Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Селекция масличных капустных на комплекс признаков

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Бочкарева, Эмма Борисовна, Краснодар

41'Ой. -6/86

peceMSh . - ■ ^ 1Д—ш11 ■ 11 ■ i i

МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР им. B.C. ПУСТОВОИТА^

х>ниеот"££" JtC\

удил ученую степень ДОКТОРА

• Хуалм наук

чальник управления ВАК России

Бочка рева Эмма Борисовна

Селекция масличных капустных на комплекс признаков

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Краснодар - 2002

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Беспалова Л.А.

РОССИЙСКАЯ р©СУ<йД 3С73£ННАЯ

доктор сельскохозяйственных наук Котляров В.В.

доктор сельскохозяйственных наук Горбаченко Ф.И.

10622-0-

Ведущая организация

Ставропольский нayчнo-иccлeдoвaíeльcкий институт сельского хозяйства

Защита состоится «21» марта 2002 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.03 в Кубанском государственном аграрном университете по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного аграрного университета

Диссертация в виде научного доклада разослана « 9 » у л ' '' 2002 г.

« / »

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат с.-х. наук, доцент .- ¡г 'ы(> Ефремов А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рапс - одна го древних культур, занимающая лидирующее положение: в мировом производстве пищевого растительного масла и высокобелкового корма дня животных. За последние 12. лет посевные площади рапса в мире возросли,.» три раза, производство семян достигло 26,5 млн.т в год, средняя урожайность составила 1,28 т/га.

В семенах рапса накапливается от 42 до 48% масла, обладающего высокими пищевыми достоинствами. При переработке семян низкоглюкозинолатных сортов рапса на масло остается шрот (жмых), который содержит 30-40% белка, хорошо сбалансированного по аминокислотному составу.

В России в основном выращивается яровой рапс, так как климатические условия, благоприятные для возделывания озимой формы, имеются только на Северном Кавказе и в Калининградской области. В ряде регионов России с небольшой суммой положительных температур перспективной культурой является яровая сурепица. Рапс и сурепица пока не заняли в производстве России подобающего им места. Площади посева за последние 10 лет колебались в пределах 113-366 тыс. га, а урожайность -0,74-1,07 т/га. '

Важным фактором обеспечения роста посевных площадей и урожаев этих ценных культур должно быть выведение высокопродуктивных сортов с высоким качеством масла и шрота, зимостойких и экологически пластичных .

Предлагаемая диссертационная работа посвящена разработке и усовершенст-. вованию методов селекции и семеноводства рапса и сурепицы, а также выведению новых сортов, обладающих комплексом хозяйственно полезных признаков.

Исследования проводили в соответствии с заданиями государственных и ведомственных программ 0.51.175 (государственная регистрация №78049055), 0.СХ.65 (№01.82.1017664 и №01.822017661) и 0.51.15 (№01.88.0015397 и №01.88.0015401).

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - решить теоретические и практические вопросы создания новых сортов озимых и яровых рапса и сурепицы (тип «00» и «000»), сочетающих высокое качество масла и шрота с другими хозяйственно ценными признаками. В задачи исследований входило: - изучить морозостойкость озимых форм рапса и сурепицы и разработать методы оценки на этот признак;

создать исходный материал на широкой генетической основе для селекции рапса и сурепицы на качество масла и шрота;

усовершенствовать методику селекции рапса и сурепицы на качество масла и шрота;

оценить значение инбридинга в селекции рапса и сурепицы; выявить возможности создания желтосемянных форм рапса и сурепицы; вывести новые сорта безэруковых рапса и сурепицы (тип «0»), в сочетании с низ-ч&м содержанием глюкозинолатов (тип «00») и желтой окраской семян (тип #0»):

; ¿»работать научно-обоснованные приемы улучшающего первичного семеновод; сортов рапса и сурепицы типов «0», «00», «000».

Р

Научная новизна исследований. (Установлены оптимальные условия закаливания растений и проростков семян озимых рапса и сурепицы в камерах искусственного климата, используемых как фон отбора селекционных образцов на морозостойкость. Изучены особенности дифференциации конуса нарастания в условиях осенне-зимнего периода и некоторых обменных процессов, происходящих в тканях растений в период закаливания. Проведена сравнительная оценка методов определения морозостойкости растений и разработаны их модификации применительно к объектам. Разработаны новая схема и методика интенсивной селекции на морозостойкость. Изучены изменчивость признаков масличности, содержания жирных кислот, глюко-зияояатов и закономерности их наследования. Усовершенствована методика создания нового исходного материала для селекции рапса и сурепицы на качество масла и шрота. Выявлено, что инбредная депрессия у рапса проявляется в незначительной степени. Установлена эффективность метода самоопыления в селекции высокопродуктивных линейных сортов, а также на жирнокислотный состав масла у рапса. На основе использования методов мутагенеза и межвидовой гибридизации создан оригинальный исходный материал для селекции сортов желтосемянного ярового рапса (тип «ООО»),

Созданы первые отечественные сорта ярового рапса типов «О» и «00» (Кубанский, Эввин, Шпат, Ярвэлон, Галанг, ВНИИМК 214, Крис, Юбилейный, Caviar); яровой сурепицы - типов «О» и «ООО» (Эввиса, Восточная, Янтарная, Золотистая, Искра); озимого рапса типов «0» и «00» (ВЭМ, Проминь, Отрадненский, Оникс, Дракон, Метеор) и озимой сурепицы типов «0» и «000» (ВНИИМК 213, Злата) Научная новизна подтверждена 22-я авторскими свидетельствами на выведенные сорта масличных капустных культур.

Усовершенствованы схема и приемы улучшающего семеноводства сортов рапса и сурепицы с высоким качеством масла и шрота.

• Практ ическая ценность и реализация результатов исследований:

- разработан режим закаливания растений для определения морозостойкости озимых рапса и сурепицы, модифицирован ряд методов определения морозостойкости растений и предложены новая схема и методика интенсивной селекции на морозостойкость;

- на основе ряда теоретических разработок (изучение изменчивости наиболее важных признаков, закономерностей их наследования, влияния самоопыления на урожайность и другие хозяйственные признаки) усовершенствована методика создания исходного материала для селекции сортов рапса и сурепицы типов «0», «00», «000»; ....... ....

- созданы 23 сорта, в том числе: рапса озимого - 6; рапса ярового - 9; сурепицы яровой - 5, сурепицы озимой - 2; горчицы озимой - 1. В Государственный реестр включен 21 сорт, проходят госсортоиспытания - 2, с 2000 года переданы на ГСЙ сорта Метеор (озимый рапс «00») и Злата (озимая сурепица «000»);

- усовершенствованы приемы первичного семеноводства сортов типов «0», «00», «000» обеспечивают не только сохранение породных свойств сортов, но и улучшение их по качеству масла и шрота.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Зимостойкость озимых форм рапса и сурепицы обусловлена обменными процессами, происходящими в тканях растений в период осеннего закаливания. Комплексное использование методов оценки селекционного материала на морозостойкость позволило создать сорта ралса и сурепицы с повышенной зимостойкостью.

2. Эффективные методы создания исходного материала дам селекции рапса и сурепицы на качество масла и шрота.

3: Методы мутагенеза и межвидовой гибридизации обеспечивают создание принципиально нового исходного материала для селекции желтосемянного рапса («ООО»),

4. Усовершенствованные схема и приемы улучшающего семеноводства сортов рапса и сурепицы с высоким качеством масла и шрота позволяют не только сохранять породные качества, но и улучшить их по основным полезным признакам.

5. Созданы первые отечественные сорта озимых и яровых рапса и сурепицы типов <<0», «00», «ООО», из которых 21 районирован и 2 находятся в государственном сортоиспытании.

Структура работы. Диссертация изложена в форме научного доклада, состоит из 7 разделов, включающих 31 таблицу и 9 рисунков, выводов и рекомендаций для селекции и производства, списка опубликованных работ.

Апробация работы и публикация результатов исследований.

Результаты исследований докладывались на Международных конгрессах, семинарах (1986, 1990 - Познань, 1991 - Саскатуну 1995 - Кембридж, 1997 - Геттенген, 2000 - Хунанский сельскохозяйственный университет, Китай), на Всесоюзных и Всероссийских научно-производственных конференциях (1981 - Киев, Ленинград; 1998, 1999 - Москва; 1999 - Москва - Пущино, 2000 - Краснодар), Координационных совещаниях (1983 - Краснодар; 1985 - Ташкент; 1995, 2000 - Липецк), республиканских, краевых и областных семинарах (1983 - Липецк; 1986 ^Ивано-Франковск; 1999 '- Казань, Ставрополь; 2000 - Краснодар, Ставрополь), семинарах ВДНХ (1983 - 1990

- Москва), ежегодных отчетно-плановых сессиях Ученого совета ВНИИМК.

По материалам диссертации опубликовано 95 научных работ общим объемом 34,8 печатных листов, в том числе: 22 авторских свидетельства и 2 патента, 3 методических указания по селекции и семеноводству рапса и сурепицы (1982, 1984, 1995), 5 рекомендаций по возделыванию озимой горчины (1989), ярового рапса и сурепицы (1985, 1986), озимого рапса и сурепицы (1986, 1994). .

Условия, исходный материал и методика проведения исследований. Исследования проведены в 1971-2000 гг. во ВНИИ масличных культур (г. Краснодар), им. B.C. Пустовойта. Почвы опытных шлей института представлены сверхмощным, ма-логумусным, выщелоченным черноземом (Семакин А.И., 1983). Среднегодовая температура воздуха составляет 11,4°С, средняя сумма осадков за год - 643 мм (метеостанция "Круглик").

За тридцатилетний период исследований пять лет были неблагоприятными для озимых форм рапса и сурепицы: наблюдалась почти полная их гибель из-за сильных морозов. Для яровых - два года были неблагоприятными по избытку влаги и пять лет

- из-за засухи.

В качестве исходного материала использованы: коллекция ВНИИР аляоплоид-ных видов Brassica - В. juncea Czern. (2п=36), В. napus oleífera Metzg. (2n=38) и дип-

лоидных видов - В. rapa L. var. silvestris (Lam.j) Briggs. (2n=18), В. pekinensis Rupr. (2n=20), а также сорта - популяции селекции ВНИИМК, межсортовые и межвидовые гибриды, гибриды ресинтеза, мутанты.

Исследования проводили в поле, лаборатории и фитотроне по схеме и методике, принятой для масличных капустных (Г.С. Воскресенская, В.И. Шпота, 1967). Ежегодно в селекционном питомнике высевали 4-8 тысяч семей. Экологические испытания сортов проводили во ВНИИМК, на Сибирской,-Армавирской, Донской опытных станциях института, во ВНИПТИ рапса, в системё Государственного сортоиспытаия.

Закаливание растений и проростков семян проведали в 2 фазы (М.И. Туманов, 1940; Е.Д. Остадлюк, 1962; Т.Н. Трунова, 1967; Г.А. Самыган, 1967): I фаза - при освещении 10 тыс. лк и температуре 5°С и 8°С в течение 5 и 10 дней; II фаза - при 3°С в течение 3 и 5 дней. Растения промораживали при температурах: -7°, -9°, -11°, -13°С, Экспозиция промораживания - 4 часа, учет проводили через 2 недели после промораживания. Водоудерживающую способность тканей определяли рефрактометрическим методом (H.A. Гусев, 1960), фракционный состав растворимого белка - по Б.П. Плешкову (1968). Этапы органогенеза устанавливали по классификации Ф.М. Купер-ман(1968).

Биохимическую оценку материала выполняли: масявчяостъ семян методом ЯМР (П.С. Попов, Е.Х. Аспиотис, 1973), жирнокислотный состав масла - методом газожидкостной хроматографии (Л.Н. Харченко, 1968), содержание глюкозинолатов -методами "глюкотеста" (Н С. Осик, П.С. Попов, 1986) и палладиевым (Н.С. Осик, В.П. Швецова, 1995). ,

При статистической обработке полученных результатов использовали методы дисперсионного анализа (Б.А. Доспехов, 1985) да программам ВНИИМК для ПЭВМ.

Результаты исследований

1. Разработка методов селекции на зимостойкость.

Рапс и сурепица являются относительно новыми культурами для селекции в Российской Федерации. В процессе селекции этих хулмур необходимо решить принципиальные вопросы повышения зимостойкости озимых форм, улучшения качества масла по содержанию жирных кислот, шрота - по количеству глюкозинолатов и увеличения продуктивности озимых и яровых форм рапса и сурепицы (16, 17, 22).

С этой целью изучены этащ! органогенеза озимых форм рапса и сурепицы в условиях Кубани при различных сроках сева. Установлено, что при сроках сева в сентябре растения этих культур переходят к 3-му этапу органогенеза в конце ноября. До наступления устойчивых отрицательных температур у рапса и сурепицы завершаются яровизационные процессы. Дифференциация конуса нарастания у них проходит при низких температурах на коротком световом дне в течение осени-зимы. Видимо это свойство выработалось в процессе филогенеза культур в условиях климата средиземноморского побережья (8).

Сроковые посевы рапса и сурепицы подтверждают озимый характер развития этих культур и необходимость прохождения яровизации. При весенних сроках сева растения остаются в фазе розетки на 2-ом этапе органогенеза. К генеративному развитию они переходят при осенних и зимних сроках сева (7).

Изучение условий закаливания в камерах искусственного климата показало, что 1-я фаза закаливания протекает в течение 5 дней для озимого рапса и 10 дней для

сурепицы при температуре -5°С и освещенности 10 тыс. лк. Прохождение И-й фазы, заметно повышающей морозостойкость, длится 5 дней при -3°С (табл.1).

Таблица 1

Морозостойкость озимых рапса и сурепицы в зависимости от условий закаливания

растений в камерах искусственного климата.

_ ВНИИМК, Краснодар, 1972 г.

I фаза II фаза Выжило растений (%) при Ы ГС

число дней »°с число дней рапс сурепица

контроль (без закалки) 0,0 0,0

5 5 - - 4,2 14,3

10 5 - - 10,0 12,9

10 8 - - 5,9 0,0

5 5 3 -3 25,9 7,7

5 5 5 -3 73,3 25,0

10 5 3 -3 41,9 70,8

10 5 5 -3 50,0 80,0

10 8 3 -3 33,0 50,0

10 8 5 -3 33,0 33,3

Оптимальной фазой роста растений для формирования высокой морозостойкости является для сурепицы 1-2 настоящих листа, дет рапса -3-4.

В целях более эффективного использования камер искусственного климата для оценки селекционного материала по зимостойкости нами изучена возможность прохождения I фазы в естественных условиях. Опыты показали, что в условиях Кубани растения успешно проходят I фазу закалки осенью при среднесуточных температурах 5-8°С. При таких условиях растения способны выдерживать отрицательные температуры до -15°С. Продолжение закаливания растений в камерах искусственного климата при -3°С в течение 3 дней существенно повышает их. морозостойкость, которая у озимого рапса достигает 73,3% при промораживании растений при температуре -11°С (4).

Важную роль в формировании морозоустойчивости растений, по мнению многих исследователей, играет белок. В процессе подготовки озимых растений к зиме у них происходят существенные изменения в белковом обмене, приводящие к увеличению общего содержания белка и, прежде всего, его водорастворимой фракции.

Результаты наших опытов показывают (табл. 2), что общее количество белка в пёресчете на абсолютно сухую массу растений, высеянных в оптимальные сроки, невысокое. Через месяц после сева оно составило: в листьях - от 0,7 до 1,18%, в корневых шейках - от 1,58 до 1,78% и в корнях - 0,95- 1,22%. В процессе закаливания растений происходят существенные изменения в общем содержании белка, при этом, в листьях рапса и сурепицы за месяц содержание белка увеличивается в 2-3 раза, в корневых шейках и корнях оно заметно снижается. Ко времени ухода в зиму (21.12) во всех органах растений рапса и сурепицы происходит снижение общего количества белка.

О началом весенней вегетации водоудерживающая способность тканей начинает падать и в начале апреля ткани корней рапса удерживают 28-30% воды при взаимодействии с раствором сахарозы с сосущей силой 34 атм.

1-ЛИЙЪЯ

2~корневые шейки 3-корни

Рис. 2. Динамика водоудерживающей способности клеток у растений рапса в осенне-

зимне-весеняий период 1971-72 гг. (сахароза 34 атм.) |

Изучение водоудерживающей способности у озимых форм рапса, сурепицы, горчицы в сравнении с яровой горчицей показало (рис. 3), что при действии водоот-нимающего раствора сахарозы с сосущей силой 56 атм. в тканях корневых шеек сурепицы и рапса к конну осенней вегетации удерживалось соответственно 42,3-45,3% воды, а у яровой горчицы только 29,1%, Озимая горчица по этому показателю занимает промежуточное положение (5).

Таким образом, процессы подготовки растений к зиме связаны с увеличением водоудерживающей способности клеток тканей. Видимо этот показатель может быть использован для диагностики морозоустойчивости видов и даже сортообразцов в пределах вида. |

Учитывая особенности биологии развития озимых форм рапса и сурепицы и характер прохождения стадий закаливания, нами проведено сравнительное изучение ! нескольких прямых методов оценки морозостойкости: в естественных яогодных условиях - стеллажный; в камерах искусственного климата - промораживание растений в фазе розетки, про