Изменчивость и наследование количественных признаков у эколого-отдалённых гибридов мягкой яровой пшеницы в условиях Западной Сибири и Северного Казахстана

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Изменчивость и наследование количественных признаков у эколого-отдалённых гибридов мягкой яровой пшеницы в условиях Западной Сибири и Северного Казахстана

06.01.05 - «Селекция и семеноводство»

На правах рукописи

Москаленко Виктория Михайловна

Новосибирск - 2008

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении Новосибирском государственном аграрном университете и Государственном научном учреждении Сибирском научно-исследовательском институте растениеводства и селекции СО Россельхозакадемии

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор Цильке Регинальд Александрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Железнов Анатолий Валентинович

кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник Пакуль Вера Никаноровна

Ведущая организация - Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет»

Защита состоится «19» декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.058.01 при Государственном научном учреждении Сибирском научно-исследовательском институте кормов СО Россельхозакадемии (630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск, ГНУ СибНИИ кормов СО Россельхозакадемии.

С диссертацией можно ознакомиться в ученой части ГНУ СибНИИ кормов СО Россельхозакадемии

Автореферат разослан «___» ноября 2008 года.

Учёный секретарь диссертационного совета Осипова Г. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исключительная изменчивость метеорологических условий, наблюдаемая из года в год в период вегетации растений, их непредсказуемость в количественном отношении и по характеру распределения требует коренного пересмотра принципов моделирования сортов, планирования и организации селекционных программ в условиях Сибири и Казахстана.

В регионах с суровым климатом, значительные посевные площади пшеницы заняты сортами, не отвечающими в полной мере требованиям современного производства и не реализующими достаточно эффективно климатические ресурсы.

Селекция, как наука, носит строго зональный характер, так как сорт способен максимально реализовать свой потенциал продуктивности в определённой экологической нише, характеризующийся ограниченными почвенно-климатическими ресурсами, и при соответствующей интенсификации технологии возделывания сорта (Цильке, 2005).

Цель и задачи исследований. Цель исследования - изучить особенности характера изменчивости и наследования селекционно-ценных признаков у топкроссных гибридов мягкой яровой пшеницы в двух экологических зонах и создать новый селекционный материал для условий степи Северного Казахстана и лесостепи Западной Сибири, Россия.

В связи с этим поставлены следующие задачи:

1. Изучить характер изменчивости и наследования:

- продолжительности периода всходы - колошение;

- длины стебля;

- длины верхнего междоузлия;

- элементов продуктивности колоса (число зерен колоса; масса 1000 зерен…);

- продуктивности растения.

2. Оценить вклад генетической и средовой изменчивости в общее фенотипическое варьирование признаков.

3. Оценить общую комбинационную способность родительских форм по элементам продуктивности колоса и растения.

4. На основе рекомбинации генетического материала эколого-отдалённых форм, создать новый селекционный материал, характеризующийся высокой продуктивностью, устойчивостью к засухе и комплексом других хозяйственно-ценных признаков.

Научная новизна исследований. Впервые одновременно в условиях лесостепи Западной Сибири и степи Северного Казахстана изучена изменчивость и наследование продолжительности периода всходы - колошение, длины стебля, длины верхнего междоузлия и элементов продуктивности колоса и растения мягкой яровой пшеницы.

Дисперсионным анализом оценен относительный вклад генотипической и средовой изменчивости (года, экологические зоны) и их взаимодействие в общее фенотипическое варьирование характера развития и формирования элементов продуктивности мягкой яровой пшеницы в условиях Западной Сибири и Северного Казахстана.

Результаты оценки общей комбинационной способности по элементам продуктивности колоса и растения более целенаправленно позволяет подбирать родительские компоненты для рекомбинационной селекции.

Положения, выносимые на защиту:

1. Компоненты генотипической и средовой изменчивости в общем фенотипическом варьировании элементов продуктивности колоса и растения.

2. Роль экологического фактора в изменчивости и наследовании количественных признаков.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Создан перспективный селекционный материал, характеризующийся высокой урожайностью и комплексом хозяйственно-ценных признаков. Новые линии включены в селекционную программу лаборатории генетики СибНИИРС СО РАСХН. Десять линий включены во второй селекционный питомник лаборатории генетики.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 10-й генетико-селекционной школе-семинаре (Новосибирск, 2007 г.), на 5-ой международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа «Современные тенденции развития АПК в России» (Красноярск, 2007 г.), на международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию основания АО «Казахского агротехнического университета имени С. Сейфуллина» (Астана, 2007 г.) и на конференции, посвященной 120-й годовщине со дня рождения академика Н. И. Вавилова «Вавиловские чтения - 2007» (Саратов, 2007).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе две в центральной печати.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений и приложений, библиографический список включает 234 наименования. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 46 таблиц, 13 рисунков.

МАТЕРИАЛ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная часть работы проводилась на опытном поле лаборатории генетики Сибирского научно исследовательского института растениеводства и селекции Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук (СибНИИРС СО РАСХН, Западная Сибирь) и на поле лаборатории мягкой яровой пшеницы в «Научно производственном центре зернового хозяйства им. А. И. Бараева» (Северный Казахстан), в 2006-2007 гг. В эксперимент включены 20 топкроссных гибридов полученных при гибридизации шести сортов и трех линий мягкой яровой пшеницы. В качестве материнских форм использовали казахстанские сорта (Целинная 24, Целинная 3С, Целинная юбилейная, Акмола 2, Астана), а в качестве отцовских форм использовали один сорт Баганская 95 и три линии Сибирская 123, Сибирская 151 и Сибирская 155, характеризующиеся высоким потенциалом продуктивности и другими селекционно-ценными признаками. Изменчивость и наследование признаков изучали в полевых условиях (2006-2007 гг.) по методике, разработанной в лаборатории генетики СибНИИРС СО РАСХН. Площадь питания растений - 200 см2 (20 х 10). Повторность 4-х кратная. Предшественник - черный пар, который обрабатывался в соответствии с общепринятой технологией для каждой зоны. Экспериментальные данные обрабатывали статистическими методами по П.Ф. Рокицкому (1967) и Б.А. Доспехову (1985). Степень доминирования определяли по формуле Густафссона и Дормлинг (Gustafsson, Dormling, 1972), и на её основе определяли характер наследования по шкале разработанной Р.А. Цильке (Цильке, Кондратьева, 2005).

Метеорологические условия в целом за годы исследований складывались благоприятно для развития пшеницы, хотя были заметные различия по температуре и осадкам в 2006 и 2007 гг. Так в 2006 г., осадков в степи выпало меньше нормы, а в лесостепи больше нормы, температура была в степи ниже, а в лесостепи выше среднемноголетней, а в 2007 г., как в степи, так и в лесостепи температура была выше среднемноголетней, а осадков выпало в двух экологических зонах меньше нормы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характер изменчивости и наследования количественных признаков.

Продолжительность периода всходы - колошение. Признак играет существенную роль, так как от его продолжительности в конечном итоге зависит продуктивность растения. В целях повышения уровня и стабильности урожайности в условиях Западной Сибири и Северного Казахстана формирование сортовой структуры посевов яровой пшеницы должно базироваться на одновременном возделывании генотипов с разной продолжительностью вегетационного периода (Кузьмин, 1966; 1970; Леонтьев, Рутц, 1972; Мовчан и др., 1985; Цильке, 2005).

Относительная доля вклада оценённых факторов различается в зависимости от экологической зоны. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа показано, что изменчивость, вызванная экологическими условиями, составила 7,6 %, метеорологическими факторами в разные годы 74,4, генотипическими различиями 0,9 % от общей изменчивости. Что касается изменчивости, вызванной взаимодействием экология х годы (АхВ), то она составила 16, 0 %.

В связи с разными условиями по годам, в разных экологических зонах, наблюдались колебания по продолжительности периода всходы - колошение, так в условиях лесостепи Западной Сибири родители и их гибриды в целом раньше выколашивались в 2006 году, тогда как в условиях степи Северного Казахстана в 2007 году, что свидетельствует о значительном взаимодействии экология - год. Несмотря на колебания по годам, средние значения признака практически выровнялись.

Длина стебля. В последние годы большое внимание уделяется селекции на устойчивость к полеганию у зерновых культур. Короткий стебель имеет преимущество перед длинным потому, что он более устойчивый к полеганию при воздействии ливневых дождей, сопровождающихся сильными ветрами, но также и для экономичности в формировании зерна (Дорофеев, 1962; Дхоте, 1972; Цильке, 1975; Андреева, 1997; Кудайбергенов, 2005). Сорта с длинным стеблем расходуют большое количество питательных веществ на формирование стебля, что отражается на урожайности зерна.

По результатам двухфакторного дисперсионного анализа, доля изменчивости, вызванная экологическими условиями, составила в 2006 г. - 88, а в 2007 г. - 39 %, тогда как генотипическая изменчивость, соответственно по годам, 2 и 21 % от общего фенотипического варьирования признака. В то же время изменчивость, вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. всего лишь 1, а в 2007 г. 13 % от общей изменчивости. При рассмотрении результатов трёхфакторного дисперсионного анализа доля изменчивости, вызванная экологическими условиями (фактор А) составила 17,7, генотипическими различиями (фактор С) - 4,2. Изменчивость, вызванная взаимодействиями экология х годы (АхВ) и экология х генотипы (АхС), составила 60,1 и 1,8 %, соответственно.

В условиях степи у гибридов первого поколения длина стебля (62,4) достоверно не отличалась от родительской (61,3), что говорит о промежуточном наследовании признака. Тогда как в условиях лесостепи родители в целом формировали более короткий стебель (70,1), чем гибриды первого поколения (76,2 см.), что свидетельствует о доминантных эффектах по длинностебельности.

Длина верхнего междоузлия - основная составляющая часть длины стебля. Прежде чем использовать источники короткостебельности в селекционных программах Сибири и Казахстана, необходимо изучить характер наследования этого признака в местных условиях и его взаимосвязь с другими хозяйственно ценными признаками, обусловливающими продуктивность растений и их устойчивость к неблагоприятным факторам климата (Зыкин и др., 2000; Цильке, 2005).

Вклад изменчивости, вызванный экологическими условиями, составил в 2006 г. - 15, а в 2007 г. - 43 %, тогда как генотипическая изменчивость составила, соответственно по годам, 11 и 21 % от общего фенотипического варьирования признака. В то же время изменчивость, вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. - 10, а в 2007 г. - 11 % от общей изменчивости. При рассмотрении результатов трёхфакторного дисперсионного анализа доля изменчивости, обусловленная генотипическими различиями (фактор С) составила 9,5 %, а изменчивость, вызванная взаимодействиями экология х годы (АхВ) - 57,1, экология х генотипы (АхС) - 2,5 %.

При испытании родительских форм и их гибридов F1 и F2 по длине верхнего междоузлия в двух экологических зонах в течение двух лет было выявлено, что в 2006 г. родители и гибриды формировали более короткую колосоножку в степных условиях Казахстана, чем в лесостепи Сибири, тогда как в 2007 г. более короткая колосоножка формировалась в лесостепи Сибири. По усреднённым результатам за два года, различия по длине междоузлия не были столь значительными.

Длина колоса. Колос пшеницы представляет собой сложный комплекс признаков, каждый из которых имеет важное селекционное и таксономическое значение. Различное сочетание и выражение структурных элементов дает большое разнообразие по форме, плотности, а, следовательно, и по продуктивности колоса (Цильке, 1983; Анохин, 2002).

При этом вклад изменчивости, вызванный экологическими условиями, составил в 2006 г. - 28, а в 2007 г. - 60 %, тогда как генотипическая изменчивость составила, соответственно по годам, 27 и 19 % от общего фенотипического варьирования признака. В то же время изменчивость, вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. - 7, а в 2007 г. - 5 % от общей изменчивости.

В 2006 и в 2007 годах родители и гибриды формировали значительно более длинный колос в лесостепи Сибири, чем в степных условиях Казахстана, что в свою очередь, сказалось на усреднённых за два года результатах. На длину колоса повлияли метеорологические условия среды, которые сложились более благоприятно в лесостепи в течение двух лет.

Наиболее высокой общей комбинационной способностью по длине колоса характеризовались в условиях степи сорта Акмола 2 и Баганская 95, а в условиях лесостепи - сорта Целинная 3С, Акмола 2 и линия Сибирская 123.

Число зёрен колоса - один из важных элементов продуктивности колоса. Формирование колоса, его озернённость у сортов и гибридов определяется как их наследственностью, так и условиями внешней среды (Цильке, 1977; 1996; Андреева, 2002).

Вклад изменчивости, вызванный экологическими условиями, составил в 2006 г. - 21, а в 2007 г. - 59 %, тогда как генотипическая изменчивость составила, соответственно по годам, 22 и 11 % от общего фенотипического варьирования признака. В то же время изменчивость, вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. - 6, а в 2007 г. - 9 % от общей изменчивости.

По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, в оба года исследований, доля изменчивости, вызванная экологическими условиями (фактор А) составила 38,0, генотипическими различиями (фактор С) - 10,3 и взаимодействиями экология х генотипы (АхС) - 4,7, годы х генотипы (ВхС) - 4,0 %.

По результатам оценки гибридов первого поколения в степных условиях среди родителей наиболее высокой ОКС характеризовался казахстанский сорт Целинная 24 и сибирский сорт Баганская 95, а в условиях лесостепи наиболее высокой ОКС по числу зёрен колоса характеризовался сорт Целинная 24 и линия Сибирская 151.

Число зёрен в колосе колебалось в зависимости от года исследования и места проведения опыта, при этом среднее значение за два года, как по родителям, так и по гибридам в условиях лесостепи Западной Сибири было больше, чем в степи Северного Казахстана. Вместе с тем следует обратить внимание на то, что в условиях степи гибриды F1, а в лесостепи гибриды F1 и F2 формировали больше зёрен в колосе, чем родительские формы.

Характер наследования числа зёрен колоса зависел от генотипа, родительских форм, места и года проведения исследования. В целом характер наследования изменялся от сверхдоминирования до депрессии, при этом в условиях степи в 2006 г. большая часть гибридов проявила депрессию, тогда как в 2007 г. - сверхдоминирование и частичное доминирование родителя с меньшей выраженностью признака. В условиях лесостепи в 2006 г. большая часть гибридов проявила частичное доминирование родителя с большей выраженностью признака, а в 2007 г. у большей части гибридов F1 проявилось сверхдоминирование.

Таблица 1. Результаты двухфакторного дисперсионного анализа по элементам продуктивности колоса и растения

Источник варьирования	2006 г.	2007 г.
	Степень свободы (df)	Средний квадрат (ms)	Критерий Фишера (F)	Доля влияния фактора, %	Степень свободы (df)	Средний квадрат (ms)	Критерий Фишера (F)	Доля влияния фактора, %

Масса зерна колоса

Фактор А (экологические точки)	1	10,286	281,11*	36	1	0,033	1,7506	1
Фактор В (генотипы)	48	0,129	3,53*	21	48	0,074	3,9426*	29
Взаимодействие А х В	48	0,036	0,99	6	48	0,067	3,5830*	26
Случайное отклонение	294	0,037	-	37	294	0,019	-	44

Масса 1000 зёрен

Фактор А (экологические точки)	1	2454,50	335,39*	35	1	11364,9	2495,9*	79
Фактор В (генотипы)	48	38,466	5,26*	26	48	26,187	5,7509*	9
Взаимодействие А х В	48	10,891	1,49	8	48	8,701	1,9109*	3
Случайное отклонение	294	7,318	-	31	294	4,554	-	9

Масса зерна растения

Фактор А (экологические точки)	1	3313,73	1185,5*	72	1	525,29	593,49*	47
Фактор В (генотипы)	48	6,39	2,28*	6	48	5,04	5,69*	21
Взаимодействие А х В	48	3,74	1,34	4	48	2,01	2,28*	9
Случайное отклонение	294	2,79	-	18	294	0,89	-	23

*Р < 0,05

Масса зерна колоса - относится к числу важнейших хозяйственно-ценных признаков. Значимость принципа отбора по продуктивности главного колоса возросла в связи с развитием селекции высокоурожайных одностебельных сортов пшеницы (Шмальц, 1973; Дорофеев и др., 1976; Гуляев, Гужов, 1978).

По результатам двухфакторного дисперсионного анализа (таблица 1), доля изменчивости, вызванная экологическими условиями составила в 2006 г. - 36, а в 2007 г. всего лишь 1 %, тогда как генотипическая изменчивость составила, соответственно по годам, 21 и 29 % от общего фенотипического варьирования признака, изменчивость вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. - 6, а в 2007 г. - 26 % от общей изменчивости.

мягкий яровой пшеница гибридный

Таблица 2. Масса зерна колоса родителей и гибридов F1 и F2 (г), степь, 2006-2007 гг.

Материнские формы +	Р	Отцовские формы (тестеры) >	по гибридам
		Сибирская 123	Сибирская 151	Баганская 95	Сибирская 155
		F1	F2	F1	F2	F1	F2	F1	F2	F1	F2
Целинная 24	0,86	1,04	1,13	1,04	1,12	1,08	1,25	1,07	1,05	1,06	1,14
Целинная 3С	0,90	1,06	1,03	1,06	1,18	1,36	1,27	0,98	1,07	1,12	1,14
Целин. юбил.	0,96	1,03	1,15	1,05	1,20	1,13	1,08	1,09	1,18	1,08	1,15
Акмола 2	1,47	1,01	1,14	1,03	1,21	1,19	1,26	1,02	1,13	1,06	1,19
Астана	0,83	1,01	1,04	1,03	0,96	1,02	1,09	0,93	0,97	0,99	1,01
Сибирская123	1,01	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Сибирская151	1,15	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Баганская 95	1,27	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Сибирская155	1,20	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	1,07	1,03	1,09	1,04	1,14	1,16	1,18	1,02	1,08	1,06	1,12

НСР при Р < 0,05 =0,09 г.

Данные таблицы 2 показывают, что масса зерна колоса в степных условиях у родительских форм варьировала от 0,83 (Астана) до 1,47 (Акмола 2), у гибридов первого поколения от 0,93 (Астана х Сибирская 155) до 1,36 (Целинная 3С х Баганская 95) и у гибридов второго поколения от 0,96 (Астана х Сибирская 151) до 1,27 (Целинная 3С х Баганская 95).

По результатам оценки гибридов первого поколения наиболее высокой ОКС характеризовались сорта Целинная 3С и Баганская 95.

В таблице 3 представлены средние данные по продуктивности колоса родителей и их гибридов, испытанных в условиях лесостепи Западной Сибири, которые показали, что у родителей масса зерна колоса варьировала от 1,01 (Целинная 3С; Целинная юбилейная) до 1,21 (Баганская 95), у гибридов первого поколения от 1,12 (Целинная юбилейная х Сибирская 155) до 1,45 (Астана х Баганская 95) и у гибридов второго поколения от 1,13 (Целинная юбилейная х Баганская 95) до 1,45 (Целинная 24 х Сибирская 151). Среди родительских форм наиболее высокой ОКС по продуктивности колоса характеризовались сорта Астана, Акмола 2, Баганская 95 и линия Сибирская 151.

Таблица 3. Масса зерна колоса родителей и гибридов F1 и F2 (г), лесостепь, 2006-2007 гг.

Материнские формы +	Р	Отцовские формы (тестеры) >	по гибридам
		Сибирская 123	Сибирская 151	Баганская 95	Сибирская 155
		F1	F2	F1	F2	F1	F2	F1	F2	F1	F2
Целинная 24	1,12	1,33	1,25	1,33	1,45	1,26	1,31	1,25	1,25	1,29	1,32
Целинная 3С	1,01	1,35	1,26	1,28	1,27	1,31	1,37	1,19	1,19	1,28	1,27
Целин. юбил.	1,01	1,14	1,19	1,34	1,25	1,27	1,13	1,12	1,23	1,22	1,20
Акмола 2	1,08	1,30	1,43	1,33	1,34	1,32	1,34	1,30	1,26	1,31	1,34
Астана	1,06	1,34	1,34	1,34	1,29	1,45	1,36	1,27	1,16	1,35	1,29
Сибирская123	1,14	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Сибирская151	1,14	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Баганская 95	1,21	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Сибирская155	1,04	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	1,09	1,29	1,29	1,32	1,32	1,32	1,31	1,23	1,22	1,29	1,28

НСР при Р < 0,05 =0,14 г.

Таблица 4. Распределение гибридов F1 по характеру наследования массы зерна колоса в разных экологических условиях, 2006-2007 гг.

Характер наследования	2006 г.	2007 г.
	Степь	Лесостепь	Степь	Лесостепь
	n	%	n	%	n	%	n	%
Сверхдоминирование	2	10	13	65	5	25	17	85
Полное доминирование родителя с большей выраженностью признака	1	5	-	-	-	-	1	5
Неполное доминирование родителя с большей выраженностью признака	2	10	2	10	-	-	2	10
Частичное доминирование родителя с большей выраженностью признака	3	15	4	20	6	30	-	-
Промежуточное наследование, отсутствие доминирования	1	5	-	-	-	-	-	-
Частичное доминирование родителя с меньшей выраженностью признака	6	30	-	-	3	15	-	-
Неполное доминирование родителя с меньшей выраженностью признака	1	5	-	-	3	15	-	-
Депрессия	4	20	1	5	3	15	-	-
Всего	20	100	20	100	20	100	20	100

Характер наследования массы зерна колоса зависел от генотипа родительских форм, места и года проведения исследования. В целом распределение гибридов по характеру наследования выглядело следующим образом (таблица 4). В 2006 г. у 65 % гибридов, испытанных в лесостепи, проявилось сверхдоминирование, тогда как в степи сверхдоминирование характеризовалось лишь у 10 % гибридов. Неполное доминирование родителя с большей выраженностью признака, как в условиях степи, так и в лесостепи проявилось у двух гибридов. Частичное доминирование родителя с большей выраженностью признака проявилось в степи у 15, а в лесостепи у 20 % гибридов.

В 2007 г. сверхдоминирование в условиях лесостепи проявилось у 85, тогда как в степи у 25 %. Один гибрид в условиях лесостепи характеризовался полным доминированием и два гибрида неполным доминированием родителя с большей выраженностью признака. В степи 30 % гибридов характеризовались частичным доминированием родителя с большей выраженностью признака.

На рисунке 1 показано, что в 2006 г. родители и гибриды формировали более продуктивный колос в лесостепи Сибири, чем в степных условиях Казахстана, тогда как в 2007 г. эти различия не были столь значительными.

В целом по опыту в условиях степи Северного Казахстана достоверный гетерозисный эффект по массе зерна колоса в 2006 г. был отмечен у одной гибридной комбинации Целинная 3С х Баганская 95 (53%), а в 2007 г. у четырёх гибридных комбинаций из пяти с участием линии Сибирская 123, гетерозисный эффект варьировал от 8 (Целинная 3С х Сибирская 123) до 14 % (Астана х Сибирская 123). В лесостепи Западной Сибири в 2006 г. гетерозисный эффект наблюдался у двенадцати комбинаций и варьировал от 5 (Целинная 3С х Сибирская 123; Акмола 2 х Сибирская 155) до 24 % (Астана х Сибирская 151), тогда как в 2007 г. у 18 (90 %) гибридов первого поколения проявился гетерозисный эффект, который варьировал от 5 (Целинная 3С х Сибирская 151; Астана х Сибирская 151) до 44 % (Акмола 2 х Сибирская 155).



Рисунок 1. Масса зерна колоса у родителей и гибридовF1 и F2, г.

Масса 1000 зёрен. Потенциальная и реальная урожайность сортов зависит не только от числа продуктивных стеблей, но и от структуры колоса и его озернённости, а также от массы 1000 зёрен (Куперман и др., 1982).

При этом вклад изменчивости, вызванный экологическими условиями, составил в 2006 г. - 35, а в 2007 г. - 79 %, тогда как доля генотипической изменчивости составила, соответственно по годам, 26 и 9 % от общего фенотипического варьирования признака. В то же время изменчивость, вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. - 8, а в 2007 г. - всего 3 % от общей изменчивости (таблица 1).

По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа в оба года исследований, доля изменчивости, вызванная экологией (фактор А) составила 7, метеорологическими факторами (фактор В) - 10,2, генотипическими различиями (фактор С) - 9,8 и взаимодействие экология х годы (АхВ) - 51,2 %.

По результатам оценки гибридов первого поколения в степных условиях среди родителей наиболее высокой ОКС по массе 1000 зёрен характеризуются сорта Акмола 2 и Баганская 95, а в лесостепных условиях наиболее высокой ОКС характеризуется сорт Акмола 2 и линия Сибирская 123. Масса 1000 зёрен не значительно варьировала в зависимости от года и экологической точки, что свидетельствует об относительной стабильности этого признака.

Характер наследования изменялся от сверхдоминирования до депрессии. В 2006 и в 2007 гг., как в степи (55; 75), так и в лесостепи (80; 90%, соответственно по годам) большая часть гибридов проявила сверхдоминирование, депрессия наблюдалась только в условиях степи у одного гибрида в 2006 г.

Масса зерна растения. Масса зерна растения как показатель продуктивности отражает конечный результат развития. Уровень продуктивности зависит от генотипа и многочисленных факторов внешней среды, которые взаимодействуют между собой и генетическими системами, контролирующими последовательность этапов формирования признаков в процессе онтогенеза (Цильке, 1983; Кондратьева, 2002; Андреева, Анохин, 2004 б).

Наибольший вклад в изменчивость рассматриваемого признака, вносят экологические условиями, которые составили в 2006 г. - 72, а в 2007 г. - 47 %, что говорит о сильной зависимости признака от условий складывающихся во время вегетации растений. При этом доля генотипической изменчивости составила, соответственно по годам, 6 и 21 % от общего фенотипического варьирования признака. А изменчивость, вызванная взаимодействием двух факторов (экология х генотипы), составила в 2006 г. - 4, а в 2007 г. - 9 % (таблица 1).

По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа доля изменчивости, обусловленная экологическими условиями (фактор А) составила 10, генотипическими различиями (фактор С) - 7,5, и наибольший вклад в изменчивость внесло взаимодействие экология х годы (АхВ) - 53,9 %.

По результатам оценки гибридов первого поколения в степных условиях среди родителей наиболее высокой ОКС по продуктивности растения характеризовался казахстанский сорт Целинная юбилейная, а в условиях лесостепи - сорт Астана и линия Сибирская 123.

В 2006 году (рис. 2) родители и гибриды в лесостепи Сибири формировали значительно более продуктивные растения, тогда как в 2007 г. более высокая продуктивность наблюдалась в степных условиях Казахстана, что и сказалось на усреднённых за два года результатах.

Рисунок 2. Масса зерна растения у родителей и гибридов F1 и F2, г.

В целом характер распределения гибридов по типу наследования выглядел следующим образом (таблица 5). В 2006 году в условиях степи у 3 гибридов наблюдалась депрессия, в лесостепи она не проявилась. Сверхдоминирование проявилось в степи у десяти, в лесостепи у семнадцати гибридов. Неполное и частичное доминирование родителя с большей выраженностью признака отмечено в степи у двух и пяти, а в лесостепи по одному гибриду, соответственно.

Таблица 5. Распределение гибридов F1 по характеру наследования массы зерна растения в разных экологических условиях, 2006-2007 гг.

Характер наследования	2006 г.	2007 г.
	Степь	Лесостепь	Степь	Лесостепь
	n	%	n	%	n	%	n	%
Сверхдоминирование	10	50	17	85	12	60	18	90
Полное доминирование родителя с большей выраженностью признака	-	-	-	-	1	5	-	-
Неполное доминирование родителя с большей выраженностью признака	-	-	1	5	2	10	-	-
Частичное доминирование родителя с меньшей выраженностью признака	2	10	1	5	1	5	-	-
Неполное доминирование родителя с меньшей выраженностью признака	5	25	1	5	2	10	-	-
Полное доминирование родителя с меньшей выраженностью признака	-	-	-	-	-	-	2	10
Депрессия	3	15	-	-	2	10	-	-
Всего	20	100	20	100	20	100	20	100

В 2007 г., как в степи (60 %), так и в лесостепи (90 %) наибольшее количество гибридов проявило сверхдоминирование. Депрессия наблюдалась только у двух гибридов в степи.

Гетерозисный эффект по рассматриваемому признаку проявился в различных комбинациях в зависимости от климатической зоны, от года исследований. Так в засушливых условиях в 2006 г., у шести гибридных комбинаций F1, гетерозисный эффект варьировал от 9 (Целинная 24 х Баганская 95) до 32 % (Целинная 3С х Сибирская 123; Целинная юбилейная х Сибирская 151). В 2007 г. этот эффект проявился у одиннадцати гибридных комбинаций и варьировал от 6 (Акмола 2 х Сибирская 123; Астана х Сибирская 151) до 27 % (Целинная 24 х Сибирская 123; Астана х Сибирская 123).

В 2006 году в условиях лесостепи гетерозисный эффект наблюдался у четырнадцати гибридов, и варьировал от 5 (Акмола 2 х Сибирская 151) до 43 % (Астана х Сибирская 123), тогда как в 2007 году у 18 (90 %) гибридов F1 проявился гетерозисный эффект, который варьировал от 19 (Целинная 3С х Баганская 95; Целинная 3С х Сибирская 155; Целинная юбилейная х Баганская 95) до 81 % (Астана х Сибирская 123).

оценка нового гибридного материала в селекционных питомниках

Полученный гибридный материал оценивался в селекционном процессе лаборатории генетики СибНИИРС, расположенной в лесостепи Приобья. Данные по урожайности в лесостепи получены только по гибридному питомнику (ГП) за 2007 г. Так же оценивали гибридные популяции, из которых отбирали элитные колосья для селекционного питомника первого года (СП - 1). В СП - 1 отобранные рекомбинанты изучали в 2006 и 2007 гг. В селекционном питомнике второго года (СП-2) изучали рекомбинанты, отобранные из СП-1, в 2007 г.

В гибридном питомнике оценивали в 2007 г. все 20 гибридных популяций. Масса зерна с одного м2 у гибридных популяций в 2007 г. варьировала от 168 до 400 г/м2, у стандарта, сорта Сибирская 12, составила 383 г/м2. Таким образом, у F2 - 5 % гибридных комбинаций характеризовались большей урожайностью зерна, чем стандарт. Наиболее высокой продуктивностью отличилась гибридная комбинация: Астана х Сибирская 155 (400 г/м2). Из F3 и F4 ни одна комбинация не превысила существенно по урожайности сорт Сибирская 12.

По урожайности гибридные комбинации Целинная юбилейная х Сибирская 151 (353) и Целинная юбилейная х Сибирская 155 (357 г/м2) по урожайности были на уровне стандарта Сибирская 12.

В селекционном питомнике первого года (СП-1) в 2006 г. оценивали 26 рекомбинантов, а в 2007 г. - 38 рекомбинантов, отобранных из F3. Масса зерна с м2 варьировала в 2006 г. от 240 (Целинная юбилейная х Сибирская 155) до 706 (Целинная юбилейная х Сибирская 123), а в 2007 г. от 124 (Астана х Сибирская 151) до 625 г/м2 (Астана х Сибирская 123). Сорт Сибирская 12 в 2006 и в 2007 гг. относился к классу со средним значением массы зерна 397 и 480 г/м2, соответственно по годам. В этом питомнике в 2006 г. 20 % рекомбинантов характеризовались более высокой продуктивностью, чем Сибирская 12, тогда как в 2007 г. большей продуктивностью характеризовались 18 % рекомбинантов.

В селекционном питомнике второго года (СП-2) в 2007 г. оценивали 21 рекомбинант. Урожайность, стандартного сорта Сибирская 12, составила 336 г/м2 или 3,4 т/га .

Урожайность зерна варьировала в зависимости от генотипа оцениваемых рекомбинантов. Так в 2007 г. минимальная урожайность составила 2,1 (Целинная 24 х Сибирская 151), а максимальная 4,6 т/га (Целинная юбилейная х Сибирская 123). Таким образом, 24 % рекомбинантов характеризовались более высокой урожайностью зерна, чем сорт Сибирская 12.

ВЫВОДЫ

В результате испытания 9 родительских форм и 20 топкроссных гибридов (F1 и F2) мягкой яровой пшеницы в двух разных экологических зонах, в Западной Сибири и в Северном Казахстане, установлено, что:

1. По продолжительности периода всходы-колошение трёхфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании признака доля изменчивости, вызванная экологическими условиями составила 7,6, метеорологическими факторами (годы) - 74,4, генотипическими различиями - 0,9, а взаимодействие факторов экология х годы - 16 %. Продолжительность этого периода варьировала в 2006 г. в степных условиях от 45,9 (Целинная 24) до 50,0 (Сибирская 123), в лесостепных условиях от 43,0 (Целинная 3С) до 46,6 (Сибирская 155), а в 2007 году, соответственно, в степи от 54,7 (Целинная 24) до 57,3 (Сибирская 155), в лесостепи от 66,1 (Целинная 24) до 69,3 дней (Баганская 95). Высокой общей комбинационной способностью (ОКС) по сокращению вегетационного периода характеризуются в условиях степи Северного Казахстана сорта Целинная 24, Баганская 95, а в условиях лесостепи Западной Сибири - сорт Целинная 3С и линия Сибирская 123.

2. По длине стебля двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании в 2006 г. доля генотипической изменчивости составила 2, а в 2007 г. 21, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 88 и 39, а взаимодействие экология х генотипы 1 и 13 %, соответственно. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, доля экологической изменчивости составила 17,7, доля изменчивости, вызванная метеорологическими факторами в разные годы - 2,3, генотипическими различиями - 4,2, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 60,1, экология х генотипы - 1,8%. По сокращению длины стебля характеризуются в условиях степи сорт Целинная 3С, линия Сибирская 151, а в условиях лесостепи - сорт Целинная юбилейная и линия Сибирская 155.

3. По длине верхнего междоузлия двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании признака доля генотипической изменчивости составила в 2006 г. - 11, в 2007 г. - 21, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 15 и 43, а взаимодействие экология х генотипы 10 и 11%, соответственно. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, доля экологической изменчивости составила 7, доля, вызванная метеорологическими факторами (годы) - 2,4, генотипическими различиями - 9,5, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 57,1, экология х генотипы - 2,5 %. Высокой ОКС по длине верхнего междоузлия характеризуются в условиях степи сорт Акмола 2 и линия Сибирская 155 , а в условиях лесостепи сорт Астана и линия Сибирская151.

4. По длине колоса двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании в 2006 г., доля генотипической изменчивости составила 27, а в 2007 г. - 19, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 28 и 60, а взаимодействие экология х генотипы - 7 и 5%, соответственно. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, доля экологической изменчивости составила 36,2, доля, вызванная метеорологическими факторами (годы) - 17,2, генотипическими различиями - 15,3, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 2, экология х генотипы - 3,4 %. Высокой ОКС по длине колоса характеризуются в условиях степи сорта Акмола 2 и Баганская 95, а в лесостепи - сорт Целинная 3С и линия Сибирская 123.

5. По числу зёрен в колосе двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании признака в 2006 г. доля генотипической изменчивости составила 22, а в 2007 г. - 11, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 21 и 59, а взаимодействие экология х генотипы 6 и 9%, соответственно. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, доля экологической изменчивости составила 38, доля вызванная метеорологическими факторами (годы) - 3,4, генотипическими различиями - 10,3, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 6, экология х генотипы - 4,7 %. Высокой ОКС по озернённости колоса характеризуются в условиях степи сорта Целинная 24 и Баганская 95, а в условиях лесостепи - Целинная 24 и линия Сибирская 151.

6. По продуктивности колоса двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании доля генотипической изменчивости в 2006 г. составила 21, в 2007 г. - 29, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 36 и 1, а взаимодействие экология х генотипы 6 и 26 %, соответственно. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, доля экологической изменчивости составила 13,9, доля вызванная метеорологическими факторами (годы) - 2,2, генотипическими различиями - 15,8, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 10,8, экология х генотипы - 7,3 %. Высокой ОКС по увеличению продуктивности колоса характеризуются в условиях степи сорта Целинная 3С и Баганская 95, а в лесостепи Астана, Баганская 95 и линия Сибирская 151. В условиях лесостепи гибриды и их родители формировали более продуктивный колос, чем в степи.

7. По массе 1000 зёрен двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании в 2006 г. доля генотипической изменчивости составила 26, а в 2007 г. - 9, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 35 и 79, а взаимодействие экология х генотипы 8 и 3%, соответственно. По результатам трёхфакторного анализа, доля экологической изменчивости составила 7, доля вызванная метеорологическими факторами (годы) - 10,2, генотипическими различиями - 9,8, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 51,2, экология х генотипы - 1,6 %. Высокой ОКС по крупности зерна характеризуется в степных и лесостепных условиях сорт Акмола 2. В целом в степных условиях Северного Казахстана гибриды и их родители формировали более крупное зерно, чем в лесостепных условиях Западной Сибири.

8. По продуктивности растения двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в общем фенотипическом варьировании доля генотипической изменчивости в 2006 г. составила 6, в 2007 г. - 21, доля изменчивости, вызванная условиями вегетации в разных экологических зонах 72 и 47, а взаимодействие экология х генотипы 4 и 9 %, соответственно. По результатам трёхфакторного дисперсионного анализа, доля экологической изменчивости составила 10, доля вызванная метеорологическими факторами (годы) - 4,4, генотипическими различиями - 7,5, а изменчивость, вызванная взаимодействием экология х годы - 53,9, экология х генотипы - 2,6 %. Высокой ОКС в степи характеризовался сорт Целинная юбилейная, а в лесостепи сорт Астана и линия Сибирская 123.

9. Характер наследования признаков варьировал в зависимости от гибридной комбинации, условий вегетации (годы) и экологической зоны. По продуктивности колоса сверхдоминирование проявилось в 2006 г. в условиях степи у 10, в лесостепи 65, а в 2007 г. у 25 и 85 %, по массе 1000 зёрен у 55 и 80, и у 75 и 90 %, по продуктивности растения в 2006 г. у 50 и 85, и в 2007 г. у 60 и 90% гибридов, соответственно по агроклиматическим зонам. По остальным гибридам проявилось в разной степени доминирование родителя, как с большей, так и с меньшей выраженностью признака, у части гибридов проявилась депрессия.

10. Относительно высокий гетерозисный эффект у эколого-отдалённых гибридов по продуктивности колоса в условиях степи наблюдался в 2006 г. у гибридной комбинации Целинная 3С х Баганская 95 (53 %), а в лесостепи в 2006 г. у комбинаций Астана х Сибирская 151 (24 %) и Целинная 24 х Сибирская 151 (22%), в 2007 г.: в степи у комбинации Астана х Сибирская 123 (14 %), а в лесостепи у гибридных комбинаций Акмола 2 х Сибирская 155 (44 %) и Астана х Баганская 95 (40 %). По продуктивности растения гетерозисный эффект в условиях степи наблюдался в 2006 г. у комбинаций Целинная 3С х Сибирская 123 (32 %) и Целинная юбилейная х Сибирская 151 (32 %), в 2007 г. - Целинная 24 х Сибирская 123 (27 %) и Астана х Сибирская 123 (27 %), в лесостепи в 2006 г. у гибридных комбинаций Астана х Сибирская 123 (43 %) и Целинная 24 х Сибирская 123 (40 %), в 2007 г. - Астана х Сибирская 123 (81 %).

11. Использование отобранных рекомбинантов (F3 - F4) в селекционных программах показало, что гибридный материал характеризуется высоким генетическим потенциалом по продуктивности колоса и растения, поэтому полученный материал рекомендуется включить в гибридизацию с целью создания новых сортов приспособленных к возделыванию в двух разных агроклиматических зонах, в степи Северного Казахстана и в лесостепи Западной Сибири.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ

1. Новый селекционный материал, который получен при скрещивании эколого-отдаленных сортов и линий, сочетающий в себе наиболее важные хозяйственно ценные признаки, рекомендуется использовать для создания высокопродуктивных сортов мягкой яровой пшеницы с различной продолжительностью вегетационного периода для двух разных агроэкологических зон.

2. Полученные данные о характере изменчивости и наследования селекционно-ценных признаков в двух экологических зонах позволяют совершенствовать принципы подбора родительских компонентов для гибридизации и в целом повысить эффективность селекционных процессов в Западной Сибири и Северном Казахстане.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Москаленко В. М. Сравнительное изучение казахстанских и сибирских сортов мягкой яровой пшеницы в условиях Западной Сибири и Северного Казахстана / В. М. Москаленко, Р. А. Цильке // Вестник НГАУ. - 2006. - №4. С. 39-45.

2. Москаленко В. М. Сравнительная оценка казахстанских и сибирских сортов мягкой яровой пшеницы по числу зёрен в колосе / В. М. Москаленко, Р. А. Цильке // Вестник НГАУ. - 2006. - №5. - С. 19-23.

3. Москаленко В. М. Экологический эффект в изменчивости и характере наследования озернённости колоса мягкой яровой пшеницы / В. М. Москаленко // Вестник НГАУ. - 2006. - №5. - С. 27-31.

4. Москаленко В. М. Изменчивость и наследование массы зерна колоса и растения у эколого-отдалённых гибридов мягкой яровой пшеницы в условиях Западной Сибири и Северного Казахстана / В. М. Москаленко // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2007. - № 6. - С. 111-113.

5. Москаленко В. М. Экологический эффект в изменчивости и характере наследования продуктивности колоса мягкой яровой пшеницы / В. М. Москаленко, Р. А. Цильке // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2007. - №7. - С. 33-39.

6. Москаленко В. М. Экологический эффект в изменчивости и характере наследования массы зерна растения мягкой яровой пшеницы / В. М. Москаленко, Р. А. Цильке // Современные тенденции развития АПК в России: Сборник материалов V Международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа (26-30 марта 2007 г.). - Красноярск, 2007. - С. 179-184.

7. Москаленко В. М. Экологический эффект в изменчивости и характере наследования массы 1000 зёрен мягкой яровой пшеницы / В. М. Москаленко // Реализация идей Н. И. Вавилова на современном этапе развития генетики, селекции и семеноводства с/х культур: докл. и сообщ. X генетико-селекц. шк. (9-13 апреля 2007 г.) - мсх. НГАУ.- Новосибирск, 2007. - С. 223-228.

8. Москаленко В. М. Сравнительная оценка казахстанских и сибирских сортов мягкой яровой пшеницы по массе 1000 зёрен / В. М. Москаленко, Р. А. Цильке // Вестник науки КазГАУ им. С. Сейфуллина. - 2007. - №1. - С. 30-36.

9. Москаленко В. М. Экологический эффект в изменчивости и характере наследования числа колосков в колосе мягкой яровой пшеницы / В. М. Москаленко // Вестник науки КазАУ им. С. Сейфуллина. - 2007. - №4. - С. 20-25.

Размещено на Allbest.ru

...