Evaluation of Phalaris arundinacea breeding material by the main economically valuable traits

Full Text

В соответствии с Доктриной продовольственной безопасности, действующей в Российской Федерации, остро стоит вопрос о решении задач, связанных с приоритетным направлением развития страны в области животноводства и обеспечением населения качественными продуктами питания. В современных реалиях сельскохозяйственная продукция должна обладать высокой конкурентоспособностью, что позволит вытеснить импорт и в дальнейшем обеспечит продовольственную безопасность. Решение этой проблемы возможно на основе укрепления кормовой базы как за счет улучшения естественных кормовых угодий, так и создания высокопродуктивных долголетних искусственных лугов. Кормопроизводство в Республике Коми, составляющее основу развития животноводства, носит неустойчивый характер. В настоящее время посевы многолетних трав занимают в регионе 26,9 тыс. га. Из них первого–третьего года пользования около 30 %, остальные – старовозрастные травосмеси с низкой продуктивностью [1]. Поскольку площади естественных лугов, играющих существенную роль в обеспечении кормами животноводства, большей частью сильно разбросаны и имеют низкую продуктивность, необходимо создание сеянных высокопродуктивных лугов.

Перспективным для возделывания является двукисточник тростниковый, как культура разностороннего использования, способная формировать высокую продуктивность, в отличие от других злаков, на освоенных торфяниках, низкопродуктивных лугах, переувлажненных землях [2]. Для Республики Коми и других северных регионов страны, характеризующихся особыми «северными» почвенно-климатическими условиями, необходимо создание специальных устойчивых и высокопродуктивных сортов для расширения посевов и улучшения кормовой базы отрасли животноводства.

В системе кормопроизводства ведущая роль принадлежит селекции многолетних трав, целью которой является создание высокоурожайных сортов. Основа любого селекционного процесса – это наличие исходного материала с широкой генотипической переменчивостью по основным хозяйственно ценным признакам [3].

Цель данного исследования – изучение популяций двукисточника тростникового различного эколого-географического происхождения и выделение из них наиболее ценных образцов по урожайности зеленой массы и сухого вещества, семян, интенсивности отрастания, облиственности, устойчивости к полеганию и другим признакам.

Материалы и методы

Основным методом исследования является полевой опыт, заложенный на экспериментальном участке Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар) – 61^о40′ с. ш., 50^о49′ в. д. В рамках работы было изучено пять селекционных образцов двукисточника тростникового, представляющих различные эколого-географические группы: СН 31 и СН 115 получены от дикорастущих популяций, отобранных на территории Республики Коми, СН 73 – от местных дикорастущих образцов, СН 62 – популяция из Канады, СН 186 – Карельская популяция. В качестве контрольного образца был выбран районированный и рекомендованный к выращиванию на территории республики сорт Первенец.

Площадь учетной делянки составила 10 м², с четырехкратной повторностью и рандомизированным размещением вариантов. Почва на опытном участке представлена дерново-подзолистой группой, по механическому составу среднесуглинистого типа, с высокими содержаниями подвижного фосфора, обменного калия и гумуса, достигающим 4 %. Агротехнические приемы соответствуют общепринятым нормам для данной зоны выращивания сельскохозяйственных культур [4].

Полевые учеты, наблюдения и оценку хозяйственно ценных признаков двукисточника тростникового проводили в соответствии с методическими рекомендациями [5]. Статистическую и математическую обработки результатов, полученных в ходе исследования, осуществляли на персональном компьютере с использованием пакета анализа данных в программе Microsoft Office Excel 2007 согласно установленной методике [6].

В процессе научно-исследовательской работы были зафиксированы различия в погодных условиях, наблюдавшихся в течение вегетационного периода растений, по сравнению со средними многолетними показателями осадков и температуры воздуха. Это позволило комплексно оценить и сопоставить параметры роста, развития кормовой и семенной продуктивности двукисточника тростникового в условиях неблагоприятной внешней среды.

Результаты и их обсуждение

Начало весеннего отрастания образцов двукисточника тростникового отмечено в первой декаде мая. На 20-й день отрастания в фазу кущения селекционные номера по высоте побегов не различались между собой, а из-за сложившихся погодных условий в мае различались по годам исследований. Так, в первый год опыта высота побегов составила 37–40 см, во второй – от 59 до 61 см, на третий год – 26–30 см.

По наступлению фаз развития селекционные номера отличались незначительно. Канадская (СН 62) и Карельская (СН 186) популяции отставали в среднем на три-четыре дня. Периоды «отрастание – колошение» составлял 41–49 дней при сумме положительных температур 495–540 °С; «колошение – цветение» – 10–16 дней при 232–140 °С; «цветение – созревание семян» – 17–22 дня при 320–424 °С. Перезимовка всех образцов прошла хорошо, зимостойкость оценена в 5 баллов. В годы пользования все изучаемые образцы и стандартный сорт Первенец высоко оценены по интенсивности отрастания весной и после укосов.

В фазу полного колошения проведен учет по урожайности зеленой массы, сухого вещества. В табл. 1 приведена структура урожая сорта стандарта Первенец и изучаемых селекционных номеров двукисточника тростникового.

 

Таблица 1. Структура урожая образцов двукисточника тростникового

Table 1. Yield structure of Phalaris arundinacea samples

Сорт, селекционный номер	Урожайность, т/га						Облиственность, %
	Зеленая масса			Сухое вещество
	Среднее	±к st	% к st	Среднее	±к st	% к st
c. Первенец, st	22,1	0	100,0	6,0	0	100,0	30,0
СН 31	29,1	7,0	131,0	8,5	2,5	142,0	26,0
СН 62	21,2	-0,9	96,1	5,8	-0,1	97,5	24,4
СН 73	27,3	5,2	123,5	7,9	1,9	131,9	29,2
СН 115	21,9	-0,2	99,0	6,2	0,2	103,4	31,6
СН 186	31,4	9,3	142,0	8,7	2,8	146,2	32,2
НСР05	2,1	-	-	1,3	-	-	-

Примечание. Здесь и в табл. 2: «–» – для данных показателей НСР не рассчитывали.

Note. Here and in Table 2: ‘‘-’’ no data.

 

В среднем за годы изучения урожайность зеленой массы и сухого вещества у двух номеров СН 62 (Канада) и СН 115 (Республика Коми) находилась на уровне сорта Первенец (22,1 и 6,0 т/га) и составила 21,2–21,9 и 5,8–6,2 т/га. По данным признакам следует отметить выделившиеся образцы СН 31 (дикорастущая популяция Республики Коми), СН 73 (отбор из дикорастущих образцов Республики Коми) и СН 186 (карельская популяция). Самая высокая урожайность зеленой массы получена у СН 186 (42,0 % к стандарту); сухого вещества – у СН 31 и СН 186 (соответственно 42,0–46,2 % к стандарту) (рис. 1).

 

Рисунок 1. Урожайность сухого вещества, т/га.

 

За время изучения облиственность по номерам варьировала от 24,4 до 32,2 %. По данному показателю селекционные номера СН 31 и СН 62 уступали стандарту от 4,0 до 5,4 %, остальные номера были с ним практически равноценны.

В годы исследований отмечено интенсивное кущение растений двукисточника тростникового (рис. 2).

 

Рисунок 2. Число побегов селекционных номеров двукисточника тростникового, шт./м2.

 

В первый год пользования наибольшее число побегов на 1 м² сформировали СН 73 (отбор из дикорастущих образцов Республики Коми) и СН 186 (карельская популяция), которые имели на 36–112 побегов больше стандарта, существенно меньше имел СН 31–344 шт./м², уступая стандарту 68 побегов.

На второй год пользования отмечено интенсивное кущение у СН 31 (дикорастущая популяция Республики Коми), количество побегов на единицу площади увеличилось в 2,1 раза, у остальных номеров – в 1,2–1,8. Следует отметить, что густота травостоя – это основа высокой продуктивности урожая и долголетия.

Однако на третий год пользования отмечено некоторое снижение интенсивности побегообразования. Более изреженными оказались номера СН 31 и СН 186, которые в предыдущем году имели максимальное количество побегов, сформировав их меньше на 210–161 шт. соответственно.

По густоте травостоя на уровне прошлых лет исследований оказался селекционный номер СН 62 (канадская популяция). Практически равноценную густоту травостоя с сортом Первенец имели номера СН 73 и СН 115.

В фазу колошения проведен морфологический анализ изучаемых номеров двукисточника тростникового. Высота генеративных побегов в первый год пользования составила по образцам 116–137 см, сорт стандарт Первенец – 131 см. Наиболее низкие побеги отмечены у образца Канадской популяции, уступив стандарту 15 см. По числу междоузлий и листьев селекционные номера не различались, толщина сформированных стеблей изучаемых образцов составила от 3,0 до 4,5 мм. По цвету междоузлий, особенно в верхней части стебля, номера характеризовались как однотипные, со слабой коричневой окраской. Более широкими листьями отличились образцы СН 186 и СН 115 (соответственно 25×1,1 и 26×1,3 см), у стандарта – 23×1,1 см.

Двукисточник тростниковый, как злак озимого типа развития, в год посева не формирует генеративные побеги, более того, на второй год жизни наблюдается слабая репродуктивная способность. Полного развития достигает на третий–четвертый годы жизни.

В наших исследованиях в первый год пользования изучаемые номера сформировали низкую урожайность семян – от 0,23 до 0,46 ц/га, стандарт – 0,38 ц/га (табл. 2).

 

Таблица 2. Урожайность семян образцов двукисточника тростникового

Table 2. Seed yield of Phalaris arundinacea samples

Сорт, селекционный номер	Урожайность семян, ц/га						Высота, см
	2009 г.	2010 г.	2011 г.	среднее	±к st	% к st
c. Первенец, st	0,38	1,9	1,7	1,32	0	100,0	135,0
СН 31	0,46	1,7	1,7	1,28	-0,04	96,9	140,2
СН 62	0,23	1,7	2,1	1,34	0,02	100,0	137,9
СН 73	0,34	2,0	2,4	1,58	0,26	119,7	146,4
СН 115	0,26	1,6	2,1	1,32	0	100,0	139,4
СН 186	0,44	2,1	2,0	1,51	0,19	114,4	136,2
НСР05	0,08	0,1	0,2	0,1	-	-	1,5

 

Проведя биометрический анализ исследуемых номеров, следует отметить образцы из Республики Коми, выделившиеся по количеству полноценных, выполненных семян соцветия – 58–86 шт., у Карельской популяции и сорта Первенец данный показатель составил 71 шт., что составило 54,4–68,2 %. По весу 1 тыс. семян более крупные сформировали селекционные номера коми популяции – от 1,1 до 1,3 г, тогда как максимальный вес семян 1,4 г получен у образца из Карелии (СН 186).

На второй год пользования число выполненных семян в соцветии увеличилось у всех образцов в два и более раза, у сортообразца СН 115 – в 1,3. Лучшие показатели по параметру семенной продуктивности имели соцветия СН 31, СН 73 (коми популяция) и СН 186 (карельская популяция). Получен высокий урожай семян – от 1,6 до 2,1 ц/га. Повышение урожайности семян связано с увеличением числа репродуктивных побегов на единицу площади в 1,5–2,0 раза по сравнению с предыдущим годом.

На третий год пользования наблюдали увеличение семян в соцветии. Семена сформировались мелкие, весом 0,8–0,9 г (1 тыс. семян), а урожайность оказалась выше – 2,0–2,4 ц/га. По данному признаку все образцы превзошли стандарт, кроме СН 31, который имел равноценный сбор семян со стандартом Первенец – 1,7 ц/га. Увеличение урожайности семян обусловлено большим числом репродуктивных побегов в травостое и благоприятными погодными условиями.

В результате трехлетних исследований наибольший процент недозревших семян из-за неравномерного созревания сформировал сорт Первенец, а по всхожести семян все селекционные номера были одинаковыми (от 81 до 86 %).

По урожайности семян выделены изучаемые номера СН 73 (коми популяция) и СН 186 (карельская популяция), которые превысили стандарт в среднем за три года на 14,4–19,7 %. Остальные селекционные номера были на уровне стандарта, что свидетельствует об улучшении данного признака у изучаемых номеров по сравнению с исходным дикорастущим материалом. Высота растений при семенном использовании колебалась от 135,0 до 146,4 см.

Заключение

Таким образом, из пяти изученных сортообразцов двукисточника тростникового по параметрам кормовой и семенной продуктивности отобраны три – СН 31, СН 73 и СН 186, полученные из местной и Карельской популяций, с высокой зимостойкостью и устойчивостью к стрессовым условиям Республики Коми. Номера превзошли сорт стандарт Первенец по урожайности семян и сухого вещества на 14,4–19,7 и 31,9–46,2 % соответственно и могут быть рекомендованы в качестве исходного материала при проведении дальнейшей селекционной работы или получении сорта, адаптированного к почвенно-климатическим условиям Севера. Были проведены отборы ценных образцов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

Tatiana V. Kosolapova

Institute of Agrobiotechnologies, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kosolapova.niish@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6550-2296

Junior Researcher at the Department of Agricultural Genomics

Russian Federation, Syktyvkar

Aleksei G. Tulinov

Institute of Agrobiotechnologies, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: toolalgen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7184-6113

Candidate of Sciences (Agriculture), Researcher at the Department of Agricultural Genomics

Russian Federation, Syktyvkar

References

Supplementary files