Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-биологические особенности люпина желтого и люпина узколистного при акклиматизации в условиях Мордовии

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-биологические особенности люпина желтого и люпина узколистного при акклиматизации в условиях Мордовии"

На правах рукописи

ГУДОШНИКОВА Тамара Николаевна

Р Г Б ОД

1 8 ЯН8

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЮПИНА ЖЕЛТОГО И ЛЮПИНА УЗКОЛИСТНОГО ПРИ АККЛИМАТИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ МОРДОВИИ

03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

Самара 1999

Работа выполнена на кафедре генетики Мордовского государственного университета им.Н.П.Огарева.

Защита состоится "18 " января 200.0 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета К 063.94.04 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук в Самарском государственном университете по адресу:

443011, г.Самара, ул. академика Павлова,1, Самарский государственный университет, биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного университета.

Автореферат разослан

,, /у

" декабря 1999 г.

Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор

Санаев Н.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Матвеев В.И., кандидат биологических наук, доцент Кавеленова Л.М.

Ведущая организация

Мордовский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент

Мозговой Д.П.

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В связи с решением продовольственной проблемы все более актуальным гановится вовлечение в растениеводство технологически емких и экономиче-<и выгодных культур. К ним следует отнести люпин, хараггерезующийся эмплексом хозяйственно-ценных признаков. В последние годы делаются по-ытки расширить границы возделывания люпина за счет его продвижения в се-грные и восточные регионы России. Однако этому часто препятствуют небла-зприятные климатические условия.

Настоящая диссертация посвящена изучению перспектив возделывания азличных форм и сортов люпина в условиях Мордовии.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями

Диссертация выполнена в рамках основного направления кафедры гене-1Ю! Мордовского университета по теме "Индуциэозанная изменчивость и цаптация растений".

Цель н задач» исследований

Целью диссертационной работы является испытание генотипически раз-ичных образцов люпина желтого (Ьиртт Ыеш Ь.) и люпина узколистного мртиз ап^И/оНиз Ь.) в условиях Мордовии.

В задачи исследований входило:

- изучить особенности различных образцов люпина желтого и люпина ¡колистного по признакам, имеющим адаптивное значение;

- исследовать развитие образцов люпина желтого и люпина узколистного ряду нескольких поколений;

- сравнить образцы люпина желтого и люпина узколистного по комплек-/ количественных признаков роста, развития, продуктивности и выживаемос-1 в разные годы испытания;

- выделить перспективные формы люпина желтого и люпина узколистно) для условий Мордовии.

Научная новизна работы

Впервые детально изучены особенности прявления показателей роста, 13вития, продуктивности и выживаемости у 16 новых сортообразцов люпина елтого и люпина узколистного в условиях Мордовии. Определены взаимосвя-1 между иследованными растениями и ведущими факторами экологической >еды, дана оценка степени приспосабляемости разчых сортообразцов к усло-1ЯМ Мордовии.

Выделены сортообразцы люпина желтого и люпина узколистного, пер-1ективные для выращивания на территории Мордовии.

Теоретическое значение работы

Установленная в работе изменчивость сортов и образцов люпина желтого люпина узколистного в зависимости от условий может быть использована для

моделирования организменно-средовых отношений при дальнейшей акклиматизации растений, а также в программах по внедрению их в растениеводство.

Представленные в диссертации материалы могут быть использованы для развития теоретических основ современной экологии растений.

Практическая значимость работы

Результаты проведенных исследований могут быть использованы в практике сельского хозяйства Мордовии и соседних с ней регионов России.

Реализация результатов исследований

Выделенные перспективные образцы люпина желтого и люпина узколистого прошли испытания на базе Мордовского научно- исследовательского института сельского хозяйства РАСХН.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в Мордовском государственном университете им.Н.П.Огарева при чтении лекционных курсов экологической генетики, географии растений, экологии растений, растениеводства и др.

Апробация работы

Результаты исследований, теоретические и практические положения диссертации обсуждены на Огаревских чтениях при Мордовском университете (Саранск,1993...1997 гг.), У1 съезде общества генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (Минск, 1992), I съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров России (Саратов, 1994), научно-практической конференции, посвященной 50-летию агрономического факультета Кировского сельскохозяйственного института (Киров, 1994), научно-практической конференции" Региональные проблемы экологической генетики и пути их решения" (Саранск, 1996), на расширенном заседании кафедры экологии, ботаники и охраны природы Самарского государственного университета (1998).

Публикация результатов исследований

Основные результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах.

Декларация личного участия автора

В течение 1991...1996 гг. автор лично провел испытание образцов люпина желтого и люпина узколистного в полевых экспериментах в Мордовии. Он осуществлял сбор научного материала по акклиматизации этих растений на базе ботанического сада Мордовского государственного университета.

Статистическая обработка , анализ экспериментальных данных, написание текста диссертации осуществлены лично автором.

Доля личного участия автора в написании и подготовке публикаций, выполненных в соавторстве, составляет от 50 до 70%.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Перенос люпина желтого и люпина узколистного из западных регионов люпиносеяния в Мордовию сопровождается резкой стрессовой реакцией (снижение полевой всхожести семян, роста стеблей, уменьшение числа цветков,

обов, семян, массы семян) в первый год испытаний. Однако благодаря высо-ой выживаемости все развившиеся растения образуют в новых для них услови-х Мордовии жизнеспособные семена. Во второй год испытаний из этих семян азвиваются растения, которые характерезуются в сравнении с западными ре-ионами удовлетворительной полевой всхожестью семян, у них существенно лучшаются по сравнению с первым годом выращивания и другие показатели азвития: высота стеблей, число цветков, бобов и семян, сохраняется и высокая ыживаемость растений.

Па комплексу признаков положительно выделяются формы С.Н.243/84, Кемчуг, Брянский 6 (люпина желтого), Дикаф 1, Мутант 244, Дикаф 13 пюпина узколистного).

2. По выживаемости перспективными для дальнейшей работы по аюсли-[атизации в условиях Мордовии являются сортообразцы Брянский 6 , С.Н. 65/ 4 юпина желтого и Дикаф 1, ТСХА 16, Узколистный 109 люпина узколистного .

Выживаемость сортообразцов Быстрорастущий 4, Кастрычник, Жемчуг юпина желтого, Мутант 244, Дикаф 13, Дикаф 9, Немчиновский 97, Немчинов-кий 846 люпина узколистного в неблагоприятные по погодным условиям годы ;е превышает в Мордовии 67,8%

Образцы Мутант 258 (люпин желтый) и Узколистный 123 (люпин узко-истный) не пригодны для выращивания в Мордовии. В 1994 году их семена не ;али всходов, утратив свою жизнеспособность.

3. Сумма активных температур, необходимая для развития изученных ортов и образцов люпина желтого (1197...1537 СС при продолжительности он-огенеза 103...150 дней) и люпина узколистного (1049...1413° С при длитель-ости онтогенеза 82...137 дней), не превышает такоаую в безморозный период ода в Мордовии (1600...2000° С). Поэтому их здесь можно выращивать.

В годы с недостатком влаги в начальных фазах развития и высокой ско-остью роста суммы активных температур в течение вегетатационного периода окращается продолжительность онтогенеза люпина желтого и люпина узко-истного, снижается их семенная продуктивность. Поэтому урожаи их в усло-иях Мордовии не могут быть стабильными.

4. По 6-летним данным о комплексе жизненно важных признаков из 6 ортообразцов люпина желтого наибольшей способностью к акклиматизации бладает сорт Жемчуг и в меньшей степени (по завязызаемости бобов и выживаемости) - Брянский 6, а из 8 образцов люпина узколистного - Дикаф 1, Дикаф 3, Немчиновский 97, также Узколистный 109. Последний однако образует не-ольшое количество семян, но растет удовлетворительно.

Контрастные колебания погодных условий по годам и в течение вегета-;ионного периода в Мордовии отрицательно влияют на рост и развитие люпи-а. Холодная и сухая погода в начале вегетации, весенние и осенние заморозки, езкие перепады температуры воздуха и почвы, недостаток атмосферных осад-ов или, наоборот, прохладная и дождливая погода в летний период, характер-

ные для климата Мордовии, препятствуют акклиматизации люпина. Благоприятные по погодным условиям годы (тепло и влажно в начале вегетации, отсутствие заморозков, равномерное распределение тепла и влаги в летний период) способствуют успешному росту люпина и являются предпосылкой для отбора форм, пригодных для выращивания на территории Мордовии.

Объем и структура работы

Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 162 страницы, включает 16 таблиц 29 рисунков, 19 приложений. Список литературы на 11 страницах включает 111 отечественных и 10 зарубежных источников.

1. НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ АККЛИМАТИЗАЦИИ ЛЮПИНА В НОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ (Обзор литературы)

На основании обзора 121 литературного источника дан анализ теоретических основ акклиматизации люпина. Приводятся материалы о географическом распространении разных видов рода Lupinus L, даны прогнозы о перспективах возделывания люпина в новых природных регионах, в частности, на территории Мордовии.

2. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования служили генотипически различные образцы люпина желтого {Lupinus luteus L.) и люпина узколистного (Lupinus angustifolius L.). Испытывались сорта и формы, полученные на базе специализированных научно-производственных центров, расположенных в традиционных районах возделывания люпина (Всеросийский НИИ люпина, НИИ центральных районов сельского хозяйства Нечерноземной зоны). Кроме того в работе использовали мутанты из коллекции кафедры генетики Мордовского государственного университета им.Н.П.Огарева. Всего в экспериментах исследовано 16 образцов люпина желтого и люпина узколистного.

Полевые опыты закладывались на выщелоченном черноземе, в ботаническом саду Мордовского государственного университета. Сев проводился в в первой декаде мая, когда почва прогревалась выше +10 ° С. Семена сеяли рядовым способом на расстоянии между рядами 15 см и 5 см между растениями в ряду на глубину 3...4 см.

Сортообразцы люпина оценивались по комплексу признаков: всхожесть семян, высота растений, число цветков и бобов, число и масса семян, выживаемость.

В 1991...1992 гг. результаты наших экспериментов в Мордовии сравнивались с таковыми в Московской и Брянской областях. Сведения о развитии люпина в Брянской области представлены М.И.Лукашевичем (ВНИИ люпина),

в Московской области - Г.А.Дебелым (НИИСХЦРЯ 3), которым автор выра-ает большую благодарность.

Цифровые данные обработаны статистически Рокицкий, 1978) с исполь-шанием ЭВМ типа IBM PC/AT 286/16.

З.РОСТ И РАЗВИТИЕ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ И ОБРАЗЦОВ

ОДНОЛЕТНЕГО ЛЮПИНА В УСЛОВИЯХ МОРДОВИИ В РАВНЕНИИ С ТРАДИЦИОННЫМИ РЕГИОНАМИ ЛЮПИНОСЕЯНИЯ

3.1.Рост, развитие, продуктивность и выживаемость люпина в первый (1991) год испытания в Мордовии в сравнении с западными регионами

Экспериментальные данные по этому разделу диссертации представлены 6 рисунках, 4 таблицах, 4 приложениях.

Установлено, что в первый год испытания люпина наблюдается четко сраженное угнетение прорастания семян, особенно у образцов люпина желто-

Во всех вариантах опыта полевая всхожесть семян составила менее 50%. ieньше всего всходов было на делянках с посевами сорта Кастрычник и об-1зца с С.Н. 243/84 (соответственно 26 и 34 %) . В условиях Брянской области в ~от год те же формы имели высокую всхожесть семян.

В Мордовии в первый год испытания относительно высокая полевая :хожесть отмечена у детерминантных форм лтопича узколистного: Дикаф 1, икаф 9 и Дикаф 13.

Как видно из рис. 1, угнетение роста растений наиболее заметно у люпина елтого сорта Брянский 6. Несколько слабее ингибирование роста отмечено у Зразцов люпина узколистного.

Выживаемость растений люпина желтого и люпина узколистного в усло-1ях Мордовии варьировала в пределах 82...99,9 %, а в Брянской области в напазоне 83,8...89,3%. Наибольшее число сохранившихся растений свой-гвенно для люпина узколистного (Узколистный 109, Узколистный 123, Немцовский 846).

По сравнению с контролем (Брянской и Московской областями) в Мордо-ш отмечено существенное уменьшение числа цветков и бобов,числа и массы ;мян у всех испытанных сортообразцов люпина.

3.2.Развитие люпина во второй (1992) год испытания в Мордовии в сравнении с западными регионами

Результаты экспериментов по данному разделу отражены в дис-сертации 4 рисунках, 4 таблицах, 2 приложениях.

5

о

и g

H

3

<0

ц

о

s

i

> N-S

s

и ta а s ra

5ч

S

0

1

n

s

I-ч

(Я

Высота в фазе цветения, см ы

□

>

W

ы

о

ы

и>

' \ r ' i

1

+ i :

i).....

о

сл о

ON

о

о

-f-

I I

i

"У?;- ^"^^сг^^лун^

о* (л ji u ы

ISÇSiil

ю ^ »

bn oo ~ со

•o

E o л -a я »

S3

g

s »

•p.

Г)

s p

H о

0

01 »

:u)

Установлено, что все испытанные сортообразцы люпина в условиях Мордовии дали в в 1991 году жизнеспособные семена. Из них на второй (1992) год развивались при удовлетворительной всхожести семян растения, которые в сравнении с Московской и Брянской областями характеризовались повышенными, чем в 1991 году, показателями развития: высота растений, число цветков, бобов и семян. Выживаемость растений - высокая.

4. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АККЛИМАТИЗАЦИИ

ЛЮПИНА В УСЛОВИЯХ МОРДОВИИ В 1991... 1996 ГГ.

4.1.Полевая всхожесть семян

Полученные нами материалы в тексте диссертации представлены в 1 таблице.

Установлено, что в условиях Мордовии в течение шести лет испытаний отмечаются существенные колебания полевой всхожести семян у сортообразцов Быстрорастущий 4, Кастрычник, Брянский 6, С.Н.65/4, Мутант 258 (люпина желтого) (0 до 90,7%), Узколистный 123 (люпина узколистного) (0...81,2%).

Резкое снижение полевой всхожести семян у названных сортообразцов зафиксировано в 1995 году, когда в начале вегетации была значительная сухость почвы.

Достаточно высокой и стабильной полевой всхожестью семян обладали сортообразцы Жемчуг, С.Н.243/84 (люпина желтого), Немчиновский 97, Дикаф 1, Мутант 244, Дикаф 13, Дикаф 9 (люпина узколистного).

4.2. Особенности роста люпина желтого

и люпина узколистного в Мордовии

В разделе данные отражены в 2 рисунках, 1 таблице, 2 приложениях.

Установлено, что высота стеблей испытанных сортообразцов люпина желтого и люпина узколистного по мере их адаптации к условиям Мордовии в течение шестилетнего периода постепенно увеличивается. Чем стабильнее данный признак по годам, тем устойчивее сортообразцы к условиям акклиматизации.

4.3. Выживаемость люпина и проблема устойчивости к

неблагоприятным факторам среды

В тексте диссертации результаты исследований по этому разделу отражены в 1 таблице.

В итоге шестилетнего испытания установлено, что исследуемые образцы в новых для них условиях Мордовии обнаруживают высокую выживаемость, за исключением Мутанта 258 и Узколистного 123.

В то же время в 1993 году выживаемость сортообразцов Быстрорастущий 4, Жемчуг, Кастрычник, Мутант 258 (люпина желтого), Мутант 244, Дикаф 13, Дикаф 9, Немчиновский 97, Немчиновский 846 ( люпина узколистного) была достаточно низкой, что связано с контрастными перепадами в температурном и водном режимах. Названные сортообразцы не обладают устойчивостью в условиях Мордовии. Стабильно высокой выживаемостью здесь характеризуются сортообразцы Брянский 6, С.Н. 65/4 (люпина желтого), Дикаф 1,ТСХА 16, Узколистный 109 (люпина узколистного).

4.4. Продуктивность как показатель акклиматизации люпина

Материалы исследований по данному разделу отражены в тексте диссертации в 6 рисунках, 3 приложениях.

Результаты 6-летних экспериментов показали, что в процессе акклиматизации в Мордовии отмечаются резкие колебания числа бобов и семян, массы семян у всех изученных сортообразцов люпина желтого и люпина узколистного в разные по погодным условиям года (табл.1).

Однако показатели продуктивности испытанных образцов люпина желтого и люпина узколистного в целом удовлетворительны, так как они близки к таковым в условиях регионов традиционного возделывания люпина.

Таблица 1

Продуктивность люпина в условиях Мордовии

Сорт, образец Масса семян в расчете на 1 растение, г

1991 | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996

L.luteus L.

Быстрорастущий 4 1,10 3.50 1,355 7,059 5,446 2,260

Кастрьгчник 0,67 3,79 3,707 6,787 3,518 1,635

Жемчуг 0,90 3,86 2,500 6,167 4,831 2,041

Брянский б 1,15 4,22 1,500 6,120 5,661 2,397

С.Н.65/4 1,29 3,70 4,350 6,709 2,999 1,210

С.Н.243/84 1,51 3,36 3,109 5,979 3,617 1.508

Мутант 258 0,81 2,94 1,140 - - -

L .angustifolius L.

Немчиновский 846 1,69 2,42 4.800 11,21 5,465 6.390

Немчиновский 97 2,08 4,71 4,648 11,95 8,107 6,850

Дикаф 1 1,61 3,28 3,008 6,925 3,090 3,270

Дикаф 9 0,92 3,86 5,427 6,702 4,150 3,740

Дикаф 13 1,33 2.44 3,202 6.181 3,728 4.780

ТСХА 16 1,14 0.88 9.419 4.517 3,822 3,930

Узколистный 109 1,42 3.33 3.080 8.417 5,064 4,120

Узколистный 123 1,44 2,59 - - - -

Мутант 244 0,93 4,40 2.700 8.500 5,500 4,790

4.5. Продолжительность онтогенеза люпина

как критерий акклиматизации

Экспериментальные данные в этом разделе отражены в 2 таблицах.

Установлено, что все сортообразцы люпина желтого в Мордовии завершают полностью свой онтогенез в течение 103...150 дней вегетации при сумме активных температур от 1197 до1537°С, а сортообразцы люпина узколистного требуют для своего развития от 82 до 137 дней с суммой активных температур от 1049 до 1413° С.

Если учесть, что безморозный период в Мордовии характерезуется суммой активных температур 1600...2000 "С, то можно заключить, что испытанные сортообразцы люпина желтого и люпина узколистного здесь можно выращивать.

В годы с недостатком влаги в начальных фазах развития и высокой скоростью роста суммы активных температур в течение вегетационного периода отмечено сокращение продолжительности онтогенеза люпина желтого и люпина узколистного, а также снижение их семенной продуктивности.

5. ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОДВИЖЕНИЯ ОДНОЛЕТНЕГО ЛЮПИНА С ЗАПАДНЫХ (ТРАДИЦИОННЫХ) РЕГИОНОВ ЕГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ В ВОСТОЧНЫЕ РЕГИОНЫ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

5.1. Закономерности распределения лимитирующих факторов среды

по мере продвижения люпина в восточном направлении

Материалы исследований в разделе представлены в 1 рисунке, 1 таблице.

Дана характеристика рельефа, почвенного покрова, климата, распределения лимитирующих факторов среды при передвижении с запада на восток в пределах Нечерноземья европейской России.

5.2. Роль лимитирующих факторов среды в акклиматизации

люпина в Мордовии

Результаты исследований в данном разделе отражены в 6 рисунках.

Проанализировано влияние различных погодных условий в течение шести вегетационных периодов (1991...1996 гг) на развитие сортообразцов люпина желтого и люпина узколистного. Установлено, что периодический дефицит тепла и влаги, свойственны для климата Мордовии, существенно снижают полевую всхожесть семян, выживаемость и продуктивность люпина желтого и люпина узколистного.

>т-<

в

сЗ

м

к

Е-

й

к

с:

У,

«

со

<и

К

В

о

гг

■—.

а

н

о

Ю

О

о

о

с

о

3

сх

о

н

ев

е

Отсутствие резких колебании температурного режима

Равномерное выпадение осадкоп в течение вегетационного периода

Теплая погода в

течение вегетационного периода

Отсутствие весенних п

осенних заморозков

Холодная и сухая погода в апреле - мае

Заморозки в начале и в конце вегетационного периода

Контрастные колебания температурного режима

Недостаток осадков в течение вегетационного периода

Прохладная и дождливая погода в нюне - июле

К К

и

03 со К

Й

К с;

ь; «

сЗ и К

3

о ^

ш Е-

о

Ь «

С и О,

с

из а о ь

£

е

Рис. .2. . Факторы, способствующие и препятствующие акклиматизации люпина желтого и люпина узколистного в условиях Мордовии

\

5.3.Общие результаты акклиматизации люпина желтого

и люпина узколистного в Мордовии в течение 1991...1996 годов

Полученные нами материалы в этом разделе представлены в 1 рисунке.

На основании обобщения результатов экспериментов, изложенных в предшествующих разделах диссертации, выявлен комплекс факторов, препятствующих и способствующих акклиматизации люпина желтого и люпина узколистного в Мордовии (рис. 2).

ВЫВОДЫ

]. Перенос люпина желтого и люпина узколистного из западных регионов люпиносеяния в Мордовию сопровождается резкой стрессовой реакцией (снижение полевой всхожести семян, роста стеблей, уменьшение числа цветков, бобов, семян, массы семян) в первый год испытаний. Однако благодаря высокой выживаемости все развившиеся растения в новых для них условиях Мордовии образуют жизнеспособные семена. Во второй год испытаний из этих семян развиваются растения, которые характерезуются в сравнении с западными регионами удовлетворительной полевой всхожестью семян, у них существенно улучшаются по сравнению с первым годом выращивания и другие показатели развития: высота стеблей, число цветков, бобов и семян. Сохраняется и высокая выживаемость растений.

По комплексу признаков положительно характерезуются форма С.Н.243/84, сорта Жемчуг, Брянский 6 (люпина желтого), а также Дикаф 1, Дикаф 13, Мутант 244 (люпина узколистного).

2. В условиях Мордовии в течение шести лет испытаний отмечаются существенные колебания полевой всхожести семян у сортообразцов Быстрорастущий 4 (от 19,3 до 90,7%), Кастрычник (от 39 до 87,2%), Брянский 6 (от 24,3 до 84,1%), С.Н.65/4 (от 23 до 91,7%), Мутант 258 (от 0 до 80%) люпина желтого, Немчиновский 846 (от 20,9 до 91%), ТСХА 16 (от 38 до 95,7%), Узколистный 123 (от 0 до 81,2%) люпина узколистного. Особенно резкое снижение полевой всхожести семян у названных сортообразцов зафиксировано в 1995 году, когда в начале вегетационого периода была высокая сухость почвы.

Существенное угнетение прорастания семян сортообразцов Быстрорастущий 4, Брянский 6 (люпина желтого) и Узколистный 123 (люпина узколистного) в 1993 году может быть объяснено недостатком влаги в начале вегетации.

Названные сортообразцы выращивать в условиях Мордовии экономически не целесообразно, т.к. в годы, когда случается засуха, будет отмечаться большая потеря семенного материала.

Достаточно высокой и стабильной полевой всхожестью семян в 1992...1996 гг. обладали сортообразцы Жемчуг (61,9...79,5%), С.Н.243/84

(42,1...85,Г/о) люпина желтого, Немчиновский 97 (44,5...88,6%), Дикаф 1 (51,4...94%), Дикаф 9 (53,6...86,7%), Дикаф 13 (52,3...90,6%), Узколистный 109 (58,3...89,4%), Мутант 244 (65,3...91,6%) люпина узколистного. Они по данному признаку пригодны для последующих работ по их акклиматизации в Мордовии.

3. В отдельные годы наблюдений не выявлено каких-либо слишком контрастных отклонений в росте стеблей всех испытанных нами образцов люпина желтого и люпина узколистного, т.е. по данному признаку они в условиях Мордовии равнозначны.

4. По выживаемости перспективными для дальнейшей работы по акклиматизации в условиях Мордовии являются сортообразцы Брянский 6, С.Н.65/4 люпина желтого и Дикаф 1, ТСХА 16, Узколистный 109 люпина узколистного.

Выживаемость сортообразцов Быстрорастущий 4, Кастрычник, Жемчуг люпина желтого, Мутант 244, Дикаф 13, Дикаф 9, Немчиновский 97, Немчиновский 846 люпина узколистного в неблагоприятные по погодным условиям годы не превышает в Мордовии 67,8%. Образцы Мутант 258 (люпин желтый) и сорт Узколистный 123 (люпин узколистный) не пригодны для выращивания в Мордовии. В 1994 году их семена не дали всходов, утратив свою жизнеспособность.

5. В процессе акклиматизации в Мордовии отмечаются резкие колебания числа бобов, семян, массы семян, формирующихся (в расчете на 1 растение) у всех изученных сортообразцов люпина желтого и люпина узколистного в разные по погодным условиям годы.

Данные отклонения более контрастны, чем у тех же образцов, произрастающих в традиционных районах люпиносеяния, что связано с континен-тальностыо климата Мордовии. Однако все вышеназванные показатели продуктивности у образцов люпина желтого и люпина узколистного в условиях Мордовии вполне удовлетворительны, так как они близки к таковым в условиях западных регионов возделывания.

6. Сумма активных температур, необходимая для развития изученных сортов и образцов люпина желтого (1 197...1537° С при продолжительности онтогенеза 103...150 дней) и люпина узколистного (1049...1413°С при длительности онтогенеза 82...137 дней), не превышает таковую в безморозный период года в Мордовии (1600...2000°С). Поэтому их здесь можно выращивать.

В годы с недостатком влаги в начальных фазах развития и высокой скоростью роста суммы активных температур в течение вегетационного периода сокращается продолжительность онтогенеза люпина желтого и люпина узколистного и снижается их семенная продуктивность. Поэтому урожаи их в условиях Мордовии не могут быть стабильными.

7. По 6-летним данным о комплексе жизненно важных признаков из 6 сортообразцов люпина желтого наибольшей способностью к акклиматизации

эладает сорт Жемчуг и в меньшей степени (по завязываемости бобов и выжи-юмости) - Брянский 6, а из 8 образцов люпина узколистного - Дикаф 1, Ди-к|) 13, Немчиновский 97, а также Узколистный 109. Последний однако об-азует небольшое количество семян, но растет удовлетворительно.

Контрастные колебания погодных условий по годам и в течение вегета-ионного периода в Мордовии отрицательно влияют на рост и развитие люпи-а. Холодная и сухая погода в начале вегетации, весенние и осенние замороз-и, резкие перепады температуры воздуха и почвы, недостаток атмосферных садков или, наоборот, прохладная и дождливая погода в летний период, ха-актерные для климата Мордовии, препятствуют акклиматизации люпина. Бла-эприятные по погодным условиям годы (тепло и влажно в начале вегетации, тсутствие заморозков, равномерное распределение тепла и влаги в летний пе-иод) способствуют успешному росту люпина и являются предпосылкой для тбора форм, пригодных для выращивания на территории Мордовии.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Санаев Н.Ф., Гудошникова Т.Н., Мышляков Г.М., Садовничий Б.Е. [сследование роли мутагенных и экологических факторов в адаптации астений .//Тезисы докладов XX Огаревских чтении. - Саранск: Изд-во Морд, н-та, 1991. С.79-80.

2. Санаев Н.Ф., Мышляков Г.М., Садовничий Б.Е., Борисова Р.Н., Гу-ошникова Т.Н. Экспериментальный мутагенез и адаптация растений.// Мате-иалы У1 съезда общества генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова. Ч.1.-4инск, 1992. С. 135.

3. Гудошникова Т.Н. Влияние экологических факторов на изменчивость юпина. //Тезисы докладов XXI1 Огаревских чтении,- Саранск: Изд-во Морд, н-та, 1994. С.93-94.

4. Санаев Н.Ф., Гудошникова Т.Н., Устинова Е.В. Интродукция новых ультур - перспективное направление в сельскохозяйственном произ-одстве.//Тезисы докладов научной конференции, посвященной 50-летшо аг-юномического факультета Кировского сельскохозяйственного института,- Ки-юв, 1994. С.20-21.

5. Санаев Н.Ф., Садовничий Б.Е., Мышляков Г.М., Лазаренко Е.М., Бо-шсова Р.Н., Гудошникова Т.Н., Устинова Е.В. Анапиз многофакторности в шытах по индуцированной изменчивости растений. //Генетика. - М.: Наука. 994, Т.30. С.138-139.

6. Санаев Н.Ф., Гудошникова Т.Н., Устинова Е.В. Региональные пробле-ш интродукции растений. // Регионология, 1994, N 4. С.146-151.

7. Санаев Н.Ф., Гудошникова Т.Н. Особенности эмбриогенеза у люпина. /Тезисы XXI1 Огаревских чтений,- Саранск: Изд-во Морд, ун-та, 1995. С.30-31.

7. Санаев Н.Ф., Гудошникова Т.Н. Особенности эмбриогенеза у люпина. //Тезисы XXI1 Огаревских чтений,- Саранск: Изд-во Морд, ун-та, 1995. С.30-31.

8 . Санаев Н.Ф., Гудош шкова Т.Н. Цитоэмбриологические исследования в связи с интродукцией люпина в Мордовии. //Региональные проблемы экологической генетики и пути их решения,- Саранск: Изд-во Морд, ун-та, 1996. С.29-30.

9. Санаев Н.Ф., Гудошникова Т.Н. Использование генетического разнообразия люпина в интродукции // Вестник Мордовского университета. 1997. С.118-143.

10. Санаев Н.Ф., Горчакова H.A., Мышляков Г.М., Гудошникова Т.Н. Экспериментальное формообразование в расширении генетического разнообразия Н Изучение и охрана биологического разнообразия ландшафтов русской равнины: Материалы междунар. научн. конф., посвященной 80-летию Пензенского заповедника. - Пенза, 1999. С.65-67.

№ 020316 от 4 декабря 1996 г. Подписано в печать 08.12.99 Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная Объ^.м 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство "Сала зский университет" УОП СамГУ ПЛД № 67-43 от 19 февраля 1998 г.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гудошникова, Тамара Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

1.НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ АККЛИМАТИЗАЦИИ ЛЮПИНА В НОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1.Генетические центры и географическое распространение люпина.

1.2.Природные условия и генетико-селекционные возможности возделывания люпина в Мордовии.

1.3.Индуцированная изменчивость в адаптации люпина к ус-виям произрастания в Мордовии.

2.УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1.Характеристика исходного материала.

2.2.Схема и планирование эксперимента.

2.3.Методика полевых опытов.

2.4.Методы учета количественных признаков.

3.РОСТ И РАЗВИТИЕ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ И ОБРАЗЦОВ ОДНОЛЕТНЕГО ЛЮПИНА В УСЛОВИЯХ МОРДОВИИ В СРАВНЕНИЙ С ТРАДИЦИОННЫМИ РЕГИОНАМИ ЛЮПИНОСЕЯНИЯ.

3.1.Рост, развитие, продуктивность и выживаемость люпина в первый (1991) год испытания в Мордовии в сравнении с западными регионами.

3.2.Развитие люпина во второй (1992) год испытания в Мордовии в сравнении с западными регионами.

4.ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АККЛИМАТИЗАЦИИ ЛЮПИНА В УСЛОВИЯХ МОРДОВИИ В 1991. 1995 ГОДАХ.

4.1 .Полевая всхожесть семян

4.2.Особенности роста люпина желтого и люпина узколистного

4.3.Выживаемость люпина и проблема устойчивости к неблагоприятным факторам среды.

4.4.Продуктивность как показатель акклиматизации люпина.

4.5.Продолжительность онтогенеза люпина как критерий акклиматизации.

5. ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОДВИЖЕНИЯ ОДНОЛЕТНЕГО ЛЮПИНА С ЗАПАДНЫХ (ТРАДИЦИОННЫХ) РЕГИОНОВ ЕГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ

В ВОСТОЧНЫЕ РЕГИОНЫ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ.

5.1.Закономерности распределения лимитирующих факторов среды по мере продвижения люпина в восточном направлении.

5.2. Роль лимитирующих факторов среды при акклиматизации люпина в Мордовии.

5.3. Общие результаты акклиматизации люпина желтого и люпина узколистного в Мордовии.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эколого-биологические особенности люпина желтого и люпина узколистного при акклиматизации в условиях Мордовии"

Актуальность темы

В связи с решением продовольственной проблемы и необходимостью увеличения сырьевой базы для промышленности все большее внимание обращается на полноту использования растительных ресурсов. Это, в свою очередь, обусловлено вовлечением в сферу производства технологически емких и экономически выгодных культур. С достаточным основанием к ним можно отнести люпин, отличающийся комплексом хозяйственно-ценных признаков и, соответственно, многоплановыми возможностями использования. В последние годы границы его возделывания значительно сместились в европейской части России в северном и восточном направлениях. В связи с тем, что в новых регионах возделывания люпин часто не образует достаточно вызревших семян, требуются сорта, устойчивые к действию неблагоприятных факторов среды, способные дать жизнеспособное потомство.

Различные формы люпина получены методами гибридизации, экспериментального мутагенеза, культуры клеток. Некоторые из них апробированы на базе специализированных научно-производственных центров, расположенных в западных (традиционных) регионах люпино-сеяния. Данные формы люпина представляют интерес для испытания в новых природных регионах в частности, на территории Мордовии.

Этим и вызвана необходимость осуществления нашей работы.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями

Диссертация выполнена в рамках основного направления кафедры генетики Мордовского государственного университета им.Н.П.Огарева по теме "Индуцированная изменчивость и адаптация растений".

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является испытание генотипичес-ки различных образцов люпина желтого (Lupinus luteus L.) и люпина

ЕГ

- и

УЗКОЛИСТНОГО ( ЬирХПиЗ ЗЛЁПльь 11 011и.5 Ь, ) Б УСЛОВИЯХ МОРДОВИИ.

В задачи исследований входило:

- изучить экологические особенности генотипически различных образцов люпина желтого и люпина узколистного по признакам, имеющим адаптивное значение;

- исследовать развитие образцов люпина желтого и люпина узколистного по характеру проявления признаков в разные годы возделывания;

- сравнить образцы люпина желтого и люпина узколистного по комплексу количественных признаков роста, развития., продуктивности и выживаемости для оценки степени оптимизации их организмен-но-средовых отношений;

- выделить перспективные для возделывания на территории Мордовии форш люпина желтого и люпина узколистного.

Научная новизна работы

Впервые детально изучено варьирование показателей роста, развития, продуктивности и выживаемости у 18 сортообразцов люпина желтого и люпина узколистного в условиях Мордовии. Определены взаимосвязи между исследованными растениями и ведущими факторами экологической среды, дана оценка степени приспособляемости различных сортообразцов к условиям Мордовии.

Выявлены сортообразцы люпина желтого и люпина узколистного, наиболее перспективные для выращивания на территории Мордовии.

Теоретическое значение работы

Установленная в работе изменчивость сортов и образцов люпина желтого и люпина узколистного в зависимости от условий можно использовать для моделирования организменно-средовых отношений при дальнейшей акклиматизации растений, а также в программах по введению их в растениеводство.

Представленные в диссертации материалы могут быть использовалы для развития теоретических основ современной экологии растении.

Практическая значимость работы

Результаты проведенных исследований могут быть использованы в практике сельского хозяйства Мордовии и соседних с ней регионов России.

Реализация результатов исследований

Выделенные перспективные образцы люпина желтого и люпина узколистного успешно прошли испытания на базе Мордовского научно-исследовательского института сельского хозяйства РАОХН.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в Мордовском государственном университете им.Н.П.Огарева при чтении лекционных курсов по экологии растений, растениеводству и др.

Апробация работы

Результаты исследований, теоретические и практические положения диссертации были доложены и обсуждены на Огаревских чтениях Саранск, 1993-1997 гг., У1 съезде общества генетиков и селекционеров им.Н.И.Вавилова (Минск,1992), I съезде Башиловского общества генетиков и селекционеров России (Саратов, 1994), научно-практической конференции, посвященной 50-летию агрономического факультета Кировского сельскохозяйственного института (Киров, 1994), научно-практической конференции "Региональные проблемы экологической генетики и пути их решения" (Саранск, 1996), на расширенном заседании кафедры экологии, ботаники и охраны природы Самарского госуниверситета (1998).

Публикация результатов исследований

Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 10 печатных работах.

Декларация личного участия автора

В течение 1991.1996 гг. автор лично провел испытание образцов люпина желтого и люпина узколистного в полевых экспериментах Мордовии. Он осуществлял сбор научного материала по акклиматизации этих растений на базе ботанического сада Мордовского государственного университета.

Статистическая обработка, анализ экспериментальных данных, написание текста диссертации осуществлены лично автором. Доля личного участия автора в написании и подготовке публикаций, выполненных в соавторстве, составляет от 50% до 70 % .

Основные положения, выносимые на защиту

1. Перенос люпина желтого и люпина узколистного из западных регионов люпиносеяния в Мордовию сопровождается резкой стрессовой реакцией (снижение полевой всхожести семян, роста стеблей, уменьшение числа цветков, бобов, семян, массы семян) в первый год испытаний. Однако благодаря высокой выживаемости все развившиеся растения образуют в новых для них условиях Мордовии жизнеспособные семена. Во второй год испытаний из этих семян развиваются растения, которые характерезуются в сравнении с западными регионами удовлетворительной полевой всхожестью семян, у них существенно улучшаются по сравнению с первым годом выращивания и другие показатели развития: высота стеблей, число цветков, бобов и семян. Сохраняется и высокая выживаемость растений.

По комплексу признаков положительно выделяются формы С.Н.243/84, Жемчуг, Брянский 6 (люпина желтого), Дикаф 1, Мутант 244, Дикаф 13 (люпина узколистного).

2. По выживаемости перспективными для дальнейшей работы по акклиматизации в условиях Мордовии являются сортообразцы Брянский 6, С.Н.65/4 люпина желтого и Дикаф 1, ТСХА 16, Узколистный 103 люпина узколистного. Выживаемость сортообразцрв Быстрорастущий 4, Кастрычник, Жемчуг люпина желтого, Мутант 244, Дикаф 13, Дикаф 9, Немчиновский 97, Немчиновский 846 люпина узколистного в неблагоприятные по погодным условиям годы не превышает в Мордовии 67,8 %. Образцы Мутант 258 (люпин желтый) и Узколистный 123 (люпин узколистный } не пригодны для выращивания в Мордовии, В 1984 году их семена не дали всходов., утратив свою жизнеспособность,

3. Сумма активных температур, необходимая для развития изученных сортов к образцов люпина желтого (1197.,.1537и С при продолжительности онтогенеза 103,,.150 дней) и люпина узколистного (1049,.1413° С при длительности онтогенеза 82.137 дней), не превышает таковую в безморозный период года в Мордовии (1600,.2000° С), Поэтому их здесь можно выращивать.

В годы о недостатком влаги в начальных фазах развития и высокой скоростью роста суммы активных -температур в течение вегетационного периода сокращается продолжительность онтогенеза люпина желтого и люпина узколистного снижается их семенная продуктивность . Поэтому урожаи их в условиях Мордовии не могут быть стабильными.

4. По 6-летним данным о комплексе жизненно важных признаков из 6 сортообразцов люпина желтого наибольшей способностью к акклиматизации обладает сорт Жемчуг и в меньшей степени (по завязы-ваемости бобов и выживаемости) - Брянский 6, а из 8 образцов люпина узколистного - Дикаф 1, Дикаф 13, Немчиновский 97, также Узколистный 109, Последний однако образует небольшое количество семян, но растет удовлетворительно.

Контрастные колебания погодных условий по годам и в течение вегетационного периода в Мордовии отрицательно влияют на рост и развитие люпина. Холодная и сухая погода в начале вегетации, весенние и осенние заморозки, резкие перепады температуры воздуха и почвы, недостаток атмосферных осадков или, наоборот, прохладная и дождливая погода в летний период, характерные для климата Мордовии, препятствуют акклиматизации люпина, Благоприятные по погод