Введение к работе
Актуальность проблемы
Кукуруза – это одна из важнейших зерновых культур в мире. Доля кукурузы в мировом зерновом балансе составляет
более 30%, а объем ее ежегодного валового производства в последние годы равен 660 – 686 млн. тонн. За последние 60
лет площади посева кукурузы увеличились с 87 до 146 млн. га, валовое производство зерна возросло на 622%, а средняя
урожайность в мире повысилась с 12,7 до 46,9 центнеров с 1 га (Шпаар, 2006). Расширение посевов кукурузы и
повышение ее урожайности является результатом селекционного прогресса, благодаря которому возросла
продуктивность гибридов и существенным образом повысилась их приспособленность к недостатку тепла в северных
регионах кукурузосеяния. Существенную роль в росте урожайности гибридов кукурузы играет ее высокая пластичность
и широкий генетический полиморфизм исходного селекционного материала. Исследователи создали множество
селекционных направлений для расширения использования кукурузы. Одним из направлений выведения таких гибридов
является селекция на двухпочатковость. Исследования, проведенные В.Е. Козубенко, показали, что массовый отбор
двухпочатковых генотипов растений способствовал увеличению продуктивности и засухоустойчивости
отселектированных популяций. Современные успехи селекционеров России позволили создать и районировать гибриды кукурузы, дающие высокие урожаи зерна в широтах до 54 параллели. В последние годы повышается спрос к продуктам из пищевой кукурузы, в виду более благоприятного сочетания углеводов, определяющих высокие вкусовые качества зерна. Повышение эффективности селекционных мероприятий по созданию гибридов и популяций кормовой и пищевой кукурузы различных групп спелости максимально адаптированных к условиям их возделывания, а также совершенствование методов ведения селекционного процесса, с целью создания и изучения нового исходного материала и последующим вовлечением его в селекционный процесс актуально.
Степень разработанности темы
Первые исследования тетраплоидной кукурузы была проведены в США в 1931г. Рандольфом Л.Ф. (Randolph L.F, 1932). Ему впервые удалось получить тетраплоидную кукурузу методом температурного шока. Первые в СССР тетраплоидные генотипы кукурузы были получены Шумным В.К. СО РАН, Дзюбой В.А. под руководством Галеева Г.С. и Парий Ф.Н. под руководством Мирюты Ю.П. в начале 70-х годов ХХ века (В.А. Дзюба, 1969; Ф.Н. Парий 1975). Но более широкие исследования тетраплоидной кукурузы были проведены в 60-х годах Щербаком В.С. (1966-1973гг) под руководством Хаджинова М.И. в КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко. (М.И. Хаджинов, В.С. Щербак, 1973; 1974; М.И. Хаджинов, В.С. Щербак, Б.К. Литовченко, 1977; В.С. Щербак, 1971). В дальнейшем на основе полученного ими экспериментального материала были исследованы механизмы семенной плодовитости тетраплоидной кукурузы и в 2012г. запатентован сорт тетраплоидной кукурузы «Баксанская сахарная» (В.С. Щербак, Э.Б. Хатефов, 2000; Э.Б. Хатефов, 2001; Э.Б. Хатефов, В.С. Щербак, 2011, 2012). Исследования по редиплоидизации тетраплоидных геномов с использованием гаплоиндукторов впервые были предложены Хатефовым Э.Б. и Шацкой О.А (2008). Практическое получение диплоидных линий из тетраплоидных популяций было осуществлено методом разложения триплоидных геномов Хатефовым Э.Б. в 2010г,
Цель исследований
Расширение генофонда исходного материала для селекции линий, гибридов и популяций кукурузы зерно-силосного назначения и изучение его хозяйственно ценных признаков, дальнейшее совершенствование методов его создания.
Задачи исследований
- апробировать метод по экспериментальному восстановлению диплоидных линий из тетраплоидных популяций
кукурузы;
создать и оценить восстановленные диплоидные линии для селекции гибридов кукурузы различных групп спелости зерно-силосного и пищевого использования;
оценить хозяйственно ценные морфобиологические признаки восстановленных линий;
выявить у восстановленных линий эффекты ОКС и варианты СКС в топкроссных скрещиваниях, определить их реакцию на ЦМС М типа;
выделить у восстановленных линий и гибридов кукурузы образца с высокой экологической стабильностью и технологическими качествами зерна, превышающих стандартные значения;
оценить устойчивости у восстановленных линий к абиотическим и биотическим факторам среды;
изучить у восстановленных линий наследование признака многопочатковости;
показать биохимические качества восстановленных линий и гибридов кукурузы:
определить экономическую эффективность выделенных по урожаю зерна гибридов;
- разработать рекомендации для селекции по созданию и изучению диплоидных линий, восстановленных из
тетраплоидных популяций.
Научная новизна
Впервые в селекционной практике проведено исследование восстановленных диплоидных линий из тетраплоидных популяций кукурузы. Определенна практическая значимость нового исходного материала для селекции. Выделены линии кукурузы с высокой комбинационной способностью по ценным признакам. Изучено влияние внешних условий среды на продуктивность топкроссных гибридов кукурузы, созданных с участием восстановленных линий. Выделены новые линии диплоидной кукурузы из тетраплоидной популяции по ряду селекционно-ценных признаков таких как: раннеспелость, продуктивность и высокая комбинационная способность. Разработана и испытана схема создания восстановленных диплоидных линий кукурузы из тетраплоидных популяций, показана возможность получения на их основе гибридов для возделывания в районах кукурузосеяния. Созданы доноры многопочатковости передающие признак по неполному типу наследования в гибридных комбинациях.
Выделены новые линии кукурузы - восстановители фертильности и закрепители ЦМС на основе «М» типа стерильности. С 2015г. в РФ проходят государственное испытание сорта кукурузы силосного направления «Тетрасил», в создании которого принимал участие автор.
Практическая значимость работы
Результаты исследований имеют значение для разработки теоретических основ селекции кукурузы в условиях КБР, а также создания селекционно-ценных рекомбинантов и доноров эффективных генов устойчивости к экстремальным биотическим и абиотическим факторам среды.
Для условий КБР разработан новый метод получения редиплоидной кукурузы восстановленной из тетраплоидных популяций для обогащения генофонда кукурузы с целью создания высокоурожайных сортов и гибридов. Среди новых рекомбинантов восстановленной редиплоидной кукурузы выделены генотипы - источники многопочатковости передающих признак по принципу неполного доминирования. Параметры экологической пластичности и стабильности, исследованных редиплоидных многопочатковых линий кукурузы, показывают перспективность их вовлечения в селекционный процесс. Расширен и обогащен генетический полиморфизм кукурузы, представляющий практический интерес для селекционеров и исследователей.
Теоретическая значимость работы Теоретические разработки доказывают возможность получения диплоидных
линий В.С. кукурузы из тетраплоидных популяций методом гетероплоидного скрещивания с последующей
редиплоидизацией генома полученного потомства. Полученный исходный материал характеризуется рядом селекционно-ценных признаков с высокой зерновой продуктивностью и устойчивостью к стрессам. Результаты работы имеют значение для селекции и частной генетики кукурузы. Методология и методы исследований. При планировании и проведении исследований в качестве источников информации использовали труды по производственной тематике, монографии, научные статьи, периодические издания, электронные версии научных журналов и другие материалы. При проведении исследований использовали системный подход. Теоретико-методологическую основу полевых исследований составили методы планирования и проведения опытов по Б.А. Доспехову (1980).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Эффективность метода получения нового селекционного материала с широким полиморфизмом признаков
путем восстановления диплоидных линий кукурузы из тетраплоидных популяций.
2. Схема создания восстановленных диплоидных линий кукурузы из тетраплоидных популяций и возможность
получения на их основе гибридов для возделывания в районах кукурузосеяния.
-
Практическая значимость нового исходного материала для селекции.
-
Морфобиологическая характеристика основных селекционно- ценных признаков новых линий диплоидной кукурузы, восстановленных из тетраплоидной популяции.
-
Устойчивость восстановленных диплоидных линий кукурузы к биотическим и абиотическим факторам среды, характерных для Кабардино-Балкарии.
-
Доноры многопочатковости передающие признак по неполному типу наследования в гибридных комбинациях с синхронным цветением початков.
-
Характеристика новых линий закрепители стерильности и восстановители фертильности ЦМС «М» типа стерильности, для создания высокоурожайных родительских форм гибридов.
8. Экономическая значимость созданных и внедренных в производство высокоурожайных гибридов на основе
восстановленных диплоидных линий кукурузы с высокой комбинационной способностью и экологической пластичностью.
Степень достоверности и апробация работы
Научные положения, результаты экспериментальных исследований, выводы по диссертации оригинальны, обоснованы и получены в результате использования современных методик лабораторных и полевых опытов. Достоверность результатов работы подтверждается статистической обработкой экспериментальных данных методом дисперсионного анализа. Данные первичной документации отвечают требованиям, предъявляемым к регистрации научных результатов, и соответствуют представленной научной работе.
Основные результаты работы доложены на заседаниях методической комиссии КБНИИСХ (2013-2016гг.).
Материалы исследований докладывались и обсуждались на 2-ой Международной конференции «Генофонд и селекция растений», посвященная 80-летию СибНИИРС, Новосибирск, Международной научно-практической конференции «Технологии и приемы производства экологически безопасной продукции растениеводства», Жодино, Беларусь, Международной конференции "Система создания кормовой базы животноводства на основе интенсификации растениеводства и использования природных кормовых угодий», Республика Казахстан.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в т. ч. 7 в рекомендованных ВАК изданиях.
Личный вклад автора
Все результаты, представленные в работе, получены автором в период с 2013 по 2015 года. При оформлении научных публикаций, разработке темы диссертации участие автора было определяющим. Разработка и апробация метода создания восстановленных редиплоидных линий из тетраплоидных популяций проведено Хатефовым Э.Б. в период 2007 - 2013гг в лаборатории селекции и семеноводства кукурузы ФГБНУ КБНИИСХ при участии автора.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, предложений селекционной практике и производству, списка использованной литературы и приложений. Работа написана на 157 страницах текста и включает 41 таблицу, 84 рисунка в приложении. Список использованной литературы содержит 217 источников, в том числе 55 -иностранных авторов.