Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Сортовая специфика симбиотической деятельности сои в условиях лесостепи ЦЧР

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Сортовая специфика симбиотической деятельности сои в условиях лесостепи ЦЧР"

На правах рукописи

ПРЕСНЯКОВА УЛЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

СОРТОВАЯ СПЕЦИФИКА СИМБИОТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СОИ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ЦЧР

06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

5 ДЕК 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 2013 005^

005543129

Диссертационная работа выполнена на кафедре селекции и семеноводства ФГБОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I в 2007-2011 гг.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

заслуженный работник сельского хозяйства РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры селекции и семеноводства Ващенко Татьяна Григорьевна (06.01.05) (Воронежский ГАУ)

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Орлянскин Николай Алексеевич (06.01.05) (Воронежский филиал ГНУ ВНИИК РАСХН)

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Зеленская Татьяна Ивановна (06.01.05) Проблемная лаборатория селекции и промышленного семеноводства. Группа селекции и первичного семеноводства сои (Белгородская ГСХА)

Ведущая Воронежский научно-исследовательский инсти-

организация: тут сельского хозяйства имени В.В. Докучаева РАСХН

Защита диссертации состоится «26» декабря 2013 г. в 12 ч. на заседании диссертационного совета Д 220.010.03 при ФГБОУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1, ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, ауд. 268. тел./факс: 8(473)253-86-51; E-mail: biolog2011@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, с авторефератом - на сайтах: ВАК Министерства образования и науки РФ - www.valc2.ed.gov.ru и ВГАУ — http://www.vsau.ru/science/diss/

Автореферат разослан и размещен на сайтах 26 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ващенко Татьяна Григорьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Широкое внедрение сои в Центральном Черноземье невозможно без селекционной проработки исходного материала, который в дальнейшем может стать основой при выведении новых сортов. При внедрении в производство сорт должен быть не только высокоурожайным и характеризоваться высоким качеством продукции, но также важно знать его отзывчивость на инокуляцию ризоторфином [Проворов, 2003; Тихонович, 2009; Кожемяков, 2011]. Поэтому работа по подбору эффективных штаммов Вгас1угМгоЫит для каждого сорта, который включается в Госреестр селекционных достижений РФ и допускается к возделыванию в конкретной климатической зоне, является актуальным направлением селекционной работы.

В' связи с этим при оценке перспективных образцов селекционерам необходимо одновременно вести работу по подбору активных вирулентных конкурентоспособных штаммов клубеньковых бактерий, вступающих в симбиоз с растением-хозяином, и изучать их симбиотическую деятельность с тем, чтобы предлагать производству не только новый сорт, но и вариант сорт-ризоторфин [Мои-сеенко Ю.В. и др., 2011], что важно не только для селекции, но и при разработке сортовой агротехнологии возделывания сои.

Цель исследований - определить симбиотическую деятельность сорта Воронежская 31 и перспективных селекционных образцов сои при инокуляции препаратами ризоторфина, которые произведены на основе разных штаммов ВгайугЫгоЫит, и оценить их по эффективности симбиоза, выделить высокопродуктивный материал для дальнейшей селекционной работы в условиях лесостепи ЦЧР.

Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:

1. Определить показатели симбиотической деятельности сортов и перспективных сортообразцов сои при обработке семян разными препаратами ризоторфина в зависимости от фазы развития растений.

2. Выделить местный штамм ВгайугЫгоЫит]аротсит, получить чистую культуру, приготовить в лабораторных условиях препарат ризоторфина и проверить его эффективность при инокуляции семян разных сортов и селекционных образцов сои в полевых условиях.

3. Определить влияние препаратов ризоторфина, полученных на основе разных штаммов клубеньковых бактерий, на биологиче-

ские и хозяйственные признаки сортообразцов сои, сравнить их эффективность и выявить лучшие варианты сорт-ризоторфин.

4. Дать экономическую и энергетическую оценку эффективности обработки семян сои ризоторфином в сравнении с контролем.

Научная новизна. Впервые дана оценка симбиотической деятельности сорта сои Воронежская 31 и перспективных селекционных образцов в разные фазы развития растений, на основе которой проведен подбор комплементарных вариантов сорт-ризоторфин, что будет способствовать повышению урожайности культуры в условиях региона.

На примере четырех сортов и трех перспективных сортообразцов сои установлено, что показатели числа и массы клубеньков, формирующихся на корнях растений сои, увеличиваются от фазы ветвления до фазы образования бобов в зависимости от препарата ризоторфина, что свидетельствует об эффективности такого технологического приема, как инокуляция семян, который следует учитывать при разработке приемов сортовой агротехнологии сои для Центрального Черноземья.

Подобраны оптимальные комплементарные пары «сорт-ризоторфин», что позволяет на основе данных о симбиотической способности сорта повысить его продуктивность.

С помощью корреляционного анализа определены стабильные признаки (число бобов и семян на растении, масса 1000 семян, число и масса клубеньков в фазе ветвления и содержание белка в семенах), которые следует учитывать при отборе ценных генотипов в селекции на продуктивность сои в условиях региона.

На основе местного штамма ВгскЯугЫгоЫит ]аротсит произведен лабораторный препарат ризоторфина и показана эффективность его симбиотической деятельности на районированных сортах и перспективных селекционных образцах в условиях региона.

Установлено, что для роста и поддержания чистой культуры выделенного штамма бактерий ВгайугЫгоЫит можно использовать питательную среду на основе горохового отвара, которая обеспечивает более быстрый (на 2-4 суток) рост и развитие колоний.

Практическая значимость. Впервые для сорта Воронежская 31, выведенного в Воронежском ГАУ и допущенного к использованию по пятому региону РФ, подобран наиболее эффективный иноку-лянт (лабораторный ризоторфин) на основе определения показателей

симбиотической деятельности. Прибавка урожая семян от использования комплементарной пары сорт-ризоторфин (0,46 т/га) позволяет считать инокуляцию эффективным технологическим приемом и рекомендовать его для использования в производстве.

Установлено существенное влияние препаратов ризоторфина на фенотипическое проявление хозяйственно-биологических признаков сои (урожайность, качество семян, высота растений, площадь листьев и др.).

Для определения отзывчивости на инокуляцию селекционных образцов сои на начальном этапе селекции подтверждена необходимость подбора вариантов сорт-ризоторфин для повышения продуктивности и улучшения качества семян сои.

Даны рекомендации по использованию сопряженных с показателями продуктивности признаков на основе расчетов коэффициентов корреляции (г = 0,6-0,95) для эффективности проведения индивидуальных отборов и ускорения селекции культуры в регионе.

Отобран селекционный материал, обладающий повышенной способностью к образованию эффективного бобово-ризобиального симбиоза для сопряженной селекции сорт-ризоторфин.

Установлена возможность успешного культивирования бактерий ВгайугЫгоЫит на бобовой питательной среде (гороховый отвар).

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на факультете агрономии, агрохимии и экологии Воронежского ГАУ при обучении по профилю подготовки студентов «Селекция и генетика сельскохозяйственных культур» и при выполнении курсовых и дипломных работ (справка о внедрении содержится в приложении к диссертации).

Основные защищаемые положения

1. Число клубеньков, формирующихся на корнях растений сои в зависимости от сорта и предпосевной инокуляции разными препаратами ризоторфина, увеличивается от фазы ветвления (19,6 шт./раст.) до фазы образования бобов (42,1 шт./раст.), что свидетельствует об эффективности этого технологического приема, который следует учитывать при разработке региональной сортовой агротехнологии культуры.

2. Использование препаратов ризоторфина способствует лучшему развитию морфологических (высота растений, площадь листьев и активный симбиотический потенциал АСП) и хозяйственных признаков (урожайность, содержание белка, жира в семенах,

сбор белка с 1 га и др.) у сортов и перспективных селекционных образцов сои.

3. Установленная сопряженность продуктивности (г=0,6-0,95) и таких стабильных признаков, как число бобов и семян на растении, позволяет рекомендовать их для селекционной практики при отборе ценных генотипов, причем отбор образцов по числу бобов является наименее трудоемким, его можно проводить в полевых условиях, еще до уборки семян.

4. Инокуляция семян сои, особенно в новых районах ее возделывания, экономически (уровень рентабельности - 85,3%) и энергетически (чистый энергетический доход составляет 31,39 ГДж/га) эффективна

Апробации работы. Результаты диссертационной работы были доложены автором на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Воронежского ГАУ в 2010, 2011,2012 и 2013 гт.

Результаты производственного опыта, проведенного в 2012 г. в ООО «Нива» Эртильского района Воронежской области на площади 10 га, показали, что обработка семян сои ризоторфином, произведенным на основе местного штамма бактерий, способствует увеличению урожая (28,7 ц/га против 24,3 ц/га на контроле), снижению себестоимости семян на 84,9 руб. (557,54 руб./ц против 642,44 руб./ц на контроле), увеличению рентабельности производства со 112,3 до 121,1%.

Публикации. По теме исследований опубликовано 4 работы, из них 2 - в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.

Личный вклад. Автор диссертационной работы принимала непосредственное участие в разработке программы и схемы исследований, выборе и разработке методов работы, проведении экспериментальных исследований, анализе полученных результатов, их математической обработке и формулировании выводов, обобщила экспериментальные данные, изложила их в диссертации, автореферате и опубликованных статьях. Доля её участия в исследованиях - более 90 %.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 177 страницах компьютерного текста, содержит 25 приложений, иллюстрирована 27 таблицами, 21 рисунком и состоит из введения, 4 глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики и производства, списка использованной литературы, который включает 144. наименования, в том числе 4 иностранных авторов.

Автор выражает большую признательность и благодарность научному руководителю профессору Т.Г. Ващенко, заведующему кафедрой селекции и семеноводства Воронежского ГАУ, профессору В. Е. Шевченко, сотрудникам и лаборантам за всестороннюю помощь, доценту, к. с.-х. н. Г. Г. Голевой за рекомендации и критические замечания, высказанные в ходе обсуждения работы.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа проведена в 2007-2011 гг. в полевом восьмипольном севообороте кафедры селекции и семеноводства и в лаборатории биотехнологии Воронежского ГАУ. Всего изучено 7 образцов сои, 4 из которых - допущенные к возделыванию по пятому региону сорта: Лучезарная (стандарт), Белгородская 48, Воронежская 31, Магева и 3 перспективных селекционных образца: Амурская 664 -выделен в процессе индивидуального отбора в условиях ЦЧР из коллекции Кемеровского СХИ (Договор о совместном сотрудничестве, 2001г.) и мутантные образцы: номер 304 (из сорта Смена) и номер 306 (из сорта Негруца), которые получены при обработке 3-7-дневных проростков сои ультрафиолетовым излучением различной интенсивности [Ващенко Т.Г., Павлюк Н.Т., Курьянов А.И., 2006].

Был проведен многофакторный опыт, где фактор А - сорт, фактор В - препарат ризоторфина и А+В - взаимодействие факторов), в четырех вариантах.

Схема опыта

Вариант Препарат для инокуляции семян

1 Без инокуляции семян (контроль)

2 Ризоторфин на основе штамма 6346 (отечественный), г. Санкт-Петербург

3 Канадский ризоторфин (Н'^йск)

4 Ризоторфин на основе штамма ризобий, выделенных в естественной среде - на полях кафедры селекции Воронежского ГАУ (лабораторный)

Почвы опытного участка - чернозем выщелоченный средне-суглинистый. Предшественником сои была озимая пшеница. Система обработки почвы после уборки предшественника общепринятая для ЦЧР. Общий размер делянки - 12,5 м2, учетной - Юм2. По-вторность трехкратная. Норма высева семян - 600 тыс./га, глубина посева - 3-4 см. Инокуляцию семян ризоторфином проводили в день посева путем опрыскивания суспензией ризоторфина в складе. Семена перемешивали и подсушивали. Работу на опытном участке

проводили согласно методике Госсортиспытания (1971). В течение вегетации вели фенологические наблюдения.

Учет показателей симбиотической деятельности проводили в фазах ветвления, цветения, образования бобов. При этом учитывали: высоту растений (см), массу клубеньков во влажном и сухом состоянии (г), средний диаметр клубенька (мм), число клубеньков на растении (шт.), площадь листьев (см2/раст.) с последующим пересчетом на 1 га Показатели биологической фиксации азота воздуха определяли по методике Г.С. Посыпанова (1991), площадь листьев - с помощью программы «Аг-eaS», разработанной в Самарской ГСХА (www.ssaa.ru).

Семена сои убирали в фазе полной спелости. После уборки определяли химический состав семян, проводили анализ структуры урожайности, определяя высоту растений и прикрепления нижнего боба (см); число бобов и семян на растении (шт.), бобов в узле, на растении (шт.), семян в бобе (шт.); массу 1000 семян (г). Учет урожая определяли путем обмолота семян с учетной делянки комбайном САМПО - 130, взвешиванием их с точностью до 1 г и пересчетом на стандартную влажность. Общий белковый азот определяли по Къель-далю (ГОСТ - 13496.84-84), содерясание белка в семенах - расчетным путем, содержание жира - по Сокслету (ГОСТ - 13469.15-85), сухое вещество - весовым методом, массу 1000 семян по ГОСТ 10842-76. Статистическую обработку и дисперсионный анализ полученных данных проводили по методике Б.А. Доспехова (1985) и на основе пакета программ Excel и Statistica 6,1. Экономическую эффективность рассчитывали по технологическим картам с использованием типовых норм по ценам 2012 г.

Погодные условия в годы исследований были разными, что позволило выявить закономерности их влияния на формирование признаков у сои. В 2010 году июнь, июль и август отличались аномально жаркой и сухой погодой. Жара (35-37°С) и почти полное отсутствие осадков резко отрицательно сказались на сое и бобово-ризобиальном симбиозе. Полевые опыты с соей в 2010 г. были забракованы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика приготовления лабораторного ризоторфина. Известно, что взаимосвязь растения с микроорганизмами определяется условиями среды, в которой развивается растение, свойствами самого растения и микроорганизмов. Поэтому местные формы клу-

беньковых бактерий, приспособленные к соответствующим условиям, могут обеспечить лучшее развитие растений [Елфимова ЕЛ., 1952].

В связи с этим мы провели исследования по приготовлению ри-зоторфина в лабораторных условиях в 2007 г. на основе культуры клубеньковых бактерий, взятых с полей Воронежского ГАУ. Затем ежегодно производили ризоторфин в лаборатории биотехнологии ВГАУ и испытывали его в полевых опытах с соей. За основу приготовления лабораторного ризоторфина была взята методика, разработанная во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии [Хотяно-вич А.В.,1991], которая была модифицирована нами в отношении рекомендаций по питательной среде. Испытанная питательная среда на гороховом отваре, рекомендованная ранее для выращивания быстрорастущих бактерий (а бактерии, вступающие в симбиоз с соей, — медленнорастущие), в наших экспериментах обеспечивала более быстрый (на 2-4 суток) рост и развитие колоний местного штамма Вгас1уг1 г'иоЪ 1ит.

Влияние препаратов ризоторфина на продолжительность периода вегетации. Все изучаемые сорта и образцы сои относятся к холодостойким, поэтому их посев мы начинали вслед за яровыми зерновыми для лучшего использования почвенных запасов влаги. В среднем за годы исследований продолжительность периода вегетации у всех образцов на вариантах с инокуляцией разными препаратами ризоторфина (в среднем от 96 до 101 суток) достоверно не различалась по сравнению с контролем. В связи с этим можно заключить, что большее влияние на данный показатель оказывают сортовые особенности и. складывающиеся погодные условия вегетационного периода, а не препарат ризоторфина, Отсюда следует, что селекция на скороспелость в регионе остается по-прежнему актуальной.

Снмбиотическая деятельность сои в зависимости от инокуляции разными препаратами ризоторфина. Бобово-ризобиаль-ный симбиоз возникает при сожительстве бобовых растений с бактериями рода ЯЫгоЪшт. Клубеньковые бактерии, живущие в почве, через корневые волоски проникают в клетки корня, начинают размножаться и, разрастаясь, превращаются в клубеньки. Накопление массы клубеньков зависит от фазы развития растений и условий их выращивания [Корягин Ю.В.,1996].

Установлено, что в условиях лесостепи ЦЧР активные клубеньки, имеющие внутри розовую окраску ткани, начинают формироваться на корнях растений сои в фазе ветвления на всех вариантах.

На контрольном варианте в фазе ветвления большее число активных клубеньков формировал сортообразец Амурская 664 (12,6 шт./раст.), однако на инокуляцию он отреагировал довольно слабо: на третьем варианте - 15,2 шт./раст., а на втором и четвертом вариантах-около 13,5 шт./раст. (рис. 1).

Меньшее число клубеньков на контроле в этой фазе формировал сорт Магева (6,6 шт./раст.), однако его реакция на инокуляцию была самой заметной, и увеличение числа клубеньков в сравнении с контролем составило на разных вариантах от 3,7 до 5,9 шт./раст.

На втором варианте существенно увеличилось число клубеньков в фазе ветвления у сорта Воронежская 31 (соответственно 13,4 против 10,2 шт./раст. на контроле); на третьем - у селекционного номера 304 (соответственно 19,6 и 11,1 шт./раст.) и у сорта Воронежская 31 (18,7 против 10,2 шт./раст.), на четвертом - у номера 304 (18,2 против 11,1 шт./раст.) и у сорта Воронежская 31 (17,6 против 10,2 шт./раст.).

В фазе цветения наблюдалось существенное увеличение числа клубеньков по всем селекционным номерам. Достоверно высокие показатели по увеличению числа клубеньков при обработке препаратами были отмечены на третьем варианте у сорта Белгородская 48 и у образцов 304 и 306, на четвертом варианте - у номера 306 (24,9 шт./'раст. при 12,6 шт./раст. на контроле).

В фазе образования бобов число клубеньков существенно увеличивалось в сравнении с фазой цветения - с 13-15 до 28-42 шт./раст., в то время как на контрольном варианте число клубеньков у всех образцов либо уже снижалось, либо оставалось на прежнем с фазой цветения уровне.

Таким образом, можно заключить, что предпосевная инокуляция способствует увеличению числа клубеньков на корнях сои в условиях лесостепи ЦЧР, достигая максимального значения в фазе образования бобов.

По результатам дисперсионного анализа установлено, что большее влияние на показатель числа клубеньков и косвенно на сим-биотическую способность сои оказывает препарат ризоторфина (88в> ББл), а не сортовые особенности.

50.0

Номер 304 |

iветвление

* цветение

: образование бобов

Номер 306

Рис. 1. Влияние сорта и препарата ризоторфина на азотфиксирующую способность сои

в разные фазы развития растений, 2007-2011гг. Обозначения. Здесь и далее - 1, 2, 3,4 - варианты опыта: 1. Контроль (без инокуляции семян). 2. Отечественный ризоторфин на основе штамма 6346. 3. Канадский ризоторфин Histick. 4. Лабораторный ризоторфин, произведенный на основе местного штамма бактерий.

Морфологические признаки сортообразцов сои в зависимости от обработки семян ризоторфином. Для интенсивных, энергонасыщенных технологий требуются соответствующие им сорта сои, устойчивые к полеганию растений, растрескиванию бобов и осыпанию семян, с высоким прикреплением нижнего боба, сбрасыванием листьев при созревании, средней высотой растений при большой урожайности [Гужов Ю.Л. и др.,1991; Кузьмин H.A. и др.,1996].

В сравнении со стандартом самыми высокорослыми были растения образца Амурская 664 - более 80 см (табл. 1).

Таблица 1 - Высота растений, площадь листьев и активный

симбиотический потенциал (АСП) в зависимости от фазы развития растений сои (контроль),2007-2011 гг.

Образец Высота растений, см Площадь листьев, см^/раст. АСП, тыс. кгхсут./га

ветвление цветение образование бобов

Лучезарная (ст.) 74,9 250,5 553,0 1037,9 19,1

Белгородская 48 65,7 355,7* 509,1 914,2 17,9

Воронежская 31 70,6 270,4* 595,9* 941,5 21,57*

Магева 59,2 282,8* 352,9 449,5 17,35

Амурская 664 80,6* 350,3* 601,2* 1152,8* 22,11*

Номер 304 71,9 339,5* 685,7* 1072,6 21,89*

Номер 306 75,7* 359,7* 615,2* 1089,6 18,6

НСР05 по фактору А 0,3 5,5 11,9 54,6 0,6

Примечание. * - выделены образцы, достоверно превышающие стандарт на 5% уровне значимости

Они характеризуются как высокорослые, с большим числом ветвей и толстыми стеблями, поэтому даже при высоте более 80 см формируют компактный устойчивый неполегающий куст, что важно для селекции на технологичность.

Влияние генотипа на высоту растений было существенным лишь у образца Амурская 664.

Препараты ризоторфина оказывали существенное влияние на высоту растений, за исключением сорта Магева (табл. 2).

У сортов Лучезарная и Белгородская 48 достоверный эффект отмечен на третьем и четвертом вариантах. У сорта Воронежская 31 и номера 306 на всех трех вариантах инокуляции высота растений увеличивалась существенно.

Таблица 2 - Высота растений сои, площадь листьев, активный симбиотический потенциал (АСП) в зависимости от варианта опыта, 2007-2011гг.

Образец Вариант Высота растений, см Площадь листьев, см2/раст. АСП, тыс. кгхсут./га

ветвление цветение образование бобов

Лучезарная (ст.) 2 68 331,9aj 582,8J 846,2 19,63

3 76,23 320,02,J 667,82'J 959,8 21,8

4 77,72,3 229,8 439,5 822,8 21,472'3

Белгородская 48 2 64,1 321,1 659,82>J 1113,2J 19,132

3 67,82'J 363,2 564,73 1183,42'J 21,282'J

4 75,52'j 254,1 584,3^ 1138,9aj 19,742>j

Воронежская 31 2 71,3J 335,02-' 566,0 1068,2J 23,02>j

3 73, 319,2aj 663,7' 1298,22>j 24,912'3

4 78,52,j 245,0 578,6 1447,52'3 24,63^

Магева 2 52,2 300,7' 460, lAi 500,0 18,17

3 53,5 315,2J 590,82'j 873,92"j 21,37AJ

4 52,3 322,1AJ 509,3Ai 597,7J 20,532'j

Амурская 664 2 70,5 381,4J 608,7 1164,3 23,Ol2

3 76,6 370,3J 835,2^ 1499,91-3 26,3 l2'J

4 86,6aj 325,1 666,3J 1502,3^ 25,072,J

Номер 304 2 73,92'j 344,3 705,7 1258,5J 22,65

3 72 329,7 853,52'J 1158,6 26,84^

4 75,б2'"* 286,3 749,5J 1209,6J 26,192'J

Номер 306 2 84,12'J 364,9 568,8 1058,7 22,3^

3 83,82'3 376,83 73 8,92'J 1517, 25,052''

4 90, l2'3 275,6 541,8 1314,0J 25,3 92,j

НСР05 по фактору В 1,8 37,0 73,3 221,6 0,9

НСР05 по фактору А+В 0,5 11,0 23,9 115,4 1,4

Примечание. Выделены образцы, достоверно превышающие стандарт

на 5% уровне значимости: 2- по фактору В, 3-по взаимодействию факторов А+В

Методом дисперсионного анализа подтверждено, что на формирование признака высоты растений большее влияние оказывают особенности генотипа сорта, чем вариант препарата: показатель ББ по фактору А наибольший - 72,5, а по фактору В и взаимодействию факторов - соответственно 60,6 и 6,3.

Особенностью сорта Магева было то, что все варианты инокуляции оказали существенное влияние на увеличение площади листьев как в фазе ветвления, так и в фазе цветения, и в фазе образования бобов на третьем и четвертом вариантах.

У мутантных образцов увеличение площади листьев в зависимости от варианта обработки семян было неоднозначным, что, вероятно, связано с особенностями их генотипа. Наибольшая площадь листьев в фазе образования бобов отмечена у номера 306 (1517,8 см2/раст.) на третьем варианте. Самым отзывчивым на применение канадского ризоторфина был сорт Магева, площадь листьев у которого увеличилась почти в 2 раза - 873,9 см2/раст. против 449,5 см2/раст. на контроле (табл. 1 и 2).

Методом дисперсионного анализа установлено, что площадь листьев у сои в условиях лесостепи ЦЧР в большей степени определяется фактором В (препарат ризоторфина) и взаимодействием факторов (сорт+препарат), чем генотипом сорта (88в> Б8а+в> йБд).

Максимальное увеличение активного симбиотического потенциала у подавляющего большинства образцов отмечено на варианте 3 с инокуляцией канадским ризоторфином. В отношении показателя АСП наибольшая сортовая специфичность отмечена у мутантных образцов. Все изученные образцы сои, кроме сорта Магева, формировали достоверно больший урожай семян по сравнению со стандартом (табл. 3).

Таблица 3 - Урожайность семян сои в зависимости

от инокуляции семян, т/га (2007-2011 гг.)

Образец Вариант инокуляции семян

1-й 2-й 3-й 4-й

т/га т/га ± * т/га ±* т/га ±*

Лучезарная (ст.) 1,84 2,06' 0,22 2,264' 0,42 2,3 0,47

Белгородская 48 1,96' 2,07 0,11 2,33' 0,37 2,36А' 0,4

Воронежская 31 2,04' 2,29' 0,25 2,45 А' 0,41 2,5А' 0,46

Магева 1,73 1,88 0,15 2,08' 0,35 2,04' 0,31

Амурская 664 2,23' 2,36 0,13 2,59' 0,36 2,69А' 0,46

Номер 304 2,55' 2,69 0,14 2,8' 0,45 2,91' 0,36

Номер 306 2,73' 2,64 -0,09 2,87 0,14 2,91 0,18

НСР05 по фактору А од

НСР05 по фактору В 0,4

НСР05 по фактору А+В 0,2

Примечание. * - ± к контролю (т/га). Здесь и далее в таблицах выделены образцы, достоверно превышающие стандарт на 5% уровне значимости: 'по фактору А; 2по фактору В; 3по взаимодействию факторов.

На контрольном варианте самая высокая урожайность семян отмечена у номера 306 (2,73 т/га).

Увеличение урожайности семян от инокуляции на втором варианте было несущественным по всем сортам (0,11-0,25 т/ га). Наибольший эффект от действия препарата отмечен на четвертом варианте с использованием лабораторного препарата (в среднем по образцам от 0,3 до 0,47 т/га).

Увеличение урожайности на третьем варианте при обработке канадским препаратом в среднем составило от 0,14 до 0,45 т/га

Дисперсионным анализом достоверно подтверждено большее влияние на признак урожайности семян варианта инокуляции (фактор В) и взаимодействия факторов (А+В), чем генотипа сорта (фактор А) (88в= 176,2 > 88А+В=17,2 > 88А= 4,8).

Соя является высокобелковой культурой, но зачастую необходимо знать, насколько можно повысить этот показатель агротехническими приемами, в частности инокуляцией семян. Поэтому мы определили содержание белка в зерне сои и сбор белка с 1 га.

Установлено, что по содержанию белка в семенах все образцы превзошли стандарт (сорт Лучезарная). Это свидетельствует о существенном вкладе генотипа сорта в белковость семян (вариант 1 - контроль) (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание белка в семенах сои и сбор белка с 1 га, в зависимости от варианта инокуляции, 2007-2011 гг.

Образец Содержание белка, % Сбор белка, кг/га

ва] риант инокуляции

1-й 2-й 3-й 4-й 1-й 2-й 3-Й 4-й

Лучезарная (ст.) 25,2 29,92'3 зз2-3 34,52'3 417,3 554,32'3 671,22'3 717,22'3

Белгородская 48 29,6' 33,22'3 34,82'3 332,з 522,11 618,52'3 729,82'3 700,92'3

Воронежская 31 29,9' 27,5 28,2 24,1 548,9' 566,82'3 6352'3 542,2

Магева 26,6' 292'3 29,12'3 34,б2'3 414,2 490,72'3 544,72,3 635,32'3

Амурская 664 29,5' 31,12'3 35,22'3 35,22 592,1' 660,б2'3 820,52'3 852,22'3

Номер 304 30,5' З22,3 32,32,3 34,72'3 777,7' 774,7 8142'3 908,82'3

Номер 306 29,5' 29,5 31,22 35,22 724,8' 700,9 805,92'3 921,92'3

НСР05 по фактору А 0,3 0,6

НСРоз по фактору В 0,6 1,4

НСР05 по фактору А+В 1Д 1,2

Лучшим по содержанию белка был селекционный номер 304 -30,5%. Свыше 29% белка в семенах было отмечено у сортов Воронежская 31, Белгородская 48, образцов Амурская 664 и номер 306. Установлено, что инокуляции способствует существенному увеличению белковости семян. Исключением был только сорт Воронежская 31, у которого на опытных вариантах содержание белка в зависимости от вариантов инокуляции не увеличилось. Скорее всего это указывает на то, что у данного сорта для повышения содержания белка недостаточно только одного технологического приема (инокуляции семян), возможно, при его возделывании нужно создавать также высокий агрофон.

На втором варианте с применением отечественного ризоторфи-на самые высокие прибавки по содержанию белка в семенах по сравнению с контролем были отмечены у сортов Лучезарная и Белгородская 48 (соответственно +4,7 и +3,6%).

На варианте с канадским ризоторфином увеличение содержания белка отмечено у сортов Лучезарная (+7,8%), Белгородская 48 (+5,2%), Магева (+2,5%) и образцов Амурская 664, номера 304 и 306 (соответственно: +5,7%; +1,8% и +1,7%). Максимальное увеличение содержания белка от инокуляции отмечено на четвертом варианте у сортов Лучезарная (+9,3%) и Магева (+8,0%), на третьем и четвертом вариантах - у образцов Амурская 664 и номера 306 (+5,7%).

Показатель сбора белка с 1 га может косвенно свидетельствовать о симбиотической деятельности сои [Федотов В.А., 2013].

Анализ экспериментальных данных показал, что по сбору белка на контроле (вариант 1) все образцы, кроме сорта Магева, показали достоверно лучшие результаты. У сорта Воронежская 31 на третьем и четвертом вариантах прибавка по сбору белка была существенной, что объясняется его высокой урожайностью (2,45 и 2,50 т/га).

Можно отметить, что симбиотическая деятельность на вариантах с инокуляцией семян разными препаратами была высокой, поскольку у большинства образцов (за исключением сорта Воронежская 31 на четвертом варианте и образцов 304 и 306 - на втором варианте) получена существенная прибавка по сбору белка с 1 га. На втором варианте у всех образцов, кроме номеров 304 и 306, сбор белка с 1га был существенно выше, чем на контроле.

Определение масличности семян сои показало, что на контрольном варианте достоверное превышение содержания жира в них (в сравнении с сортом-стандартом) отмечено у образцов: Белгородская 48, Магева, номер 304 и номер 306 (табл. 5).

Таблица 5 - Содержание жира в семенах сои в зависимости от варианта инокуляции семян, % (2007-2011 гг.)

Образец Содержание жира в семенах сои, %

вариант инокуляции

1-й 2-й 3-й 4-й

Лучезарная (ст.) 18,5 21,5^ 23,

Белгородская 48 25,71 22,7 29аз 26,8

Воронежская 31 17,4 20,8^ 20, 23,3^

Магева 20,2' 20,9 24,9^ 20,5

Амурская 664 18,4 19,7Д' 29,7^ 29,32'3

Номер 304 211 20,9 32,1^ 27,6^

Номер 306 19,5' 20,2 30,2^ 21,5

НСР05 по фактору А 0,9

НСР05 по фактору В 1,5

НСР05 по фактору А+В 1,2

Инокуляция канадским препаратом (4-й вариант) существенно увеличивала содержание жира в семенах. Максимальные прибавки его были отмечены у образцов: Амурская 664 (+11,3% к контролю), номера 304 (+11,7%) и 306 (+10,7%). Существенные прибавки были отмечены у сортов Лучезарная (+4,9%), Воронежская 31 (+5,9%), Амурская 664 (+10,9%), номер 304 (+6,6%). Очевидно, увеличение маслично-сти семян на опытных вариантах связано с большей облиственностью растений, лучшим развитием их фотосинтезирующего аппарата и лучшей активностью фотосинтеза.

Сопряженность элементов структуры урожайности. При селекции сортов сои, приспособленных к конкретным почвенно-климатаяеским условиям, для отбора продуктивных генотипов перед селекционерами стоит задача выявить из большого числа количественных признаков, определяющих продуктивность, наиболее стабильные, которые в меньшей степени или вовсе не зависят от условий года, сортовых особенностей, с высокой сопряженностью с продуктивностью, по которым с высокой степенью достоверности можно отбирать ценные в селекционном отношении генотипы.

Нами установлено, что у изученных образцов существует сопряженность признака урожайности семян с такими показателями сим-биотической деятельности, как число и масса клубеньков в фазы ветвления, цветения и образования бобов (г=0,49-0,86) (рис. 2 А).

""#"«•2007 год

2008 год

2009 год -М—2011 год

.....Лучезарная

-Белгородская 48 —йг-~ Воронежская 31 ■ ■."■" Магева -««•'-Амурская 664

■ Номер 304 «"<■-"■ Номер 306

белок,, жир

сем

1000

н боб ПЛ лист в л цв

А - в зависимости от генотипа Б - в зависимости от условий вегетации

Рис. 2. Коэффициенты корреляции между урожайностью семян и элементами ее структуры

у сои в условиях лесостепи ЦЧР*

Обозначения. *- чб - число бобов; ч сем - число семян; м 1000 - масса 1000 семян; высота - высота растений; н боб - высота прикрепления нижнего боба; пл лист в - площадь листьев в фазе ветвления; пл л цв - площадь листьев в фазе цветения; пл л б - площадь листьев в фазе образования бобов; кл в - количество клубеньков в фазе ветвления; кл цв - количество клубеньков в фазе цветения; кл б - количество клубеньков в фазе образования бобов; м кл в - масса клубеньков в фазе ветвления; м кл цв - масса клубеньков в фазе цветения; м кл б - масса клубеньков в фазе образования бобов.

Следовательно, с высокой степенью достоверности можно утверждать, что отбор на усиление этих признаков будет способствовать сопряженной селекции сорт-ризоторфин и созданию высокопродуктивных сортов с высокой способностью к азотфиксации. Это позволит в условиях производства реализовать биологический потенциал продуктивности сои и будет способствовать вовлечению биологического азота в продукционный процесс.

На основании анализа четырехлетних данных установлена стабильная связь урожайности семян сои с такими показателями, как число бобов (г = 0,43-0,55) и семян (г = 0,51-0,60) на растении, а также масса 1000 семян (г = 0,22-0,30). Следовательно, у любых образцов сои в условиях региона эти признаки можно (с высокой долей вероятности успеха) использовать для отбора продуктивных генотипов (рис. 2 Б).

Высота растений и площадь листьев - наименее стабильные признаки, они в сильной степени обусловлены климатическими условиями вегетационного периода (рис. 2 Б).

Установленная сопряженность признака урожайности семян с показателями симбиотической деятельности (г=0,49-0,86) у селекционных образцов при инокуляции позволяет рекомендовать данный аг-ротехнологический прием для реализации биологического потенциала продуктивности культуры в условиях лесостепи ЦЧР.

У некоторых сортообразцов были обнаружены специфические корреляционные связи, вызванные генотипическими особенностями (Лучезарная, Воронежская 31 и Амурская 664).

Кластерный анализ позволил провести группировку признаков, определяющих продуктивность сои, по величине коэффициентов корреляции (рис. 3).

При анализе дендрограммы признаков выявлено наличие двух кластеров. В первый кластер входит 8 признаков, которые связаны с урожайностью семян сои в сильной степени (г=0,8). Это - число и масса клубеньков в фазе ветвления, эти же показатели в фазах цветения и формирования бобов, а также число бобов и семян на растении.

Полученные данные позволяют сделать заключение, что для селекционной оценки симбиотической деятельности сои при селекции сорт-ризоторфин можно существенно сократить объем работы, ограничившись учетом числа или массы клубеньков только в одной фазе развития.

1,0

0,8

Рис. 3. Дендрограмма признаков по результатам кластерного анализа

Проводить отбор ценных генотипов при селекции сои на продуктивность мы рекомендуем по числу бобов на растении (входит в первый кластер - 1=0,8) как менее трудоемкому для определения признаку, который можно оценить в полевых условиях и провести браковку малопродуктивных растений еще до уборки.

Во втором кластере располагаются два признака - высота растений и высота прикрепления нижнего боба, которые также свидетельствуют о высокой связи с урожайностью сои в условиях лесостепи ЦЧР.

Экономическая и энергетическая эффективность возделыва-ниия сои при инокуляции. Расчет экономической и энергетической эффективности возделывания сорта Воронежская 31 при обработке семян лабораторным препаратом ризоторфина показал, что предпосевная инокуляция является экономически эффективным приемом. За счет более высокой урожайности (2,50 т/га против 2,04 т/га на контроле), себестоимость 1 ц семян при обработке семян на 119,22 руб. меньше, чем на контроле. Чистый доход составил 12 656,04 руб., что на 4 831,61 руб. больше, чем на контрольном варианте.

Уровень рентабельности составил 85,3%. Таким образом, можно заключить, что инокуляция способствует существенному повышению экономической эффективности возделывания сои в лесостепи ЦЧР.

Оценка обработки семян ризоторфином показала, что энергозатраты на инокуляцию окупаются энергосодержанием прибавки урожая. Чистый энергетический доход у сорта Воронежская 31 при инокуляции составил 31,39 ГДж/га, что на 7,14 ГДж/га больше, чем на контроле. На варианте с обработкой также выше энергетическая эффективность, о чем свидетельствует коэффициент - 4,56 против 3,83 на контроле.

ВЫВОДЫ

1. В условиях лесостепи ЦЧР инокуляция препаратами ризо-торфина не оказала существенного влияния на продолжительность периода вегетации изученных образцов сои, которая составила в среднем по годам от 95 до 105 суток. Следовательно, этот показатель определен генетически, зависит от сортовых особенностей и складывающихся погодных условий вегетационного периода, в связи с этим селекция на скороспелость в регионе остается по-прежнему актуальной.

2. Начало формирования клубеньков на корнях растений сои в условиях лесостепи ЦЧР отмечено в фазе ветвления. Число клубеньков у большинства изучаемых сортообразцов на контрольном варианте (без инокуляции) составляет от 6 до 13 шт./раст. Число и масса клубеньков увеличиваются в зависимости от варианта инокуляции семян и фазы развития растений. Максимальное число клубеньков в условиях региона насчитывается на корнях растений сои в фазе образования бобов (от 28 до 42 шт./раст.). Достоверно лучшие результаты по числу и массе клубеньков отмечены у всех образцов на третьем варианте при обработке канадским ризоторфином и на четвертом варианте при инокуляции нашим препаратом на основе местного штамма бактерий.

3. Площадь листьев и активный симбиотический потенциал существенно увеличиваются в зависимости от инокуляции семян. Максимальная площадь листьев отмечена на вариантах с канадским (1517,8 см2/раст.) и лабораторным (1502,3 см2/раст.) препаратами.

Лучшим показатель АСП был у мутантных образцов на опытных вариантах (от 1 до 10 тыс. кг><сут./га больше, чем на контроле).

4. Препарат ризоторфина способствует увеличению урожайности сои (существенные прибавки урожая семян - от +0,11 до

+0,47 т/га). Максимальный эффект был отмечен от инокуляции лабораторным препаратом (от +0,2 у номера 306 до +0,5 т/га - у сортов Воронежская 31 и Лучезарная).

Увеличение продуктивности симбиотической системы сои зависит от генотипа сорта и варианта препарата. У сорта Воронежская 31 комплементарная пара сорт-ризоторфин, при использовании местного штамма ризобий, позволяет достоверно увеличить урожайность семян (на 0,46 т/га).

У перспективных селекционных образцов высокая отзывчивость на инокуляцию (лучшие пары сорт-ризоторфин) отмечена на вариантах с канадским и лабораторным препаратами.

5. По содержанию белка лучшие результаты в зависимости от варианта инокуляции отмечены у сортов Лучезарная, Белгородская 48, Магева (на 3-9%) на четвертом варианте опыта, где сбор белка соответственно составил 671,2; 729,8; 544,7 кг/га. У сорта Воронежская 31 наблюдалась индивидуальная реакция генотипа на обработку препаратами, при которой отмечалось снижение содержания белка (на 1-5%).

В отличие от сортов, у сортообразцов отмечено существенное влияние препарата на увеличение содержания жира в семенах (от 1 до 10%).

6. Дисперсионный анализ результатов многофакторного опыта показал, что у сои на формирование таких признаков, как число клубеньков, урожайность семян и содержание жира в семенах, наибольшее влияние оказывают препараты ризоторфина (фактор В) (88в> 88А+В> ЗБд).

От генотипа сорта в большей степени зависят признаки высоты растений и высоты прикрепления нижнего боба (8Бд>5Бп>8БА+в).

Взаимодействие факторов «сорт+ризоторфин» было более существенным при формировании показателей площади листьев и содержания белка в семенах (88А+в> 88д> 88в)-

7. При инокуляции разными препаратами ризоторфина у сои наблюдается сопряженность признака продуктивности с показателями азотфиксации (г=0,6-0,8), что позволяет рекомендовать данный агротехнологический прием для реализации биологического потенциала продуктивности, что будет способствовать вовлечению биологического азота в продукционный процесс.

8. Урожайность сои в условиях лесостепи ЦЧР в большей степени определяется следующими наиболее стабильными по годам

признаками: число бобов и семян на растении (г=0,43-0,60.), масса 1000 семян (г=0,22-0,30), число и масса клубеньков в фазе ветвления (г=0,64-0,78) и содержание белка в семенах (г=0,37-0,48), которые следует учитывать в селекции при отборе ценных генотипов в условиях региона.

9. Инокуляция семян перед посевом способствует повышению экономической и энергетической эффективности возделывания сои. Себестоимость 1 ц семян при этом снижается на 271,94 руб., повышаются уровень рентабельности (на 73,6%) и чистый энергетический доход (на 16,64 ГДж/га).

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ И ПРОИЗВОДСТВА

1. Образцы сои (Амурская 664, номер 304 и 306) с повышенной способностью к эффективному бобово-ризобиальному симбиозу целесообразно использовать в селекционных программах по созданию продуктивных сортов сои для условий Центрального Черноземья.

2. Одновременно с селекцией сои на продуктивность и качество продукции нужно проводить сопряженную селекцию сорт-ризотор-фина.

3. Для отбора ценных генотипов и ускорения селекции культуры в регионе использовать сопряженные с показателями продуктивности признаки (число бобов и семян на растении).

4. Для реализации потенциала продуктивности районированных сортов при минимальных экономических и энергетических затратах в условиях лесостепи ЦЧР рекомендуется такой технологический прием, как инокуляция семян, который следует учитывать при разработке приемов сортовой агротехнологии сои для Центрального Черноземья.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

1. Преснякова, У.А. Влияние ризоторфина на биологические и хозяйственные признаки сои [Текст] /У.А. Преснякова, Т.Г. Ващенко, Н.Т. Пав-люк, И.В. Рыльков, И.А. Русанов // Вестник Воронежского ГАУ. - 2010. -№3 (26). - С. 22-26.

2. Ващенко, Т.Г. Роль ризоторфина в формировании биологических и хозяйственных признаков сортообразцов сои [Текст] / Т.Г. Ващенко, Н.Т. Павлюк, Г.Г. Голева, У.А. Преснякова, И.В. Рыльков // Вестник Воронежского ГАУ. - 2012. - №2 (23). - С. 10-15.

В аналитических сборниках и материалах конференций

3. Ващенко, Т.Г. Исходный материал для селекции сои в ЦЧР [Текст] / Т.Г. Ващенко, В.Е. Шевченко, Н.Т. Павлюк, И.В. Рыльков, У.А.Преснякова // Роль селекции в формировании агротехнологий для обеспечения стабильного производства зерна в условиях меняющегося климата. К 100-летию начала селекционно-семеноводческих работ в Каменной степи: матер. Всерос. науч.-практ.конф. и заседания совета по земледелию Центр.-Чернозем. зоны Отделения земледелия РАСХН. Каменная степь, 15 июня 2011 года. - Воронеж: Истоки, 2011. - С. 153-157.

4. Ващенко, Т.Г. Влияние лабораторного ризоторфина на биологические и хозяйственные признаки сои [Текст] / Т.Г. Ващенко, У.А. Преснякова, C.B. Польских, В.Е. Аксеновская // «Глинковские чтения»: материалы международной конференции, посвященной 100-летию факультета агрономии, агрохимии и экологии Воронежского ГАУ. - Воронеж, 2013. -4.1.-С. 17-23.

Подписано в печать 25.11.2013. Формат 60x84 'А6 Бумага кн.-журн. Печать офсетная. П.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 8850.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Типография ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Преснякова, Ульяна Александровна, Воронеж

На правах рукописи

04201455575

Преснякова Ульяна Александровна

СОРТОВАЯ СПЕЦИФИКА СИМБИОТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СОИ

В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ЦЧР

06.01.05. - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: профессор

Т.Г. Ващенко

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 4

1. БОТАНИЧЕСКИЕ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

И СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СОИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)................................................................................ 11

1.1. Ботаническая и биологическая характеристика культуры......... 11

1.2. Эффективность инокуляции семян...................................... 23

1.3. Морфология, специфичность, вирулентность, конкурентоспособность и активность клубеньковых бактерий...................... 32

1.4. Азотфиксирующая деятельность клубеньковых бактерий и приготовление бактериального препарата на основе

Bradyrh izobium............................................................... 40

2. УСЛОВИЯ, ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.......................................... 63

2.1. Почвенно-климатические условия....................................... 63

2.2. Исходный материал......................................................... 67

2.3. Методика проведения полевых исследований........................

3. СОРТОВАЯ СПЕЦИФИКА СИМБИОТИЧЕСКОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СОИ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ЦЧР (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ).......................................... 73

3.1. Приготовление лабораторного ризоторфина.......................... 73

3.2. Влияние препаратов ризоторфина на продолжительность периода вегетации........................................................... 79

3.3. Симбиотическая деятельность сои в зависимости от инокуляции разными препаратами ризоторфина.............................. 85

3.4. Морфологические признаки сортообразцов в зависимости от обработки семян ризоторфином......................................... 106

3.5 Влияние ризоторфина на урожайность и качество семян.......... 119

3.6. Сопряженность хозяйственно-биологических признаков у сои

в лесостепи ЦЧР............................................................ 140

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СОИ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ............................ 155

ВЫВОДЫ................................................................................ 159

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ

И ПРОИЗВОДСТВА................................................................... 162

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................... 163

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. В результате интенсификации производства продукции растениеводства человечество достигло больших успехов в решении одной из важнейших проблем - продовольственной.

Однако наряду с достижениями интенсивное земледелие породило много проблем, прежде всего экологического характера. Многие регионы мира в результате высокого уровня интенсификации растениеводства стали зонами экологического бедствия. Вследствие этого в 70-х годах прошлого столетия зародилось биологическое земледелие, направленное на устранение отрицательных явлений, связанных с использованием интенсивных факторов. Одной из таких проблем является нехватка питательных веществ для обеспечения ими возделываемых культур.

Проблему обеспечения растений питательными веществами в альтернативном земледелии решают с помощью повышения жизнеспособности почвы, ее биогенности. Считается, что внесение элементов питания непосредственно в усвояемой форме нарушает природный цикл нормального питания растений. Пополнять запасы элементов питания следует за счет различных органических удобрений, труднорастворимых минералов и азотфиксирую-щих растений [Парахин Н.В.,1997].

Возникает необходимость активизировать агрономически полезные процессы в почвенной среде, связанные с участием растений в образовании почвы. Переориентация на преимущественное использование биологических факторов, положительно воздействующих на почвенную среду, является основой биологизации земледелия. Действие культурных растений на почвенную среду имеет и положительные последствия:

- поступление в почву свежего органического вещества в виде биомассы различных растений;

- симбиотическая фиксация атмосферного азота клубеньковыми бактериями, живущими на корнях бобовых растений;

- обогащение питательными веществами верхнего слоя почвы за счет подпочвы;

- повышение степени усвояемости некоторых элементов минерального питания растений под влиянием корневых выделений, продуктов минерализации растительных остатков и т.п. [Биологизация и адаптивная интенсификация земледелия в Центральном Черноземье,2000].

Еще одним из путей повышения продуктивности растений и улучшения плодородия почвы, наряду с применением минеральных удобрений, является использование бактериальных удобрений. Сущность действия бактериальных удобрений основана на жизнедеятельности микроорганизмов, вносимых в почву, способных накапливать в ней усвояемые растениями формы азота, фосфора и других элементов, а также продуцировать биологически активные вещества, стимулирующие рост и развитие растений.

Применение бактериальных удобрений обосновывается следующими факторами:

1. При использовании бактериальных удобрений в зоне корневой системы образуются очаги определенных полезных видов микробов, способствующих накоплению в почве доступных для растений форм азота, фосфора и других элементов, улучшающих корневое питание и повышающих урожайность.

2. Если для производства бактериальных удобрений применяются наиболее активные бактерии, то использование этого приема позволяет обогащать почву более ценными, специально отобранными в качественном отношении видами микробов, тем самым повышается плодородие почвы.

3. Большинство используемых для бактериальных удобрений микроорганизмов способны продуцировать физиологически активные вещества, являющиеся стимуляторами роста, что также положительно сказывается на продуктивности растений.

4. Вносимые с бактериальными удобрениями микроорганизмы в ряде случаев являются антагонистами некоторых фитопатогенных микробов.

Кроме того, под влиянием стимулирующего действия бактерий, находящихся в препарате, может повышаться устойчивость к некоторым заболеваниям.

Из микроорганизмов, используемых для бактериальных удобрений, наибольшее значение имеют микробы, фиксирующие азот атмосферы и обогащающие им почву. Из всех азотфиксирующих микроорганизмов наиболее эффективными являются клубеньковые бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями. В настоящее время особое внимание уделяется бобовым культурам в связи с мировым дефицитом белка в рационе человека. А увеличение продуктивности бобовых культур, как и повышение количества и качества белка и масла в семенах бобовых возможно не только за счет применения огромных доз органических и минеральных удобрений, но и за счет предпосевной инокуляции семян активными культурами клубеньковых бактерий [Биологизация земледелия в России,2000].

Но кроме подбора активных, вирулентных, конкурентоспособных штаммов клубеньковых бактерий для успешного формирования симбиоза между бактериями и растением-хозяином необходимо учитывать сортовую индивидуальность растений. Подбор комплементарных пар макро- и микросимбионтов при создании сортовой агротехнологии возделывания зернобобовых культур является важным условием реализации их азотфиксирующей функции, обеспечивающей интенсификацию производства высокобелкового зерна при максимальном вовлечении в продукционный процесс биологических ресурсов [Моисеенко Ю.В. и др., 2011].

Поэтому необходимо вести работу по подбору разных штаммов ризо-торфина на каждый сорт, возделываемый в конкретной климатической зоне.

Цель исследований - определить симбиотическую деятельность сорта Воронежская 31 и перспективных селекционных образцов сои при инокуляции препаратами ризоторфина, которые произведены на основе разных штаммов Вгас1угШгоЫит, оценить их по эффективности симбиоза, выделить высокопродуктивный материал для дальнейшей селекционной работы в условиях лесостепи ЦЧР.

Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:

1. Определить показатели симбиотической деятельности сортов и перспективных сортообразцов сои при обработке семян разными препаратами ризоторфина в зависимости от фазы развития растений.

2. Выделить местный штамм Вгас1угк¡гоЫит ]аротсит, получить чистую культуру, приготовить в лабораторных условиях препарат ризоторфина и проверить его эффективность при инокуляции семян разных сортов и селекционных образцов сои в полевых условиях.

3. Определить влияние препаратов ризоторфина, полученных на основе разных штаммов клубеньковых бактерий, на биологические и хозяйственные признаки сортообразцов сои, сравнить их эффективность и выявить лучшие варианты «сорт-ризоторфин».

4. Дать экономическую и энергетическую оценку эффективности обработки семян сои ризоторфином в сравнении с контролем.

Научная новизна. Впервые дана оценка симбиотической деятельности сорта сои Воронежская 31 и перспективных селекционных образцов в разные фазы развития растений, на основе которой проведен подбор комплементарных вариантов сорт-ризоторфин, что будет способствовать повышению урожайности культуры в условиях региона.

На примере четырех сортов и трех перспективных сортообразцов сои установлено, что показатели числа и массы клубеньков, формирующихся на корнях растений сои, увеличиваются от фазы ветвления до фазы образования бобов в зависимости от препарата ризоторфина, что свидетельствует об эффективности такого технологического приема, как инокуляция семян, который следует учитывать при разработке приемов сортовой агротехнологии сои для Центрального Черноземья.

Подобраны оптимальные комплементарные пары сорт-ризоторфин, что позволяет на основе данных о симбиотической способности сорта повысить его продуктивность.

С помощью корреляционного анализа определены стабильные признаки (число бобов и семян на растении, масса 1000 семян, число и масса клубеньков в фазе бетвления и содержание белка в семенах), которые следует учитывать при отборе ценных генотипов в селекции на продуктивность сои в условиях региона.

На основе местного штамма Вгас1угШгоЬшт ]аротсит произведен лабораторный препарат ризоторфина и показана эффективность его симбиоти-ческой деятельности на районированных сортах и перспективных селекционных образцах в условиях региона.

Установлено, что для роста и поддержания чистой культуры выделенного штамма бактерий ВгснЗугЫюЫит можно использовать питательную среду на основе горохового отвара, которая обеспечивает более быстрый (на 2-4 суток) рост и развитие колоний.

Практическая значимость. Впервые для сорта Воронежская 31, выведенного в Воронежском ГАУ и допущенного к использованию по пятому региону РФ, подобран наиболее эффективный инокулянт (лабораторный ризотор-фин) на основе определения показателей симбиотической деятельности. Прибавка урожая семян от использования комплементарной пары сорт-ризоторфин (0,46 т/га) позволяет считать инокуляцию эффективным технологическим приемом и рекомендовать его для использования в производстве.

Установлено существенное влияние препаратов ризоторфина на фено-типическое проявление хозяйственно-биологических признаков сои (урожайность, качество семян, высота растений, площадь листьев и др.).

Для определения отзывчивости на инокуляцию селекционных образцов сои на начальном этапе селекции подтверждена необходимость подбора вариантов сорт-ризоторфин для повышения продуктивности и улучшения качества семян сои.

Даны рекомендации по использованию сопряженных с показателями продуктивности признаков на основе расчетов коэффициентов корреляции (г =

0,6-0,95) для эффективности проведения индивидуальных отборов и ускорения селекции культуры в регионе.

Отобран селекционный материал, обладающий повышенной способностью к образованию эффективного бобово-ризобиального симбиоза для сопряженной селекции сорт-ризоторфин.

Установлена возможность успешного культивирования бактерий Вгас1угЫ-гоЫит на бобовой питательной среде (гороховый отвар).

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на факультете агрономии, агрохимии и экологии Воронежского ГАУ при обучении по профилю подготовки студентов «Селекция и генетика сельскохозяйственных культур» и при выполнении курсовых и дипломных работ (справка о внедрении содержится в приложении к диссертации).

Основные защищаемые положения

1. Число клубеньков, формирующихся на корнях растений сои в зависимости от сорта и предпосевной инокуляции разными препаратами ризо-торфина, увеличивается от фазы ветвления (19,6 шт./раст.) до фазы образования бобов (42,1 шт./раст.), что свидетельствует об эффективности этого технологического приема, который следует учитывать при разработке региональной сортовой агротехнологии культуры.

2. Использование препаратов ризоторфина способствует лучшему развитию морфологических (высота растений, площадь листьев и активный симбиотический потенциал АСП) и хозяйственных признаков (урожайность, содержание белка, жира в семенах, сбор белка с 1 га и др.) у сортов и перспективных селекционных образцов сои.

3. Установленная сопряженность продуктивности (г=0,6-0,95) и таких стабильных признаков, как число бобов и семян на растении, позволяет рекомендовать их для селекционной практики при отборе ценных генотипов, причем отбор образцов по числу бобов является наименее трудоемким, его можно проводить в полевых условиях, еще до уборки семян.

4. Инокуляция семян сои, особенно в новых районах ее возделывания, экономически (уровень рентабельности - 85,3%) и энергетически (чистый энергетический доход составляет 31,39 ГДж/га) эффективна.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены автором на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Воронежского ГАУ в 2010,2011,2012 и 2013 гт.

Результаты производственного опыта, проведенного в 2012 г. в ООО «Нива» Эртильского района Воронежской области на площади 10 га, показали, что обработка семян сои ризоторфином, произведенным на основе местного штамма бактерий, способствует увеличению урожая (28,7 ц/га против 24,3 ц/га на контроле), снижению себестоимости семян на 84,9 руб. (557,54 руб./ц против 642,44 руб./ц на контроле), увеличению рентабельности производства со 112,3 до 121,1 %.

Публикации. По теме исследований опубликовано 4 работы, из них 2 -в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.

Личный вклад. Автор диссертационной работы принимала непосредственное участие в разработке программы и схемы исследований, выборе и разработке методов работы, проведении экспериментальных исследований, анализе полученных результатов, их математической обработке и формулировании выводов, обобщила экспериментальные данные, изложила их в диссертации, автореферате и опубликованных статьях. Доля её участия в исследованиях - более 90 %.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 177 страницах компьютерного текста, содержит 25 приложений, иллюстрирована 27 таблицами, 21 рисунком и состоит из введения, 4 глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики и производства, списка использованной литературы, который включает 144 наименования, в том числе 4 иностранных авторов.

1. БОТАНИЧЕСКИЕ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И СИМБИОТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СОИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Ботаническая и биологическая характеристика культуры

Народно-хозяйственное значение сои. Соя - зернобобовая и масличная культура. В ее семенах содержится 35-45% белка, 20-25% жира, 25-27% углеводов, 2-3,5%) лецитина, около 2% витаминов. Она занимает первое место в мировом земледелии как среди масличных растений, так и среди зернобобовых. В мире из нее производят около 30% растительного масла, в то время как из подсолнечника - 12%, а из рапса - 15%. Наряду с высокой маслично-стью соя - важнейший источник полноценного белка, который не уступает по питательности животному. В семенах сои в 10-12 раз больше белка, чем в курином мясе, в 3-4 раза больше, чем в куриных яйцах, и в 2,0-2,5 раза больше, чем в говядине. По содержанию жира она превосходит данные продукты соответственно в 4-5; 1,5-2 и 1,5 раза. По калорийности уступает только свинине [Кадыров C.B., Федотов В.А.,1998].

В Центральном Черноземье, как и во всей стране, наблюдается острый дефицит белка не только в кормопроизводстве, но и в питании людей. Причина тому дороговизна мясных, молочных и рыбных продуктов и неплатежеспособность населения. Проблему продовольственного белка легче решать не через животный, а через дешевый растительный белок. Особое место в решении проблемы дефицита белка и пищевого масла занимают соя и продукты ее переработки. По данным НИИ питания Российской академии медицинских наук, соевый белок