Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. CLASS Обзор литератур CLASS ы 6-31
1. Общее представление о зимостойкости яблони 6-15
2. Методы определения зимостойкости 16-24
3. Некоторые особенности ранней диагностики зимостойкости растений в связи с онтогенезом и селекционной оценкой исходных форм 24-31
ГЛАВА П. Задачи исследований, материал и методика 32-41
ГЛАВА Ш. Разработка метода ранней диагностики зимостойкости Сеянцев яблони в контролируемых условиях 42-71
1. Подготовка, хранение и модификация способа искусственного промораживания целых растений 42-48
2. Моделирование основных повреждающих факторов зимы Подмосковья для ранней диагностики зимостойкости 49-62
3. Влияние условий роста на проявление зимостойкости 63-71
ГЛАВА ІУ. Сравнение полученных в контролируемых условиях результатов с полевыми наблюдениями 72-91
1. Оценка режимов испытаний 72-82
2. Сравнительное изучение индивидуальных особенностей растений 83-91
ГЛАВА У. Изучение зимостойкости гибридных сеянцев яблони в онтогенезе. селекщонная оценка на зимостойкость исходных шорм 92-108
1. Сравнительная оценка зимостойкости однолетних и двухлетних сеянцев 92-96
2. Сравнительная оценка зимостойкости на разных этапах онтогенеза 96-103
3. Селекционная оценка исходных форм на зимостойкость 103-108
ГЛАВА УІ. Обсуждение результатов и выводы 109-125
Список литературы 126-156
Приложения 157-160
- Некоторые особенности ранней диагностики зимостойкости растений в связи с онтогенезом и селекционной оценкой исходных форм
- Моделирование основных повреждающих факторов зимы Подмосковья для ранней диагностики зимостойкости
- Сравнительное изучение индивидуальных особенностей растений
- Сравнительная оценка зимостойкости однолетних и двухлетних сеянцев
Введение к работе
Создание зимостойких сортов яблони является одной из главных селекционных задач в Нечерноземной зоне РСШСР, т.к. развитие садоводства здесь лимитировано в основном неблагоприятными условиями перезимовки. Анализ зимних повреждений показывает, что в текущем столетии отмечалось 8 суровых зим, а за два последних десятилетия садоводству дважды был нанесен значительный ущерб.
Из практики селекционеров известно, что проверка зимостойкости гибридного материала плодовых культур, обычно проводимая в полевых условиях, задерживает селекционный процесс на 20-30 лет (А.В.Петров, 1951, 1958; С.Ш.Черненко, 1957; С.И.Исаев, 1966; Е.Н.Седов, 1973). Если учесть при этом, что гарантированный успех в выведении сорта возможен при наличии гибридного фонда не менее 30 тысяч сеянцев (A. G. Brovm. , 1975) с эффективностью отбора всего лишь 0,04-0,06% (Е.Н.Седов, 1978), а также принять во внимание объем площадей под селекционными насаждениями и материальные затраты по их содержанию, становится очевидной необходимость ранней диагностики зимостойкости и выбраковки неперспективных сеянцев.
Важность и в то же время сложность решения этой проблемы отмечались на всех последних международных и отечественных симпозиумах и совещаниях, посвященных вопросам устойчивости растений к экстремальным условиям среды ( с. stushnoff » 1972; Г.В.Удовен-ко, 1973; T.Holubowicz , 1977; H.A.Quamme , 1978; М.М.йзрина, 1981, 1982).
Изучение возможности ранней диагностики зимостойкости ведется по двум направлениям: косвенными методами и прямыми. По мнению большинства отечественных и зарубежных исследователей на данном
этапе развития науки самым надежным и достоверным методом является прямое искусственное промораживание, позволяющее моделировать разлитые типы стрессов зимнего периода (0.А.Красавцев, 1967; М.М.Тіорина, Г.А.Гоголева, 1973; H.MLttelstadt, H.Murawski, 1975; E.L.Proebsting, 1978j).
Но остаются нерешенными многие технические и методологические трудности, связанные с моделированием режимов испытаний, оценкой массового материала, критериями отбора на зимостойкость и др. Дискуссионной и в то же время не имеющей достаточного экспериментального подтверждения является и сама правомерность отбора в раннем возрасте. Крайне мала также информация о закономерностях наследования зимостойкости, необходимая для правильного выбора исходных форм в гибридизации.
Всем этим вопросам и посвящена представленная работа, выполненная в I97I-I983 гг.
В результате исследований разработана и модифицирована система приемов хранения целых молодых растений и искусственного промораживания их надземной части с полной сохранностью корней, позволяющей восстановить сеянец даже после летальных режимов испытаний. Из промороженных 9958 гибридных сеянцев яблони не было ни одного погибшего объекта, что позволило провести индивидуальное изучение каждого генотипа в онтогенезе.
Впервые в нашей стране и за рубежом разработана и апробирована программа испытаний, моделирующая два повреждающих фактора, наиболее характерных для зимы средней полосы. Это обеспечивается последовательным промораживанием одних и тех же растений сначала в закаленном состоянии, а затем после искусственной оттепели. Критерием надежности разработанной программы испытаний была суровая зима 1978-79 гг., которая характеризовалась сходным соче-
танием повреждающих факторов.
Лабораторное и полевое исследование зимостойкости у одних и тех же сеянцев в онтогенезе„показало тесную корреляцию между уровнем устойчивости сеянцев в одно-двухлетнем возрасте и в период их вступления в плодоношение.
Результаты перезимовки^ большинства изучаемых растений хорошо согласовывались с их первоначальной оценкой в контролируемых условиях в раннем возрасте. Полевая оценка подтвердила также значительные и устойчивые различия между гибридными семьями и индивидуальный характер каждой семьи.
Это доказывает, что искусственное промораживание отражало фактическую устойчивость испытанных растений, а установленные различия имели закономерный характер.
- б -
Некоторые особенности ранней диагностики зимостойкости растений в связи с онтогенезом и селекционной оценкой исходных форм
Ранняя диагностика зимостойкости не получила до сих пор достаточного развития не только из-за несовершенства существующих методов, но и нерешенности самой правомочности отбора в раннем возрасте.
В жизненном цикле многолетних древесных растений выделяют основные этапы развития: I) эмбриональный, 2) ювенильный, 3) возмужания, 4) взрослого состояния, 5) старения (Н.П.Кренке, 1940; И.В.Мичурин, 1948; Ф.Кобель, 1957 и др.).
П.Г.Шитт (1968) разделил онтогенез (индивидуальное развитие плодового дерева) на девять возрастных периодов, из которых пер - 25 вые три - рост вегетативных частей, рост и плодоношение, плодоношение и рост - являются наиболее важными для плодоводов (Н.В.Агафонов, 1983).
В связи с ранней диагностикой особый интерес представляет ювенильный период плодовых растений, т.е. с момента прорастания семян до плодоношения ( Н. Jonkers , 1971; Е.Н.Седов, 1973). Обычно этот период длится не менее 6-Ю лет, в связи с чем селекционеры стараются сократить его.
Раньше считалось, что срок истинного ювенильного периода нель зя изменить (Ш.Кобель, 1957). Но было замечено ускорение плодоноше ния с помощью прививок (С.Ф.Черненко, 1957; М.Т.Тарасенко, 1964; СИ.Исаев, Л.В.Соловьева, 1968; A. G. Brown t 1975). Отмечена также прямая связь между силой роста сеянцев и вступлением их в плодоношение ( т. Visse:»; 1964; j.Doorenbos э 1965; T.J. Roos, 1968; L.w. Hobinson and P.P.Wareing » 1969; M. Saure , 1970; Е.Н.Седов, 1973; В.Е.Перфильев, 1977). Установлено, что сеянцы могут вступить в плодоношение только по достижении определенной вегетативной массы (Е.Н.Седов, 1973; A.G.Brown і 1975). Создавая оптимальные условия для роста и развития можно значительно сократить ювенильный период ( T.visser and A.A.Shoap » I967; H. Jonkers » IQ7I; H. S. Aldwinkle , 1975). Но искусственное форсирование роста в условиях умеренного климата может привести к невызреванию тканей и вымерзанию (Е.И.Барская, I967J М.А.Соловьева, 1982), поэтому неприемлемо в связи с ранней диагностикой зимостойкости.
В научной литературе остается пока дискуссионным принципиальный вопрос - на каком из ранних этапов онтогенеза сеянцев можно начинать отбор на зимостойкость: проводить ли испытание семян, проростков, одно-двулетних или трех-пятилетних растений и т.п.
Делались попытки прогнозирования зимостойкости по продолжительности периода покоя семян, но сложившиеся точки зрения весьма противоречивы. Я.С.Нестеров (1962) считает, что быстро прорастающие семена дают сеянцы с высокой абсолютной морозостойкостью, а сеянцы из семян с длительным периодом покоя более устойчивы к морозам после оттепелей и являются наиболее зимостойкими в районах с неустойчивыми зимними температурами. А.Н.Веньяминов (1955), Г.В.Еремин (1961), А.М.Шолохов (1963) и др. считают, что продолжительный период покоя характерен для более зимостойких сеянцев, а Н.А.Абрамов (1953) и Т.В.Морозова (1967) - противоположного мнения. Но А.Ш.Колесникова (1968) тщательно проведенным гибридологическим анализом сеянцев вишни показала, что период покоя семян -ненадежный признак для ранней диагностики зимостойкости.
Нет единого мнения и о возможности прогнозирования зимостойкости с помощью промораживания прорастающих семян. Сравнение морозоустойчивости проростков и растений разного возраста оказалось ненадежным в исследованиях Тиле ( j. ihiele , 1957). В опытах К.К. Душутиной (1979) промораживанием прорастающих семян груши удалось отбраковать лишь наиболее подготовленные к прорастанию, а не менее зимостойкие сеянцы. В то же время, промораживанием проростков косточковых культур показана возможность предварительного отбора более зимостойких видов и сортов (А.Ш.Колесникова, Г.В.Зубарева, 1979, 1981; И.В.Борзаковская, 1981). Но в работе с прорастающими семенами трудно добиться их фазоидентичности, необходимой для испытаний.
В литературе встречаются опасения о правомочности отбора гибридных сеянцев древесных культур в молодом возрасте. Приводимые при этом выводы различны. Так, в опытах С Ш.Черненко (1957) и Х.К.Еникеева (I960) зимостойкость сеянцев в процессе онтогенетического развития повышалась. К.Лапинс ( К. la pins , 1962а, в), испытавший путем искусственного промораживания и в полевых условиях растения, размноженные из ювенильных и взрослых частей растений яблони, установил, наоборот, несколько большую устойчивость у ювенильных форм. К такому же выводу по цитрусовым культурам пришли Р.Янг и Ц.Хирн (по сообщению М.М.Тюриной, 1976). В опытах В.Лар-хер ( w.Larcher , 1968) одно-двулетние сеянцы древесных пород были менее устойчивы,чем побеги взрослых деревьев. Тенденцию снижать зимостойкость в связи с большим возрастом отмечает А.М.Грюнер (1969). Опасения об изменении зимостойкости по мере онтогенетического развития сеянцев высказывают в обзорных работах К.Сташнов ( C.Stushnoff , 1972) и Х.А.Квамме ( Н.А. Quamme , 1978), но не приводят при этом достаточного экспериментального подтверждения существующим мнениям.
Моделирование основных повреждающих факторов зимы Подмосковья для ранней диагностики зимостойкости
Существующие методики искусственного промораживания позволяют унифицировать сам процесс (скорость снижения температуры, длительность промораживания и т.п.), но ни одна из них к началу наших исследований не давала ответа на вопрос: какой же температурный режим позволит надежно дифференцировать сеянцы?
Обычно применяемое исследователями однофакторное промораживание не отражало фактическую зимостойкость изучаемого объекта. В настоящее время установлена необходимость испытания по различным компонентам устойчивости.
Поскольку цель наших исследований - диагностика зимостойкости сеянца в целом, а не отдельных ее компонентов, очевидно, что испытания должны проводиться по определенной программе, включающей комплекс основных повреждающих факторов зимнего периода. Поэтому проводили исследования температурных режимов промораживания, имитирующих два компонента, наиболее вредоносных для яблони: действие низких температур на растение в состоянии закалки и действие мороза после частичной потери закаленного состояния во время оттепели. Для этого использовали комбинированные режимы: сначала растения промораживали в закаленном состоянии (после длительного хранения с ноября по январь или февраль при -5С), затем их помещали в условия оттепели +2С„в течение 5 дней и после этого вновь промораживали при соответствующей температуре. Для конкретного выбора температур, позволяющих надежно дифференцировать сеянцы, исследовали два типа комбинированных режимов, условно названных "щадящими" и "суровыми".
На рисунке 3 представлен характер распределения однолетних сеянцев из семьи от свободного опыления формы 11-22-20 по степени подмерзания после различных типов промораживания. Довольно умеренный мороз -37G выявил широкую вариацию, представлены все группы повреждений. Дополнительное воздействие слабого мороза -20С после пятидневной оттепели почти не изменило соотношение между величиной слабо и сильно поврежденных растений (табл. 3 приложения).
После промораживания при -42С наблюдался значительный сдвиг кривой распределения вправо, т.е. в сторону сильных повреждений. Дополнительное воздействие пятидневной оттепели +2С и последующего мороза -25С еще больше увеличило ассиметрию кривой распределения в результате возрастания доли сильно поврежденных растений.
Таким образом, режим -37С, +2, -20 С в данном опыте в середине зимы можно считать "щадящим", а режим -42, +2, -25 - "суровым". Такая условная классификация режимов весьма относительна, она зависит от ряда факторов и в первую очередь - от предварительной подготовки сеянцев во время хранения.
В представленном на рисунке 3 опыте сеянцы, выкопанные в ноябре, хранились не в контролируемых условиях, а находились в прикопке в естественных полевых условиях умеренной зимы 1971-72 гг. Но при таком хранении в неконтролируемых условиях возникает опасность непредвиденных природных воздействий, которые могут исказить получаемую от промораживания информацию. Кроме того, появляются технические трудности, связанные с механическими повреждениями при выкопке растений зимой из замерзшей земли, при переносе их в лабораторию и т.д.
Наши исследования показали целесообразность хранения опытного материала в контролируемых условиях при небольших отрицательных температурах -3 -5 С, При этом было установлено, что длительное (с ноября до промораживания в январе - феврале) хранение опытного материала при стабильном температурном режиме -3-5G способствует некоторому завышению уровня зимостойкости за счет закаливания вегетативных почек, камбия и коры (табл. 2, 3).
В связи с закаливающим эффектом повреждающие режимы в наших опытах находились в диапазоне температур, редко наблюдаемых в природе и вызывающих обычно летальный исход. Поэтому для установления повреждающих температур было проведено изучение широкого диапазона режимов промораживания на срезанных однолетних ветках контрольных сортов, хранившихся вместе с целыми растениями с ноября до их промораживания в феврале при -3-5G (табл. 2, 3, 4). Установлено, что в закаленном состоянии лучше выявлялись потенциальные возможности сорта. В частности, в представленных опытах у сорта Мелба устойчивость почек в закаленном состоянии была на уровне зимостойких сортов Коричное полосатое и Маяк (табл. 2 и 4, рис. 4). Это подтвердилось в дальнейшем и в полевых условиях суровой зимы 1978-79 гг.
Сравнительное изучение индивидуальных особенностей растений
Провести индивидуальное сравнительное изучение растений помог следующий опыт. Для изучения зимостойкости сеянцев в онтогенезе провели в августе 1975 и 1976 гг. окулировку гибридных форм, контрастных по оценке их в однолетнем возрасте, полученной при искусственном промораживании зимой 1971-72 гг. У выросших в следующие годы однолетних саженцев проморозили надземную систему. Однолетки, выросшие в 1977 г., хранили всю зиму 1977-78 гг. в контролируемых условиях при -3, -5С, а в конце февраля 1978 г. проморозили при температуре -45С. Затем после пятидневной оттепели проморозили при -28G. Весной 1978 г. их высадили на лабораторном участке, где в конце лета провели оценку повреждений.
Опытные растения вступили в зиму 1978-79 гг. в отросшем состоянии и вновь подверглись испытанию, но теперь уже посредством естественных повреждающих факторов экстремальной зимы.
Результаты такого двукратного испытания зимостойкости одного и того же объекта наиболее наглядно представлены на рисунках 12 и 13. На первом из них хорошо видно почти полное вымерзание при искусственном промораживании ветки первого года роста (I). Из оставшихся живых почек отросла новая ветка (2), которая пострадала зимой 1978-79 г. в такой же степени, как и первая при искусственном промораживании. На этом рисунке показана сильная степень повреждения вегетативного потомства гибридной формы I-I05E, получившей при искусственном промораживании в однолетнем возрасте в 1972 г. оценку повреждения 4,5 балла.
Оценки зимостойких форм также совпадали. На рисунке 13 показано растение третьего года роста вегетативного потомства зимо стойкой формы I-I7IE. После искусственного промораживания однолетнего саженца зимой 1977-78 г. при режиме -45, +2, -28G не было повреждений, рост шел из верхушечной почки. Выросшая и сформировавшаяся за лето 1978 г. двухлетка не пострадала также и в последующую зиму 1978-79 гг.: отрастание было тоже из верхушечных почек.
Индивидуальный анализ характера повреждений целых растений после искусственного промораживания в разные годы показал, что основная их часть имеет четкие повреждения от верхушечной почки вниз по вертикали (рис. 12), что позволяет вести точную оценку повреждений по процентному отношению подмерзшей части к общей высоте опытного растения. Однако были выявлены растения с характерными локальными повреждениями: верхняя часть подмерзла, затем хорошее отрастание, ниже - подмерзшая часть и т.д. У некоторых сеянцев такая локальность повреждений отмечалась ярусами, что затрудняло оценку их повреждений.
Выявлено, что такой тип повреждений отмечался при искусственном промораживании только у сеянцев, у саженцев в этих опытах их не было. Выявлено также, что наибольшая встречаемость локальных повреждений была после холодных и дождливых вегетационных периодов (табл. 14).
Последующие полевые наблюдения за сеянцами с локальными повреждениями показали, что некоторые из них в течение ряда лет находились в угнетенном состоянии, имели плохой прирост, подмерзали даже при слабых морозах. Другие же хорошо регенерировали и в дальнейшем не отличались от зимостойких. Оценка их в первый год после суровой зимы 1978/79 гг. показала, что по степени повреждения они варьировали от слабоповрежденных до; гибели, в то время как ранжирование сеянцев с обычным типом повреждения сохранялось.
Учитывая большие различия в проявлениях зимостойкости у сеянцев с локальным типом повреждений нами на первом этапе работы было сделано заключение о невозможности использования их для прогнозирования в раннем возрасте и даны рекомендации по выделению их в группы для дальнейшего изучения (Н.В.Ефимова, 1981). Однако наблюдения и учеты в последующие после суровой зимы 1979 г. годы позволяют сделать вывод, что локальный характер повреждений после промораживания одно-двухлетних сеянцев необходимо считать диагностическим признаком незимостойкости, т.к. общее состояние всех зафиксированных по этому признаку деревьев значительно ухудшилось в последующие годы, а многие из них погибли (табл. 15).
Сравнительная оценка зимостойкости однолетних и двухлетних сеянцев
Разработка программы испытаний гибридных сеянцев яблони на зимостойкость в раннем возрасте делает необходимым проведение длительных наблюдений за устойчивостью сеянцев в процессе их онтогенеза, т.к. до сих пор не решена сама правомерность ранней браковки гибридного материала вообще и конкретный возраст - в частности.
С точки зрения экономической эффективности целесообразно проводить выбраковку неперспективного гибридного материала в наиболее раннем, т.е. одно-двухлетнем возрасте. Применительно к разработанному методу искусственного промораживания провели зимой 1972-73 гг. сравнительную оценку зимостойкости сеянцев в однолетнем и двухлетнем возрасте. Для опыта использовали сеянцы нескольких гибридных семей от посева семян в 1971 г. - двухлетние и от посева в 1972 г. - однолетние. Наиболее наглядные результаты были получены при промораживании растений, подвергшихся в феврале 1973 года длительной оттепели +5С, затем - закалке -5С в течение 5 дней и -ЮС еще 5 дней. После этого промораживали одну партию растений при -28С, другую - при -30G. Разделение на партии в пределах варианта опыта проводили рендомизированно.
Проведенный анализ зимостойкости сеянцев в однолетнем и двухлетнем возрасте показал, что при одинаковом режиме испытания между ними не наблюдалось значительных различий. Основная часть сеянцев независимо от возраста сохраняла характерную для каждой семьи специфику распределения (рис. 15). При более низкой температуре промораживания наблюдался резкий сдвиг кривой распределения вправо, т.е. в сторону сильно поврежденных растений, при этом характер распределения был однотипным как у однолетних, так и двухлетний сеянцев (рис. 16).
Результаты оценки зимостойкости при искусственном промораживании однолетних сеянцев хорошо согласовывались также и с результатами перезимовки в 1978-79 г. тех же сеянцев в двухлетнем возрасте (табл. 17).
Аналогичные результаты были получены и при сравнительной оценке зимостойкости у привитых саженцев гибридных форм, показанные в предыдущей главе (рис. 12, 13).
Таким образом, полученные результаты сравнительной оценки зимостойкости в однолетнем и двухлетнем возрасте позволяют считать пригодными для испытаний как однолетние, так и двухлетние сеянцы, т.к. их зимостойкость была в наших исследованиях одинаковой как в контролируемых,так и в полевых условиях.
Разработанная система испытания надземной части целых молодых растений, обеспечивающая жизнеспособность каждого селекционного объекта, позволила провести индивидуальную оценку зимостойкости сеянцев на разных этапах онтогенеза.
За тринадцатилетний период исследований наибольший срок наблюдений был за сеянцами первых лет опытов, в частности, за сеянцами от свободного опыления формы П-22-20, которые прошли проверку зимой 1978-79 гг. в возрастной период вступления в плодоношение. В таблице 18 представлена сравнительная индивидуальная оценка степени повреждения и общего состояния пятнадцати гибридных форм из этой семьи. Они были проморожены в январе 1972 г. в однолетнем возрасте при режиме -40, +2, -25G (перед промораживанием хранились в полевых условиях зимы 1971/72 гг.) и оценены по степени повреждения.
В суровую зиму 1978-79 гг. они подверглись испытаниям в естественных полевых условиях уже в восьмилетнем возрасте. Сравнительный анализ результатов оценок показал достаточно тесное соответствие однолетних и восьмилетних сеянцев по выявленному уровню зимо-стойкости. Последующая оценка общего состояния тех же гибридных форм, проведенная в одиннадцатилетнем возрасте в 1982 году после регенерации тканей, тоже показала достаточную сопоставимость с оценкой в однолетнем возрасте и такое же четкое разделение по уровню зимостойкости.
