Особенности селекции ярового ячменя на засоленных почвах рисовых систем Казахстанского Приаралья

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОО «Казахский научно-исследовательский институт рисоводства»

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата

Особенности селекции ярового ячменя на засоленных почвах рисовых систем Казахстанского Приаралья

Тохетова Л.А.

Учитывая особенности почвенно-климатических и агроэкологических условий зоны рисовой системы Кызылординской области, анализируя морфо-биологические особенности районированных сортов, на основе селекционно-генетических параметров разработана модель сорта ярового ячменя для данного региона. В результате проведенной селекционной работы, создан новый сорт ярового ячменя Сыр Аруы (3/95-14), приближенный к разработанной модели сорта для засоленных почв Казахстанского Приаралья и в 2008 году передан в Госсортоиспытание.

Основным направлением развития сельского хозяйства в условиях Приаралья является интенсификация производства основной культуры - риса. Однако из-за острого дефицита поливной воды ориентация только на эту культуру была бы неверным подходом с точки зрения продовольственной программы региона. В связи с этим, в рамках программы диверсификации растениеводства Кызылординской области, в условиях маловодья и высокого содержания солей в пахотном горизонте почвы, расширение площадей посевов нетрадиционных солеустойчивых зерновых культур является одним из главных направлений повышения устойчивости сельского хозяйства региона. В этом аспекте, большую ценность представляют зерновые фуражные культуры, в частности, ячмень, тем более что засушливость климата способствует накоплению белка в его зерне. Большую роль ячмень играет и в агротехническом плане. Так, посевы ячменя способствуют уничтожению сорняков, являясь тем самым фитосанитаром полей. Известна роль ячменя как покровной культуры для многолетних трав, при этом растения ячменя в начальной фазе вегетации очень быстро и интенсивно отрастают и создают лучшие условия для роста и развития многолетних трав на засоленных почвах, затеняя их от прямого попадания солнечных лучей. В результате короткого периода вегетации, а значит, вследствие ранней уборки ячменя, травы рано освобождаются от покрова и хорошо развиваются в конце лета и осенью, то есть может использоваться в качестве покровной культуры в рисовом севообороте. При чистом посеве ячменя, после его уборки можно успешно возделывать просо, оптимальные сроки посева которого совпадают с началом лета [1]. Также, ячмень ценен и тем, что является солеустойчивой культурой, экономно расходует влагу в сравнении, например с пшеницей. В последние 20-30 лет в Кызылординской области ячмень практически не возделывают, хотя продукция этой культуры пользуется большим коммерческим спросом.

В плане адаптивной селекции, весьма значима роль фонов, модифицирующих направления отбора. Так, основными лимитирующими факторами зоны Приаралья являются засоление и засуха. Поэтому скрининг форм ячменя с высокой экологической пластичностью на естественном фоне этого региона будет более эффективным, чем в искусственно создаваемых условиях.

Районированные сорта ярового ячменя Сауле, Асем, Жулдыз хотя и обладают признаками соле-, засухоустойчивости, но в полной мере не приспособлены к условиям агроэкологической зоны рисовых полей, что связано с морфологическими и биологическими особенностями растения сортов ячменя для данного региона. Так, сорта ярового ячменя для рисовых севооборотов должны обладать устойчивостью к поздним весенним заморозкам, коротким вегетационным периодом, в течение которого должны сформировать урожайность зерна не ниже 20 ц/га за счет естественной влаги в почве после риса. Из морфологических признаков растений ячменя особый интерес представляет высота стебля (не ниже 60 см), так как его в основном возделывают в качестве покровной культуры многолетних трав.

Цель исследования - на основе селекционно-генетического изучения создать новые соле-, засухоустойчивые сорта ячменя, адаптированных к рисовой оросительной системе Казахстанского Приаралья, разработать методы подбора исходного материала, определить главные критерии отбора резистентных форм ячменя на начальных этапах онтогенеза.

Материалы и методы исследования. Исследования начаты с 2002 года и проводились в плане экологической селекции сортов и перспективных сортообразцов ярового ячменя, послуживший научным заделом для развертывания полного селекционного процесса по данной культуре в условиях Казахстанского Приаралья. В настоящее время, сформированы питомники, начиная с коллекционного до конкурсного сортоиспытания 2-го года.

Место проведения исследований - экспериментальный участок Казахского НИИ рисоводства, ОХ « Караултюбинское». Площадь делянки каждого питомника согласно методике [2]. Биометрический анализ растений (по методике UPOV) [3]. Статистическая обработка результатов по методике Федина М.А., Силис Л.Я. [4], Б. А. Доспехову [5]. Определение качественного состава зерна проводили в аналитической лаборатории КазНИИЗР: содержание белка по методу Кьельдаля, крахмала - поляриметрическим методом.

Результаты исследований. При проведении фенологических наблюдений и структурного анализа образцов ячменя по всем питомникам нами изучались количественные и качественные признаки.

Длина вегетационного периода. Особо обращалось внимание на вегетационный период, устойчивость к поздним весенним заморозкам, на сухость воздуха в начальном этапе вегетации (кущение - трубкование). Так, у сортов с длинным периодом вегетации (80-85 дней) в условиях засоленных почв рисовых систем Казахстанского Приаралья начало цветения совпадает с наступлением летней атмосферной засухи. В результате этого колосья таких сортов остаются в обвертке листа и высыхают, не до конца завязывая зерно. Сорта с коротким периодом вегетации (70 - 75 дней), оптимально используя запасы естественной влаги почвы после риса, успевают нормально завершить налив зерна до наступления летней засухи. Новые сорта должны обладать более продолжительным периодом от всходов до колошения, т.е. начало колошения должно совпадать со временем подачи оросительной воды в рисовые поля для полива риса, которые по схеме севооборота размещаются рядом с полями ячменя, что ведет к поднятию уровня грунтовой воды, которая благоприятно влияет на налив зерна, а также удлиненным периодом «кущение - трубкование», положительно влияющий на озерненность колоса, который является одним из определяющих факторов в формировании будущей урожайности. Так, у изучаемых сортообразцов в КСИ-2 продолжительность межфазных периодов были короткими по сравнению с стандартом Асем, за исключением более удлиненного периода «кущение -трубкование» на 5 - 7 дней.

Высота растений. Одним из определяющих факторов при районировании того или иного сорта ячменя в условиях рисового севооборота Кызылординской области является высота растений, так как его в основном возделывают в качестве покровной культуры многолетних трав. Поэтому создание сортов с оптимальными размерами стебля, сочетающие скороспелость для избежания перерастания трав выше является актуальным направлением в селекции ячменя для данного региона. При изучении сортообразцов мировой коллекции выявлено, что в стрессовых условиях Приаралья в результате ингибирования ростовых процессов, наблюдается понижение высоты растений. И только отдельные генотипы Би-17; Би-41 (Иран), Одесский 100; Харьковский 73, Харьковский 74, Донецкий 8 (Украина), 28118 (Россия), 99/99-8, 3/95-14, 17/02-7К (Казахстан), отличились за годы исследований значением высоты растений более 55 см, при высоте растений у стандарта Асем - 48,0 см. При этом, сорт Одесский 100 и сортообразцы Би-17, 28118 имели высокие вариансы ОКС в сторону увеличения признака и могут передавать это свойство при скрещивании.

Длина верхнего междоузлия. В засушливых условиях Казахстана особо значимы сорта с высокой наследственной детерминацией признака «длина верхнего междоузлия», являющийся морфологическим маркером при оценке сортов на засухоустойчивость. Нами, начиная с подбора исходных форм для гибридизации и при индивидуальном отборе чистых линий из гибридной популяции, особое внимание уделяется на проявление данного признака. Однако изучение его изменчивости и наследуемости в засушливой зоне Приаралья показало, что данный признак сильно варьировал как по годам, так и в разрезе сортообразцов - от 0 до 4,0 см, где коэффициент вариации составил 30,8 %, в отличие от предгорной зоны Алматинской области - 6,8 %. и отнесен к категории низконаследуемых. Выявлена зависимость наследуемости данного признака от эколого-географического происхождения родительских форм, используемых в гибридизации, следовательно, в качестве родительских форм для усиления данного признака целесообразнее использовать генотипы из аридных стран. Наиболее ценными являются сортообразцы 17/02-7К, 9/95-12К, 3/95-14, у остальных величина модификационной изменчивости преобладала над генотипической. Данные генотипы были отобраны из гибридных популяций колосковым методом и находятся на стадии изучения в селекционном питомнике 2-го года и питомнике конкурсного сортоиспытания, что подтверждает эффективность отбора в тех почвенно-климатических условиях, для которых создается сорт.

Строение листьев. Принимались во внимание и другие внешние признаки, характеризующие сопротивляемость растений засухе, засолению: степень тургора, поникание, пожелтение и отмирание листьев. Ряд исследователей считают работу двух верхних листьев ячменя главным фактором в определении общей зерновой продуктивности. В наших исследованиях многорядные формы имели более развитую листовую поверхность, чем двурядные. Среди последних выделен 40/00-14; 51/80-4; 5-115 (Сирия); 28152 (Россия); Харьковский 73 (Украина) - площадь флагового листа 1,740-1,860 смІ. генетический селекционный ячмень

По мнению ряда физиологов [6,7], вертикальное положение листьев (эректофильное) имеет преимущество в эффективности фотосинтеза над горизонтальным положением листьев (плантофильное). Вертикальные побеги растения способствуют лучшему проникновению света в перифирийную часть куста. В изученной мировой коллекции, гибридных популяциях, у перспективных сортообразцов были обнаружены единичные генотипы с эректофильным положением листового аппарата (2/84-01, 5-95, 7/98-01), но не превышавшие по продуктивности на уровне достоверности образцы с горизонтальным расположением листьев. В связи с этим, мы согласуемся с выводами Кудайбергенова М.С. [8] о том, что изучение морфотипа ячменя, в частности листового аппарата, требует дальнейшей проработки, прежде чем, более распространенный горизонтальный тип, мог бы быть исключен из моделей новых сортов ячменя.

Продуктивность растения и колоса. Элементы структуры урожая являются основой при программировании урожаев и составлении научно-обоснованных моделей сортов, отвечающих требованиям сельскохозяйственного производства. Основные элементы структуры урожая - число плодоносящих стеблей на 1 мІ (число растений на 1 мІ и продуктивная кустистость) и масса зерна с одного колоса (слагающие элементы - масса 1000 зерен и число зерен в колосе):

Количество колосьев с 1 мІ. Для регулирования густоты стояния растений большое значение имеет кущение. Однако под влиянием стрессовых факторов зоны Приаралья, выражающаяся главным образом в ингибировании ростовых процессов, изучаемые сортообразцы формировали не более двух продуктивных стеблей. Учитывая высокую вариабельность и низкую наследуемость продуктивной кустистости нецелесообразно специально проводить отбор с целью улучшения признака, поэтому при составлении модели мы не делали особый упор на усиление данного параметра селекционно-генетическими методами.

В данном регионе важнейшим количественным признаком, определяющим высокую урожайность ячменя является количество колосьев на 1 мІ, которая определяется генотипом сорта и в отличие от продуктивной кустистости, в малой степени подвержена воздействию окружающей среды. В 2006 и 2007 гг. сложились наиболее благоприятные погодные условия для формирования большого количества стеблей, когда количество колосьев на 1 мІ составила в среднем 430-460; максимальные показатели (460 и 450) получены у сортообразцов 164/99-4, 99/99-1 и 99/99-8 (КазНИИЗР).

Исследования показали, что оптимальную густоту необходимо обеспечивать высокой нормой высева и минеральным питанием. Опыт возделывания ячменя на засоленных почвах Приаралья показал, что половина прироста урожая зерна осуществляется за счет применения минеральных удобрений, а проведение подкормки N30 в фазе кущения стимулировало образование полноценных продуктивных побегов у сортов интенсивного типа, к которым отнесены перспективные сортообразцы КСИ-2: 99/99-8, 17/02-7К и новый сорт Сыр Аруы.

Наряду с формированием оптимального стеблестоя на засоленных почвах особое значение имеет интенсивность начального роста ячменя, в частности, при использовании его в качестве покровной культуры для многолетних трав. Генотипы, обладающие этим признаком в начальной фазе вегетации, очень быстро и интенсивно отрастают, и создают лучшие условия для роста и развития многолетних трав, затеняя их от прямого попадания солнечных лучей, а самое главное препятствуют поднятию солей на поверхность почвы из низлежащих слоев вследствие высокого испарения. Следовательно, в условиях засоления в формировании потенциала общей адаптации сорта решающая роль принадлежит начальным этапам онтогенеза. Поэтому, при разработке модели предусмотрено повышение адаптивности за счет большей устойчивости и интенсивности роста растений в ювенильном возрасте.

Масса зерна с колоса. Так как число зерен в колосе и масса 1000 зерен одни из главных компонентов урожайности, следует определить решающее значение каждого из них при возделывании в конкретной экологической зоне. Поскольку генетический контроль этих признаков полигенен, а роль отдельного гена в этом контроле выделить очень сложно, при изучении наследования определяли в первую очередь, генетико-статистические параметры, характеризующие суммарные вклады генетических и внешних вкладов, определяющих фенотип растения. Так, условия засоления стимулировали экспрессивность неаллельных генных взаимодействий по массе 1000 зерен, по степени наследуемости данный признак отнесен к категории средненаследуемых.

В целом, в более благоприятных условиях продуктивность во многом зависит от массы 1000 зерен. Но, в стрессовых условиях Приаралья основным фактором повышения продуктивности следует считать «число зерен в колосе», так как независимо от мест выращивания в его детерминации превалировали аддитивные генные эффекты, признак высоко наследуется и имеет тесную положительную корреляцию с массой зерна с 1 мІ. Кроме того, специфика почвенно-климатических условий Приаралья предопределяет создание сортов ячменя кормового направления, следовательно, нецелесообразно вести селекцию на увеличение массы 1000 зерен, тем более что этот признак отрицательно коррелирует с высокобелковостью.

Учитывая особенности почвенно-климатических и агроэкологических условий зоны рисовой системы Кызылординской области, анализируя морфо - биологические признаки районированных сортов, на основе селекционно-генетических параметров (изменчивость количественных признаков, факторизация хозяйственно-ценных и биологических признаков, комбинационная ценность генотипов, наследуемость в широком и узком смысле) и непосредственно практической работы, нами разработана модель сорта ярового ячменя для данного региона (таблица 1).

Таблица 1 - Модель сорта ярового ячменя для условий засоленных почв Приаралья (кормового направления)

Создана рабочая коллекция ярового ячменя из различных стран мира (Сирия, Иран, Турция, Россия, Казахстан, Украина, Чехия, Германия) в количестве 150 образцов с полной характеристикой по хозяйственно-ценным признакам, изучена однородность, стабильность по степени выраженности 32 признаков по методике UPOV, которые широко использованы в программах гибридизации. Из гибридных популяций второго и последующих поколений закладывались линии на основе индивидуального отбора. Отобранные линии изучаются на всех этапах селекционного процесса, в результате которого выделены перспективные сортообразцы ярового ячменя, входящие в питомник конкурсного сортоиспытания 2 - го года (таблица 2).

Таблица 2 - Характеристика сортообразцов ячменя КСИ-2 по хозяйственно-ценным признакам, 2007-2009 гг.

В питомник конкурсного сортоиспытания 2-го года за годы исследований из КСИ-1 переведено и изучено 7 сортообразцов. Среди изучаемых сортообразцов наиболее адаптивными к условиям рисового севооборота являются 3/95-14, 17/02-7К и 99/99-8, выделенные по урожайности, содержанию протеина и по ряду других положительных признаков: скороспелость, высокая полевая всхожесть (95 %), высокая озерненность и крупность зерна. Наряду с этим, длина вегетационного периода изучаемых сортообразцов ячменя была на 4-10 дней короче стандарта Асем, что повышает возможность успешно использовать их в качестве покровной культуры многолетних трав в рисовом севообороте.

В результате проведенной селекционной работы, нами создан новый сорт ярового ячменя Сыр Аруы (3/95-14), приближенный к разработанной модели сорта для засоленных почв Казахстанского Приаралья и в 2008 году передан в Госсортоиспытание.

Литература

Tokhetova L.A. Barley improvement program activities in soil saline condition of the rice system of Kazakhstan // IV-Межд. науч.-практ. конф. «Научные дни», Республика Болгария, София. - 2008. - Том 14. - С.43-47

Комплексная программа по селекции ячменя для зоны деятельности Восточного селекцентра “Арпа” // Методические рекомендации, Алма-ата, 1983. - 36 с.

Официальный бюллетень - Ресми бюллетень // Алматы, 2002. - 92 с.

Федин М.А., Силис Д.Я. Статистические методы генетического анализа// Изд -во “Колос”, 1980. - 205 с.

Доспехов Б.А. Методика полевого опыта // Москва “Колос”, 1973. - 335 с.

Кумаков В.А. Анализ фотосинтетической деятельности растений и физиологическое обоснование модели сорта. - Фотосинтез и продуктивный процесс, М.: Наука, 1988. - С. 247-251

Нечипорович А.А. Теория фотосинтетической продуктивности растений и рациональные направления селекции на повышение продуктивности. - Физиологические основы повышения продуктивности зерновых культур, М.:Наука, 1975. - С. 5-14

Кудайбергенов М.С. Селекционно-генетические модели высокопродуктивных сортов и гибридов зерновых культур // Автореф. дисс… докт., Алматы, 2005. - 44 с.

Размещено на Allbest.ru