Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Органогенез и продукционный процесс ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи со сроками посева в северной лесостепи Зауралья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Органогенез и продукционный процесс ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи со сроками посева в северной лесостепи Зауралья"

005008928

На правах рукописи

сШ.

Казакова Наталья Ивановна

ОРГАНОГЕНЕЗ И ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС УЛЬТРАРАННЕГО И РАННЕСПЕЛОГО ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ В СВЯЗИ СО СРОКАМИ ПОСЕВА В СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАУРАЛЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Пермь-2012

005008928

Работа выполнена в Институте агроэкологии - филиале ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Алексей Эдуардович Панфилов

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Владимир Алексеевич Волошин

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Михаил Александрович Намятов

Ведущая организация: ГНУ «Курганский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства»

Защита диссертации состоится «22» февраля 2012 года в 14м часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.054.02 при ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова» по адресу: Россия, 614990, г. Пермь, ул. Петропавловская, д. 23

Тел ./факс (342) 212-53-94, Е-таИ: DM220.054.02@mail.ni

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова», с авторефератом — на сайтах http://vak.ed.gov.ru и http://pesha.ru

Автореферат разослан «20» января 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.А. Акманаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из условий продвижения зерновой кукурузы в северные регионы является ее селекция на ультраскороспелость. Развитие этого направления привело к появлению нового класса ультраранних гибридов группы ФАО 120-130. В настоящее время эта группа представлена гибридами Омка 130 и Кубанский 101СВ, включенными в государственный реестр по Уральскому и Западно-Сибирскому регионам.

Вопрос об адаптивности гибридов зернового направления важен с точки зрения прогнозирования и обеспечения устойчивости производства зерна в регионе. Этот вопрос может быть решен путем изучения некоторых аспектов биологии ультраранних гибридов. К ним относится, в частности, динамика органогенеза и особенности формирования ассимилирующего аппарата и фотосинте-тической деятельности. Актуальность изучения этих аспектов связана с неравномерным распределением ресурсов тепла и влаги в континентальном климате Зауралья и необходимостью уточнения критических периодов по отношению к этим факторам, а также расположением региона в умеренных широтах и принадлежностью кукурузы к растениям короткого дня.

Для оценки влияния внешних факторов на рост, развитие и продукционный процесс растений необходимо достаточное разнообразие внешних условий, которое может быть обеспечено не только повторением исследований во времени, но и проведением их на фоне различных сроков посева, корректирующих условия теплообеспеченности, увлажнения и освещенности на различных стадиях развития кукурузы.

Цель исследований - сравнительная оценка адаптивности ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы к условиям северной лесостепи Зауралья на фоне различных сроков посева, разработка и обоснование рекомендаций для селекции гибридов зернового направления использования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить динамику развития и органогенеза ультрараннего и раннеспелого гибридов в зависимости от срока посева и внешних условий, уточнить сроки наступления и продолжительность критических периодов водопотребле-ния кукурузы.

2. Выявить особенности формирования ассимилирующего аппарата и фо-тосинтетической деятельности разновременно созревающих гибридов.

3. Исследовать влияние сроков посева и скороспелости гибридов на динамику накопления сухого вещества, химического состава и аккумуляции обменной энергии в биомассе вегетативных и генеративных органов.

4. Установить влияние сроков посева на силосную и зерновую продуктивность ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы. ,

5. Дать экономическую оценку зерновой продуктивности ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи со сроками посева.

Научная новизна. Впервые в условиях северной лесостепи Зауралья изучена динамика развития и органогенеза главного и бокового побегов ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи с процессами листообразова-

ния. Изучены особенности развития фотосинтетического аппарата, накопления сухого вещества вегетативными и генеративными органами разновременно созревающих гибридов кукурузы под воздействием комплекса внешних факторов, обусловленных сроками посева.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности органогенеза ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи с гидротермическими условиями северной лесостепи Зауралья.

2. Особенности формирования и функционирования фотосинтетического

аппарата разновременно созревающих гибридов кукурузы при различных сроках посева. .

3. Характер продукционного процесса ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в условиях северной лесостепи Зауралья.

Практическая значимость и реализация результатов. Выявленные биологические особенности гибридов кукурузы могут быть положены в основу рекомендаций для селекционной практики гибридов зернового направления использования и совершенствования технологии возделывания их на зерно в северной лесостепи Зауралья.

Внедрение технологии возделывания ультрараннего гибрида кукурузы Кубанский 101СВ осуществлено в 2010 году на полях ООО «Рассвет» Чесменского района Челябинской области на площади 182 га и в 2011 году в КФХ ИП Репьев Ф.Е. Карталинского района Челябинской области на площади 123 га.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано девять печатных работ, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Результаты исследований доложены на научных конференциях Челябинской государственной агроинженерной академии (г, Челябинск, 20082011 гг.), на международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, студентов и специалистов «Молодость, талант, знания - агропромышленному комплексу России», (г. Троицк, 2009 г.), на всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 90-летию со дня рождения П. Л. Горчаюовского в Институте экологии растений и животных УрО РАН (г. Екатеринбург, 2010 г.), на международной научно-практической конференции «Аграрная наука - основа инновационного развития АПК» (г. Курган, 2011г.).

Объем и структура работы. Работа изложена на 144 страницах печатного текста и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и селекционной практике, включает 32 таблицы, 35 рисунков, восемь приложений. Список литературы содержит 292 наименования, из них 28 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Условия и методика исследований

Исследования проведены на опытном поле Института агроэкологии в 2005-2010 годах. Почва экспериментальных участков - чернозем выщелоченный тяжело суглинистый среднемощный. Содержание гумуса в слое 0-40 см -

6,4%, содержание элементов питания: N„0- - 109,3 мг/кг, Р205 - 102,0 мг/кг, К20 -139,7 мг/кг.

По метеорологическим условиям период проведения исследований отличался разнообразием по ресурсам тепла и влаги, а также по их распределению в период вегетации, что обеспечило благоприятный фон для изучения реакции гибридов кукурузы на внешние факторы и сроки посева. Сравнительно высокой теплообеспеченностью отличались 2008 и 2010 годы. Избыточно увлажненным был 2008 год, 2009 и 2010 годы - засушливыми. Для 2005, 2006 и 2007 годов характерна обеспеченность теплом и влагой близкая к средним многолетним значениям.

В соответствии с поставленной целью и задачами исследований программа включала два полевых опыта:

Опыт 1. Изучение реакции разновременно созревающих гибридов кукурузы - ультрараннего Кубанский 101СВ и раннеспелого Кинбел 181СВ - на изменение сроков посева (2007-2009 гг.). Посев проводили в три срока, в первой, второй и третьей декадах мая, соотвественно 3-6 мая, 14-15 мая и 25-26 мая. В 2005, 2006 и 2010 годах опыт закладывали по сокращенной схеме, включающей один гибрид - Кубанский 101СВ. Повторность трёхкратная, размещение вариантов рендомизированное, общая площадь делянки 28 м2, учетная площадь -14 м2.

Опыт 2 (2006-2010 годы). Изучали набор гибридов кукурузы диапазона ФАО 100-240. Опыт заложен с целью расширения выборки, обеспечивающей возможность статистического анализа информации при оценке зависимости хозяйственно полезных признаков кукурузы от скороспелости гибридов. Опыт заложен в трехкратной повторности. Размещение вариантов рендомизированное. Общая и учетная площадь делянки 10 м2.

Наблюдения, анализы, учеты проведены согласно принятым методикам ВНИИ кукурузы, ВНИИ кормов и Госсортсети. Меристемы препарировали в соответствии с методикой Ф. М. Куперман. Содержание хлорофилла и углерода в листьях растений кукурузы определяли фотометрически. Статистическую обработку проводили методами дисперсионного, корреляционного, регрессионного и пробит-анализа по Б. А. Доспехову, К. Л. Льюису и Г. Ф. Лакину.

2. Результаты исследований

2.1 Динамика развития гибридов кукурузы, ее связь с температурным режимом

Динамика развития растений кукурузы в период исследований определялась как скороспелостью гибридов, так и сроком посева.

Продолжительность периода «посев — всходы» зависела от температуры почвы. Медленное прогревание почвы при посеве в первой декаде мая удлинило период прорастания по сравнению с поздним сроком в среднем на 7 суток. Несмотря на это, ранние сроки посева способствовали появлению полных всходов в среднем на 13 дней раньше, чем при поздних.

Темпы листообразования у различных по скороспелости гибридов кукурузы в одних и тех же условиях были одинаковы. У ультрараннего гибрида на

главном побеге развертывалось одиннадцать листьев, а у раннеспелого гибрида - четырнадцать. При таком темпе развития к фазе выметывания ультраранний гибрид опережал раннеспелый гибрид по наступлению фазы выметывания в среднем на 7 дней независимо от срока посева. При посеве в ранние сроки вегетативный период протекал на фоне пониженных температур, поэтому фаза выметывания наступала с опережением по отношению к позднему сроку в среднем на 10 суток с незначительными колебаниями по годам.

В результате ранние сроки выметывания обеспечили дополнительные ресурсы времени для прохождения второй половины периода развития, что повысило вероятность уборки кукурузы на более поздних стадиях. Достижение фазы восковой спелости зависело от скороспелости гибрида. Так, при возделывании ультрараннего гибрида восковая спелость отмечалась в конце августа - начале сентября, раннеспелого гибрида - в первой-второй декадах сентября.

2.2 Динамика органогенеза метелки и початка разновременно созревающих гибридов кукурузы в зависимости от внешних условий

Синхронность темпов листообразования у различных по скороспелости гибридов кукурузы в сопоставимых условиях позволила построить временную шкалу, посредством которой достигнуто сопоставление наблюдаемых фаз развития этапам органогенеза растений кукурузы (рис. 1).

Количество. 200? V. 21 23 ЗУ 37 45 48 52 55 58 61 ! 64 67 70 : 71-84

те» 15 19 ' 26 33 40 43 46 49 : 52 55 | 58 ‘ 61 I 64 1 65-76

аг носспя 2009 г. ж 18 [22 31: 64-76

Число листьев 2 5 1 4 5 6 7 8 9 10 И : 12* 13* ! ы* \

'.)таим ортаиоютсла мегслкн

5 Кубанский 101 СВ 1* г £ ЗСигнЛгл 181 СИ 1 1 И : Щ п к а V? : \ш т IV у • _ !\. те! V»! :

Этапы органогенеза ооча пса

^ Кубаткии ШСВ $ ; и «г IV у ' VI | у« мл

£ Кянвел 181 С » ! 1 ; И Ш , IV * VI} VII VIII 1 ь\

* только дли гибрид» Кимбся 181СВ

Рис. 1 - Наступление этапов органогенеза метелки и початка разновременно созревающих гибридов кукурузы, 2007-2009 годы

Одноименные этапы органогенеза у гибридов с неодинаковым вегетационным периодом наступали в разные календарные сроки. В фазе полных всходов конус нарастания главного побега гибридов находился на I этапе, который характеризуется недифференцированным конусом нарастания. После всходов отмечался быстрый, в течение 2-3 дней, переход конуса нарастания метелки ко II этапу органогенеза. Продолжительность данного этапа связана с количеством листьев. У гибрида Кубанский 101СВ, имеющего на главном побеге 11 листьев, этот этап сжат во времени до 2-6 дней и морфологически связан лишь с третьим листом. В фазе четвертого листа ультраранний гибрид переходил к следующему (третьему) этапу органогенеза. Гибрид Кинбел 181 СВ переходил к третьему

этапу органогенеза лишь в фазу 5-6 листьев. Последующие этапы не внесли существенного вклада в варьирование продолжительности вегетационного периода.

Таким образом, ускоренное развитие ультрараннего гибрида является отражением более быстрого прохождения начальных (1-1У) этапов органогенеза мужского соцветия.

Быстрый переход мужского соцветия ультрараннего гибрида к V этапу органогенеза способствует более раннему вступлению початка в III этап органогенеза, а, следовательно, образованию продуктивного початка с опережением на три листа относительно раннеспелого образца. Абсолютные темпы органогенеза початка в условиях Зауралья не зависили от скороспелости гибридов.

Изучение органогенеза позволило уточнить критические периоды водопо-требления, которые у гибридов наступали в различные сроки. Первый период, связанный с IV этапом органогенеза, у раннеспелого гибрида совпадает с фазой 7 листа. У ультрараннего гибрида данный период приурочен к фазе 5 листа и наступает на 7-11 дней раньше. Второй критический период (конец VI этапа органогенеза метелки) приурочен у раннеспелого гибрида к появлению тринадцатого листа, у ультрараннего - девятого листа. Это повышает вероятность совпадения начала критического периода с июньской засухой, поэтому описанные обстоятельства необходимо учитывать при селекции ультраранних гибридов кукурузы на засухоустойчивость.

2.3 Аномалии органогенеза кукурузы

Выявлены аномалии в развитии мужского и женского соцветий, проявляющиеся в нарушении симметрии формирующейся метелки, образования метелки из единственной центральной ветви и формирование зерновок в цветках метелки и мужских цветков в женских соцветиях, связанное с обоеполостью кукурузы. Установлено, что перечисленные аномалии органогенеза находятся под контролем генотипа и проявляются в онтогенезе под влиянием внешних факторов, таких как тепло и влага. Во всех случаях половых сдвигов феминизация мужского соцветия у кукурузы связана с ускорением органогенеза независимо от причин, вызывающих это ускорение.

2.4 Формирование листового аппарата, фотосинтетический потенциал и продуктивность фотосинтеза

Динамика формирования площади листьев в годы исследования носила неравномерный и асимметричный характер и описывалась кривыми с общим уравнением 1:

7 = а + 6(/-с)е‘г'-/, (1)

где а, Ь, с, ё и Г - эмпирические коэффициенты, е - основание натуральных логарифмов, I - число дней от начала мая. Кривые характеризуются максимумами, даты достижения которых зависят от скороспелости гибридов и сроков посева.

Раннеспелый гибрид закономерно превосходит по данному показателю ультраранний гибрид независимо от срока посева (табл. 1). При поздних сроках посева отмечается уменьшение площади листовой поверхности у обоих гибридов. Аналогичные различия по гибридам и срокам посева наблюдаются в отношении фотосинтетическош потенциала.

Таблица 1 - Площадь листьев и фотосинтетический потенциал разновременно созревающих гибридов кукурузы в связи со сроками посева

Срок посева Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га Фотосинтетический потенциал, тыс. м2 хсут./га

2008 г. | 2009 г. | в среднем 2008 г. | 2009 г. | в среднем

Кубанский 101 СВ

Ранний 17,6 17,3 17,5 856,4 994,2 925,3

Поздний 15,0 16.4 15,7 772,5 1051,8 912,2

Кинбел 181СВ

Ранний 24,8 27,3 26,1 1406,3 1795,8 1601,1

Поздний 22,1 27,2 24,7 1261,5 1741,4 1501,5

Сравнительно низкий фотосинтетический потенциал улырараннего гибрида обусловлен не только небольшим числом листьев и малыми линейными размерами, но и неблагоприятной конфигурацией листовой пластины, которая может быть преодолена селекционным путем. Это позволит повысить потенциальную продуктивность гибридов ультраранней группы как минимум на 20 %.

Величина чистой продуктивности фотосинтеза ультрараннего гибрида, напротив, превышает показатель раннеспелого гибрида в максимуме в среднем на 7,5 г/м2 в сутки. Следовательно, фотосинтетический потенциал кукурузы в условиях дефицита тепла слабосвязан с продукционным процессом, что обусловливает низкую вероятность реализации преимуществ раннеспелого гибрида по мощности ассимиляционного аппарата.

Максимальное суммарное содержание хлорофилла в листьях на гектаре посева приходится на период с наибольшей продолжительности дня (конец июня - начало июля), в дальнейшем его синтез подавляется. По срокам посева в содержании хлорофилла достоверных различий не выявлено, но обнаружено значительное преимущество раннеспелого гибрида по суммарному содержанию хлорофилла независимо от срока посева (рис. 2). Это также свидетельствует о повышенном потенциале раннеспелого гибрида. Однако реализация этого потенциала зависела от распределения максимумов площади листьев и содержания хлорофилла, которые не совпадают во времени.

Максимальное суммарное содержание хлорофилла у обоих гибридов достигается раньше, чем максимум листовой поверхности (табл. 2). Для гибрида Кубанский 101СВ раннего срока посева характерен незначительный (до 4 суток) разрыв во времени между максимумами этих показателей. У гибрида Кин-бел 181СВ формирование листовой поверхности продолжалось еще в течение 611 суток после достижения максимума по хлорофиллу.

Дата

-----Кубанский 101СВ, 5 мая ........Кинбел 181СВ, 5 мая

-----Кубанский 101СВ, 15 мая--------Кинбел 181СВ, 15 мая

Рис. 2 - Суммарное содержание хлорофилла в листьях гибридов кукурузы в зависимости от срока посева, 2008 г.

Таблица 2 - Распределение максимумов площади листьев, содержания хлорофилла и углерода в листьях гибридов кукурузы в связи со сроками посева, 2008-2009 гг.

Гибрид Срок посева Дата наступления максимальных значений Разрыв между максимумами, дней

содержания хлорофилла содержания углерода площади листьев площади листьев и хлорофилла площади листьев и углерода

2008 год

Кубанский I декада мая 03.07 13.07 06.07 3 7

101СВ II декада мая 05.07 15.07 11.07 6 4

Кинбел I декада мая 09.07 26.07 20.07 и 6

І81СВ II декада мая 11.07 26.07 25.07 14 1

2009 год

Кубанский I декада мая 03.07 15.07 07.07 4 8

101СВ III декада мая 07.07 15.07 14.07 7 1

Кинбел I декада мая 14.07 22.07 20.07 6 2

181СВ III декада мая 19.07 22.07 31.07 12 -9

Следовательно, часть продуктов фотосинтеза, необходимых для формирования урожая, раннеспелым гибридом необратимо аккумулировались в органическом веществе листьев на фоне растущего дефицита хлорофилла Это позво-

ляет заключить, что в условиях длинного дня ассимиляционный аппарат ульт-рараннего гибрида функционирует более сбалансировано, чем раннеспелого.

Аналогичные закономерности проявляются при сравнении максимумов листовой поверхности и содержания хлорофиила по срокам посева. При раннем сроке разрыв между этими максимумами у ультрараннего гибрида в 2008 году составил 3 дня, в 2009 - 4 дня, при позднем - соответственно 6 и 7 дней. Еще более контрастные различия характерны для раннеспелого гибрида. Это подтверждает гипотезу И. А. Сикорского (1968) о том, что посевы кукурузы раннего срока в условиях Зауралья более эффективно используют ресурсы не только тепла, но и света.

Время наступления максимумов содержания углерода зависело от скороспелости гибридов кукурузы. При обоих сроках посева максимум по углероду у ультрараннего гибрида отмечается в первой половине июля, у раннеспелого гибрида - в конце июля. Максимальное содержание ассимилированного углерода в листьях достигается позднее, чем гибриды сформируют наибольшую площадь листьев. При раннем сроке у обоих гибридов максимальная площадь листьев отмечается на 6-8 суток раньше, чем максимум содержания углерода, что увеличивает время ее функционирования. Это также свидетельствует о более сбалансированном функционировании ассимилирующего аппарата ультрараннего гибрида.

2.5 Накопление сухого вещества вегетативными и генеративными органами растений, силосная продуктивность растений

Различия в динамике и величине накопленного сухого вещества определялись как скороспелостью гибридов, так и сроком посева. По сухой массе растения ультрараннего гибрида кукурузы независимо от срока посева значительно уступает раннеспелому гибриду. В первой половине вегетации сухое вещество интенсивно накапливается растениями раннего срока посева. В этот период явное преимущество имеет раннеспелый гибрид с более мощным развитием вегетативной массы.

В генеративный период сухое вещество накапливается в початке. По накоплению сухого вещества в зерне в фазе молочно-восковой спелости гибрид Кинбел 181СВ раннего срока посева опережает гибрид Кубанский 101СВ, однако налив зерна ограничивается снижением температурного фона. Преимущество ультрараннего гибрида в этот период выражается в большей доле зерна, которая к фазе восковой спелости в сухом веществе растения при раннем сроке посева достигает 50 %, при позднем - 47 %.

По урожайности сухой массы ультраранний гибрид уступает раннеспелому гибриду независимо от срока посева (табл. 3). Однако необходимо отметить достоверное увеличение доли початка в сухом веществе ультрараннего гибрида при посеве в первой декаде мая, связанное с увеличение зерновой части урожая. Перенос срока посева на конец мая приводит к снижению данного показателя независимо от скороспелости гибрида.

Таблица 3 - Урожайность сухой массы и доля початков в сухом веществе гибридов кукурузы в зависимости от срока посева, среднее за 2007-2009 гг.

Гибрид Урожайность сухой массы, т/га Доля початка в сухом веществе, %

I декада мая III декада мая I декада мая III декада мая

Кубанский 101 СВ 10,4 10,2 61,6 58,3

Кинбел 181СВ 13,1 13,5 51,4 45,6

НСР05: по гибридам 0,2 1,2

по срокам ^„5 1,2

Таким образом, различия в величине накопленного сухого вещества определялись скороспелостью гибридов и в меньшей степени сроком посева. Ульт-раранний гибрид значительно уступает раннеспелому гибриду по урожайности сухой массы, что компенсируется достоверно более высокой долей початка в сухом веществе растений. ,

2.6 Аккумуляция обменной энергии в биомассе кукурузы

Химический состав сухого вещества играет решающую роль в оценке гибридов и определяет их энергетическую ценность. Существенные различия в химическом составе обнаружены между гибридами различной скороспелости (табл. 4).

Таблица 4 - Биохимические показатели качества растений гибридов кукурузы в зависимости от срока посева, %, 2009 г.

Гибрид Срок посева Сырой протеин Сырой жир Сырая клетчатка Сырая зола БЭВ

Кубанский 101 СВ I декада мая 7,5 4,4 11,7 4,0 72,5

III декада мая 9,6 3,7 15,0 3,9 67,8

Кинбел 181СВ I декада мая 9,5 2,7 17,1 4,9 65,7

III декада мая 10,6 2,1 19,3 5,0 63,0

Гибрид кукурузы Кубанский 101СВ независимо от срока посева по биохимическим показателям превосходит раннеспелый гибрид. Отмечается снижение содержания сырой клетчатки у ультрараннего гибрида при раннем сроке посева, связанное с уменьшением листосгебельной массы в связи с естественным усыханием нижних ярусов листьев. При переносе срока посева на конец мая содержание сырых протеина и клетчатки возрастает, одновременно снижается содержание сырого жира, безазотистых экстрактивных веществ.

Рост концентрации обменной энергии связан с увеличением зерновой доли урожая по мере развития растений. Следовательно, концентрация обменной энергии в сухом веществе кукурузы находится в обратной зависимости от содержания клетчатки и протеина и в прямой - от содержания жира и БЭВ.

На концентрацию обменной энергии в большей степени влияет генотип (табл. 5). Большая доля листостебельной массы в урожае раннеспелого гибрида

снижает обменную энергию на 0,4 МДж / кг. Несмотря на это, по выход Обменной энергии раннеспелый гибрид имеет явное преимущество.

Таблица 5 - Энергетическая ценность гибридов кукурузы и выход обменной энергии в зависимости от срока посева, 2009 г.

Гибрид Срок посева Концентрация обменной энергии, МДж / кг СВ Выход обменной энергии, ГДж / га

Кубанский I декада мая 10,5 119,8

101СВ III декада мая 10,4 98,3

Кинбел 181СВ I декада мая 10,1 146,1

III декада мая 10,0 134,3

Максимальный выход обменной энергии в условиях Зауралья наблюдается при раннем сроке посева независимо от скороспелости гибрида. Перенос срока посева на конец мая приводит к уменьшению этого показателя на 11,821,5 ГДж/га. ■ ■

2.7 Влияние сроков посева на зерновую продуктивность гибридов кукурузы

Сравнительный анализ средней урожайности зерна раннеспелого и ульт-рараннего гибридов в среднем по годам выявил статистически доказанное преимущество последнего при раннем сроке посева (таблица 6).

Таблица 6 Зависимость урожайности зерна различных по скороспелости гибридов кукурузы от сроков посева, т/га, среднее за 2007-2009 гг.

Гибрид Срок посева

I декада мая II декада мая III декада мая

Кубанский 101СВ 6,55 5,65 5,22

Кинбел 181СВ 6,07 5,79 5,60

НСР05 по годам 0,48

по гибридам 0,39 /:

по срокам 0,48

Снижение продуктивности гибрида Кубанский 101СВ при посеве в первой декаде мая отмечено лишь в 2007 году и вызвано изреженностью посевов вследствие повышенной реакции ультрараннего гибрида на медленное прогревание почвы в период прорастания. Это говорит о слабой холодостойкости ультрараннего гибрида, которая является частной характеристикой и не может рассматриваться как недостаток класса в целом. Следовательно, селекция на холодостойкость является существенным резервом повышения потенциальной урожайности ультраранних гибридов.

Нерегулярный характер распределения тепла и влаги приводит к неустойчивому эффекту раннего срока посева, который наиболее полно проявляется.годы с нестабильной тепло- или влагообеспеченностъю - 2006, 2008 и 2010.

Средняя прибавка урожая зерна за счет посева ультрараннего гибрида кукурузы в первой декаде мая составляет 0,53 т/га по отношению к посеву во второй декаде мая и на 1,31 т/га - к третьей декаде. Преимущество ранних сроков посева по урожайности объясняется достоверно высокой массой 1000 зерен, так как раннее появление всходов позволило посевам первой декады мая дополнительно использовать от 77 до 163 градусов активных температур и способствовало более полноценному наливу зерна. Кроме того, дополнительный вклад в формирование прибавок урожая за счет раннего срока посева вносит более эффективное использование ресурсов не только тепла, но и света.

Различия между гибридами также связаны со снижением массы 1000 зерен у раннеспелого гибрида по сравнению с ультрарарнним, несмотря на то, что последний существенно уступает по числу зерен в початке. При этом сравнительно низкую массу 1000 зерен гибрида Кинбел 181СВ необходимо рассматривать не как характеристику конкретного генотипа, а как свойство группы раннеспелых гибридов в условиях северной лесостепи Зауралья, что подтверждается трендом, полученным для 19 различных по скороспелости гибридов.

2.8 Уборочная влажность зерна разновременно созревающих гибридов кукурузы в связи со сроками посева

Основной фактор, ограничивающий производство зерна кукурузы в северной зоне кукурузосеяния - его уборочная влажность.

Уборочная влажность ультрараннего гибрида при раннем сроке посева ниже технологического максимума (28%) или близка к нему (таблица 7). Смещение срока посева на вторую декаду мая приводит к достоверному увеличению влажности в среднем на 4,1 процентных пункта, на третью декаду - на 8,3 пункта. Влажность зерна раннеспелого гибрида при раннем сроке посева на 7,4 процентных пункта выше, чем у ультрараннего гибрида.

Таблица 7 - Уборочная влажность зерна гибрида кукурузы Кубанский 101СВ при различных сроках посева, %, 2005-2010 гт.

Срок посева Годы Среднее за 20052010 гг.

2005 2006 2007 2008 2009 2010

I декада мая 29,8 29,5 28,1 27,3 24,2 16,9 26,0

II декада мая 34,1 33,9 32,6 32,8 27,2 20,3 30,1

III декада мая 37,6 41,5 37,9 35,9 28,3 24,5 34,3

НСР05 2,9 2,9 1,9 2,1 1,6 1,8 0,7

Потеря влаги зерном протекает неравномерно в два этапа с различной динамикой. На первом этапе происходит увеличение массы сухого вещества, а влажность зерна снижается до 40 %. Скорость влагоотдачи в этот период определяется температурным режимом воздуха и колеблется в широком диапазоне от 0,87 до 1,66 процентных пункта в сутки. Для раннеспелого гибрида харак-

терна более выраженная динамика, чем у ультрараннего, независимо от срока посева.

Второй период начинается с фазы восковой спелости (при влажности зерна ниже 40 %). Скорость потери влаги зерном в этот период составляет в среднем 0,5 процента в сутки (на 0,1 пункта выше, чем при позднем посеве). Замедление влагоотдачи при позднем сроке посева вызвано постепенным повышением относительной влажности воздуха к концу сентября. Следовательно, влага отдается зерном тем интенсивнее, чем раньше растения вступают во второй период, й объясняет различия во влажности зерна в пользу раннего срока посева.

Этим же объясняются преимущества ультрараннего гибрида, несмотря на то, что скорость влагоотдачи у раннеспелого гибрида на 0,6-0,8 пункта выше. Поскольку Кинбел 181СВ вступает во второй период в среднем на 8 дней позже, чем Кубанский 101СВ, этот процесс у него протекает на менее благоприятном фоне при повышенной влажности воздуха. Поэтому ускоренное высыхание зерна может быть объяснено только генетическим фактором, а медленная потеря'влаги, характерная для гибрида Кубанский 101 СВ, является отрицательным признаком конкретного генотипа, а не ультраранней группы в целом.

Таким образом, генетические различия по уборочной влажности зерна кукурузы обусловлены влиянием двух факторов: фенологического и физиологического. Широкое варьирование скорости влагоотдачи у различных линий и гибридов, отмечаемое многими исследователями, обеспечивает возможность дополнительного снижения влажности селекционным путем.

2.9 Экономическая эффективность возделывания гибридов кукурузы при различных сроках посева

Максимальную экономическую эффективность при выращивании на зерно обеспечивает гибрид Кубанский 101СВ при раннем сроке посева. Низкая себестоимость одной тонны зерна ультрараннего гибрида и высокий уровень рентабельности являются следствием уменьшения затрат до 11540 руб./га в связи с низкой уборочной влажностью зерна. '

Высокая уборочная влажность зерна раннеспелого гибрида кукурузы приводит к резкому увеличению затрат до 13362-14846 руб./га, что ведет к ухудшению всех экономических показателей относительно ультрараннего гибрида при всех сроках посева.

ВЫВОДЫ

1. Посев кукурузы в первой декаде мая обеспечивает появление полных всходов в среднем на 13 дней раньше, чем при традиционных поздних сроках посева независимо от сортовых особенностей гибридов. Новая группа ультра-ранних гибридов кукурузы (на примере гибрида Кубанский 101СВ) к фазе выметывания опережает по темпам развития реестровые раннеспелые образцы в среднем на 7-8 суток независимо от срока посева. Ранние сроки выметывания и цветения початка ультрараннего гибрида кукурузы обеспечивают дополнительные ресурсы времени для прохождения генеративного периода.

2. Ускоренное развитие ультрараннего гибрида обусловлено более быстрым прохождением начальных (НУ) этапов органогенеза мужского соцветия. Последующие (У-1Х) этапы не вносят существенного вклада в варьирование продолжительности вегетационного периода. Быстрый переход мужского соцветия ультрараннего гибрида к V этапу органогенеза способствует более раннему вступлению початка в III этап органогенеза и, следовательно, образованию продуктивного початка с опережением на три листа относительно раннеспелого образца. Абсолютные темпы органогенеза початка в условиях Зауралья не зависят от скороспелости гибридов.

3. Критические периоды водопотребления у разновременно созревающих гибридов кукурузы наступают в различные сроки. Первый период, связанный с IV этапом органогенеза, у раннеспелого гибрида совпадает с фазой 7 листа. У ультрараннего гибрида данный период приурочен к фазе 5 листа и наступает на 7-11 дней раньше. Второй критический период (конец VI этапа органогенеза метелки) у раннеспелого гибрида приурочен к появлению тринадцатого листа, у ультрараннего — девятого листа. Разрыв между первым и вторым критическими периодами у гибридов разной скороспелости составляет 4-5 и 2-3 листа соответственно. Описанные обстоятельства необходимо учитывать при селекции ультраранних гибридов кукурузы на засухоустойчивость.

4. Выявлены аномалии в развитии мужского и женского соцветий, проявляющиеся в нарушении симметрии формирующейся метелки и образовании метелки из единственной центральной ветви. Перечисленные аномалии органогенеза находятся под контролем генотипа и проявляются в онтогенезе под влиянием внешних факторов, таких как тепло и влага. Во всех случаях половых сдвигов у кукурузы, которые выражаются в возникновении обоеполых соцветий, феминизация соцветия связана с ускорением развития независимо от причин, вызывающих это ускорение.

5. Формирование листовой поверхности и фотосинтетический потенциал зависят от скороспелости гибрида кукурузы. Раннеспелый гибрид по данным признакам показывает существенное преимущество перед ультраранним независимо от срока посева. Величина чистой продуктивности фотосинтеза ультрараннего гибрида, напротив, превышает показатель раннеспелого гибрида в максимуме на 7,5 г/м2 в сутки.

6. Соотношение максимумов площади листьев, содержания хлорофилла и ассимилированного листьями углерода свидетельствует о более сбалансированном функционировании ассимиляционного аппарата ультрараннего гибрида в условиях длинного дня по сравнению с раннеспелым гибридом независимо от срока посева.

7. Различия в динамике и величине накопленного сухого вещества определяются как скороспелостью гибридов, так и сроком посева. В первой половине вегетации сухое вещество интенсивно накапливается растениями раннего срока посева. В этот период явное преимущество имеет раннеспелый гибрид с более мощным развитием вегетативной массы. В генеративный период сухое вещество накапливается в початке. Преимущество ультрараннего гибрида в этот

период выражается в большей доле зерна, которая к фазе восковой спелости в сухом веществе растения составляет 47-50 %.

8. Высокая концентрация обменной энергии в условиях Зауралья достигается за счет выращивания рано созревающего гибрида кукурузы Кубанский 101СВ. Эго обеспечивается за счет снижения содержания клетчатки и протеина, и повышения содержания жира и БЭВ. Большая доля листостебельной массы в урожае раннеспелого гибрида снижает концентрацию обменной энергию на 0,4 МДж/кг, несмотря на явное преимущество его по сбору обменной энергии с единицы площади.

9. Сравнительный анализ средней урожайности раннеспелого и ультра-раннеш гибридов в среднем по годам выявил статистически доказанное преимущество последнего по зерновой продуктивности при раннем сроке посева. Однако нерегулярный характер распределения тепла и влаги приводит к неустойчивому эффекту раннего срока посева, который наиболее полно проявляется в годы с нестабильной тепло- или влагообеспеченностью. Средняя прибавка урожая зерна за счет посева ультрараннего гибрида кукурузы в первой декаде мая составила 0,53 т/га по отношению к посеву во второй декаде мая и на 1,31 т/га - к третьей декаде.

10. Уборочная влажность ультрараннего гибрида при раннем сроке посева в среднем составляет 26 % (на 7,4 процентных пункта ниже, чем у раннеспелого гибрида), что соответствует технологическим требованиям при выращивании кукурузы на зерно. Смещение срока посева на вторую декаду мая привело к достоверному увеличению его уборочной влажности в среднем на 4,1 процентных пункта, на третью декаду - на 8,3 пункта.

11. Совокупность полученных экспериментальных данных показывает, что преимущества ультраранних гибридов и ранних сроков посева в лесостепи Зауралья обусловлены более эффективным потреблением кукурузой ресурсов тепла, влаги и света. Вместе с этим современный уровень селекции, обеспечивая высокую степень адаптации гибридов к условиям лесостепи Зауралья по динамике развития и органогенеза, не вполне отвечает требованиям по устойчивости к абиотическим стрессорам в отдельные периоды роста и развития, конфигурации листовой поверхности и скорости потери влаги зерном. Это требует совершенствования селекционного процесса при выведении гибридов ультраранней группы.

12. Максимальную экономическую эффективность при выращивании на зерно обеспечивает гибрид Кубанский 101СВ при раннем сроке посева. При смещении посева на конец мая условный уровень рентабельности снижается, а себестоимость продукции увеличивается за счет дополнительных затрат на сушку зерна. Для раннеспелого гибрида отмечается снижение всех экономических показателей относительно ультрараннего гибрида при всех сроках посева.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ И СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ

1. Для реализации потенциала зерновой продуктивности кукурузы в условиях северной лесостепи Зауралья, характеризующейся общим дефицитом тепла в период вегетации, рекомендуется использовать ультраранние гибриды группы ФАО 120-130 при посеве в предельно ранние сроки, не позднее первой декады мая.

2. В связи с медленным прогреванием почвы на фоне ранних сроков посева для адаптации ультраранних гибридов кукурузы в лесостепи Зауралья необходима их селекция на холодостойкость в ювенильном возрасте (на стадии прорастания семян).

3. Поскольку второй критический период водопотребшения кукурузы, связанный с началом VI этапа органогенеза, у ультраранних гибридов наступает на 9-12 дней раньше, чем у раннеспелых, необходима их селекция на засухоустойчивость в период формирования пыльцы. Первый критический период ультраранних гибридов, напротив, сдвигается на более ранние сроки, когда запасы почвенной влаги еще высоки. Поэтому засухоустойчивость на ранних стадиях развития является менее значимым признаком для гибридов этой группы.

4. Фотосинтетический потенциал ультраранних гибридов кукурузы может быть повышен селекционными методами как минимум на 20 % путем подбора и использования исходных форм с сильно развитой паренхимой листа при сохранении числа и линейных размеров листьев, характерных для данного класса скороспелости.

5. Для снижения уборочной влажности зерна кукурузы в ходе селекции ультраранних гибридов необходимо использование селекционного материала с высокими темпами влагоотдачи после наступления физиологической спелости зерна.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Панфилов А.Э., Казакова Н.И. Эффективность использования атмосферных факторов при различных сроках посева кукурузы в лесостепи Зауралья // Кукуруза и сорго. 2010. № 3. С. 7-10.

2. Казакова Н.И. Урожайность и влажность зерна при различных сроках посева кукурузы в лесостепи Зауралья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 9. С. 8-11.

3. Казакова Н.И. Дифференциация апикальных меристем ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в лесостепи Южного Зауралья // Кукуруза и сорю. 2011. №4. С. 31-33.

Работы, опубликованные в других изданиях:

4. Уфимцева Л.В, Казакова Н,И. Фотосинтетическая активность ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы // Проблемы аграрного сектора

Южнош Урала и пути их решения: сб. науч. тр. Вып. 9. Челябинск: ЧГЛУ, 2009 С. 283-293. '

5. Казакова Н.И. Взаимосвязь процессов листообразования и органогенеза главного побега кукурузы в северной лесостепи Зауралья // «Молодость, талант, знания агропромышленному комплексу России»: материалы XIV международной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов посвященной 80-летаю академии: сб. науч. тр. Троицк: УГАВМ, 2009. С. 155-159.

6. Панфилов А.Э., Казакова Н.И. Методические подходы к определению площади листовой поверхности // «Достижения науки - агропромышленному комплексу»: материалы ХЫХ международной научно-технической конференции. Ч 3. Челябинск: ЧГАА, 2010. С. 259-265.

7. Казакова Н.И. Динамика фотосинтетической активности ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в лесостепи Зауралья // Материалы Всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 90-летию со дня рождения академика П.Л. Горчаковского «Экология от южных гор до северных морей». Екатеринбург, 2010. С. 73-78.

8. Казакова Н.И. Аномалии органогенеза ультрараннего гибрида кукурузы// «Достижения науки — агропромышленному производству»: материалы Ь международной научно-технической конференции. Челябинск: ЧГАА, 2011. Ч. VII. С. 32-37.

9. Казакова Н.И. Продукционный процесс гибридов кукурузы в северной лесостепи Зауралья // «Аграрная наука - основа инновационного развития АПК»: материалы международной научно-практической конференции 19-20 апреля 2011 года. Курган: Курганская ГСХА, 2011. Т 2. С. 233-237.

Формат 60x84 ‘/м. Бумага Снегурочка. Объем 1 усл.пл. Тираж 100 экз. Заказ № 87

Изготовлено в полном соответствии с качеством предоставленных оригиналов заказчиком ООО «РЕКПОЛ», 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 77, тел.(351) 265-41-09,265-49-84

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Казакова, Наталья Ивановна, Челябинск

61 12-6/194

МИНИСТЕРСТВ О СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ ИНСТИТУТ АГРОЭКОЛОГИИ - ФИЛИАЛ ФГБОУ ВНО «ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

На правах рукописи

КАЗАКОВА Наталья Ивановна

ОРГАНОГЕНЕЗ И ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС УЛЬТРАРАННЕГО И РАННЕСПЕЛОГО ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ В СВЯЗИ СО СРОКАМИ ПОСЕВА В СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАУРАЛЬЯ

06.01.01 - общее земледелие

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -доктор сельскохозяйственных наук, профессор А. Э. Панфилов

Челябинск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................................................4

1 Морфобиологические, агроэкологические и селекционные аспекты адаптации зерновой кукурузы в Зауралье (обзор литературы)...............................................8

1.1 Биологическая характеристика и адаптивный потенциал кукурузы в связи с агроэкологическими условиями северной лесостепи Зауралья.. 8

1.2 Резервы скороспелости кукурузы.............................................................15

1.3 Органогенез кукурузы и его зависимость от внешних условий............19

1.4 Продукционный процесс кукурузы и его зависимость от внешних условий........................................................................................................28

1.5 Роль срока посева в онтогенезе кукурузы................................................33

2 Программа, методика и условия проведения исследований..............................38

2.1 Программа исследований...........................................................................38

2.2 Наблюдения, анализы, учеты.....................................................................39

2.3 Почвенные и климатические условия северной лесостепи Челябинской области.........................................................................................................43

2.4 Метеорологические условия периода исследований..............................47

2.5 Технология закладки опыта.......................................................................53

3 Развитие ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в зависимости от срока посева и условий вегетации........................................................................54

3.1 Динамика развития гибридов кукурузы, ее связь с температурным режимом.......................................................................................................54

3.2 Динамика органогенеза главного побега разновременно созревающих гибридов кукурузы в зависимости от внешних условий........................61

3.3 Динамика органогенеза початка................................................................65

3.4 Аномалии органогенеза кукурузы............................................................68

4 Показатели фотосинтетической деятельности растений в связи со скороспелостью гибридов и сроками посева.......................................................76

4.1 Формирование листового аппарата, фотосинтетический потенциал и продуктивность фотосинтеза.....................................................................76

4.2 Размеры и конфигурация листьев различных ярусов.............................80

4.3 Содержание хлорофилла в листьях и его динамика...............................82

4.4 Содержание углерода в листьях и его динамика.....................................87

5 Зависимость продукционного процесса от скороспелости гибридов, сроков посева и условий вегетации...................................................................................91

5.1 Накопление сухого вещества вегетативными и генеративными органами растений, силосная продуктивность растений.......................91

5.2 Аккумуляция обменной энергии в биомассе кукурузы..........................96

5.3 Формирование элементов структуры урожая и зерновая продуктивность гибридов кукурузы.......................................................102

5.4 Уборочная влажность зерна разновременно созревающих гибридов кукурузы в связи со сроками посева.......................................................109

6 Экономическая эффективность возделывания гибридов кукурузы при различных сроках посева.....................................................................................114

.Выводы......................................................................................................................117

Предложения производству и селекционной практике.......................................120

Библиографический список....................................................................................121

Приложения..............................................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ

Высокая требовательность кукурузы к ресурсам тепла, специфическая как для классов скороспелости в целом, так и для отдельных генотипов, существенно ограничивает ареал возделывания этой культуры па зерно. Одним из условий продвижения зерновой кукурузы в северные регионы является ее селекция на ультраскороспелость. Развитие этого направления привело к появлению нового класса ультраранних гибридов группы ФАО 120-130. В настоящее время эта группа представлена гибридами Омка 130 и Кубанский 101СВ, включенными в государственный реестр по Уральскому и Западно-Сибирскому регионам.

Ограниченность класса по числу реестровых гибридов затрудняет оценку их адаптивности к условиям Зауралья, делая невозможным применение статистических методов ее анализа. Между тем вопрос об адаптивности гибридов зернового направления важен с точки зрения прогнозирования и обеспечения устойчивости производства зерна в регионе. В указанных обстоятельствах этот вопрос может быть решен путем изучения некоторых аспектов биологии ультраранних гибридов. К ним относится, в частности, динамика органогенеза, который представляет последовательный процесс формирования органов растения в онтогенезе во взаимодействии с окружающей средой. Актуальность изучения органогенеза связана с неравномерным распределением ресурсов тепла и вдаги в континентальном климате Зауралья и необходимостью уточнения критических периодов ультраранних гибридов кукурузы по отношению к этим факторам.

Кроме того, следует учитывать расположение региона в умеренных широтах и принадлежность кукурузы к растениям короткого дня, что требует выявления особенностей формирования ассимилирующего аппарата и фотосиитсти-ческой деятельности разновременно созревающих гибридов.

Будучи сравнительно новым направлением, селекция кукурузы на ультраскороспелость базируется на ограниченном исходном материале и затруднена Отсутствием обоснованных моделей адаптированных гибридов. Поэтому срав-

нительный анализ биологических особенностей разновременно созревающих гибридов важен и для разработки рекомендаций селекционной практике.

Вопросы биологии кукурузы во второй половине XX века были детально изучены С. С. Андреенко, Ф. М. Куперман, М. К. Керефовой, Т. И. Серебряковой, Н. Н. Овчинниковым, Н. М. Шихановой и другими в разных климатических условиях. В Зауралье исследования в этом направлении проведены в 60-80-е годы А. К. Вершининым, И. А. Сикорским, И.Н. Цымба-ленко и другими, но лишь для гибридов среднеспелой, среднеранней и раннеспелой групп. Более поздние исследования с ультраранними гибридами (А.Э. Панфилов, Д.С. Корыстина, Е.С. Иванова) были направлены в основном на разработку технологических рекомендаций и не касались вопросов биологии кукурузы.

Для оценки влияния внешних факторов на рост, развитие и продукционный процесс растений необходимо достаточное разнообразие внешних условий, которое может быть обеспечено не только повторением исследований во времени, но и проведением их на фоне различных сроков посева, корректирующих условия теплообеспеченности, увлажнения и освещенности на различных стадиях развития кукурузы.

Перечисленные проблемы решались в ходе исследований, проведенных в 2005-2010 годах на опытном поле Института агроэкологии.

Цель исследований - сравнительная оценка адаптивности улырараннего и раннеспелого гибридов кукурузы к условиям северной лесостепи Зауралья на фоне различных сроков посева, разработка и обоснование рекомендаций для селекции гибридов зернового направления использования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить динамику развития и органогенеза улырараннего и раннеспелого гибридов в зависимости от срока посева и внешних условий, уточнить сроки наступления и продолжительность критических периодов водопотребле-ния кукурузы.

2. Выявить особенности формирования ассимилирующего аппарата и фотосинтетической деятельности разновременно созревающих гибридов.

3. Исследовать влияние сроков посева и скороспелости гибридов на динамику накопления сухого вещества, химического состава и аккумуляции обменной энергии в биомассе вегетативных и генеративных органов.

4. Установить влияние сроков посева на силосную и зерновую продуктивность ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы.

5. Дать экономическую оценку зерновой продуктивности ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи со сроками посева.

Рабочая гипотеза. Изучение биологических особенностей новых ультраранних гибридов позволит выявить приоритетные направления селекции кукурузы на скороспелость, реализация которых повысит адаптивность культуры в Зауралье на фойе ранних сроков посева.

Научная новизна. Впервые в условиях северной лесостепи Зауралья изучена динамика развития и органогенеза главного и бокового побегов ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи с процессами листообразова-ния. Изучены особенности развития фото синтетического аппарата, накопления сухого вещества вегетативными и генеративными органами разновременно созревающих гибридов кукурузы под воздействием комплекса внешних факторов, обусловленных сроками посева.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Закономерности органогенеза ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в связи с гидротермическими условиями северной лесостепи Зауралья.

2. Особенности формирования и функционирования фотосинтетического аппарата разновременно созревающих гибридов кукурузы при различных сроках посева.

3. Характер продукционного процесса ультрараннего и раннеспелого гибридов кукурузы в условиях северной лесостепи Зауралья.

Практическая значимость результатов исследования заключается в выявлении биологических особенностей гибридов кукурузы, которые мо1ут быть по-

ложены в основу рекомендаций для селекционной практики гибридов зернового направления использования и совершенствования технологии возделывания их на зерно в северной лесостепи Зауралья.

Реализация результатов исследования. Технология возделывания кукурузы на зерно, основанная на использовании ультрараннего гибрида и ранних сроках посева, внедрена в 2010 году в ООО «Рассвет» Чесменского района на площади 182 га и в 2011 году в КФХ ИГ1 Репьев Ф.Е. Карталинского района Челябинской области на площади 123 га.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях Челябинской государственной агроинжеиерной академии (г. Челябинск, 2008-2011 гг.), на международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, студентов и специалистов «Молодость, талант, знания - агропромышленному комплексу России», (г. Троицк, 2009 г.), на всероссийской конференции молодых ученых, посвященной 90-летию со дня рождения П. Л. Горчаковского в Институте экологии растений и животных УрО РАН (г.Екатеринбург, 2010 г.), на международной научно-практической конференции «Аграрная наука - основа инновационного развития АПК» (г. Курган, 2011 г.).

Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем и структура работы. Работа изложена на 144 страницах печатного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству и селекционной практике, включает 32 таблицы, 35 рисунков, 8 приложений. Список литературы содержит 292 источника, из них 28 на иностранных языках.

1 МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ, АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И СЕЛЕКЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ АДАПТАЦИИ ЗЕРНОВОЙ КУКУРУЗЫ В ЗАУРАЛЬЕ (обзор литературы)

1.1 Биологическая характеристика и адаптивный потенциал кукурузы в связи с агроэкологическими условиями северной лесостепи Зауралья

Кукуруза {Zea mays L.) однолетнее, однодомное, раздельнополое, перекрестноопыляющееся растение, относящееся к классу однодольных (.Monocotyledo-пеае), подклассу лилииды (.Liliidae), надпорядку комелиновые (Commelinanae), порядку злаки (Poales) семейству мятликовых (.Poaceae Barnh), подсемейству нросовидных (Panicoidae), трибе маисовых (Maydeae) [251, 254] (по ряду источников [7, 45] - к подсемейству Andropogonodeae Dumort., трибе Andropogo-пеае, подтрибе Trips ас inaceae C.Presl). К трибе маисовых относятся восемь родов, пять из них: Coix, Sclerachne, Pojy-toca, Chinonachne, Trilobachne восточного происхождения. Они произрастают в Индии, Бирме, Ост-Индии и Австралии и представляют интерес лишь с точки зрения систематики и теории эволюции. К американским представителям этого семейства относятся: род Zea, имеющий огромное экономическое значение; род Tripsacum, иногда используемый в качестве кормового растения и Euchlaena (теосинте) - наиболее близкий сородич кукурузы [77, 260].

Традиционно Род Zea L. относят к монотипам и включают в него всего один вид Zea mays L. Конференция по происхождению кукурузы в 1969 году включила Euchlaena в род Zea mays spp. mexicana [273 ]. M. И. Хаджинов [235] теосинте и кукурузу объединяет в один род, включающий три вида: Zea mays L., Zea mexicana и Zea perennis.

Являясь злаком тропического происхождения, кукуруза относится к немногочисленной группе культур, осуществляющих фотосинтез по эффективной с энергетической точки зрения схеме С4 [30, 31, 253 ].

У С4-растений в результате фиксации углекислого газа первым образуется органическое вещество, содержащее четыре атома углерода. Первичная фиксация углекислоты происходит не в метаболических реакциях цикла Кальвина -

пути, который установлен у большинства растений, а в реакциях, в которых углерод вначале обнаруживается в дикарбоновых кислотах, а затем уже поступает в цикл Кальвина [19, 30, 31, 281]. Наличие особого подготовительного этапа связывания углекислого газа значительно снижает интенсивность фотодыхания и повышает интенсивность фотосинтеза. Поскольку при фотодыхании расходуется мало углеводов, большее их количество может использоваться для роста корневой системы [155, 164, 239, 240].

Высокая скорость фотосинтеза наблюдается только при высоком уровне освещенности. При затенении листьев скорость фотосинтеза снижается. Оптимальный индекс листовой поверхности для кукурузы на зерно равен 3,0-4,0 [253 ]. При изменении условий освещения интенсивность фотосинтеза меняется, а фото синтетический аппарат настраивается на новые условия на разных уровнях организации. Это важное адаптивное свойство позволяет полнее использовать свет низких и умеренных интенсивностей и предохраняет мембраны хло-роиластов от повреждений при ярком свете в сочетании с неблагоприятными факторами среды (низкой температурой, засухой) [6, 258].

Высокая интенсивность фотосинтеза определяет ряд морфологических особенностей кукурузы, одним из которых является внутреннее строение листа. Вокруг проводящих пучков расположены хлорофиллоносиые клетки обкладки и соприкасающиеся с ними радиально расположенные палисадные клетки мезофилла. Такой тип строения листа называется корончатым [19, 30, 31, 251, 252] или кранц-типа [75]. Фиксация углерода происходит не во всех клетках мезофилла, а лишь в хлоропластах крупных специализированных клеток, образующих обкладку сосудистого пучка. При такой функциональной кооперации, клетки мезофилла поставляют углекислый газ клеткам обкладки, где происходит его связывание [73, 75, 283, 287]. Клетки обкладок по своим размерам значительно превосходят клетки мезофилла и содержат хлоропласта. Однако хлоропласта клеток обкладок содержат много зерен крахмала и не имеют гран, хотя в своем развитии проходят гранулярную стадию [130]. По классификации W. Brown [265] такое строение клеток обкладок проводящих пучков относится к

ианикоидному типу и связано с условиями формирования растений [56]. Имеются свидетельства высокой ассимиляционной способности клеток обкладок [266]. В. Л. Вознесенский [30, 31] связывает такое строение, активность и расположение непосредственно у проводящих пучков, с приспособлением к эффективному усвоению растениями углекислого газа и быстрой передачей продуктов фотосинтеза в транспортную систему сосудов листа и всего растения.

Для более полного использования света и усвоения углекислоты лист имеет большую поверхность и рыхлое строение основной ткани, обеспечивающее хороший газообмен. С этим связано большое испарение воды, для ограничения которого в эпидермисе листовых пластинок на одном растении образуется 100-200 млн. устьиц. Хорошо развитые механические ткани обеспечивают необходимую прочность листьев [32, 102, 184]. По данным Г. М. Добрынина [55], уже первые пять листьев имеют повышенное количество жилок — 119 против 11 у овса, причем, если у хлебов первой группы все продольные жилки связаны через влагалище непосредственно со стеблем, то у кукурузы - лишь 11 наиболее крупных и 10 средних. Остальные жилки функционируют с помощью анастомозов. Сосудистые пучки на краях листьев содержат больше механических элементов, что придает им прочность [184].

Сложное устройство листа и особенности жилкования обеспечивают быстрый отток ассимиля