Введение к работе
Актуальность проблемы. Красноярский край – один из крупнейших районов Сибири по производству зерна. В вопросах его стабилизации основная роль отводится повышению урожайности зерновых культур за счет выведения сортов, хорошо приспособленных к местным условиям. В 2006 г. в районировании находились 3 сорта пшеницы и 4 сорта ячменя красноярской селекции, которые занимали 4,4% и 29,0% от общей площади посева под данными культурами, соответственно. При этом следует учесть, что за последние 20 лет площади посева в крае под зерновыми культурами сократились в 2,3 раза. Многие сорта яровой пшеницы, допущенные к использованию в производстве, имеют невысокую стабильность урожайности, узкий ареал возделывания. Они снижают посевные и технологические качества зерна из-за недостатка суммы эффективных температур и высокой влажности в период их созревания в условиях лесостепной зоны Красноярского края, поражаются болезнями (пыльной и твердой головней, бурой ржавчиной, септориозом и др.) и внутристеблевыми вредителями.
Вопросы повышения устойчивости производства зерна, стабилизации его высокого качества должны решаться комплексно и, прежде всего, за счет получения сортов, адаптированных к местным условиям (Стрижова, 2003). Наиболее реальный путь решения этой проблемы – объединение в создаваемом сорте комплексов ценных признаков с использованием метода гибридизации. Для получения таких сортов необходим исходный хорошо охарактеризованный в генетическом отношении материал. Только зная генотипы привлекаемых в скрещивания сортов по тому или иному признаку и особенности генных взаимодействий, можно вести подбор родительских пар на строго научной основе (Мережко, 1994).
На момент проведения исследований системный подход к изучению изменчивости исходного материала, особенно для селекции пшеницы, в Красноярском крае не применялся. Резкие колебания погоды в течение вегетации в лесостепной зоне Сибири обусловливают необходимость включения в него оценки экологической пластичности исходного и селекционного материала, изучения характера наследования хозяйственно-ценных признаков, определения вклада в их изменчивость фактора годы, генотипа и взаимодействия «генотип х годы».
Для успешного создания сортов, сочетающих высокую урожайность с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам, необходимо изучение закономерностей изменчивости основных хозяйственно-ценных признаков под влиянием сортовых особенностей, природно-климатических условий и их взаимодействия в конкретных экологических условиях, которые дадут возможность обосновывать подбор родительских форм для гибридизации и проводить отбор селекционно-ценных рекомбинантов в расщепляющихся поколениях.
Цель работы – исследование возможностей системного подхода к оценке изменчивости и созданию исходного материала для селекции яровой мягкой пшеницы и ячменя в лесостепной зоне Сибири.
Для ее выполнения были поставлены следующие задачи:
Выяснить особенности изменчивости количественных признаков и характер формирования урожайности пшеницы в разных географических зонах Сибири.
Провести анализ наследования и систем генетического контроля основных количественных признаков пшеницы и ячменя.
Выделить ценные источники высокой продуктивности и качества зерна, скороспелости, устойчивости к полеганию, вредителям и болезням.
Сравнить методы оценки стабильности и пластичности исходного и созданного селекционного материала.
Обосновать принципы подбора родительских форм для рекомбинационной селекции по результатам системного подхода.
Создать новый исходный материал для селекции среднеранних, среднеспелых высокопродуктивных сортов с высоким качеством зерна.
Научная новизна. По результатам эколого-географического испытания образцов пшеницы выявлены новые закономерности в изменчивости хозяйственно-ценных признаков. Показан более высокий уровень модификационной изменчивости массы зерна с колоса и его озерненности, урожайности, высоты растений и продуктивной кустистости в условиях Красноярской лесостепи, по сравнению с северной лесостепью Новосибирской области, для одного и того же набора образцов и групп сортов разного географического происхождения. Выделены группы сортов с наименьшей амплитудой изменчивости урожайности в обеих зонах и каждой в отдельности. Установлены различия в посевных и технологических качествах зерна, а также по урожайности сортов разного географического происхождения при посеве их семенами красноярской и новосибирской репродукции. По вкладу средовой, генотипической изменчивости и их взаимодействия в общее фенотипическое варьирование хозяйственно-ценных признаков получены значимые различия между географическими зонами изучения (Красноярска, Новосибирск) и культурами (пшеница, ячмень).
Выявлены основные закономерности в проявлении корреляционной зависимости между урожайностью и другими признаками. Ведущим элементом структуры урожая в обеих зонах (Красноярск, Новосибирск) была масса зерна с колоса, существенное влияние на его величину в Красноярской лесостепи оказывала озерненность колоса и, в зависимости от погодных условий, масса 1000 зерен, высота растений и продуктивный стеблестой. У групп сортов разного географического происхождения урожайность формировалась за счет различного сочетания элементов структуры.
Перенос сортов из других климатических зон в условия Красноярской лесостепи приводил к увеличению, прежде всего, продолжительности периода колошение – созревание, что отрицательно сказывалось на качестве убираемого урожая.
Показаны особенности наследования основных количественных признаков пшеницы и ячменя в условиях Красноярской лесостепи. В F1 наблюдали высокий процент сверхдоминирования по озерненности главного колоса, массе зерна с растения и главного колоса у ячменя; озерненности главного колоса, длине колоса и кустистости у пшеницы. В F2 сверхдоминирование сохранялось по массе зерна с растения у ячменя и озерненности главного колоса, длине колоса, кустистости у пшеницы. Значимые различия реципрокных гибридов по многим изученным признакам указывали на необходимость тщательного подбора материнской и отцовской формы при гибридизации. Межсортовой и внутрисортовой полиморфизм по числу цветков и степени их открытого цветения свидетельствовал о возможности эффективной селекции по данным признакам, что имеет значение для сохранения чистосортности сортовых посевов в первичном семеноводстве и селекции на устойчивость к поражению пыльной и твердой головней, насекомыми-вредителями.
Выявлена разная реакция изучаемых образцов пшеницы на изменение условий среды по параметрам пластичности и стабильности и показана необходимость применения рекомендуемых методик, в том числе разработанного метода в программе «Сорт», для объективной оценки приспособленности сортов к конкретным условиям возделывания. Выделены наиболее информативные группы признаков с высокими и устойчивыми связями, определяющие основные типы формирования продуктивности пшеницы и ячменя в лесостепной зоне Красноярского края.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
На основе результатов системного анализа изменчивости количественных признаков, связанных с продуктивностью, оценки общей и специфической комбинационной способности обоснованы принципы подбора родительских форм для гибридизации и отбора селекционных линий в условиях лесостепной зоны Красноярского края.
Выделенные ценные образцы пшеницы, ячменя и созданный гибридный материал включены в селекционный процесс кафедрой ботаники и физиологии растений, кафедрой растениеводства КрасГАУ, кафедрой селекции Тюменской ГСХА, лабораторией оценки селекционного материала КрасНИИСХ. Полученные линии проходят конкурсное сортоиспытание на опытных полях в учхозе «Миндерлинское» (КрасГАУ) и ОПХ «Минино» (КрасНИИСХ), а лучшие из них – предварительное сортоиспытание на сортоучастках края. Результаты исследования используются в производстве специалистами края (Биологические основы возделывания яровой пшеницы при интенсивной технологии в лесостепи Красноярского края /Рекомендации, 1987), при подготовке ученых-агрономов, магистров и аспирантов в Красноярском государственном аграрном университете.
Защищаемые положения:
Условия Красноярской лесостепи обусловливают более высокий уровень модификационного варьирования и вклада условий вегетации в изменчивость ряда количественных признаков пшеницы: массы зерна с колоса, озерненности колоса, урожайности, высоты растений.
Ведущая роль в формировании урожайности пшеницы в Красноярской лесостепи принадлежит массе зерна с колоса и его озерненности. В зависимости от погодных условий существенное влияние на нее оказывают также масса 1000 зерен, высота растений и продуктивный стеблестой.
Предложенный метод оценки пластичности сорта в комплексе с уже существующими методами позволяет выделить материал, максимально использующий ресурсы конкретной географической зоны и более надежный для получения стабильного высокого урожая и качества зерна.
Созданные и охарактеризованные линии, и источники хозяйственно ценных признаков пшеницы и ячменя для селекции в условиях лесостепи Красноярского края.
Для выявления исходного и получения селекционного материала пшеницы и ячменя, характеризующегося стабильным сочетанием высоких показателей количества и качества урожая в Красноярском крае, необходимо расширить сеть эколого-географического испытания посредством увеличения числа контрастных по условиям вегетации и уровню агрофона пунктов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены (или представлены): на семинаре «Селекция яровой пшеницы на засухоустойчивость» (Бур. НИИИСХ, п. Иволгинск, 1982), научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов КрасГАУ (1982, 1983, 1985, 1986, 2004, 2005), конференции молодых ученых с.-х. вузов Сибири и Дальнего Востока (г. Новосибирск, 1983), V региональной конференции молодых ученых и специалистов Сибири и Дальнего Востока (г. Новосибирск, 1983), координационном совещании по селекции зерновых, зернобобовых и крупяных культур (г. Красноярск, 1983), I зональной научно-производственной конференции молодых ученых и специалистов (г. Красноярск, 1985), совещании по исходному материалу яровой мягкой пшеницы для селекции сортов интенсивного типа (г. Красноуфимск, 1986), V съезде ВОГИС им. Н.И. Вавилова (г. Москва, 1987), региональной научно-технической конференции (г. Волгоград, 1988), научной конференции «Вклад молодых ученых в интенсификацию сельского хозяйства» (г. Целиноград, 1990), научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов (г. Санкт-Петербург, 2002), VII Всероссийской научно-практической конференции (г. Пенза, 2003), Юбилейной международной научно - практической конференции (г. Барнаул, 2003).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 50 печатных работах, в т. ч. 18 – в журналах, рекомендованных ВАК. Общее число научных и научно-методических работ – 62.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 377 страницах и состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений для селекционных учреждений и производства. Содержит 111 таблиц, 83 рисунка и 62 приложения. Библиографический список включает 494 источника, в т.ч. 73 из них на иностранных языках.
