CC BY
51
УДК 633.358 1571.13) н. А. ПОПОЛЗУХИНА
И. Г. МАКУШИНА е. н. ОЗЯКОВА
л. в. омельянюк
а. в. ОБУХОВА
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
Омская академия МВД РФ
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, г. Омск
ВЛИЯНИЕ РАЗВИТИЯ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА НА КЛУБЕНЬКООБРАЗУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ И УРОЖАЙНОСТЬ ГОРОХА ПОСЕВНОГО В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ________________________________
По фазам развития растений гороха посевного изучены динамика накопления биомассы, формирование листовой поверхности. Показана взаимосвязь влияния гидротермических условий, условий выращивания на фотосинтетические показатели и формирование симбиотического аппарата. Выявлены перспективные сортообразцы, сочетающие высокие показатели клубенькообразования, фотосинтеза и урожайности в условиях южной лесостепи Западной Сибири.
Ключевые слова: сортообразцы гороха посевного, симбиотический аппарат, фотосинтетические показатели, урожайность.
В условиях современного развития сельского хозяйства, когда особое внимание уделяется проблеме биологизации земледелия, важное значение отводится вопросам фиксации молекулярного азота атмосферы. Актуальность данной проблемы обусловлена не только определяющей ролью этого процесса в азотном балансе биосферы, но и тем, что именно микробное связывание молекулярного азота является единственным путем снабжения растений азотом, не ведущим к нарушению экологической среды. Следовательно, с помощью данного процесса возможно сокращение объемов применения минерального азота при одновременном снижении энергетических затрат на производство продукции растениеводства [1, 2].
Поступление биологического азота в конкретный агроценоз определяется эффективным симбиозом бобовых культур с клубеньковыми бактериями, азотонакопление может сильно изменяться в зависимости от условий роста растений [3]. На взаимоотношения между бобовыми растениями и азотфикса-торами в полевых условиях влияют генотип растения, видовой состав, численность и активность азотфик-сирующих организмов, свойства почвы, ее водный, температурный режим, а также уровень агротехники.
По результатам исследований, проведенных ранее, установлено, что масса клубеньков возрастает пропорционально увеличению площади листьев и
скорости накопления растениями продуктов фотосинтеза [4, 5]. Также установлено, что величина суточной интенсивности фотосинтеза в течение вегетации тесно коррелирует с динамикой массы клубеньков. Максимум интенсивности фотосинтеза у некоторых зернобобовых культур совпадает с максимумом массы клубеньков, что подчеркивает тесную взаимосвязь этих двух физиологических процессов [4, 6].
Поэтому изучение взаимосвязи процессов азот-фиксации и фотосинтеза имеет важное значение, как для получения высоких устойчивых урожаев, так и для обогащения почвы биологическим азотом.
Целью исследования является выявление сортооб-разцов гороха, сочетающих высокие показатели клубенькообразования, фотосинтеза и продуктивности зерна в условиях южной лесостепи Западной Сибири.
В качестве объекта исследований использовали 5 сортообразцов гороха посевного различных морфо-типов: Омский 7, Омский 9, Благовест, Демос, Л 37/03. Исследования проводились в 2010 — 2011 гг. на полях лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ СибНИИСХ в южной лесостепи Западной Сибири.
Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным среднемощным тяжелосуглинистым с пахотным горизонтом 25 — 30 см, содержанием гумуса 6,3 — 6,5 %, суммой поглощенных оснований
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012
Физиологические показатели растений гороха (в среднем за 2010-2011 гг.)
Показатель Омский 7 Омский 9 Благовест Демос Л 37/03
Фаза полные всходы
Высота растения, см 12,29 15,42 13,72 13,27 14,80
Масса всего растения (без корня), г 1,60 2,43 2,37 2,71 2,07
Количество узлов, шт. 5,37 6,53 5,87 6,80 5,97
Масса зеленых листьев с прилистниками, г 0,99 1,68 1,63 1,81 1,42
Масса репродуктивных органов (бутонов, лопаток), г - - - - -
Фаза начало цветения
Высота растения, см 60,34 66,10 54,97 34,50 56,20
Масса всего растения (без корня), г 13,77 13,70 14,78 11,33 12,98
Количество узлов, шт. 12,90 14,00 12,57 14,03 13,40
Масса зеленых листьев с прилистниками, г 8,51 7,88 9,26 7,10 8,13
Масса репродуктивных органов (бутонов), г 0,36 0,50 0,65 0,40 0,37
Фаза цветение
Высота растения, см 79,54 76,57 66,52 39,94 69,90
Масса всего растения (без корня), г 16,85 17,55 21,28 17,03 20,23
Количество узлов, шт. 15,30 16,24 14,84 16,54 16,40
Масса зеленых листьев с прилистниками, г 7,35 9,77 12,33 10,55 12,12
Масса репродуктивных органов (бутонов, лопаток), г 1,50 1,55 2,23 1,13 1,42
Фаза конец цветения
Высота растения, см 88,07 82,30 68,34 45,84 73,34
Масса всего растения (без корня), г 22,01 24,96 26,20 23,06 23,70
Количество узлов, шт. 16,04 17,07 14,94 16,47 15,37
Масса зеленых листьев с прилистниками, г 6,80 9,51 10,95 10,46 9,63
Масса репродуктивных органов (лопаток), г 8,04 7,88 8,18 6,11 7,90
26 — 48 мг экв./100 г, рНсол — 6,5 — 6,7 (по данным лаборатории агрохимии СибНИИСХ).
Полевые опыты закладывались на делянках площадью 10 м2, повторность опыта трехкратная, размещение делянок рендомизированное. Предшественник — яровая пшеница после кукурузы, норма высева — 1,2 млн всхожих зерен на гектар. Посев проводили сеялкой ССФК-7,0; уборку — комбайном «Хеге 125» в фазу полной спелости.
Агротехника — общепринятая для зоны. Учет урожайности зерна проводился сплошным обмолотом делянок с приведением к базисной влажности и 100 % чистоте. Учет количества, массы азотфиксиру-ющих клубеньков и расчет показателя активный симбиотический потенциал (АСП) проводили по методике Г. С. Посыпанова (1983), расчет показателей интенсивности фотосинтеза по методике Ничипо-ровича А. А. (1969). Агрометеорологические условия в годы исследований изучались по материалам наблюдений Омской метеорологической станции.
Весеннее обследование опытного поля показало, что в условиях отчетных периодов запас продуктивной влаги перед посевом зернобобовых культур в
пахотном слое почвы (0 — 20 см) по шкале увлажнения почвы (по А. М. Ильину) соответствует градации — недостаточно влажная. Метровый слой почвы характеризовался как умеренно влажный.
Обеспеченность верхнего 40-сантиметровго слоя почвы нитратным азотом весной перед посевом в 2010 г. была низкая, в 2011 г. — средняя. Обеспеченность подвижным фосфором в 2010 г. — высокая, в 2011 г. — средняя, а обменным калием в 2010 г. была очень высокая, в 2011 г. — повышенная.
В ходе проведенных исследований были получены экспериментальные данные, позволяющие провести сравнительную оценку сортообразцов гороха.
При анализе физиологических данных установлено, что сорта Омский 7 и Благовест более интенсивно наращивают биологическую массу и в фазе бутонизации отличаются высокой массой как самого растения, так и массой зеленых листьев с прилистниками — главного аппарата фотосинтеза. Другие сортообразцы характеризуются постепенным наращиванием биологической массы к фазе цветения, здесь можно выделить сортообразцы Демос и Л 37/03 (табл. 1).
177
Динамика формирования еымбиотачеекат аппарата па корнях растений сортоабразцов гороха
Сортооброэещ Гсд Фоэа бутс-низшща Фо.за цветения Фо.за длсдобразоаання
количесгво клубеньков. шх^растение масса клубеньков, мг/рзстение АСП, кгхсут./га количество клубеньков, шт./ростение масса клубеньков, мг/растение АСП. кгхсут./га количесгво клубеньков. ыгг./растение масса клубеньков, мг/растение АСПР кгхсут./га
Омский 7 2.010 40,7 360 5516,0 17,3 140 1344,0 25,2 140 1176,0
2011 18,4 16 278,4 8-Я. 49 3.97,9 14,6 4 37,1
Среднее 29,5 190 2947,2 13/ 100 870,9 19,9 72 605,6
Омедщй 9 2010 2*3,5 160 279$, 1 27,Я 130 852,5 7,5 26 198,9
2011 16,5 19 3459 5,8 22 Г 41,0 12,6 8 5Г ,3
Среднее 21,5 90 1571,5 16,8 80 496,8 10,1 17 125,1
БлагсЕеет 2,010 36,3 4.00 5779,2 16,3 230 1о61,5 26,7 70 505,7
2011 21,9 140 1720,3 7-4 13 69,9 12,2 2 9,22
Среднее 30,1 270 3749,& 11,9 120 8.65,8 19,5 36 257,5
Демос 2010 23,2 240 4133,0 17,3 250 126&,3 12,7 100 810Р4
2011 12,3 9 102,8 17,0 177 151&,5 20,2 2 159,9
Среднее 17,'? 130 2117,5 17,4 210 1391,4 16,4 51 455,2
Л 37/03 2010 24,3 220 272/.5 21,3 4 0 3395,0 25,7 50 464,4
2011 1В,9 77 1246,8- 12,3 53 375,5 17,4 52 36£Р4
Среднее 21,6 150 1985,6 1Л' 230 1880,2 21,5 5' 416,4
Среднее до опыту 24,1 166- 2474,4 15,3 148 1101,0 17,5 47.4 373,2
ИЯЛУН Е1ЯНН391ЭИВГОХО>1ЭЯУЭЭ гюг (801) ш минюзд И1Яньлун ииюио
Таблица 3
Показатели интенставностж фотосинтеза
Сортообразец Год Фаза бутонизации: Фаза цветения Фаза плодобразоьания
ИЛП, м2/м2 ФПГ тыс. м^/гасут. ЧПФ, г/у^сут. ИЛП, м2Лд2 ФП тыс. м^/га-сут. ЧПФ. т/м^-еут?-. ИЛП, mVm2 ФП, тыс. м4/га-сут. ЧПФ, г/'H^eyv*
2010 259,6 33749 0,08 250 7 2005-4 0,04 366,8 27072 ОДІ
Омский 7 2011 381 0 57Г.48 0,04 499 8 34986 0,0-7 352,1 26011 0t07
Среднее 320 3 45449 0,06 375 2 27507 0,06 369,5 26-54-2 0,09
2010 241 £ 38630 0.08 238 & '4Г5 0,05 222,7 15586 0,0:4
Омским 9 2011 246Г 6 0,07 217.7 :305Й 0,1й 2£4,6 170761 0,09
Среднее '93-9 31748 0,08 220-1 13687 0,10 253,6 16331 0,12
2010 200.2 28001 0,02 245S 17193 0,13 230,3 16543 0tGe.
Благовест 2011 Г 49 4 23896 0,07 186 4 13043 0,С£ 193,9 11632 0(09
Среднее :?4.я 25949 0,05 216-0 Г512Г 0,11 215,1 14С88 0t09
2010 '50,5і 25660 0,07 168 2 34СЄ 0,08 223,9 17910 0,16
Демсс 2011 '43-9 17265 0,10 220-4 19839 0,12 177,0 14157 0,09
Среднее ' 47 4 21463 0Р0& 194 3 14124 0,10 200,4 16033 0,13
2010 '80S 21691 0,10 258-3 206.64 0,0-7 242,8 2184S otQa.
Л 37/03 2011 :з5,з 29654 0,08 307 9 21552 0,11 239-,4 167Є0 0t04
Среднее 'S3 1 25673 0,09 283 1 21108 0,09 241,1 19304 0t06
Среднее по опыту 203.9 30056 0,07 259 3 18309 0,00 255г9 27034 0,10
Характеристика сортообразцов гороха по основным хозяйственно-ценным признакам (в среднем за 2010-2011 гг.)
Показатель Сортообразец
Омский 7 Омский 9 Благовест Демос Л 37/03 Среднее по сортам
Высота, см 83,40 83,44 62,87 44,55 63,04 67,46
Масса растения, г 7,60 10,28 8,03 6,27 7,89 8,01
Количество плодоносов, шт. 4,34 2,90 1,97 1,94 2,30 2,69
Количество бобов, шт. 7,00 5,04 3,80 3,39 3,64 4,57
Количество семян, шт. 25,74 22,38 13,07 12,97 16,30 18,09
Масса семян, г 3,22 4,54 3,67 2,76 3,81 3,60
Масса тысячи семян, г 127 203 255 212 229 205,2
Урожайность, т/га 3,13 2,61 2,67 2,04 2,87 2,66
Кхоз, % 39,75 31,00 35,74 32,57 33,02 34,42
НСР05: 2010 г. - 0,31; 2011 г. - 0,29.
Динамика образования симбиотического аппарата у сортов гороха за годы исследований представлена в табл. 2.
Проведенные исследования показали, что максимальное развитие симбиотического аппарата отмечалось в фазы бутонизации и цветения, в среднем по сортам формировалось 24,1 и 15,3 шт. клубеньков на растении соответственно (табл. 2). В фазу плодо-образования отмечалось 17,5 шт. клубеньков, однако с очень незначительной массой, что в свою очередь отразилось на низком показателе активного симбиотического потенциала (АСП), который учитывает массу клубеньков и продолжительность их функционирования. Активный симбиотический потенциал показывает влияние отдельных факторов среды на активность симбиоза, поскольку они оказывают большее влияние на массу клубеньков с леггемогло-бином, чем на общую массу клубеньков. Как видно из приведенных экспериментальных данных (табл. 2), сорта Благовест и Омский 7 формируют мощный симбиотический аппарат в фазу бутонизации — количество клубеньков на одно растение 30,1 и 29,6 шт. соответственно. Сорт Демос и сортообразец Л 37/03 формируют большое количество крупных клубеньков в фазу цветения, что связано с интенсивным ростом биологической массы в этот период.
За годы проведенных исследований выявлено, что условия гидротермического обеспечения вегетационного периода наиболее благоприятными для формирования симбиотического аппарата наблюдались в 2010 г. Однако в 2011 г. в результате значительной концентрации нитратного азота в почве (12,8 мг/кг в слое 0-40 см перед посевом), низкого содержания продуктивной влаги в почве в различные фазы (5,5 — 11,9 мм в слое 0 — 20 см) на корнях растений гороха образовалось небольшое количество клубеньков с низкой массой.
По данным ряда авторов, процессы симбиотической азотфиксации и ассимиляции солнечной энергии взаимообусловлены [5, 6].
Рассчитаны показатели интенсивности фотосинтеза (табл. 3): индекс листовой поверхности (ИЛП), который характеризует размер фотосинтетического аппарата и площадь листьев, приходящуюся на 1 м2 посевов. Наибольший индекс листовой поверхности отмечен во все фазы у сорта Омский 7, что обусловлено его листочковым типом. Среди сортов с усатым морфотипом максимальный индекс листовой поверхности в фазу бутонизации характерен для сортов
Омский 9 и Благовест, а в фазу цветения для сорто-образца Л 37/03.
С величиной площади листьев и продолжительностью их функционирования тесно связан фото-синтетический потенциал (ФП), который является обобщающим показателем, определяющим степень благоприятности систем удобрений, норм высева, ухода за посевами, водного режима почвы и т.д. для роста и развития сельскохозяйственных культур. Высокие показатели фотосинтетического потенциала свидетельствуют о большой потенциальной возможности сортов формировать урожай зеленой массы и семян. Среди всех сортов в фазу бутонизации максимальное значение ФП отмечено у сортов Омский 7 и Омский 9, в фазу цветения — у Благовеста и Л 37/03, что связано с нарастанием массы зеленых листьев у данных сортов в эти фазы.
Наряду с ФП величину урожая определяет и чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) — показатель, характеризующий эффективность работы листовой поверхности. Максимальное значение данного показателя в период бутонизации было отмечено у сортообразцов Демос, Л 37/03 и Омский 9, а в фазу цветения — у Благовеста, Демоса и Л 37/03.
Для сравнительной оценки особенностей формирования семенной продуктивности у сортов определяют уборочный индекс (Кхоз), который отражает выход зерна из общей биомассы растений. Основным фактором, определяющим эту величину, является распределение фотосинтетического потенциала посевов по межфазным периодам, связанное с продолжительностью этих периодов и деятельностью листового аппарата растений. Наибольший уборочный индекс отмечен у сортов Омский 7 (39,8 %), Благовест (35,74 %) и Л 37/03 (33,02 %), что говорит о высокой степени использования продуктов фотосинтеза и корневого питания на налив зерна во второй половине вегетационного периода, а также реутилизации веществ из вегетативных органов (табл. 4).
Стабильная урожайность — это результат адаптивности сорта к условиям возделывания, изменяющимся в довольно широком диапазоне. Урожайность в 2010 — 2011 гг. варьировала по сортам, максимальные значения данного показателя отмечены у сортообразцов Омский 7, Благовест и Л 37/03, 3,13 — 2,67 т/га (табл. 4).
Таким образом, за счет элементов структуры урожайности, которые обеспечиваются фотоасси-миляционной активностью и клубенькообразующей
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012
способностью формируется высокая урожайность. По результатам сортоизучения следует, что по комплексу изучаемых признаков были выделены следующие сортообразцы: Омский 7, Благовест и Л 37/03, также следует отметить сорт Демос, который характеризуется достаточно высокими показателями интенсивности фотосинтеза, а по данным 2011 г., наивысшими показателями клубенькообразующей способности. У данного сорта наблюдаются высокие значения уборочного индекса и чистой продуктивности фотосинтеза, что свидетельствует о хорошей удельной производительности листового аппарата при относительно низкой высоте растения 45,8 см.
Библиографический список
1. Вишнякова, М. А. Генофонд зернобобовых культур и адаптивная селекция как факторы биологизации и экологизации растениеводства / М. А. Вишнякова // С.-х. биология. — 2008. - № 3. - С. 3-23.
2. Озякова, Е. Н. Урожайность и особенности формирования симбиотического аппарата у сортообразцов зернобобовых культур в южной лесостепи Западной Сибири : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук : 06.01.05 / Екатерина Николаевна Озякова. — Тюмень, 2009. — 19 с.
3. Мишустин, Е. Н. Симбиотическая фиксация азота / Е. Н. Мишустин // Известия АН СССР. Сер. Биологическая. — 1962. - № 5. - С. 685-699.
4. Посыпанов, Г. С. Интенсивность фотосинтеза у сои и фасоли в зависимости от величины симбиотического аппарата / Г. С. Посыпанов, Г. Х. Джамро, Т. П. Кобозева // Известия ТСХА. - 1986. - № 5. - С. 19-24.
5. Романов, В. И. Взаимосвязь процессов азотфиксации и фотосинтеза в бобовом растении / В. И. Романов // Биологи-
ческая фиксация молекулярного азота. — Киев : Науковая думка, 1985. - С. 147-154.
6. Бжеумыхов, В. С. Научное обоснование повышения эффективности возделывания люцерны на основе интенсификации и рационального использования симбиотической азот-фиксации : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук : 06.01.09 / Владимир Сафарбиевич Бжеумыхов. — Орел, 2008. — 40 с.
ПОПОЛЗУХИНА Нина Алексеевна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Россия), заведующая кафедрой экологии и биологии, профессор кафедры экологии и биологии Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина (ОмГАУ).
МАКУШИНА Ирина Геннадьевна, старший лаборант кафедры уголовного права и криминалистики Омской академии МВД РФ, аспирантка кафедры экологии и биологии ОмГАУ.
ОЗЯКОВА Екатерина Николаевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель кафедры экологии и биологии ОмГАУ.
ОМЕЛЬЯНЮК Людмила Валентиновна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (Россия), старший научный сотрудник лаборатории селекции зернобобовых культури Сибирского НИИ сельского хозяйств, доцент кафедры землеустройства ОмГАУ. ОБУХОВА Анастасия Владимировна, инженер-лаборант кафедры экологии и биологии, аспирантка кафедры экологии и биологии ОмГАУ.
Адрес для переписки: 644008, г. Омск, Институтская пл., 2.
Статья поступила в редакцию 27.02.2012 г.
© Н. А. Поползухина, И. Г. Макушина, Е. Н. Озякова,
Л. В. Омельянюк, А. В. Обухова
Книжная полка
Бекенёв, В. А. Технология разведения и содержания свиней : учеб. пособие для вузов / В. А. Бе-кенёв. - М. : Лань, 2012. - 416 с. - ISBN 978-5-8114-1257-0.
В настоящем учебном пособии излагаются актуальные проблемы свиноводства, наиболее интересующие специалистов в современных условиях. За основу взят анализ накопленных к данному времени теоретических и прикладных исследований, проведенных в нашей стране и за рубежом, а также опыт многолетних собственных экспериментов автора. При этом значительное внимание уделяется освещению приемов генетики, селекции, воспроизводства, технологии содержания свиней в свете современных достижений науки. В частности, показаны наиболее оптимальные пути оценки племенных качеств животных, поиска и использования генетических маркеров, создания новых селекционных достижений на примере выведения самого скороспелого в нашей стране новосибирского типа свиней крупной белой породы. Особое внимание уделено выяснению биологической сущности явлений гетерозиса и инбредной депрессии, на которых основаны приемы подбора пар, скрещивания разных пород для получения наибольшего эффекта разведения. Подробно освещены методы содержания холостых и супоросных маток, хряков; приема опоросов; ухода за подсосными матками и поросятами; выращивания отъемышей, ремонтного молодняка и откорма свиней. Отдельная глава посвящена разработке проектно-технологических решений свиноводческих ферм и комплексов с интенсивным производством, основанных на современных достижениях науки по содержанию животных, механизации производственных процессов и строительства животноводческих помещений. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Зоотехния» и «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции». Также может использоваться аспирантами, научными сотрудниками, специалистами по свиноводству, предпринимателями.
