Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Создание и оценка исходного материала овсяницы красной (Festuca rubra L.) с повышенным уровнем эффективности ассоциативного растительно-микробного симбиоза

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Создание и оценка исходного материала овсяницы красной (Festuca rubra L.) с повышенным уровнем эффективности ассоциативного растительно-микробного симбиоза"

На правах рукописи 005055676 ДОНСКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОЗДАНИЕ И ОЦЕНКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ОВСЯНИЦЫ КРАСНОЙ (Festuca rubra L.) С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ЭФФЕКТИВНОСТИ АССОЦИАТИВНОГО РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНОГО СИМБИОЗА

06.01.05 —селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2012

005055676

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский

научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Степанова Галина Васильевна

Официальные оппоненты: Березкин Анатолий Николаевич доктор

сельскохозяйственных наук, профессор кафедры селекции и семеноводства полевых культур РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Новоселов Михаил Юрьевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий отделом селекции и первичного семеноводства клевера ГНУ ВИК Россельхозакадемии

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 10 октября 2012 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 006.019.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 141055, Московская область, г. Лобня, ул. Научный городок, корпус 1, тел. 8(495) 577-73-37,

факс 8(495) 577-71-07; E-mail: sovetvik@vandex.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт кормов им. В.Р. Вильямса Российской академии сельскохозяйственных наук.

Автореферат разослан «_10_» сентября 2012 г. и размещен на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации: http://vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук:

Победнов Ю.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших резервов биогеоценотиче-ской адаптивной системы селекции кормовых растений для устойчивого развития кормопроизводства и экологического земледелия является создание сорто-микробных консортивных систем небобовых растений с ассоциативными азотфиксирующими бактериями. Функции ассоциативных азотфикса-торов в консортивных растительно-микробных взаимодействиях многообразны - это фиксация атмосферного азота, улучшение питания растений за счет повышения коэффициента использования минеральных веществ почвы, повышение устойчивости растений к патогенам и абиотическим стрессам (Шамсутдинов, 2007).

По данным Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии применение биопрепаратов ассоциативных ризобактерий повышает урожайность зерновых и кормовых культур на 1520%, овощных - на 20-30%. Специфичность действия биопрепаратов определяется биологическими особенностями сельскохозяйственных культур и варьирует между сортами растений (Кожемяков и др. 2004; Кожемяков, Ко-корина, 2005,2010).

Внедрение сортов злаковых трав с высокой эффективностью ассоциативных взаимодействий, а также новых технологий возделывания сорто-микробных систем даст возможность существенно сократить, а в ряде случаев вообще отказаться от применения минеральных азотных удобрений.

Одним из лучших модельных объектов для проведения селекции на повышение эффективности ассоциативного симбиоза является овсяница красная. Дикорастущая овсяница красная в естественных условиях заселяет участки с низким почвенным плодородием благодаря своей природной способности к образованию ассоциативного симбиоза со спонтанными расами ризосферных азотфиксирующих бактерий. Значительно повысить эту способность овсяницы красной возможно селекционным путем.

Первым этапом сопряженной селекции является создание исходного материала овсяницы красной с повышенным уровнем эффективности ассоциативного растительно-микробного симбиоза и заданными хозяйственно-ценными признаками. Решению данного вопроса посвящена наша работа.

Цель исследований: создание и оценка исходного материала овсяницы красной, сочетающего комплекс ценных хозяйственных признаков с повышенной эффективностью ассоциативного растительно-микробного симбиоза с ризосферными диазотрофными бактериями.

Задачи исследований:

1. Изучить особенности роста и развития исходных образцов овсяницы красной различного эколого-географического происхождения в условиях поля и селекционно-тепличного комплекса.

2. Оценить исходные образцы овсяницы красной по основным хозяйственным признакам и заселенности корневой системы местными расами ризосфер-

ных азотфиксирующих бактерий. Отобрать перспективный материал для дальнейшей селекционной работы.

3. Определить уровень эффективности ассоциативных растительно-микробных взаимодействий исходных образцов овсяницы красной с препаратами Азоризин 8 (Azospirillum brasilense), Мобилин 7 (Klebsiella mobilis), Мизорин (Arthrobacter mysorens).

4. Выявить статистически значимые корреляционные зависимости между хозяйственно-ценными признаками, морфологическими, биологическими особенностями, эффективностью ассоциативного симбиоза и заселенностью корневой системы овсяницы красной ризосферными азотфиксирующими микроорганизмами.

Научная новизна. Впервые проведена сравнительная оценка коллекционного материала овсяницы красной различного происхождения в условиях искусственного климата и поля по основным хозяйственным признакам, особенностям роста и развития, азотфиксирующей активности, заселенности ризосферы спонтанными микроорганизмами. В полевых условиях Центрального района Нечерноземной зоны в качестве исходного материала изучены дикорастущие образцы, сорта, селекционные номера овсяницы красной различного происхождения по основным биологическим и хозяйственным признакам, эффективности ассоциативного симбиоза с препаратами Азоризин 8 (Azospirillum brasilense), Мобилин 7 (Klebsiella mobilis), Мизорин (Arthrobacter mysorens). Выявлены статистически значимые корреляционные зависимости между основными хозяйственными и биологическими признаками в контроле и вариантах с инокуляцией препаратами ризосферных диазотрофных бактерий. Изучено влияние заселенности ризосферы овсяницы красной спонтанными и интродуцированными ризосферными бактериями на урожайность сухого вещества и семян, сбор сырого протеина.

Практическая значимость работы. Установлено, что в условиях искусственного климата следует проводить отбор исходного материала на азот-фиксирующую активность, заселенность ризосферы спонтанными и интродуцированными микроорганизмами в различных условиях тепло- и влаго-обеспеченности, в полевых опытах отбирать исходный материал по хозяйственным признакам. Дана характеристика коллекционного материала различного происхождения по основным хозяйственным признакам и эффективности ассоциативного симбиоза с препаратами Азоризин 8, Мобилин, Мизорин; отобран исходный материал, существенно на 13-70% превосходящий сорт Сигма по урожайности сухого вещества, семян, сбору сырого протеина и эффективности ассоциативного симбиоза. Выявлены комплементарные препараты для исходных образцов в зависимости от их происхождения. Разработка может быть использована в селекционной практике создания сортов небобовых культур с повышенной эффективностью ассоциативного симбиоза.

Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований доложены и получили положительную оценку: ежегодно на секции Ученого совета по селекции и семеноводству кормовых культур, а также на Ученом совете ГНУ ВИК Россельхозакадемии (2008-2012 гг.); на международных конференциях: на V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров, г. Москва, Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова, РАН, 21-27 июня 2009 г.; на XVIII международном симпозиуме «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье» г. Симферополь, 13-21 сентября 2009; VIII, IX Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», 2009, 2010 гг.; на IX Международной научно-методической конференции 21-25 июня 2010 г. «Интродукция нетрадиционных и редких растений». Мичуринск - наукоград РФ 2010; 4-ой Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар, 24-26 ноября 2010 г.; на Международной научно-практической конференции, посвященной 145-летию РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, г. Москва, 10 декабря 2010 г.; VII Международной дистанционной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» посвященной 75-летию профессора А.В. Газданова, ФГОУ ВПО «Горский ГАУ», г. Владикавказ, 27-28 декабря 2010 г.

Публикации материалов исследований. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, в том числе в рецензируемых изданиях рекомендуемых ВАК РФ, 1 статья.

Личный вклад. Полевые, вегетационные и лабораторные исследования, обработка, анализ полученных экспериментальных данных и обобщение результатов выполнены автором лично.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методики и результатов исследований, выводов, предложений селекционной практике и производству, 13 приложений. Работа изложена на 157 страницах компьютерного текста, иллюстрированного 23 таблицами, 9 рисунками. Список используемой литературы включает 218 источников, в том числе 55 - иностранных авторов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• Результаты сравнительной оценки коллекционного материала овсяницы красной по биологическим и хозяйственным признакам в вегетационном и полевом опытах.

• Характеристика исходных образцов овсяницы красной, отобранных из коллекционного материала различного происхождения по комплексу хозяйственных признаков.

• Влияние инокуляции препаратами Азоризин 8, Мизорин, Мобилин на изменение урожайности сухого вещества, семян, накопление сырого протеина у

образцов овсяницы красной, отбор высоко эффективных ассоциативных растительно-микробных пар.

• Заселенность ризосферы спонтанными микроорганизмами и её связь с урожайностью образцов овсяницы красной.

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили в 2008-2011 гт. в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса Российской академии сельскохозяйственных наук, расположенном в 30 км севернее Москвы.

Метеорологические условия в годы проведения исследований существенно различались как по температурным режимам, так и по количеству выпавших осадков, что позволило дать объективную оценку продуктивности и эффективности симбиотических взаимодействий овсяницы красной. Сумма среднесуточных температур воздуха вегетационных периодов составила: в 2008 году - 2705,8 °С, в 2009 году - 2550,6 °С в 2010 году - 3078,5 °С и в 2011 году 2811 °С при среднемноголетнем показателе - 2350,1 °С. Вегетационный период 2008 года характеризовался повышенной влагообеспеченно-стью (142% к среднемноголетнему значению), сравнительно благоприятным по увлажнению был 2009 год (106%), а в 2010 и 2011 годах в период вегетации растений отмечен дефицит влаги (72 и 76% к среднемноголетнему значению).

Почва опытных участков в пахотном слое характеризуется средним (0,131-0,161%) содержанием общего азота, среднекислой реакцией среды (рН солевой вытяжки 4,95-5,02). Обеспеченность фосфором высокая (28,7833,46 мг/100 г почвы), калием средняя (8,59-10,17 мг/100 г почвы). Содержание гумуса низкое (1,60-1,95%).

Материал. Дикорастущие образцы овсяницы красной из различных климатических зон: ОК2-ОК13, ОК16, ОК20, ОК40; сорта различного эколо-го-географического происхождения: ОК5, ОК21, ОК24-ОК26; синтетические популяции, созданные во ВНИИ кормов: ОК14, ОК15, ОК17-ОК19, ОК38, ОК39; селекционные номера, полученные по обмену из Урал НИИСХ и НИ-ИСХ Северного Зауралья: ОКЗО-ОК37.

Ассоциативные ризобактерии Arthrobacter mysorens 1 (препарат Мизо-рин 7), Klebsiella mobilis (Мобилин), Azospirillum brasilense (препарат Азори-зин 8, штамм № 8).

Методика исследований. В работе использовали общепринятые методики селекции кормовых культур (Методические указания по селекции многолетних трав, 1985). Подсчет заселенности корней ассоциативными микроорганизмами проводили по методикам сельскохозяйственной микробиологии (Теппер, Шильникова, Переверзева, 1987). Заселенность корней овсяницы красной спонтанными и интродуцированными бактериями в условиях поля

определяли по количеству углерода микробной биомассы (С мик) (Burns, Nannipieri, 2006; Ananyeva, Susyan, 2011).

В коллекционных и селекционных питомниках исходные образцы овсяницы красной испытывали в одновидовом широкорядном посеве. Во всех опытах в качестве стандарта использовали районированный сорт овсяницы красной газонно-кормового типа Сигма. Перед посевом семена овсяницы красной инокулировали препаратами ризосферных азотфиксирующих микроорганизмов методом опудривания. Контроль — вариант без предпосевной бактеризации.

Статистическую обработку экспериментального материала осуществляли с использованием дисперсионного, корреляционно-регрессионного анализов, определение существенности различий сопряженных выборок проводили разностным методом (Доспехов, 1985).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Оценка исходного материала овсяницы красной в вегетационном опыте

В 2008-2010 годах испытывали 19 образцов овсяницы красной различного эколого-географического происхождения, в том числе 12 дикорастущих образцов, 2 сорта и 5 синтетических популяций Syn3. Растения выращивали в полевой почве без предпосевной бактеризации семян овсяницы красной.

Основной интегральный показатель, по которому оценивается исходный материал - его продуктивность. В вегетационном опыте в сумме за три года исследований высокой продуктивностью сухого вещества выделились две синтетические популяции (ОК14 и ОК19), созданные на основе сорта Сигма, а также дикорастущие образцы OKI 1 и OKI6. В сумме за три года продуктивность этих образцов составила 128,6-131,2 г/сосуд сухого вещества, что на 13-16% больше, чем у сорта Сигма (табл. 1).

Сбор протеина определяется продуктивностью и содержанием в сухом веществе азотистых веществ. Накопление сырого протеина в сухом веществе большинства образцов овсяницы красной (4,61-10,59 г/сосуд) было существенно на 22-66% ниже, чем у сорта Сигма (13,54 г/сосуд). Дикорастущие образцы ОКЗ, ОК11 и синтетические популяции OKI4, OK 15 (12,9614,20 г/сосуд) были на уровне стандарта, и только образцы ОК19, ОК16, ОК18 (17,00-19,64 г/сосуд) высоко существенно на 26-45% превзошли сорт Сигма по этому показателю (табл. 1).

Корреляционно-регрессионный анализ показал, что высокая степень заселения корней овсяницы красной спонтанными расами ризосферных бактерий (9,5х10б-4,5х107 КОЕ/г сухого вещества корней) ведет к снижению продуктивности (г = -0,22), уровня биологической азотфиксации (г = -0,26) и содержания общего азота в сухом веществе овсяницы красной (г = -0,46

tr>t<,5).

1. Характеристика перспективных исходных образцов овсяницы красной по основным хозяйственным признакам, ■_вегетационный опыт, сумма за 2008-2010 гг._

Образец овсяницы красной Продуктивность сухого вещества Сбор протеина Заселенность ризопланы, КОЕ/г сухого вещества корней Активность азотфиксации, мкг/мл С2Н4

г/сосуд %к стандарту г/сосуд %к стандарту

ОКЗ 114,2 101 14,20 105 4,5x10" 0,21

ОК11 128,8* 114 12,96 96 9,5x10* 0,14

ОЮ6 131,2* 116 17,38** 128 9,5x10' 0,08

ОК 14 128,6* 113 13,34 99 2,5x10'* 0,01

ОК 15 124,4 110 13,76 102 4,5x10" 0,10

ОК 18 125,2 110 19,64** 145 2,5x10" 037

ОК 19 130,2* 115 17,00** 126 2,5x10" 0,15

Сигма 113,4 100 13,53 100 4,5x10" 0,04

НСР05 14,8 2,30

НСРо, 3,24

Заселенность ризосферы продуктивных, обладающих повышенным уровнем биологической азотфиксации (0,15-0,37 мкг/мл С^НД содержанием общего азота (1,99-2,51%) образцов ОКЗ, ОК18 и ОК19 была 2,5x10 - 4,5х106 КОЕ/г сухого вещества корней. У образцов с более низкой степенью заселения (2,5хЮ5-9,5хЮ5 КОЕ/г сухого вещества корней) азотфиксирующая активность составляла 0,03-0,14 мкг/мл С2Н4. Прослеживается определенный уровень заселенности корневой системы (2,5х106- 4,5х10б КОЕ/г сухого вещества корней) при котором ассоциации растений овсяницы красной с ризо-сферными бактериями обеспечивают повышение уровня биологической азотфиксации, накопления общего азота и продуктивности сухого вещества. Выявлена высоко существенная зависимость содержания азота в сухом веществе от азотфиксирующей активности образцов овсяницы красной (г = 0,75, 3,б0>го,) и положительная тенденция повышения продуктивности сухого вещества при возрастании азотфиксирующей активности (г = 0,27).

3.2 Оценка исходного материала овсяницы в коллекционном питомнике при укосном использовании

В коллекционном питомнике посева 2009 г. испытывались, в основном, те же исходные образцы, что и вегетационном опыте посева 2008 г.

В сумме за три года пользования (2009-2011 гг.) в варианте без инокуляции получили 416-944 г/м2 сухого вещества испытываемых коллекционных образцов овсяницы красной и 725 г/м2 сухого вещества сорта Сигма. Средняя урожайность всех испытываемых образцов овсяницы красной в варианте без инокуляции составила 703 г/м2. Существенно урожайнее стандарта оказались дикорастущий образец из С.-Петербурга ОК6 и сорт Сигма ОК21. Они обеспечили получение 901 и 944 г/м2 сухого вещества, что на 24 и 30% больше,

6

чем стандарт. На 9-12% урожайнее стандарта оказались образцы ОК15, OKI2, ОК5, OKI3 и OK 10 (табл. 2).

2. Урожайность перспективных образцов овсяницы красной, сухое вещество, г/м2, коллекционный питомник посева 2009 г., сумма 2009-2011 гг.

Образец овсяницы красной Азоризин 8 Контроль ± к контролю % к контролю *%к стандарту

ОК6 896 901** -5 99 124

ОКЮ 689 813 -124 85 112

ОК12 898* 790 108 114 109

ОК13 932* 804 128 116 111

OKI 5 899* 787 112 114 109

ОК5 810 803 7 101 111

ОК21 1063* 944** 119 113 130

Среднее по опыту 720 703 17 102

Сигма-стандарт 725 100

HCPos инокул. 35

HCPos образцы 94

HCPoi образцы 133

Примечание: *% к стандарту - урожайность образца относительно сорта Сигма в варианте без инокуляции

Статистически значимая прибавка урожайности сухого вещества (1316%) отмечена у сравнительно высокоурожайных образцов ОК12, ОК15, ОК21 и ОК13. В контроле их урожайность в сумме за три года испытаний составила 790-944 г/м2, а инокуляция препаратом Азоризин 8 (А8) увеличила урожайность на 108-128 г/м2 (табл. 2).

к сырой жир AS сырой жир контроль а сырой протеин А8 исырой протеин Кошроль

Рис. 1. Средневзвешенное содержание питательных веществ в сухом веществе исходных образцов овсяницы красной, коллекционный питомник посева 2009 г., среднее 2010-2011 гг.

Сравнительно высокими кормовыми достоинствами отличались дикорастущие образцы ОК6, OKI2, OK 16, ОК20 и сорта Сигма (ОК21), Ирбитская (ОК24). Содержание сырого жира в сухом веществе вышеназванных образцов было в пределах 3,30-3,77%, сырого протеина 13,88-15,81%, сырой клетчатки 26,98-30,92%. Инокуляция препаратом Азоризин 8 не оказала существенного влияния на содержание питательных веществ в сухом веществе овсяницы красной (рис. 1).

За весь период исследований в варианте без инокуляции было получено по всем испытываемым образцам овсяницы красной 68-128 г/м2 сырого протеина, сорт Сигма обеспечил получение 103 г/м2 протеина. По данному показателю существенно на 16% и высоко существенно на 21-24% превысили стандарт дикорастущие образцы ОКЮ (119 г/м2), ОК6, ОК12 (125 г/м2) и сорт Сигма (ОК21) (128 г/м2) (табл. 3).

3. Накопление сырого протеина в сухом веществе образцов овсяницы красной в сумме за 2009-2011 гг., коллекционный питомник, посев 2009 г.

Образец овсяницы красной Сырой протеин, г/м2

Азоризин 8 Контроль ± к контролю % к контролк %к стандарту

ОК4 113* 98 15 115 95

ОК6 127 125** 2 102 121

ОКЮ 104 119* -15 87 116

ОК12 137 125** 12 110 121

ОК13 136** 111 25 123 108

OKI 5 129* 114 15 113 111

ОК21 144* 128** 16 113 124

Среднее по опыту 104 101 3 103

Сигма-стандарт 103 100

HCPos инокул. 6

HCPos образцы 14

Инокуляция препаратом Азоризин 8 увеличила сбор сырого протеина в среднем по всем испытываемым образцам на 3%. Существенно на 13-15% возрос сбор сырого протеина в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 у образцов ОК4, ОК15, ОК21 и высоко существенно на 23% у образца ОК13. В контроле перечисленные образцы овсяницы красной обеспечили получение 98-128 г/м сырого протеина, а в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 сбор протеина возрос на 15-25 г/м2 (табл. 3).

На рисунке 2 приведены показатели средней урожайности и среднего накопления сырого протеина образцами овсяницы красной различного происхождения. Средняя урожайность дикорастущих образцов в варианте без инокуляции составила 728 г/м2, накопление сырого протеина 104 г/м2, инокуляция препаратом Азоризин 8 незначительно на 21 и 4 г/м2 повысила их. Средняя урожайность сухого вещества синтетических гибридных популяций и сортов была 656 г/м2. Средний сбор сырого протеина сортов оказался на

7 г/м2, а синтетических популяций - на 11 г/м2 меньше, чем у дикорастущих образцов. Инокуляция препаратом Азоризин 8 незначительно на 3 г/м2 у синтетических популяций увеличила, а у сортов на 2 г/м2 снизила накопление сырого протеина.

II

И

О- с £

В дикорастущие образцы » синтетические гибридные популяции 749

cvxoo всчцсс то

108 96 gs

MR ют»

10« эз '97 KOHipO/ib

сырой протеин

Рис. 2. Средняя урожайность сухого вещества и средний сбор сырого протеина образцов овсяницы красной различного происхождения, сумма 2009-2011 гг., коллекционный питомник посева 2009 г.

В вегетационном опыте и коллекционном питомнике испытывались одноименные образцы. Корреляционно-регрессионный анализ показал, что средняя продуктивность сухого вещества образцов овсяницы красной в вегетационном опыте была 103 г/сосуд, в коллекционном питомнике 710 г/м2, коэффициент корреляции г = -0,36. Сбор сырого протеина в вегетационном опыте составил в среднем 11,2 г/сосуд, в коллекционном питомнике - в среднем 101 г/м , коэффициент корреляции г = -0,42. Прослеживается близкая к существенной обратная зависимость между продуктивностью сухого вещества и сбором протеина в вегетационном и полевом опытах, то есть результаты, полученные в значительно различающихся условиях выращивания, несопоставимы, и на основе данных, полученных в условиях искусственного климата, нельзя судить об экспрессии хозяйственных признаков в условиях поля.

3.3. Оценка исходного материала овсяницы красной в коллекционном питомнике при возделывании на семена

Формирование семенного травостоя овсяницы красной происходило в мае-июне 2010 года при благоприятных погодных условиях. Средняя высота генеративных побегов синтетических популяций и сортов овсяницы красной в первый год пользования в контрольном варианте достигла 95-96 см, в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 отмечено увеличение высоты на

9

2-4 см. Дикорастущие образцы в первый год пользования росли сравнительно медленно, высота генеративных побегов составила 84 см в контроле и 83 см в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 (рис. 3).

а 2010 год контроль 2010годА8 в 2011 год контроль @20ШодА8

95 Ja Щр

89 89 I 90 ¿L 90 9J 89 89

|Я i'- S6 87 щ 1а В ш

I II I II 11(1

дикорастущие синтетики сорта среднее no опыту

Рис. 3. Средняя высота (см) семенного травостоя образцов овсяницы красной различного происхождения, коллекционный питомник, посев 2009 г.

В 2010 году семенная продуктивность более высокорослых синтетических популяций и сортов в варинте без инокуляции составила в среднем 37 и 31 г/м2, а сравнительно низкорослых дикорастущих образцов -только 22 г/м2. Инокуляция препаратом Азоризин 8 существенно на 3 г/м2 (8%) повысила сбор сенян синтетических популяций и не оказала влияния на урожайность семян сортов и дикорастущих образцов (рис. 4).

В первый год пользования выявлена статистически значимая (t^tos) корреляционная зависимость между высотой семенного травостоя и семенной продуктивностью: в контроле коэффициент корреляции г = 0,52, Ьух=0,35 г/м2; в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 г = 0,53, Ьух = 0,40 г/м2. Выявлена высоко существенная (tr > toi) корреляционная зависимость между урожайностью семян в контроле и варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8: г = 0,91, Ьух = 0,97 г/м2 Зависимость описываеися уравнением Y = 0,97Х+1,б.

В 2011 году погодные условия апреля-июля характеризовались небольшим дефицитом влагообеспечеппости и повышенной температурой воздуха. В результате средняя высота семенного травостоя синтетических популяций и сортов по сравнению с 2010 годом сократилась на 9-12 и 6-7 см соответственно. Дикорастущие образцы оказались более устойчивыми к стрессовым условиям в период формирования семенного травостоя, их средняя высота возросла на 5-6 см (рис. 3).

На второй год пользования наиболее урожайными были дикорастущие образцы и сорта Они обеспечили получение 58-61 г/м2 семян. Синтетические

популяции оказались более чувствительными к пониженной влагообеспеченности, что отразилось на сборе семян (48-51 г/м2) (рис. 4).

Рис. 4. Средняя урожайность образцов овсяницы красной различного происхождения, г/м2 семян, коллекционный питомник, посев 2009 г.

В 2011 году не выявлено существенной зависимости между высотой травостоя и семенной продуктивностью. Установлена высоко существенная связь между урожайностью семян в контроле и варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 (г = 0,97, Ьух = 0,94 г/м2). Зависимость описывается уравнением Y = 0,94Х+4,8.

В сумме за два года пользования дикорастущие образцы ОКЮ, ОК8, синтетическая популяция OKI9 и сорта Сигма (ОК21), Свердловская (ОК9) обеспечили получение 96-146 г/м2 семян, что существенно на 25-90% выше урожайности стандарта (табл. 4).

Повышенной эффективностью ассоциативного симбиоза отличались дикорастущий образец ОКЮ, синтетические популяции ОК18, ОКИ, сорта Сигма (ОК21) и Ирбитская (ОК24). Инокуляция препаратом Азоризин 8 увеличивала сбор семян этих образцов на 8-14 г/м2, эффективность симбиоза составляла 8-15% (табл. 4).

Выявлены существенные различия плотности (количества) генеративных побегов у различных образцов. Плотность генеративных побегов дикорастущего образца ОК16 и сортов Мистик (ОК5), Реверент (ОК26) составляла 2,02,5 балла, а плотность генеративных побегов у дикорастущего образца ОК6, сортов Свердловская (ОК9) и Сигма (ОК21) была 5,0 баллов (табл. 4).

Корреляционно-регрессионный анализ выявил высоко существенную линейную зависимость между плотностью генеративных побегов и урожайностью семян в варианте без предпосевной инокуляции: г = 0,60, Ьух = 15,7г/м , tr > toj. Зависимость описывается уравнением регрессии Y = 15,ТАГ + 22,1. В варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 г = 0,64,

byx = 16,lr/M2, tr > toi, Y = 16,IX + 23,6. Установлена высоко существенная корреляционная зависимость урожайности семян в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 от урожайности в контроле г = 0,96; Ьух = 1,09 г/м2 tr> toi. Данная зависимость описывается уравнением регрессии Y = 1,09Х-2,2.

5. Урожайность семян и плотпость генеративных побегов перспективных исходных образцов овсяницы красной в 2010 и 2011 г., коллекционный питомник, посев 2009 г.

Образец овсяницы красной Сбор семян, сумма 2010-2011гг„ г/м2 Плотность генеративных побегов, среднее 2010-2011гг., балл

Азоризин 8 контроль ± к контролю % к контролю Азоризин 8 контроль

ОК8 112 119 -7 94 4,5 4,5

ОКЮ 104 96 8 108 4,5 4,5

OKI 4 103 90 13 114 4,4 4,2

OKI 8 90 81 9 111 3,5 3,5

OKI 9 101 102 -1 99 5,0 5,0

ОК9 146 146 0 100 5,0 5,0

ОК21 116 102 14 114 4,8 4,5

ОК24 85 74 11 115 4,5 4,8

Среднее по опыту 87 84 3 4 4,0 3,9

Сигма 77 4,0

HCPos инокул. 3 од

НСРо5 образцы 14 0,5

4.1 Оценка селекционных номеров различного происхождения при укосном использовании

Селекционные номера различного происхождения испытывались с целью отбора исходных образцов с комплексом ценных признаков, которые в дальнейшем будут использованы для создания гибридного материала. Три номера (ОКЗО-ОКЭ2) получены по обмену из Урал НИИСХ (г. Екатеринбург), 5 номеров (OK33-OK37) получены из НИИСХ Северного Зауралья (г. Тюмень), 5 номеров (ОК14, ОК15, ОК38, 0X39,0X40) созданы во ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса, а также 3 образца (OKI2, OK 16 и ОК20) отобраны из местных дикорастущих популяций.

В год посева (2009 г.) при благоприятных погодных условиях по урожайности сухого вещества близкими к сорту Сигма (79 г/м2) были селекционный номер ОК31 (70 г/м2), дикорастущие образцы ОК20 (76 г/м2) и OKI2 (77 г/м2). Остальные образцы на 13-40 г/м2 уступали сорту Сигма. Сравнительно высокой урожайностью сухого вещества обладали дикорастущие образцы (64 г/м2) и селекционные номера из Екатеринбурга (63 г/м2). Селекци-

онные номера из Тюмени уступали им на 10-11 г/м2, из ВНИИ кормов -на 16 г/м2 (рис. 5).

Инокуляция препаратами Азоризин 8, Мобилин и Мизорин повысила урожайность всех испытываемых образцов в среднем на 18%, 16% и 11% соответственно. Высокая эффективность симбиоза с препаратом Азоризин 8 отмечена у селекционных номеров из Тюмени (в среднем 30%) и дикорастущих образцов из Московской области (25%); с препаратом Мизорин у селекционных номеров из Екатеринбурга (28%) и ВНИИ кормов (27%); с препаратом Мобилин у селекционных номеров из ВНИИ кормов (33%) (рис. 5).

Установлено, что в год посева селекционные номера ОК37, ОК39 и ОК40 вступали в эффективный симбиоз (18-77%) со всеми препаратами, а селекционные номера ОК14, ОК32, ОК35 и дикорастущий образец ОК12 - с двумя препаратами (33-70%).

■ КОтрОнЬ А8 й Моб. иМиз,

селекционные селекционные селекционные дикорзоущие

номера из Урал номера из НИИС-3 номера из ВПК образцы

НИИСХ

Рис. 5. Средняя урожайность исходного материала овсяницы красной различного происхождения в год посева, сухое веществ, г/м2, селекционный питомник, посев 2009 г.

В 2010 и 2011 годах в мае-июне погодные условия были благоприятными для роста овсяницы красной и формирования сравнительно высокого урожая сухого вещества в первом укосе. Июль и август, когда формировался травостой второго цикла скашивания, в оба года исследований отличались сухой и теплой погодой, которая задерживала послеукосное отрастание и последующий рост растений овсяницы красной. В результате в сумме за два года в первом укосе получили в среднем 562 г/м2 сухого вещества с колебания-

ми по образцам от 346 до 771 г/м2, а во втором - 261 г/м2 с колебаниями 197323 г/м2, урожайность сорта Сигма была соответственно 528 и 261 г/м2 . Существенно на 41 и 46% в первом и на 24% во втором укосе урожайнее стандарта были дикорастущий образец OKI2 и селекционный номер ОК31. Кроме того, в первом укосе на 31 и 33% урожайнее сорта Сигма были селекционные номера ОК32 и ОКЗЗ, а во втором укосе ОК14 - на 14%.

Наиболее урожайными в первом и втором укосах были селекционные номера из Урал НИИСХ, а также дикорастущие образцы. В первом укосе средняя урожайность этих групп исходного материала составила соответственно 697 и 578 г/м2, во втором - 273 и 274 г/м2 (рис. 6).

Рис. 6. Урожайность исходного материала овсяницы красной различного происхождения в сумме за 2010-2011 гг., сухое вещество, г/м2, селекционный питомник, посев 2009 г.

Урал НИИСХ НИИСХ ВНИИкормоо Отбор из Среднее но

Северною дикорастущих опыгу

Зауралья

Урожайность во втором укосе, сухое вещество, г/м2

®контроль a AS шМоб вМиз

Ура/I НИИСХ НИИСХ ВНИИкормоо Отбор из Среднее но

Северною дикорастущих опыту

Зауралья

Урожайность в первом укосе, сухое вещество,

Е контроль А8 Е Моб и Миз 709

г/м2

В первом укосе в среднем по опыту наиболее высокая эффективность ассоциативного симбиоза отмечена в варианте с инокуляцией препаратом Мизорин (11%), а во втором - с препаратом Мобилин (13%). Инокуляция препаратом Мизорин высоко существенно в среднем на 202 и 78 г/м2 (40 и 11%) повышала в первом укосе урожайность селекционных номеров, созданных в Урал НИИСХ и ВНИИ кормов. Наиболее отзывчивыми на инокуляцию препаратом Мобилин во втором укосе были селекционные номера, созданные во ВНИИ кормов (прибавка 57г/м2 или 21%) и дикорастущие образцы (39 г/м2 или 14%), эффективность симбиоза последних с препаратом Мизорин достигала 27% (рис. 6).

Высокой эффективностью симбиоза со всеми препаратами в первом укосе обладали ОК31, ОК40, ОК39, OKI5, ОК32, ОК34. Инокуляция препаратом Азоризин 8 повышала урожайность на 43-282 г/м2 (8-46%), препаратом Мизорин - на 44-294 г/м2 (10-48%), Мобилин - на 16-130 г/м2 сухого вещества (3-19%). Высокой эффективностью симбиоза с двумя препаратами обладали селекционные номера ОК14 и ОК35. Инокуляция ОК14 препаратами Мобилин и Мизорин повысила сбор сухого вещества на 147 и 310 г/м2, (29 и 60%), инокуляция ОК35 препаратами Азоризин 8 и Мобилин - на 147 и 258 г/м2 сухого вещества, эффективность симбиоза 32 и 57%. Во втором укосе у ОК14 и ОК16 отмечено увеличение урожайности на 16-98 г/м2 сухого вещества (6-33%) во всех вариантах инокуляции.

Корреляционно-регрессионный анализ выявил высоко существенную связь (t^toi) между урожайностью сухого вещества в первом и втором укосах (г = 0,62, Ьух= 0,19 г/м2).

В сумме за два года пользования существенно на 20 и 25%, а так же высоко существенно на 35 и 39% урожайнее сорта Сигма (789 г/м2) оказались селекционные номера ОК32, ОКЗЗ, ОК31 и дикорастущий образец ОК12. Самыми урожайными были селекционные номера из Урал НИИСХ, они обеспечили получение 865-1094 г/м2 сухого вещества, что на 10-39% больше, чем сорт-стандарт Сигма (табл. 5).

Инокуляция препаратами азотфиксирующих ассоциативных бактерий увеличила сбор сухого вещества в среднем по опыту на 11-73 г/м2 (1-9%). Инокуляция препаратом Мизорин на 132-408 г/м2 сухого вещества (17-50%) повышала урожайность образцов ОК16, ОК20, ОК32, ОК39, ОК34, ОК15 и OKI4; препаратом Азоризин 8 - на 115-303 г/м2 (17-28%) образцов ОК35, ОК15, ОК34 и ОК31. Препарат Мобилин повышал урожайность селекционных номеров ОК39, ОК15, ОК32,ОК14, ОК35 на 121-308 г/м2 сухого вещества (15-46%) (табл. 5).

Выявлена высоко существенная корреляционная зависимость сбора сухого вещества в сумме за два года пользования от высоты травостоя овсяницы красной в среднем за этот период (г = 0,69, Ьух = 12,2 г/м2, tr= 4,13 > toi )•

5. Урожайность исходного материала овсяницы красной в сумме за 2010-2011 гг., сухое вещество, г/м2, селекционный питомник, посев 2009 г.

Образец Контроль, г/м2 %к стандарту ± к контролю, t/m¿

Азоризин 8 Мобилин Мизорин

ОК31 1094** 139 303 40 -9

ОК32 950* 120 93 205 204

ОКЗЗ 989* 125 -184 -190 -291

ОК34 891 113 261 -68 322

ОК35 668 85 115 308 -199

ОК39 827 105 71 121 246

ОК40 767 97 1 87 20

ОКИ 812 103 84 235 408

ОК15 919 116 130 122 362

ОК12 1069** 135 -194 6 -178

ОК16 764 97 -10 23 132

ОК20 722 92 -240 -209 318

Среднее 852 108 -148 -64 91

Среднее по опыту 823 104 11 23 73

Сигма - стандарт 789

НСРо5 обр. 155

НСР05 инок. 47

Таким образом, ценными источниками повышенной эффективности ассоциативных симбиотических растительно-микробных взаимодействий являются селекционные номера, созданные во ВНИИ кормов ОК14, ОК15, ОК39, созданные в Урал НИИСХ ОК31 и ОК32, а также номер ОК35, полученный из НИИСХ Северного Зауралья.

4.2. Оценка семенной продуктивности селекционных номеров овсяницы красной различного происхождения

В сумме за два года пользования в варианте без инокуляции средний сбор семян дикорастущих образцов составил 108 г/м2, что существенно на 33% больше, чем у сорта Сигма. Урожайность остальных групп исходного материала была на уровне сорта Сигма (81 г/м2). Инокуляция препаратами ассоциативных азотфиксирующих бактерий не оказала влияния на урожайность семян в среднем по опыту. Инокуляция препаратом Азоризин 8 увеличила в среднем на 8% сбор семян селекционных номеров, созданных во ВНИИ кормов, препаратом Мобилин - на 7% созданных в Урал НИИСХ и препаратом Мизорин - на 6% дикорастущих образцов (рис. 7).

В варианте без инокуляции урожайность образцов овсяницы красной в сумме за два года пользования была 50-137 г/м семян, что составило 62169% к уровню сорта Сигма. Существенно на 40-69% урожайнее стандарта были ОК20 (113 г/м2), OKI5 (120 г/м2) и ОК12 (137 г/м2).

Среди сравнительно урожайных образцов по эффективности ассоциативного симбиоза выделялись ОК37, ОК32, ОК20 и OKI5. Их урожайность в

контроле была 88-120 г/м2 семян, инокуляция препаратом Мизорин увеличивала сбор семян на 12-22%. Препарат Мобилин повысил урожайность образца ОК20 на 29%, препарат Азоризин 8 увеличил сбор семян образцов OKI 5 и ОК37 на 14 и 20%.

я контроль ■ А8 йМоб ШМи'З

Урал НИИСХ НИИСХ ВНИИ кормоо Отбор из Среднее

Северного дикорасгущих: опыгу

Зауралья

Рис. 7. Средняя урожайность селекционных номеров овсяницы красной различного происхождения, семена, г/м2, сумма 2010-2011 гг., селекционный питомник посева 2009 г.,

Корреляционно-регрессионный анализ выявил высоко существенную связь (tr>t01) между сбором семян в первый и второй годы пользования со сбором в сумме за два года в варианте без инокуляции (г = 0,75 Ь>х = 0,92 г/м2 для первого года пользования и г = 0,58, Ь>х = 0,87 г/м2 для второго).

4.3. Заселенность корней овсяницы красной почвенной микрофлорой

Во второй декаде июля 2010 г. 10 образцов овсяницы красной различающихся по семенной продуктивности были исследованы на заселенность ризосферными бактериями. Заселенность ризосферы овсяницы красной спонтанной и интродуцированной микрофлорой определяли на отаве, сформировавшейся после уборки семян. С использованием газового хроматографа измерили субстратиндуцированное дыхание (СИД) в ризосфере растений овсяницы красной. Углерод микробной биомассы рассчитывали по формуле: С микр. (мкг С/г почвы) = СИД (мкл С02/г почвы в час) х 40,04 + 0,37 (Burns, Nannipieri, 2006; Ananyeva, Susyan, 2011). Полученные результаты представлены в таблице 6. В варианте без инокуляции микробная биомасса в ризосфере средне- и низко продуктивных образцов овсяницы красной была в пределах 6133-10308 мкг С/г почвы, а высоко продуктивных достигала 640415016 мкг С/г почвы. Корреляционно-регрессионный анализ семенной продуктивности и углерода микрофлоры в ризосфере овсяницы красной в вари-

анте без инокуляции выявил близкую существенной (г = 0,47; tr= 1,51 < to5=2,26) зависимость между этими показателями.

В варианте без инокуляции средняя урожайность отавы образцов овсяницы красной составила 94 г/м2 сухого вещества, инокуляция препаратами Азоризин 8 и Мизорин повысила урожайность в среднем на 4 г/м2, а препаратом Мобилин - на 44 г/м2. Корреляционно-регрессионный анализ выявил близкую к существенной (tr = 1,05 и 1,63 < t05) корреляционную зависимость заселенности ризосферы образцов овсяницы красной от их урожайности в варианте без инокуляции и в варианте с инокуляцией препаратом Мобилин (г = 0,35 и 0,50; by* = 46 и 48 мкг С/г почвы). В варианте с инокуляцией препаратом Азоризин 8 прослеживается тенденция к снижению общей заселенности ризосферы овсяницы красной микроорганизмами у более продуктивных образцов (г = -0,36).

Исследование частных значений изменения урожайности и заселенности ризосферы микроорганизмами позволило выделить два дикорастущих образца OKI6 и OKI2, у которых под влиянием инокуляции сбор сухого вещества отавы повышался на 40-123 г/м2 (52-110%), а микробная биомасса возрастала на 1354-9930 мкг С/г почвы (табл.6).

6. Микробная биомасса в ризосфере овсяницы красной (мкг С/г почвы), селекционный питомник посева 2009 г., данные 2010 г.

Образец Вариант инокуляции

овсяницы ± к контролю

красной Контроль Азоризин 8 Мобилин Мизорин

Средне- и низко продуктивные образцы

ОК35 6133 268 -1217 5221

ОКЗб 7296 -2302 1758 2298

ОК37 10308 2919 -2706 -2490

ОК39 9055 -4489 -2435 -160

ОК40 9235 3247 4493 9009

Высоко продуктивные образцы

ОК20 9920 -2462 -864 -6194

OKI б 6404 1354 1706 7792

ОК14 9326 -1730 7740 4765

ОК15 8630 1570 -2058 -648

ОК12 15016 1531 4525 9930

Среднее 891 1094 2952

НСР05 частное 3491

НСРо5 инокул 509

выводы

1. В результате изучения одноименного коллекционного материала овсяницы красной в вегетационном опыте выделены образцы ОК16, ОК18 и ОК19, которые по продуктивности сухого вещества (125,2-131,2 г/сосуд), сбору сырого протеина (17,0-19,6 г/сосуд) существенно на 10-16% и 2645% превышали сорт Сигма. В коллекционном питомнике образцы ОК6, OKI2, ОК21 по урожайности сухого вещества (790-944 г/м2) и сбору сырого протеина (125-128 г/м2) превысили стандарт на 9-30% и 21-24% соответственно. Образцы ОКЮ, ОК8, ОК19, ОК21, ОК9 на 25-90% превышали сорт Сигма по урожайности семян (96-146 г/м2).

2. Установлено, что на основе данных, полученных в условиях искусственного климата нельзя судить об экспрессии хозяйственных признаков в условиях поля: выявлена обратная корреляционная зависимость между урожайностью сухого вещества (г = - 0,36) и сбором сырого протеина (г = - 0,42) в вегетационном опыте и коллекционном питомнике.

3. Инокуляция препаратом Азоризин 8 существенно на 108-128 г/м2 (13-16%) повышала урожайность сухого вещества, на 15-21 г/м2 (13-15%) сбор сырого протеина образцов ОК15, ОК21 и ОК13, а также на 9-14 г/м2 (11-15%) сбор семян образцов OKI 8, ОК24, ОК14, ОК21.Выявлена статистически значимая (t, >toi) корреляционная зависимость между плотностью генеративных побегов и урожайностью семян в контроле (г = 0,60, 15,7 г/м2) и инокуляции препаратом Азоризин 8 (г = 0,64, Ьух =16,1 г/м2), а также зависимость урожайности семян в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин от урожайности в контроле (г = 0,96; byx= 1,09 г/м2).

4. Селекционные номера ОК32, ОКЗЗ, ОК31 и дикорастущий образец ОК12 существенно на 20-39% превосходили сорт Сигма (789 г/м2) по урожайности сухого вещества. Семенная продуктивность образцов ОК20, OKI5, ОК12 (113-137 г/м2) была на 40-69% выше, чем у сорта Сигма.

5. При возделывании на корм повышенной эффективностью ассоциативного симбиоза с препаратами Азоризин 8 (9-17%), Мобилин (13-46%), Мизорин (21-50%) выделялись селекционные номера ОК14, ОК15, ОК39, ОК31, ОК32, ОК35. Урожайность семян образцов ОК37, ОК32, ОК20 и ОК15 при инокуляции препаратом Мизорин увеличивалась на 12-22%, препарат Азоризин на 14 и 20% повышал урожайность семян образцов OKI 5 и ОК37, а Мобилин - на 29% образца ОК20.

6. Установлена высоко существенная корреляционная зависимость содержания азота в сухом веществе от потенциальной азотфиксирующей активности образцов овсяницы красной (г = 0,75, tr = 3,60 > toi).

7. Наиболее высокая заселенность ризосферы спонтанными микроорганизмами в вегетационном (1286 и 1390 мкг С/г почвы) и полевом (6404 и 15016 мкг С/г почвы) опытах, а также высокая эффективность симбиоза (52-110%) при инокуляции препаратами Азоризин 8, Мизорин и Мобилин отмечены у дикорастущих образцов ОК16 и ОК12.

8. Выявлена близкая к существенной корреляционная зависимость между урожайностью сухого вещества и заселенностью ризосферы овсяницы красной спонтанными микроорганизмами (г = 0,47-0,50) при инокуляции препаратами Мизорин и Мобилин и отрицательной связи (г = -0,36) при инокуляции препаратом Азоризин 8.

Предложения селекционной практике

В селекционной работе с овсяницей красной при формировании исходного

материала для создания сортов с повышенной продуктивностью и эффективностью ассоциативного симбиоза рекомендуется:

1. В условиях искусственного климата проводить отбор исходного материала на азотфиксирующую активность, заселенность ризосферы спонтанными и интродуцированными микроорганизмами в различных условиях тепло- и влагообеспеченности;

2. В полевых опытах отбирать исходный материал по хозяйственным признакам.

3. В качестве исходного материала в селекционной программе использовать дикорастущие образцы ОК6, ОК12, ОК20, селекционные номера ОК14, ОК15, ОК31, ОК32, ОКЗЗ, ОК35, ОК39 и сорт Сигма, сочетающие высокую продуктивность сухого вещества, семян с повышенной эффективностью симбиоза.

4. Формирование и отбор исходного материала проводить при инокуляции препаратами ассоциативных ризосферных бактерий Азоризин 8, Мобилин, Мизорин.

Список публикаций по теме диссертации

1. Степанова Г.В., Нижник Ю. В., Донсков С.А. Изучение ассоциативного симбиоза многолетних кормовых трав// Материалы XVII международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье» Симферополь - 2008. С. 170-175

2. Степанова Г.В., Нижник Ю. В., Донсков С.А. Селекция кормовых трав на повышение эффекивности ассоциативного симбиоза// Сборник трудов V съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Часть IМ.: Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова, РАН, 2009.-С.332.

3. Степанова Г.В., Донсков С.А. Эффективность ассоциативных взаимодействий овсяницы красной с ризосферными микроорганизмами в пастбищных травосмесях// Материалы XVIII международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье» Симферополь - 2009. С. 535-541

4. Донсков С.А., Степанова Г.В. Исходный материал овсяницы красной для селекции сортов с повышенной ассоциативной азотфиксацией// Материалы VIII Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». М.: 2009. - т. И. С. 113-116.

5. Донское С.А. Изучение эффективности ассоциативных взаимодействий овсяницы красной с диазотрофными бактериями// Материалы международной конференции, посвященной 145-летию Академии имени К. А. Тимирязева. М.: 2010 С. 181-185.

6. Донсков С.А. Влияние ризосферных диазотрофных бактерий на продуктивность овсяницы красной// Материалы IX Международной научно-методической конференции 21-25 июня 2010 г. «Интродукция нетрадиционных и редких растений». Мичуринск - наукоград РФ 2010 с. 82-85.

7. Донсков С.А. Селекция овсяницы красной на повышение эффективности ассоциативного симбиоза// «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки». Конференция молодых учёных в Горском ГАУ ВИАПИ им. А.А. Никонова 27-28 декабря 2010 года. Владикавказ: Горский ГАУ, - С.140-144

8. Донсков С.А. Изучение селекционного материала овсяницы красной на повышение эффективности ассоциативного симбиоза// 4-ая Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 24-26 ноября 2010г., Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар: С. 662-664.

9. Донсков С.А. Влияние предпосевной инокуляции семян на продуктивность овсяницы красной// Материалы IX Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». М, Российский университет дружбы народов, 2011: С. 65-67.

10. Донсков С.А. Влияние ассоциативного симбиоза на продуктивность овсяницы красной // Кормопроизводство. - № 8. - 2011. - С. 22.

11.Донсков С.А. Урожайность сухого вещества растительно-микробных систем овсяницы красной с ризосферными азотфиксаторами// Адаптивное кормопроизводство, № 3(7) 2011 С. 48-52

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60х84'/|б. Усл. печ. л 1.4. Тираж 100 экз. Заказ 395.

Издательство РГАУ - МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12, 977-26-90. 977-40-64

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Донсков, Сергей Александрович

Введение.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Биологические особенности, распространение и хозяйственное значение овсяницы красной Festuca rubra.

1.2. Агротехника возделывания овсяницы красной.

1.3. Условия возникновения ассоциативной азотфиксации.

1.4. Приемы повышения ассоциативной азотфиксации.

1.5. Влияние удобрений на биопрепараты.

1.6. Применение биопрепаратов для увеличения урожайности небобовых культур.

1.7. Методы селекции злаковых культур.

1.8. Методы сопряженной селекции.

Глава 2. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА.

2.1. Условия проведения исследований.

2.2. Почвенные условия.

2.3. Погодные условия 2008-2011 годов.

2.4. Материал для проведения исследований.

2.4.1. Овсяница красная (макросимбионты).

2.4.2. Препараты ризосферных бактерий (микросимбионты).

2.5. Методика проведения исследований.

Глава 3. ИЗУЧЕНИЕ КОЛЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ОВСЯНИЦЫ КРАСНОЙ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ НА КОРМ И СЕМЕНА.

3.1. Оценка исходного материала овсяницы красной в вегетационном опыте.

3.2. Оценка исходного материала овсяницы красной в коллекционном питомнике при укосном использовании.

3.3. Оценка исходного материала овсяницы красной в коллекционном питомнике при возделывании на семена.

Глава 4. ОЦЕНКА СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ОВСЯНИЦЫ КРАСНОЙ ПО ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫМ ПРИЗНАКАМ.

4.1. Оценка селекционного материала овсяницы красной при укосном использованиии.

4.2. Оценка семенной продуктивности селекционных номеров овсяницы красной.

4.3. Заселённость корней овсяницы красной почвенной микрофлорой.

Выводы.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Создание и оценка исходного материала овсяницы красной (Festuca rubra L.) с повышенным уровнем эффективности ассоциативного растительно-микробного симбиоза"

Актуальность темы. Одним из важнейших резервов биогеоценотической адаптивной системы селекции кормовых растений для устойчивого развития кормопроизводства и экологического земледелия является создание сорто-микробных консортивных систем небобовых растений с ассоциативными азот-фиксирующими бактериями. Функции ассоциативных азотфиксаторов в консортивных растительно-микробных взаимодействиях многообразны - это фиксация атмосферного азота, улучшение питания растений за счет повышения коэффициента использования минеральных веществ почвы, повышение устойчивости растений к патогенам и абиотическим стрессам (Шамсутдинов, 2007).

По данным Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии применение биопрепаратов ассоциативных ри-зобактерий повышает урожайность зерновых и кормовых культур на 15-20%, овощных - на 20-30%. Специфичность действия биопрепаратов определяется биологическими особенностями сельскохозяйственных культур и варьирует между сортами растений (Кожемяков и др. 2004; Кожемяков, Кокорина, 2005, 2010).

Внедрение сортов злаковых трав с высокой эффективностью ассоциативных взаимодействий, а также новых технологий возделывания сорто-микробных систем даст возможность существенно сократить, а в ряде случаев вообще отказаться от применения минеральных азотных удобрений.

Одним из лучших модельных объектов для проведения селекции на повышение эффективности ассоциативного симбиоза является овсяница красная. Дикорастущая овсяница красная в естественных условиях заселяет участки с низким почвенным плодородием благодаря своей природной способности к образованию ассоциативного симбиоза со спонтанными расами ризосферных азотфиксирующих бактерий. Значительно повысить эту способность овсяницы красной возможно селекционным путем, создавая комплементарные растительно-микробные системы.

Первым этапом сопряженной селекции эффективных сорто-микробных систем является создание исходного материала овсяницы красной с повышенным уровнем эффективности ассоциативного растительно-микробного симбиоза и заданными хозяйственно-ценными признаками. Решению данного вопроса посвящена наша работа.

Цель исследований: создание и оценка исходного материала овсяницы красной, сочетающего комплекс ценных хозяйственных признаков с повышенной эффективностью ассоциативного растительно-микробного симбиоза с ризосфер-ными диазотрофными бактериями.

Задачи исследований:

1. Изучить особенности роста и развития исходных образцов овсяницы красной различного эколого-географического происхождения в условиях поля и селекционно-тепличного комплекса.

2. Оценить исходные образцы овсяницы красной по основным хозяйственным признакам и заселенности корневой системы местными расами ризосферных азотфиксирующих бактерий. Отобрать перспективный материал для дальнейшей селекционной работы.

3. Определить уровень эффективности ассоциативных растительно-микробных взаимодействий исходных образцов овсяницы красной с препаратами Азори-зин 8 (Azospirillum brasilense), Мобилин 7 (Klebsiella mobilis), Мизорин (Arthro-bacter mysorens).

4. Выявить статистически значимые корреляционные зависимости между хозяйственно-ценными признаками, морфологическими, биологическими особенностями, эффективностью ассоциативного симбиоза и заселенностью корневой системы овсяницы красной ризосферными азотфиксирующими микроорганизмами.

Научная новизна. Впервые проведена сравнительная оценка коллекционного материала овсяницы красной различного происхождения в условиях искусственного климата и поля по основным хозяйственным признакам, особенностям роста и развития, азотфиксирующей активности, заселенности ризосферы спонтанными микроорганизмами. В полевых условиях Центрального района Нечерноземной зоны в качестве исходного материала изучены дикорастущие образцы, сорта, селекционные номера овсяницы красной различного происхождения по основным биологическим и хозяйственным признакам, эффективности ассоциативного симбиоза с препаратами Азоризин 8 (Azospirillum brasilense), Мобилин 7 (Klebsiella mobilis), Мизорин (Arthrobacter mysorens). Выявлены статистически значимые корреляционные зависимости между основными хозяйственными и биологическими признаками в контроле и вариантах с инокуляцией препаратами ризосферных диазотрофных бактерий. Изучено влияние заселенности ризосферы овсяницы красной спонтанными и интродуцированными ризосферными бактериями на урожайность сухого вещества и семян, сбор сырого протеина.

Практическая значимость работы. Установлено, что в условиях искусственного климата следует проводить отбор исходного материала на азотфикси-рующую активность, заселенность ризосферы спонтанными и интродуцированными микроорганизмами в различных условиях тепло- и влагообеспеченности, в полевых опытах отбирать исходный материал по хозяйственным признакам. Дана характеристика коллекционного материала различного происхождения по основным хозяйственным признакам и эффективности ассоциативного симбиоза с препаратами Азоризин 8, Мобилин, Мизорин; отобран исходный материал, существенно на 13-70% превосходящий сорт Сигма по урожайности сухого вещества, семян, сбору сырого протеина и эффективности ассоциативного симбиоза. Выявлены комплементарные препараты для исходных образцов в зависимости от их происхождения. Разработка может быть использована в селекционной практике создания сортов небобовых культур с повышенной эффективностью ассоциативного симбиоза.

Публикации материалов исследований. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, в том числе в рецензируемых изданиях рекомендуемых ВАК РФ, 1 статья.

Личный вклад. Полевые, вегетационные и лабораторные исследования, обработка, анализ полученных экспериментальных данных и обобщение результатов выполнены автором лично.

Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований доложены и получили положительную оценку: ежегодно на секции Ученого совета по селекции и семеноводству кормовых культур, а также на ученом совете ГНУ ВИК Россельхозакадемии (2008-2011 гг.); на международных конференциях: V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров, г. Москва, Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова, РАН, 21-27 июня 2009 г.; на XVIII международном симпозиуме «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье» г. Симферополь, 13-21 сентября 2009; VIII, IX Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», 2009, 2010 гг.; на IX Международной научно-методической конференции 21-25 июня 2010 г. «Интродукция нетрадиционных и редких растений». Мичуринск - наукоград РФ 2010; 4-ой Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар, 24-26 ноября 2010 г.; на Международной научно-практической конференции, посвященной 145-летию РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, г. Москва, 10 декабря 2010 г.; VII Международной дистанционной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» посвященной 75-летию профессора А.В. Газданова, ФГОУ ВПО «Горский ГАУ», г. Владикавказ, 27-28 декабря 2010 г.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методики и результатов исследований, выводов, предложений селекционной практике и производству, 15 приложений. Работа изложена на 157 страницах компьютерного текста, иллюстрированного 23 таблицами, 13 рисунками. Список используемой литературы включает 218 источников, в том числе 55 - иностранных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Селекция и семеноводство", Донсков, Сергей Александрович

ВЫВОДЫ

1. В результате изучения одноименного коллекционного материала овсяницы красной в вегетационном опыте выделены образцы ОК16, ОК18 и ОК19, которые по продуктивности сухого вещества (125,2-131,2 г/сосуд), сбору сырого протеина (17,0-19,6 г/сосуд) существенно на 10-16% и 26-45% превышали сорт Сигма. В коллекционном питомнике образцы ОК6, ОК12, ОК21 по урожайности сухого вещества (790-944 г/м ) и сбору

•у сырого протеина (125-128 г/м) превысили стандарт на 9-30% и 21-24% соответственно. Образцы ОКЮ, ОК8, ОК19,ОК21, ОК9 на 25-90% превышали сорт Сигма по урожайности семян (96-146 г/м2).

2. Установлено, что на основе данных, полученных в условиях искусственного климата нельзя судить об экспрессии хозяйственных признаков в условиях поля: выявлена обратная корреляционная зависимость между урожайностью сухого вещества (г = -0,36) и сбором сырого протеина (г =-0,42) в вегетационном опыте и коллекционном питомнике. Л

3. Инокуляция препаратом Азоризин 8 существенно на 108-128 г/м (13-16%) повышала урожайность сухого вещества, на 15-21 г/м (13-15%) сбор сырого протеина образцов ОК15, ОК21 и ОКИ, а также на 9-14 г/м (11-15%) сбор семян образцов ОК18, ОК24, ОК14, ОК21. Выявлена статистически значимая (tr > toi) корреляционная зависимость между плотностью генеративных побегов и урожайностью семян в контроле (г = 0,60, Ьух = 15,7 г/м') и инокуляции препаратом Азоризин 8 (г = 0,64, Ь^ = 16,1 г/м ), а также зависимость урожайности семян в варианте с инокуляцией препаратом Азоризин от урожайности в контроле (г = 0,96; Ьух= 1,09 г/м2).

4. Селекционные номера OK32,OK33,OK31 и дикорастущий образец ОК12 существенно на 20-39% превосходили сорт Сигма (789 г/м ) по урожайности сухого вещества. Семенная продуктивность образцов ОК20, ОК15, ОК12 (113-137 г/м') была на 40-69% выше, чем у сорта Сигма.

5. При возделывании на корм повышенной эффективностью ассоциативного симбиоза с препаратами Азоризин 8 (9-17%), Мобилин (13-46%), Мизорин (21-50%) выделялись селекционные номера OKI 4, OKI 5, ОК39, ОК31,ОК32, ОК35. Урожайность семян образцов ОК37, ОК32, ОК20 и OKI5 при инокуляции препаратом Мизорин увеличивалась на 12-22%, препарат Азоризин на 14 и 20% повышал урожайность семян образцов OKI5 и ОК37, а Мобилин - на 29% образца ОК20.

6. Установлена высоко существенная корреляционная зависимость содержания азота в сухом веществе от потенциальной азотфиксирующей активности образцов овсяницы красной (г = 0,75, tr = 3,60 > toi).

7. Наиболее высокая заселенность ризосферы спонтанными микроорганизмами в вегетационном (1286 и 1390 мкг С/г почвы) и полевом (6404 и 15016 мкг С/г почвы) опытах, а также высокая эффективность симбиоза (52-110%) при инокуляции препаратами Азоризин 8, Мизорин и Мобилин отмечены у дикорастущих образцов OKI6 и OKI2.

8. Выявлена близкая к существенной корреляционная зависимость между урожайностью сухого вещества и заселенностью ризосферы овсяницы красной спонтанными микроорганизмами (г = 0,47-0,50) при инокуляции препаратами Мизорин и Мобилин и отрицательной связи (г = -0,36) при инокуляции препаратом Азоризин 8.

Предложения селекционной практике

В селекционной работе с овсяницей красной при формировании исходного материала для создания сортов с повышенной продуктивностью и эффективностью ассоциативного симбиоза рекомендуется:

1. В условиях искусственного климата проводить отбор исходного материала на потенциальную азотфиксирующую способность, заселенность ризосферы спонтанными и интродуцированными микроорганизмами в различных условиях тепло- и влагообеспеченности;

2. В полевых опытах отбирать исходный материал по хозяйственным признакам.

3. В качестве исходного материала в селекционной программе использовать дикорастущие образцы ОК6, ОК12, СЖ20, селекционные номера ОК14, ОК15, ОК31, ОК32, ОКЗЗ, ОК35, ОК39 и сорт Сигма, сочетающие высокую продуктивность сухого вещества, семян с повышенной эффективностью симбиоза.

4. Формирование и отбор исходного материала проводить при инокуляции препаратами ассоциативных ризосферных бактерий Азоризин 8, Моби-лин, Мизорин.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Донсков, Сергей Александрович, Москва

1.Г., Тюльдюков В.А. Теория и практика луговодства. М. Россельхозиздат, 1977. 270 с.

2. Андреев Н.Г., Афанасьев P.A., Короткое Б.И., Мерзлая Г.Е. Орошаемые культурные пастбища- М.: Колос, 1972.-352 с.

3. Барановский И.Н. Гумус и почвообразование// Записки Ленинградского СХИ, 1973. №11, с.19-29.

4. Бернье Ж., Кине Ж.-М., Сакс P.M. Физиология цветения. Факторы цветения. Перевод с англ. J1. В. Ковалевой и В. 3. Подольского. М.: Агропромиздат, 1985. -Т.1., 192 с.

5. Биологические препараты нового поколения. Экстрасол. РАСХН, ВНИИСХМ, BISOLBI, 2001.28 с.

6. Богданова JL, Ковалев А. Влияние минеральных удобрений на прикорневую микрофлору и урожай овсяницы луговой в условиях лесостепной зоны Западной Сибири// Науч. труды Новосибирского СХИ, 1979. №2; С. 65-68

7. Васюк Л.Ф., Боровков A.B., Хальчицкий А.Е. и др. Бактерии рода Azospirillum и их влияние на продуктивность небобовых растений. Микробиология, 1989.-658с.

8. Васюк Л.Ф., Кожемяков А.П., Патыка В.Ф., Хотянович A.B. Рекомендации по применению землеудобрительных биопрепаратов. (Технология применения диазотрофных микроорганизмов). С.-П. ВНИИСХМ. 2003. 35 с.

9. Вильяме В.Р. Собрание сочинений М. 1949. - Т. 4 - с. 175, 263, 408.

10. Вильяме В.Р. Собрание сочинений М. 1950. - Т. 5 - 428 с.

11. Возняковская Ю.М. Микрофлора растений и урожай Л., «Колосс», 1969. 133 с.

12. Газоны в России (руководство для профессиональных озеленителей) М. Центр газонных трав. 1998. 25 с.

13. Гайдамаюша Л., Паремузова Л. Вопросы теоретической и прикладной микробиологии. Тезисы конференции микробиологов Северного Кавказа (апрель 1973 г.), Ростов-на-Дону, 1973.

14. Головко Э.А. Микроорганизмы в аллелопатии высших растений. - Киев: Наукова думка, 1984.

15. Горюнова С.О. возможности применения азотфиксирующих сине-зеленых водорослей для повышения урожайности рисовых полей/ Успехи микробиологии. М.: 1971. С. 196-207

16. Гриффите Д., Роберте Г. Основы семеноводства кормовых трав. М.: Колос, 1977. - С.182.17