Введение к работе
Актуальность темы. Тритикале - единственный вид злака, искусственно созданный человеком и нашедший широкое применение как пищевая, кормовая и техническая культура. Она имеет значительно больший потенциал урожайности на обедненных почвах в сравнении с пшеницей, лучшее качество зерна, чем у ржи. Тритикале отличается абсолютной устойчивостью (при условии наличия в геноме амфиплоидов полного набора хромосом ржи) к таким основным грибковым заболеваниям пшеницы как виды головни и мучнистая роса, высокой устойчивостью к бурой ржавчине. Следовательно, снимается проблема применения вредных для окружающей среды и дорогих химических препаратов, что, несомненно, позволяет считать эту культуру экологически более чистой, чем пшеница.
Озимая тритикале, которая по зимостойкости лучше озимой пшеницы, но несколько уступает озимой ржи, является перспективной культурой для Западной Сибири. Но в годы с малоснежными и морозными зимами низкие температуры на глубине узла кущения превышают критический порог, и озимые зерновые, особенно пшеница и тритикале, вымерзают. А в годы со значительным снежным покровом, длительно лежащим на полях, озимые культуры выпревают. Таким образом, озимые сорта тритикале, даже самые зимостойкие, не всегда могут дать гарантированный урожай. Поэтому актуально создание и внедрение в агропроиз-водство яровой тритикале как страховой культуры. Несмотря на ряд ценных свойств, яровая тритикале в условиях Западной Сибири культура новая и малоизученная. Пшенично-ржаные амфиплоиды создаются и возделываются в европейской части России. Применительно к условиям Сибири яровых сортов пока ещё нет. Внедрение этой культуры в производство возможно только при создании сортов, соответствующих почвенно-климатическим условиям региона. В связи с этим возникает необходимость подбора и создания исходного материала для селекции яровой тритикале.
Применение информационных технологий, позволяющих сократить время на обработку полученных данных и анализ результатов, повысит надёжность правильного подбора родительских форм для гибридизации при создании новых сортов, обладающих требуемым сочетанием хозяйственно-ценных признаков, а также обеспечит информационное сопровождение селекционного процесса для данной культуры с учётом её специфики как в лабораторных исследованиях, так и в полевых экспериментах.
Цель и задачи исследования.
Цель - создание и изучение исходного материала для селекции яровой тритикале с применением информационных технологий.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
изучить образцы яровых тритикале из мировой коллекции ВИР и селекционные формы по основным хозяйственно-ценным признакам;
создать межсортовые гибриды яровой тритикале;
сформировать базу данных по результатам изучения форм яровой тритикале, полученным за период исследований;
обосновать структуру и разработать экспериментальную модель программно-алгоритмического комплекса по селекции тритикале;
провести подбор исходных форм для селекции яровой тритикале с использованием программно-алгоритмического комплекса;
на основе результатов исследований разработать вариант модели сорта яровой тритикале с обоснованным набором признаков и свойств для конкретных условий Западно-Сибирской лесостепи.
Научная новизна работы.
В настоящей работе впервые (с помощью информационных технологий) выделены перспективные селекционные формы тритикале. Создан адекватный вариант модели сорта яровой тритикале с обоснованным набором признаков и свойств в условиях Западно-Сибирской лесостепи Приобья и база данных по яровым тритикале. Разработан новый алгоритм результативной оценки коллекционных образцов и селекционного материала яровой тритикале, на основе которого создан новый комплекс программ (свидетельства Роспатента № 2011613440, 2011 г.; № 2013611494, 2013 г. и № 201361141, 2013 г. ). Установлено, что комплекс программ позволяет произвести оценку коллекционных образцов и подбор родительских форм яровой тритикале для гибридизации при создании селекционного материала с требуемым сочетанием хозяйственно ценных признаков.
Практическая значимость работы.
Созданный гибридный материал яровой тритикале включён в селекционные исследования на повышение продуктивности и устойчивости к неблагоприятным факторам среды в СибНИИРС - филиале института цитологии и генетики (ИЦиГ СО РАН) и ФГБНУ НИИСХ Северного Зауралья.
Комплекс программ и базу данных применяют в СибНИИРС - филиале ИЦиГ СО РАН для накопления, хранения и анализа данных по созданным селекционным формам яровой тритикале, в том числе баз оценочных данных коллекционного материала, а также в ФГБНУ Красноярский НИИСХ, ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ, ФГБОУ ВО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Киров) и Монгольской академии сельскохозяйственных наук (г. Улан-Батор) при проведении исследований по селекционной оценке сельскохозяйственных культур. Разработанный программно-алгоритмический комплекс и база данных служат полноценным инструментом, позволяющим проводить интегральную оценку селекционного и коллекционного материала, хранить и обрабатывать данные по селекции яровой тритикале. Результат работы комплекса позволил выявить родительские формы для гибридизации яровой тритикале, а также доноров ценных признаков для селекционной работы в Западной Сибири.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
источники хозяйственно ценных признаков и исходный материал для селекции яровой тритикале;
-
программно-алгоритмический комплекс и база данных коллекционных образцов и селекционных форм яровой тритикале.
Апробация работы. Исследования проведены в соответствии с планом работ ФГБНУ СибФТИ, номер Государственной регистрации 04.05.01.01. Соискатель является ответственным исполнителем по теме НИР 04.05.01.01 «Разработать информационно-аналитическое обеспечение селекции тритикале». Результаты исследований заслушаны на заседаниях учёного совета ФГБНУ СибФТИ в 2009-2012 гг., на заседании научно-технического совета ФГБУ СО АН (протокол №1 от
29.03.2012 г.) и отражены в отчётах за этот период. Основные положения диссертационной работы докладывались и одобрены на международных научно-практических конференциях: «Информационные технологии, системы и приборы в АПК», Новосибирск, 2009; «Селекция сельскохозяйственных культур на устойчивость к экстремальным факторам среды в аридных зонах Сибири», Улан-Удэ, 2010; «Математические модели и информационные технологии в сельскохозяйственной биологии», Санкт–Петербург, 2010; «Электроэнергетика в сельском хозяйстве», Барнаул, 2011; «Наука в школе», Академгородок, Новосибирск, 2011; «Информационные технологии и техника нового поколения – основа модернизации сельского хозяйства», Москва, 2011; «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных», Новосибирск, 2012; селекционно-генетическая школа, Новосибирск, 2012; «Селекция сельскохозяйственных культур на высокий генетический потенциал, урожай и качество», Тюмень, 2012; «Информационные технологии, системы и приборы в АПК», Новосибирск, 2012 и др.
Личный вклад соискателя. Все лабораторные и полевые исследования по созданию и изучению гибридного материала яровых тритикале спланированы и проведены при личном участии автора. Разработана база данных по селекции яровой тритикале, комплекс алгоритмов подбора родительских пар из генофонда тритикале и программно-алгоритмическое обеспечение, реализующее эти алгоритмы. Методическое руководство осуществлялось Стёпочкиным П.И. и Алейниковым А.Ф. Апробация программно-алгоритмического комплекса проводилась совместно с другими сотрудниками института и отражена в совместных публикациях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 научных работ, в том числе 11 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 3 авторских свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 189 страницах компьютерного текста, содержит 22 таблицы, 32 рисунка. Список литературы включает 195 наименований. Работа выполнена в ФГБНУ СибФТИ в период с 2009 по 2013 г.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д-ру с.-х. наук Стёпочкину П.И. и научному консультанту д-ру техн. наук, профессору Алейникову А.Ф. за помощь и поддержку при подготовке настоящей диссертационной работы, а также канд. физ.-мат. наук Чешковой А.Ф. за помощь при разработке программ по экологической пластичности и оценке селекционной ценности.