Опыление, перенос пыльцы с пыльников на рыльца, жизненно важно для воспроизводства большинства цветковых растений. Примерно 90% видов покрытосеменных растений во всем мире полагаются на животных, в первую очередь на насекомых, для посредничества в опылении, обеспечивая их половое размножение, которое имеет решающее значение для функционирования экосистемы.
В сельском хозяйстве опылители значительно повышают урожайность или качество плодов многих культур. Однако степень воздействия опылителей на сельскохозяйственные культуры сильно различается: от видов, которые почти полностью полагаются на опыление насекомыми (двудомные и облигатные ауткроссеры), до самосовместимых культур, которые, как правило, самоопыляются, но также могут демонстрировать незначительный, а иногда и существенный прирост урожайности от посещения насекомых.
Соя (Glycine max (L.) Merrill) – однолетнее бобовое растение, широко культивируемое из-за богатых белком семян и масла, которые являются основой множества продуктов для потребления человеком и корма для скота, а также ключевым мировым товаром. Хотя цветки являются гермафродитными и в значительной степени автогамными, соя проявляет морфологические признаки, способствующие опылению насекомыми, такие как нектароуказатели, цветочные нектарники и специализированная мотыльковая структура, типичная для семейства Бобовых.
В Аргентине выращивание сои охватывает обширные площади и является основным фактором изменения землепользования. Это явление особенно ярко выражено в полузасушливом регионе Чако, где наблюдаются одни из самых высоких темпов обезлесения в мире.
Новые сорта и трансгенные признаки (например, устойчивость к глифосату и устойчивость к Bt-насекомым) расширили границы сельскохозяйственного производства на ранее маргинальные земли, часто вытесняя местные места обитания, другие культуры и луга, используемые для животноводства. Вырубка лесов сокращает среду обитания опылителей и других полезных членистоногих, потенциально ослабляя экосистемные услуги, имеющие решающее значение для устойчивого производства сельскохозяйственных культур. Понимание того, в какой степени соя зависит от опыления, и в какой степени доступность пыльцы может ограничивать продуктивность, может дать важную информацию для принятия обоснованных решений по сохранению среды обитания и управлению опылителями, что имеет решающее значение для реализации стратегий экологической интенсификации.
Хотя несколько исследований продемонстрировали, что биотическое опыление может повысить урожайность сои, другие обнаружили незначительные эффекты, даже при аналогичных протоколах исключения опылителей. Эти несоответствия подчеркивают, как вклад опылителей может варьироваться в зависимости от особенностей сорта, местных условий окружающей среды и идентичности или обилия посетителей цветов.
Важно отметить, что эти оценки получены исключительно из экспериментов по открытому опылению и исключению; ни в одном исследовании не проверялось влияние ручного внесения удобрений на производство семян или стручков. Это упущение может исказить оценки зависимости от опылителей, упуская из виду потенциальное ограничение пыльцы.
Насколько известно, только Эванс и др. (2023), работая с овощной соей (эдамаме), оценили преимущества перекрестного опыления путем прямого ручного внесения, сообщив о значительном увеличении веса плодов и товарного урожая. Таким образом, все еще нет прямых экспериментальных данных по зерновой сое, чтобы определить, ограничивается ли воспроизводство доступностью или качеством пыльцы. Устранение этого пробела имеет решающее значение для выяснения роли опылителей в производстве сои и для информирования об устойчивом управлении сельскохозяйственными культурами в изменяющихся условиях агроэкосистемы.
В данном исследовании аргентинские ученые (Региональный институт экологии (IER), Национальный университет Тукумана (UNT) - Национальный совет научных и технических исследований (CONICET); Факультет естественных наук и институт Мигеля Лилло, Национальный университет Тукумана) изучили биологию опыления сои в двух экспериментах, проводимых в условиях обычного сада.
Во-первых, они проверили участие опылителей в опылении сои, сравнивая растения, подвергавшиеся естественному опылению, с растениями, содержащимися в клетках (т.е. лишенными опылителей) во время цветения, в течение двух вегетационных периодов. Во-вторых, исследователи оценили ограничение пыльцы, проводя ручное перекрёстное опыление для пополнения запасов пыльцы, что позволило наблюдать потенциальный прирост пыльцевой трубки, вероятность завязывания стручков, количество семян в стручке и вес семян.
Исключение опылителей не привело к значительному снижению общего количества стручков или производства семян на растение, но свободное опыление увеличило завязывание семян (семян с цветка) примерно на 16%.
Напротив, ручное внесение пыльцы существенно повысило репродуктивный успех на уровне цветков, утроив вероятность завязывания стручков и увеличив количество семян в стручке на 40%. Кроме того, как у открытоопыляемых, так и у ручных цветков наблюдался более интенсивный рост пыльцевой трубки по сравнению с автономным самоопылением.
Эти результаты показывают, что даже у в значительной степени самосовместимых культур, таких как соя, дополнительное внесение пыльцы может повысить репродуктивный успех и помочь преодолеть разрыв между экологическими и агрономическими аспектами опыления.
Источник: Plants 2025, doi.org/10.3390/plants14192964
