Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы идентификации ценотически продуктивных генотипов на ранних этапах селекции (обзор литературы) 9
1.1 Точность оценок урожайности генотипов в первичных звеньях селекционного процесса 10
1.2 Критерии отбора индивидуальных растений в расщепляющихся поколениях гибридных популяций 14
1.3 Дифференцирующая способность критериев отбора, основанных на использовании фоновых признаков 25
1.4 Влияние условий выращивания растений на результативность отбора при селекции на урожай 29
2 Условия, материал и методика проведения опытов 35
2.1 Почвенно-климатические условия проведения опытов 35
2.2 Материал и методика исследований 39
3 Точность оценок ценотической урожайности генотипов в первичных звеньях селекционного процесса 45
3.1 Соответствие оценок на делянках селекционного питомника оценкам урожаев в конкурсном сортоиспытании 46
3.2 Связь оценок урожайности на больших делянках с оценками признаков отдельных растений 50
4 Выявление новых фоновых признаков, используемых при отборе потенциально продуктивных растений сои 54
4.1 Оценка применимости признака растения сои «диаметр нижней части главного стебля» в качестве фонового 56
4.2 Оценка возможности использования при отборах растений сои фонового признака «масса отрезка нижней части главного стебля» 60
5 Методические аспекты оценки новых фоновых признаков 65
5.1 Влияние влажности растения на объективность оценок фоновых признаков 65
5.2 Зависимость оценок фоновых признаков от высоты растений 69
6 Эффективность использования фоновых признаков при отборе у сои в зависимости от схемы раз мещения растений в посеве 72
6.1 Результативность отбора потенциально продуктивных растений сои при неравномерном размещении их в рядке 74
6.2 Эффективность отбора желательных генотипов сои при выращивании растений с равномерным распределением их в рядке при густоте стояния близкой к производственной 76
6.3 Влияние пониженной густоты стояния растений при их равномерном размещении на результаты идентификации высокоурожайных генотипов сои в популяции 79
7 Усовершенствованный способ отбора растений сои на основе использования новых фоновых признаков 83
7.1 Описание способов отбора растений в популяциях сои, на основе использования фоновых признаков 84
7.2 Звенья селекции сои, включающие разработки, полученные в процессе диссертационного исследования 86
Заключение 91
Предложения для селекционной практики 94
Список используемой литературы 95
- Критерии отбора индивидуальных растений в расщепляющихся поколениях гибридных популяций
- Соответствие оценок на делянках селекционного питомника оценкам урожаев в конкурсном сортоиспытании
- Оценка возможности использования при отборах растений сои фонового признака «масса отрезка нижней части главного стебля»
- Эффективность отбора желательных генотипов сои при выращивании растений с равномерным распределением их в рядке при густоте стояния близкой к производственной
Критерии отбора индивидуальных растений в расщепляющихся поколениях гибридных популяций
Оценки урожайности на однорядных делянках. Не вызывает сомнения тот факт, что оценки урожайности генотипов на малых однорядных делянках менее объективны по сравнению с оценками на многорядных делянках, имеющих защитные ряды. Тем не менее, селекционеры вынуждены на начальных этапах использовать однорядные делянки по причине ограниченного количества семян. При этом большинство исследователей при оценке материала на этапе однорядных делянок отдают предпочтение визуальной оценке материала по ряду признаков, исключая урожайность, считая урожайные данные ненадёжными.
Подтверждение вышесказанного можно найти в работах J. W. van Ooijen [187; 188]. Изучая модельные и реальные гибридные комбинации яровой пшеницы, автор установил, что коэффициенты корреляции между значениями урожайности линий F3 и их «истинной» урожайностью в чистом посеве на больших делянках в F9 невысоки, из чего следует вывод о том, что оценка линий F3 даёт результаты с большой ошибкой.
Аналогичные результаты получили и P. R. Hanson, G. Jenkins, B. Westcott, в исследованиях которых отбор в ранних поколениях на продуктивность по рядкам без повторности давал данные, плохо коррелирующие с результатами последующей оценки линий в сеялочном посеве [178]. Низкую эффективность отбора на урожайность в первичных звеньях селекционного процесса подтвердили результаты проведённых исследований других авторов [16; 92; 170; 195].
Несоответствие оценок урожайности изучаемых генотипов на однорядных делянках и делянках с двумя учётными и двумя защитными рядами, на 11 блюдаемое в исследованиях на подсолнечнике, А. Б. Дьяков с соавторами объяснили отсутствием в первом варианте защитных окаймляющих рядов, способных элиминировать эффекты конкурентного взаимоотношения растений соседних делянок [10; 50]. Серией последующих экспериментов А. Б. Дьяков, Т. А. Васильева и Ю. Г. Бойко установили, что именно эффекты межделяночной конкуренции вносят наибольший вклад в вариацию оценок урожайности при испытании генотипов на однорядных делянках [49; 56]. Соглашаясь с тем, что ненадёжность оценок урожайности на однорядных делянках связана с конкурентными взаимоотношениями генотипов, В. Е. Ро-зенцвейг и Д. В. Голоенко на сое выявили дополнительные факторы, каковыми являются краевые эффекты, изреженность соседствующих делянок и выпады растений (отсутствия части ряда) [121].
При выращивании селекционного материала на малых делянках по данным Ф. Бриггс, П. Ноулз [15], Э. Дж. Хейн и Дж. С. Смит [155] возможны лишь сравнения по высоте растений, срокам цветения и созревания, прочности соломины и другим, легко измеряемым признакам, а оценивать урожайность на малых делянках (при ограниченном количестве семян) нельзя. На это же указывают в своих рекомендациях по селекционной работе с полевыми культурами В. Д. Бугаев с соавторами [16]. Согласно их данным для оценки урожайности и качества семян предпочтительнее контрольный питомник, в котором материал выращивают на многорядных делянках с по-вторностями. Такого же мнения придерживается и В. И. Сичкарь, считая целесообразным оценивать селекционный материал в питомнике с однорядными делянками только по хорошо наследуемым признакам, таким как продолжительность вегетационного периода и межфазных периодов, высота растений, тип роста, устойчивость к полеганию, устойчивость к болезням [167].
Относительно эффективности отбора высокопродуктивных форм на ранних этапах селекции на основе визуальной оценки урожайности мнения исследователей расходятся. Так, исследованиями С. П. Мартынова и В. А. Крупнова, проведёнными на сортах и линиях яровой мягкой пшеницы установлена тесная корреляция между визуальной оценкой и фактической урожайностью зерна генотипа. И в то же время авторы рекомендуют выбраковывать на основе такой оценки не более 50 % линий [93].
Напротив, неэффективность визуального отбора на урожайность отмечали в своих экспериментах K. G. Briggs и L. H. Shebeski [169]. Результаты проведенных ими опытов показали, что когда визуальный отбор используется как средство для определения урожайности линий в селекционной программе, эффективность его сравнительно низка.
Вполне очевидно, что возможность объективной оценки урожайности появляется только тогда, когда селекционный материал высевается на многорядных делянках с защитными рядами и с повторностями. По словам известного селекционера В. Я. Юрьева «Основной признак сорта, его урожайность, можно установить только с того времени, когда сорт начинает занимать относительно большую площадь и когда его посевы имеют повторность» [164]. И. М. Молчан с соавторами в своей работе также подчеркивают необходимость относительно большой площади для оценки сорта как системы агро-биоценоза [102].
Учитывая ненадёжность оценки урожайности на уровне однорядных делянок, В. С. Коваль и С. Ф. Коваль рекомендуют отодвинуть отбор высокопродуктивных генотипов на заключительные этапы селекции, когда незначительное число перспективных форм выйдет на большие делянки [62]. В своей работе «Растение в опыте» С. Ф. Коваль и В. П. Шаманин, относительно использования многими селекционерами отбора в селекционном питомнике на однорядных делянках «урожайных» кандидатов в сорта, особо подчёркивают: «Следует взять за правило: никогда не судить об урожае по одно-рядковым и даже метровым делянкам. С точки зрения теории продукционного процесса это лишено смысла» [64].
Соответствие оценок на делянках селекционного питомника оценкам урожаев в конкурсном сортоиспытании
Исследования выполняли в полевых и лабораторных условиях в период 2010-2013 гг. Полевые опыты закладывали на полях центральной экспериментальной базы ВНИИМК (г. Краснодар) с использованием принятой в Краснодарском крае технологии возделывания. Предшественником сои во все годы исследований была озимая пшеница. Посев сои осуществляли селекционной сеялкой СКС-6А широкорядным способом с междурядьем 70 см. В течение вегетационного периода проводили две-три междурядные культивации. Для уничтожения сорных растений применяли гербициды Трофи-90 и Пульсар.
Представленная работа состояла из нескольких экспериментов, поэтому материал и методика по каждому из них будут изложены отдельно.
Методика проведения опыта по изучению точности оценок цено-тической урожайности генотипов в первичных звеньях селекционного процесса. В опыте использовали 20 сортов сои одного срока созревания, но с разным потенциалом урожайности. Сорта выращивали параллельно на многорядных делянках с повторностями и в виде отдельных растений (2 варианта).
В первом варианте исследуемые сорта выращивали на 4-рядных делянках, длиной 5 м. Общая площадь делянки 14 м2, учётная – 6 м2, повторность 4-кратная. Перед уборкой оба конца (торцы) делянок обрезали (по 35 см). Учет урожая проводили путем прямой уборки селекционным комбайном «Wintersteiger Classic» двух средних рядов.
Во втором варианте проводили анализ изучаемых сортов, выращенных на однорядных делянках без повторностей с длиной рядка 5 м. В фазу созревания на рядке каждого сорта отбирали по 30 случайных растений. В лабораторных условиях каждое растение анализировали по следующим признакам: 0- величина отклонения массы семян от линии экологической регрессии массы семян на массу несеменной надземной части растения х _ (фП) масса стеблей со створками бобов у - (СП) масса семян а - оу /ох (а- стандартное отклонение) к - у -хх- а
Возможность использования в качестве критериев отбора потенциально продуктивных генотипов сои вышеперечисленных признаков, анализируемых на отдельных растениях, устанавливали с помощью корреляционного анализа их связи с данными по оценке урожайности сортов на больших делянках. Вычисляли коэффициенты парной корреляции Пирсона.
Методика проведения опыта по поиску фоновых признаков. Исследования проводили на отдельных растениях трёх контрастных по срокам созревания сортов сои - Вилана, Альба и Лира. Растения выращивали при неравномерной площади питания, создаваемой при посеве селекционной сеялкой СКС-6А, с густотой 20 шт./м2. Использовали 4-рядные делянки площадью 14 м2 с длиной рядка 5 м. Сорта на делянках выращивали без повторно-стей.
На каждом сорте в фазу созревания отбирали (посредством срезания на уровне поверхности почвы) и в дальнейшем анализировали в лабораторных условиях по 50 случайных растений. На отдельном растении определяли массу стебля со створками бобов, диаметр середины первого междоузлия главного стебля и массу отрезка нижней части главного стебля. Диаметр главного стебля измеряли с помощью штангенциркуля в двух перпендикулярных направлениях на одной линии окружности (Рисунок 2.3 а). Признак «масса отрезка» определяли путём взвешивания отрезка нижней части главного стебля длиной 3, 5, 7 и 10 см (от поверхности почвы) (Рисунок 2.3 б).
Возможность использования массы отрезка и диаметра нижней части главного стебля в качестве фоновых признаков оценивали с помощью анали 42 за их корреляционной связи с уже известным фоновым признаком «масса несеменной надземной части растения».
Методика проведения опыта по изучению эффективности использования фоновых признаков при разных схемах размещения растений.
Материалом для оценки эффективности индивидуального отбора с помощью фонового признака при разных схемах посева послужила искусственно созданная популяция. В неё были включены сорта сои близкие по сроку созревания и имеющие маркерные признаки, позволяющие идентифицировать их в смеси. Главными компонентами искусственной популяции были высокопродуктивный сорт Вилана (серое опушение + фиолетовый венчик цветка) и низкопродуктивный сорт Л-191 (серое опушение + белый венчик цветка). Кроме того, в состав популяции были включены в качестве сопутствующих компонентов ещё 5 сортов с коричневым опушением, характеризующихся средней урожайностью семян. Популяцию формировали ежегодно путём смешивания семян вышеуказанных сортов в равных количествах.
Для определения оптимальной схемы посева на каждом варианте отбирали (срезанием на уровне почвы) по 50 растений: сорта Вилана, сорта Л-191 и сопутствующих сортов (всего 150 растений). Последующий анализ предусматривал определение массы всего растения и массы семян. Эффективность изучаемых схем оценивали по количеству идентифицированных растений высокопродуктивного сорта Вилана, низкопродуктивного сорта Л-191 и пяти среднеурожайных (сопутствующих) сортов. При этом применяли интенсивность отбора 20 % (из 150 отобранных в поле растений выбирали 30 лучших) и 40 % (из 150 – соответственно 60 лучших растений). Выбор «лучших» растений осуществляли на основе использования двух критериев – «масса семян» и «величина отклонения массы семян от линии экологической регрессии селекционного признака к фоновому». В качестве фонового признака использовали массу несеменной надземной части растения (масса растения минус масса семян).
При статистической обработке экспериментальных данных, полученных в опытах, использовали методы дисперсионного и корреляционного анализов (в изложении Б. А. Доспехова) [43]. Оформление текста диссертации выполнено согласно ГОСТ Р 7.0.11–2011 «Диссертация и автореферат диссертации. Структура и правила оформления». Внутритекстовые библиографические ссылки и список использованной литературы выполнены по ГОСТ Р 7.0.5-2008 «Библиографическая ссылка».
Оценка возможности использования при отборах растений сои фонового признака «масса отрезка нижней части главного стебля»
Оценка индикаторной способности признака «масса отрезка нижней части главного стебля» была проведена на растениях сорта сои Вилана, выращенного в смеси с другими сортообразцами с густотой стояния 20 растений на 1 м2 при равномерном и неравномерном размещении их в рядке. Анализ полученных данных показал высокую чувствительность признака к колебаниям среды и конкуренции (Таблица 4.3).
Изменение массы отрезка нижней части главного стебля у сорта сои Вилана при выращивании в разной конкурентной среде, г Также как и в случае с диаметром, масса изучаемого отрезка стебля при выровненной площади питания растений была существенно больше, а при невыровненной – меньше. При этом изменчивость массы отрезка была несравнимо больше. Так, если диаметр нижней части главного стебля сорта Вилана изменялся более чем в два раза (см. таблицу 4.1.), то разница между максимальным и минимальным значениями массы отрезка достигала 3,5–5,9 раз. Эти данные дают основание считать признак «масса отрезка нижней части главного стебля» приемлемым фоновым признаком, поскольку он хорошо отзывчив на изменения обеспеченности растений ресурсами среды и отвечает требованиям, предъявляемым к таким признакам.
Оценка соответствия признака «масса отрезка нижней части главного стебля» известному фоновому признаку «масса несеменной надземной части растения» с помощью корреляционного анализа показала тесную связь между ними. У всех изучаемых сортов сои коэффициенты корреляции между анализируемыми признаками составили от 0,804 до 0,962, что значительно выше критического значения на 0,1 %-ном уровне значимости (Таблица 4.4).
Критическое значение r на 0,1 %-ном уровне значимости = 0,372 Эти данные являются основанием для заключения о возможности эффективного использования в селекции сои нового фонового признака массы отрезка нижней части главного стебля.
Вычисление представленных в таблице 4.4. коэффициентов корреляции проводили с использованием показателей массы отрезка стебля длиной 5 см. Для выяснения вопроса – является ли такая длина оптимальной, были исследованы отрезки стебля другой длины: 3, 7 и 10 см (Рисунок 4.3). Лучший вариант выявляли на основании корреляционной связи масс отрезков с массой несеменной надземной части растения. см 7 см 5 см 3 см
В среднем полученный диапазон вычисленных коэффициентов корреляции составил от 0,922 (отрезок 3 см) до 0,949 (отрезок 10 см) (Рисунок 4.4). Существенно более высокие значения коэффициентов корреляции по сравнению с критическим значением на 1 %-ном уровне значимости указывает на то, что в качестве фонового признака можно использовать отрезок любой длины. Но наблюдаемая на графике тенденция повышения корреляционной связи по мере увеличения длины отрезка говорит о большей информативности как фонового признака отрезка длиной 5, 7 или 10 см.
Завершающим результатом диссертационного исследования, связанного с оценкой массы отрезка нижней части главного стебля как нового фонового признака, явился разработанный способ отбора у сои, на который была подана заявка № 2011151624 на получение патента (дата приоритета изобретения 16.12.2011 г.).
Федеральной службой по интеллектуальной собственности 27 мая 2013 года в Государственном реестре изобретений Российской Федерации зарегистрировано изобретение «Способ отбора высокопродуктивных форм сои», на которое выдан патент № 2482665 [135, приложение 3]. Патентообладателем изобретения является Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта. Авторы: Дьяков А. Б., Кочегура А. В., Лукомец В. М. и Ткачёва А. А. (приложение 4). Таким образом, вышеизложенные результаты исследований свидетельствуют о возможности использования в качестве новых фоновых признаков при отборе потенциально продуктивных генотипов в расщепляющихся популяциях сои диаметра, измеряемого в середине нижнего междоузлия, а также массы отрезка нижней части главного стебля длиной 5–10 см. При использовании новых фоновых признаков можно изменить методику отбора растений, заменив отбор целых растений сбором с него только бобов и отрезка нижней части главного стебля (для взвешивания или определения диаметра).
Эффективность отбора желательных генотипов сои при выращивании растений с равномерным распределением их в рядке при густоте стояния близкой к производственной
Выращивание селекционного материала сои на однорядных делянках не обеспечивает объективной оценки урожайности. В сравнении с большими делянками, имеющими защитные ряды, однорядные делянки завышают оценки урожайности на 19,1–37,4 %. При селекции сои на повышение урожайности прямой отбор по массе (или урожайности) семян на однорядных делянках неэффективен.
Выявлена существенная положительная связь (r = 0,465) между отклонением массы семян с делянки от линии экологической регрессии СП/ФП исходных линий сои селекционного питомника (однорядные делянки) и урожайностью их потомств в конкурсном испытании. Величину отклонения массы семян с делянки от линии экологической регрессии СП/ФП можно использовать в качестве критерия отбора ценотически продуктивных генотипов в ранних питомниках – при выращивании их на однорядных делянках без по-вторностей.
Исследование основных элементов структуры урожая отдельных растений сои, как потенциальных критериев отбора, показало их неэффективность для использования в селекции на повышение урожайности. Невысокие и несущественные значения коэффициентов корреляции (r= 0,238 и 0,282) указывают на то, что отбор ценотически продуктивных растений сои в расщепляющихся популяциях по числу и массе семян с растения малоэффективен.
В отличие от элементов структуры урожая, величина отклонения массы семян от линии экологической регрессии СП/ФП является эффективным критерием для использования при отборах в популяциях сои на продуктивность. Связь оценок величин отклонений у индивидуальных растений сои с оценками урожайности их потомств на больших делянках была существенной, положительной, средней величины (r= 0,454). 5. Выявлены новые фоновые признаки – «диаметр нижней части главного стебля» и «масса отрезка нижней части главного стебля», пригодные для использования в селекции сои для повышения эффективности отбора це-нотически продуктивных растений. Научным обоснованием их применимости является то, что они являются хорошими индикаторами обеспеченности растений сои ресурсами среды, а также тесно коррелируют с известным фоновым признаком «масса несеменной надземной части растения» (r= 0,804– 0,966).
Установлено, что при оценке фонового признака «диаметр нижней части главного стебля», с равной информативностью измерения стебля можно производить на уровне почвы (корневая шейка), на середине первого междоузлия или в зоне первого (от поверхности почвы) узла. Наиболее удобным местом измерения диаметра стебля является середина нижнего междоузлия.
При использовании в качестве фонового признака массы отрезка нижней части главного стебля, для его оценки можно с равным успехом ис пользовать фрагмент нижней части стебля длиной от 3 до 10 см. Установлена тенденция незначительного повышения точности оценки фонового признака по мере увеличения длины отрезка. Исходя из полученных данных, наиболее предпочтительной является длина отрезка 5, 7 или 10 см.
Получены данные свидетельствующие о том, что на точность анализа растений по отклонению массы семян от линии экологической регрессии CП/ФП (ФП – новые фоновые признаки) влияет влажность анализируемых частей растения. Для объективной оценки растений необходимо стабилизировать отношение массы семян к диаметру или массе отрезка стебля, что достигается путём выравнивания их влажности. Выравнивание влажности анализируемых частей растения обеспечивает хранение их в сухом помещении в течение двух месяцев.
Длина главного стебля не вносит коррективы в оценки диаметра и массы отрезка нижней части стебля. Согласно полученным данным, различия между сортообразцами с длиной стебля 87 и 119 по массе отрезка нижнего междоузлия составили пренебрежимо малую величину – 0,03 г, по диаметру отрезка 0,25 мм. Следовательно, новые фоновые признаки могут эффективно использоваться при отборе потенциально продуктивных растений сои независимо от их высоты, укладывающейся в параметры моделей создаваемых сортов.
Разработаны и предложены для практического использования в селекции два принципиально новых способа отбора ценотически продуктивных растений сои, основанных на применении фоновых признаков. На разработанные способы отбора получены два патента Российской Федерации (№ 2482665 от 27.05. 2013 г. и № 2483529 от 10.06. 2013 г.).
Для повышения результативности отбора продуктивных в ценозе генотипов по отклонению массы семян от линии экологической регрессии CП/ФП необходимо создавать фон отбора с выравниванием площади питания растений в посеве. При этом предпочтительным является разреженное размещение растений, обеспечивающее идентификацию в популяциях сои максимального количества истинно продуктивных растений–родоначальников высокоурожайных сортов.