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 теплои 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, Мизоринотобран 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.

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 15 016 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 теплои 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.