Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству

На правах рукописи

Сиволапов Владимир Алексеевич

ПЛАНТАЦИОННОЕ ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЕ БЫСТРОРАСТУЩИХ ПОРОД В ЛЕСОСТЕПИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОТЕХНОЛОГИИ IN VITRO

Специальность: 06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия на кафедре лесных культур, селекции и лесомелиорации.

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Чернодубов Алексей Иванович

Официальные оппоненты: Чернышов Михаил Павлович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия, кафедра лесоводства, лесной таксации и лесоустройства, профессор Мельник Петр Григорьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВПО Московский государственный университет леса, кафедра лесоводства и подсочки леса, доцент Ведущая организация ФБУ Всероссийский научно-исследовательский институт леса и механизации

Защита состоится 20 декабря 2012 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.034.01 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 ВГЛТА, тел. (факс) 8(473)2537847.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА

Автореферат разослан 16 ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Капитонов Дмитрий Юрьевич ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наряду с традиционными приемами воспроизводства ценных форм и сортов лесных древесных растений используют метод культуры изолированных органов и тканей (клональное микроразмножение растений). Эта проблема еще более актуальна в годы ускоренного лесовосстановления горельников лиственными древесными породами. К преимуществам этого метода относятся: быстрота производства, исключение вирусных заболеваний, потребность в малом количестве инициальных эксплантов и ограниченность площадей, возможность круглогодичного продуцирования посадочного материала, продолжительная его сохранность при минимальных объемах холодильных камер, продуцирование большого количества посадочного материала в год.

Необходимость массового воспроизводства генетически улучшенных форм древесных растений с помощью культуры тканей для улучшения качественного состава лесонасаждений за счет получения клоновых растений, устойчивых к болезням и вредителям, стрессовым и техногенным факторам может ускорить воспроизводство лесных ресурсов, позволит получить генетически улучшенный материал значительно раньше, чем в обычных условиях.

В последние годы особую значимость приобретают плантационные культуры березы, ольхи, тополя с коротким периодом ротации на получение мелкотоварной древесины для целей прессования, производства строительных деталей и целлюлозы.

Актуальность темы исследования в настоящее время возрастает, в связи с потребностью использования селекционно улучшенных форм березы, ольхи и тополя для плантационного лесоразведения.

Диссертация выполнена в соответствии с грантом № 14213 Участник молодежного научно-исследовательского конкурса, тема №16 Разработка биотехнологии in vitro для выращивания посадочного материала и создания плантационных культур быстрорастущих древесных пород в условиях ЦЧР, а также в соответствии с направлением фундаментальных научноисследовательских работ Воронежской государственной лесотехнической академии - входит в проект 5.4108.2011 Лесоводственно-экологические основы ускоренного лесовозобновления горельников Министерства образования и науки Российской Федерации.

Целью работы было изучение и анализ роста и устойчивости культур быстрорастущих древесных пород с использованием микроклонального размножения. Разработка рекомендаций создания плантационных культур березы, ольхи и тополя; использование биотехнологии in vitro для создания клоновых лесосеменных плантаций.

Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Отобрать ценные биотипы в древостоях и культурах для клонирования.

2. Выявить состояние и продуктивность плантационных культур березы, ольхи и тополя сереющего, созданных традиционными технологиями и регенерантами in vitro.

3. Изучить качественные характеристики древесинного либриформа регенерантов, сеянцев и черенковых саженцев изучаемых пород.

4. Дать сравнительную хозяйственно-экономическую оценку плантационных лесных культур, созданных из регенерантов in vitro и сеянцев.

5. Изучить использование биотехнологии in vitro при создании клоновых лесосеменных плантаций ольхи, березы.

6. Разработать рекомендации создания плантационных культур березы, ольхи и тополя с использованием биотехнологии in vitro.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Характеристика ценных биотипов березы, ольхи и тополя для получения посадочного материала in vitro;

2. Состояние, продуктивность и динамика роста культур березы, ольхи и тополя, созданных регенерантами in vitro и сеянцами;

3. Сравнительная характеристика показателей древесинного волокна регенерантов, сеянцев и черенковых саженцев;

4. Использование биотехнологии in vitro при создании клоновых лесосеменных плантаций ольхи;

5. Хозяйственно-экономическая оценка лесных культур, созданных регенерантами in vitro и сеянцами.

Научная новизна исследований:

Впервые проведено комплексное исследование количественных и качественных показателей плантационных лесных культур березы, ольхи и тополя в лесостепи ЦЧР, созданных регенерантами in vitro, сеянцами и черенковыми саженцами. Предложен способ создания клоновых лесосеменных плантаций с использованием биотехнологии in vitro на примере ольхи черной, серой и березы карельской.

Практическая значимость и реализация результатов работы состоит в разработке рекомендаций по использованию биотехнологии in vitro в плантационном разведении быстрорастущих древесных пород. На гарях Учебноопытного лесхоза заложены опытные культуры регенерантами in vitro.

Апробация работы. Материалы исследований были представлены:

- на съезде ВОГиС (Москва, 2009);

- на Международных совещаниях, конференциях, симпозиумах (Красноярск, 2005, 2011; Воронеж, 2006, 2010, 2012; Алушта (Киев), 2008;

Петрозаводск, 2011);

- на республиканских и областных конференциях (Воронеж, 2005, 2007, 2010, 2011; Новочеркасск, 2010).

ичный вклад автора. Работа является результатом исследований, проведенных самим автором при непосредственном участии в качестве ответственного исполнителя гранта У.М.Н.И.К. и исполнителя темы фундаментальных исследований по лесовозобновлению горельников. В диссертации использованы экспериментальные данные, полученные автором на всех этапах работы: выбор направления, разработка программы и методов проведения всего комплекса полевых и лабораторных исследований, обработка и анализ полученных данных, подготовка публикаций.

Публикации. По материалам диссертации автором опубликованы (лично и в соавторстве) 17 работ общим объемом 3,5 п.л., в том числе одна статья в журнале, рекомендованных ВАК Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций и изложена на 164 страницах, включая 27 таблиц, 32 рисунка, приложения, список использованной литературы 2наименований, в том числе 34 на иностранных языках.

1. Состояние изученности проблемы Развитие лесного плантационного хозяйства в Центрально-Черноземном районе России с использованием традиционных технологий и биотехнологий представляет собой одну из актуальных проблем экономики региона, особенно с решением проблемы ускоренного лесовозобновления горельников. Этой проблеме посвящены труды ученых лесоводов: А.И. Писаренко, И.М. Шутова, В.К. Попова, И.В. Сухова, А.П. Царева, Н.С. Русина, А.И. Чернодубова, В.П.

Бессчетнова, С.С. Веретенникова, А.П. Доценко, В.А. Морозова, Н.В.

Куприянова, А.Р. Родина, В.А. Чевидаева, С.А. Родина, С.Д. Смирнова, Г.И.

Редько, Ю.П. Ефимова, Е.В. Титова, А.И. Сиволапова, А.В. Жигунова, Е.М.

Романова, Е.А. Калашниковой, Д.А. Шабунина, С.С. Багаева, А.П. Максименко, И.А. Марковой и др.

Применение микроклонального размножения в лесокультурной практике ЦЧР стало внедряться с начала 90-х годов ХХ века (Г.П. Бутова, Т.М. Табацкая, О.С. Машкина, Ю.Н. Исаков, А.И. Сиволапов, Т.А. Благодарова и позднее В.А.

Сиволапов и др.).

2. Природно-климатические условия и лесной фонд района исследований Воронежская область расположена в центральной полосе Европейской части России. Эта наиболее крупная область Центрального Черноземья. Её территория составляет 52,4 тыс. км2.

Климат на территории области - умеренно-континентальный со среднегодовой температурой от +5 С на севере области до +6,5 С на юге.

Главные его особенности: большая годовая амплитуда температур, сравнительно мягкая зима с частичными оттепелями и снегопадами, солнечное продолжительное лето, умеренное и не вполне устойчивое увлажнение с преобладанием летних осадков. Характерны продолжительные засушливые периоды, способствующие формированию вспышек массового размножения различных вредных насекомых. Континентальность климата увеличивается с северо-запада на юго-восток. При этом сумма положительных температур возрастает от 2700 на севере до 3200 на юге. На большей части области среднегодовое количество осадков составляет 450-550 мм, но по годам эта цифра может разница от 200 до 900 мм. Среднегодовой максимум температур - +34,5, а минимумЦ-27Е-31 С. Летом часты суховеи, приходящие к нам из Средней Азии.

В среднем два раза в десять лет случаются засухи. В последнее время климат стал более непредсказуемым и контрастным. Стало возникать больше опасных природных явлений (аномальные засухи, ожеледь, сильные продолжительные морозы, ураганные ветры, сильные ливневые дожди).

3. Объекты и методика исследований Объектами исследований явились экспериментальные плантационные культуры березы, ольхи и тополя, созданные под руководством В.К. Попова, А.И.

Сиволапова, А.И. Чернодубова, Т.А. Благодаровой из регенерантов in vitro, сеянцев и черенковых саженцев в Учебно-опытном и Новоусманском лесхозах Воронежской области.

Методами исследований явились дендрометрический, цитологический, анатомо-гистологический, и др.

4. Получение посадочного материала березы повислой и карельской, создание плантационных культур Клональное микроразмножение, как один из путей биотехнологии, позволяет за короткий срок получать большое количество генетически однородного посадочного материала, значительно ускоряя селекционный процесс, сокращая сроки получения товарной продукции новых сортов до 2Ц3 лет вместо 10Ц12. Для микроклонального размножения использованы следующие формы: мелкоромбовидно-трещиноватая форма березы повислой Воронежского происхождения; продольно-трещиноватая форма березы повислой Киевского происхождения; высокоствольная форма березы карельской. Культуры созданы в Конь-колодезском лесничестве редкой посадкой (3 6 м) по раскорчеванной вырубке, в лесорастительных условиях С2 - С3. Почвы - серые лесные супесчаные.

Приживаемость регенерантов и сеянцев на плантации была 93 %.

Однолетние регенеранты в культурах отличались от сеянцев: регенеранты имели округлую крону, в то время как сеянцы - выраженный стволик.

К концу 6-го года сеянцы и регенеранты выравнялись и их трудно различить. За растениями ведутся ежегодные наблюдения.

Таблица - 1 Сравнительная характеристика основных биометрических показателей 14-летних культур березы, созданных сеянцами и регенерантами in vitro Происхождение Средние показатели посадочного высота до ширина высота, м диаметр, см материала кроны, м кроны, м Регенеранты березы 12,70,33 11,30,31 3,10,10 4,10,повислой Сеянцы березы 11,10,45 9,30,40 5,90,24 3,50,повислой Из полученных данных видно, что регенеранты in vitro березы повислой превышают сеянцы по биометрическим показателям: диаметру - 21,5% (tф(4,0)>t0,05(1,96) различия достоверны), по высоте - 14,4% (tф(2,6)>t0,05(1,96) различия достоверны), длине зеленой части кроны - 84,6%, ширине кроны - 17,1% (tф(3,0)>t0,05(1,96) различия достоверны).

Таблица - 2 Сравнительная характеристика продуктивности и состояния 14летних культур березы, созданных традиционными методами и способами биотехнологии Средневзве- Техническая категория, % Название Запас, шенная посадочного Деловая Дровяная м3/га категория материала древесина древесина состояния Сеянцы березы 85,6 1,2 (здоровые) 79,8 20,повислой Регенеранты березы 192,6 1,1 (здоровые) 75,6 24,повислой Регенеранты 32,8 1,0 (здоровые) 100,0 - карельской березы Средневзвешенная категория состояния древостоя варьирует от 1,0 до 1,(здоровые), что свидетельствует о высокой жизнеспособности опытных плантационных культур.

Для выявления роли происхождения посадочного материала на интенсивность роста опытных культур, созданных сеянцами и регенегантами in vitro, результаты инвентаризации 2011 года обработаны однофакторным дисперссионным анализом (таблица 3).

Таблица 3 - Итоговая таблица однофакторного дисперсионного анализа роста культур березы по диаметру, созданных сеянцами и регенегантами in vitro Сумма квад- Средний Fst Источники Степени ратов откло- Квадрат Fф Р=0,05 Р=0,вариации свободы нений (2) Межгрупповая 1 82,36 82,Внутригрупповая 112 955,6 8,53 9,66 3,9 6,Общая 113 1038,0 - Дисперсионный анализ влияния фактора происхождения посадочного материала на интенсивность роста по диаметру показал достоверность результатов. Нулевая гипотеза отвергается с вероятностью (Р=0,99) в отношении влияния происхождения посадочного материала на рост по диаметру регенерантов и сеянцев. В 15 лет средний диаметр на высоте 1,3 м у регенерантов больше, чем у сеянцев на 1,7 см. Поскольку Fф > Fst в достоверности найденных показателей сомневаться не приходится. Сила влияния изучаемого фактора не высокая 2=8%. В условиях лесных супесчаных почв Конь-Колодезского лесничества в 15 лет средний диаметр деревьев березы повислой у сеянцев составляет 10,00,29 см, у регенерантов - 11,70,32, что подтверждает перспективность использования регенерантов в лесокультурной практике. По высоте также наблюдается превышение (таблица 4).

Дисперсионный анализ влияния фактора происхождения посадочного материала на интенсивность роста по высоте показал достоверность результатов.

Нулевая гипотеза отвергается с вероятностью (Р=0,95) в отношении влияния происхождения посадочного материала на рост по высоте регенерантов и сеянцев.

Таблица 4 - Итоговая таблица однофакторного дисперсионного анализа роста культур березы по высоте, созданных сеянцами и регенегантами in vitro Сумма Средний Fst Источники Степени квадратов Квадрат вариации свободы Fф Р=0,05 Р=0,отклонений (2) Межгрупповая 1 26,1 26,Внутригрупповая 28 121 4,3 6,07 4,2 7,Общая 29 147 5,В 15 лет средняя высота у регенерантов больше, чем у сеянцев на 1,9 м.

Поскольку Fф > Fst в достоверности найденных показателей сомневаться не приходится. Сила влияния изучаемого фактора не высокая 2=18%. В условиях лесных супесчаных почв Конь-Колодезного лесничества в 15 лет средняя высота деревьев березы повислой у сеянцев составляет 12,70,35 м, у регенерантов - 14,60,38.

Культуры березы повислой, выращенные Культуры березы повислой, выращенные из из регенерантов in vitro; возраст 14 лет сеянцев; возраст 14 лет Рисунок 1 ЦКультуры березы повислой, созданные регенерантами in vitro и сеянцами Селекция отдельных биотипов и клонов березы на длину волокна может иметь значение для создания плантационных культур специального назначения (для получения целлюлозного сырья). Наиболее ценными считают длинноволокнистые формы. Но в целом пригодна древесина, имеющая длину либриформа 0,8 мм и более (Полубояринов, 1976; Гаврилова, 1971 и др.).

Использование древесины березы весьма разнообразно: начиная от мелких домашних поделок до применения в строительстве и целлюлозной промышленности.

Изучалась длина, толщина стенок и диаметр древесинного либриформа.

Результаты изучения показывают, что у регенерантов показатели выше, чем у сеянцев (таблица 5).

Таблица 5 - Характеристика древесинного либриформа регенерантов и сеянцев березы в возрасте 15 лет Происхождение Длина либриформа, Ширина Толщина стенки дерева мм либриформа, мкмм либриформа, мкмм Береза 0,880,019 22,30,06 4,00,регенерант Береза сеянцы 0,790,016 21,40,05 3,80,Биотехнология in vitro перспективна для создания клоновых лесосеменных плантаций. В качестве примера может служить высаженные в 1996 г. кафедрой лесных культур и селекции регенеранты березы карельской на темно-серых лесных суглинистых почвах в Правобережном лесничестве Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА. В возрасте 16 лет высота деревьев составила 8,50,35 м., диаметр 29,0 0,39 см. В 2010 году у клонов березы карельской было обильное плодоношение. Определение жизнеспособности пыльцы методом окрашивания йод-хлоралгидратом показало 100 % жизнеспособность. Сбор семян проведен июля. Масса 1000 шт. семян составила 0,199 г. Свежесобранные семена проращивали в чашках Петри при температуре 30 - 32 С. Наблюдения показали:

через сутки семена набухают, на вторые сутки наклёвываются и на третьи сутки прорастают. Лабораторная всхожесть составила 87 %. Посев семян выполнен в открытом грунте питомника. К октябрю месяцу сеянцы достигли высоты 3,5 0,23 см. Осенью 2011 года сеянцы березы карельской высажены на опытный участок горельника Левобережного лесничества в лесорастительных условиях АЦ В2.. Посадка сеянцев проведена с помощью меча Колесова в дно борозды с размещением 1,5 3,0 м. Борозды по горельнику подготовлены плугом ПКЛ - 70.

Приживаемость и сохранность 100%.

5. Выращивание посадочного материала и создание культур ольхи Ольха черная произрастает на переувлажненных почвах в условиях D4-5, где никакая другая древесная порода произрастать не может. При правильной технологии создания культур ольховые древостои дают высокие показатели продуктивности.

Для сохранения ценных биотипов ольхи черной (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) и серой (Alnus incana L.) разработан способ микроклонального размножения, который перспективен для создания клоновых архивов, лесосеменных плантаций и плантационных культур.

В Новоусманском лесничестве созданы плантационные культуры ольхи черной и серой из регенерантов и сеянцев. Сравнение роста регенерантов в опыте с закрытой и открытой корневой системой показало достоверно лучший рост в первом случае (tф=2,75> tст.=2,04).

Анализ роста клонов и сеянцев в возрасте 8 лет показал, что различия между регенерантами и сеянцами были не существенными на 5% уровне значимости. Средняя высота регенерантов составила 4,90,37 - 5,60,69 м., средний диаметр 4,70,76 - 5,30,73 см. Средняя высота сеянцев 4,90,35 м, средний диаметр 5,20,68 - 5,40,81. Уровень изменчивости по высоте у регенерантов был средним - 19%, повышенным - 25Ц27 % и высоким 32%.

Уровень изменчивости по диаметру был очень высоким (рисунок 2).

Рисунок 2 - Испытательные культуры in vitro ольхи черной в пойме р.

Тавровка Новоусманского лесничества; возраст 8 лет На примере ольхи изучено использование биотехнологии in vitro при создании клоновых лесосеменных плантаций.

Практически во всех странах мира, отмечает Ю.П. Ефимов (2010), основной формой организации семеноводства признаны лесосеменные плантации (ЛСП), создаваемые путем размножения отобранных в насаждениях плюсовых деревьев.

Генеративное развитие деревьев ольхи семенного происхождения и регенерантов in vitro различаются.

Регенеранты ольхи черной начинают цвести и плодоносить с 3-4 лет.

Нами изучена жизнеспособность и размеры пыльцы регенерантов и сеянцев ольхи черной и серой, с целью сравнения указанных показателей для выяснения возможности использования микроклонального размножения при создании клоновых лесосеменных плантаций (таблица 6). Жизнеспособность равна 95-98%.

Таблица 6Ц Жизнеспособность пыльцы регенерантов и сеянцев ольхи черной и серой Название дерева Количество окрашенных пыльцевых зерен, % 3.04.2011 г. 25.05.2011 г.

Ольха черная №46 (сеянцы) 98 Ольха черная №46 (in vitro) 97 Ольха черная №3 (in vitro) 98 Ольха серая №6 (сеянцы) 95 Ольха серая №2 (in vitro) 96 Качественный и количественный состав формирующейся пыльцы в значительной степени определяется динамикой и характером поведения хромосом в мейозе при микроспорогенезе. Известно также, что между размерами пыльцевых зерен и плоидностью существует прямая зависимость. Исходя из этого, по такому морфометрическому показателю, как диаметр пыльцы можно опосредованно судить об особенностях развития мужского гаметофита исследуемых организмов, об их генетической природе, в частности, о возможной гибридной, мутагенной или полиплоидной природе. Этот показатель важен для перекрестного опыления на лесосеменных плантациях.

Морфометрические показатели качественного состава пыльцы представлены в таблице 7.

Таблица 7Ц Диаметр пыльцевых зерен у исследуемых деревьев ольхи черной и серой Диаметр пыльцы (мкмм), количество пыльцевых № дерева зерен, % Деформи21,7-24,8 27,9-31,0 >31,0 рованная пыльца Ольха черная № 46, сеянец 56 41 - Ольха черная № от 46, регенерант 16 60 22 Ольха черная № 3, регенерант 15 61 23 Ольха серая, № 6, сеянец 48 52 - - Ольха серая, № от 6, регенерант 8 36 52 Анализ завершающего этапа формирования микроспор показал, что у регенерантов и сеянцев ольхи черной и серой процесс развития мужской генеративной сферы протекает без значительных отклонений и заканчивается образованием качественной, выравненной пыльцы.

Характеристика количественных показателей у шишек показала, что по коэффициенту формы шишек различия у них были не существенными.

Коэффициент формы шишек составил в среднем 0,50 - 0,64. Длина шишек у сеянцев составила в среднем от 1,60,03 до 1,80,06 см, у регенерантов - от 1,40,04 до 1,70,04 см. Различия по длине шишек достоверны при t=0,05.

Ширина шишек у сеянцев и регенерантов составила от 0,80,04 до 0,90,02 см.

Различия по ширине шишек у сеянцев и регенерантов отсутствуют. Лабораторная всхожесть семян, полученных от регенерантов и сеянцев не отличается и составляет 85 %.

6 Плантационные культуры тополя 6.1 Культуры тополя на вырубках Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА Плантационные культуры лучших сортообразцов тополей заложены весной 1994 года при разработке инновационного проекта по ускоренному выращиванию древесных пород. Свежая осиновая вырубка площадью 3,6 га подготовлена по технологии ВГЛТА, тип лесорастительных условий С2. Почва темно-серая лесная супесчаная, тип лесорастительных условий произрастания - С2(С3), количество пней - 650-750 шт/га.

Таблица 8 - Рост тополей в высоту и по диаметру в 14 лет Ср. Ср. диа- Коэф. Коэф.

Название тополя высота, Точность метр, см Точность вариа- вариам (Нm) опыта, % (Дm) опыта, % ции, % ции, % 18,60,54 18,5 3,0 19,00,62 23,5 3,Брабантика №19,60,43 10,7 0,8 19,40,58 19,6 2,ЭС-19,60,95 16,8 1,5 18,90,30 15,8 3,И-45/17,60,99 19,4 2,7 18,60,37 24,4 3,R-21,70,89 14,1 2,3 18,50,85 19,0 2,Регенерата №16,10,57 13,8 3,0 15,70,36 17,4 3,Черный гибрид Лучшими показателями в 14 лет отличается Евроамериканский тополь Регенерата, средняя высота 21,70,89 м, попарное сравнение по критерию Стьюдента с другими сортообразцами различия достоверны при t=0,05; по диаметру различия не достоверны. Считаем, что в 15 - 20 лет, зимой или ранней весной можно проводить рубку тополей. Оставшиеся пни дадут корневые отпрыски и поросль от пня, что позволит сформировать новое насаждение тополей.

6.2 Создание культур тополя на площадях, вышедших из-под сельхозпользования В 1983 году в Семилукском питомнике ЦНИИЛГиС создан экспериментальный сортоиспытательный участок полиплоидных и диплоидных тополей, это пример создания плантационных культур тополя на открытых площадях. Почва - деградированный чернозем, подготовка ее осуществлялась по системе черного пара, размещение посадочных мест 4 4 м.; опыт заложен в трех повторностях, в качестве контроля представлен широко распространенный диплоид - тополь бальзамический. Для сравнения введены другие триплоидные и диплоидные тополя. Испытательные культуры из быстрорастущих пород позволяют получать товарную древесину в короткие сроки. Опыт показывает, что сорт - тополь Хоперский 1 может давать прирост в год до 25Ц30 м3/га (таблица 9).

Таблица 9 - Показатели роста и продуктивности сортообразцов тополей в 26 лет на испытательном участке в Семилукском питомнике Высота, м Диаметр, см Название тополя Запас, м3/га (Н m) (Д m) Бальзамический 18,30,40 18,00,61 Робуста - 236 22,50,33 26,50,83 2Э.С. - 38 22,80,26 23,80,72 2Бальзамический 3n №1 21,50,15 24,80,91 2Бальзамический 3n №2 22,50,17 23,50,74 2Хоперский 1 27,20,43 37,31,15 7Из таблицы видно, что в возрасте рубки (26 лет) тополь Хоперский превышает тополь бальзамический (контроль) по диаметру на 19 см., по высоте на 9 м.

Для выяснения роли генотипа на рост по диаметру нами выполнен однофакторный дисперсионный анализ. Математическая обработка результатов опыта подтверждает достоверность различий: Fф > Fst (3,38 > 3,1) при Р = 0,05.

Нулевая гипотеза отвергается: разница влияния сортовой принадлежности на рост по диаметру оказывается статистически достоверной, сила влияния составляет 2 = 59%. При изучении роста по диаметру клонов и сортов тополя на испытательном участке Семилукского питомника можно отметить, что тополь Хоперский 1 превышает по диаметру другие образцы на 11 - 19 см.

Однофакторный дисперсионный анализ влияния генотипа тополя на рост по высоте также подтверждает достоверность различий: Fф > Fst (3,38 > 3,1) при Р = 0,05. Так как Fф > Fst, нулевая гипотеза отвергается: в высшей степени достоверно, что отдельные сортообразцы с разной силой влияют на рост в высоту деревьев: сила влияния составляет 2 = 16 %.

6.3 Создание плантационных культур тополя регенерантами in vitro Другой участок плантационных культур тополя Хоперский 1 находится в квартале 26 Конь-Колодезского лесничества Липецкой области. Это первые в Центрально-Черноземном районе испытательные плантационные культуры тополя из регенерантов in vitro, черенков и сеянцев заложены весной 1996 на площади около 7 га. Участок под культурами ровный (раскорчеванная вырубка сосны, пораженной корневой губкой), почвы - серые лесные супесчаные, лесорастительные условия С2-3. Подготовка почвы проведена бороздами плугом ПКЛ-70. Культуры созданы рядовой посадкой через 6 м., в ряду через 3 м., в качестве уплотнителя введен кустарник пузыреплодник. Посадка регенерантов ручная под меч Колесова и лопату, черенки - под меч Колесова. Регенеранты тополя Хоперский 1 получены в лаборатории генетики НИИЛГиС, для сравнения использовали черенки триплоидного тополя бальзамического, полученного Е.М.

Гуляевой в той же лаборатории. Черенки тополя бальзамического заготовлены с маточной плантации длиною 25 - 30 см. Приживаемость регенерантов составила 100 %, черенки укоренились на 93 %.

За растениями ведутся ежегодные наблюдения (рисунок 3). Анализ полученных данных показал, что первые три года регенеранты показали лучший рост, чем черенковые саженцы тополя бальзамического. Начиная с 1999 года, наблюдается более быстрый рост тополя бальзамического, и в 2002 году тополь Хоперский 1 отстает в росте на 88 см. В 2004 году средняя высота тополя Хоперский 1 составила 9,3 м, тополя бальзамического - 8,8 м, то есть регенеранты превышают черенковые саженцы на 0,5 м. К 2012 г., то есть в 16 лет, высоты изучаемых тополей составляют 21,00,45 -19,40,39 м.

На запас древесины большее влияние оказывает диаметр деревьев. В 16 лет средний диаметр регенерантов тополя Хоперский 1 составляет 21,40,51 см, тополя бальзамического триплоидного 21,80,47 см.

Годы тополь бальзамический 3n тополь Хоперский Рисунок 3 - Динамика роста по высоте регенерантов тополя Хоперский 1 и черенковых саженцев триплоидного тополя бальзамического Учет состояния (жизнеспособности) в 16 лет показал, что 96 % деревьев тополя Хоперский 1 хорошего состояния и 4 % - удовлетворительного, а у тополя бальзамического все деревья хорошего состояния.

В Правобережном лесничестве на темно-серых суглинках регенеранты тополя Хоперский 1в 16 лет достигают высоты 18,00,58 м. и диаметра 33,00,см.

Шестнадцатилетние наблюдения опытных культур показывают, что вполне возможно размножение и создание плантационных культур тополей регенерантами in vitro. У большинства из них отмечается нормальный прямоствольный рост и хорошее состояние.

7. Экономические исследования эффективности выращивания сеянцев и регенерантов in vitro березы повислой Для определения и сравнения затрат на выращивание 1 гектара в открытом грунте питомника сеянцев и регенерантов in vitro березы повислой рассчитываем технологические карты.

Получено, что всего затраты на выращивание регнерантов in vitro в открытом грунте питомника березы повислой составляют 31953,8 руб., сеянцев - 33548,4 руб. Себестоимость выращивания одного растения Высота, м регенеранта in vitro и сеянца отличаются незначительно. Преимущество путей биотехнологии заключается в том, что за короткий срок (около 2 лет) можно получать большое количество генетически однородного посадочного материала, значительно ускоряя селекционный процесс. Кроме того, чрезвычайно важно, что при этом происходит оздоровление посадочного материала. Методом тканевых культур удается размножить растения, которые с трудом или совсем не размножаются вегетативно.

Для перспективности и актуальности исследуемой темы диссертационной работы нами проведены исследования коммерциализации биотехнологии in vitro и получения прибыли от продаж регенерантов березы повислой, а также разработан финансовый план организации малого предприятия.

Данные расчета показали, что чистый дисконтированный доход при ставке дисконтирования 10% на 3 год реализации проекта и после уплаты налогов на доходы составит 1,125 млн. руб. при условии продажи 100 тыс.шт. регенерантов.

Для реализации проекта необходимы инвестиции в размере около 1,9 млн. руб.

Данные вложения необходимы для производственных затрат (около 1,2 млн. руб.) и выплаты зарплаты (0,7 млн. руб.). На 3 год при продаже 50 тыс.шт.

регенерантов прогнозируется окупить все затраты и получать прибыль. Данные расчеты приведены при предполагаемой доле продаж посадочного материала на рынке Воронежской области около 0,3%.

Выводы В результате проведенных исследований по использованию микроклонального размножения для создания плантационных культур быстрорастущих древесных пород в лесостепи можно сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Наиболее ценными быстрорастущими породами для плантационного лесоразведения в лесостепи являются: береза повислая, лучшие сорта тополя и ольха черная. Биотехнология in vitro имеет принципиальное значение для размножения трудно размножаемых семенами и черенками хозяйственно ценных форм и сортов древесных растений.

2. Дисперсионным анализом установлено влияние происхождения посадочного материала (регенеранты in vitro, сеянцы) березы повислой на рост по высоте и диаметру. На серых лесных супесчаных почвах Конь-Колодезского лесничества запас 14-летних плантационных культур березы повислой, созданных регенерантами in vitro, составляет 192,6 м3/га, сеянцами - 85,6 м3/га, но качество стволов у сеянцев лучше, чем у регенерантов.

3. Опыт создания плантационных культур березы карельской из регенерантов in vitro показал большое значение последних при получении специальных сортиментов ценных для мебельного производства.

4. Экспериментально установлено, что в культурах ольхи черной и серой различия по высоте и диаметру регенерантов in vitro и сеянцев в возрасте 8 лет на темно-серых суглинистых влажных почвах поймы реки Тавровка Новоусманского лесничества не существенны. Для ольхи биотехнология in vitro имеет значение при создании клоновых архивов хозяйственно-ценных форм, сортов; клоновых лесосеменных плантаций.

5. Показано, что плодоношение клоновых лесосеменных плантаций ольхи, созданных регенерантами in vitro начинается раньше - с 3-4 лет, чем у сеянцев - с 5-6 лет. Жизнеспособность пыльцы колеблется в пределах 95 - 98 %.

Количественный состав формирующейся пыльцы у микроклональных растений имеет 22-23% у ольхи черной и до 52% у ольхи серой крупной пыльцы (более мкмм.). По коэффициенту формы шишек различия у сеянцев и регенерантов in vitro не существенны. Лабораторная всхожесть семян достигает 80 %.

6. Плантационные культуры тополя подрода Eupopulus Dode, заложенные зимними черенками на осиновой вырубке с понижением пней и дискованием корневых отпрысков показали возможность в короткие сроки получения древесины для строительных деталей и прессования. В 14 лет средняя высота деревьев колебалась от 16,10,57 м у Черного гибрида до 21,70,89 м у Регенерата №90, средний диаметр колебался от 15,7 0,36 см. у Черного гибрида до 19,40,58 см у тополя Э.С. - 38.

7. В Центральной лесостепи накоплен 16-летний опыт создания плантационных культур трудно укореняемого триплоидного сорта тополя сереющего Хоперский 1 регенерантами in vitro на серых лесных супесчаных почвах Конь-Колодезского лесничества и на темно-серых лесных суглинистых почвах Правобережного лесничества. В 16 лет средняя высота деревьев тополя Хоперский 1 на супесях составила 21,00,45 м., средний диаметр 21,4 1,36 см.;

на суглинках соответственно 21,00,58 м. и 33,00,85 см.

8. Плантационные культуры тополя Хоперский 1, созданные на деградированном черноземе, вышедшем из-под сельхозпользования с размещением 4 4 м. в 26 лет достигают запаса 715 м3/га.

9. Изучение древесинного волокна у отдельных биотипов и клонов березы, ольхи и тополя на плантационных культурах показало, что у клонов длина волокна больше, чем у сеянцев и составляет: у березы 0,880,019 мм., у ольхи черной 1,020,022 мм., у тополя Хоперский 1 - 1,390,019 мм.

10. Показана экономическая эффективность размножения и создания плантационных культур из сортового, улучшенного посадочного материала с помощью биотехнологии in vitro и рекомендуется к внедрению.

Рекомендации:

1. С целью сохранения биоразнообразия и устойчивости плантационных культур к биотическим и абиотическим факторам среды рекомендуется создавать смешанные культуры регенерантов in vitro, включая не менее 10 сортообразцов.

2. На серых лесных супесчаных свежих почвах горельников рекомендуется использовать регенеранты селекционных форм березы и засухоустойчивых сортов тополя.

3. Регенеранты селекционных форм ольхи черной и серой рекомендуется выращивать на влажных супесчаных и суглинистых почвах.

4. При создании клоновых плантаций ольхи, березы прививки можно заменить клональным микроразмножением.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Сиволапов, А.И Плантационные культуры березы, созданные регенерантами in vitro в Учебно-опытном лесхозе ВГЛТА [Текст] / А.И.

Сиволапов, Т.М. Табацкая, В.А. Сиволапов // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник № 5 (54), 2007. - С. 113 - 116.

Публикации в других изданиях 2. Крючков, В.В. Характеристика древесинного либриформа некоторых видов и гибридов тополя [Текст] / В.В. Крючков, В.А. Сиволапов, Н.Н. Попова // Генетика, селекция,семеноводство и разведение древесных пород в лесостепи:

Материалы межрегиональной конференции, посвящ. 95-летию проф. М.М.

Вересина (12 февраля 2005 г.). - Воронеж: изд-во Истоки, 2005.- С. 56 - 59.

3. Благодарова, Т.А. Значение четвертичной соли аммония для укоренения зеленых черенков ольхи серой [Текст] / Т.А. Благодарова, С.С. Никулин, В.А.

Сиволапов // Плодоводство, интродукция древесных растений: Материалы международной научной конференции. - Красноярск: СибГТУ, 2005. - С. 11 - 14.

4. Сиволапов, В.А. Получение регенерантов in vitro березы для создания культур [Текст] / В.А. Сиволапов, Т.М. Табацкая, А.И. Сиволапов, А.И.

Чернодубов // Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России.- Воронеж-Сочи, 2007. - С. 155 - 158.

5. Благодарова, Т.А. Использование биотехнологии in vitro в лесокультурной практике быстрорастущих древесных пород [Текст] / Т.А.

Благодарова, А.И. Сиволапов, В.А. Сиволапов // Фактории експериментально еволюцi органiзмiв. Зборник науч. тр. Т.5, Киев: Логос, 2008. - С. 259 - 263.

6. Благодарова Т.А. Внутривидовые и отдаленные скрещивания в роде Alnus L. [Текст] / Т.А. Благодарова, В.А. Сиволапов // Съезд генетиков и селекционеров, посвящ. 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина. Матер. V съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Ч.1. (Москва: 21-июня 2009 г.) - М.: Изд-во РГАУ - МСХА, 2009. - С. 184.

7. Сиволапов, А.И. Высокопродуктивные участки тополя белого в парке Марьино Курской области [Текст] / А.И. Сиволапов, В.А. Сиволапов // Генетика, селекция, семеноводство и воспроизводство древесных пород: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Вересина Михаила Михайловича; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО ВГЛТА.- Воронеж, 2010. - С. 96 - 99.

8. Благодарова, Т.А. Селекция ольхи в ЦЧО [Текст] / Т.А. Благодарова, В.А.

Сиволапов // Достижения и проблемы в лесной генетики и селекции (к 40-летию НИИЛГиС): сб. науч. тр. - Воронеж: НИИЛГиС, 2010 - С. 199 - 210.

9. Сиволапов, А.И. Результаты испытания новых сортов тополя [Текст] / А.И. Сиволапов, В.А. Сиволапов, О.С. Машкина // Достижения и проблемы в лесной генетики и селекции (к 40-летию НИИЛГиС): сб. науч. тр. - Воронеж :

НИИЛГиС, 2010 - С. 246 - 252.

10. Сиволапов, В.А. Сравнительная характеристика плантационных культур березы повислой и карельской созданных регенерантами in vitro и традиционными технологиями [Текст] / В.А. Сиволапов // Проблемы и перспективы развития лесомелиораций и лесного хозяйства в Южном Федеральном округе: Материалы междунар. н-практ. конф., посвящ 90-летию высшего лесного образования на Дону. 8-10 дек. 2010. - Новочеркасск, 2010. - С.

111 - 114.

11. Сиволапов, В.А. Использование биотехнологии in vitro в плантационном лесоразведении ЦЧР [Текст] / В.А. Сиволапов //Инновационные технологии на базе фундаментальных научных разработок: сб. тр. регион. науч.практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, (Воронеж, 14Ч16 марта 2011 г.). - Воронеж, 2011. - С. 23 - 24.

12. Благодарова, Т.А. Возрастная изменчивость древесинного либриформа плюсовых деревьев ольхи черной в Хоперском заповеднике [Текст] / Т.А.

Благодарова, В.А. Сиволапов //Структурные и функциональные отклонения от нормального роста и развития растений под воздействием факторов среды:

Материалы международной конференции (2Ч24 июня 2011 г., Петрозаводск). - Петрозаводск, 2011. - С. 318 - 320.

13. Sivolapov, V.A. The best russian alder groves and their propagation [Текст] / V.A. Sivolapov, T.A.Blagodarova, // Conservation of forest genetic resources in Siberia. - Красноярск, 2011. - C. - 161.

14. Сиволапов, А.И. Использование генетико-селекционных технологий для создания плантационных культур древесных пород [Текст] / А.И. Сиволапов, А.И. Чернодубов, И.Ю. Исаков, А.И. Журихин, В.А. Сиволапов и др. // Воспризводство, мониторинг и охрана природных, природно-антропогенных и антропогенных ландшафтов: Материалы международной молодежной научной школы. 14 - 15 июня 2012. - Воронеж: ВГЛТА, 2012. - С. 458 - 465.

15. Сиволапов, В.А. Биотехнология in vitro для создания клоновых ЛСП ольхи [Текст] / В.А. Сиволапов, А.И. Чернодубов, Т.А. Благодарова // Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель. - Воронеж: ВГЛТА, 2012. - С. 209 - 212.

16. Сиволапов, А.И. Корнеотпрысковая способность тополей подрода Leuce Duby - важный критерий для рекультивации [Текст] / А.И. Сиволапов, В.А.

Сиволапов // Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель. - Воронеж: ВГЛТА, 2012. - С. 212 - 215.

17. Рекомендации по интенсивному выращиванию посадочного материала и созданию плантационных культур сортов тополя сереющего в ЦентральноЧерноземном районе [Текст] / А.И. Сиволапов, В.А. Сиволапов, О.С. Машкина, Т.М. Табацкая и др. - Воронеж: ВГЛТА, 2012. - 35 с.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные подписями и печатью) просим направлять по адресу: 394087, Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.034.01:

Факс: (8-473)-253-76-51; E-mail: nis@vglta.vrn.ru Подписано к печати 16.11.12.

Формат 6084 1/16. Объём 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 4Отпечатано в типографии ВГЛТА 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству