Введение к работе
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 азотфиксирующими 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 ризобактерий 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.
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:
-
Изучить особенности роста и развития исходных образцов овсяницы красной различного эколого-географического происхождения в условиях поля и селекционно-тепличного комплекса.
-
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.
-
Определить уровень эффективности ассоциативных растительно-микробных взаимодействий исходных образцов овсяницы красной с препаратами Азоризин 8 (Azospirillum brasilense), Мобилин 7 (Klebsiella mobilis), Мизорин (Arthrobacter mysorens).
-
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 азотфиксирующую 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.
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 cъезде 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.
