Селекційна цінність вихідного матеріалу кукурудзи за основними господарськими ознаками

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ РОСЛИННИЦТВА ім. В.Я. ЮР'ЄВА

УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

КУЗЬМИШИНА НАТАЛІЯ ВАСИЛІВНА

СЕЛЕКЦІЙНА ЦІННІСТЬ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ КУКУРУДЗИ

ЗА ОСНОВНИМИ ГОСПОДАРСЬКИМИ ОЗНАКАМИ

06.01.05 - селекція рослин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана

в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН

Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Гур'єва Ірина Анатоліївна,

Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН,

провідний науковий співробітник лабораторії

генетичних ресурсів зернових культур

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Вировець Вячеслав Гаврилович,

Інститут луб'яних культур УААН,

головний науковий співробітник відділу селекції

та насінництва конопель

кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Жемойда Віталій Леонідович,

Національний аграрний університет,

завідувач кафедри селекції та насінництва

Провідна установа: Інститут зернового господарства УААН,

м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 18.04.2006 р. о 10 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 при Інституті рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН, за адресою

61060, м. Харків, проспект Московський, 142, тел. (057) 392-23-78

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН, м. Харків, проспект Московський, 142.

Автореферат розісланий 16.03. 2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради В.П. Петренкова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ефективність гетерозисної селекції кукурудзи визначається наявністю різноманітних самозапилених ліній, цінних за низкою господарських та біологічних ознак. Проте відсутні повні дані з інвентаризації та класифікації генофонду ліній кукурудзи згідно міжнародних вимог, а також систематизації його в різні види ознакових колекцій, що не дозволяє в повній мірі вирішити завдання ефективного добору необхідного вихідного матеріалу і забезпечити ним селекційні та учбові програми в різних агроекологічних зонах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертаційної роботи виконано в 1987-2003 роках відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт лабораторії генетичних ресурсів зернових культур Національного центру генетичних ресурсів рослин України Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН, згідно з НТП “Генетичні ресурси рослин. Формування та ведення Національного банку генетичних ресурсів рослин України для використання в селекції високопродуктивних сортів та гібридів сільськогосподарських культур” (№ державної реєстрації 0197U012408, 0101U006142).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень було встановлення селекційної цінності вихідного матеріалу кукурудзи за основними господарськими ознаками на основі систематизації самозапилених ліній кукурудзи, створення базової колекції самозапилених ліній за паспортними даними та ознакових колекцій за комплексом кількісних ознак і рівнем екологічної мінливості.

Для досягнення даної мети вирішували наступні задачі:

створити базову колекцію генофонду самозапилених ліній кукурудзи, зібраних в Національному центрі генетичних ресурсів рослин України за міжнародною системою Європейського пошукового каталогу (EURISCO), провести ідентифікацію та розподіл ліній за класами паспортних ознак;

встановити реакцію ліній на стресові погодні умови, створити ознакову колекцію за рівнем тривалості вегетаційного періоду та його мінливості;

створити ознакову колекцію ліній кукурудзи за рівнем продуктивності та її екологічною мінливістю;

визначити особливості формування продуктивності та її компонентів, виділити лінії-джерела насіннєвої продуктивності, багатокачанності, багаторядності, крупнозерності, встановити їх донорські властивості;

сформувати колекції комплексно-цінних ліній, адаптовані до різних екологічних умов, в тому числі холодостійкі, посухо - та жаростійкі, придатні до механізованого збирання, стійкі проти хвороб та шкідників, з покращеним біохімічним складом зерна;

створити інформаційну систему банку даних “Генофонд кукурудзи” та обґрунтувати шляхи добору вихідного матеріалу під конкретні селекційні програми.

Об'єкт дослідження: цінність вихідного матеріалу кукурудзи для гетерозисної селекції.

Предмет дослідження: самозапилені лінії кукурудзи за проявом складних кількісних ознак (вегетаційного періоду, продуктивності) і їх мінливістю.

Методи дослідження: польові та лабораторні для оцінки самозапилених ліній кукурудзи і експериментальних гібридів; статистичні (дисперсійний, кореляційний, кластерний) - для оцінки рівня ознак і їх взаємозв'язку; оцінка ефектів комбінаційної здатності і гетерозису у гібридів, одержаних за тестерною і діалельною схемами .

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на обширному генофонді (1428 самозапилені лінії кукурудзи) встановлено залежність формування кількісних ознак (вегетаційного періоду, продуктивності) та їх складових від географічного походження, ботанічної таксономії, методу створення і родоводу. Теоретично обґрунтовано і практично виконано розподіл самозапилених ліній на класи за цінністю основних кількісних ознак. Створено базову та ознакові екологічно - орієнтовані колекції самозапилених ліній кукурудзи, виділені джерела цінних ознак. За результатами системних схрещувань підтверджено результативність добору кращих ліній для гетерозисної селекції, встановлені їх донорські властивості. Вперше в Україні створено інформаційну систему “Генофонд кукурудзи” та проведено добір вихідного матеріалу для конкретних селекційних програм.

Практичне значення одержаних результатів. Створення базової і ознакових колекцій самозапилених ліній кукурудзи за основними кількісними ознаками підвищує ефективність добору вихідного матеріалу та цілеспрямоване проведення інтродукції і поповнення генофонду кукурудзи. Виділено лінії - еталони високої продуктивності (більше 100 г.) серед середньоранньої групи - 18, середньостиглої - 67 і пізньостиглої - 7. Установлено різні типи формування продуктивності та виділено джерела високого рівня її компонентів у 80 ліній, стійкості проти впливу біотичних (210 ліній) і абіотичних факторів (114 ліній), пристосованості до механізованого вирощування (90 ліній). Установлено високі донорські властивості за основними кількісними ознаками у 16 колекційних ліній та високий рівень гетерозису у 64 експериментальних гібридів з їх участю. Біля 200 кращих ліній ознакової колекції, виділених за комплексом ознак, залучено до селекційних програм Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН, Луганського інституту АПВ УААН, Закарпатського інституту АПВ УААН, Устимівської д.-с. рослинництва, Вінницького, Уманського державних аграрних університетів та Національного аграрного університету. Отримано довідки про передачу 39 новостворених в дослідах самозапилених ліній кукурудзи, які включені до складу Національного генбанку України. На кращі 2 лінії отримано авторські свідоцтва. Ці лінії розмножено, закладено в Національне сховище на середньострокове збереження і рекомендовано для подальшого використання в селекційних програмах установ, розміщених в певних агроекологічних зонах.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в проведенні польових та лабораторних дослідів, аналізі і узагальненні літературних джерел та результатів досліджень за темою дисертаційної роботи. Розроблено підходи до ідентифікації та класифікації ліній за складними кількісними ознаками та їх мінливістю. Визначено спорідненість ліній за родоводом та методом створення. Створено паспортну та ознакові бази даних за вивченням 1428 самозапилених ліній кукурудзи, ознакові колекції за складними кількісними ознаками, виділено лінії - джерела цінних ознак, які рекомендовано для використання у селекційних програмах. Авторство в наукових працях, опублікованих у співавторстві, складає 10-80 %, у створених лініях - 39 %.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень було представлено на засіданнях вченої ради Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН в 1987-2003 роках; Міжнародній конференції “Адаптивная селекция. Теория и практика” (Харків, 2002); Міжнародній конференції “Використання генетичних та біотехнологічних методів у селекції і первинному насінництві сільськогосподарських культур” (Умань, 2004); Міжнародній конференції “Сучасні технології селекційного процесу сільськогосподарських культур” (Харків, 2004).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано у 26 наукових працях, серед яких 9 статей у фахових виданнях, 3 статті науково-виробничого характеру, 5 тез доповідей у матеріалах конференцій, 6 каталогів, 3 - методичні рекомендації.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота містить вступ, 6 розділів, висновки, пропозиції для селекційної практики, список використаних джерел і додатки. Загальний обсяг 244 сторінки (150 сторінок тексту), де міститься 43 таблиці, 22 рисунки, 3 таблиці додатків, 282 літературних джерела, в тому числі 53 іноземних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Формування колекції генофонду кукурудзи за цінністю основних кількісних ознак (огляд літератури)

З літературних джерел виявлено недостатню інформацію щодо систематизації колекційного матеріалу і визначення джерел та донорських властивостей ліній. Не деталізовані методичні підходи до формування базової і ознакових колекцій. Не описані сучасні комп'ютерні технології систематизації і добору вихідного матеріалу для селекції. Виходячи з цього, актуальність даних досліджень і важливість вирішення поставлених задач не викликають сумніву.

Умови, матеріал і методика досліджень. Експериментальні дослідження проведені на дослідних полях Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр'єва протягом 1987-2003 років. Метеорологічні умови в ці роки відрізнялись нестабільністю режимів температур і опадів. До років з оптимальними умовами нами віднесені 1987, 1990, 1991, 1992, 2000, 2001. Посушливі та сухі - 1989, 1994, 1995, 1996, 1998, 1999, 2002 роки; вологі - 1988, 1993, 1997, 2003 роки.

Матеріалом для створення базової колекції 1428 самозапилених ліній служила паспортна база даних Національного центру генетичних ресурсів рослин України, яка налічує 4490 зразків. З 1428 самозапилених ліній кукурудзи, що вивчалось в досліді, 918 ліній України, 94 - Росії, 50 - Молдови, 199 ліній з 17 країн Європи, 113 ліній США, 52 - Канади, 4 - Мексики. Досліди проводили згідно з методичними рекомендаціями польового та лабораторного вивчення генетичних ресурсів кукурудзи (Харків, 1993, 2003 рр.). Польове вивчення ліній кукурудзи проводили на природних фонах. Кожну лінію вивчали 3 роки. Проводили спостереження та описували лінії за класифікаторами - “Широкий унифицированный классификатор СЭВ і Международный классификатор СЭВ” (Ленінград, 1977 р.) і довідником виду Zea mays L. (Харків, 1994 р.), визначали тривалість міжфазних періодів, обчислювали показники морфологічних та господарських ознак. Через кожні 20 ділянок посіву розміщували стандарти - ранньостиглу лінію F 7 (Франція), середньоранню УХ 52 і середньостиглу ДС 103 (Україна).

Комбінаційну здатність вивчали у 36 ліній за тестерною схемою. Тестерами були лінії Р 502, Харківська 5 і простий гібрид. Було отримано 108 гібридних комбінацій. За діалельною схемою (7Ч7) отримано 42 гібридні комбінації. Експериментальні гібриди вивчали 2 роки на однорядкових ділянках площею 4,9 м2 в 3-х повторностях. Через кожні 20 ділянок розміщували стандарти - районовані гібриди відповідної групи стиглості: середньоранній гібрид Харківський 199 МВ і середньостиглий Харківський 294 МВ.

Експериментальні дані обробляли методами дисперсійного, регресійного, варіаційного, кореляційного і кластерного аналізів. За результатами досліджень сформовані бази даних, за якими методом дисперсійного аналізу визначали середній рівень ознаки і рівень НІР. За результатами багаторічного (трирічного) вивчення ліній визначали коефіцієнт варіації та коефіцієнт екологічної пластичності (Методичні рекомендації польового та лабораторного вивчення, 1993 р.). У експериментальних гібридів визначали конкурсний (в порівнянні до районованого гібрида) і істинний (до вивчаємої лінії) гетерозис та загальну і специфічну комбінаційну здатність (Літун П.П., Проскурнін М.В., 1992 р.). Стійкість до хвороб визначали на природному та інфекційному фоні, рівень біохімічних ознак зерна - за загальноприйнятими методиками.

Статистичну обробку дослідних даних виконували на ЕОМ із використанням програми Microsoft Excel і пакету прикладних програм “ОСГЕ”, розробленого в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр'єва, УААН.

Створення базової колекції кукурудзи

Створення паспортної бази даних та систематизація ліній кукурудзи. Вперше в Україні створено паспортну базу даних генофонду кукурудзи згідно з стандартом Європейського пошукового каталогу з генетичних ресурсів рослин в Інтернеті (EURISCO). Проведена систематизація та сформована базова колекція з 1428 ліній кукурудзи, визначено їх географічне та регіональне походження, підвидовий склад, методи створення і рівень спорідненості за родоводами. Це дає можливість цілеспрямовано і ефективно вести подальшу інтродукцію і добір цінних для селекції зразків.

Систематизація генофонду кукурудзи за біологічним статусом та географічним походженням зразків. Створена паспортна база даних включала 4490 зразків кукурудзи, в тому числі 3607 самозапилених ліній і 883 сорти та синтетичні популяції. Значна кількість самозапилених ліній (2095; 58,1 %) створена в селекційних установах України, а саме: в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр'єва УААН, Інституті зернового господарства УААН, Інституті землеробства УААН, Буковинському інституті АПВ УААН, Закарпатському інституті АПВ УААН. Серед європейських країн переважають лінії Росії (200; 5,5 %), Молдови (111; 3,0 %), Німеччини (59; 1,6 %), Франції (84; 2,3 %), Сербії та Чорногорії (113; 3,1 %). Підтримується та поповнюється колекція самозапилених ліній США (380; 10,5 %) та Канади (98; 2,7 %).

За ботанічним складом до зубовидного підвиду належить - 1327 (30 %) ліній, напівзубовидного - 1342 (30 %), кременистого - 1640 (36 %), цукрового - 143 (3 %), розлусного - 19 ( 0,5 %) та інших підвидів - 19 (05 %). Лінії, що походять з південної еколого-географічної зони Європи та кукурудзяного поясу США, належать до зубовидного підвиду. Лінії більш північних регіонів відносяться до кременистого підвиду, напівзубовидний підвид займає проміжне місце.

Систематизація ліній кукурудзи за методом створення та родоводом. Аналіз методів створення ліній кукурудзи показав значний вплив гетерозисних гібридів (особливо зарубіжного походження) на родоводи сучасного генофонду ліній. Значна кількість ліній створена методом насичуючих схрещувань. Нажаль, закриті родоводи лінійного матеріалу, в основному іноземного походження, не дають можливості одержати повну картину існуючого складу ліній.

Дослідження впливу родоводів ліній на основні кількісні ознаки (вегетаційний період, продуктивність та їх компоненти) підтвердило ефективність методу кластерного аналізу для визначення ступеню спорідненості ліній, що сприяє добору вихідного матеріалу для схрещувань за його генетичною віддаленістю.

Наведений розподіл 16 ліній, споріднених за сортом Minnesota 13, показав одноманітність за низькою продуктивністю групи форм, об'єднаних в перший кластер (рис.1, табл. 1).

В першому підкластері другого кластеру виділилась група ліній УХК 161-1, ND 12 Rf, A 502-2 з підвищеною продуктивністю та кількістю зерен на качані. В другий підкластер другого кластеру ввійшли лінії з середнім рівнем ознак, крім ліній УХК 97, МАН 6, ND 230 з підвищеними продуктивністю і масою 1000 зерен.

Рис. 1 Розподіл ліній, споріднених з сортом Minnesota 13 за елементами продуктивності, 1999-2001 рр.

Таблиця 1

Рівень продуктивності та її елементів у ліній, споріднених з сортом Minnesota 13, 1999-2001 рр.

НІР0,05 24 69 36

Метод кластерного аналізу дозволив виділити групи ліній, одноманітних за комплексом ознак, що відкриває перспективи добору необхідного вихідного матеріалу.

Шляхи формування ознакової колекції за класами тривалості вегетаційного періоду та його компонентами

Вивчався вплив екологічних чинників на тривалість вегетаційного періоду та його компоненти у ліній кукурудзи.

Вимоги ліній кукурудзи до екологічних чинників. За результатами багаторічних досліджень на основі побудованих нами баз метеорологічних даних проаналізовано рівень екологічних чинників (сума активних та ефективних температур, сума опадів, гідротермічний коефіцієнт - ГТК) та його відхилення від оптимуму за вегетаційний та міжфазні періоди у ліній кукурудзи. На основі цього виявлено типові, оптимальні та стресові роки, відносно їх впливу на розвиток рослин кукурудзи (рис. 2).

Примітка: 1. - оптимальні роки; 2. - посушливі, сухі; 3. - вологі

Рис. 2 Розподіл років за ГТК вегетаційного періоду

До оптимальних умов за ГТК (1,0-1,3) віднесені 1987, 1990, 1991, 1992, 2000, 2001 роки. Рівень ГТК 0,9 і нижче мали 1989, 1994, 1995, 1996, 1998, 1999, 2002 роки. Умови цих років були посушливі і сухі. До вологих років з рівнем ГТК більше 1,3 віднесені 1988, 1993, 1997, 2003 роки.

Типи взаємозв'язків між вегетаційним періодом та його компонентами у ліній кукурудзи. Шляхом кореляційного аналізу встановлено типи взаємозв'язку тривалості вегетаційного періоду з його компонентами та їх мінливість в залежності від погодних умов. Визначені напрямки добору вихідного матеріалу як за тривалістю вегетаційного періоду, так і за фазами цвітіння волоті і появи приймочок одночасно з стабільною кількістю зерен на качані. Добір за тривалістю періоду “поява приймочок - воскова стиглість” доцільно проводити в роки з високими температурними умовами, пов'язуючи його з стабільністю продуктивності. Форми з ранньою появою сходів в стресові роки можна добирати серед ліній різних груп стиглості.

Класифікація ліній за тривалістю вегетаційного періоду і його компонентів. Вперше на великій вибірці лінійного матеріалу кукурудзи (1428 ліній) проаналізовано залежність між географічним походженням, підвидовим складом та тривалістю вегетаційного періоду і його компонентів. Проведено групування ліній та виділено серед них придатні для селекції, в тому числі з ранньою появою сходів, з раннім цвітінням генеративних органів, з мінімальним розривом в цвітінні чоловічих і жіночих суцвіть, з швидкою віддачею зерном вологи (табл. 2).

Таблиця 2

Групування ліній за тривалістю міжфазних періодів, 1987-2003 рр.