Содержание к диссертации
Введение
1. История и проблемы культуры тритикале 6
2. Условия, материал и методы исследований 14
3. Гибридизация пшеницы с рожью 27
3.1. Скрещиваемость различных видов пшеницы с рожью ... 27
3.2. Влияние генома D на скрещиваемость пшеницы с рожью 36
3.3. Использование протерогинии в гибридизации пшеницы с рожью 39
4. Методы колхицинирования пшенично-ржаных гибридов и их эффективность в условиях Южного Дагестана 43
5. Создание и характеристика первичных пшенично-ржаных амфидиплоидов 50
5.1. Октоплоидные тритикале ( 2n = 56) 50
5.2. Гексаплоидные тритикале ( 2n = 42) 55
6. Создание и характеристика вторичных тритикале 57
6.1. Методы получения вторичных тритикале 57
6.2. Формообразование при создании вторичных тритикале 59
7. Характеристика линий вторичных тритикале по основным хозяйственно-ценным признакам 71
7.1. Продуктивность 71
7.2. Устойчивость к полеганию 78
7.3. Вегетационный период 80
7.4. Устойчивость к болезням 80
7.5. Качество зерна 81
7.6. Хлебопекарные качества 89
7.7. Экологическое испытание вторичных тритикале . 96
Выводы 106
Практические рекомендации 109
Список литературы 111
Приложение 128
- Скрещиваемость различных видов пшеницы с рожью
- Октоплоидные тритикале ( 2n = 56)
- Формообразование при создании вторичных тритикале
- Продуктивность
Введение к работе
Продовольственная программа, решения партии и правительства ставят перед работниками сельского хозяйства и учеными нашей страны задачи постоянно увеличивать сборы зерна и укреплять кормовую базу животноводства. В решении этих задач немаловажная роль принадлежит зерновой культуре, искусственно созданной человеком, - тритикале, обладающей высоким потенциалом продуктивности, большой пищевой и кормовой ценностью. Однако, широкое использование этой культуры возможно только на основе создания сортов, соответствующих почвенно-климатическим условиям различных зон СССР и отзывчивых на повышение агрофона. Это, в свою очередь, требует создания исходного материала, причем в кратчайшие сроки, чему должны содействовать поиск и применение новых методов.
Работами советских и зарубежных исследователей показано,что лучшими в практическом отношении являются гексаплоидные (42-хро-мосомные) формы тритикале. Именно к этой группе относятся районированные и получившие производственное распространение сорта АД I, АД 201 и АД 206, селекции Укр.НИИРСиГ, ПРАГ I, созданный в ВНИИР им.Н.И.Вавилова, Одесский кормовой (ВСГИ), Ставропольский I, Ставропольский 2 (СТНИИсх) и другие.
В связи с вышеизложенным, мы поставили себе цель: применяя более эффективные методы, создать новые гексаплоидные формы тритикале, обладающие хозяйственно-ценными свойствами.
В задачи исследования входило:
изучить скрещиваемость некоторых видов пшеницы с диплоидной рожью;
испытать эффективность метода опыления, основанного на
протерогинии (явлении более раннего созревания рыльца при еще не вскрывшихся пыльниках) при гибридизации пшеницы с рожью;
выявить оптимальные условия колхицинирования стерильных пшенично-ржаных гибридов для получения первичных окто- и гекса-плоидных тритикале;
изучить наследование высоты растений гибридами Рр
ПОЛУЧИТЬ гибриды Eriticum durum х Secale cereale , ис-
пользуя культуру зародыша;
6) выделить в гибридном потомстве линии, обладающие хозяйст
венно-ценными признаками и провести их экологическое испытание.
Научная новизна и практическая ценность. Предложен новый метод скрещивания пшеницы с рожью, основанный на явлении протерогинии и дающий больший эффект по сравнению с общепринятым. Выявлены различия в скрещиваемости сортов мягкой и твердой пшеницы с рожью. В результате сравнительного изучения различных методов колхицинирования нами выявлены наиболее эффективные. Впервые в скрещиваниях с рожью использован амфидиплоид
( I.boeoticum х Ajs.tauschii ), ИМЄЮЩИЙ ГЄНОМ AD f и ПОЛу-
чено потомство сложных скрещиваний с его участием. Установлено доминирование короткоетебельности ржи Коб.2 в скрещиваниях с пшеницей.
Создан ряд первичных (окто- и гексаплоидных) и вторичных форм тритикале, обладающих ценными хозяйственными признаками или их комплексом. Эти линии проходят дополнительное испытание и размножаются с целью дальнейшего производственного использования, а также рассылаются селекционерам.
- б -
Скрещиваемость различных видов пшеницы с рожью
Как злак, характеризующийся высокой степенью открытого цветения, тритикале в разной степени подвержены поражению спорыньей. Даже слабое поражение ею наносит большой вред качеству продукции (эрготин, содержайщийся в плодовых телах спорыньи, нежелателен в корме животных и недопустим в пищевых продуктах). Степень поражения этим заболеванием находится в прямой связи с фертильностыо колоса; оно сильнее проявляется у позднеспелых сортов. Появлению спорыньи способствуют неблагоприятные условия развития и другие факторы, снижающие озерненность колосьев.
Большой вред могут причинять тритикаде вирусные болезни и бактериозы. Подводя итоги вышесказанному, следует констатировать значительные успехи, достигнутые к настоящему времени в селекции тритикале. Чтобы обеспечить дальнейший прогресс этой культуры, необходимо создать как можно большее разнообразие ее форм, которое должно послужить материалом для отбора. Для этого нужно обогащать генофонд тритикале за счет все новых сортов пшеницы и ржи. Важной проблемой остается преодоление несовместимости этих двух родов.
В 1979 году основной объем скрещиваний проведен с участием мягкой пшеницы; в 1981 и 1982 годах - с участием твердой пшеницы, причем гибридные зародыши, полученные в последних комбинациях, культивировали на искусственной питательной среде. В лаборатории белка и нуклеиновых кислот ВИР проведена биохимическая оценка зерна, выращенного на ДОС ВИР (г.Дербент) в 1983 году. Экологическое испытание гибридов проводили в 1983 г. в двух пунктах: ДОС ВИР (Дагестанская АССР) и опытное поле Харьковского сельскохозяйственного института им.В.ВДокучаева. Некоторые линии были высеяны в Ленинградской обл. (Пушкинские лабораторией Саратовской (Краснокутская с.-х.оп.станция).
Дагестанская опытная станция ВИР расположена в б км жнее г.Дербента, на Приморской низменности. Высота местности - 17 и ниже уровня моря. Территория станции располагается на древней террасе Каспийского моря. Рельеф выровненный. Почвы каштановые, среднегумусные, глубокостолбчатые солонцы. По механическому составу преобладают глинистые и суглинистые). Содержание подвижного азота в почве составляет 4,2 - 5,6 мг, подвижного фосфора -6,2 - 8,6 мг, обменного калия 40-50 мг на 100 г почвы,что соответствует в отношении азота и фосфора слабой и средней обеспеченности; содержание обменного калия является среднеповышенным.
Климат сухой субтропический. Зима мягкая, непродолжительная. Самый холодный месяц - январь (средняя температура +1С, абсолютный минимум -20С). Весна ранняя, затяжная, прохладная. Лето жаркое, сухое. Самый теплый месяц - июль (средняя температура +24С, среднее количество осадков 19 мм). Осень теплая, влажная. Основное количество осадков выпадает в осенне-зимний период (80-90% годовой нормы). При годовом количестве осадков 400-500 мм на испарение тратится 1000 мм. Земледелие возможно только при орошении. Зерновые культуры высевают обычно с осени (октябрь).
Близость моря и искусственное орошение обусловливают постоянно высокую относительную влажность воздуха, которая в сочетании с умеренно высокими температурами обеспечивает оптимальные условия для работ по гибридизации. Во все годы изучения среднее значение относительной влажности воздуха в период цветения было в пределах 70-75%. Хотя ход среднесуточных температур за период цветения изменялся по годам незначительно, это изменение все же сказалось на завязываемости гибридных зерновок в скрещиваниях. Более благоприятными были условия в 1979 г., когда май был теплее, а июнь - прохладнее, чем в 1980-1982 гг. (рис.2.1). Несмотря на то, что в 1979 г. сумма выпавших осадков была в 1,7 раза меньше среднемноголетней, это не имело отрицательных последствий благодаря орошению (табл.2.3).
Агротехника опытного поля соответствовала принятой для зоны Южного плоскостного Дагестана. Посев размещали в севообороте по черному пару, который, в свою очередь, следовал по кукурузе на зерно. Вспашку пара проводили после уборки кукурузы, в октябре, на глубину 25-27 см. В качестве основного удобрения под вспашку вносили 4 ц/га суперфосфата В год посева в начале октября проводили несколько культивации на глубину 12-14 см с боронованием. Посев производили в конце октября, после чего следовал влагоза-рядковый полив с поливной нормой 1200 м3/га зимой или ранней весной : посев подкармливали аммиачной селитрой из расчета
Октоплоидные тритикале ( 2n = 56)
Колхицинирование раскустившихся растений СІ98І г.). Раскустившиеся растения выкапывали вместе с корнями, отмывали их, подрезали листья на 1/3 длины и помещали корни подготовленных таким образом растений в стаканчики с растворами колхицина, имеющие концентрацию от 0,05 до 0,2%, на 12, 24 и 48 часов. После обработки корни промывали проточной водой и половину растений высаживали в почву. Вторую половину помещали на двое суток в питательный раствор Кнопа, чтобы подкрепить растения, а затем также высаживали в почву.
Метод вакуум-инфильтрации.(1982 г.).(Использован для гибридов твердой пшеницы с рожью, выращенных на искусственной питательной среде в пробирках). Пробирки с растениями в фазе 3-4 листочков с хорошо развитыми корешками выдерживали в холодильнике в темноте при температуре +5С в течение 7-Ю дней, т.к. известно положительное влияние пониженных температур на увеличение количества и мощности корней (Тарасенко Н.Д., 1974; Игнатова С.А., Лукьянюк С.Ф., 1980), а также на синхронизацию митозов в меристематических тканях.
Затем в пробирки заливали 0,25 -ный раствор колхицина в 4%-ном диметилсульфоксиде (ДМСО) так, чтобы растения были полно -стью покрыты раствором. ДМСО способствует переносу колхицина через клеточные мембраны и увеличению количества полиплоидных клеток в тканях. Потом пробирки с растениями помещали в вакуум-сушилку HZV для того, чтобы введение колхицина провести в разреженной атмосфере при остаточном давлении 80 мм рт.ст. в течение 20 минут, после чего давление медленно поднимали до нормального (окружающей среды); это проделывали трижды с перерывом 30 минут. Затем сливали раствор колхицина, промывали растения и высаживали их из пробирок в вегетационные сосуды с почвой.
Метод инъекций. В 1981 г. в растения гибридов Fy пшеница мягкая х рожь, находящиеся в фазе выхода в трубку, вводили шприцем в нижнее междоузлие 0,2%-ный раствор колхицина. В 1982 г. 0,05%-ным раствором колхицина инъецировали растения Ру твердая пшеница х рожь, выращенные из зародышей на искусственной питательной среде и высаженные в поле. Колхицин вводили в те побеги хорошо раскустившихся растений, в которых прощупывался колос; каждому растению делали 5-6 инъекций в разные побеги (рис Л.I)
Использование ватных жгутов в 1981 г. применили для гибридов Pj мягкая пшеница х рожь. В стебле делали продольный разрез, через который продергивали ватный жгут. Нижний конец жгута помещали в бутылочку с 0,2%-ным раствором колхицина на 24 часа. Метод Белла. В начале колошения на растениях Pj пшеница мягкая х рожь срезали все колосящиеся стебли, оставляя лишь молодые побеги; на одном из срезов с помощью резиновой трубки укрепляли стеклянную трубку с 0,2%-ным раствором колхицина на 2-3 суток.
Показателем эффективности метода удвоения числа хромосом служит количество фертильных растений, полученных после колхици-нирования (табл.4-.3). При диплоидизации гибридов мягкой пшеницы с рожью лучший эффект получен в результате обработки растений в фазе проростков в течение 24 часов 0,1% и 0,2% растворами колхицина. Такая обработка не привела к гибели растений благодаря тому, что корни, вросшие в агар-агар, не были в контакте с раствором. Применение ватных жгутов и инъекций дало примерно одинаковый результат. Гибели растений не наблюдали; хотя обработанные побеги засохли, но действие колхицина частично сказывалось на других побегах, колосья которых оказались фертильными. При по -гружений корней гибридных растений в раствор колхицина с последующим применением раствора Кнопа и без него, что существенной разницы не имело, результаты оказались значительно хуже, чем при использовании других методов. Колхицинирование по методу-Белла имело средние результаты. Из двух методов, примененных на гибридах твердой пшеницы с рожью, инъекция 0,05%-ным раствором колхицина привела к появлению фертильных колосьев на всех обработанных растениях. 0,25%-ная концентрация колхицина, использованная при вакуум-инфильтрации, оказалась гибельной.
Таким образом, лучшего эффекта полиплоидизации ггаїенично-ржаных гибридов можно добиться, применяя метод инъекции в междоузлие 0,05%-ным раствором колхицина в начале выхода в трубку. Почти такое же влияние оказывает 24-часовая экспозиция в 0,1- 0,2%-ном растворе колхицина проростков, выросших на агар-агаре. Эти методы, как наиболее эффективные по сравнению с другими, достоверность чего подтверждается критерием Стьюден-та ( t t ; t = 6,2; tg = 2,09), можно рекомендовать для полиплоидизации пшенично-ржаных гибридов.
Формообразование при создании вторичных тритикале
Важным показателем, который в условиях Дербента тесно коррелирует с продуктивностью, являетёя масса 1000 зерен. Среди ли -ний, представленных в таблице 7.1.1, можно отметить несколько, сочетающих крупнозерноеть с высокой продуктивностью с единицы площади, масса; 1000 зерен которых превышает 60 г: линии 288, 296, 395, 398, 363, материнскими формами которых также были сорта Одесская полукарликовая, Безенчукская 132 и Союз 50. Однако, надо отметить, что не всегда уменьшение массы 1000 зерен приводит к значительному снижению урожайности. Так, линии 317, 327, 415 и 287, имея относительно мелкое зерно (43,6 -47,5 г), хотя и несколько уступали самым продуктивным линиям по массе зерна с делянки, но превышали стандарт на 20-50%. И, наоборот, среди изученных линий есть такие, масса 1000 зерен которых достигает 70 г, а продуктивность делянки ниже, чем у стандарта.
Большинство линий, показавших хорошую продуктивность, имеют выровненное, хорошо выполненное зерно, что является результатом отборов с учетом этого признака в ранних поколениях. При оценке в баллах внешнего вида зерна мы учитывали такие признаки, как выровненность, отсутствие вмятин, глубокой бороздки, морщинистости. Особое внимание уделялось форме: стремились к отбору овальных либо бочонковидных зерен, типа пшеничного. В этом отношении выделились линии 206, 317, 395, 398.
Из выделенных линий мы проводили отборы растений, характеризовавшихся высокой продуктивностью. В таблице 7.1.2 представлены растения, у которых масса зерна с колоса превышала 5,0 г, а зерно отличалось хорошим качеством. Нами также выделены растения, сочетающие хорошую продуктивность колоса с низкорослостью: линии 278 (элитные растения 8 и 9), 215 (эл-6) и 342 (эл-Л). Другой важной проблемой в селекции тритикале является значительная склонность растений к полеганию, что затрудняет использование современных агротехнических приемов и, в частности, повышенные дозы удобрений и орошение. Известно, что в условиях интенсивного агрофона, характеризующегося применением орошения в сочетании с повышенными дозами удобрений, устойчивость к болезням и полеганию, отзывчивость на высокий агрофон имеют особое значение при создании новых сортов. Устойчивость к полеганию обычно связана с укороченным стеблем, В связи с этим нами была взята в качестве одной из родительских форм короткостебельная рожь В.Д.Кобылянского (Коб.2). Однако, при использовании в селекции тритикале форм с коротким стеблем отмечено понижение фертильности полученных низкорослых форм (Ригин Б.В., Орлова И.Н., 1977). Кроме того, укорочение стебля связано с ухудшением качества зерна, его выполненности, уменьшением кустистости (Шулындин А.Ф., 1977; Сулима Ю.Г., Синкевич А.И., 1980). Все эти трудности имели место и в нашей работе, однако, нам удалось отобрать линии тритикале с прочным стеблем высотой 70-100 см, крупным, хорошо озерненным колосом, хорошей кустистостью. Большинство таких линий (табл.7.2.1) по урожайности несколько уступают стандарту или находятся на одном уровне с ним. Линии, превысившие стандарт по массе зерна с делянки, представлены в таблице 7.І.І. Линия 327 (высота 70 см) и линия 360 (высота НО см) были абсолютно устойчивы к полеганию, линия 287, имея высоту 85 см, оказалась менее устойчивой к полеганию. Следует выделить линию 522, которая при высоте 145 см сохраняет устойчивость полеганию. Хорошее качество зерна этих образцов в основном не уступает другим выделившимся линиям тритикале. Мы рекомендуем для использования в селекции высокопродуктивные низкорослые линии тритикале: 327, 360, 287, 522. Тритикале, как и большинство других экспериментально полу -ченных аллоплоидов, являются более позднеспелыми, чем родительские виды. (Дорофеев В.Ф., Куркиев У.К., 1975; Мустафаев И.Л., Мамедов М.М., Юсифова С.К., 1979). Позднеспелость тритикале -одно из укких мест, препятствующих продвижению его в прризвод -ство. Особенно неблагоприятно сказывается слишком большая продолжительность вегетации в районах с искусственным поливом, когда требуются дополнительные затраты воды, чтобы довести позднеспелые сорта ДО СОзреваНИЯ (Gustafson I е.а. , 1972). В связи с этим проблема раннеспелости тритикале важна как для северных, так и для южных районов. Среди линий тритикале, выделенных нами по продуктивности, скороспелые формы отсутствуют. По сроку колошения они приближаются к стандарту АД 206, либо выколашиваются на 1-3 дня позднее. Особенность селекции на иммунитет, отличающая ее от других направлений, состоит в том, что она затрагивает не только генотип растения-хозяина, но должна учитывать и непрерывную изменчивость патогена, направленную на приспособление к новым сортам. Это обуславливает необходимость быстрой смены сортов сельскохозяйственных культур. Считают, что тритикале страдают в различной степени от тех же болезней, что пшеница и рожь.
Продуктивность
При создании гексаплоидных тритикале следует учитывать следующие особенности скрещиваемости различных видов пшеницы с диплоидной рожью. В условиях Южного Дагестана при скрещивании твердой пшеницы с рожью завязывается гибридных зерновок больше, чем при участии мягкой пшеницы. Однако они нежизнеспособны, поэтому необходимо выращивание гибридных зародышей этих зерновок на искусственной питательной среде. Скрещивание гибридов P-j- ( т.durum х х T.aestivum ) с рожью с целью получения жизнеспособных зерновок при создании гексаплоидных тритикале с генетическим материалом т.durum без применения "культуры зародыша", не имеет преимуществ перед скрещиванием твердой пшеницы с рожью. Диплоидные пшеницы при гибридизации с рожью образуют большое количество "чехлов" - зерновок без зародышей и эндосперма. 2. Увеличение доли генома D в геноме материнского родителя при скрещивании с рожью способствует выходу полноценных гибридных зерновок. Это объясняется наличием в геноме D супрессо-ров кг -генов, локализованных в геномах А и В. 3. Подтвержден установленный ранее факт наличия у пшеницы протерогинии, т.е. более раннего созревания гинецея по сравне -нию с андроцеєм. Метод скрещивания, основанный на искусственном опылении пшеницы пыльцой ржи в момент готовности пестика при недозрелых пыльниках с последующим естественным доопылением рылец пыльцой своего пестика после ее созревания дает лучшие результаты, чем общепринятый метод, включающий кастрацию. 4. В условиях Южного Дагестана наиболее эффективными методами удвоения числа хромосом у пшенично-ржаных гибридов является метод инъекций 0,05%-ным раствором колхицина в междоузлие в начале выхода в трубку и метод экспозиции проростков, выросших на агар-агаре, в течение 2h часов в 0,1-0,2%-ном растворе колхицина. 5. При проращивании гибридных зародышей зерновок гибридов Fj (i.durum х s.cereale ) на искусственной питательной среде и последующем колхицинировании мы получили семь первичных гекса-плоидных тритикале, обладающих укороченным стеблем, устойчиво -стью к полеганию и другими хозяйственно-ценными признаками. 6. При скрещивании пяти сортов мягкой пшеницы, различающихся по высоте растений, с короткое тебельной рожью Коб.2 в Fj доминирует низкорослость. Колхицин оказывает угнетающее действие, что снижает высоту растений в Cj. 7. В результате скрещивания мягкой пшеницы с рожью и последующего колхицинирования гибридов Pj нами создано 4 первичных октоплоидных тритикале, представляющих интерес как источники короткостебельности и устойчивости к полеганию. 8. Создание гибридов Fj с геномной структурой A DR удается сравнительно легко путем скрещивания амфидиплоида T.boeoticum х х Ae.tauschii с рожью. Колхицинирование таких стерильных гибридов не привело к образованию амфидиплоидов. При опылении гибридов Ру пыльцой тритикале возможно получение фертильных форм. 9. Подтверждена высокая продуктивность предложенного А.Ф.Шу-лындиным метода создания вторичных гексаплоидных тритикале в отношении селекционно-цанных форм. Наиболее перспективными в нашем опыте были комбинации скрещивания: мягкая пшеница х рожь (с участием озимых сортов пшеницы Одесская 51, Одесская полукарликовая, Орбита, Пржевальская, Союз 50, Гостианум 237, Харьковская 4, Бе-зенчукская 132, Кинельская 5 и яровых - Мироновская яровая, Харьковская 2) с тритикале (2п = 42). 10. Из созданных нами линий вторичных тритикале высокой семенной продуктивностью характеризуются линии: 206, 398, 522, 361, 288, 287, полученные на основе сортов озимой мягкой пшеницы Весе-лоподолянская 12, Безенчукская 132, Weihenstephaner м , Союз 50 и Одесская полукарликовая. Крупнозерность с высокой продуктивностью сочетают: Л-288, Л-296, Л-363, Л-395 и Л-398, материнскими формами которых были сорта Одесская полукарликовая, Безенчук -екая 132 и Союз 50. Короткостебельностью в сочетании с высокой продуктивностью обладают линии 303, 327 и 441. 11. Среди созданных нами вторичных тритикале скороспелые формы отсутствуют. Большинство линий выколашивается одновременно со стандартом АД-206. Небольшая часть линий является позднеспелой. Эти линии обладают устойчивостью к мучнистой росе и бурой ржавчине в условиях орошения. 12. Линии, выделенные по продуктивности и другим хозяйственно-ценным признакам, содержат незначительное количество резорцино-лов. Высоким содержанием белка в зерне при хорошей его выполненности обладают линии 266, 202, 420 и ЛД-3, а высоким выходом белка и лизина с единицы площади - Л-287, Л-288, Л-398 и Л-522. Высокими хлебопекарными качествами обладают Л-273, Д-3 и Д-7. Наибольшую экологическую пластичность имели линии 152-19, 159-3, І64-І, 168-4, 170-3 и Л-І53.