Содержание к диссертации
Введение
Селекция озимой мягкой пшеницы (обзор литературы) 9
1.1. Источники и доноры в селекции растений 9
1.2. Вегетационный период 19
1.3. Урожайность озимой мягкой пшеницы 21
1.4. Морозостойкость 30
1.5. Засухоустойчивость 34
1.6. Устойчивость к болезням 38
1.7. Качество зерна 40
Условия, объект исследований и методика исследований 50
2.1. Почвенно-климатические условия 50
2.2. Объект исследований 58
2.3. Методика исследований 58
Исходный материал и его использование в селекции озимой мягкой пшеницы (результаты исследований) 60
3.1. Ретроспективный анализ селекции озимой мягкой пшеницы ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко 60
3.2. Оценка исходного материала по признакам 75
3.3. Использование исходного материала в селекции озимой мягкой пшеницы 103
3.4. Хозяйственно-биологическая характеристика сортов озимой мягкой пшеницы 106
Выводы 121
Рекомендации для селекционной практики и
Производства 123
Список литературы 124
Приложение 155
- Вегетационный период
- Устойчивость к болезням
- Методика исследований
- Ретроспективный анализ селекции озимой мягкой пшеницы ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко
Введение к работе
Озимая пшеница - основная продовольственная культура России и повышение ее урожайности — одна из важнейших хозяйственно-экономических задач во всех регионах возделывания, в том числе и в Ростовской области. Удельный вес озимой пшеницы в каждом хозяйстве области составляет 40-50% посевов всех зерновых культур, а валовых сборов зерна -около 70% (Калиненко И.Г., 1995). Вот почему работам по селекции озимой пшеницы на Дону, созданию и внедрению в производство высокоурожайных сортов с высоким качеством зерна всегда уделялось первостепенное значение.
Роль сортов в производстве сельскохозяйственной продукции общеизвестна. Среди различных агроприемов на их долю приходится 30-37% прироста урожая, а что касается озимой пшеницы, то в экстремальных погодных условиях (суровые зимы, засухи, эпифитотии бурой ржавчины и другие болезни) устойчивым сортам принадлежит решающая роль (Ковтун В.И., Калиненко И.Г., Ковтун Л.Н., 2001)
Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является создание и использование в производстве новых сортов озимой пшеницы. Большое количество сортов, различающихся по многим признакам, дает возможность подобрать для каждого хозяйства с учетом экономических особенностей, предшественников, технологии возделывания, оптимальный сортовой состав, позволяющий получить максимально высокие урожаи высококачественного зерна.
Срок жизни новых сортов составляет 5-6 лет и более. Селекция пшеницы в этих условиях остро нуждается в разнообразном исходном материале, обладающем комплексом хозяйственно-биологических признаков и свойств. Выделение исходного материала возможно только при систематическом и всестороннем изучении больших коллекций пшениц, включающих различные формы и экотипы, и в том числе лучшие отечественные и зарубежные сорта. Ф Выявление, подбор и создание исходного материала лежат в основе ус пешной селекции растений. Проблема подбора и создания исходного материала возникла вместе с селекцией. Первым исходным материалом стали отобранные самой природой формы растений. Местный материал, как подвергшийся дли тельному воздействию естественного отбора и приспособленный для тех или иных условий, конечно, представляет большую ценность и он должен быть все мерно использован для селекции. Но наряду с местным материалом должен быть использован мировой ассортимент, включающий как лучшие мировые сорта, так и все ботаническое разнообразие, известное для данной культуры (Вавилов Н.И., 1987). П.П.Лукьяненко (1973) и И.Г. Калиненко (1995) считали, что в основе се
лекции должно быть использование мировой коллекции пшениц, как исходного материала для подбора родительских пар. Они подчеркивали, что в гибридных Щ популяциях, полученных от скрещивания отдаленных эколого-географических форм, наблюдается положительная трансгрессия по урожайности в отличие от близких форм. Поэтому важно при создании новых сортов скрещивать сорта, отдаленные географически и по происхождению. Одним из обязательных условий для включения лучших образцов в число доноров должно быть наличие генетической информации, позволяющей прогнозировать возможные результаты и их использование в селекции (Мереж Щ коА.Ф., 1989).
Современному сельскохозяйственному производству нужны сорта не только с высоким потенциалом урожайности, но и хорошо приспособленные к местным условиям, устойчивые к болезням и вредителям, способные переносить экстремальные условия выращивания. Основная задача современной се лекции состоит в том, чтобы повысить общую и специфическую адаптивность культурных растений за счет создания сортов, сочетающих высокую потенци Ф альную продуктивность с устойчивостью к неблагоприятным факторам среды (Жученко А.А., Урсул А.Д., 1983).
Для решения этой задачи селекционерам нужны источники генов, контролирующих устойчивость растений к патогенам, пониженным температурам, пониженной водообеспеченности и освещенности и другим абиотическим факто рам среды. Таким образом, в настоящее время проблема исходного материала стала особенно актуальной, а тревога о судьбе генетических ресурсов вполне обоснованной (Железнов А.В., Железнов Н.Б., 1994)
Для успешного осуществления этой задачи необходимо всестороннее изучение коллекции ВИР, инорайонных сортов, образцов зарубежной селекции, своего селекционного материала и привлечение лучших из них в скрещивания.
Вегетационный период
Продолжительность вегетационного периода является важным адаптив ным и хозяйственно-ценным свойством в селекции пшеницы. С ним тесно связаны продуктивность, качество зерна, засухоустойчивость, поражение болезнями (Вавилов Н.И., 1962; Кузьмин В.П., 1965; Зыкин В.А., 1968; Ковтун В.И., 1978; Набоков Г.Д., 2000).
Н.И. Вавилов (1962) рассматривает вегетационный период как сумму от Щ резков времени, необходимых для прохождения отдельных стадий развития растения и этапов органогенеза. Продолжительность и соотношение межфазных ill периодов следует обязательно учитывать при создании сортов, адаптированных к местным условиям.
Нарастающее напряжение метеорологических факторов, связанных с потеплением климата, заставило селекционеров создавать новые сорта путем сокращения у них продолжительности вегетационного периода и в первую оче Л редь периода «всходы-колошение» (В.И. Ковтун, 2002). Этот межфазный пери од является наименее вариабельным и относится к сортовым признакам. ПЛ. Лукьяненко, (1932), А.И. Носатовский (1965), Г.Д. Набоков (2000) и другие исследователи считают в условиях Северного Кавказа основным критерием скороспелости - фазу колошения.
Вегетационный период сорта определяется как его генотипом, так и совокупностью внешних условий, в которых происходит его развитие (Сабинин Д.Н., 1963; Леопольд А., 1968; Куперман Ф.М., 1973).
Многие исследователи указывают, что длина вегетационного периода является генетически сложным признаком и определяется несколькими полимерными генами (Weibel D.E., 1955; Wenrhann С, Allard R., 1965). При скрещивании форм, различающихся по эколого-географическому происхождению, в гибридных популяциях отмечается богатый спектр расщепления с появлением скороспелых форм. При селекции на скороспелость следует в скрещивания привлекать сорта {& с коротким вегетационным периодом (Калиненко И.Г., 1984; Андрияш Н.В., 1984; Набоков Г.Д., 2000). Многие авторы указывают на существование прямой корреляционной связи между продуктивностью и продолжительностью вегетационного периода. В целом ряде работ была продемонстрирована возможность создания высоко урожайных и одновременно скороспелых сортов. Последняя базируется на не 0 зависимом наследовании продолжительности межфазных периодов в онтогене зе. Так, рекордные урожаи сортов мексиканской пшеницы свидетельствуют о It том, что высокая продуктивность этой культуры может быть обеспечена и в ко роткий срок вегетации (Жученко А.А., 200 Ї). Преимущество скороспелых сортов пшеницы, определяющих урожай в большинстве регионов нашей страны, отмечено многими учеными (Вави лов Н.И„ 1935; Неттевич Э.Д., 1972; Лукьяненко П.П., 1973; Пучков Ю.М., Ко \W лесников А.Ф., 1982; Калиненко И.Г., 1995). За последние 50 лет вегетационный период отечественных сортов озимой пшеницы заметно сократился. Старые местные сорта Краснодарского края и Юга Украины созревают на 5-9 дней позднее современных. Скороспелость ряда новых сортов КНИИСХ унаследована от аргентинского образца Klein 33, японского Akokomugi, яровых форм пшеницы из СИММИТ (Лукьяненко П.П., 1957, 1971; Беспалова Л.А., 2001). У современных сортов яровой пшеницы саратовской селекции период Щ «всходы-колошение» сокращен на 2-4 суток по сравнению со стародавними (Васильчук Н.С., 2001). Выдающимися работами по созданию скороспелых сортов озимой мяг кой пшеницы славится Донской селекцентр. Здесь был создан шедевр сочетания скороспелости и высокой продуктивности — сорт Донская полукарликовая, по лученный в результате внутривидовой гибридизации отдаленного в эколого географическом отношении скороспелого сорта Русалка (Болгария) со средне Ф спелым Северодонская (собственной селекции). Донская полукарликовая выко лашивается на 6-9 дней раньше Ростовчанки, созревает на 3-4 дня раньше и превышает по урожайности стандарт на 28 % (Калиненко ИХ., 1984). 1.3. Урожайность озимой мягкой пшеницы Селекция любой сельскохозяйственной культуры направлена на повыше ние ее продуктивности. Этот признак до последнего времени служил главным ф критерием оценки любой селекционной программы. Щ1 Роль селекции, направленной на увеличение урожайности зерна, трудно переоценить. Достаточно сказать, что внедрение новых высокопродуктивных сортов в комплексе с улучшением технологии их возделывания позволило повысить урожайность в большинстве регионов планеты за довольно короткое время. Ф Величина урожая сельскохозяйственных культур определяется их геноти пом и проявлением потенциальных возможностей растений, и в частности, высокой продуктивностью, которую производство должно использовать для достижения высоких урожаев (Кружилин А.С., 1975). Роль сорта в увеличении производства зерновой продуктивности очень высока. Внедрение новых высокопродуктивных пшениц в комплексе с улучшением агротехники позволило за короткий срок увеличить в 2-3 раза производство зерна в бывших важных зонах СССР (Лукьяненко П.П., 1971; Ремесло В.Н., # 1971; Калиненко И.Г., 1995). Средняя мировая урожайность пшеницы увеличилась с 1935 по 1962 годы на 16%, отмечает Sokolovsky Н.Е, (1969). Бараш СИ. (1985) отмечает, что с 1930 по 1984 годы урожайность пшеницы в мире выросла в 2,3 раза при расширении посевных площадей под этой культурой со 162 до 232 млн. га., или в 1,4 раза.
Устойчивость к болезням
А.А. Жученко (2001) отмечает, что устойчивость культурных растений к поражению болезнями и вредителями является важнейшим условием перехода к адаптивной системе растениеводства, то есть обеспечению его ресурсоэнерго-экономичности, экологической безопасности и рентабельности. Это диктуется тем, что на протяжении последних нескольких десятилетий ежегодные потери растениеводческой продукции в мире вследствие биотических стрессоров достигают 30-40%. Стоимость мировых потерь оценивается в сумму 25 млрд. долларов и это, несмотря на всевозрастающие масштабы применения пестицидов.
Согласно данным ФАО, на рубеже 70-80 годов 20-го столетия потери пшеницы (без СССР и КНР) от болезней достигли 33,3 млн. тони, на сумму 2,2 млрд. долларов, что составляет 9,1% потенциального урожая этой важнейшей культуры (Животков Л.А., 1989).
Такое положение связано как с интенсификацией современного растениеводства, так и с все возрастающей генетической однородностью широко распространенных сортов. Показано, например, что генетическое разнообразие ржавчин злаков, поражающих новые сорта пшеницы, обычно возрастает после того, как их начинают возделывать на больших площадях в течение длительного времени (Кривченко В.И, 1982).
По данным А.А.Воронковой (1980) потеря сортами озимой пшеницы устойчивости происходит через 5-Ю лет, а В.А.Алфимова и др. (2001) отмечают, что она наступает еще раньше от 2 до 5 лет.
Наибольший вред зерновому хозяйству наносят бурая ржавчина, мучнистая роса, пыльная и твердая головни, а также корневые гнили. Поражение желтой, стеблевой ржавчинами, септориозом, фузариозом носит спорадический характер, хотя урон превышает таковой от болезней первой группы. УЛСШоу, Л.Л. Дженсен (1977) считают, что в настоящее время вред культивируемым растениям наносят только 1500 различных возбудителей болезни, в том числе только на пшенице их насчитывается до 200. Учение об иммунитете растений против инфекционных заболеваний развил Вавилов Н.И. (1935). Он считал, что устойчивость растений против паразитов выработалась в процессе эволюции в центрах их происхождения на фоне длительного естественного заражения, в результате чего растения приобрели гены резистентности, а возбудители - гены вирулентности. Изучению устойчивости отдельных видов и сортов пшеницы посвящено значительное число работ (Якубцинер М.М., 1934; Якубцинер М.М., Новикова М.А., 1969; Гешеле Э.Э., 1978; Лукьяненко П.П., 1973; Пересып-кинВ.Ф., 1979; Кривченко В.И., 1984).
В комплексе мероприятий по борьбе с болезнями выведение болезнеустойчивых сортов является наиболее быстрым, дешевым и центральным способом борьбы с заболеваниями (Гешеле Э.Э., 1978). Только за счет использования устойчивых сортов сельское хозяйство ежегодно получает 30% прибыли от общей стоимости продукции (Жученко А.А., 2001).
Селекция пшеницы на иммунитет ведется так же, как и по другим признакам, за исключением того, что в данном случае селекционер имеет дело с двумя генетическими системами. Несмотря на то, что генетические сцепления в селекционной практике встречаются, наследование устойчивости происходит незави симо от других факторов. Это позволяет сочетать устойчивость против одной или нескольких болезней с продуктивностью, качеством, зимостойкостью, используя для этого разные методы генетики и селекции (Животков Л.А., 1989). Успех в селекции на иммунитет существенно зависит от эффективности доноров и искусственных фонов. Использование в селекционных программах доноров комплексной устойчивости яровой пшеницы к грибковым болезням, по сравнению с применением, резистентных только к отдельным патогенам по мнению Сидорова, Сидоровой (цитируя Жученко А.А., 2001) значительно ускоряет селекционный процесс. В селекции ячменя В.В. Глуховцев (2001) отдает предпочтение сочетанию в одном сорте горизонтальной и вертикальной устойчивости.
При создании сортов озимой мягкой пшеницы с комплексной устойчиво ф стью к бурой и желтой ржавчинам, мучнистой росе, пыльной головне в услови ях Донского селекцентра, наиболее эффективным оказалось использование в качестве материнских форм резистентных сортов, хорошо приспособленных к местным почвенно-климатическим условиям. В связи с этим предполагается скрещивать образцы, высокоустойчивые в фазе проростков, с иммунными на поздних стадиях онтогенеза (Ковтун В.И., 2002).
Методика исследований
Объектом исследований служили образцы озимой мягкой пшеницы из Турции (CIMMYT), мировой коллекции (ВИР, Санкт-Петербург), новые сорта отечественной и зарубежной селекции, изучаемые на Государственном испытании России, сорта и образцы собственной селекции.
Полевые опыты закладывали согласно методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (Вольф В.Г., 1969; Доспехов Б.А., 1985). Подготовку почвы, внесение удобрений и мероприятия по уходу за посевами проводили согласно «Зональным системам земледелия в Ростовской области на 1996-2000 гг.».
Предшественник — черный пар. Учетная площадь делянок разная - от 2,5 до 50 м2. Размещение делянок систематическое. Норма высева - 4,5 млн. всхожих семян на 1 га. Посев проводили сеялкой ССФК-7 обычным рядовым способом (междурядье 15 см). Уборку урожая выполняли малогабаритным комбайном Hege 125 в фазу полной спелости зерна.
Собранный с делянок урожай зерна взвешивали и пересчитывали на 14% влажность зерна.
Фенологические наблюдения, оценку устойчивости сортов к полеганию и болезням, учет урожая, различные подсчеты и измерения, структурный анализ растений проводили в соответствии с «Методикой государственного испытания сельскохозяйственных культур» (1985).
В качестве стандарта использовали районированный сорт Донская безостая.
Степень поражения сортов озимой мягкой пшеницы бурой ржавчиной оценивали по методике Э.Э.Гешеле (1978), мучнистой росой по методике С.И.Ригиной-Трайниной, И.Г.Одинцовой (1974). Качественные характеристики зерна, муки и хлеба определяли в муко-мольно-хлебопекарной лаборатории ВНИИЗК. Анализы проводили в соответствии с «Методами оценки технологических качеств зерна» (1971) и «Методическими рекомендациями по оценке качества зерна» (1977).
Содержание белка в зерне определяли по методу Къельдаля (N х 5,7) в биохимической лаборатории ВНИИЗК.
Морозозимостойкость по сортам определяли: зимостойкость - глазо-мерно в полевых условиях в баллах, морозостойкость растений по сортам -лабораторным методом путем промораживания растений, выращенных в посевных ящиках, в камерах низких температур (КНТ-1) по методикам Украинского НИИРСиГ и ВСГИ (В.ЯЮрьев, 1950).
Оценку сортов на засухоустойчивость проводили в лаборатории физиологии растений ВНИИСЗК согласно методическому руководству ВИР «Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям» (Г.В.Удовенко, 1988).
Экспериментальные данные обработаны различными методами биометрической статистики (Б.А. Доспехов, 1985).
Ретроспективный анализ селекции озимой мягкой пшеницы ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко
. Вся история селекции Донского селекцентра (ныне ВНИИЗК им. ИХ. Калиненко) служит доказательством эффективности использования в гибридизации образцов из других экологических зон. В ней можно выделить несколько этапов, в которых были созданы выдающиеся сорта, внесшие большой вклад в повышение урожайности зерна и дальнейшее развитие селекции не только во ВНИИЗК, других НИУ, но и во многих странах мира. Селекция сортов мягкой озимой пшеницы интенсивного типа на Зерно градской селекционной станции начата с 1955 года молодым селекционером Иваном Григорьевичем Калиненко. Результаты его многолетних исследова ть ний и поисков теоретического и практического порядка увенчались создани ем целой серии сортов озимой пшеницы. В 1950-1960гт. академик ИХ. Калиненко в селекции озимой пшеницы применял методы индивидуального и массового отборов среди районирован ных тогда сортов, проводил опыты по изменению яровых пшениц в озимые и другие. Но от этих исследований положительных результатов получить не удалось (Ковтун В.И., Калиненко ИХ., Ковтун Л.Н., 2001). Щ/ Более эффективным оказался метод внутривидовой гибридизации, вна чале простых однократных скрещиваний сортов, отдаленных в эколого-географическом отношении. Но в процессе работы наиболее результативным был метод внутриви довой, сложной ступенчатой гибридизации и целенаправленного отбора, с помощью которых можно постепенно наращивать, аккумулировать в буду , щем сорте желательные признаки и свойства. В 1950-1960гг. в Ростовской области основные посевы озимой пшеницы были заняты сортами экстенсивного типа, склонных к полеганию, пора 61 жению болезнями, с низкой морозостойкостью (Ворошиловская), с невысоким потенциалом урожайности (Гостианум 237). Средняя урожайность районированных тогда сортов Гостианум 237, Ворошиловская составляла 1,7-2,0 т/га. В суровую зиму 1955-1956гг. озимоя пшеница погибла от вымерзания на площади 882,7 тыс. га, или 49,2% от всех посевов.
Поэтому основным направлением селекции озимой пшеницы для усло вий Ростовской области в начале 60-х годов прошлого столетия являлось создание сортов интенсивного типа наиболее пригодных к местным условиям, с повышенной зимостойкостью, более урожайных, чем районированные и перспективные сорта Одесская 3, Одесская 16, Приазовская.
С этой целью с 1955 года были начаты работы по межсортовой гибридизации с привлечением в скрещивания сортов Одесская 3, Приазовская, Кубанская 25, Ворошиловская, Ростовская 30, Украинка 246, Одесская 12, Одесская Ібидр,
д Был создан собственный исходный материал, а также сорта Зерноград ская 5, Зерноградская 7 и др., которые наряду с высоткой морозостойкостью оказались высокорослыми неустойчивыми к полеганию и поражались бурой ржавчиной, не один из них не был районирован,
С 1959 г. внедрение в производство озимой пшеницы селекции КНИ-ИСХ (Скороспелка 36, Краснодарская 6, Безостая 4, Безостая 1), мироновских пшениц (Мироновская 264, Мироновская 808) знаменовало собой но Щ вый этап в развитии отечественной селекции - этап создания сортов интен сивного типа с соответствующими параметрами хозяйственно-биологических признаков и свойств.
В результате внутривидовой гибридизации отдаленных в эколого-географическом отношении сортов: Скороспелка 36 (КНИИСХ) х Мироновская 264 (мироновская селекции), проведенной в 1961 году был получен первый сорт озимой пшеницы интенсивного типа Ростовчапка, переданный на Государственное сортоиспытание в 1968 г. и районированный в 1973 г. (табл. 3).
В этом сорте удалось совместить наиболее ценные признаки и свойства обоих родителей. От Скороспелка 36 новый сорт унаследовал полукарликовость и высокую устойчивость к полеганию, скороспелость и устойчивость к бурой ржавчине. От Мироновской 264 унаследовал высокое качество зерна, высокие морозо- и зимостойкость. Главное преимущество нового сорта над Безостой 1 - наследственно более высокие морозо- и зимостойкость. Сорт Ростовчанка не уступал Безостой 1 по устойчивости к полеганию, болезням, засухоустойчивости, значительно превзошел ее по морозозимостойкости, продуктивной кустистости и урожайности. Сорт был лишен отрицательных свойств, которые были присущи Безостой 1 (слабая зимостойкость), Мироновской 808 (слабая засухоустойчивость). Этим и определялись стабильно высокие урожаи, надежность возделывания. Урожайность Ростовчанки по пару за годы изучения (1967-1973гг.) составила 5,52, что на 0,52 т/га выше, чем у Безостой 1.
Второй сорт интенсивного типа Донская остистая передан на государственное испытание также в 1968 году. Сорт получен путем внутривидовой гибридизации отдаленных в эколого-географическом отношении сортов: образца 272/59 [Одесская 16 х Одесская 3] (ВНИИЗК) х Безостая 1 (КНИ-ИСХ).
Сорт среднерослый с высотой растений 106 см (Безостой 1 - 98 см). Средняя урожайность в посевах по пару (1967-1973 гг.) 5,36, а стандартного сорта Безостая 1 — 4,99 т/га. Высокая урожайность сорта объясняется наличием у него более продуктивного, чем у Безостой 1, колоса (1,063 и 0,990 г), более высокой продуктивной кустистостью растений (2,08 и 1,98 колоса на 1 растение), более высокой морозо- и зимостойкостью.
Донская остистая - скороспелый сорт, выколашивается и созревает на 2-3 дня раньше Безостой 1, обладает высокой засухоустойчивостью. По устойчивости к бурой ржавчине, мучнистой росе и пыльной головне Донская остистая не уступала Безостой 1. Стабильно высокие урожаи сортов Ростовчанка и Донская остистая по сравнению с районированными Безостой 1 и Мироновской 808, на смену которым они пришли, устойчивость к полеганию, болезням, засухоустойчивость, высокая морозозимостоикость и повышенное качество зерна явились основанием для их районирования и ускоренного внедрения в производство. Уже в первый год районирования (1973 г.) уборочная площадь сорта Ростовчанка составила 74,2 тыс. га, а через год (1975 г.) он полностью был внедрен в производство и занимал 514,7 тыс. га. Другой сорт Донская остистая в год районирования (1974 г.) занимал 100,7, а в 1975 г. — 242 тыс, га.
Давая высокую оценку работам И.Г. Калинеико по селекции озимой пшеницы, академик П.П. Лукьяненко в своих работах писал: «На Дону районирован новый сорт Ростовчанка, выведенный Зерноградской селекционной станцией, имеющий низкий прочный стебель и дающий высокие урожаи, особенно по чистым парам».
Дальнейшее совершенствование и развитие традиционного метода гибридизации, особенно ступенчатых скрещиваний отдаленных.в эколого-географическом отношении сортов и форм, становится основным методом селекции озимой пшеницы в Донском селекцентре.
