Создание и оценка исходного материала овсяницы красной (Festuca rubra L.) с повышенным уровнем эффективности ассоциативного растительно-микробного симбиоза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.05, кандидат сельскохозяйственных наук Донсков, Сергей Александрович

• Донсков, Сергей Александрович
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат 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 диссертации (часть автореферата) 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 диссертации 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Донсков, Сергей Александрович, 2012 год

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