Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Уборочная влажность зерна кукурузы при созревании как объект научных противоречий
1.1. Влияние внешних факторов на влажность зерна кукурузы 6
1.2. Уборочная влажность зерна как наследственный признак 11
1.3. Влияние морфологических признаков и свойств на уборочную влажность зерна кукурузы 15
ГЛАВА 2. Почвенно-климатические, условия проведения опытов, материал и методика исследований.
2.1. Характеристика почвы 29
2.2. Метеорологические условия 29
2.3. Исходный материал и методы проведения экспериментов 32
ГЛАВА 3. Отбор и оценка исходного материала линий кукурузы по признаку быстрой потери влаги зерном при созревании
3.1. Отбор раннеспелого исходного материала 37
3.1.1. Урожайность зерна кукурузы 37
3.1.2. Комбинационная способность по признаку «урожайность зерна» 46
3.1.3. Уборочная влажность зерна 50
3.1.4. Комбинационная способность по признаку «уборочная влажность зерна» 58
3.2. Отбор среднеспелого исходного материала 61
3.2.1. Урожайность зерна 61
3.2.2. Комбинационная способность по признаку «урожайность зерна» 65
3.2.3. Уборочная влажность зерна 67
3.2.4. Комбинационная способность по признаку «уборочная влажность зерна» 71
ГЛАВА 4. Динамика потери влаги зерном при созревании линии входящих в состав изучаемых гибридов 73
Глава 5. Экологическая пластичность и стабильность тесткроссов 84
Выводы 96
Практические предложения 98
Список использованной литературы 99
Приложения 113
- Влияние внешних факторов на влажность зерна кукурузы
- Влияние морфологических признаков и свойств на уборочную влажность зерна кукурузы
- Исходный материал и методы проведения экспериментов
- Комбинационная способность по признаку «урожайность зерна»
Введение к работе
Кукуруза является наиболее продуктивной среди всех зерновых культур. Ее урожайность в мире в последние годы составляет 4,3-4,5, пшеницы 2,6-2,7 и риса 3,8-3,9 т/га.
Широкое распространение посевов кукурузы во многих странах мира объясняется ее ценными кормовыми достоинствами, высокой продуктивностью и разносторонностью использования.
Актуальность исследований объясняется тем, что при продвижении посевов кукурузы на север, уборка урожая комбайнами с приставками для прямого комбайнирования, в этих регионах сопряжена с немалыми трудностями и потерями. Помимо этого, послеуборочная доработка зерна с повышенной влажностью требует значительных энергетических затрат.
Одной из основных задач в создании новых раннеспелых высокоурожайных гибридов кукурузы является получение исходного материала линий с быстрой потерей влаги зерном при созревании.
Учитывая требования сельскохозяйственного производства в настоящее время, селекционеры работают над тем, чтобы создать гибриды кукурузы, зерно которых в полевых условиях после достижения физиологической спелости интенсивно бы отдавало влагу. Создание гибридов с быстровысыхающим зерном является важной народнохозяйственной задачей, так как при этом значительно сокращаются топливно-энергетические расходы, достигающие 30 % всех затрат.
Целью настоящей работы является оценка имеющегося исходного материала и отбор линий по признаку быстрой потери влаги зерном при созревании. На базе выделенных линий, показавших наилучшие результаты по высыханию зерна и передавших этот признак гибридам, необходимо получить новые гибриды, отличающиеся высокой урожайностью зерна и зеленой массы и несущие в себе признак быстрой потери влаги зерном при созревании.
5 Для реализации поставленной цели будут решены следующие задачи:
Создание раннеспелого и среднеспелого исходного материала линий кукурузы по признаку быстрой потери влаги;
Оценка созданных линий по хозяйственно ценным признакам;
Изучить параметры варьирования признака «урожайность зерна» в тесткроссах.
Изучить параметры варьирования признака «уборочная влажность зерна» в тесткроссах.
Определить комбинационную способность линий кукурузы по признаку «уборочная влажность зерна»
Определить комбинационную способность линий кукурузы по признаку «урожайность зерна»
Показать динамику уборочной влажности зерна линий кукурузы при созревании.
Изучить экологическую пластичность и стабильность тесткроссов кукурузы.
Научная новизна исследования заключаются в том, что впервые в условиях Северной зоны Краснодарского края проведена идентификация новых самоопыленных линий кукурузы на скорость потери влаги зерном при созревании. Определены значения эффектов ОКС и варианс СКС по признаку «урожайность зерна» и «уборочная влажность зерна» гибридов. Изучена динамика потери влаги зерном у отобранных самоопыленных линий кукурузы.
Практическая ценность исследований. Даны практические рекомендации использования линий кукурузы с быстрой потерей влаги зерном при созревании для создания раннеспелых гибридов обладающих подобными свойствами. Учитывая динамику потери влаги зерном, создан селекционный материал, обладающий как высокой урожайностью зерна, так и быстрым его созреванием.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на Международной научно - практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса» (пос. Персиановский, Ростовской области. 2005 г.); на заседании Ученого Совета Северокубанской сельскохозяйственной опытно станции (2002-2004 г.г.); на заседании Метод комиссии отдела кукурузы КНИИСХ 2003 г.
Влияние внешних факторов на влажность зерна кукурузы
Со времен появления научных трудов по уборочной влажности зерна кукурузы существуют различные мнения о физиологическом явлении особенностях генетики этого признака и факторах влияющих на данное свойство.
По мнению многих ученых (Мороз В.В., 1987; Гурьев В.Б.,1986; Гульняшкин А.В., 1993, 2002; и др.) скорость потери влаги зерном при созревании сложный физиологический процесс - результат взаимодействия многих факторов, обуславливающих дифференциацию генотипов по влажности на самых ранних фазах развития зерновки, а также морфологических признаков початка и зерновки, определяющих темпы высыхания зерна после созревания.
По данной теме было проведено большое число исследований, однако изучена она далеко не полностью. Многие понятия трактуются противоречиво, а создание стройной и четкой теории селекции высокоурожайных, быстро созревающих гибридов, очевидно сформулирована будет не скоро. (Орлянский Н.А. 2004)
Помимо исследования уборочной влажности зерна кукурузы как признаковой характеристики линий и гибридов ученые В. Гурьев, О. Шашков (1998) предложили оригинальную методику определения ФАО по формуле с использованием продолжительности периода «всходы - цветение початков» и уборочной влажности зерна.
Занимаясь изучением уборочной влажности зерна К.Е. Овчаров (1976) разделил период созревания зерна кукурузы на три основные этапа. Первый этап - молочная спелость, когда влажность зерна достигает уровня 65-70%. Второй этап — налив зерна — влажность снижается до 30-40%. В это время сохраняется нормальное передвижение воды по сосудисто - проводящим пучкам вследствие активного метаболизма растений. Третий этап созревание зерна - характеризуется быстрой потерей влаги и прекращением поступления пластических веществ в зерновки кукурузы. I.L. Purely, P.L. Crande (1967) выделяют также стадию развития початка и оплодотворения. C.G. Poneleit (1983) считает основной фазу эффективного периода налива зерна (с десятого дня после цветения, до физиологической спелости), которая характеризует физиологический потенциал урожая и коррелирует с ним при взаимосвязи 0,88.
Ученые В.В. Кошеляев и В.А. Серков занимались изучением влагоотдачи самоопыленных линий кукурузы именно по фазам созревания зерна. Были получены линии, хорошо отдающие влагу (более 2% в сутки) в фазу молочно- восковой и за период восковой спелости, а также линии, обладающие повышенными темпами влагоотдачи на протяжении всего периода налива зерна.
Так долгое время признак «уборочная влажность зерна» интересовал ученых лишь как значение или величина спелости зерна. Некоторые ученые такие как (Р.У.Югенхеймер,1979) считали, что влажность зерна во время уборки початков может, служит надежным критерием ли тестом их созревания.
Многими исследователями уборочная влажность зерна считается наиболее подходящей характеристикой для классификации сортообразцов кукурузы по скороспелости (Чалык Т.С., Боровский М.И., 1981; Kang М. et al., 1983; Гурьев Б.П., Зозуля А.Л., 1987; Мороз В.В., 1986; Домашнев П.П., Дзюбецкий Б.В., Костюченко В.И., 1992). Однако применять ее можно только для набора линий или гибридов, изучавшихся в одних и тех же условиях выращивания.
Хотя есть и противоречивое мнение. L.H. Вакег (1969) выдвигает возражения против использования влажности зерна в качестве критерия относительной спелости кукурузы. Он полагает, что оценка гибридов по влажности зерна не является точным и постоянным значением. Оно может варьировать в зависимости от условий года и от места выращивания. К такому же мнению пришли, в своих исследованиях V. Baron, et all. (1975), установив при этом, что около 90% варьирования влажности зерна обуславливается действием климатических факторов.
Некоторые авторы считают, что на скорость влагоотдачи серьезное влияние оказывает температурный режим (Георгиев Т., 1980; Кирпа Н.Я., 1985). К примеру, Т. Георгиев (1980) считает, что после появления черного слоя скорость высыхания зерна не зависит от содержания влаги в стебле и листьях, а взаимосвязана с температурой воздуха окружающей среды и наличием у растений признаков, способствующих или препятствующих выделению влаги из зерна.
В работах 3. Б. Гуляева (1966); Н. А. Холявко (1971); Е. S. Bunting (1972а); M.Tallenaar et all. (1979) В. Bady-Apraku et all. (1983) указывается на значительное влияние температуры воздуха на скорость потери влаги зерном. В связи с этим как считают И.И. Мухтанов, Т.М. Георгиев, (1981); P.I.Smith, et all., (1982); М. Derieux, R. Bonhome, (1982), возможно прогнозирование уборочной влажности по сумме эффективных температур в тот или иной период развития растения.
Также о зависимости скорости потери влаги зерном от условий года сообщает и ряд других авторов изучавших данный признак (Мороз В.В., 1985; Гурьев В.Б.,1986).
Влияние морфологических признаков и свойств на уборочную влажность зерна кукурузы
Было проведено много исследований о влиянии морфологических признаков и свойств растений кукурузы на уборочную влажность зерна. В частности: П.П. Ключко, Ю.А. Асыка, В.В. Сергеев 1986 указывают, что отбор растений с длинными, но не толстыми початками, с большим.числом рядов зерен и небольшой массой 1000 зерен, укрытыми, подсыхающими к моменту наступления физиологической спелости обертками, может быть эффективным при селекции на пониженную уборочную влажность в сочетании с высокой продуктивностью.
Н.В. Цингер (1958) одной из причин потери влаги созревающими семенами считает вытеснение воды отлагаемыми запасными веществами. Значит, можно сказать, что влажность зерна кукурузы может обуславливаться плотностью «упаковки» структурных элементов эндосперма. Однако известны противоположные мнения. Так В.В. Мороз (1986) установил, что плотность структурных элементов, в основном отражает принадлежность зерна к типу эндосперма. Полученная им корреляционная связь между влажностью зерна и его объемом, массой и плотностью слабая отрицательная (г = -0,14; -0,15; -0,05 соответственно). В этих опытах повышенную плотность, имели гибриды, с кремнистым, пониженную - с зубовидным эндоспермом. Отсутствие зависимости влажности от этого признака позволил автору сделать вывод о равноценности кремнистых и зубовидных форм кукурузы по потери влаги зерном. Проводя аналогичные изучения, к такому же выводу по результатам своих исследований пришел А.Л. Зозуля (1982).
При селекции гибридов, по мнению некоторых исследователей, особое внимание стоит уделять толщине перикарпия. По результатам изучений различных авторов, коэффициенты кореляции между толщиной перекарпия и скоростью высыхания высокие и достоверные.
Так Т. Георгиев и др.,(1978); Krolikowski, Н.А. Saadalla, (1983); П.П. Домашнев и др., (1986) при селекции на низкую уборочную влажность зерна кукурузы большое внимание уделяли именно толщине околоплодника (перекарпия), т.к. через него проходит испаряющаяся из эндосперма влага. Имеется большое генетическое разнообразие исходного материала по данному признаку, что позволяет расширить исследования в этом направлении.
В опытах J. L. Helm, М. S. Zuber (1969) толщина перикарпия у самоопыленных линий кукурузы колебалась от 62 мкм до 160 мкм .Некоторые исследователи определили коэффициенты корреляции между толщиной перикарпия и скоростью высыхания, которые варьировали от -0,48 до -0,88. Это указывает на возможность использования этого показателя при селекции гибридов на ускоренное высыхание зерна. (Crane P. L. et all ., 1959; Purdy J. L. ,Crane P. L., 1967 6).
В научных трудах П.П. Домашнева и др. (1986) на 30-й день после появления рылец початка влажность зерна коррелировала с толщиной перекарпия (0,48-0,63). Однако, коэффициенты корреляции между этими же признаками снижались до г= 0,22-0,28 на 58-й день после появления нитей при содержании влаги в зерне 25-30%. Это может объясняется тем, что по мере развития зерновки возрастает роль абиотических факторов, становится возможным вторичное увлажнение зерна. Есть мнение, при котором установлена возможность вторичного увлажнения зерна на корню.
По утверждению ряда авторов (Richardson D. L.,1960; Helm J. J. and Tuber M. S., 1969, 1970, 1972a, 1972b; Hallauer A. R.1981, 1988, Ho L. Et all, 1975) толщина перикарпия не зависит от внешних факторов окружающей среды, а так же зоны выращивания и сроков уборки. Не влияет на толщину перикарпия и консистенции зерна. В то же время наблюдаются высокие значения наследуемости по данному признаку, что обеспечивает успех в селекции в этом направлении.
А.А. Прокофьев (1959,1968) исследуя семена масличных культур по содержанию влаги и, ее связи с другими признаками пришел к выводу, что этот признак связан с наличием в семенах веществ с гидрофильными свойствами. Этот вывод дал основание предположить, что обратный потере влаги процесс набухания зерна также находиться в зависимости от количества и степени гидрофильности запасных питательных веществ.
В.В. Мороз (1986) определил зависимость между скоростью потери влаги при созревании и интенсивностью ее поглощения при набухании и обнаружил положительную среднюю корреляцию (г=0,34 - 0,55). На основании этого он заключил, что существует общий механизм, обуславливающий скорость потери влаги при созревании и интенсивность ее поглощения зерном при набухании.
По мнению таких ученых как П.П. Домашнев, Б.В. Дзюбедский, В.И. Костюченко (1992) создание линий и гибридов, сочетающих низкую влажность зерна и большую продолжительность периода налива, потребует значительных усилий.
Исходный материал и методы проведения экспериментов
В качестве исходного материала для исследований использованы 187 с\о линий, находящихся в рабочей коллекции отдела селекции кукурузы СКСХОС (Приложение 1).
Агротехнические приемы по выращиванию кукурузы в опытах проводились в соответствии с рекомендациями, изложенными в «Методике Государственного сортоиспытания сельскохозяственных культур» (1971) и «Методике полевых опытов с кукурузой в НИИ кукурузы» (1980).
Сортоиспытание и селекционная работа проходили на полях второго селекционного севооборота. Предшественник - озимая пшеница. Минеральные удобрения - аммиачная селитра, диаммофоска-ЫадР Кзо внесены под предпосевную культивацию.
Посев проводился с 13-26 апреля селекционной сеялкой, с варьированием его по годам. Уход за посевами заключался в проведении 2-х междурядных культивации и одной ручной прополки. Густоту стояния растений формировали вручную в фазе 5-6 листьев. В качестве модели была принята густота стояния 50-55 тыс/га. Делянки в питомниках сортоиспытаний- двухрядковые (учетная площадь 9,8м ). Посев опытов проводился с различной повторностью от 3-х в контрольном питомнике, до 6 в конкурсном сортоиспытании.
При получении тесткроссов тестерами служили простые гибриды, различные по срокам созревания и происхождению. Всего было взято 12 тестеров (Приложение №2).
Было использовано топкроссное скрещивание. Оно проводилось таким образом, чтобы каждая линия была включена в гибридизацию не менее чем с двумя тестерами, что позволило более точно изучить комбинационную способность, изучаемых линий. Все гибриды были получены в селекционном питомнике в лаборатории селекции кукурузы в 2002 г., всего получено 437 тесткроссов.
В 2003г. было проведено сортоиспытание, полученных гибридов. Посев проходил в оптимальные сроки - 25-26 апреля, всходы получены 6-7 мая. Посев проведен селекционной сеялкой, делянки двух рядковые, площадь делянок 9,8 м . Густоту стояния растений формировали в фазе 5-6 листьев, густота стояния 60 тыс. растений на гектаре, повторность трехкратная. Уход за посевами заключался в проведении 2-х междурядных культивации и одной ручной прополки.
В 2004 году сортоиспытание полученных гибридов было продолжено. Посев был проведен — 15 апреля. Фенологические наблюдения включали в себя регистрацию даты появления всходов, цветения мужских и женских соцветий, оценок в период вегетации растений. В течении вегетации учитывались такие показатели, как длина периода всходы-цветение початков, процент полегших и поломанных растений, процент поражения пузырчатой головней, уборочная влажность. Производились замеры высоты растения, замеры высоты прикрепления початка.
Учёт урожайности зерна тесткроссов проводили по методике Государственного сортоиспытания, путем уборки делянок прямым комбайнированием с использованием селекционного комбайна «НИВА», с последующим взвешиванием зерна с каждой делянки и определением его влажности влагомером «ФАУНА М». Уборку проводили с 1 по 30 сентября с варьированием по годам.
В дальнейшем полученные результаты пересчитывали на гектар при 14% влажности. С помощью информационных программ, для анализа полученных результатов, была сделана биометрическая обработка данных, которая проведена на компьютере в отделе кукурузы. При обработке полученных данных использовали методы вариационного, статистического и дисперсионного анализов (Доспехов Б.А., 1985, Вульф В.Г.,1966).
Одновременно с испытанием на полях СКСХОС, для определения пластичности и стабильности полученных гибридов в 2003 г. весь набор высевался на Кубанской опытной станции ВНИИ Растениеводства (п. Ботаника, Гулькевичский район Краснодарского края). Параметры экологической пластичности и стабильности вычислялись по методике, предложенной S.A. Eberhart, W.A. Russel (1966) в изложении В.З. Пакудина (1976).
Комбинационная способность по признаку «урожайность зерна»
Давая основную оценку самоопыленным линиям кукурузы, мы основываемся на их способности давать в скрещиваниях потомство с необходимым для нас набором признаков и свойств. При селекции скороспелых гибридов кукурузы на гетерозис важнейшим признаком исходного материала является комбинационная способность. Линии с незначительным проявлением этого признака в гибридных комбинациях не находят практического применения при создании высокопродуктивных гибридов обладающих необходимыми признаками и свойствами (Анциферов В.В. 1987 г).
Общую (ОКС) и специфическую (СКС) комбинационную способность чаще всего оценивают по урожаю зерна, как наиболее важному признаку. Можно провести изучение по любым признакам необходимым селекционеру. В нашем случае далее будет рассматриваться признак «урожайность зерна».
Наибольшую ценность для селекции представляют формы, имеющие высокие эффекты ОКС в среднем за два года изучения.
В ходе нашего исследования также была поставлена задача, изучить, общую и специфическую комбинационную способность набора самоопыленных линий в тесткроссах по признакам «урожайность зерна» и «уборочная влажность». Комбинационная способность была изучена у 187 самоопыленных линий.
Как видно из этой таблицы 11, где дана характеристика ОКС лучших линий по данной паре тестеров, комбинационная способность лучшей линии RA216 была выше, чем средняя урожайность в опыте на 1,3. Выделились генотипы, которые за годы исследований имели высокую ОКС и линии, у которых эффекты ОКС хотя и были с положительным знаком, но сильно варьировали в зависимости от года исследования. Вариансы СКС варьировали в пределах от 1,34 до 541,6.
Анализ общей комбинационной способности не дает полного представления о селекционной ценности образца, поскольку при этом усредняются возможные отклонения проявления анализируемого признака, вызываемые специфическими взаимодействиями генов в конкретных комбинациях, которые отражаются величиной варианс СКС.
Дисперсионный анализ тесткроссов по тестерам RA227xR2046 и RA227xR2008 показал существенные различия по признаку «урожайность зерна». Также имеется существенная дифференциация как по ОКС, так и по СКС (таблица 12). Урожайность зерна является определяющим при использовании линии. Рассмотрим линии с высокой комбинационной способностью по этому признаку. Из таблицы 12 видно, что линии R0510 и HMvl244 имели высокие значения ОКС на уровне 2,2 и 2,0 соответственно. Эффекты ОКС линий, в среднем за годы изучения по данной паре тестеров варьировали от -1,6 до + 2,2. Несмотря на то, что оценки эффектов ОКС изучаемых линий в тесткроссах варьировали в зависимости от года испытаний, также выделились генотипы с высокими и устойчивыми по годам значением ОКС. НСР05 0,5 0,5
Высокими значениями эффектов ОКС и варианс СКС как представлено в таблице 13 обладали линии RA 227, RA 198 и R1074. Эти линии можно рекомендовать для получения конкретных гибридных комбинаций с высокими значениями данных признаков.
