Зависимость урожайности гибридов подсолнечника от морфобиологических признаков в условиях Лесостепи Украины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зависимость урожайности гибридов подсолнечника от морфобиологических признаков в условиях Лесостепи Украины

В.П. Коломацкая

Аннотация

В статье приведены результаты многолетних исследований гибридов подсолнечника в зоне Лесостепи Украины, выявлены существенные различия во взаимозависимости морфобиологических признаков у гибридов разного уровня урожайности. С помощью многомерного регрессионного анализа установлены признаки, которые имеют наибольшее влияние на урожайность. Показана модель зависимости уровня урожайности от темпа прироста площади листовой поверхности за вегетационный период и коэффициента парастиховой структуры корзинки.

Annotation

The article presents results of multi-year research into hybrids of sunflower in the forest-steppe zone of Ukraine, determined considerable differences in interrelation of morpho-biological signs in hybrids with different level of productivity. With the help of multidimensional regression analysis we have established the signs which have the greatest influence on productivity. We have shown the model of dependence of productivity level on the rate of increase in the area of leaf surface during vegetation period and on the coefficient of parastikh structure of the basket.

Подсолнечник является одной из важнейших сельскохозяйственных культур Украины, валовые сборы которого в последние годы составляют 8,4-8,7 млн. тонн [1]. Cпрос на новые селекционные разработки активизирует работу по созданию современных гибридов, обеспечивающих получение высоких стабильных урожаев. Успех этой работы зависит, с одной стороны, от наличия ценного селекционного материала, с другой - от разработки системы селекционных оценок и критериев отбора. Многими авторами неоднократно отмечалась сложность решения задач селекции на количественные признаки, каким является урожайность, ввиду особенностей их генетического контроля [2-7]. Разработка критериев отбора в селекции на урожайность ведется на основе поиска ее корреляционной взаимосвязи с другими признаками и маркерами с использованием достижений в различных областях современной генетики [8-15]. Использование современных методов статистики является одним из способов получения необходимой информации для формирования системы селекционных оценок [5-7, 12, 14-16]. На их основе проводится разработка модели гибрида, которая дает возможность раскрыть его потенциал в определенных экологических условиях [13-15].

Анализ источников. Повышение эффективности селекционной работы на хозяйственно ценные признаки, главным из которых является стабильная урожайность, во многом определяется ее теоретической базой. Глубокий анализ результатов современных исследований этого вопроса, проведенный А. Б. Дьяковым, показывает, что, несмотря на значительные успехи в различных областях биологии, включая молекулярную генетику, революционных изменений в селекции растений на урожайность и адаптивность не произошло. Автор отмечает необходимость исследований в области генетики гетерозиса, теории подбора пар для скрещиваний, биометрической генетики, физиологии и других [4]. А. В. Кильчевский и Л. В. Хотылева важнейшим приоритетом селекции считают повышение эффективности отбора. Решение этой проблемы в селекции на количественные признаки они предлагают решать путем экологической организации селекционного процесса, условиями которого являются разработка эколого-генетической модели сорта для конкретных условий, знание типа наследования признака, характера взаимодействия со средой и др. [5]. В работах В. А. Драгавцева детально проанализированы различные подходы к исследованию важных хозяйственно ценных признаков, основанные на современных достижениях генетики [6]. П. П. Литуном с соавторами предложена модель системного генетического контроля сложных количественных признаков и разработан ряд генетико-статистических параметров для оценки селекционного материала [7].

В технологии селекции гибридов подсолнечника широко используются селекционные оценки, основанные на взаимосвязи урожайности с различными признаками [9, 11, 12, 14, 15]. При этом особенно важным моментом является использование в качестве критериев отбора признаков, имеющих существенное влияние на урожайность. Использование современных статистических методов при этом позволяет повысить точность в их определении [14-16]. В работе Hladni N. и соавторов определены признаки, которые имеют прямое и косвенное влияние на урожайность. Отмечен высокий уровень взаимосвязи урожайности с диаметром стебля, общей площадью листовой поверхности, диаметром корзинки, количеством семянок в корзинке, массой 1000 семянок [14]. Другими авторами также подтверждается зависимость урожайности от ее структурных элементов, в частности массы 1000 семянок [8, 14]. В. В. Бурловым разработана модель гибрида подсолнечника для Степи Украины, основанная на результатах исследования признаков, влияющих на формирование урожайности [13]. Автором отмечено, что при разработке модели гибрида особое внимание следует уделять анализу экологических условий. Также следует отметить, что усовершенствование способов оценок в процессе селекции является одним из путей повышения ее эффективности [18-20].

В связи с этим, целью наших исследований было установление зависимости урожайности гибридов подсолнечника от морфобиологических признаков в условиях Лесостепи Украины.

Методы исследования. Исследования проведены на полях научного севооборота Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН, расположенных в восточной части левобережной Лесостепи Украины, в 2007-2010 гг.

Материалом для исследований служили 78 гибридов подсолнечника селекции института, как занесенных в Реестр сортов растений Украины и Реестр селекционных достижений России, так и экспериментальные гибридные комбинации. По срокам созревания гибриды относились к скороспелой, раннеспелой, среднеранней и среднеспелой группам.

Гибриды подсолнечника изучены по методике предварительного испытания [15]. Экспериментальные исследования включали полевое и лабораторное изучение гибридов подсолнечника по признакам, которые охватывают динамику формирования вегетативной и репродуктивной сфер растения в течение всего вегетационного периода. Были изучены: длина вегетационного периода и продолжительность межфазных периодов (посев-всходы, всходы-три пары настоящих листьев, всходы-фаза «звездочки», всходы-цветение, всходы-созревание), высота растений, количество листьев и площадь листовой поверхности в каждую из вышеприведенных фаз развития [18]. Темп прироста листовой поверхности за вегетационный период был определен как отношение площади листовой поверхности в фазу цветения к этому же показателю в фазу «три пары листьев». Этот признак отражает способность формирования структур вегетативной сферы, которые обеспечивают накопление ресурсов из окружающей среды, необходимых для роста и развития. Диаметр корзинки, масса 1000 семянок, продуктивность растения, урожайность (при 10 % влажности) оценены по общепринятой методике [15]. Количество цветков в корзинке, в первой зоне корзинки, количество основных и встречных спиралей корзинки, а также коэффициент парастиховой структуры (отношение основных спиралей корзинки к встречным) были оценены согласно разработанному способу [20].

Годы исследований значительно отличались по динамике температурного режима и влагообеспеченности в течение всего вегетационного периода подсолнечника. В 2007 г. были отмечены высокие температуры сравнительно с многолетними, а в 2008 г. - наоборот, зафиксированы умеренные температуры несколько ниже, чем многолетние. Лишь в период формирования семян наблюдалось значительное повышение температуры. Май 2009 г. характеризовался низкими температурами в первой и второй декадах по сравнению со средними многолетними, что привело к задержке прорастания семян и получения всходов подсолнечника. Условия 2010 г. отличались аномально высокими температурами в период цветения и формирования семян на фоне сильной воздушной и почвенной засухи.

По динамике осадков выделился 2007 г., который имел умеренное их количество в течение всего вегетационного периода и значительное - в третьей декаде июня. Неравномерное количество осадков в течение вегетационного периода зафиксировано в 2008 г. Наиболее засушливыми были 2009 и 2010 гг., особенно во вторую часть вегетационного периода, но в 2009 году сложились менее жесткие условия в связи со сравнительно невысокими температурами. В целом годы изучения имели значительные отличия в течение вегетационного периода, при этом наиболее оптимальным для роста и развития подсолнечника был 2007 г., наиболее неблагоприятным - 2010 г.

Анализ результатов исследований проведен с использованием многомерного регрессионного анализа [16].

В среднем за четыре года испытания урожайность гибридов составила 3,06 т/га, при этом отмечено ее варьирование в пределах 22 %. Наивысшее значение урожайности зафиксировано в 2007 г. - 3,63 т/га, наименьшее в 2010 г. - 2,10 т/га. В зависимости от среднего значения урожайности за годы исследований гибриды подсолнечника были поделены на три группы: высоко-, средне- и низкоурожайные. Группу среднеурожайных составили гибриды с урожайностью на уровне среднего значения за годы изучения 3,06±0,67 т/га (х±у, где х - среднее, у - стандартное отклонение). В высоко- и низкоурожайную группу соответственно вошли гибриды со значениями урожайности более 3,73 т/га и ниже, чем 2,39 т/га.

Уровень зависимости урожайности от морфобиологических признаков, характеризующих развитие вегетативной и генеративной сфер растений, был оценен отдельно в каждой группе гибридов. На рис. 1 приведены бета-коэффициенты регрессии, которые дают оценку ожидаемого селекционного сдвига фенотипа признака «урожайность» при изменении изученных признаков. Бета-коэффициенты регрессии показывают, на сколько единиц у изменится признак «урожайность» при изменении на одну у отдельного признака. Уравнение множественной регрессии, представленной бета-коэффициентами, дает возможность сравнительной оценки ожидаемых селекционных сдвигов признака «урожайность» за счет отдельно взятых признаков. Оно может рассматриваться как аналитическая модель, необходимая при теоретическом обосновании направлений селекции на сложные количественные признаки.

подсолнечник гибрид урожайность листовой

Рис. 1. Зависимость урожайности от морфобиологических признаков у гибридов подсолнечника

Следует отметить существенные различия во взаимозависимости изученных признаков у гибридов разного уровня урожайности. Так, по большинству из приведенных на рис. 1 признаков значения бета-коэффициентов в высоко- и низкоурожайной группах имеют противоположные высокие значения. К признакам, имеющим различный характер взаимозависимости с урожайностью у гибридов первой и третьей групп, относятся как структурные признаки корзинки, так и площадь листовой поверхности в фазы «звездочки», цветения и созревания. Особенно это наглядно видно по показателям бета-регрессии для признаков общего темпа прироста листовой поверхности в течение вегетационного периода и коэффициента парастиховой структуры корзинки. Первый признак характеризует относительный прирост листовой поверхности по этапам вегетационного периода, а парастиховая структура - относительный темп динамики изменения репродуктивной сферы и формирования площади корзинки. По признакам вегетационного периода, а именно: соотношение периода от всходов до цветения к периоду «всходы-созревание», а также длина периода «всходы-цветение» - отмечена сходная взаимозависимость у высоко- и низкоурожайных гибридов.

Рассматривая значения бета-коэффициентов между урожайностью и изученными признаками в группе среднеурожайных гибридов, следует отметить их относительно невысокие значения по всем приведенным признакам, за исключением признаков структуры корзинки. При этом связь их имеет такую же направленность, как и у высокоурожайных гибридов.

У высокоурожайных гибридов отмечено увеличение урожайности с увеличением темпа прироста площади листовой поверхности, площади листовой поверхности в фазу цветения, а также с количеством основных спиралей в корзинке. Учитывая высокий уровень взаимозависимости этих признаков с урожайностью у лучших гибридов подсолнечника, следует обратить особое внимание на оценку по ним селекционного материала. Увеличение соотношения периодов «всходы-цветение / всходы-созревание» также приводит к положительному сдвигу урожайности. Соответственно обратная взаимозависимость установлена между урожайностью и количеством цветков в первой зоне корзинки, коэффициентом парастиховой структуры корзинки, а также площадью листовой поверхности в фазы созревания и «звездочки».

Таким образом, урожайность гибридов подсолнечника в наибольшей мере зависит от темпа прироста площади листовой поверхности и коэффициента парастиховой структуры корзинки. Эти признаки могут быть использованы в качестве критериев отбора для селекции, а также построения модели гибрида для условий Лесостепи Украины.

Рис. 2. Зависимость урожайности от темпа прироста площади листовой поверхности и коэффициента парастиховой структуры корзинки у высокоурожайных гибридов подсолнечника (2009 г.)

На рис. 2 показана геометрическая поверхность отклика и аналитическое уравнение зависимости уровня урожайности от уровня развития вегетативной и репродуктивной сфер растений для группы высокоурожайных гибридов. Из приведенных данных следует, что существует принципиальная возможность получения гибридов с урожайностью выше 4,5 т/га при сочетании темпа прироста площади листовой поверхности за вегетационный период в пределах 0,6-0,7 и коэффициента парастиховой структуры корзинки, близкого к 0,618 и меньшего. Именно такое сочетание признаков реализовано у большинства высокоурожайных гибридов в нашем опыте. Однако существует и другая возможность достижения высокого уровня урожайности гибридов: при сочетании темпа прироста площади листовой поверхности в пределах 0,5-0,6 и коэффициента парастиховой структуры корзинки больше 0,8, что подтверждено отдельными гибридными комбинациями.

Таким образом, приведенная модель зависимости урожайности гибридов подсолнечника от темпа прироста площади листовой поверхности и коэффициента парастиховой структуры корзинки дает возможность целенаправленного отбора ценного селекционного материала для условий Лесостепи Украины.

Заключение

По результатам многолетних исследований в зоне Лесостепи Украины выявлены существенные различия во взаимозависимости морфобиологических признаков у гибридов разного уровня урожайности. Установлено, что у высокоурожайных гибридов наибольшее влияние на урожайность имеют признаки: темп роста площади листовой поверхности за вегетационный период и коэффициент парастиховой структуры корзинки. При этом для формирования высокой урожайности важно сочетание определенного уровня развития этих признаков. Представленные геометрическая и аналитическая модели зависимости урожайности гибридов подсолнечника от выделенных признаков отражают направление отбора ценного селекционного материала для условий Лесостепи Украины.

Полученные результаты дают возможность оценки генетического потенциала гибридов, их биологических особенностей и обоснования путей решения перспективных задач селекции. Дальнейшие наши исследования направлены на изучение генетической ценности линий и подбора пар для реализации высокого потенциала урожайности гибридами подсолнечника.

Литература

1. Государственная служба статистики Украины. - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: // www. ukrstat. gov. ua / operativ / operativ2006 / sg / sg_rik / sg_u / rosl_u.html. - Дата доступа: 06.12.2012.

2. Майо, О. Теоретические основы селекции растений / О. Майо. - М.: Колос, 1984. - 295 с.

3. Конарев, В. Г. Проблемы современной биологии и селекция / В. Г. Конарев // Молекулярно-биологические аспекты прикладной ботаники, генетики и селекции. - М.: Колос, 1993. - С. 7-28.

4. Дьяков, А. Б. Тенденции в развитии научных основ селекции растений / А. Б. Дьяков // Масличные культуры. научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. - Вып. 2 (148-149), 2011. - С. 4-22.

5. Кильчевский, А. В. Эколого-генетические аспекты селекции растений / А. В. Кильчевский, Л. В. Хотылева // Молекулярная и прикладная генетика: сб. науч. тр. - Т. 9. - Минск: Право и экономика, 2009. - С. 14-18.

6. Драгавцев, В. А. Эколого-генетическая организация полигенных признаков растений и теория селекционных индексов / В. А. Драгавцев // Молекулярная и прикладная генетика: сб. науч. тр. - Т. 9. - Минск: Право и экономика, 2009. - С. 7-13.

7. Литун, П. П. Адаптивная селекция. Теория и технология на современном этапе /, В.В. Кириченко, В.П. Петренкова, В.П. Коломацкая - Харьков: Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева, 2007. - 263 с.

8. Дьяков, А. Б. Физиология подсолнечника / А. Б. Дьяков. - Краснодар: ВНИИМК, 2004. - 76 с.

9. Кириченко, В. В. Селекция и семеноводство подсолнечника (Helianthus annuus L.) / В. В. Кириченко. - Харьков, 2005. - 385 с.

10. Кудрявцев, А. М. Маркер-опосредованная селекция растений / А. М. Кудрявцев // V съезд ВОГиС. - Харьков, 2009. - Ч. 1. - С. 254.

11. Дьяков, А. Б. Сопряженная изменчивость комплекса признаков в процессе селекции подсолнечника / А. Б. Дьяков // Сельскохозяйственная биология. - 1986. - № 1. - С. 77-84.

12. Effect of morphological and physiological traits on seed yield and oil content in sunflower /Hladni N., Jociж S., Mikliи V. et al. // Helia. - 33, Nr. 53. - 2010. - P. 101-116.

13. Бурлов, В. В. Идиотип гибридов подсолнечника для степних засушливих регионов / В. В. Бурлов // Масличные культуры. - 1985. - № 5. - С. 29-32.

14. Association pattern among the yield attributes in varieties and hybrids of sunflower (Helianthus annuus L.) / N. Manivannan, R. Karthika, B. Punitha et al. // Helia. - 31, Nr. 49. - 2008. - P. 83-90.

15. Коломацька, В. П. Особливості формування морфологічних і господарських ознак у гібридів соняшнику / В. П. Коломацька, В. В. Кириченко // Селекція і насінництво. - 2011. - Вип. 99. - С. 17-22.

16. Літун, П. П. Системний аналіз в селекції польових культур /, В. В. Кириченко, В. П. Петренкова, В. П. Коломацька. - Харків.: Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр'єва УААН, 2009. - 354 с.

17. Литун П. П. Методика полевого селекционного опыта / П. П. Литун, Н. В. Проскурнин, Т. И. Гопций. - Харьков: ХСГУ, 1996. - 271 с.

18. Спосіб оцінки селекційного матеріалу соняшнику за площею листової поверхні в різні фази розвитку рослин: пат. на корисну модель 56163 Україна, МПК А01Н 1/04. / В. В. Кириченко, В. П. Коломацька, П. П. Літун, В. І. Сивенко ; Ін-т рослинництва ім. В. Я. Юр'єва НААН. - № u2010 04997 ; заявл. 26.04.2010 ; опубл. 10.01.2011 // Афіц бюл. - 2011. - № 1. - С 25.

19. Марьин, И. В. Экспресс-метод определения количества цветков и плотности их закладки в соцветии подсолнечника /, Л.К. Воскобойник, Н.Ф. Сова, С.И. Потапов // Научн.-техн. бюлл. ВНИИ масличных культур. - Краснодар, 1988. - №4. - С. 30-35.

20. Спосіб оцінки соняшнику за кількісними характеристиками кошика: пат. на корисну модель 77477 Україна, МПК А01Н 1/04./ В.П. Коломацька, Кириченко В.В., Літун П.П. та ін.; Ін-т рослинництва ім. В. Я. Юр'єва НААН. - № u201210365; заявл. 03.09.2012; опубл. 11.02.2013 // Афіц бюл. - 2013. - № 3. - С 78.

Размещено на Allbest.ru