Коновалова Инна Витальевна
Создание исходного материала для селекции мягкой яровой пшеницы
в условиях Приморского края
06.01.05- селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата
сельскохозяйственных наук
Барнаул-2012
Работа выполнена в ГНУ Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии в лаборатории селекции зерновых и крупяных культур в 1997-2010 гг.
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,
ведущий научный сотрудник
Моисеенко Людмила Михайловна
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Усенко Владимир Иванович
(НИИСС)
кандидат биологических наук, доцент
Коробейников Николай Иванович
(АНИИСХ)
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Дальневосточный
государственный аграрный университет»
Защита состоится 18 мая 2012 г. в 11-30 на заседании диссертационного совета ДМ 220.002.03, созданного при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»
Адрес: 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98
Факс: (3852)62-83-96
E-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного аграрного университета
Автореферат разослан 11 апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Н.Н.Чернышева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Увеличение производства зерна - ключевая проблема развития сельского хозяйства. Яровая пшеница - важнейшая продовольственная культура в РФ и в целом мире. Её урожайность, в решающей степени зависит от возделываемых сортов и своевременной замены их более совершенными генотипами. Как правило, совершенствование сортов идет в направлении возрастания их устойчивости к лимитирующим величину урожая факторам среды. В Приморском крае таким фактором является дефицит влаги в почве в первой половине вегетации пшеницы и избыток- во второй.
Поэтому, вопросы повышения стабильности производства зерна яровой пшеницы должны решаться комплексно и, прежде всего, за счет сортов, хорошо приспособленных к местным условиям. В этой связи важная роль отводится использованию адаптивных форм, обладающим широким диапазоном реакции на изменяющиеся экологические условия, способных стабильно реализовать свой потенциал. Такой подход предполагает поиск исходного материала, обладающего высокой степенью выраженности признаков, а также благоприятным их сочетанием в новом сорте.
Нестабильность и непредсказуемость природно-климатических факторов в период вегетации, сложность взаимодействия сорта со средой дает основания на возделывание в каждой конкретной агроклиматической зоне адаптированных сортов местной селекции.
Для создания таких сортов необходимо располагать обширным исходным материалом и иметь точные сведения о его значении в селекции данной культуры.
В связи с этим, для условий Приморского края нужны сорта яровой пшеницы, высокоустойчивые к полеганию и болезням, совмещающие такие биологические противоречивые свойства: засухоустойчивость в первые фазы роста и развития растений и устойчивость к высокой влажности почвы и воздуха в летний период. Решению этой актуальной проблемы и было посвящено наше исследование.
Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в создании высокопродуктивного исходного материала, устойчивого к основным лимитирующим урожай факторам среды, полеганию, болезням. Исходя, из поставленной цели решались следующие задачи:
- выделить из изученной коллекции ВНИИР генетические источники и доноры по различным направлениям селекции;
- определить на ранних этапах селекции реакцию выделившихся генотипов на изменение экологической ситуации;
- выявить у полученных гибридов степень изменчивости и корреляционную сопряженность основных количественных признаков продуктивности и качества зерна;
- изучить во всех питомниках селекционного процесса перспективный селекционный материал яровой мягкой пшеницы и выделить лучшие номера;
- выявить эколого-географические группы, из которых можно отобрать сорта-источники и доноры по хозяйственно ценным признакам.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Агробиологическое изучение коллекционных образцов мягкой яровой пшеницы различных эколого-географических групп (страны Западной Европы, Россия, в т.ч. Дальний Восток, страны СНГ (без России), страны Азии, страны Америки, страны Африки и Австралия) с выделением из них сортов-источников и доноров с высокой продуктивностью, устойчивостью к болезням и другими хозяйственно-биологическими признаками.
2. Гибридологические и селекционно-генетические показатели в гибридных популяциях пшеницы.
3. Возможность получения высокопродуктивных, устойчивых к болезням гибридов, при гибридизации с использованием в качестве материнских форм местных районированных сортов – Приморская 21, Приморская 39 и Приморская 40.
Научная новизна исследований. Из изученной коллекции выделены источники и доноры хозяйственно-биологических признаков с участием которых получены гибриды, обладающие устойчивостью к лимитирующим факторам среды.
Впервые в зоне Приморского края в изученной коллекции яровой мягкой пшеницы установлены корреляционные связи основных компонентов структуры урожая растений; выделены ведущие признаки, определяющие продуктивность; определена степень их фенотипической изменчивости; выявлены трансгрессии количественных признаков у гибридов F3.
Практическая ценность работы. В процессе реализации основных положений диссертационной работы выделены генетические источники и доноры, обладающие хозяйственно ценными признаками, созданы новые линии, сорта, которые находятся в изучении в селекционном, контрольном питомниках, конкурсном и производственном сортоиспытаниях.
Сорт яровой мягкой пшеницы Приморская 50, созданный методом гибридизации Приморская 39 × Приобская (донор высокой продуктивности, продуктивной кустистости, длины колоса, количества колосков) в 2010 году передан на испытание в ГСИ.
Апробация работы. Материалы исследований доложены на межвузовской конференции «Молодые ученые – агропромышленному комплексу Дальнего Востока» (г. Уссурийск, 2005,2006 гг.), конкурс - конференции молодых ученых ГНУ Приморский НИИСХ Россельхозакадемии (п. Тимирязевский, 2006, 2007, 2009, 2010 гг.), заседании Ученого Совета ГНУ Приморский НИИСХ Россельхозакадемии (п. Тимирязевский, 2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 в изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений селекционной практике и производству, библиографического списка из 243 источников отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 163 страницах компьютерного текста, содержит 43 таблицы, 12 рисунков и 9 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В главе приведен обзор литературы по влиянию факторов среды на формирование элементов продуктивности яровой пшеницы, показана роль сорта в повышении потенциала продуктивности и качества зерна пшеницы, дана краткая ботанико-биологическая характеристика культуры, указана роль доноров, источников хозяйственно-биологических признаков в создании сорта. Сделан обзор работ ведущих ученых в этой области: К.А. Фляксбергер, Н.И.Вавилов. П.П. Лукьяненко, В.Е. Писарев, А.И. Носатовский и др.
2 МАТЕРИАЛ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Агроклиматическая характеристика Приморского края
Работа выполнена на экспериментальной базе ГНУ Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии, расположенной в 120 км от краевого центра г. Владивостока на Раздольно-Ханкайской равнине, где размещены основные сельскохозяйственные земли.
Метеорологические условия в годы проведения исследований были достаточно разнообразны для роста, развития растений пшеницы, оценки сортов различного эколого-географического происхождения.
Значение гидротермического коэффициента за годы исследований колебалось от 1,0 – в 2001 году (при его минимальном значении) до 2,6 при максимальном значении в 2008 году. Выявлено, что из 14 лет наблюдений высокая урожайность отмечалась в годы, когда значение ГТК находилось в пределах от 1,7 – 2,6. Однако при этом необходимо отметить, что характер выпадения осадков влияет на урожайность – при обильных осадках в короткий срок (2009 г.) или при равномерном (2002 г.) по фазам развития.
2.2 Условия, объект и методика выполнения экспериментальной
работы
Возделывание яровой пшеницы в опытах проводилось в соответствии с разработанной Приморским НИИСХ технологией (1990).
Экспериментальные исследования по данной диссертации проводились в 1997-2010 годы, в том числе в 1997-2001 гг. – изучение коллекции, выделение источников хозяйственно-биологических признаков, 2001-2010 гг. – исследования по определению их донорских свойств, гибридизация, изучение полученного исходного материала по схеме селекционного процесса.
Всего за 1997-2010 гг. в коллекционном питомнике яровой мягкой пшеницы было изучено 1459 сортов, в том числе за 1997-2001гг. – 431 по наибольшему числу признаков, которые использовались для создания нового исходного материала, представленного в данной диссертации.
По происхождению изученный 431 образец был подразделен на эколого-географические группы: страны Западной Европы, Россия, в том числе Дальний Восток, страны СНГ (без России), страны Азии, страны Америки, страны Африки, Австралии, которые в свою очередь были разбиты по группам спелости.
В качестве стандартов при изучении коллекции и донорских способностей родительских форм взяты районированные по краю сорта яровой мягкой пшеницы – Приморская 21, Приморская 39 и Приморская 40.
Скрещивание было проведено по 33 комбинациям, в качестве отцовских сортов-источников были взяты – Прохоровка, ST-78-81, Приобская и Казахстанская 10, Зарянка, Приокская, Пиротрикс 28, IAC 16 - Jurua, Saxana, Ирень, Мильтурум 2419.
Гибридные растения первого и последующих поколений выращивались по блочной системе «родители-потомки». Отобранные растения с константными признаками изучались в селекционном, контрольном питомниках, конкурсном и производственном сортоиспытании. Площадь делянки соответственно 1,8; 10; 20; 200 м2, количество повторностей в зависимости от испытаний – от 1 до 8. Объем выборки в F1-F3 составил не менее 50 растений по каждой комбинации, в последующих поколениях применялся 20-30% отбор. Растения гибридов и родительских форм в лабораторных условиях анализировали по восьми количественным признакам.
В агрохимической лаборатории Приморского НИИСХ определяли биохимические показатели семян. Фитопатологическую оценку селекционного материала проводили по методикам Государственного сортоиспытания (1971), ВИР (1999), А.Е. Чумаковой (1971).
На основании гибридологического и структурного анализов по каждой комбинации в F1были определены фенотипическое доминирование по методу Гриффинга и М.Г. Мику (1970), величина гетерозиса по формуле в изложении Л.С. Зенищевой (1968).
В третьем поколении определяли степень и частоту трансгрессий изучаемых признаков по методике Г.С. Воскресенской и В.И. Шпота (1967) и наследуемость признаков методом дисперсионного анализа по П.Ф. Рокицкому (1974). Статистическую обработку данных проводили по методике Б.А. Доспехова (1979).
3 АГРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ МИРОВОЙ КОЛЛЕКЦИИ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
3.1 Период вегетации
При делении изучаемых образцов на 3 группы спелости оказалось, что в условиях края основное их количество было отнесено в скороспелую (145) и среднеспелую (269) группы спелости и только 17 имели более продолжительный период вегетации и были отнесены в позднеспелую группу: Вера (Курганская обл.), а все остальные из стран Америки: Gavilan, La Molina 82 (Перу), Ciko-INIA, Lillen-INIA (Чили) и т.д. (таблица 1).
Таблица 1 – Структура коллекции по группам спелости образцов яровой мягкой пшеницы разных эколого-географических групп (1997-2001 гг.)
|
Эколого-географическая группа |
Образцов, шт. |
Количество образцов по группам спелости | ||
|
скороспелая (76-83)
|
среднеспелая (84-90)
|
позднеспелая (91-94)
| ||
|
Страны Западной Европы |
56 |
10 |
46 |
- |
|
Россия, в т.ч. Дальний Восток |
143 |
50 |
92 |
1 |
|
23 |
15 |
8 |
- | |
|
Страны СНГ (без России) |
9 |
4 |
5 |
- |
|
Страны Азии |
78 |
48 |
30 |
- |
|
Страны Америки |
119 |
27 |
76 |
16 |
|
Страны Африки |
7 |
4 |
3 |
- |
|
Австралия |
19 |
2 |
17 |
- |
|
Приморская 21 Приморская 39 |
- |
- |
1 |
- |
|
- |
- |
1 |
- | |
|
Итого: |
431 |
145 |
269 |
17 |
3.2 Высота растений и устойчивость к полеганию
Использование в селекции коэффициента вариации позволяет провести сравнительную характеристику по степени изменчивости различных хозяйственно ценных признаков по каждой эколого-географической группе. При этом варьирование считается слабым, если не превосходит 10%, средним, когда коэффициент вариации составляет 11-25% и значительным выше 25%.
Причем, низкие коэффициенты вариации в группе по происхождению свидетельствуют о том, что все изучаемые образцы не имеют отклонений в максимальную или минимальную сторону величины признака, т.е. не представляют интерес как родительские формы. Со средним можно выделить образцы с ценными признаками, однако группа с высоким значением коэффициента вариации свыше 25% представляет больший интерес так как, величина признака в них значительно выше, чем у стандарта. Здесь можно отобрать образцы как с максимальным значением признака (продуктивная кустистость и т.д.) так и с минимальным (высота растения, период вегетации, длина колоса и т.д.).
3.3 Количественные признаки продуктивности растения
По результатам изучения коллекции по каждой эколого-географической группе были определены коэффициенты вариации по признакам, вносящие основной вклад в продуктивность растений - продуктивная кустистость, число зерен в колосе, масса 1000 зерен, продуктивность растения, а также косвенный – длина колоса, количество колосков, общая кустистость, масса зерна с главного колоса, высота растения, период вегетации и устойчивость к полеганию.
Анализ признаков по эколого-географическим группам с использованием коэффициента вариации свидетельствует о том, что его величина в основном не превышает 20% уровень, так признак – длина колоса по группам имел минимальное значение – 7,4% среди образцов из стран Африки, а максимальное – 20,0% - стран Азии; количество колосков соответственно – 6,5% - стран СНГ (без России), 15,3% - стран Азии; масса 1000 зерен – 14,5% - стран Африки, 20,9% - Австралии и т.д. (таблица 2).
Высокое значение коэффициента вариации (более 25%) было в эколого-географических группах – из стран Западной Европы по продуктивной кустистости (40,0%), массе зерна с главного колоса (69,9%) и с одного растения (29,9%); из России, по массе зерна с главного колоса (53,2%) и с одного растения (32,8%); в т.ч. Дальнего Востока по продуктивной кустистости (36,7%) и т.д.
Установлено, что количество образцов, у которых величина признака значительно превосходит стандарт, больше в группе, где коэффициенты вариации выше 25%.
В таблице 3 даны описания сортов-источников, выделенных из таких групп по различным признакам. Проведенные исследования позволяют сделать заключение, что поиск образцов с хозяйственно-биологическими признаками в условиях Приморского края следует проводить, прежде всего, в эколого-географических группах с высоким коэффициентом варьирования. По признакам, вносящим основной вклад в продуктивность растений: продуктивная кустистость, число зерен в колосе, масса 1000 зерен, продуктивность растения, представляют интерес эколого-географические группы – страны Западной Европы, Россия, Австралия.
3.4 Устойчивость к грибным болезням
Резко выраженный муссонный климат Приморья с влажным и теплым летом благоприятен для развития многих грибных болезней на всех культурах.
Однако наибольший вред яровой пшенице наносит стеблевая ржавчина и фузариоз колоса. Учитывая их широкое распространение и высокую вредоносность для пшеницы, была проведена оценка коллекционных образцов на устойчивость к данным заболеваниям.
Таблица 2 – Вариабельность основных хозяйственно-биологических признаков у коллекционных образцов яровой мягкой пшеницы различных эколого-географических групп (1997-2001 гг.), %
|
Эколого-географическая группа
|
Длина колоса |
Количество колосков |
Количество зерен в колосе |
Масса 1000 зерен |
Количество зерен в колоске |
Высота растений |
Кустистость |
Масса зерна |
Период вегетации |
Устойчивость к полеганию | ||||
|
общая |
продуктивная |
с главного колоса |
с одного растения |
всходы- колошение |
колошение- восковая спелость |
всего | ||||||||
|
1. Страны Западной Европы |
12,2 |
11,2 |
21,6 |
18,5 |
24,3 |
16,0 |
20,4 |
40,4 |
69,9 |
29,9 |
5,5 |
5,3 |
2,5 |
17,8 |
|
2. Россия, в т.ч. Дальний Восток |
12,9 9,5
|
11,5 9,5
|
21,4 18,6
|
15,9 18,8
|
16,3 12,1
|
10,8 12,7
|
19,9 22,4
|
18,4 36,7
|
53,2 30,1
|
32,8 29,7
|
5,4 4,8
|
5,0 4,5
|
2,5 1,7
|
19,7 21,4
|
|
3. Страны СНГ (без России) |
10,6 |
6,5 |
17,4 |
15,4 |
11,4 |
10,1 |
16,0 |
21,4 |
17,4 |
19,4 |
2,8 |
3,4 |
2,1 |
18,6 |
|
4. Страны Азии |
20,0 |
15,3 |
23,5 |
17,5 |
18,4 |
15,9 |
27,0 |
27,3 |
26,3 |
40,7 |
4,2 |
3,9 |
2,1 |
18,9 |
|
5. Страны Америки |
13,3 |
14,9 |
21,5 |
16,0 |
16,9 |
17,3 |
25,1 |
26,9 |
29,9 |
35,4 |
5,8 |
5,2 |
2,8 |
20,2 |
|
6. Страны Африки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Австралия |
13,4 |
11,9 |
30,8 |
20,9 |
64,4 |
12,7 |
31,0 |
31,6 |
46,2 |
51,1 |
6,1 |
9,6 |
2,9 |
9,7 |
|
Средние показатели признака |
13,3 |
11,7 |
17,9 |
17,2 |
21,8 |
13,3 |
22,3 |
27,2 |
35,9 |
31,9 |
4,9 |
5,1 |
2,5 |
18,3 |
следующая страница>