Содержание к диссертации
Введение
1. Роль селекции в повышении урожайности и улучшении основных хозяйственно- биологических признаков и свойств озимой пшеницы (обзор литературы) 8
1.1. Урожайность и элементы структуры ее определяющие 8
1.2. Адаптационные свойства 20
1.3. Качество зерна 35
2. Условия, объекты и методика исследований 40
2.1. Условия проведения исследований 40
2.2. Объекты исследований 49
2.3. Методика исследований 50
3. Изменение основных хозяйственно- биологических признаков и свойств у озимой пшеницы в результате селекции 53
3.1. Изменение урожайности и элементов структуры урожая озимой мягкой пшеницы в процессе селекционной работы 53
3.2. Изменение адаптационных свойств озимой пшеницы в результате селекции 74
3.2.1. Изменение морозостойкости у сортов озимой пшеницы разных периодов селекции 78
3.2.2. Изменение засухоустойчивости у сортов озимой пшеницы разных периодов селекции 84
3.2.3. Изменение длины вегетационного и основных межфазных периодов в процессе селекции 89
3.2.4. Устойчивость сортов озимой пшеницы разных лет селекции к болезням 95
3.3. Изменение качества зерна озимой мягкой пшеницы в результате селекции 98
3.4. Изменение формул глиадина в крахмальном геле под влиянием селекции 105
4. Ретроспективный анализ селекции озимой пшеницы во вниисзк (донском селекцентре) 111
5. Биоэнергетическая оценка эффективности Сортов разных периодов сортосмены 116
Выводы 119
Рекомендации для селекционной практики и Производства 122
Литература
- Урожайность и элементы структуры ее определяющие
- Условия проведения исследований
- Изменение урожайности и элементов структуры урожая озимой мягкой пшеницы в процессе селекционной работы
- Изменение длины вегетационного и основных межфазных периодов в процессе селекции
Введение к работе
Актуальность темы. Озимая пшеница - основная продовольственная культура России и повышение её урожайности - одна из важнейших хозяйственно-экономических задач во всех регионах её возделывания, в том числе и в Ростовской области. Удельный вес озимой пшеницы в каждом хозяйстве области составляет 40...50% посевов всех зерновых культур, удельный вес в валовых сборах 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.
Мировой опыт свидетельствует, что последовательный рост урожайности сельскохозяйственных культур базируется на достижениях селекции и совершенствовании технологии возделывния. За последние 50 лет урожайность основных зерновых культур, в том числе и озимой пшеницы, была удвоена - утроена. Селекция существенно изменила и габитус пшеничного растения, приспособив его к интенсивному земледелию.
История селекции донских пшениц берет свое начало еще с 1932 года, однако ввиду частой сменяемости селекционеров, полного прекращения работы в годы войны, неправильного выбора направлений в селекции в первые послевоенные годы, каких-либо положительных результатов до 60-х годов достигнуто не было. В производстве высевались сорта инорайонной селекции.
С 1955 года академиком.Калиненко И.Г селекция озимой пшеницы во ВНИИСЗК (бывшая Зерноградская селекционная станция) была начата в полном объеме заново и направление работ было изменено в сторону выведения сортов, наиболее пригодных к местным условиям и запросам производства. С 1955 по 2001 годы здесь было создано и передано на
За послевоенные годы в Ростовской области по озимой пшенице проведено шесть сортосмен. От сортосмены к сортосмене повышалась потенциальная продуктивность районированных сортов. Если урожайность сортов первой сортосмены в конкурсных испытаниях ВНИИСЗК составляла 1,7...2,0 т/га, то потолок продуктивности современных сортов, ныне возделываемых в производстве Зерноградка 9, Зерноградка 10, Дон 93, Дон 95, Ермак и других 8,0...11,0 т/га.
Параллельно с ростом потенциальной продуктивности новых сортов озимой пшеницы росла ее урожайность и в производстве. Так, в среднем по Ростовской области при первой сортосмене она составила 1,16, при второй -1,16, третьей - 1,80, четвертой - 2,24, пятой - 2,73, шестой - 3,0 т/га и выше (Калиненко И.Г., 1995). В связи с этим важно было выяснить, за счет каких изменений хозяйственно-биологических признаков и свойств пшеничного растения был достигнут такой потенциал продуктивности современных сортов. Выявление закономерностей этих изменений в процессе селекционной деятельности на Дону даст возможность оценить итоги работы по селекции озимой пшеницы, выявить недостатки и наметить пути дальнейшего совершенствования этой культуры.
Решать эти вопросы позволяет метод комплексного ретроспективного анализа сортов озимой пшеницы, возделываемых в производстве Ростовской области в прошлые годы и используемых в настоящее время.
Цель и задачи исследований. Цель работы - изучить тенденции изменения морфологических и хозяйственно-биологических признаков и свойств сортов озимой мягкой пшеницы в процессе ее многолетней селекции в Донском селекцентре (ныне ВНИИСЗК).
В задачу исследований входило: - изучить динамику роста урожайности сортов озимой пшеницы разных периодов селекции; изучить динамику роста урожайности сортов озимой пшеницы разных периодов селекции; определить вклад различных элементов структуры урожая в повышении продуктивности; выявить изменения адаптивных свойств озимой пшеницы в процессе селекции; - определить изменения качества зерна сортов озимой пшеницы в результате селекции; выяснить характер изменений состава запасных белков озимой пшеницы под влиянием селекции; сравнить биоэнергетическую эффективность сортов озимой пшеницы разных периодов селекции.
Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые в результате комплексного ретроспективного анализа изучена динамика основных хозяйственно-ценных признаков и свойств у сортов озимой мягкой пшеницы селекции ВНИИСЗК, обеспечивших последовательную сортосмену и рост валовых сборов зерна по культуре в Ростовской области. Выявлена тенденция их изменений в процессе селекции. Предложены пути, по которым должна развиваться селекция озимой пшеницы на увеличение продуктивности в ближайшие годы.
Результаты исследований будут предложены для использования в селекционной практике при ускоренном создании и внедрении новых высокопродуктивных сортов озимой пшеницы в сельскохозяйственное производство.
Создано и передано на государственное сортоиспытание 5 сортов озимой пшеницы: Зерноградка 11, Ростовчанка 3, Конкурент, Гранит, Танаис, одним из авторов которых является диссертант. Сорт Зерноградка 11 внесён в Государственный реестр селекционных достижений РФ (А.С. № 33699).
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы доложены на научных конференциях АЧГАА (г.Зерноград) в 2000 году и ВНИИСЗК в 2000-2001 гг., на ежегодных заседаниях ученого совета ВНИИСЗК и Ростовского областного общества генетиков и селекционеров (г. Ростов на Дону) в 2001-2002 гг..
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе имеется одно авторское свидетельство.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений селекционной практике и производству, содержит 24 таблицы, 10 рисунков, 29 приложений. Список используемой литературы включает 289 источников, в том числе 49 иностранных.
Урожайность и элементы структуры ее определяющие
Среди гексаплоидных пшениц, отличающихся по свидетельству ряда ученых (Берлянд-Кожевников В.М., Дорофеев В.Ф., 1977; Пыльнев В.М., Сиддики А.В., 1989) более высоким потенциалом адаптивности и конкурентоспособности, наибольшее значение и распространение получила пшеница мягкая (T.aestivum L.). Ареал ее охватывает пять континентов земного шара: от полярного круга до южных границ Африки и Америки. Ее выращивают на землях, расположенных ниже уровня мирового океана, а также до высоты 4000 метров (в горах Перу). Все это свидетельствует о большой пластичности этой культуры. Вид исключительно полиморфный как по образу жизни (озимые, яровые, полуозимые, двуручки), так и по морфо-биологическим свойствам и в настоящее время на пшенице мягкой сосредоточено основное внимание селекционеров.
Пшеница мягкая изменялась не только под влиянием условий существования, но и в процессе селекционной работы. Еще Вавилов Н.И. (1935) писал, что «селекция растений - это эволюция руками человека». Эволюцию озимой пшеницы можно проследить на примере набора сортов этой культуры, созданных на протяжении двадцатого столетия.
Начало сознательной селекции относят к 18-му столетию, когда за счет массового, а затем индивидуального отборов начали устранять нежелательные признаки местных сортов. Таким путем были получены широко известные сорта Алабасская, Ульяновка, Гостианум 237, Кооператорка, Украинка 246 и другие. Однако возможности улучшения сельскохозяйственных культур, в том числе и пшеницы за счет интродукции и отбора, были практически исчерпаны уже к концу 19-го века. В начале прошлого века все больше внимания уделяется гибридизации, оказавшейся основным методом создания новых сортов. Общим для всех методов комбинационной селекции является гибридизация с целью получения рекомбинатов, т.е. нового сочетания признаков родительских форм.
Считается, что рекомбинация ускоряет эволюцию, так как позволяет мутациям, первоначально возникающим у разных индивидов, комбинироваться в потомстве. По мнению Дубинина Н.П. (1985), «...идущая в наши дни селекция сортов и пород животных базируется на процессах рекомбиногенеза».
Именно за счет рекомбинаций образуются новые, в том числе трансгрессивные по хозяйственно-ценным признакам и их сочетаниям, варианты, происходит инфильтрация зародышевой плазмы при межвидовой гибридизации (интрогрессия), появляются формы с аномальной изменчивостью. Рекомбинационная изменчивость у высших растений рассматривается в качестве «краеугольного камня селекции» (Жученко А.А., 2001).
Наиболее трудной задачей в комбинационной селекции является подбор родительских пар. Большинство исследователей считают, что особенно перспективно в этом плане использование «эколого-географической удаленности» (Вавилов Н.И., 1957; Лукьяненко П.П., 1973; Шевцов В.М., 1979).
Однако, по мнению Бороевича С. (1984), при подборе пар важна не их генетическая отдаленность как таковая, а генетическая разнокачественность. В дальнейшем Вьюшковым А.А. (цитируя Жученко А.А., 2001) было установлено, что использование сортов озимой пшеницы зарубежной селекции с большей степенью экологической удаленности хотя и способствует в прямых скрещиваниях повышению генетического потенциала продуктивности, но не позволяет повысить приспособленность к местным условиям как мягкой, так и твердой пшеницы.
По мнению Калиненко И.Г (1995), в селекции озимой пшеницы наиболее эффективным оказался метод внутривидовой ступенчатой гибридизации, с помощью которого можно постоянно наращивать в создаваемом сорте желаемые признаки и свойства. Именно на основе этого метода был создан сорт озимой пшеницы Донская безостая, в котором высокие морозо- и зимостойкость сочетаются с высокой толерантностью к бурой ржавчине, а также низкорослостью и высоким качеством зерна.
Большинство селекционеров, проводя подбор пар для скрещивания, стремятся использовать хотя бы один из компонентов генотип с высокой рекомбинационной способностью (Смолин В.П., 1998).
Анализ родословных большинства сортов зерновых культур, в том числе и озимой пшеницы, свидетельствует о том, что практически все они созданы методом гибридизации с использованием разных типов скрещиваний.
Селекция любой сельскохозяйственной культуры направлена на повышение ее продуктивности. Этот признак до последнего времени служил главным критерием любой селекционной программы.
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.
Sokolovsky Н.Е. (1969) отмечает, что средняя мировая урожайность пшеницы увеличилась с 1935 по 1962 годы на 16%. Бараш СИ. (1985) показал, 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. т.е. в 1,4 раза.
Условия проведения исследований
Исследования по сравнительному изучению сортосмен были проведены в отделе селекции и семеноводства озимой пшеницы Всероссийского научно-исследовательского института сорго и других зерновых культур в 1999-2002 годах, расположенного в южной почвенно-климатической зоне Ростовской области. Почва опытного участка - чернозем карбонатный обыкновенный теплый кратковременно промерзающий (предкавказский). Характеристика этого типа почв дана Агафоновым Е.В.и Полуэктовым Е.В. (1999). Рельеф ровный. Обыкновенные черноземы распространены на юге и юго-западе области. Характеризуются наличием мощного гумусного слоя (достигающего 160 см) и высокой карбонатностью. Реакция почвенного раствора близка к нейтральной - рН 0 7,0-7,1. Сумма поглощенных оснований - 33...39 мг/экв. на 100 г почвы с преобладанием кальция. Поглощенного натрия очень мало -0,5...1,5% от емкости поглощения. Почва глинистая и суглинистая, имеет мелкозернистую структуру, рыхлое сложение, легко поддается обработке, обладает хорошей воздухопроницаемостью и влагоемкостью, что способствует накоплению значительных запасов влаги.
Содержание общего азота в горизонте А 0,23...0,26%, а общий запас его равен 20-30 т/га, легкогидролизуемого азота содержится 60...110, нитрификационного азота - 30...40 мг/кг почвы (Бельтюков Л.П., 1999). Такие данные указывают на высокую обеспеченность почвы запасами общего азота. В то же время в засушливые годы растения на этой почве испытывают азотное голодание. Обыкновенные черноземы имеют небольшое содержание подвижного фосфора - 15...20 мг/кг почвы, хотя валовое содержание его высокое - 0,18...0,24%. По содержанию обменного калия почвы средне- и высокообеспеченные. Агрохимические показатели почвы опытного участка представлены в таблице 1. (Ковтун В.И., 2002).
В целом почва опытного участка по своему плодородию и физико-химическим свойствам благоприятна для выращивания озимой пшеницы.
Климат южной сельскохозяйственной зоны Ростовской области континентальный, характеризуется полузасушливым жарким летом и умеренно мягкой зимой. Среднемноголетнее количество осадков составляет 488, 5 мм (табл.2) с очень большим колебанием в засушливые и влажные годы. В теплое время года выпадает две трети годовых осадков, но они, как правило, носят кратковременный ливневый характер, а влага, попадающая при этом в верхние слои почвы, быстро испаряется из-за жаркой погоды в этот период. Сумма температур за период активной вегетации превышает 3400С. По данным Зерноградской метеостанции, среднегодовая температура воздуха +8,7С. Гидротермический коэффициент (ГТК) - 0,80...0,85. С апреля по октябрь отмечается 60...65 суховейных дней. Продолжительность безморозного периода составляет 180...200 дней. Зимы обычно малоснежные, с неустойчивым снежным покровом и среднесуточной температурой воздуха в самом холодном месяце (январе) -5,5С. Для зимних месяцев характерна частая смена похолоданий и потеплений. Иногда при коротких похолоданиях температура воздуха понижается до -20...-25С, а промерзание почвы достигает 20...40 см. Весна наступает во второй половине марта. Лето обычно жаркое и сухое, среднесуточная температура воздуха самого жаркого месяца (июля) составляет +22,9С, в отдельные дни температура воздуха поднимается до +35С и более, а на поверхности почвы она достигает +45...+60 С.
Во все годы исследований среднесуточная температура воздуха была выше среднемноголетних на 1,8...2,4С. Больше всего осадков выпало в 1999...2000 сельскохозяйственном году - 751,1 мм. В остальные годы количество осадков также превышало среднее многолетнее значение. За время исследований температура на глубине залегания узла кущения не опускалась ниже критических значений и не представляла опасности для растений озимой пшеницы во время перезимовки. Сумма активных температур за годы исследований составила от 3557С в 1999...2000 сельскохозяйственном году до 3642С в 1998...1999. Данные по количеству осадков и среднесуточной температуре воздуха по годам исследований представлены на рис.1 и рис.2.
Для 1998/1999 сельскохозяйственного года было характерно следующее: неустойчивая малоснежная зима, частая смена похолоданий и потеплений, повышенный температурный режим во все сезоны (кроме мая), интенсивные суховейные явления, неравномерное выпадение осадков по декадам и месяцам.
Изменение урожайности и элементов структуры урожая озимой мягкой пшеницы в процессе селекционной работы
Повышение урожайности озимой пшеницы как в конкретном районе, так І в целом по стране во многом обусловлено сортосменой, когда одни сорта аменяются другими, более продуктивными и лучше приспособленными к местным условиям. Изучение сортов озимой мягкой пшеницы, возделываемых в Ростовской области в прошлые годы и используемых в настоящее время, а это в основном сорта селекции ВНИИСЗК (по данным статуправления, занимающие 70-75% посевных площадей озимой пшеницы в области), в опытах 1999-2002 годов показало, что сорта каждого нового периода селекции превышали по урожайности сорта предшествующих периодов. От сортосмены к сортосмене последовательно повышался уровень урожайности районированных и допущенных к использованию сортов. Каждый этап сортосмены обеспечивал в среднем прибавку урожайности от 0,20 до 0,96 т/га (табл.3).
Полученные результаты исследований показывают, что только за счет продуктивной селекционной работы урожайность современных сортов озимой мягкой пшеницы с 1950 по 2002 годы выросла на 2,24 т/га, или в 1,51 раза. При этом среднегодовая прибавка урожайности в процессе селекции составила 0,045 т/га или примерно по 1% в год.
Наибольший рост урожайности получен у сортов второй сортосмены к [ервой (0,96 т/га) и обусловлен он, в первую очередь, внедрением в [роизводство качественно новых интенсивных сортов инорайонной селекции іезостая 1 и Мироновская 808. Их широкое районирование, площади посева, (лительность возделывания, удвоение урожаев в результате сортосмены во іногих странах мира связаны с радикальным изменением архитектоники ішеничного растения. Не случайно, что на базе Безостой 1 и Мироновской 808 юзданы многочисленные сорта не только в нашей стране, но и за рубежом.
Увеличение урожайности (на 0,22 т/га) в третьей сортосмене по равнению со второй произошло благодаря появлению сортов озимой пшеницы лестной селекции - Ростовчанка, Донская остистая и Северодонская, более приспособленных к почвенно-климатическим условиям зоны, чем Безостая 1 и Мироновская 808.
Сорта четвертого периода селекции (Тарасовская 29, Урожайная, Донская безостая, Донская полукарликовая) обеспечивали свою прибавку ),20 т/га за счет более высокой морозостойкости и адаптивности. Донская 5езостая и Тарасовская 29 являются наиболее пластичными сортами донской селекции, что подтверждается ареалом и площадями посевов, которые они снимают до сих пор. По своему значению Донская безостая может быть этнесена, как и Безостая 1, к родоначальникам нового сортотипа. С участием угого сорта или его производных только во ВНИИСЗК создано 11 новых сортов эзимой пшеницы.
Рост урожайности сортов пятого периода сортосмены в сравнении с четвертым (0,33 т/га) обусловлен появлением новых, в основном полукарликовых высокоинтенсивных сортов Донщина, Зерноградка 8 и Донская юбилейная.
Следующее существенное повышение урожайности озимой пшеницы [+0,53 т/га) характерно для современных сортов последнего периода селекции [Дон 93, Дон 95, Зерноградка 9 и других), отличающихся от сортов всех других териодов очень высоким потенциалом продуктивности, адаптивности и комплексом ценных признаков и свойств.
Следует отметить, что урожайность по периодам сортосмены в ависимости от условий выращивания варьировала по годам исследований. Самой низкой она была в 2000 году - 4,81 т/га (среднее по опыту), что объясняется неблагоприятными погодными условиями для озимой пшеницы, гакими как поздние весенние заморозки, избыточное увлажнение, вызвавшее полегание посевов и развитие болезней. Максимальная урожайность в среднем по опыту получена в 2002 году и составила 6,90 т/га. Однако увеличение урожайности озимой пшеницы в процессе селекции хорошо прослеживается во все годы проведения опытов (рис.3). Современные сорта последнего периода селекции постоянно превосходили предшествующие по уровню урожайности. Эта закономерность сохранялась, как в благоприятные для возделывания озимой пшеницы годы (1999, 2002 ), так и в менее благоприятные (2000, 2001).
Изменение длины вегетационного и основных межфазных периодов в процессе селекции
Для преодоления отрицательных последствий засухи в Ростовской )бласти определенное значение имеет создание скороспелых сортов, формирующих урожай до наступления засушливых условий. Однако, как юказали проведённые исследования, селекция на общее сокращение (егетационного периода существенно не продвинулась. Это связано с тем, что азличия по длине вегетационного периода сглаживаются из-за практически дновременного наступления фазы созревания у сортов разных групп спелости t результате действия в этот период засушливых условий (высокие емпературы, низкая влажность воздуха и т.д.), поэтому точно установить дату стественного полного созревания, особенно у позднеспелых сортов, удается олько во влажные годы, а это случается не часто.
В целом длина вегетационного периода существенно изменялась по одам исследований от 263 до 283 суток в среднем по опыту (табл. 17) в ависимости от складывающихся погодных условий. Но в каждом отдельном оду и в среднем за все годы исследований различия по продолжительности іегетационного периода между разными сортосменами составляли 1...2 дня, а [о сортам - 1...3 дня (приложение 20), т.е. дифференциация по этому признаку ыла не очень выражена.
Следовательно, на первый план выходит соотношение основных іежфазньїх периодов «всходы - колошение» и «колошение - полная спелость». J результате селекционной работы продолжительность периода «всходы -юлошение» значительно сократилась и, если у сортов первого периода елекции в среднем за годы исследований она составляла 235 дней, то у сортов J и VI периодов - 227 и 229 дней, соответственно, или на 6...8 дней короче приложение 21).
Благодаря этому удалось увеличить продолжительность периода жолошение - полная спелость», длина которого в условиях Ростовской ібласти во многом определяет возможность реализации сортом своего [отенциала за счет использования лучших условий развития, так как именно на тот период приходится налив зерна.
Колебания по годам продолжительности периода «колошение - полная пелость» были менее значительными, чем периода «всходы - колошение», но іазличия в его продолжительности, как по периодам селекции, так и по сортам приложение 22) прослеживались четко. В результате селекционной работы орта последних лет селекции в среднем выколашиваются на 5...7 дней раньше, ем старые сорта экстенсивного типа и, соответственно, имеют в среднем на ...6 дней более продолжительный период «колошение - полная спелость», вследствие более раннего колошения налив зерна у таких сортов идет в более анние сроки, то есть в более благоприятных условиях, что позволяет им формировать хорошо выполненное зерно и накопить до наступления :асушливых условий больше сухого вещества.
Выпадение осадков в более позднее время для сортов подобного типа іредставляет меньшую ценность, чем для старых сортов, колосящихся позже. Однако, по многолетним данным, обычно таких поздних осадков в нашей зоне ЇЄ наблюдается, наоборот, в это время для Ростовской области характерны іасухи и суховеи.
Продолжительность межфазного периода «колошение - полная :пелость» показана у сортов разных периодов селекции на рисунке 7. В целом га рисунке отчетливо видна тенденция к увеличению длины периода (колошение - полная спелость» в процессе селекции. Во все годы ісследований максимальное значение по этому признаку было отмечено у юрта Донская полукарликовая (50 дней), который является уникальным сортом юнской селекции, сочетающим в себе скороспелость и высокий потенциал іродуктивности. Большая продолжительность периода «колошение - полная шелость» была отмечена также у сортов Донщина (48 дней), Зерноградка 8 (49 щей), Донская юбилейная (48 дней) и Ермак (49 дней), в родословную которых зходит сорт Донская полукарликовая.
Для выявления зависимости между урожайностью и іродолжительностью вегетационного периода и основных межфазных периодов вегетации нами был проведен корреляционный анализ, результаты которого представлены в таблице 18.
Представленные данные показывают, что корреляционная связь по годам проведения исследований была неодинаковой, особенно выделяется 2000 год, когда в результате майских заморозков наиболее существенно пострадали скороспелые сорта.
