Приемы формирования перспективных растительно-микробных систем овсяницы красной

Выводы. На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

1. Обработка ювенильных растений овса смесью азотного и фосфорного удобрений приводит к снижению развития корончатой ржавчины на ряде генотипов растения-хозяина.

2. Факт влияния обработок растений на развитие ржавчины и степень его проявления зависит как от стадии роста растений (первый либо второй лист), концентрации химикатов, а также от природы инокулюма возбудителя корончатой ржавчины.

3. Обработка растений овса в полевых условиях смесью азотного и фосфорного удобрений в низких дозах (аммиачная селитра - 1,29 кг/га, фосфорнокислый натрий - 660 г/га) после появления симптомов ржавчины приводит к повышению показателей урожайности у ряда генотипов овса.

Литература

1. Тырышкин Л.Г. Модификационная изменчивость вирулентности и агрессивности фитопатогенов зерновых культур: выводы, следствия, возможности практического применения: Монография. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 137 с.

2. Mains E.B., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss // Phytopathology. - 1926. - V. 16. - № 1. - P. 89-120.

3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416 с.

4. Тырышкин Л.Г., Мишенькина О.Г., Захаров В.Г. Влияние факторов внешней среды на вирулентность и агрессивность возбудителя корончатой ржавчины овса // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2016. - №42. - С. 82-86.

Literatura

1. Tyryshkin L.G. Modifikatcionnaia izmenchivost virulentnosti i agressivnosti fitopatogenov zernovy'kh kultur: vy'vody', sledstviia, vozmozhnosti prakticheskogo primeneniia: Monografiia. - SPb.: SPbGAU, 2016. - 137 s.

2. Mains E.B., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss // Phytopathology. - 1926. - V. 16. - № 1. - P. 89-120.

3. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. - M.: Kolos, 1979. - 416 s.

4. Tyryshkin L.G., Mishenkina O.G., Zaharov V.G. Vliianie faktorov vneshnei sredy' na virulentnost i agressivnost vozbuditelia koronchatoi rzhavchiny' ovsa // Izvestiia Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2016. - № 42. - S. 82-86.

УДК 635.964: 632.071

Доктор с.-х наук В.А. ПОЗДНЯКОВ

ПРИЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ

СИСТЕМ ОВСЯНИЦЫ КРАСНОЙ

Определяющие признаки газонных сортов и пастбищных сортов злаковых трав довольно схожи, что позволяет использовать общую методику и одинаковые подходы при их селекции. Главное требование - это способность выдерживать многократное отчуждение надземной массы и быстрое последующее отрастание, устойчивость к стрессам. Поэтому многие селекционные формы, отбираемые как пастбищные, могут использоваться в дальнейшем и как газонные [1].

В основу схемы селекции положена концепция «адаптивной селекции», включающая ключевую роль метеорологических и эдафических факторов в развитии растений, которая затем была трансформирована в биоценологический подход с ключевой ролью биотических взаимодействий. Однако сложный характер симбиотических взаимодействий культуры с вредителями и патогенами, по [2], ставит множество проблем в идентификации нужных генотипов.

Современная технология выращивания полевых культур предусматривает широкое применение фунгицидов, гербицидов, ростовых веществ.

Цель исследования уточнение мероприятий по сокращению влияния антропогенных факторов за счёт селекции и экологизации земледелия для сохранения биоразнообразия существующих видов.

Материалы, методы и объекты исследования. В коллекционных питомниках овсяницы красной использован дикорастущий материал и сорта-популяции коллекции ВИР (Санкт-Петербург) различного географического происхождения. Это районы умеренного пояса европейского континента (Ленинградско-Новгородская и Коми-Архангельская почвенные провинции России).

Отбор селекционного материала злаковых трав проводится по комплексу хозяйственно ценных признаков: зимостойкость, дружное отрастание весной и после укосов, долголетие, хорошее качество корма, устойчивость к основным болезням и высокая продуктивность кормовой массы и семян.

В селекции овсяницы красной большое внимание уделяется признаку толерантности к патогенам, позволяющей получать перспективный селекционный материал со стабильной по годам урожайностью вегетативной массы и семян, снижающей актуальность применения пестицидов на травостоях злаковых трав. Оценка селекционного материала по поражаемости патогенами проводили по методикам [3,4].

С целью исследования влияния биопрепаратов на основе штаммов симбиотических и ассоциативных бактерий на продуктивность многолетних злаковых трав были заложены опыты с различными образцами овсяницы красной (Festuca rubra L.) селекции лаборатории ФГБНУ ЛНИИСХ «Белогорка».

Закладку опытов, проведение учетов и наблюдений осуществляли согласно методическим указаниям, разработанным в ВИК (М.) [5] и ВНИИСХМ (СПб.) [6]. Оценку эффективности растительно-микробных взаимодействий изучаемых сортообразцов проводили как в лаборатории, так и в селекционных питомниках при сплошном способе посева тракторной сеялкой. Для опыта были использованы растения овсяницы красной сорта Шилис и образцы селекции лаборатории, популяции различного географического происхождения.

Семена злаков перед посевом в сосуды были инокулированы бактериальными препаратами Агрофил, Мобилин, Азоризин, Глиокладин, Флавобактерин и Ризоагрин, полученными от А. П. Кожемякова (СПб., ВНИИСХМ).

Почвы на опытном поле ФГБНУ ЛНИИСХ «Белогорка» - среднеподзолистые, легкосуглинистые; pH (КС1) - 5,1; содержание гумуса - 2%; P2O5 - 3,9 мг/100 и K2O - 8,5 мг/100 грамм почвы.

Предпосевную бактеризацию семян проводили препаратами диазотрофных микроорганизмов.

Новый метод создания растительно-микробных систем овсяницы красной заключается в изучении биологического разнообразия, в том числе устойчивости к болезням селектируемых в лаборатории образцов. На втором этапе к перспективным образцам подбираются азотфиксирующие штаммы, повышающие биологическую продуктивность растений и устойчивость к стрессам. Использован способ дифференциации генотипов овсяницы красной, различающихся по восприимчивости к заболеваниям патогенами, по признаку магнитной индукции.

Результаты исследования. В результате проведенного исследования изучено биологическое разнообразие, в том числе по признаку устойчивости к болезням селектируемых в лаборатории образцов. К перспективным образцам подобраны азотфиксирующие штаммы, повышающие биологическую продуктивность растений и устойчивость к стрессам. По признаку магнитной индукции проведена дифференциация генотипов овсяницы красной, различающихся по восприимчивости к патогенам.

Биоразнообразие и зональная устойчивость к болезням среди злаковых многолетних трав. Госкомиссией в 2012г. зарегистрирован сорт овсяницы красной Северная 32 селекции лаборатории ЛНИИСХ «Белогорка». Он получен путем отбора и направленного переопыления растений из образцов республики Коми РФ (северные районы европейской равнины), содержит сырого протеина в сухом веществе 10,9%, Р2О5 - 1,84 %. В качестве стандартного сорта был использован прибалтийский образец Шилис, поражающийся в средней и сильной степени листовыми патогенами.

Из селекционного материала генотипических смесей овсяницы красной в питомниках конкурсного сортоиспытания и предварительного размножения выделены семьи №30 (14) - отбор из Датского образца, №25(7) - отбор из Калининского образца и семья №4 (31) - отбор из Коми РФ, полученные путем направленного переопыления растений, превышающие в конкурсном сортоиспытании стандартный сорт овсяницы красной Шилис по урожайности зеленой массы в первом укосе на 0,8-1,5 т/га. Сорт Северная 32, зарегистрированный в Госреестре как газонный образец и выделяющийся по своим декоративным качествам, имел невысокую урожайность зеленой массы. Напротив датский №30(14) выделяется в питомниках по высокой продуктивности зеленой массы и семян, что позволяет отнести его к перспективным образцам при селекции толерантных к патогенам сортов.

В 2011г. в питомнике конкурсного сортоиспытания растений третьего года жизни проведено четыре укоса вегетативной массы с высотой скашивания 7-10 см, масса каждый раз удалялась с поля на обочину. Для изучения технологических характеристик определялось содержание сухого вещества (%) в воздушно сухом материале образцов перед уходом в зиму. По европейским меркам с их ориентацией на выращивание трав для получения биотоплива более перспективными по сухому веществу и по содержанию золы (зольных элементов) в абсолютно сухом материале оказались сорт овсяницы красной Северная 32 и новый высокопродуктивный по вегетативной массе образец № 22(6) из Калининской области. На третьем году жизни в питомниках сформировался полноценный травостой, позволивший дать всестороннюю оценку как кормовых достоинств растений, так и их пригодности для газонного использования.

Новый сорт овсяницы красной Северная 32 характеризовался хорошими декоративными признаками - плотный травостой, красивая зеленая окраска листьев, слабое поражение пятнистостями, более быстрое нарастание вегетативной массы по сравнению со стандартным сортом Шилис. По кормовым достоинствам лучше других был сортообразец №28(8) тверского (калининского) происхождения. Он достоверно превысил стандарт по зеленой массе на 2,2 т/га.

Данные результаты показывают, что диапазон использования селектируемых лабораторией новых образцов и сортов овсяницы красной достаточно широк - от посева на газонах до выращивания на культурных лугах и пастбищах.

Таким образом, селекция растений злаковых трав с учетом биогеохимического разнообразия мест происхождения образцов позволяет с большей вероятностью находить перспективный толерантный к патогенам новый селекционный материал.

Влияние биопрепаратов на морфобиологические и хозяйственно ценные признаки овсяницы красной. В последнее время в стране начаты работы по созданию растительно-микробных систем. При этом селекция на повышение симбиотической эффективности направлена на создание высококомплементарных комбинаций генотипов макро- и

микросимбионтов для существенного повышения интенсивности азотфиксации, а сама симбиотическая система становится объектом селекционной работы [7]. Нами показан положительный результат при инокуляции семян трав микробиологическими препаратами ассоциативной азотфиксации Агрофилом, Мобилином, Азоризином [8].

Дифференциация по симбиотической эффективности растительно-микробных систем предполагает их различия по интенсивности биохимических реакций в стрессовых условиях, например, при инфицировании патогенами. Показано, что биологические объекты становились индукторами информации, лишь когда под влиянием стрессовых факторов резко подавлялась или, наоборот, активировалась их жизнедеятельность [9] .

Потребность сельского хозяйства в азотных удобрениях возрастает, но удовлетворяется она не полностью и стоимость их высокая. Одним из решений данной проблемы является применение биологических препаратов на основе азотфиксирующих микроорганизмов. Фиксация молекулярного азота из атмосферы - одно из самых мощных средств накопления азота в почве и улучшения питания сельскохозяйственных растений, превосходящее по своему объему и значению индустрию азотных удобрений. Размеры фиксации атмосферного азота в зависимости от вида растения и климатической зоны колеблются в пределах 3-600 кг/га за год.

При изучении закономерностей создания растительно-микробных систем в наших опытах мы в течение двух лет оценивались морфобиологические признаки растений овсяницы красной и определялось количество фиксируемого азота бактериями, живущими на поверхности корней овсяницы красной методом ацетиленредукции (табл.1, 2).

Таблица 1. Влияние применения биопрепаратов на морфобиологические признаки растений овсяницы красной (сорта Шилис и Северная 32). Лабораторный опыт. Белогорка, 2010г.

Биопрепарат Сорт Шилис Сорт Северная 32

длина проростка на 30-й день, мм длина корня на 30-й день, мм высота растений на 60-й день, мм длина проростка на 30-й день, мм длина корня на 30-й день, мм высота растений на 60-й день, мм

Контроль 51,3 23,9 77,8 53,1 31,3 91,1

Агрофил 51,0 31,8* 90,6* 49,6 25,8 96,4

Мобилин 54,8 27,3 93,7* 52,6 33,8 89,1

Глиокладин 55,4 32,0* 79,1 45,2 23,9 84,7

НСР05 4,6 4,4 8,0 4 ,1 4,4 8,7

По данным первого опыта, препараты на основе ризосферных микроорганизмов Агрофил и Мобилин достоверно на 7,9-8,1 мм на 30-й день после посева в чашки Петри увеличивали длину первичного корешка у сорта Шилис. На растениях этого же прибалтийского сорта отмечено и достоверное увеличение длины листьев на 12,8-15,9 мм через два месяца вегетации.

В опыте 2011г. на первых этапах развития растений до фазы кущения заметного стимулирующего влияния биопрепаратов отмечено не было. На уровне контроля оказалось действие препаратов Флавобактерин и Мобилин. Высота растений на 45 день после обработки и высева в сосуды у опытных вариантов составляла 22,4-23,8см, у контроля - 24 см. Число листьев на растении достигло 4-6 штук. Не отмечен стимулирующий эффект и по длине листьев опытных растений. С другой стороны, ингибирующие ростовые процессы биопрепаратов Ризоагрин, Глиокладин и Агрофил могут оказаться как раз полезными при эксплуатации нового сорта Северная 32 и использовании его для создания газонов и спортивных площадок.

Таблица 2 . Влияние применения биопрепаратов на морфобиологические признаки растений овсяницы красной (сорта Шилис и Северная 32). Лабораторный опыт. Белогорка, 2011 г.

Биопрепарат Сорт Северная 32 Сорт Шилис

высота растений на 45-й день, см длина листьев на 30-й день, см число листьев на одно растение на 45-й день, шт. число листьев на 105-й день актив-ность перокси-дазы в усл. ед. активность перокси-дазы в усл. ед.

всего листьев в сосудах, шт. в т. ч. пораженных листьев патогенами, %

Ризоагрин 18,6 11,9 6 135 33,3 — —

Мобилин 22,4 15,3 5 89 25,4 14,2 16,9

Флавобактерин 23,8 16,5 6 83 33,7

Контроль 24,0 18,4 6 64 62,5 10,1 24,8

Азоризин 18,6 16,1 6 83 34,9

Глиокладин 18,4 13,5 4 102 9,8 9,5 12,9

Агрофил 21,2 15,8 5 123 21,3 6,6 16,8

НСР05 1,8 0,6 — — — — —

В эксперименте фиксировалось поражение растений возбудителями мучнистой росы (Erysiphe graminis) и сколекотрихоза (Scolecotrichum graminis Eckl.). Поражение листового аппарата злаковых растений листовыми патогенами снижала нитрогеназную активность почти во всех вариантах опыта. Сорт Северная 32 активнее, чем стандартный сорт Шилис, реагировал на инокуляцию бактериями, особенно по препарату Мобилин. Активность пероксидазы при инфицировании семян Мобилином у овсяницы красной сорта Северная32 возросла на 4,1усл. ед.

В дополнительном лабораторном опыте с тремя вышеупомянутыми биопрепаратами из трех изученных сортообразцов лаборатории селекции многолетних трав ФГБНУ ЛНИИСХ «Белогорка» и стандартного сорта Шилис (не обработанный препаратами) последний больше всего был поражен ржавчиной. В меньшей степени поразились сортообразец овсяницы красной №25(7). На сорте Северная 32 вообще не было отмечено пустул.

Интегрирующим показателем эффективности биопрепаратов является прибавка зеленой массы у опытных образцов, стимулированная ризосферными микроорганизмами.

Эффективность применения биопрепаратов на новом сорте овсяницы красной Северная 32 в 2011г. проверяли в полевых условиях. Стандартным раствором шести биопрепаратов замачивали семяна на общую площадь питомника за день до посева. Контрольная партия семян замачивалась водопроводной водой. Повторность четырехкратная, размер делянки - 10м2. Посев проведен вручную.

Реализация регрессионного анализа проведена в программе MS Excel (входит в программный пакет Microsoft Office). Для оценки экологической пластичности и стабильности сортов сельскохозяйственных культур использовали дисперсионный и регрессионный анализы (табл. 5, рис.1). Методика расчетов нами описана [10].

Таблица 3. Дисперсионный анализ урожая зеленой массы растений овсяницы красной сорт Северная 32 с биопрепаратами в питомнике конкурсного сортоиспытания.

Белогорка. 2012г.

Источник варьирования Коэффициент регрессии, Я2 88ост. Бфакт. Бтеор.

Стандарт 0,49 15,9 1,9 0,3

Мобилин 0,53 7,3 2,3 0,3

Азоризин 0,72 6,2 5,2 0,2

Агрофил 0,5 15,7 2 0,3

Ризоагрин 0,8 5,8 7,5 0,1

Флавобактерин 0,8 11,6 8,3 0,1

Глиокладин 0,8 15,7 11 0,1

32) в питомнике конкурсного сортоиспытания. Белогорка, 2012 г. Ряд 1 - сорт Северная 32 без биопрепаратов (стандарт), 2 - с Мобилином , 3 - с Азоризином, 4 - с Агрофилом, 5 - с Ризоагрином, 6 - с Флавобактерином, 7 - с Глиокладином

При достоверном различии градаций факторов «условия» и «взаимодействие» переходили ко второму этапу анализа — оценке- параметров экологической пластичности и стабильности каждого варианта. В нашем случае наиболее оптимальными биопрепаратами для формирования новых перспективных растительно - микробных систем оказались Азоризин и Ризоагрин (ряды 3 и 5 на графике), оказавшие стимулирующий эффект на усвоение солнечной энергии растениями овсяницы красной сорта Северная 32. По варианту стабильности признака (ББост.) показатели данных растительно - микробных систем были самыми низкими (5,8 - 6,2).

Для изучения динамики патогенеза по признаку магнитной индукции у пораженных сколекотрихозом растений использовали сорт овсяницы красной Северная 32. Поражение овсяницы красной конидиоспорами несовершенного гриба серой пятнистости или сколекотрихоза (8со1есоМскит £уатт1$ ЕеЫ.) в течение светового дня вызывает различную реакцию на электрофизиологические процессы у восприимчивых и устойчивых растений овсяницы красной Северная 32 (рис. 2).

Характеристика образцов овсяницы красной по магнитной индукции I онтогенезе Белогорка, лаборатория 28.11.2012

20

Отклонение мкТл

15 10 5 О -5 -10

Т- ^ $ Щ

13 14

Количество изллерений за день

5зап-Квост 5вост-Кзап стандарт НСРО5 4,3 мкТл Ф Ряд1 Л. РмдЗ Ж Ряц5

Рис. 2. Отклонение по величине магнитной индукции переменного магнитного поля здоровых и пораженных сколекотрихозом растений овсяницы красной

Отклонения в пользу Я или Б растений являются различиями по величине магнитной индукции переменного магнитного поля здоровых и пораженных сколекотрихозом растений овсяницы красной Северная 32. Увеличение митотического индекса при защитных реакциях восприимчивых растений вызывает периодические всплески магнитной индукции с более высокой амплитудой, чем у непораженных растений.

При заболевании в тонких пожелтевших от патогенов листочков овсяницы красной изменяется передвижение ионов кальция. Растения из-за сильной инфекции значительную часть энергии тратят на репарацию поврежденных тканей, вызывая при этом дополнительную магнитную индукцию. В нашем опыте Б растение достоверно превышало устойчивое (Я) к патогену растение по напряженности магнитного поля в течение светового дня. Измерения проводились в лаборатории в течение двух часов с интервалом от двух до десяти минут. Новые замеры начинались при заметном изменении уровня магнитной индукции у Я и Б растений. Восприимчивое растение в восьми случаях из двадцати (все Б запад - Я восток) достоверно превысило по напряженности магнитного поля здоровое растение.

Выводы. Наиболее оптимальными биопрепаратами для формирования новых перспективных растительно - микробных систем оказались Азоризин и Ризоагрин (ряд 3 и 5 на графике), оказавшие стимулирующий эффект на усвоение солнечной энергии растениями овсяницы красной сорта Северная 32. Восприимчивое к сколекотрихозу растение овсяницы красной сорта Северная 32 в восьми случаях из двадцати (все Б запад - Я восток) достоверно превысило по напряженности магнитного поля здоровое растение.

Новый метод оценки растительно-микробных систем овсяницы красной заключается в изучении биологического разнообразия в том числе устойчивости к болезням селектируемых в лаборатории образцов. На втором этапе к перспективным образцам подбираются азотфиксирующие штаммы, повышающие биологическую продуктивность растений и устойчивость к стрессам. Использован разработанный авторами статьи способ дифференциации по признаку восприимчивости к заболеваниям патогенами генотипов овсяницы красной по признаку магнитной индукции.

По кормовым достоинствам лучше других был сортообразец №28(8) тверского (калининского) происхождения. Он достоверно превысил стандарт по зеленой массе на 2,2 т/га.

Литература

1. Кулешов Г.Ф., Костенко С. И., Бехтин Н.С. и др. Особенности выведения сортов многолетних злаковых трав для травосмесей и газонов // Кормопроизводство. - 2007. - №1. - С. 301-306.

2. А. де Бари. Явление симбиоза. - СПб., 2009. - 24 с.

3. Хохрякова Т.М., Полозова Н. Л., Вахрушева Т.Е. Определитель болезней кормовых культур Нечерноземной зоны. - Л., 1984. - 199 с.

4. Поздняков В.А., Поздняков А.В., Дрижаченко А.И. Способ дифференциации многолетних трав и некоторых видов растений-резерватов патогенов по уровню магнитной индукции // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 37. - С. 52-55.

5. Бехтин Н. С. Методические указания ВИК по селекции многолетних трав. - М., 1985. -187 с.

6. Кожемяков А.П., Чеботарь В. К. Биопрепараты для земледелия. - М., 2005. - С. 18-54.

7. Тихонович И.А., Борисов А.Ю., Цыганов В.Е. и др. Интеграция генетических систем растений и микроорганизмов при симбиозе // Доклады РАСХН. - СПб., 2004. - С. 58-62.

8. Поздняков В.А., Малашин С.Н. Применение биопрепаратов на посевах овсяницы красной и клевера лугового. - СПб., 2009. - 19 с.

9. Эпштейн О. И. Сверхмалые дозы. - М., 2008. - 336 с.

10. Поздняков В.А., Бекушева Т.Н., Поздняков А.В. и др. Эколого-генетические критерии создания исходного селекционного материала клевера лугового (Trifolium pratense L.) // Агроэкология. - 2015. - № 2-2 (4). - С. 15-19.

Literatura

1. Kuleshov G.F., Kostenko S.I., Behtin N.S. i dr. Features varieties of grasses for perennial grass and lawns // Kormoproizvodstvo. - 2007. - S. 301-306.

2. A. de Bary. The phenomenon of symbiosis. - SPb., 2009. - 24 s.

3. Hohriakova T.M., Polozova N.L., Vakhrusheva T.E. The determinant of disease non-chernozem zone of forage crops. - L., 1984. - 199 s.

4. Pozdnyakov V.A., Pozdnyakov A.V., Drizhachenko A.I. Method of differentiation of perennial grasses and some species of pathogens on reserves level of magnetic induction // Izvestiya Sanct-Petersburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2014. - № 37. -S. 52-55.

5. Behtin N.S. Metodicheskie ukazania po selektsii mnogoletnikh trav. - M., 1985. - 187 s.

6. Kozhemjakov A.P., Cebotari V.K. Biopreparaty dlia zemledelia. - M., 2005. - S. 18-54.

7. Tihonovich. I.A., Borisov A.Yu., Tsyganov V.E. i dr. Integratsiia geneticheskikh system rastenii I mikroorganizmov pri simbioze // Doklady RASKHN. - SPB, 2004. - S. 58-62.

8. Pozdnyakov V.A., Malashin S.N. Primenenie biopreparatov na posevakh ovsianitsy krasnoi I klevera lugovogo. - SPB, 2009. - 19 s.

9. Epstein O.I. Sverkhmalye dozy. - M., 2008. - 336 s.

10. Pozdnyakov V.A., Bekusheva T.N., Pozdnyakov A.V. i dr. Ecologo-geneticheskie kriterii sozdaniia iskhodnogo selektsionnogo materiala klevera lugovogo (Trifolium pratense L.) // Agroekologia. - 2015. - № 2-2 (4). - S. 15-19.