Селекционная ценность новых сортов и перспективных номеров яровой мягкой пшеницы в условиях предгорно-степной зоны восточного Казахстана

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность темы. Изучение исходного материала - одна из основ селекционного процесса; целенаправленная селекция невозможна без знания хозяйственно- и биологически ценных свойств исходных сортов и наследуемости данных свойств. Проведенный патентный поиск и обзор литературы по теме показали, что генетическая детерминация и характер корреляционных зависимостей ценных признаков тесно связаны с агроклиматическими характеристиками региона, в котором ведется селекция, и, следовательно, необходимо их изучение в каждой конкретной зоне.

Определение наличия ценных хозяйственных признаков и биологических свойств, а также комбинационной способности по ним входит в рамки изучения селекционной ценности сортов. Данные по селекционной ценности исходного материала позволяют сделать селекционный процесс в конкретной зоне исследований более целенаправленным и результативным. Кроме того, в связи с постоянной сменой состава селекционных питомников, включением в них новых номеров, обменом селекционным материалом с другими учреждениями, исследования донорских способностей сортов и номеров необходимо проводить постоянно.

Большое значение имеет также изучение корреляций элементов продуктивности и других, связанных с ними признаков, как между собой, так и с продуктивностью сортов. Изучение данных вопросов позволяет целенаправленно и эффективно проводить отбор (прямой и косвенный) на урожайность и другие ценные характеристики, предсказывать эффективность отбора по разным признакам, создавать желательные сочетания свойств и признаков у селектируемого материала.

Важной задачей селекционера является также скорейшее размножение новых сортов для внедрения в производство. Эти проблемы актуальны и для селекции яровой пшеницы в условиях предгорно-степной зоны Восточного Казахстана, поэтому в 2005-2007гг здесь была проведена работа по их исследованию.

Цель и задачи исследований. Цель данной работы - изучение селекционной ценности новых сортов и эффективности различных способов их размножения.

Задачи работы:

1 исследовать новые сорта и перспективные номера яровой мягкой пшеницы по комплексу хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств;

2 выявить корреляции основных элементов продуктивности между собой и с урожайностью сортов и номеров;

3 изучить комбинационную способность сортов для выделения доноров важнейших признаков;

4 установить эффективность рядового и широкорядного способов сева (при различных нормах высева) для размножения новых селекционных сортов и перспективных номеров.

Научная новизна:

- впервые в зоне исследований определена селекционная ценность новых сортов и номеров яровой пшеницы в качестве не только источников, но и доноров хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств;

- выявлена степень корреляций различных признаков не только между собой, но и с урожайностью, а также особенности корреляций признаков у яровой пшеницы в зоне исследований;

- впервые проводилась оценка адаптивных свойств сортов и номеров на основе поэтапного сопоставления органогенеза с динамикой важнейших погодных факторов.

Практическая ценность работы:

1 Выявлено 7 доноров продуктивности (Коктем, Велютинум 15, ГВК 1672/8, Предгорная 70, Самал, Бражинская и Лютесценс 521) и 9 доноров пяти показателей качества (Коктем, Велютинум 15, Предгорная 70, Бражинская, Самал, Новосибирская 15, Авангард, ГВК 1672/8 и Восточно-Казахстанская).

2 Выделено 11 гибридных популяций («Коктем ЧАлтай», «Коктем ЧУльбинка 25», «Велютинум 15 ЧАлтай», «Предгорная 70 ЧУльбинка 25», «ГВК 1672/8 ЧУльбинка 25», «Карабалыкская 92 ЧАлтай», «Лютесценс 521 ЧУльбинка 25», «Омская 33 ЧУльбинка 25», «Бражинская ЧАлтай», «Самал ЧАлтай», «Самал ЧУльбинка 25»), представляющих ценность как материал для отбора на сочетание свойств продуктивности и качества.

3 Выявлено 5 признаков (длина колоса, число колосков, число и масса зерен колоса, длина периода «всходы-колошение»), которые рекомендованы в качестве критериев для отбора на продуктивность яровой пшеницы в зоне исследований.

4 Определен возможный путь повышения урожайности и стабильности сортов (улучшение селекционного материала по крупнозерности и засухоустойчивости в период налива зерна).

5 Предложен метод оценки адаптивных возможностей сортов пшеницы и планирования пар для гибридизации на основе поэтапного сопоставления хода органогенеза элементов продуктивности с динамикой основных метеофакторов.

Положения, выносимые на защиту:

1 новые сорта и номера яровой пшеницы как доноры ценных признаков и биологических свойств;

2 корреляции признаков между собой и с урожайностью;

3 оптимальный способ ускоренного размножения новых сортов и перспективных номеров.

Конкретное личное участие автора в получении результатов исследований. Диссертация написана автором единолично на основе данных собственных опытов, учетов и наблюдений.

Апробация работы. Результаты работы, составляющие основу диссертации, были доложены и обсуждены на заседаниях Ученого совета ВКНИИСХ (2006-2007гг), НПЦЗР (2005-2007гг), в материалах III Международной конференции молодых ученых и аспирантов «Актуальные проблемы земледелия и растениеводства» (Алмалыбак, 2007), V Международной конференции «Проблемы экологии АПК и охраны окружающей среды » (Кызыл Орда, 2008), Международной конференции «Геоэкологические проблемы трансграничных территорий» (Усть-Каменогорск, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

1. Материалы и методы

яровой пшеница селекционный

Материалом исследований служили сорта и перспективные номера яровой мягкой пшеницы 13 селекцентров Казахстана и России, находившиеся в 2005г в Государственном сортоиспытании по зоне исследований, а также ряд перспективных номеров конкурсного сортоиспытания ВКНИИСХ; всего 35 образцов.

1) Оценку по комплексу хозяйственно-ценных признаков проводили по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур; математическую обработку данных - по рекомендациям Б.А. Доспехова (1985). Оценку сортов и номеров по стабильности урожая проводили по коэффициенту вариации урожайности по годам.

2) Оценку сортов и номеров по адаптивности к наступлению неблагоприятных условий проводили путем детального сопоставления сроков наступления фенологических фаз и данных снопового анализа с динамикой главных погодных факторов (температура, наличие и количество осадков) в период их прохождения. Оценивалась стрессоустойчивость в три периода формирования элементов продуктивности: определение числа продуктивных колосков и цветков (до колошения), определение числа зерен колоса (колошение - цветение) и определение массы 1000 зерен (налив зерна). Адаптивность в первый из периодов оценивалась по доле (%) засохших колосков в колосе, во второй - по средней озерненности одного колоска, в третий - по массе 1000 зерен. Все образцы по динамике фенофаз были разделены на четыре группы. Стрессоустойчивость данной группы в какой-либо из выделенных периодов оценивалась в том случае, если он совпадал с наступлением неблагоприятных условий; при этом значение критерия адаптивности в данную фазу у каждого образца (например, озерненность одного колоска) сравнивалось со средним показателем данного параметра по всему опыту.

3) Исследование корреляционных связей признаков проводили на ПЭВМ с помощью программы «Microsoft Excel»

4) Изучение ОКС родительских линий проводилось по рекомендациям Украинского НИИ растениеводства, селекции и генетики им. В.Я.Юрьева (1980). Эффект ОКС линии рассчитывался как разность между средним значением признака у комбинаций с ее участием и общим средним по опыту.

Посев исследуемых сортов и номеров производили сеялкой СКС-6,10 по типу конкурсного сортоиспытания делянками 10 м2; повторность 4-кратная.

Посев гибридов проводили вручную. Растения F1 высевались блоками «мать-гибрид-отец» с одинаковой площадью питания (20*5 см) по систематизированной схеме в 2-4-кратной повторности (смотря по количеству семян). При уборке крайние растения исключались для устранения краевого эффекта. ОКС по элементам продуктивности определялась по результатам снопового анализа. Растения F2 высевались по аналогичной схеме, но с нормой высева, близкой к производственной (5 млн/га).

5) При исследовании способов размножения перспективных номеров использовалась сеялка СН-16, у которой для посева широкорядных вариантов закрывалась часть семепроводов. Посев опыта проводился блоками (по сортам) с рендомизацией внутри блока. Для опыта были взяты образцы селекции ВКНИИСХ Алтай, Коктем и Предгорная 70. Каждый блок включал посев данного сорта обычным рядовым способом с рекомендованной нормой высева 6 млн/га (контроль) и три варианта широкорядного посева (2; 3,5 и 5 млн/га).

2. Результаты исследований

1. Урожайность и ее стабильность по годам.

За годы исследований были получены схожие результаты (таблица 1).

По средней урожайности сортов и номеров, благоприятными для пшеницы были погодные условия 2005 года; условия 2007 года были хуже, а 2006 - резко неблагоприятными. Такая контрастность метеоусловий по годам дает возможность оценить сорта и номера не только по урожайности в разных условиях, но и по ее стабильности. Список лучших по урожайности образцов составляли все три года одни и те же 9-11 сортов и номеров (Предгорная 70, Байтерек, Омская 18, Лютесценс 521, Карабалыкская 92, Коктем, Велютинум15, Бражинская, Омская 33, Иридост, Алтай); три сортообразца (ГВК 1596/5, ГВК 1598/5 и Самал) выделились только в засушливый 2006 год. В среднем за три года урожайность выше лучшего стандарта (Ульбинка 25) проявили сорта и номера Предгорная 70, Байтерек, Омская 18 и Лютесценс 521 (урожайность в среднем не ниже 30,1 ц/га). Более стабильной по годам урожайностью отличались, по наименьшим значениям коэффициента вариации (CV), ГВК 1598/5 (14,1%), Целинная 3С (14,8%), Алтайская 325 (14,9%), Предгорная 70 (15,4%), Кутулукская (15,9%), Иридост (17,7%), Алтайская степная (19,1%) и Самал (19,2%). В целом стабильность проявили менее урожайные образцы, кроме номеров ВКНИИСХ Предгорная 70 и Иридост.

Таблица 1- Урожайность и ее стабильность у лучших сортообразцов в 2005-2007 гг.

2. Адаптивность к засухе.

Зона проведения исследований (предгорно-степная зона ВКО), как и большинство неполивных зон возделывания яровой пшеницы, характеризуется неравномерным выпадением осадков (как в пределах одного вегетационного периода, так и по годам). Поэтому здесь большое значение имеет устойчивость сортов к наступлению неблагоприятных внешних условий.

При исследовании свойств адаптивности нами, путем сопоставления хода органогенеза и данных снопового анализа с динамикой основных метеофакторов, среди исследуемых сортообразцов было выявлено 16 сортов и номеров, проявивших сравнительную стрессоустойчивость в разные периоды формирования элементов продуктивности. Эти данные были сопоставлены с урожайностью и ее стабильностью (таблица 2).

Таблица 2 - Урожайность и коэффициент ее вариации в 2005-2007гг у сортов яровой пшеницы с выявленной адаптивностью в периоды органогенеза

Таким образом, более низкий коэффициент вариации урожайности имели те образцы, которые сочетают адаптивность к наступлению неблагоприятных условий более чем в одну фазу (исключая сорт Целинная 26). Большинство из них проявили высокую урожайность (невысокая продуктивность сорта Алтайская 325 связана с сильным повреждением скрытостебельными вредителями). Более низкий коэффициент вариации урожайности имели в опыте четыре образца, проявившие адаптивность в период налива зерна, причем два из них (Алтайская степная и Целинная 3С) проявили стрессоустойчивость только в данную фазу. Это косвенно свидетельствует о важности свойства стрессоустойчивости в период налива зерна для стабилизации урожайности сортов пшеницы в зоне исследований. Более высокая урожайность сортов и номеров, проявивших стрессоустойчивость в периоды формирования озерненности колоса (Коктем, Бражинская, Предгорная 70, Велютинум 15, Омская 18, Иридост), свидетельствует о том, что данный и связанные с ним параметры (число колосков, число зерен в колосе, продуктивность колоса) имеют большее значение в формировании урожая яровой пшеницы в предгорной зоне Восточного Казахстана, чем крупность зерна. Это согласуется с нашими выводами, полученными в результате изучения корреляционных связей признаков продуктивности.

3. Устойчивость к полеганию, иммунитет и технологические свойства.

По устойчивости к полеганию выделились образцы ВКНИИСХ Алтай, Бражинская, Восточно-Казахстанская, Велютинум 15 и СибНИИРС Новосибирская 15 (полегание наблюдалось в значительной степени в 2005 и в небольшой - в 2007г). Почти на всех номерах довольно сильного распространения достигала пыльная головня (0,4-1,5%), которая не была отмечена на сортах Карабалыкская 92, Омская 33 и Алтайская 325. Бурой листовой ржавчиной не поражался сорт Целинная 3С, горизонтальную устойчивость проявили Велютинум 15 и Алтайская 60. Корневой гнилью испытуемые сорта и номера поражались в средней степени (1-1,4 балла). Натура зерна была низкой в 2005-2006гг и довольно высокой в 2007; в среднем за три года по данному признаку выделились сорта и номера Предгорная 70, Велютинум 15, Алтайская 98, Алтайская 100 и Астана 2. Все образцы имели в годы исследований высокую стекловидность (82-99%). По содержанию клейковины лучшим был сорт Алтайская 325, по реакции седиментации (свыше 50 мл) - сорта и номера Восточно-Казахстанская, Новосибирская 15, Авангард, Омская 18, Карабалыкская 92 и Алтайская степная (таблица 3).

4. Корреляционные связи признаков продуктивности.

Изучение корреляционных связей у сортов и номеров яровой пшеницы проводилось в двух аспектах: исследование связей различных параметров с урожайностью образцов и выявление корреляционных плеяд (связь признаков между собой).

4.1. Анализ корреляционных связей с параметром «урожайность» проводился в отношении как простых (отдельных) признаков, так и их сочетаний (произведений и отношений (индексов) во всех возможных комбинациях). За три года исследований были получены схожие результаты (таблица 4).

Стабильную связь с урожайностью сортов и номеров проявили такие параметры, как высота растений, длина верхнего междоузлия и колоса, число продуктивных колосков, число и масса зерен колоса и длина периода «всходы-колошение». Масса зерна растения, масса 1000 зерен, длина вегетационного периода и длина периода «колошение-созревание» обнаруживают положительные корреляции с урожайностью только в составе произведений; при индексировании их на другие признаки связь с урожайностью не проявляется. Поэтому данные четыре параметра не могут считаться стабильно связанными с урожайностью сортов и номеров.

Таблица 3 - Лучшие сортообразцы по иммунитету и технологическим свойствам в 2005-2007 гг.

Таблица 4 - Корреляционные связи признаков с урожайностью сортов и номеров в 2005-2007 гг.

4.2. Анализ корреляционных связей признаков продуктивности между собой. По итогам трехлетнего изучения взаимосвязей элементов структуры урожая и других параметров были выявлены две корреляционные плеяды (рисунок 1).

Рисунок 1 - Корреляционные плеяды признаков яровой пшеницы в зоне исследований

Таким образом, наиболее надежно связанными с урожайностью сортов яровой пшеницы в зоне исследований являются длина колоса, число продуктивных колосков, число и масса зерен колоса, а также относительная продолжительность периода «всходы-колошение». Эти признаки могут служить в качестве ориентиров при отборах на продуктивность в данной зоне; при этом обязательно следует учитывать общий уровень продуктивности растений, а отборы проводить только в типичные по метеоусловиям годы.

Такой важный параметр, как масса 1000 зерен, не проявил надежных корреляционных связей ни с другими элементами продуктивности, ни с урожайностью сортов и номеров. Это свидетельствует о том, что лучшим по урожайности (в нашей работе) сортам и номерам в зоне исследований недостает стрессоустойчивости в период налива зерна (что согласуется с выводами по результатам изучения урожайности и адаптивности образцов). Возможно, селекционное улучшение их по данному параметру - это один из путей повышения продуктивности пшеницы в данном регионе. Отсутствие значимых корреляций М1000 с другими параметрами продуктивности свидетельствует о возможности сочетания данного признака с другими в одном генотипе.

5 Общая комбинационная способность (ОКС) исследуемых сортообразцов.

5.1 ОКС испытуемых сортообразцов по продуктивности.

Оценка общей комбинационной способности проводилась по отдельным элементам структуры урожая и (в F2) по урожайности с единицы площади.

По длине колоса, числу колосков и числу зерен колоса лучшие ранги ОКС имела одна и та же группа номеров (таблица 5).

Таблица 5 - Сортообразцы с высокой ОКС по длине колоса, числу колосков и числу зерен колоса

Достоверно положительные эффекты ОКС по длине колоса проявили за два года сорта и номера Чернява 13, ГВК 1672/8 и Велютинум 15. По числу колосков высокую ОКС проявили номера ВКНИИСХ Коктем, Велютинум 15, Предгорная 70 и ГВК 1672/8. По числу зерен колоса положительный эффект ОКС был отмечен у номеров Велютинум 15 и ГВК 1672/8.

По элементам продуктивности, связанным с крупностью зерна, первые ранги по ОКС заняла в основном другая группа образцов (таблица 6).

Таблица 6 - Сортообразцы с высокой ОКС по массе зерна колоса и массе 1000 зерен

По массе зерна колоса достоверно положительные эффекты ОКС проявили только номера ВКНИИСХ Велютинум 15 и Коктем; по массе 1000 зерен высокую ОКС проявили Алтайская степная, Алтайская 325 и Коктем.

Итоговая оценка ОКС испытуемых сортов и номеров по элементам продуктивности основана на суммации рангов их ОКС по всем параметрам. Лучшими признаны сортообразцы с минимальной суммой рангов (таблица 7).

Таблица 7 - Сводное ранжирование ОКС испытуемых сортов и номеров по элементам продуктивности (лучшие ранги)

Среди всех исследованных сортов и номеров яровой пшеницы высокую ОКС по элементам продуктивности проявили следующие сортообразцы: Велютинум 15, Коктем, ГВК 1672/8, Предгорная 70 и Лютесценс 521.

По урожайности с единицы площади высокую ОКС проявили сортообразцы Коктем и Велютинум 15 (таблица 8).

Таблица 8 - Сорта и номера с высокой ОКС по урожайности (г/м2)

Кроме вышеназванных двух сортообразцов, положительную ОКС, близкую по значению к достоверной, проявили Самал, Бражинская, Предгорная 70, ГВК 1672/8 и Лютесценс 521, имеющие лучшие показатели ОКС по элементам продуктивности (кроме Самал и Бражинской). С участием данных сортообразцов получены высокопродуктивные гибридные популяции, но по каждому номеру (кроме Самал) только с одним из тестеров.

Таким образом, данные по анализу урожайности гибридных комбинаций в целом согласовываются с показателями эффектов ОКС по элементам продуктивности, и можно говорить о том, что названные семь образцов среди данного набора генотипов наиболее перспективны в качестве доноров продуктивности.

5.2 ОКС испытуемых сортообразцов по качеству зерна.

Достоверно высокие показатели ОКС по содержанию сырого протеина показали Коктем и Предгорная 70 (таблица 9). Признак содержания белка в зерне является, по сути, количественным. Новые сорта пшеницы, имея более низкое содержание белка в зерне, дают больший его сбор с единицы площади за счет более высокой урожайности. В.А. Драгавцев (1984), Э.Д. Неттевич (2000), ссылаясь на этот факт, рекомендуют сравнивать селекционные образцы не по содержанию белка, а по его продукции с единицы площади. В таблице 9 также приведена оценка ОКС испытуемых сортов и номеров по продукции белка на единицу площади, значение которой вычислялось на основе данных по содержанию белка в зерне и урожайности гибридных популяций. По данному параметру высокую ОКС проявили Коктем, Велютинум 15, Бражинская, Самал и Предгорная 70.

Таблица 9 - Сортообразцы с высокой ОКС по содержанию и продукции белка

Аналогично оценке донорских свойств по белковости зерна, по клейковине проводился анализ ОКС по процентному содержанию и по продукции с единицы площади. Положительные эффекты ОКС по содержанию клейковины проявили Новосибирская 15, Авангард, ГВК 1672/8. По продукции клейковины на единицу площади высокую ОКС проявили Коктем, Велютинум 15, Бражинская и Самал (таблица 10).

Таблица 10 - Сортообразцы с высокой ОКС по содержанию и продукции клейковины

Достоверно положительные эффекты ОКС по показателю седиментации проявили Восточно-Казахстанская и Новосибирская (таблица 11).

Таблица 11 - Сортообразцы с высокой ОКС по показателю седиментации (мл)

Итоговая оценка ОКС испытуемых сортообразцов по качественным показателям основывается, так же как по количественным, на сравнении их по обще сумме рангов (таблица 12).

Таблица 12 - Сводное ранжирование ОКС исследуемых сортообразцов по признакам качества зерна (первые 11 рангов)

По наименьшей сумме рангов ОКС по признакам качества первые ранги заняли Коктем, Бражинская, Лютесценс 521 и ГВК 1672/8 (сумма рангов в пределах 40). В итоге, среди исследованных сортообразцов один (Коктем) проявил высокую ОКС по трем из пяти рассмотренных параметров качества, пять - по двум (Велютинум 15, Бражинская, Самал, Предгорная 70, Новосибирская 15) и три - по одному из пяти призн...