Урожайность и особенности формирования симбиотического аппарата у сортообразцов зернобобовых культур в южной лесостепи западной Сибири (стр. 1 )

На правах рукописи

Озякова

Екатерина Николаевна

Урожайность и особенности формирования

симбиотического аппарата у сортообразцов

зернобобовых культур

в южной лесостепи западной сибири

06.01.05 – селекция и семеноводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Тюмень - 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет» и Государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии

Научный руководитель:	доктор сельскохозяйственных наук, с. н.с.
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, с. н.с.
	кандидат сельскохозяйственных наук, с. н.с.
Ведущая организация:	Алтайский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится 22 декабря 2009 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.064.02 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии , тел/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан 13 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Увеличение урожая сельскохозяйственных культур, улучшение качества продукции и повышение плодородия почв – важнейшие задачи агрономической науки. В решении этих проблем ведущая роль принадлежит биологическим факторам, в том числе, фиксации атмосферного азота почвенными диазотрофами.

В последние 2-3 десятилетия интерес к микробиологической фиксации атмосферного азота значительно возрос. Это связано не только с определяющей ролью этого процесса в азотном балансе биосферы, но и возможностью сокращения объемов применения минерального азота при одновременном снижении энергетических затрат на производство продукции растениеводства
.

Поступление биологического азота в конкретный агроценоз определяется эффективным симбиозом бобовых культур с клубеньковыми бактериями и зависит от генотипа растения-хозяина, видового состава культур, количественного и качественного состава диазотрофов, а также обусловлено экологическими и гидротермическими условиями, свойствами почвы, уровнем применяемой агротехники и др.

Наряду с выявлением оптимального сочетания факторов внешней среды, важное значение приобретает создание сортов с интенсивной биологической фиксацией атмосферного азота. В этой связи изучение внутривидового полиморфизма зернобобовых культур по признакам урожайности, качества зерна и симбиотической интенсивности с целью выделения новых генетических источников, является актуальной задачей.

Цель исследований – выявить полиморфизм гороха и сои по основным признакам продуктивности, качества зерна, способности к формированию симбиотического аппарата и создать новый исходный материал для селекции в условиях южной лесостепи Западной Сибири.

Задачи исследований:

1.  Оценить полевую всхожесть и выживаемость растений гороха и сои.

2.  Выявить влияние условий выращивания и генотипа на продолжительность вегетационного периода.

3.  Изучить динамику клубенькообразования в различные фазы развития растений и особенности образования симбиотического аппарата в зависимости от морфотипа растений.

4.  Изучить генетический полиморфизм гороха и сои по признакам симбиотической эффективности, продуктивности и качеству зерна.

5.  Выявить взаимосвязь урожайности зерна с элементами ее структуры, признаками клубенькообразования и качеством зерна.

6. Дать оценку новому исходному материалу.

Научная новизна. Впервые в южной лесостепи Западной Сибири дана оценка симбиотической эффективности сортов и перспективных линий гороха и сои. Изучена динамика образования клубеньков в различные фазы развития растений и выявлены ее особенности, как для гороха, так и для сои. Установлено влияние гидротермических условий, уровня обеспеченности почвы нитратным азотом, подвижным фосфором, обменным калием и запасами продуктивной влаги на процесс клубенькообразования. Показано, что наибольшим симбиотическим потенциалом обладают формы с усатым типом листа. Установлена тесная корреляция урожайности и качества зерна с количественными признаками симбиотической азотфиксации. Выделены уникальные образцы: гороха – Линия 37/03 и сои – сорт Алтом с высоким естественным потенциалом симбиотической эффективности, формирующие повышенные урожайность зерна, количество азота в зеленой массе растений, обеспечивающие высокий выход белка и жира с гектара.

Основные положения, выносимые на защиту.

1.  Развитие растений, урожайность и качество зерна гороха и сои зависит от гидротермических условий года и генотипа сортообразца.

2.  Формирование симбиотического аппарата изменяется в зависимости от фазы развития растения, гидротермических условий, генотипических особенностей культуры, обеспеченности почвы элементами питания и запасов продуктивной влаги.

3.  Новые селекционные линии - ценные генетические источники для симбиотической селекции в регионе.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Образец гороха Линия 35/03 под названием Бонус, характеризующийся скороспелостью, устойчивостью к полеганию, передан на Государственное сортоиспытание в 2008 г. Уникальные по симбиотической эффективности образцы: горох – Линия 37/03 и соя – сорт Алтом, а также новые селекционные линии могут использоваться как ценные источники в симбиотической селекции – новом направлении для условий Западно-Сибирского региона, а также включены в дальнейшие научные исследования. Выявленные в ходе исследований закономерности позволили рекомендовать проведение отборов в направлении выделения генотипов с высокими показателями продуктивности, качества зерна и симбиотической эффективности.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ ( гг.); на Международном научно-техническом форуме «Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2009 г.); на научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды «Экологическая безопасность как основа устойчивого развития российской экономики» (Омск, 2009 г.) и опубликованы в 7 работах общим объемом 2,1 п. л. Проект на тему «Симбиотическая азотфиксация зернобобовых культур» был представлен на открытом конкурсе инновационных проектов Сибири и Дальнего Востока и отмечен сертификатом по направлению «Перспективный коммерческий проект».

Личный вклад автора состоит в самостоятельном сборе и обработке фактического материала, его анализе, проведении лабораторных и полевых исследований, формировании научных положений и выводов, написании и оформлении текста диссертации.

Обоснованность выводов и достоверность результатов работы обеспечены значительным объемом фактического материала, полученным в результате трехлетних полевых и лабораторных экспериментов, подтверждением результатами математической обработки.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 182 страницах печатного текста. Состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций. Содержит 41 таблицу, 9 рисунков и 21 приложение. Библиографический список включает 232 источника, в том числе 55 – зарубежных авторов.

результаты исследований

1 Обзор литературы

Имеющиеся в настоящее время данные по вопросам функционирования азотфиксирующих систем свидетельствуют о возможности регулирования активности клубеньковых бактерий, процесса интенсивности клубенькообразования и увеличения приходной части азотного баланса агроценоза за счет фиксации молекулярного азота с помощью зернобобовых культур.

2 Условия, объект и методика исследований

Исследования проводились на полях лаборатории селекции зернобобовых культур СибНИИСХ в гг. Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным среднемощным тяжелосуглинистым с пахотным горизонтом 25-30 см, содержанием гумуса 6,3-6,5 %, суммой поглощенных оснований 26-48 мг экв./100 г, рНсол – 6,5-6,7 (по данным лаборатории агрохимии СибНИИСХ). Весеннее обследование опытного поля показало, что в условиях в гг. по запасам продуктивной влаги перед посевом почва характеризовалась как умеренно-влажная, в 2006 г. – недостаточно-влажная. Обеспеченность верхнего 40-сантиметрового слоя почвы нитратным азотом весной перед посевом в гг. была средней, в 2006 г. – высокая. Обеспеченность подвижным фосфором была высокая, а обменным калием – очень высокая.

Метеорологические условия в годы исследований были различными, но достаточно типичными для климата южной лесостепи Омской области.

В качестве объекта исследований использовали 16 сортообразцов гороха посевного и 6 сортов сои. Сорта гороха, включенные в Государственный реестр селекционных достижений РФ и рекомендованные к использованию в 10-ом Западно-Сибирском регионе: Омский 9, Таловец 55, Демос, Благовест, Зауральский 1, Омский неосыпающийся, Омский 7, Батрак; перспективные линии гороха из конкурсного сортоиспытания, созданные в СибНИИСХ: Л 35/03 (Бонус), Л 36/03, Л 37/03, Л 34/01 и 4 новые линии, полученные с участием сортов Омский 9 и Демос. Сорта сои, включенные в Государственный реестр селекционных достижений РФ и рекомендованные к использованию в 10-ом Западно-Сибирском регионе: Алтом, Дина, Омская 4, СибНИИСХоз 6, СибН; сорт Эльдорадо – проходит государственное сортоиспытание.

Полевые опыты закладывались на делянках площадью 10 м2, повторность четырехкратная, размещение делянок рендомизированное. Предшественник – яровая пшеница после кукурузы, норма высева – 1 млн. всхожих зерен на гектар. Посев проводили сеялкой ССФК-7,0, уборку – комбайном «Хеге 125» в фазу полной спелости. Агротехника – общепринятая для зоны южной лесостепи Западной Сибири.

Проводились следующие наблюдения и учеты: запасы продуктивной влаги в почве – весовым методом в слое 0-100 см послойно; содержание нитратного азота в почве – дисульфофеноловым методом по Грандваль-Ляжу, подвижного фосфора и обменного калия по методу Чирикова; фенологические наблюдения согласно методике Госкомиссии по сортоиспытанию (1971); учет полевой всхожести и выживаемости растений согласно Методики полевых опытов с кормовыми культурами ВНИИ кормов им (1971); учет урожайности зерна – сплошным обмолотом делянок с приведением к базисной влажности и 100% чистоте; содержание азота в зеленой массе растений определяли фотоколориметрическим методом с использованием реакции индофенольной зелени (ГОСТ – 13496.4-93). Количество белка в зерне гороха определяли в лаборатории качества зерна СибНИИСХ; качество зерна сои – в лаборатории физиологии и биохимии растений СибНИИСХ в соответствии с методами ГОСТ (2001) и Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур «Технологическая оценка зерновых, крупяных и зернобобовых культур» (1988).

Для анализа структуры урожая перед уборкой было взято по 10 растений с закрепленных площадок S=0,25 м2; в лабораторных условиях изучались признаки: высота растения, высота прикрепления первого боба, число узлов до 1-го боба, число продуктивных узлов, число бобов на растении, число семян и масса семян с растения.

Учет количества, массы азотфиксирующих клубеньков и расчет показателя – активный симбиотический потенциал (АСП) проводили по методике (1983).

Агрометеорологические условия изучались по материалам наблюдений Омской метеорологической станции.

Статическую обработку экспериментальных данных проводили по методике (1985) на персональном компьютере по специально разработанным программам.

3 Сравнительное изучение сортообразцов гороха и сои по комплексу

хозяйственно-ценных признаков

Полевая всхожесть семян, выживаемость растений. Сравнительное изучение растений гороха и сои показало, что в годы проведения опытов на полевую всхожесть и выживаемость изучаемых сортообразцов зернобобовых культур существенное влияние оказывали метеорологические условия. Наибольшая полевая всхожесть семян гороха была отмечена в 2007 г. – 97,7% и 2008 гг. –95,2%. В среднем за годы исследований по этому показателю выделились сортообразцы усатого морфотипа Л 36/03, Л 34/01, Благовест, Л 37/03 (97,1 – 99,3%); из группы листочкового морфотипа – сорта Таловец 55 – 96,3%. Высокие показатели выживаемости наблюдались у Л 37/03 – 92,3%, Благовест – 92,9%, Омский 7 – 93,0%, Таловец 55 – 93,7%, Батрак – 95,0% (в среднем за гг.).

Полевая всхожесть семян и выживаемость растений сои составили в среднем по сортам 96,4%; 92,2% соответственно. Наибольшая полевая всхожесть, а также выживаемость отмечена у сортов Алтом и Дина.

Продолжительность вегетационного периода во многом определяется сочетанием количества тепла и влаги, а также индивидуальной реакцией сортов на эти условия, обусловленной генотипом.

В среднем по изучаемым сортообразцам гороха продолжительность вегетационного периода колебалась от 72 до 82 суток. Продолжительность основных межфазных периодов в годы исследований была различной. В условиях 2007 г. с обильными осадками второй половины вегетации их длина значительно увеличилась (табл. 1).

Самая короткая (28 суток) фаза полные всходы-полное цветение отмечена в 2006 г. у листочковых сортов (Таловец 55, Омский неосыпающийся, Омский 7), а также у сортообразцов усатого морфотипа Л 37/03, Благовест. Сорт Батрак имел самую короткую вторую часть вегетационного периода – 34 суток в 2008 г.

Таблица 1 – Продолжительность межфазных периодов у гороха в

зависимости от гидротермических условий (среднее по сортообразцам)

Показатель	2006 г.	2007 г.	2008 г.
Полные всходы - полное цветение
Продолжительность периода, суток	29	36	38
Средняя температура воздуха, °С	20	16,3	17,1
Сумма осадков, мм	35,3	160,4	65,1
Полное цветение - полное созревание
Продолжительность периода, суток	43	46	37
Средняя температура воздуха, °С	18,4	18,5	20,9
Сумма осадков, мм	75,4	136,8	47,9
Полные всходы - полное созревание
Продолжительность периода, суток	72	82	75
Средняя температура воздуха, °С	19,2	17,4	19
Сумма осадков, мм	110,7	297,2	113

Обильные осадки, выпавшие в 2007 г. (324,3 мм), в целом повлияли на общую продолжительность полного цикла вегетации растений сои (табл. 2).

Таблица 2 – Продолжительность межфазных периодов у сои в зависимости

от гидротермических условий (среднее по сортам)

Показатель	2007 г.	2008 г.
1	2	3
Полные всходы - полное цветение
Продолжительность периода, суток	25	31
Средняя температура воздуха, °С	15,8	18,5
Сумма осадков, мм	99,8	48,1
Полное цветение - начало созревание
Продолжительность периода, суток	41	54
Средняя температура воздуха, °С	20,1	19,3
Сумма осадков, мм	165,2	66,6
Начало созревания - полное созревание
Продолжительность периода, суток	40	13
Средняя температура воздуха, °С	16,4	13,5
Продолжение таблицы 2
1	2	3
Сумма осадков, мм	59,3	35,5
Полные всходы - полное созревание
Продолжительность периода, суток	105	97
Средняя температура воздуха, °С	17,4	17, 1
Сумма осадков, мм	324,3	150,1

В 2007 г. у сортов СибНИИСХ 6, Эльдорадо, СибН(96-102 суток), Омская 4, Алтом – средним (113-120 суток). В 2008 г. все изучаемые сорта сои характеризовались коротким вегетационным периодом (91-107 суток). Межфазные периоды полные всходы - полное цветение, полное цветение-начало созревания в 2008 г. были длиннее на 6; 10 суток соответственно. В 2007 г. чрезмерное выпадение осадков в период начало созревания - полное созревание способствовало увеличению его продолжительности на 27 суток.