Введение к работе
Актуальность темы. В Республике Алтай картофель является одной из наиболее важных продовольственных культур, в связи с этим существует необходимость в интродукции и создании высокоадаптивных сортов для выращивания в разнообразных и контрастных климатических условиях горных территорий.
В Республике Алтай почвенно-климатические условия существенно изменяются в зависимости от экологических факторов вертикальной зональности, поэтому одни и те же сорта, в различных по экологическим условиям пунктах, по-разному реализуют свой генетический потенциал, клоны изменяют количественные и качественные показатели.
В мировом сортименте картофеля насчитывается около 4000 сортов. В России в 2005 г. в государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию в производстве, представлено 200 сортов, из них 121 создан селекционерами России, 25 - Голландии, 25 - Германии, 15 - Беларуси 8 - Великобритании, 3 - Украины, 1 сорт - селекционерами Финляндии. При этом сорта отечественной селекции составляют основу сортовых ресурсов, так как выгодно отличаются по уровню адаптивности к условиям выращивания, устойчивости к болезням и стабильностью вкусовых качеств (Симаков, 2005).
Средняя продолжительность существования сорта картофеля вместе с селекционным процессом составляет 25 лет. Это связано с вегетативным способом размножения, травмированием и инфицированием клубней при уборке и транспортировке. Сорт, высокоурожайный в первые годы после его создания, постепенно теряет продуктивность и активно используется в производстве не более восьми лет. Одной из главных причин “вырождения” картофеля считается значительное распространение тяжелых форм вирусных болезней, бактериозов, вироида веретеновидности клубней и других патогенов. По ряду сортов, созданных в селекционных учреждениях России, практически отсутствует чистый от инфекций исходный материал, что ставит под угрозу конкурентоспособность таких сортов.
В условиях Горного Алтая, на высокогорных безвирусных полигонах, подобные ограничения отсутствуют. Здесь имеются возможности для полной реализации генотипов картофеля и создания новых, не нарушая равновесия в окружающей среде.
В целом Горный Алтай представляет собой регион со сложными условиями для выращивания картофеля. Экологические особенности имеют выраженный экстремальный характер как по количеству осадков и температурному режиму, так и по характеру почв, что вызвано большим разнообразием климата горных территорий, входящих в состав региона.
В то же время это дает возможность изучения биологического ресурса культуры картофеля в естественных условиях, так как для нормального роста и развития интродуцируемые растения должны обладать широким диапазоном филогенетической изменчивости для адаптации к флуктуациям основных абиотических факторов. При этом большое значение имеет комплексное изучение изменчивости признаков под воздействием экологических факторов различных по вертикальной зональности районов Республики Алтай. Это позволит понять сущность и взаимосвязь ключевых элементов процесса развития и формирования продукции картофеля в разнообразных условиях горных полигонов.
Картофель относится к эвритопным культурам с крайне высокой пластичностью, если рассматривать всю совокупность культурных и диких видов, способной произрастать в самых разнообразных условиях. Однако у конкретных видов и сортов картофеля уровень адаптивности может существенно отличаться.
Изучение биологического ресурса картофеля на конкретной территории связано с созданием и/или внедрением в производственный процесс высокопродуктивных, в данных условиях, сортов.
Особое значение, для успешного решения проблемы внедрения сортов, с высоким биоресурсным потенциалом на данной территории, имеет разработка вопросов экологической и генотипической изменчивости и частной физиологии данной культуры. Для решения этой задачи, по комплексному изучению изменчивости признаков новой коллекции сортов под воздействием экологических факторов были проведены испытания в зонах различной высотной поясности Горного Алтая.
Цель работы – изучение образцов картофеля, как биологического ресурса селекционного и продовольственного значения, для условий разной вертикальной зональности Горного Алтая.
Задачи исследований:
-
Изучить образцы картофеля новой коллекции, для выявления биоресурсного потенциала по продуктивности.
-
Изучить адаптивные свойства образцов картофеля и установить характер взаимосвязи признаков изучаемых образцов коллекции с условиями среды.
-
Провести оценку образцов картофеля по устойчивости к болезням.
-
Выделить перспективные образцы по комплексу хозяйственно-ценных признаков для использования в высокогорье, среднегорье и низкогорье.
Научная новизна. Выявлен биоресурсный потенциал новой коллекции сортов картофеля сибирской и европейской селекции путём проведения многолетних экспериментов по их синхронному испытанию в разных экологических условиях вертикальной зональности Горного Алтая. Исследована изменчивость аспектов продуктивности отдельных сортов, а так же качества продукции, включая подверженность наиболее распространенным заболеваниям. Выявлена изменчивость биохимического состава клубней в зависимости от сорта и экологических условий произрастания.
Практическая ценность работы. Для различных, по экологическим условиям районов Республики Алтай (низкогорье, среднегорье, высокогорье) предложены к использованию сорта картофеля, адаптивные к условиям этих горных территорий. Полученные результаты по генотипической и средовой изменчивости использованы при разработке и реализации рекомендаций и селекционных и семеноводческих программ на территории Республики Алтай.
Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Горно-Алтайский государственный университет». «Алтайский государственный аграрный университет». Издано учебное пособие «Сравнительная оценка методов статистической обработки данных при экологическом сортоиспытании».
Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ проекта ведомственной научной программы “Развитие научного потенциала высшей школы (2005)” №8099. А также инновационного образовательного проекта №7524 «Поддержка высокогорных научных полигонов в Республике Алтай для сохранения мирового генофонда картофеля, генетического мониторинга и создания новых ценных сортов» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008)». Частичная финансовая поддержка была оказана МСХ РА при выполнении НИР по договора № 02/04/2005 “Сохранение и генетический мониторинг генофонда картофеля в Горном Алтае (2003-2007)” и «Экологическое сортоиспытание и разработка рекомендаций по организации первичного семеноводства новых сортов картофеля в Горном Алтае (2007-2010)».
Личное участие автора. Автором лично проведены полевые и лабораторные исследования, выполнена обработка и интерпретация полученных результатов, сопоставление их с данными литературы, и оформлена диссертационная работа. Подготовка публикаций выполнена непосредственно при участии автора.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Экологические факторы пунктов испытания в зависимости от их высотной поясности обусловливают разную степень изменчивости количественных признаков сибирских и европейских генотипов картофеля.
2. При интродукции в условия горных территорий Республики Алтай выявлена возможность подбора адаптивных и перспективных генотипов картофеля для возделывания в разных по высотной поясности районах.
Апробация работы. Основные материалы, вошедшие в диссертацию были представлены на XLIV, XLV, XLVI внутривузовских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей (Горно-Алтайск, 2009, 2010, 2011); XLV, XLVI Международных экологических студенческих конференциях с элементами научной школы: МЭСК «Экология России и сопредельных территорий» - (Новосибирск, 2009, 2010); XLVIII и L Международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2010, 2012); 11 Международной научно-практической конференции «Современные тенденции в селекции и семеноводстве овощных культур. Традиции и перспективы», посв. 90-летию ВНИИССОКа. (Москва, 2010); II Международной конференции «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее» (Горно-Алтайск, 2010); Круглом столе «Биоплазма, геоплазма, проблемы экологической безопасности человека» - (Алматы, 2011); Второй Национальной конференции с международным участием «ЭкоМатМод - 2011» (Пущино, 2011); 11 Международной генетико-селекционной школе-семинаре «Современное состояние и приоритетные направления развития генетики, эпигенетики, селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур» (Новосибирск, 2012); Международной конференции ВОГиС «Проблемы генетики и селекции» (Новосибирск, 2013).
Публикация работ. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 2 в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав собственных исследований, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Работа изложена на 139 страницах, содержит 26 таблиц и 47 рисунков. Библиографический список включает 118 источников.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю доктору биологических наук, профессору, зав. лабораторией экологической генетики и селекции растений ГАГУ Стрельцовой Тамаре Александровне за руководство диссертационной работой, за ценные советы, критические замечания и предложения, личное участие при проведении очень объемных работ в труднодоступных горных районах; доценту кафедры зоологии, экологии генетики Ю.П.Малкову за консультации при проведении биоинформационного анализа, а также аспирантам и студентам-дипломникам, оказавшим помощь в проведении трудоемких экспедиционных, полевых и лабораторных экспериментов.
Объектами исследования была коллекция сибирских и европейских генотипов картофеля разных групп спелости, испытанная в разные годы в условиях разных экосистем горных территорий Республики Алтай. Испытания проводили в зоне предгорья (полигон Майма), среднегорья (полигон Усть-Кокса) и высокогорья (полигоны Саратан и Малый Яломан). Пункты испытания имели существенные отличия по климатическим и почвенным условиям. Кроме того, разные годы испытаний значительно различались по метеорологическим условиям.
При проведении экспериментов использовали отечественные и зарубежные методики исследования экологической и генотипической изменчивости количественных и других признаков. Изучение экологической изменчивости элементов продуктивности картофеля в зависимости от вертикальной зональности проводили путем экспедиционных, полевых и лабораторных исследований согласно "Методическим указаниям по экологическому сортоиспытанию картофеля" (1982), с привлечением и других современных методик. При статистической обработке использовали иерархический дисперсионный анализ, модель с фиксированными факторами, метод главных компонент, факторный анализ (варимакс нормализованный), корреляционный анализ, реализованные в ППП: STATISTICA, SNEDECOR, EXCEL.
Биохимический анализ был проведен в технологической лаборатории СИБНИИРС СО РАСХН.
