Исходный материал для селекции холодостойких сортов риса

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ХОЛОДОСТОЙКИХ СОРТОВ РИСА

Малышева Надежда Николаевна к.с.-х.н.

Скаженник Михаил Александрович д.б.н.

Изучены 27 интродукционных сортообразца риса из 8 стран мира по комплексу биологических, морфологических, хозяйственно-ценных признаков с целью выделения наиболее ценных генотипов для включения в селекционные программы по созданию холодостойких сортов риса. Выявлено, что изученные интродукционные сортообразцы характеризовались разнообразием по продолжительности вегетационного периода, который составил от 120 до 182 дней. Сортообразцы из Бутана ATTEY, PARO DUMBJA (White) проявили реакцию на фотопериод и в условиях Краснодарского края не выметали метелки. В процессе изучения выделены высокопродуктивные формы Obongbueo и Tinbubueo из Ю. Кореи с массой зерна 81,67 г/сосуд и 74,43 г/сосуд соответственно. По результатам исследований выявлены пять холодостойких образцов Tong Jing 29 (Китай), Giza 178 (Египет), Istigbol и Mustagillik (Узбекистан), ZAKHA (Бутан), показатели оценки которых находились на уровне стандартного сорта Кубань 3, а так же с повышенной устойчивостью IR83222- F₈-14 и IR83222-F₈-156 (Филиппины), PARO DUMBJA (White) и THIMPHU DUMBJA (Бутан). В результате исследований были выявлены три интродукционных сортообразцов риса Tong Jing 29 (Китай), Tinbubueo (Ю Корея) и SR 30084-F8-156 (Филиппины), которые по вегетационному периоду, морфотипу и ценным хозяйственно-полезным признакам рассмотрены в качестве претендентов для гибридизации и дальнейшей селекционной работы как источники полезных признаков и свойств

Ключевые слова: рис, СОРТ, ХОЛОДОСТОЙКОСТЬ, УРОЖАЙНОСТЬ, ИНТРОДУКЦИОННЫЙ ОБРАЗЕЦ, МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ, УСТОЙЧИВОСТЬ

Выращивание риса в Российской Федерации осуществляется на рисовых оросительных системах инженерного типа с использованием интенсивных технологий, предусматривающих возделывание сортов нового поколения, использование комплексной системы минерального питания и защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Благодаря интенсификации рисоводства в последние годы валовый сбор зерна риса в стране увеличен в 1,6 раза с 680,6 тыс. тонн в 2006 году до 1109 тыс. тонн в 2015 году, а урожайность за указанный период возросла на 11,9 ц/га с 43,9 ц/га до 55,8 ц/га соответственно [15].

Технология возделывания риса в Российской Федерации, в отличие от стран Азии, Африки, Южной Америки, где используют рассадную культуру выращивания, предусматривает прямой сев сухих семян в почву с минимальной заделкой на 0,5 см с последующим затоплением. Получение всходов при указанной технологии достаточно сложно в ранние сроки сева (апрель - первая декада мая), поскольку рис является теплолюбивой культурой, а температура почвы и воды в период сева риса довольно низкая и оставляет порядка 10 - 12⁰ С при оптимальной для риса температуре 14⁰ С [8]. Поэтому при селекции новых сортов риса целесообразно проводить оценку исходного материала на холодостойкость в начальный период роста и развития растений и по ее результатам отбирать образцы с повышенной устойчивостью к низким положительным температурам, способные к прорастанию в экстремальных условиях. Это биологическое свойство сортов риса позволяет начинать посев в России в более ранние сроки, получать дружные и оптимальные по густоте всходы, реализовать в производстве их потенциальную продуктивность.

Кроме того, при благоприятных погодных условиях в апреле и подготовке почвы для посева риса с осени, возможен сев холодостойких сортов по раннеапрельской технологии с глубокой заделкой семян в почву и получением всходов за счет естественных осадков. Указанная технология выращивания риса позволяет значительно экономить водные ресурсы для выращивания риса, сократить период вегетации сортов, организовать поэтапную уборку урожая [11].

Цель и задачи исследований. Существенным недостатком селекционных программ по рису является их насыщенность однородным из одной эколого-географической группы материалом, что сужает генетическое разнообразие популяции по различным признакам, в том числе и холодостойкости. Поэтому целью исследований было изучение интродукционного материала риса из различных стран мира и выявление сортообразцов, отличающихся агрономически важными признаками, устойчивых к пониженным положительным температурам в период прорастания для использования в селекционных программах.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить в вегетационных и лабораторных условиях исходный материал из 8 стран по комплексу хозяйственно-полезных признаков и биологическим свойствам;

- провести оценку интродукционных сортообразцов риса на устойчивость к пониженным положительным температурам в период прорастания;

- выделить лучшие сортообразцы для использования в селекционных программах по рису.

Материал и методика исследований. Материалом исследований являлись 27 холодостойких интродукционных сортообразцов риса, которые были получены в рамках селекционных программ Консорциума стран с умеренным климатом (табл. 1).

Оценка интродукционных сортообразцов риса на холодостойкость проводилась из оригинальных семян в фазу прорастания зерновок по методике ВНИИ риса при использовании двух показателей: скорости прорастания семян и интенсивности роста проростков при пониженной температуре +14 ⁰С [2, 15].

Таблица 1

Интродукционные сортообразцы риса

Вегетационный опыт по изучению интродукционных сортообразцов по хозяйственно-ценным признакам проводился на интродукционно-карантинной площадке в сосудах в период с 2009-2011 гг. Закладку опыта, учеты и наблюдения, визуальные оценки, проводили согласно методике опытных работ по селекции, семеноводству и контролю за качеством семян риса [14]. Принадлежность сортообразцов к подвидам и ботаническим разновидностям определяли согласно классификаций Гущина Б.Е. [4] и Ляховкина А.Г. [9].

Результаты и обсуждение.

1. Оценка интродукционных сортообразцов риса по комплексу хозяйственно-полезных признаков и биологическим свойствам

Сортообразцы риса были высеяны на интродукционно- карантинном питомнике ВНИИ риса, где проведена их экспертиза на отсутствие карантинных объектов специалистами инспекции по карантину растений и фитопатологами института. Материал оценивался по основным морфологическим и хозяйственно-полезным признакам, что в целом позволило выявить наиболее ценные генотипы для использования в селекционных программах, а так же пополнить образцами национальную коллекцию риса ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (С-Петербург).

1.1 Оценка интродукционных сортообразцов риса по продолжительности вегетационного периода и принадлежности к ботанической разновидности

интродукционный сортообразец рис вегетационный

Зона российского рисоводства является одной из самых северных в мире, поэтому особое значение в селекции риса на Кубани придается продолжительности вегетационного периода. В условиях Краснодарского края возможно возделывание сортов с вегетационным периодом до 125 дней, который позволяет получать гарантированный урожай зерна. Поэтому одна из основных характеристик исходного материала - выявление длины вегетации [7, 11].

По результатам изучения выявлено, что интродукционные сортообразцы относятся к подвиду japonica и принадлежат к ботаническим разновидностям italica Aief., subvulgaris Gust. и vulgaris Gust. и имеют различную продолжительность периода вегетации, который составил от 120 дней до 182 дней (табл.2).

Таблица 2

Оценка интродукционных сортообразцов риса по продолжительности вегетационного периода и принадлежности к ботаническим разновидностям

*сортообразцы из Бутана ATTEY, PARO DUMBJA (White) - не выметали; THIMPHU DUMBJA, ZAKHA - 100% стерильность колосков.

У четырех сортообразцов из Бутана не удалось получить репродукцию из - за значительной реакции на фотопериод: ATTEY и PARO DUMBJA (White) не выметали метелки и даже не перешли в фазу трубкования, у сортообразцов THIMPHU DUMBJA и ZAKHA наблюдалась 100% стерильность колосков.

Скороспелых сортов не выявлено. К среднеспелой группе отнесены три сортообразца Ji Sheng 202, Tong Jing 29, Chang Bai 9 из Китая, выметывание метелок у которых наступило на 85-87 день после посева, а полная спелость зерна наблюдалась на 120-123 день. К позднеспелой группе отнесен сортообразец Sobaegbyeo из Южной Кореи, созревающий за 128 дней. Остальные сортообразцы риса принадлежали к очень позднеспелой группе с периодом вегетации более 135 дней, что не позволяет в условиях Кубани получить полноценные зерновки для дальнейшей научной работы, а проводить дальнейшее изучение возможно только в камерах искусственного климата. Увеличение вегетационного периода обусловлено фотопериодической реакцией сортообразцов риса иностранной селекции, поскольку рис - культура короткого дня. В России рис выращивается на широте 45°, что определяет варьирование длины дня в течение периода вегетации от 14 часов в начале мая (посев риса), 15,5 ч - в период летнего солнцестояния (цветение риса) и до 12 ч в конце августа - начале сентября (созревание риса) [8].

Таким образом, выявленные особенности реакции интродукционных образцов риса на условия выращивания в условиях Краснодарского края позволяют планировать сроки цветения растений при проведении гибридизации и совмещать их при скрещиваниях с российскими сортами в дальнейшей селекционной работе.

1.2 Характеристика интродукционных сортообразцов риса по основным морфологическим признакам

В селекции важно учитывать морфологический тип растений, который учитывается в модели будущего сорта.

Для более полной характеристики изучаемых интродукционных сортообразцов риса были проведены описание формы и положения метелок, формы куста, оценка на устойчивость к осыпанию зерновок и полегание растений, определялась степень опушенности цветковых чешуй зерновки (табл. 3).

По форме метелок интродукционные сортообразцы существенно не различались. Большая их часть (56%) имела развесистую метелку, среднеразвесистую - 11% и 22% - компактную метелку. Средне и сильно развесистые метелки имели, как правило, наклонное или поникшее положение.

Форма куста - признак, который играет немаловажную роль в создании оптимальной густоты стояния растений.

Таблица 3

Характеристика морфологических и хозяйственно-ценных признаков интродукционных образцов риса

* сортообразцы из Бутана ATTEY, PARO DUMBJA (White) - не выметали; THIMPHU DUMBJA, ZAKHA - 100% стерильность колосков.

У всех изучаемых интродукционных сортообразцов форма куста была прямостоячая, компактная, т.е. наклон стебля составлял не меньше 80⁰.

Осыпание колосков с метелок для дикорастущих видов риса является положительным признаком, так как это обеспечивает их выживание и сохранение вида. Для культурных форм риса осыпание - негативный признак. При сильном его проявлении наблюдаются значительные потери урожая. Поэтому селекция направлена на создание не осыпающихся сортов. По этому признаку все изученные интродукционные образцы риса отличались устойчивостью.

Полегание - негативный признак растений риса. Он зависит как от генотипа сорта, так и от условий выращивания. Устойчивость к полеганию обусловлена как генотипом - количественными и качественными характеристиками самого растения, такими как масса и количество корней, прочность стебля, форма и размер листовых пластинок, угол отхождения листьев от стебля, размер, форма и масса метелок, так и факторами внешней среды [5]. Среди изученных интродукционных образцов не выявлено полегающих форм, что является одним из положительных факторов, учитываемых в дальнейшей селекционной работе.

Таким образом, лучшие интродукционные сортообразцы с различными морфотипами растений и ценными хозяйственными признаками могут представлять интерес для практической селекции риса, направленной на создание холодостойких сортов риса.

1.3 Характеристика интродукционных образцов риса по основным количественным признакам

При составлении плана гибридизации необходимо учитывать множество параметров растения родительских форм. Одними из главных являются высота растений, длина метелки и продуктивность растений [6]. Поэтому при подборе компонентов для гибридизации важно знать величину этих признаков и планировать скрещивания в зависимости от выбранных параметров будущего сорта [5]. Характеристика изученного материала по основным количественным признакам представлена в таблице 4.

Таблица 4

Краткая характеристика интродукционных сортообразцов риса по основным количественным признакам

* сортообразцы из Бутана ATTEY, PARO DUMBJA (White) - не выметали

Из представленных данных видно, что по высоте растений все изученные сортообразцы распределились следующим образом: до 80 см - 6 образцов; 81-90 см - 9 образцов; 91-100 см - 6 образцов и более 100 см - 2 образца. Длина метелки составила от 13,2 (Junganbyeo, Ю. Корея) до 18,1 см (Odaebueo, Ю. Корея). Наибольшая продуктивность растений выявлена у сортообразцов из Ю Кореи Tinbubueo - 81,67 г на сосуд, а так же Obongbueo - 74,43 г на сосуд.

Размеры листовых пластинок оказывают существенное влияние на формирование урожая. Наибольшим показателем интенсивности продуктивности фотосинтеза, а также скорости оттока ассимилянтов обладают верхние два листа, в особенности лист-флаг [4, 10].

По результатам наших исследований у интродукционных сортообразцов риса длина листа была в пределах от 15,8 (MILLIN, Австралия) до 31,2 (Odaebueo, Ю. Корея) см (табл. 5).

Таблица 5

Характеристика листа-флага интродукционных сортообразцов риса

По ширине листья различались незначительно и размах величины этого признака составил от 1,0 до 1,6 см.

Площадь пластинки листа-флага в среднем была наименьшей до 20 см ² у образцов из Австралии (AMAROO, MILLIN), Египта (Giza 177), Кореи (Junganbyeo) и Бутана (PARO DUMBJA (White). Наибольшей площадью листа-флага отличались образцы Odaebueo и Tinbubueo из Ю.Кореи (34,9 см ² и 33,0 см ² соответственно), Ji Sheng 202 из Китая ( 34,9 см ²) и THIMPHU DUMBJA из Бутана (34,2 см ² ).

Угол отклонения листа-флага от стебля варьировал в пределах от 10 до 35⁰. Положение листа-флага относительно стебля наблюдалось вертикальное (< 30⁰) и промежуточное (30⁰ до 79 ⁰).

Таким образом, морфотип изученных интродукционных сортообразцов соответствует модели интенсивных сортов риса для условий российского рисоводства, разработанной во ВНИИ риса [1].

2. Оценка на устойчивость интродукционных сортообразцов риса к пониженным положительным температурам в период прорастания

В мировой практике устойчивость риса к пониженным положительным температурам несколько различается по фазам онтогенеза. Если для России актуальна холодостойкость в период прорастания, когда холодовому стрессу подвержена сама зерновка и проросток из-за низких температур почвы и поливной воды, то для стран с умеренным климатом это свойство актуально в фазу цветения, поскольку полив риса производится из источников с температурой воды около 8⁰С. Низкие положительные температуры воздействуют на растения риса по-разному: в одних случаях они ингибирует процесс наклевывания - прорастания семян, что сказывается на снижении полевой всхожести семян, в других - вызываю отмирание отдельных листьев проростков, полную гибель всходов, стерильность пыльцы и снижают общую продуктивность растений риса [13].

В России оценка на холодостойкость сортов риса ведется в лабораторных условиях в фазу прорастания семян при использовании двух показателей: скорости прорастания семян и интенсивности роста проростков при пониженной положительной температуре + 14 єС при использовании стандарта на холодостойкость сорта риса Кубань 3 [3]. Результаты оценки представлены в таблице 6.

Таблица 6

Холодостойкость интродукционных сортообразцов риса в фазу прорастания семян

*из-за малого количества семян для лабораторной оценки не все интродукционные сортообразцы подверглись анализу на холодостойкость

По результатам исследований выделены пять холодостойких образцов Tong Jing 29 (Китай), Giza 178 (Египет), Istigbol и Mustagillik (Узбекистан), ZAKHA (Бутан), показатели оценки которых находились на уровне стандартного сорта Кубань 3. Кроме того, сорт риса кубанской селекции Северный также отличился холодостойкостью на уровне стандарта. Так же выявлены интродукционные сортообразцы с повышенной устойчивостью к пониженным положительным температурам в период прорастания, превышающие стандартный сорт Кубань 3: IR83222- F₈-14 и IR83222-F₈-156 (Филиппины), PARO DUMBJA (White) и THIMPHU DUMBJA (Бутан), холодостойкость которых составила 5 баллов.

Полученные результаты анализа интродукционных сортообразцов на холодостойкость в период прорастания семян и образования всходов по методике ВНИИ риса коррелируют у большинства из них с данными их холодостойкости в стадии мейоза (сортообразцы из Филиппин) и в период репродукции (сортообразцы из Узбекистана) [15]. Это свидетельствует о том, что физиологические механизмы, определяющие холодостойкость сортов риса в период прорастания семян, действуют в растениях и на стадии мейоза, что позволяет использовать указанный метод для массового скрининга образцов мирового генофонда.

Выводы

В результате исследований были выявлены интродукционные сортообразцы риса, которые по вегетационному периоду, морфотипу и ценным хозяйственно-полезным признакам рассмотрены в качестве претендентов для гибридизации и дальнейшей селекционной работы как источники полезных признаков и свойств.

Tong Jing 29 (Китай). Балл холодостойкости - 4. Период вегетации составляет 120 дней, продуктивность - 45,3 г/сосуд. Высота растений 91 см. Метелка развесистая, имеет длину 17,9 см, положение метелки - пониклое. Опушённость цветковых чешуй - средняя. Куст компактный, листья расположены вертикально с углом отхождения флагового листа 13⁰. Площадь листа-флага составляет 31, см². Сортообразец устойчив к осыпанию зерна с метелок и полеганию растений.

Tinbubueo (Ю Корея). Является стандартом на холодостойкость в Ю. Корее. Период вегетации в условиях Кубани составляет 136 дней, продуктивность - 81,7 г/сосуд. Высота растений 82 см. Метелка развесистая, имеет длину 14,9 см, положение метелки - пониклое. Опушённость цветковых чешуй - средняя. Куст компактный, листья расположены вертикально с углом отхождения флагового листа 12⁰. Площадь листа-флага составляет 33,0 см². Сортообразец устойчив к осыпанию зерна с метелок и полеганию растений.

SR 30084-F8-156 (Филиппины). Балл холодостойкости - 5. Период вегетации составляет 146 дней, продуктивность - 36,3 г/сосуд. Высота растений 90 см. Метелка развесистая, имеет длину 15,7 см, положение метелки - пониклое. Опушённость цветковых чешуй - средняя. Куст компактный, листья расположены вертикально с углом отхождения флагового листа 12⁰. Площадь листа-флага составляет 30,7 см². Сортообразец устойчив к осыпанию зерна с метелок и полеганию растений.

Необходимо отметить, что высокоустойчивый к холодовому стрессу интродукционный сортообразец PARO DUMBJA (White) (Бутан) имеет сильную реакцию на фотопериод и в условиях Краснодара не выметывает, а THIMPHU DUMBJA (Бутан) отличился 100% стерильностью колосков, что так же говорит о его реакции на условия выращивания. Сортообразец IR83222- F₈-14 из Филиппин имеет продолжительность периода вегетации 173 дня и низкую продуктивность растений - 3,6 г/сосуд. Холодостойкие сортообразцы Giza 178 (Египет), Istigbol и Mustagillik (Узбекистан) так же отличаются длительным периодом вегетации более 144 дней и низкой продуктивностью растений в пределах 12,3-15,0 г/сосуд.

Таким образом, указанный исходный материал возможно использовать в качестве источников холодостойкости в селекционных программах только в условиях камер искусственного климата с использованием скороспелых сортов риса отечественной селекции.

Литература

1. Воробьёв, Н.В. К физиологическому обоснованию моделей сортов риса / Н.В. Воробьёв, М.А. Скаженник, В.С. Ковалёв. Краснодар, 2001. 120 с.

2. Воробьев, Н.В. Физиологические основы прорастания семян риса и пути повышения их всхожести / Н.В. Воробьев. Краснодар, 2003. 76 с.

3. Воробьев, Н.В. Физиология прорастания семян риса: автореф. дис… д-ра биол. Наук / Н.В. Воробьев. М. ТСХА, 1986. 31 с.

4. Гущин, Б.Е. / Рис. Б.Е. Гущин. М.: Сельхозгиз, 1938. 840 с.

5. Дзюба, В.А. Использование образцов риса в селекции на холодостойкость / В.А. Дзюба, Н.Н. Малышева, Ю.В. Ничай // «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье»: Материалы XIII Международного симпозиума. Алушта, 2004. С. 439.

6. Дзюба, В.А. Подбор родительских пар для гибридизации при селекции новых сортов риса / В.А. Дзюба, Н.Н. Малышева // «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье»: Материалы XIII Международного симпозиума. Алушта, 2004. С. 428.

7. Дзюба, В.А. Принципы подбора родительских пар для гибридизации при выведении новых сортов риса / В.А.Дзюба, Н.Н.Малышева, И.Н.Чухирь // «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Эниология. Экология и здоровье»: Материалы XVI Международного симпозиума. Алушта, 2007. С. 284-285.

8. Ковалев, В.С. Селекция сортов риса для интенсивных технологий выращивания / В.С.Ковалев, М.А. Скаженник, Н.Н. Малышева // «Пути решения проблем при выращивании риса в агроэкосистемах умеренного климата»: Материалы международной научной конференции. Скадовск, 2008 г. С. 98-101.

9. Ляховкин, А.Г. Мировое производство и генофонд риса / А.Г. Ляховкин.Вьетнам. Ханой: Сельское хозяйство, 1982. 344 с.

10. Малышева, Н.Н. Генетические факторы, контролирующие структуру листа растений риса / Н.Н.Малышева, В.Н.Дзюба, И.Н.Чухирь // «Нетрадиционное растениеводство. Селекция и генетика. Эниология, Экология и здоровье»: Материалы XVIII Международного симпозиума. Алушта - 2009 С. 314-315.

11. Малышева, Н.Н. К вопросу холодостойкости сортов и образцов риса / Н.Н.Малышева, Ю.В. Ничай // Материалы VII региональной научно-практической конференции молодых ученых. Краснодар, 2005. С. 48-49.

12. Малышева Н.Н. Состояние и перспективы развития рынка риса в России / Н.Н. Малышева // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2016. №08(122). С. 431 - 447. IDA [article ID]: 1221608031. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2016/08/pdf/31.pdf, 1,062 у.п.л.

13. Скаженник, М.А. Методы физиологических исследований в рисоводстве / М.А Скаженник, Н.В Воробьев, О.А. Досеева. Краснодар, 2009. 24 с.

14. Сметанин, А.П. Методики опытных работ по селекции, семеноводству, семеноведению и контролю за качеством семян риса / А.П. Сметанин, В.А. Дзюба, А.И. Апрод. Краснодар, 1972. 156 с.

15. Отчёт Консорциума по исследованию риса в странах с умеренным климатом о НИР за 2008-2009 гг. Манила, ИРРИ, 2009. 42 с.

Размещено на Allbest.ru