентно 150 г/л.
В полевых условиях применяли водорастворимый раствор коммерческого препарата в конечной концентрации 0,75 мг/л.
В первый год, 2024, формирование цветочных головок было очень слабым или отсутствовало у всех сортов, за исключением сортов Milvus и S123, у которых все равно было очень мало видимых цветочных головок на растении.
На второй год проведения полевого эксперимента обработку бором проводили четыре раза в неделю в мае и в первую неделю июня. Раствор бора распыляли на листья и соцветия с закрытыми цветками.
Один из вопросов, на который стремится ответить коллектив, – это низкая урожайность семян из-за плохой жизнеспособности пыльцы у красного клевера.
Поэтому исследование было сосредоточено на оценке положительного эффекта применения бора на уровень транскрипции генов, связанных с развитием цветка, пыльцы и пыльцевой трубки, а также транспортом бора; жизнеспособностью и развитием пыльцы, количеством свежей и сухой массы собранной зеленой массы, содержанием азота в листьях и общим количеством собранных семян.
Основываясь на предыдущем опыте с модельными растениями M. truncatula и A. thaliana, ученые выбрали TprARF17 и TprAPETALA3 и провели транскриптомный анализ. Два гена TprWAT и четыре гена TprNIP были выбраны для дифференциально экспрессируемых генов во время цветения и образования семян у тетраплоидного красного клевера. ARF17 и APETALA3 непосредственно участвуют в развитии цветка, тычинок и пыльника.
Полученные результаты подтверждают корреляцию в уровне экспрессии TprARF 17, Tpr-WAT1, TprNIP7;1 в зрелых цветках, обработанных бором, у сортов Nika 11, Sofia 52, Milvus и Global.
Установленные данные по количеству и жизнеспособности пыльцы, а также росту пыльцевой трубки убедительно подтверждают транскрипционные профили, наблюдаемые у сортов Nika 11, Sofia 52 и Global.
Обработка бором также положительно влияет на свежую и сухую биомассу, собранную после I и II срезов в мае и июне. Была установлена положительная корреляция между повышенным уровнем общего азота в листьях, обработанных бором, по сравнению с контрольными образцами, что согласуется с повышенной экспрессией двух генов TprNIP 5;1 и 6;1, ответственных за транспорт бора и аммиака.
«Однако, применение бора положительно повлияло на урожайность семян только у одного из исследованных сортов — Sofia 52. Сорт Sofia 52 — это старый болгарский сорт, созданный с учетом климатических особенностей Болгарии, характеризующихся очень жарким и сухим летом. Процент всхожести семян, собранных с обработанных бором растений сортов Sofia 52 и Milvus, был выше, чем у контрольных образцов, а выращенные in vitro сеянцы обладали лучшей жизнеспособностью. В целом, собранные данные подтверждают, что внекорневая подкормка бором положительно влияет на жизнеспособность пыльцы и развитие растений у всех исследованных сортов в условиях выращивания Юго-Восточной Европы. Мы также обнаружили, что применяемая обработка микроэлементами является генотип-специфической, но может быть рекомендована для выращивания красного клевера в регионах с жарким и сухим летом», заключили авторы работы.
Источник: Agriculture 2026, doi.org/10.3390/agriculture16060681