Введение к работе
Актуальность проблемы. Кукуруза в Среднем Поволжье традиционно является одной из ведущих кормовых культур. В настоящее время в Самарской области ею засевается ежегодно не менее 60-70 тыс. га. В связи с увеличением поголовья КРС и свиней в ближайшее время планируется расширение посевных площадей, занятых кукурузой, до 200 тыс. га.
В то же время в Среднем Поволжье, относящемся к крайней северной зоне выращивания кукурузы на зерно, лимитирующим фактором является сумма эффективных температур и, соответственно, ограниченный период вегетации. По данным Г.А. Ерохина (2003) вероятность вызревания гибридов группы ФАО 100-200 составляет в степной зоне Среднего Поволжья 100 %, ФАО 210-250 - 93 %, и ФАО 300-73%.
Для получения высокого урожая зерна кукурузы на уровне 6...7 т/га в благоприятные и не менее 4 т/га в засушливые годы гибриды должны характеризоваться устойчивостью к холоду, засухе, полеганию, поражению пузырчатой и пыльной головней (Мелихов, 2004). Также, в условиях ограниченного числа безморозных дней, необходимым условием считается раннеспелость - и интенсивный рост в начальный период вегетации.
В этой связи чрезвычайно актуальной является задача методологического обеспечения создания раннеспелых, высокопродуктивных гетерозисных гибридов кукурузы, включая подбор родительских компонентов в скрещивания.
Цель исследований - разработать методологические основы для создания раннеспелых, холодостойких, продуктивных гибридов кукурузы, максимально адаптированных к условиям степи Среднего Поволжья.
Задачи исследований:
- определить оптимальную продолжительность вегетационного периода
гибридов кукурузы для условий степи Среднего Поволжья;
- выявить особенности формирования структуры фенотипической изменчивости
количественных признаков у гетерозисных гибридов кукурузы в сравнении с
гомозиготным инбредным объектом (яровая мягкая пшеница);
- разработать методику прогнозирования комбинационной способности
инбредных линий без проведения скрещиваний;
изучить набор инбредных линий кукурузы на пригодность использования в качестве родительских форм в создании раннеспелых, холодостойких, продуктивных гибридов;
создать на основе выделенных по комплексу признаков инбредных линий новые перспективные раннеспелые гибриды кукурузы.
Научная новизна. Впервые в условиях Среднего Поволжья методами математической статистики определены оптимальные параметры вегетационного периода гибридов кукурузы, выявлены особенности структуры фенотипической изменчивости количественных признаков гетерозисних гибридов кукурузы в сравнении с инбредным биологическим объектом, разработана методика феногенетического прогноза комбинационной способности родительских форм, проведены исследования по реакции инбредных линий на ранние сроки сева.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основе сформированной коллекции родительских форм кукурузы и парных гибридов, предоставленных на паритетных началах ВНИИ кукурузы и агрофирмой «Отбор», созданы перспективные двух- и трёхлинейные гибриды, сочетающие высокую продуктивность зерна и силосной массы со скороспелостью. Лучшие инбредные линии кукурузы и созданные на их основе гибриды переданы для селекционного использования во ВНИИ кукурузы и агрофирму «Отбор».
Основные положения, выносимые на защиту:
- оптимальная продолжительность вегетационного периода гибридов кукурузы
для условий степи Среднего Поволжья;
доля генотипической и генотип-средовой составляющей в изменчивости количественных признаков гибридов кукурузы в сравнении с инбредным объектом;
методика феногенетического прогнозирования комбинационной способности инбредных линий кукурузы;
исходный материал для создания гетерозисних гибридов кукурузы;
новые перспективные раннеспелые гибриды кукурузы.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались на Вавиловских чтениях (Саратов, 2005) и на заседаниях Учёного совета ГНУ Самарский НИИСХ им. Н.М.Тулайкова (Безенчук, 2006-2009). Основные элементы диссертации опубликованы в четырёх научных статьях, в том числе две в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.
Личный вклад соискателя. Планирование, проведение полевых и лабораторных экспериментов, анализ и обобщение результатов исследований, представленные в диссертации, проведены при непосредственном личном участии диссертанта.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 106 страницах печатного текста, содержит введение, 5 глав, выводы, предложения для селекционной практики; включает 37 таблиц, 5 рисунков. Библиографический список включает 190 наименований, в том числе 90 на иностранных языках.
Условия, материал и методика проведения исследований. Исследования проводились в 2005-2008 гг на опытных полях Самарского НИИСХ, расположенных на второй надпойменной террасе реки Волги на северо-западе Сыртовой степи
Заволжья. Почвы типично чернозёмные (обыкновенный чернозём, переходящий в южный), средне-тяжелосуглинистые. Температурный режим в районе Безенчука определяет климат как резко континентальный. Средняя многолетняя температура воздуха +4,6С с колебаниями от 1,9*С в 1908 г. до 7,9С в 1995 г. Абсолютный минимум зарегистрирован в 1942 году (-47С), абсолютный максимум (+4 ГС) в 1984 г. Продолжительность периода с положительной температурой воздуха равна 204-211 дням.
Годы исследования отличались друг от друга по гидротермическим показателям. Сумма эффективных температур за вегетационный период в 2005 г. составила 1293.ГС, в 2006 г.- 1176,3 С, в 2007 г.- 1331,8 С, в 2008 г. - 1192,0 С, что вполне достаточно для вызревания раннеспелых и среднеранних гибридов, возделываемых на зерно. Количество осадков за период вегетации кукурузы во все годы, за исключением 2005 г. (113,2 мм.), превышало среднемноголетнее значение (211,0 мм.). В 2006 г. оно составило 221,3 мм., в 2007 г. - 258,7 мм., в 2008 г. - 215,8, но их распределение было крайне неравномерным.
В качестве исходного материала использовались:
- рабочая коллекция самоопыленных линий Самарского НИИСХ;
- в качестве тестеров для оценки линий на общую комбинационную
способность были использованы шесть простых гибридов: Крона С, Марта С,
Мадонна М, Сирень М - предоставленные для этих целей ВНИИК; Мечта С и Малка
С - из агрофирмы «Отбор»;
- ранние, раннеспелые и среднеранние гибриды российской и иностранной
селекции.
В диаллельные скрещивания были вовлечены 8 самоопыленных линий кукурузы селекции Самарского НИИСХ и линия F2 (Франция), адаптированные к местным климатическим условиям. Получено 72 реципрокных гибридов F].
В качестве объектов исследования при определении оптимальной продолжительности вегетационного периода выступал случайный набор гибридов различных групп спелости с числом ФАО от 170 до 300. В 2006 г. в испытаниях участвовало 18 гибридов, в 2007 г. - 23, в 2008 г. - 29.
Для сравнительного анализа особенностей формирования фенотипической изменчивости количественных линий у аутбредного (кукуруза) и инбредного (яровая мягкая пшеница) объектов в качестве исходного материала были взяты:
- сорта яровой мягкой пшеницы Прохоровка, Тулайковская 5, Тулайковская 10,
Тулайковская 100, Тулайковская золотистая, Тулайковская остистая и Юго-Восточная
2;
- набор из 16 гибридов кукурузы группы спелости ФАО 200-250 селекции
различных учреждений России.
Закладка полевых опытов, учеты и наблюдения проводились в соответствии с «Методическими рекомендациями по проведению полевых опытов с кукурузой» (1980).
Посев, уход за посевами, уборку материала проводили в соответствии с технологической картой, утвержденной экспертно-методической комиссией Самарского НИИСХ.
Делянки в опытах однорядковые и двухрядковые с учетной площадью 5,0-10,0 м2. Повторность в опытах 1-3 кратная. Размещение вариантов внутри повторности рендомизнрованное. Густота стояния в питомниках испытания гибридов составила от 42 до 59 тыс. растений /га в разные годы исследований.
Посев самоопыленных линий для оценки на холодостойкость проводился с нормой высева 50 семян на делянку.
Посев селекционного материала проводился во второй декаде мая ручными сажалками и селекционной сеялкой Hege 95 с нормой высева 75 тыс. зёрен на 1 га. Посев линий в питомнике холодостойкости проведен в сроки посева ранних зерновых культур (третья декада апреля).
Гибридизация в питомниках холодостойкости, топкроссных и диаллельных скрещиваний произведена методом ручного опыления.
Определение холодостойкости проводилось полевым методом (Корнилов, 1957; Соколов, Ивахненко, 1963). Посев линий был проведен при температуре почвы на глубине 6-8 см в пределах 7-8 С.
Полевые наблюдения и учёты, лабораторный анализ, учет урожая зерна и зелёной массы проводили по методике, утверждённой экспертно-методической комиссией Самарского НИИСХ. Полученный экспериментальный материал обработан методами корреляционного, регрессионного, одно- и двухфакторного дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985).
Комбинационная способность оценивалась в топкроссных и диаллельных скрещиваниях по В.Г.Вольф и др. (1980).
Многофакторный нелинейный регрессионный анализ произведен с помощью компьютерной программы «Аппроксимация экспериментальных данных с автоматическим подбором оптимального типа функции», разработанных в Оренбургском НИИСХ под руководством доктора с.-х. наук А.Г. Крючкова.
При определении доли генотип-средовых реакций в формировании количественных признаков качестве инбредного объекта исследований были взяты сорта яровой мягкой пшеницы, в качестве аутбредного объекта - гибриды кукурузы, которые испытывались в восьми экологических средах. По признакам, различия между вариантами по которым были достоверны, проводился двухфакторный дисперсионный анализ (фактор А - сорта, гибриды, фактор В- фоны).
В качестве меры вклада отдельных эффектов в фенотипическую изменчивость
. 2 mst-tnsz 2 mst-msz 2 msm-msi 2
мы применяли показатель % (х g= ; X с= т—; X g/== ; X z=ms2, где п
п*с n*r п
- количество повторений, с - количество экологических точек, г - количество
генотипов; Рокицкий, 1973).
Индекс реакции количественного признака на изменение среды определяли по
формуле:
Xi-Xo
1= , где Xi и Хо - значение признака, соответственно при раннем и
оптимальном сроке сева.
Подсчёты проводились на персональном компьютере с использованием пакета
прикладных программ "Agros-2.09".
