Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Исходный материал для селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность и технологичность в Центрально-Черноземном регионе РФ

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Исходный материал для селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность и технологичность в Центрально-Черноземном регионе РФ"

ЯНОВА АЛЬБИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЧЕЧЕВИЦЫ НА ВЫСОКУЮ СЕМЕННУЮ ПРОДУКТИВНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОМ РЕГИОНЕ

РФ

Специальность 06.01.05. - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 2 МАР Ш1

Орел-2012

005015220

Диссертационная работа выполнена в 2007-2009 гг. в лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур Россельхозакадемии

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук Кондыков Игорь Викторович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Князев Сергей Дмитриевич

кандидат биологических наук, доцент Соболев Александр Николаевич

Ведущая организация: ГНУ Тульский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Россельхозакадемии

/¿¿Л

Защита диссертации состоится «20» марта 2012 г. в /с » часов на заседании Диссертационного совета ДМ 220.052.01. при ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» по адресу: 302019 г. Орёл, ул. Генерала Родина, 69

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Орловского государственного аграрного университета (г. Орел, бульвар Победы, 19).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 302019 г. Орёл, ул. Генерала Родина, 69, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 220.052.01 Л.П. Степановой Факс 8(4862) 43-13-01; E-mail: dissovet-orelsau@yandex.ru

Автореферат разослан <гЧ> февраля 2012 г. и размещен на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» http://www.orelsau.ru и сайте ВАК при Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета, /

доктор с.-х. наук, профессор ^ р^ Л.П.Степанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Чечевица Lens culiriaris Medik. является одной из наиболее ценных продовольственных зернобобовых культур в мире. Посевные площади по данным FAOSTAT составили в 2010 г. 4,2 млн. га, валовой сбор -4,6 млн. тонн. Лидерами по производству культуры являются Канада (1,9 млн. тонн), Индия (900 тыс. тонн), Турция (447 тыс. тонн). Российская Федерация в 2010 г. занимала лишь 17 место с производством около 5,4 тыс. тонн. При этом царская Россия в начале XX века была одним из крупнейших производителей и экспортеров зерна чечевицы. Она вывозила на внешний рынок около 4 млн. пудов чечевицы, что составляло 85% мирового экспорта.

Отсутствие интереса к возделыванию чечевицы у производителей сельхозпродукции объясняется, главным образом, низкой урожайностью (в среднем по стране 0,5... 1,0 т/га) и технологичностью существующих сортов.

Сложность селекционной работы с чечевицей, определяется такими биологическими особенностями культуры, как относительная короткостебельность, низкое прикрепление бобов, полегаемость, слабая конкурентоспособность по отношению к сорной растительности, низкая толерантность к гербицидам, неравномерность созревания, растрескивание бобов, осыпание семян и др. Современными методами молекулярной биологии установлено, что в результате доместикации у чечевицы приблизительно на 40% уменьшился объем генетического разнообразия, что также является негативным для селекции фактором (Alo F., Furman B.J., Akhunov Е. et al, 2011).

Для повышения эффективности селекционной работы необходимо на основе изучения генофонда вида Lens culinaris Medik. вести перманентный целенаправленный поиск источников хозяйственно ценных признаков с целью вовлечения их в процесс трансформации культуры. При этом комплексная оценка исходного материала должна базироваться на изучении морфологических, физиологических, анатомических и других биологических особенностей растений.

Решению этих вопросов посвящена диссертационная работа, выполненная в рамках задания 04.05.01. «Выделить и синтезировать генетические источники и доноры особо ценных признаков, создать признаковые и генетические коллекции растений зерновых, зернобобовых и крупяных культур, кукурузы и сорго» Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2006...2010 гг. Российской академии сельскохозяйственных наук.

Цель исследований - изучить исходный материал и выделить источники хозяйственно ценных признаков для селекции высокопродуктивных, технологичных, ценных по качеству сортов чечевицы в условиях ЦентральноЧерноземного региона.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- изучить коллекцию образцов чечевицы и выделить источники

хозяйственно ценных признаков, перспективные для селекции;

- выявить закономерности взаимосвязей и варьирования признаков;

- определить связь морфологических и анатомических особенностей растений чечевицы с устойчивостью агроценоза к полеганию;

- изучить интенсивность ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза у контрастных по продуктивности образцов чечевицы;

- провести конкурсное испытание лучших генотипов и обосновать морфобиологические параметры перспективного для условий Центральной России сорта чечевицы.

Научная новизна. В условиях Центрально-Черноземного региона проведено комплексное изучение коллекции чечевицы, включающей 63 образца (из них 39 впервые) различного эколого-географического происхождения. Выявлены особенности варьирования и взаимосвязей хозяйственно ценных признаков. Определены морфологические и анатомические особенности растений, формирующих контрастные по полегаемости агрофитоценозы. В ходе изучения 71 генотипа чечевицы обыкновенной (63 коллекционных образца и 8 сортов конкурсного испытания) впервые установлена связь интенсивности ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза с семенной продуктивностью. Проведено сравнительное изучение сортов чечевицы нового поколения и определены генотипы, наиболее приспособленные для Центрально-Черноземного региона России.

Практическая значимость работы. Выявленные в результате скрининга коллекции чечевицы источники высокой семенной продуктивности, крупносемянности, устойчивости к полеганию, повышенного содержания белка и других хозяйственно ценных признаков могут быть использованы в селекции на высокую урожайность, технологичность и качество. Предложены для использования в селекции научно обоснованные морфобиологические параметры перспективного сорта для условий Центрально-Черноземного региона России и выделен исходный материал для его создания. В ходе реализации селекционной программы с использованием полученных результатов выведен в соавторстве новый сорт чечевицы Аида, который с 2010 г. включен в Госреестр селекционных достижений РФ по всем зонам возделывания культуры.

Основные положения, выносимые на защиту:

> Источники хозяйственно-ценных признаков, перспективные в селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность, технологичность и качество.

> Морфологические и анатомические признаки генотипов, устойчивых к полеганию.

> Значение показателя интенсивности начального линейного роста стебля и корня в формировании высокой семенной продуктивности образцами и сортами чечевицы.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований ежегодно представлялись и докладывались в форме отчетов на Ученых Советах ГНУ

ВНИИЗБК (2007...2009 гг.); на ежегодном Дне поля Орловщины (2007...2009 гг.); на региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области» (Орел, 2010 г.).; на Всероссийской конференции «Современные аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов», Третьи чтения, посвященные памяти профессора Ефремова С.И. (Орел, 2010 г.); на VII Международной конференции молодых ученых «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки (Владикавказ, 2011).

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе в рекомендованных изданиях ВАК Минобразования РФ - 4; получено авторское свидетельство и патент на сорт чечевицы Аида.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах печатного текста, состоит из введения, 6 глав, включающих обзор литературы, выводов, предложений по использованию результатов исследований, включает 14 таблиц, 19 рисунков, список используемой литературы (204 наименования, в том числе 101 на иностранных языках) и 11 приложений.

Автор выражает искреннюю благодарность проректору по научной работе Орловского государственного аграрного университета, профессору, доктору сельскохозяйственных наук Амелину Александру Васильевичу за научные консультации по физиологии растений; Чекалину Евгению Ивановичу, старшему научному сотруднику Центра коллективного пользования «Генетические ресурсы растений и их использование» за методическую помощь в проведении лабораторных исследований; сотрудникам лаборатории физиологии и биохимии растений ГНУ ВНИИЗБК старшему научному сотруднику, кандидату сельскохозяйственных наук Костиковой Надежде Олеговне, научному сотруднику Уваровой Ольге Васильевне, сотрудникам лаборатории селекции зернобобовых культур за сотрудничество и помощь в проведении научных исследований; доктору биологических наук, профессору ОГУ Державиной Нине Михайловне за консультации по обсуждаемым в данной работе вопросам.

Автор глубоко чтит память ушедшей из жизни Рогожкиной Антонины Ивановны, любезно предоставившей селекционный и коллекционный материал, который был использован в данной работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор литературы состоит из трех разделов. В них дается описание истории доместикации чечевицы и распространения ее в мире. Приводятся данные о систематическом положении культурного вида Lens culinaris Medik. в структуре рода Lens с указанием последних данных, основанных на современных методах молекулярной биологии. Описаны качественные

характеристики зерна чечевицы, которые вывели ее в разряд наиболее ценных, потребительски диверсифицированных зернобобовых культур. Проведен анализ причин, позволивших Канаде, сходной по агроклиматическим условиям с Россией, за короткий срок стать единоличным лидером по производству высокодоходной рыночной культуры. Указаны основные биологические недостатки чечевицы, которые, по мнению ведущих селекционеров не позволяют ей занять достойное место в сельскохозяйственном производстве. Продемонстрированы новейшие методы селекционного совершенствования культуры, которые, к сожалению, в последнее время развиваются, преимущественно в работах иностранных ученых. Тем не менее, на каком бы уровне не проводилась селекционная работа, ее успех зависит от знания исходного материала и умения владеть им. Цель наших исследований основывалась на том, что процесс пополнения и изучения исходного материала, так же, как и весь процесс селекции носит перманентный характер.

II. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2007-2009 гг. в ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур (Орел). Полевые опыты проводились в севообороте лаборатории селекции зернобобовых культур. Изучение потребительских качеств образцов чечевицы осуществлялось в лаборатории физиологии и биохимии ВНИИЗБК. Анатомические особенности стебля и интенсивность ростовых процессов изучались в Центре коллективного пользования ОрелГАУ «Генетические ресурсы растений и их использование».

Почвы опытного участка серые лесные среднесуглинистые по механическому составу. Содержание гумуса составляет 4,4...5,4% в пахотном горизонте, сумма поглощенных оснований 24,0.„27,2 мг/экв на 100г почвы. Степень насыщенности основаниями составляет 83...91%, рН солевой вытяжки - 5,2...6,0. Содержание гидролизуемого азота 6,7...7,8, Р205 - 9...13 и К20 - 7... 11 мг/ЮОг.

Погодные условия за годы проведения исследований были контрастными: от засушливо-жарких в 2007г. (ГТК 0,59) до относительно благоприятных по гидротермическому режиму в 2008 и 2009 гг. (ГТК 1,30 и 1,05). Однако в 2008 г. во 2 декаде июля количество выпавших осадков превысило среднее многолетнее значение в 3,2 раза, что негативно отразилось на развитии растений чечевицы. Таким образом, за три года удалось в широком диапазоне метеоусловий оценить адаптивные возможности опытного материала.

Объектами исследований являлись 63 образца коллекции чечевицы, полученные из генофондов ВИР им. Н.И. Вавилова РАСХН и Украинского Центра генетических ресурсов растений УААН. Эколого-географическое происхождение образцов: Россия (10), Канада (8), Украина (6), Германия (5), Болгария (3), Турция (3), Венгрия (3), Эквадор (3), Чехословакия (2), Колумбия (2), Франция (2), Марокко (2), о. Сардиния (2), Португалия (2), по одному

образцу из Казахстана, Азербайджана, Индии, Грузии, Испании, Греции, Ирана, США, Перу, Чили. В конкурсном сортоиспытании изучались сорта, включенные в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию: Веховская 1 (Петровская СОС), Рауза, Светлая, Аида (ВНИИЗБК); селекционные номера Л-68, Л-93, Лана (ВНИИЗБК), а также сорт болгарской селекции Образцов Чифлик 7.

Коллекцию изучали в соответствии с методическими рекомендациями ВИР (1975). Размер делянки Зм2. Посев сеялкой ССФК-7М. В конкурсном сортоиспытании опытные сорта выращивались на делянках площадью 15м2, в 4-х кратной повторности; посев сеялкой СКС-6-10. В качестве стандарта использовался сорт Рауза. Уборка однофазная комбайном 8АМРО-130. Посев и уход за посевами - общепринятые для зоны.

В течение вегетации проводились фенологические наблюдения и визуальная оценка образцов. Для структурного анализов образцов коллекции в фазу хозяйственной спелости отбирали по 30 растений. В КСИ отбор снопового материала проводился по 30 растений с каждой повторности.

Устойчивость агроценозов к полеганию определялась по методике ВИК (1986), как отношение высоты агроценоза к длине стебля в фазы цветения, налива бобов и созревания.

Линейная плотность стебля (ЛПС) определялась как отношение сухой массы главного стебля к его длине (мг/см).

Изучение анатомии стебля проводилось в соответствии с «Методическими указаниями по технике проведения анатомических исследований культурных растений» под редакцией Л.Л. Жестяниковой и Г.И. Москалевой, Л.: ВИР (1981) с использованием микроскопа МБС-1; окуляр 8-ми кратный, объектив 4-х кратный. По каждому сорту анализировалось 10 срезов, сделанных в нижней части стебля (3-4 см от корневой шейки) в фазу хозяйственной спелости.

Оценка интенсивности ростовых процессов на ранних этапах развития растений (7 и 14 сутки) у образцов коллекции проводилась в 2008 г. путем проращивания 25 семян каждого образца чечевицы в рулонах по методу, использованному Н.Е. Новиковой на горохе (Патент РФ №2031573, 1995).

Аналогичные исследования проводились на сортах Рауза и Лана из КСИ в 2008-2009 гг. Интенсивность ростовых процессов определяли на 7, 14 и 21 сутки. Для проращивания в рулоны закладывали по 60 семян каждого сорта.

Содержание сырого протеина в растительных образцах определялось микрометодом Кьельдаля с использованием для сжигания проб дигестора с программированным нагревом ОК-6 фирмы Уе1р Бшепййса для дальнейшей отгонки и титрования автомата 1ЛЖ-152 этой же фирмы. Определение содержания жира, основанное на способности сырого жира растворяться в органических растворителях, проводилось на экстракторе БЕЯ-148 фирмы Уе!р БЫепийса. Содержание крахмала определялось поляриметрическим методом по Эверсу (1987). Технолого-кулинарные показатели качества зерна определяли по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур

(1972).

Гидротермический коэффициент рассчитывали по Г.Г. Селянинову (1937). Графическое изображение корреляций осуществляли по методу корреляционных плеяд В.П. Терентьева (1959). Дисперсионный и корреляционный анализы экспериментальных данных проводили на компьютерных программах по алгоритмам, разработанным Б.А. Доспеховым (1985).

III. СКРИНИНГ КОЛЛЕКЦИИ ЧЕЧЕВИЦЫ 3.1 Морфобиологические особенности образцов коллекции

Семенная продуктивность образцов коллекции в среднем за три года находилась в пределах от 1,53 до 2,71 г. По уровню семенной продуктивности все коллекционные образцы были разбиты на три группы:

1-я группа - высокопродуктивные (семенная продуктивность растения от 2,16 до 2,71 г.): к-1110 (Испания); к-2720 (Колумбия); к-2847, (Канада); к-2872 (США); к-2823 (Германия); к-2581 (Венгрия); Красноградская, 49 (Украина); к-2821(Франция); к-2053 (Германия); к-2836, (Канада); к-2246 (Марокко); к-2794 (Эквадор); к-2059 (Чехословакия); к-2796 (Эквадор); к-2800, (Венгрия); к-2564 (Португалия); к-2834 (Канада); к-2827, (Германия); к-1264 (о. Сардиния); к-1995 (Болгария); к - 2829 (Германия).

2-я группа - среднепродуктивные (семенная продуктивность растения от 1,98 до 2,14 г.): к-1532 (Воронежская обл.); к-2864, местный (Азербайджан); к-2168, Петровская 48/77 (Пензенская обл.); к-2818 (Чили); к-2355 (Пензенская обл.); к-2531 (Турция); к-2841 (Канада); к-2833 (Германия); к-1974, Днепропетровская 2 (Украина); к-2873 (Болгария); к-2776 (Эквадор); к-2849 (Алтайский край); к-2845 (Канада); к-2843 (Канада); к-2842 (Канада); к-1973 (Украина); к-2697 (Турция); к-1731 (Пензенская обл.); к-454 (Грузия); к-1872 (Пензенская обл.); к-2003 (Венгрия).

3-я группа - низкопродуктивные (семенная продуктивность растения от 1,53 до 1,97 г.): к-2526 (Перу); к-2824 (Франция); к-776 (Турция); к-1359 (Тамбовская обл.); к-2136 (Пензенская обл.); к-244, Степная, 244 (Воронежская обл.); к-1193 (Греция); к-1700 (Воронежская обл.); к-2055 (Чехословакия); к-2844 (Канада); к-901 (Винницкая обл.); к-688 (Марокко); к-362 (Индия); к-1212 (Иран); к-203 (Казахстан); к-2404 (Португалия); к-2863 (Болгария); Луганчанка (Украина); к-650 (Колумбия); к-1030 (о. Сардиния); Свитанок (Украина).

Высокую семенную продуктивность стабильно во все годы исследований демонстрировали образцы: к-2720, Колумбия (2,71г); к-2872, США (2,61г), к-1110, Испания (2,58г), Красноградская 49, Украина (2,52г), к-2823, Германия (2,57г), к-2847 Канада (2,61 г), к-2581, Венгрия (2,52).

Между контрастными по продуктивности группами существовали различия по ряду хозяйственно ценных признаков (табл. I). Образцы высокопродуктивной группы коллекции в целом сильнее ветвились, обладали

повышенной надземной биомассой, имели больше бобов и семян на растении, характеризовались высоким уборочным индексом по сравнению с низкопродуктивной группой. Во всех группах продуктивности имелись как мелкосемянные (МТС<30г), так и крупносемянные (МТС>55г) образцы.

Относительно низкое число семян на растении в среднепродуктивной группе компенсировалось их повышенной крупностью.

Таблица 1 - Характеристика групп образцов чечевицы по хозяйственно ценным _признакам, среднее 2007-2009 гг.__

Признак Высокопродуктивные Средне-продуктивные Низкопродуктивные

Длина стебля, см 43,0 43,5 43,5

ВПНБ, см 20,2 20,7 20,9

Число ветвей 5,0 4,8 4,5

Надземная биомасса, г 5,79 5,53 4,90

Число бобов на раст., шт. 41,3 34,1 34,6

Число семян на раст., шт. 54,3 42,3 46,1

Число семян в бобе, шт. 1,28 1,21 1,29

Масса 1000 семян, г 48,8 51,6 45,5

Уборочный индекс, % 42,1 38,0 37,6

Вегетационный период 81,7 82,1 81,4

Устойчивость к полеганию, % 46,9 47,0 46,6

Содержание белка,% 26,4 26,8 26,6

В коллекции во всех группах продуктивности выявлены источники отдельных хозяйственно ценных признаков. Наиболее технологичными являются длинностебельные образцы с высоким прикреплением нижних бобов, устойчивые к полеганию. Максимальную длину стебля в коллекции имели; Красноградская 49 (45,2см), к-2829 (46,1см), к-2720 (45,8см), к-ШО (48,3см), к-2823 (46,5см), к-2821 (46,5 см), к-2834 (46,1 см), к-2829 (46,1 см). Высоту прикрепления нижних бобов больше 20см имели: к-1110 (24,1 см), к-2720 (22,3 см), к-2823 (23,5 см), к-2834 (22,6 см), к-2827 (20,3 см), к-1995 (22,3 см), к-2829 (21,1 см). В качестве источников повышенной устойчивости к полеганию выделены образцы Красноградская 49 (56,5%), к- 2872 (51%), к-2842 (60,5%), к-2794 (56,5%).

Высокую семенную продуктивность чаще всего имели образцы с высокими показателями общей надземной биомассы. Максимальные значения этого признака имели образцы Красноградская 49 (6,99 г), к-2796 (6,69 г), к-2864 (7,07г). Высокая надземная биомасса отмечена также у образцов к-2720 (6,47 г), к-2872 (6,36 г), к-1110 (6,32 г), к-2564 (6,38 г).

По степени проявления основных субкомпонентов семенной продуктивности числу бобов и семян на растении выделились образцы к-1110, соответственно, 41,3шт. и 48,9 шт.; к-2847 - 59,3 и 99,5; к-2059 - 55,0 и 85,5; к-2581 - 53,9 и 74,9; к-2053 - 54,1 и 76,6; к-2836 - 54,4 и 84,5; к-2720 - 40 и 45,1; Красноградская 49 - 38,5 и 43,0; к-2872 - 36,7 и 44,5; к-2823 - 35,6 и 44,8 и к-2821-37,4 и 51,0.

Масса 1000 семян является не только основным компонентом продуктивности, но и важной характеристикой качества зерна чечевицы. Наиболее крупносемянными в коллекции были образцы: к-2776 (61,7г), к-2849 (61,0г), Свитанок (62,Ог). По важнейшему показателю качества - содержанию белка, выделились образцы к-2821 - 29,1%; к-2824 (28,6%); Луганчанка, (28,2%); к-1973 (28%).

В селекции на засухоустойчивость особый интерес представляют выделившиеся в засушливом 2007 г. высокопродуктивные образцы Красноградская 49 (Украина), к-2847 (Канада) и к-2581 (Венгрия).

3.2 Взаимосвязь и варьирование хозяйственно ценных признаков чечевицы у образцов коллекции

Коэффициенты генотипических корреляций рассчитывали по средним арифметическим значениям признаков отдельных образцов коллекции, согласно В.А. Драгавцеву (1973). Корреляционный анализ продемонстрировал наличие стабильной по годам положительной взаимосвязи признаков, характеризующих технологичность сортов длина стебля/высота прикрепления нижнего боба (рис. 1).

2007 год 2008 год 2009 год

Рисунок 1 - Генотипические корреляционные плеяды признаков чечевицы, 1-

длина стебля, 2-высота прикрепления нижнего боба, 3-число ветвей, 4-надземная биомасса, 5-число бобов на растении, 6-число семян с растения, 7-масса семян с растения, 8-число семян в бобе, 9 -масса 1000 семян, 10-уборочный индекс;_г8> 0,50;........гй < -0,50; гОІ=0,33.

К числу наиболее высоких константных положительных взаимосвязей относится корреляция между числом бобов и семян на растении (0,98, 0,97, 0,96). В наиболее засушливом 2007 году сформировалась корреляционная плеяда, в состав которой входили признаки: масса семян с растения/число семян на растении/число бобов на растении/уборочный индекс (коэффициенты корреляции от 0,52 до 0,73). В более благоприятные по гидротермическим условиям 2008 и 2009 годы такой блок отсутствовал. Это свидетельствует о том, что в условиях водного дефицита генеративная сфера генотипов чечевицы

более активно мобилизуется на формирование семенной продуктивности растения. Результаты корреляционного анализа подтверждают, что в селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность достаточно эффективным может быть создание и отбор генотипов с повышенной надземной биомассой.

Стабильные по годам отрицательные коэффициенты корреляции показывают, что мелкосемянные образцы формируют в основном больше семян, бобов на растении и семян в бобе.

В коллекции максимальное варьирование (СУ>20%) было характерно для признаков масса семян с растения, масса 1000 семян, число бобов на растении и число семян на растении. Наименьшее генотипическое разнообразие отмечено в коллекции по признакам длина стебля (СУ=8%) и высота прикрепления нижних бобов (СУ=9%).

IV. УРОЖАЙНОСТЬ И МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОРТОВ ЧЕЧЕВИЦЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Величина урожайности опытных сортов в конкурсном испытании изменялась в зависимости от условий выращивания (табл. 2).

Таблица 2 - Урожайность сортов чечевицы в КСИ, среднее 2007-2009 гг.

Сорта Урожайность, т/га

2007 2008 2009 Среднее ± к ст.

Рауза, ст. 1,27 1,37 1,66 1,43 -

Лана 1,18 1,45 2,22 1,62 +0,19

Образцов Чифлик 7 1,12 1,50 2,11 1,58 +0,15

Л-93 0,94 1,57 2,06 1,52 +0,09

Аида 1,45 1,40 1,71 1,52 +0,09

Светлая 1,22 1,31 1,97 1,50 +0,07

Веховская 1 1,31 1,27 1,88 1,49 +0,06

Л-68 0,98 1,32 2,01 1,44 +0,01

НСР05 0,11 0,24 0,34

В засушливом 2007 году урожайность варьировала в пределах 0,94...1,45 т/га. Условия 2009 г. оказались наиболее благоприятными для развития растений чечевицы и в этот период сорта продемонстрировали максимальную в опыте урожайность - 1,66.. .2,22 т/га.

В среднем за три года наиболее продуктивными оказались мелкосемянные сорта Лана (1,62 т/га) и Образцов Чифлик 7 (1,58 т/га). Из крупносемянных сортов выделились сорта Л-93 и Аида (1,52 т/га). Перспективный сорт Л-93 характеризовался высокой урожайностью в 2008 и 2009 гг., однако в условиях засухи уступил всем сортам. Аида, наоборот, имела в 2007 г. самую высокую урожайность в опыте -1,45 т/га.

Длина стебля у изученных сортов варьировала в пределах 36,8...45,8 см. Учитывая, что оптимальная для Центрально-Черноземного региона длина стебля растений чечевицы должна приближаться к 50 см, интерес для селекции и производства представляют длинностебельные сорта Веховская 1 (45,8 см.) и Рауза (44,6 см). По высоте прикрепления нижних бобов в группе

высокопродуктивных сортов выделились JI-93 (22,7 см) и Аида (22,5 см). Максимальное значение уборочного индекса отмечено у перспективных сортов Л-93 и Лана (43%).

Наибольшую ценность для селекции на качество представляют крупносемянные образцы с массой 1000 семян более 60г. К ним относятся Рауза, Аида, Л-93, Веховская 1. У мелкосемянных сортов Лана и Образцов Чифлик 7 отмечено высокое содержание семенных оболочек (10,8%), что ухудшает потребительские качества зерна. Содержание сырого протеина в зерне чечевицы варьировало от 27,1 до 28,7% (в среднем 28%). Наибольшее содержание белка отмечено у сортов Л-68 (28,7%), Веховская 1 и Светлая (оба 28,6%). Следует отметить, что все высокобелковые сорта имели относительно крупные семена.

В ходе наших исследований, а также проводившегося ранее многолетнего конкурсного сортоиспытания были продемонстрированы преимущества сорта чечевицы Аида. Новый сорт выведен нами в соавторстве с А.И. Котляром, А.И. Рогожкиной, И.В. Кондыковым, В.И. Зотиковым, B.C. Сидоренко, М.Д Варлаховым., Е.В.Кирсановой. В наших опытах сорт Аида характеризовался высокой устойчивостью к полеганию, имел массу 1000 семян на уровне разработанного идеатипа (61 г) и продемонстрировал максимальную урожайность среди всех сортов в засушливом 2007 году. Наиболее высокая урожайность семян в Госсортоиспытании - 3,01 т/га получена в 2008 году на Балтайском сортоучастке Саратовской области. Размножение нового сорта проводили в смешанных с горохом посевах по методу, запатентованному Глазовой З.И. (Патент РФ № 2342823, 2009). С 2010 г. сорт Аида включен в Госреестр селекционных достижений РФ.

V. МОРФОАНАТОМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСТЕНИЙ ЧЕЧЕВИЦЫ В СВЯЗИ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ АГРОЦЕНОЗОВ К

ПОЛЕГАНИЮ

Для чечевицы характерна высокая склонность к полеганию, что выводит ее в разряд недостаточно технологичных культур. В связи с этим необходим поиск надежных векторов селекции культуры на устойчивость к полеганию. Для их разработки особый интерес могут представлять исследования архитектоники растений на морфологическом и анатомическом уровне.

Устойчивость к полеганию у сортов чечевицы в конкурсном сортоиспытании варьировала в достаточно широких пределах и зависела как от особенностей сорта, так и от погодных условий вегетационного периода (табл. 3). По анализируемому показателю опытные сорта были разбиты на две группы: с высокой устойчивостью к полеганию - 49,0...53,5% и с низкой устойчивостью - 44,1...46,6%. Во все годы исследований максимальной устойчивостью к полеганию характеризовался низкопродуктивный сорт Л-68. В самой сильной степени полегали растения сортов Образцов Чифлик 7 и Светлая.

Наиболее устойчивые к полеганию агроценозы формировались в 2007 г., который можно охарактеризовать как засушливый (гидротермический коэффициент 0,59). Степень влагообеспеченности в 2008 году была существенно выше (ГТК=1,30), что отразилось на устойчивости растений к полеганию, которая варьировала в пределах 43,0...48,0%. Самая низкая устойчивость к полеганию у всех изученных сортов (26,0...34,0%) отмечена в 2009 г., хотя по гидротермическому режиму он занимал промежуточное положение (ГТК=1,05). Это объясняется тем, что в период, предшествующий фазе полного созревания чечевицы, прошли кратковременные ливневые дожди.

Таблица 3 - Устойчивость к полеганию сортов чечевицы, (%).

Сорт 2007 2008 2009 среднее

Высокоустойчивые

Л-68 78,5±1,87 48,0±0,24 34,0± 1,15 53,5

Веховская 1 74,0±0,67 46,0± 1,66 32,0±2,91 51,0

Аида 70,8±0,97. 46,0± 1,23 33,0±2,41 49,9

Рауза 72,0±0,78 45,0±0,43 29,0±0,57 49,0

Низкоустойчивые

Лана 61,7±1,78 47,0±0,41 31,0±0,31 46,6

Л-93 63,9± 1,30 47,0±0,23 25,0±2,63 45,3

Образцов Чифлик 7 59,6±0,87 43,0±1,08 31,0±0,14 44,5

Светлая 62,2±2,43 44,0±0,65 26,0±1,66 44,1

Растения высокоустойчивых сортов характеризовались большей длиной стебля (в среднем на 7%) и высотой прикрепления нижних бобов (на 12%). Слабополегающие агроценозы чаще формировали крупносемянные генотипы со средней массой 1000 семян 61,9 г. Однако по развитию других компонентов и субкомпонентов продуктивности (число бобов и семян на растении, масса семян с растения) высокоустойчивая к полеганию группа значительно уступала. Это, в конечном счете, определило ее относительно низкий уровень урожайности. Следует отметить, что по общей надземной биомассе, числу боковых побегов и распределению биомассы по длине стебля (физическая нагрузка на главный стебель) сравниваемые группы сортов практически не различались.

Ранее было установлено (Амелин A.B., Образцов A.C., 1990), что у гороха показатель «линейная плотность главного стебля» (величина сухой массы стебля, приходящаяся на единицу его длины) тесно коррелирует с устойчивостью агроценозов к полеганию, что позволило рекомендовать этот показатель для выявления устойчивых к полеганию генотипов на ранних этапах селекционного процесса. Однако изучение сортов чечевицы продемонстрировало отсутствие влияния показателя ЛПС главного стебля на устойчивость к полеганию. В разные годы исследований коэффициенты корреляции по всей выборке составили: -0,43 (2007 г.), +0,62 (2008 г.), -0,46 (2009 г.) при Го5=±0,71. Это, по-видимому, объясняется тем, что в отличие от гороха растения чечевицы сильно ветвятся. Вероятно, следует оценивать ЛПС

не всего стебля, а нижней его части, наиболее склонной к полеганию. Это подтверждают результаты анатомического анализа, проведенного нами на сортах, контрастных по полегаемости. На рисунке 2 представлены фотографии срезов нижней части стебля слабополегающего сорта Л-68 и сильнополегающего сорта Светлая.

У слабополегающих сортов показатели развития изученных анатомических структур стебля были, как правило, выше (табл. 4). Так, у наиболее устойчивого сорта Л-68 площадь поперечного среза в среднем за 2008-2009 гг. составила 5,28 мм2, ксилемы - 2,16 мм2, одревесневших элементов - 2,20 мм2, склеренхимных тяжей - 38,47 мкм2, количество склеренхимных тяжей - 11,2 шт. Сильнополегающий сорт Светлая имел, соответственно, показатели 4,59 мм2, 1,88 мм2, 1,90 мм', 28,19 мкм2 и 8,9 шт.

Рисунок 2 - Поперечный срез нижней части главного стебля у слабополегающего сорта Л-68 (слева) и сильнополегающего сорта Светлая, 2008 г. (1 покровная ткань, 2 ксилема и одревесневшая паренхима, 3 сердцевина, 4 флоэма, 5 тяжи склеренхимы, 6 проводящие пучки) Таблица 4 - Анатомические параметры стебля у различных по устойчивости к

полеганию сортов чечевицы, среднее за 2008-2009 гг.

Площадь Количество

среза, мм2 ксилемы, одревесневших склеренхимных склеренхимных

мм2 элементов, мм' тяжей, мкм2 тяжей

Слабополегающий сорт Л-68

^ 1 с ^.У-'-и, 1 Л, 1 I 1 1 1 38,47±5,20 ! 11,2±0,35

Сильнополегающий сорт Светлая

4,59±0,19 1,88±0,06 1,90±0,05 28,19±3,63 8,9±0,50

Корреляционный анализ всей выборки сортов КСИ показал, что самая высокая (но не значимая на 95% уровне) положительная взаимосвязь существует между устойчивостью к полеганию и площадью тяжей склеренхимы: в 2008 г. г=0,52, в 2009 г. г=0,62.

Таким образом, нами было установлено, что в наибольшей степени

полегают более урожайные сорта чечевицы. Однако, несмотря на то, что полегание агроценозов чечевицы не является пока главным лимитирующим фактором урожайности культуры, селекция, несомненно, должна быть направлена на создание устойчивых к полеганию сортов, что обеспечит их высокую технологичность.

VI. ИНТЕНСИВНОСТЬ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАННИХ

ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕНЗА У КОНТРАСТНЫХ ПО СЕМЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ОБРАЗЦОВ ЧЕЧЕВИЦЫ

В селекции ряда зернобобовых культур среди прочих направлений обосновывается целесообразность создания генотипов с высокой интенсивностью ростовых процессов на ранних этапах развития (Дебелый Г.А., 2009). Исследования, проведенные на горохе, продемонстрировали, что преимущество в формировании урожая имеют генотипы, отличающиеся более быстрыми темпами роста зародышевого корешка (Новикова Н.Е., 1999). На продукционном процессе растения позитивно отражается и высокая интенсивность роста побега на ранних этапах онтогенеза, которая способствует ускорению развития и функционирования фотоассимилирующего аппарата. Помимо этого, раннее формирование покрова культурных растений в агрофитоценозе повышает их конкурентоспособность по отношению к сорной растительности. Все эти проблемы актуальны и для культуры чечевицы.

В связи с этим нами был проведен скрининг коллекции чечевицы с целью поиска форм с высокой интенсивностью ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза и определения возможной связи этих показателей с семенной продуктивностью растений. Результаты лабораторного изучения образцов продемонстрировали, что контрастные по продуктивности группы характеризовались различной интенсивностью ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза. Отмечена тенденция усиления роста стебля и корня у образцов с высокой семенной продуктивностью. Максимальная длина стебля на 7 и 14 сутки развития наблюдалась у растений высокопродуктивной группы -соответственно, 6,57 см и 12,0 см (рис. 3). В низкопродуктивной группе аналогичные параметры составили 5,53 см и 11,2 см или на 16% и 7% меньше. Наибольшую длину стебля на 14 сутки имели представители высокопродуктивной группы к-2800 (18,5 см) и к-2872 (15,3 см).

Сходная картина наблюдалась и по показателям роста корня. В высокопродуктивной группе средняя длина корня на 7 сутки составила 6,94 см, на 14 сутки - 12,4 см. Длина корня образцов в низкопродуктивной группе была в среднем на 6% (7 сутки) и 7% (14 сутки) меньше. Максимальное проявление признака на 14 сутки онтогенеза было отмечено у образцов к-2800 (16,1 см), к-2246 (15,5 см) и к-1264 (15,1 см), которые характеризовались также и высокой семенной продуктивностью.

В качестве источника наиболее интенсивного роста стебля и корня на ранних этапах онтогенеза растений в селекции может быть использован

высокопродуктивный образец к-2800 из Венгрии. За первые две недели развития интенсивность роста стебля у него составила 1,32 см/сутки, а корня -1,15 см/сутки.

14

12

Высокопродуктивные Среднепродуктивные Низкопродуктивные

Рисунок 3 - Длина стебля растений чечевицы в различных группах продуктивности.

Высокой интенсивностью роста стебля и корня характеризовались также высокопродуктивные образцы к-2246 (0,86 и 1,11 см/сутки), к-2794 (0,98 и 0,89 см/сутки), Красноградская 49 (0,89 и 1,00 см/сутки) и среднепродуктивный образец к-1731 (1,04 и 1,04 см/сутки).

У образцов чечевицы линейный рост стебля на ранних этапах развития в целом незначительно уступал линейному росту корня, и эта тенденция была характерна для всех групп продуктивности. Отношение длины корня к длине стебля на 7 сутки развития варьировало в коллекции от 0,73 (к-1110) до 1,60 (к-1359, к-1974); на 14 сутки - от 0,78 (к-2003, к-2844)до 1,39 (к-2059).

Высокой интенсивностью ростовых процессов в первые семь дней развития характеризуются как мелкосемянные, так и крупносемянные образцы.

В 2008-2009 гг. в конкурсном сортоиспытании также была проведена оценка сортов чечевицы по интенсивности роста растений на ранних этапах онтогенеза. Результаты исследований демонстрируют, что в первую неделю развития у высокоурожайного сорта Лана линейный рост стебля и корня существенно превосходил параметры низкоурожайного сорта Рауза (рис. 4).

Длина стебля у Ланы в этот период составляла в среднем 8,5 см (рис. 5), корня - 7,9 см; у Раузы эти показатели составили, соответственно, 4,7 см и 3,3 см. Однако уже на второй неделе онтогенеза ростовые показатели выровнялись, а но длине корня на 14 сутки Рауза (13,7 см) даже превзошла Лану (11,8 см). В дальнейшем эта тенденция сохранялась. На 21 сутки исследования растения Раузы имели стебли на 19%, а корни - на 18% длиннее, чем у Ланы.

ЛАНА

РАУЗА

Рисунок 4 - 7-суточные растения сортов чечевицы Лана и Рауза

18

16 г 14

° 12 10

6 4

2 0

"Лана ■ Рауза

7-е сутки 14-е сутки

21-е сутки

Рисунок 5 - Динамика линейного роста стебля высокоурожайного сорта Лана и низкоурожайного сорта Рауза (среднее 2008-2009 гг.)

Более активная динамика роста стебля и корня у сорта Рауза, начиная со второй недели развития, может объясняться, с одной стороны, генетическими особенностями, которые определяют, в конечном итоге, ее большую длиноостебельность по сравнению с Ланой. Другая причина может заключаться в специфике лабораторного опыта. Растения выращивались на водной культуре без добавления питательных элементов. Ко второй неделе развития запас питательных веществ в семядолях мелкосемянного сорта Лана существенно истощился, что и вызвало замедление темпов роста по сравнению с крупносемянной Раузой. При обсуждении результатов изучения коллекции чечевицы было продемонстрировано, что образцы не различались существенно по индексу длина корня/длина стебля на ранних стадиях развития и это соотношение не связано тесно с семенной продуктивностью. Аналогичные результаты получены при изучении сортов Лана и Рауза

Использованный метод может быть рекомендован в селекции чечевицы для выявления высокопродуктивных генотипов с высокой интенсивностью

ростовых процессов на ранних этапах развития растений. Особая ценность метода заключается в том, что он дает возможность сохранить выделенные растения чечевицы путем их доращивания до созревания с целью получения семян. Поэтому он может быть использован не только для оценки, но и для отбора ценных генотипов на ранних этапах селекционного процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для разработки селекционных программ по чечевице на ближайшую перспективу в условиях Центрально-Черноземного региона нами была проведена статистическая экстраполяция результатов изучения сортов в конкурсном сортоиспытании 2007-2009 гг. и определены примерные параметры перспективного сорта (табл. 5).

Таблица 5 - Параметры перспективного сорта чечевицы для Центрально-

Черноземного региона РФ

Признак Параметры сортов в 2007-2009 гг. Параметры перспективного сорта Перспективный исходный материал для селекции

Урожайность семян, т/га 2,0-2,2 3,0-3,2 Л-93, Лана

Вегетационный период, сутки 77-84 70-75 к-688, к-2794 ,к-2844

Длина стебля, см 40,7-42,1 50,0-55,0 к-2823, к-2720, к-1110, к-2829, 2821,2834, 2833, Красноградская 49

ВПНБ, см 20,0-22,0 22,0-25,0 к-1110, к-2823, к-2720, к-2834, к-2827, к-1995, к-2829

Надземная биомасса, г 4,10-4,98 5,00-6,00 к-2796, к-2864, Красноградская 49

Масса семян с растения, г 1,71-2,07 2,50-3,00 к-1110, к-2872, к-2720, к-2823, к-2847, к-2581, Красноградская 49

Масса 1000 семян, г 60,0-63,0 63,0-65,0 к-2849, к-2776, Свитанок

Уборочный индекс,% 45,0-48,0 50,0-55,0 к-2794, к-2581,к-2836, к-2059

Содержание белка,% 28,6-29,1 30,0-32,0 к-2821, к-1973, Луганчанка, к-2824

Устойчивость к полеганию,% 50,5-62,9 65-70 Л-68, Красноградская 49, к-2872, к-2842. к-2794

Интенсивность начального роста на 7-сутки см/сут.:стебля корня 1,20 1,21 1.25 1.26 к-2800, к-2246, Красноградская 49

При изучения коллекции были выделены источники хозяйственно ценных признаков, использование которых в селекционном процессе позволит реализовать на практике данный идеатип в условиях Центрально-Черноземного региона.

ВЫВОДЫ

1. Семенная продуктивность образцов коллекции варьировала в пределах от 1,53 до 2,71 г/растение. Высокопродуктивными во все годы исследований были: к-2720 (Колумбия), к-2872 (США), к-1110 (Испания), к-2823 (Германия), Красноградская 49 (Украина), к-2847, (Канада), к-2581 (Венгрия).

2. Образцы высокопродуктивной группы коллекции в целом сильнее ветвились, обладали повышенной надземной биомассой, имели больше бобов и семян на растении, характеризовались высоким уборочным индексом по сравнению с низкопродуктивной группой. Во всех группах продуктивности имелись как мелкосемянные (МТС<30г), так и крупносемянные (МТС>55г) образцы.

3. В условиях засухи 2007 г. (ГТК 0,59) по комплексу хозяйственно ценных признаков выделились образцы: Красноградская 49 (Украина), к- 2581 (Венгрия), к-2059 (Чехословакия), к-2836, (Канада), к-2053 (Германия), к-2847 (Канада).

4. Высокое содержание белка не зависело от крупности семян. Максимальным показателем в коллекции характеризовался образец к-2821 (Франция, 29,1%, МТС 48г). Повышенное содержание белка отмечено у к-2824 (Франция, 28,6%, МТС 26г), Луганчанка (Украина, 28,2%, МТС 56г), к-1973 (Украина, 28,0%, МТС 61г).

5. В засушливом 2007 году сформировалась корреляционная плеяда, в состав которой входили признаки: масса семян с растения - число семян на растении - число бобов на растении - уборочный индекс. В более благоприятные по гидротермическим условиям 2008 и 2009 годы такой блок отсутствовал. Результаты корреляционного анализа подтверждают, что в селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность достаточно эффективным может быть создание и отбор генотипов с повышенной надземной биомассой.

6. В коллекции максимальное варьирование (СУ>20%) было характерно для признаков масса семян с растения, масса 1000 семян, число бобов на растении и число семян на растении. Наименьшее генотипическое разнообразие отмечено в коллекции по признакам длина стебля (СУ=8%) и высота прикрепления нижних бобов (СУ=9%).

7. В конкурсном сортоиспытании по урожайности выделились мелкосемянные сорта Лана и Образцов Чифлик 7. Из крупносемянных сортов лучшими были Аида и Л-93. Аида продемонстрировала максимальную в опыте урожайность (1,45 т/га) в условиях водного дефицита в 2007 г. По комплексу хозяйственно ценных признаков сорт Аида был передан на ГСИ и с 2010 г включен в Госреестр селекционных достижений.

8. Высокоурожайные сорта чечевицы, как правило, полегают в большей степени. Наиболее устойчивыми были агроценозы самого низкоурожайного сорта Л-68 (53,5%). Из высокопродуктивных сортов по устойчивости выделился сорт Аида (49,9%). Наиболее высокая устойчивость отмечена у

сортов с большей площадью поперечного сечения нижней части стебля и мощным развитием склеренхимной ткани.

9. Отмечена тенденция более интенсивного линейного роста стебля и корня на ранних этапах онтогенеза у образцов чечевицы с высокой семенной продуктивностью по сравнению с низкопродуктивными. Наиболее интенсивный рост стебля и корня отмечен у высокопродуктивных образцов к-2800, к-2246, к-2794, Красноградская 49, сорт Лана. Линейный рост стебля на ранних этапах развития в целом незначительно уступал линейному росту корня, и эта тенденция была характерна для различных групп продуктивности. В лабораторном опыте высокой интенсивностью ростовых процессов в первые семь дней развития характеризовались как мелкосемянные, так и крупносемянные образцы.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. В селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность рекомендуется использовать образцы: с высоким числом бобов на растении (кк-1110, 2847, 2581 и др.); с высоким числом семян на растении (кк- 2720, 1110, Красноградская 49 и др.); с высокой массой семян на растении (кк-2720, 2872, 1110, и др.)

2. В селекцию чечевицы на повышение качества зерна целесообразно вовлекать образцы: с высоким содержанием белка (Луганчанка, кк- 2821, 1973, 2824); крупносемянные (кк-2776,2849, Свитанок).

3. Для селекции на технологичность рекомендуется использовать образцы: длинностебельные, с высоким прикреплением нижних бобов (Красноградская 49, кк- 2829, 2720, 1110, 2823 и др.); устойчивые к полеганию (кк-2872, 2842, 2794 и др.).

4. Использование метода оценки линейного роста растений чечевицы на ранних этапах онтогенеза позволит выявлять генотипы с высокой интенсивностью начального роста стебля и корня, которые могут представлять интерес для селекции. Этот метод дает возможность сохранить выделенные растения чечевицы путем их доращивания до созревания с целью получения семян. Поэтому он может быть использован не только для оценки, но и для отбора ценных генотипов на ранних этапах селекционного процесса.

5. С целью увеличения валовых сборов зерна чечевицы рекомендуется проводить активную маркетинговую политику и внедрять в сельскохозяйственное производство новый сорт Аида и другие отечественные сорта этой ценнейшей культуры.

По теме диссертации опубликованы следующие работы Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК

1. Кондыков, И.В. Исходный материал для селекции чечевицы на высокую

семенную продуктивность в Центрально-Черноземном регионе РФ / И.В. Кондыков, A.A. Янова, A.B. Иконников, A.B. Амелин // Вестник ОрелГАУ - Орел. - 2009. - №3 (18). - С.29-32.

2. Кондыков, И.В. Особенности взаимосвязей и варьирования хозяйственно ценных признаков чечевицы / И.В. Кондыков, A.A. Янова, Е.С. Чувашева, H.H. Кондыкова // Ученые записки Орловского Государственного Университета. - 2010. - № 2 (36). - С.248-250.

3. Янова, A.A. Архитектоника растений современных сортов чечевицы в связи с устойчивостью их агроценозов к полеганию / А. А. Янова, И.В. Кондыков, A.B. Иконников, Е.И. Чекалин, A.B. Амелин, Н.М. Державина // Вестник ОрелГАУ. -2011,-№2(29).-С.9-12.

4. Кондыков, И.В. Интенсивность ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза у контрастных по продуктивности образцов чечевицы / И.В. Кондыков, A.B. Амелин, A.A. Янова, Е.И. Чекалин, H.A. Бутримова // Вестник ОрелГАУ. - 2012. - №1 (34).-С. 27-31.

В других изданиях

5. Янова, A.A. Анатомические особенности строения стебля чечевицы в связи с устойчивостью к полеганию / A.A. Янова, Е.И. Чекалин, И.В. Кондыков / Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области: матер, региональной науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 35-летию Орловского государственного аграрного университета (Орел, 16-19 марта 2010 года). - ОрелГАУ. -2010. -С.365-368

6. Костикова, Н.О. Качество зерна сортов чечевицы нового поколения / Н.О. Костикова, О.В. Уварова, A.A. Янова, Е.С. Чувашева, И.В. Кондыков // Современные аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов: сб. статей Всеросс. конф. Третьи чтения, посвященные памяти профессора Ефремова Степана Ивановича (23-25 сентября 2010, г.Орел).-Орел, 2010-C.I40-142.

7. Янова, A.A. Урожайность и морфобиологические особенности сортов чечевицы нового поколения в Центрально-Черноземном регионе РФ / A.A. Янова, И.В. Кондыков // Зерновое хозяйство России. - 2011. - №1(13). - С.19-22.

8. A.A. Янова Источники хозяйственно-ценных признаков для селекции высокопродуктивных технологичных сортов чечевицы в условиях Центральной России / A.A. Янова, И.В. Кондыков // Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки: матер. VII Междунар. конф. молодых ученых, посвященной 75-летию профессора A.B. Газданова. - Владикавказ, 2011. - С.89-91.

9. Зотиков, В.И. Перспективная технология производства чечевицы: методические рекомендации / В.И. Зотиков, М.Т. Голопятов, Г.А. Борзенкова... A.A. Янова. - Орел, ГНУ ВНИИЗБК, 2011. - 60 с.

10. Авторское свидетельство № 51487 на сорт чечевицы Аида от 25.03.2010 г.

11. Патент на селекционное достижение № 5333 от 25.03.2010. Чечевица Аида. Выдан по заявке №9253605 с датой приоритета 12.12.2007.

Подписано в печать 20.02.2012 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0. Заказ 41. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве Орел ГАУ, 2012, Орел, Бульвар Победы, 19

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Янова, Альбина Александровна, Орел

61 12-6/313

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЗЕРНОБОБОВЫХ И КРУПЯНЫХ КУЛЬТУР

На правах рукописи

Янова Альбина Александровна

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЧЕЧЕВИЦЫ НА ВЫСОКУЮ СЕМЕННУЮ ПРОДУКТИВНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОМ РЕГИОНЕ РФ

06.01.05. - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук Кондыков Игорь Викторович

0рел-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9

1.1. Происхождение и систематика чечевицы 9

1.2. Народнохозяйственное значение и ареал возделывания культуры 14

1.3. Современные направления и методы селекции чечевицы 24

II. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3 8

2.1. Агрометеорологические условия в годы проведения исследований 38

2.2. Материал исследований 43

2.3. Методы исследований 45

III. СКРИНИНГ КОЛЛЕКЦИИ ЧЕЧЕВИЦЫ 49 3.1. Морфобиологические особенности образцов коллекции 49 3.2 Взаимосвязь и варьирование хозяйственно ценных признаков

чечевицы у образцов коллекции 59

IV. УРОЖАЙНОСТЬ И МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОРТОВ ЧЕЧЕВИЦЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ 64

V. МОРФОАНАТОМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСТЕНИЙ ЧЕЧЕВИЦЫ В СВЯЗИ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ АГРОЦЕНОЗОВ К ПОЛЕГАНИЮ 73

VI. ИНТЕНСИВНОСТЬ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАННИХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕНЗА У КОНТРАСТНЫХ ПО СЕМЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ОБРАЗЦОВ ЧЕЧЕВИЦЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94

ВЫВОДЫ 97 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ 99

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 100

ПРИЛОЖЕНИЯ 125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Чечевица Lens culinaris Medik. является одной из наиболее ценных продовольственных зернобобовых культур в мире. Посевные площади по данным FAOSTAT составили в 2010 г. 4,2 млн. га, валовой сбор - 4,6 млн. тонн.

Лидерами по производству культуры являются Канада (1,9 млн. тонн), Индия (900 тыс. тонн), Турция (447 тыс. тонн). Россия в 2010 г. занимала лишь 17 место с производством около 5,4 тыс. тонн. При этом царская Россия в начале XX века была одним из крупнейших производителей и экспортеров зерна чечевицы. Она вывозила на внешний рынок около 4 млн. пудов чечевицы. Это составляло 85% мирового экспорта.

Наибольший спад площади возделывания культуры в России отмечен в последнем десятилетии XX века - до 2 тыс. га в 1998 г. Максимальная площадь посева в РФ зарегистрирована в 2003 г. - 15 тыс. га. В настоящее время она находится в пределах 10 тыс. га.

По содержанию белка (до 36%), чечевица превосходит горох и фасоль (Павловская Н.Е. и др., 2010). Биологическая ценность белка определяется высоким содержанием незаменимых аминокислот лизина, фенилаланина, треонина и лейцина. Семена чечевицы характеризуются низким содержанием антипитательных веществ. В симбиозе с клубеньковыми бактериями растения чечевицы фиксируют атмосферный азот и обогащают им почву, что выводит ее в разряд хороших предшественников.

Отсутствие интереса к возделыванию чечевицы у производителей сельхозпродукции объясняется, главным образом низкой урожайностью (в среднем по стране около 1,0 т/га, в засушливом 2010 г. - 0,5 т/га) и технологичностью существующих сортов.

Сложность селекционной работы с чечевицей, определяется такими биологическими особенностями культуры, как относительная короткостебельность, низкое прикрепление бобов, полегаемость, слабая конкурентоспособность по отношению к сорной растительности, низкая толерантность к гербицидам, неравномерность созревания, растрескивание бобов и осыпание семян, низкая устойчивость к абиотическим и биотическим стрессорам и др.

Современными методами молекулярной биологии доказано, что в результате доместикации у чечевицы приблизительно на 40% уменьшился объем генетического разнообразия, что также является негативным для селекции фактором (Alo F., Furman В. J., Akhunov Е. et al, 2011).

Для повышения эффективности селекционной работы необходимо на основе изучения генофонда вида Lens culinaris Medik. вести перманентный целенаправленный поиск источников хозяйственно ценных признаков с целью вовлечения их в традиционные и разрабатываемые методы селекции. При этом комплексная оценка исходного материала должна базироваться на изучении морфологических, физиологических, анатомических и других биологических особенностей растений. Весьма значительным является и разработка морфобиологических параметров перспективного сорта культуры для условий Центральной России с учетом происходящих изменений климата.

Решению этих вопросов посвящена диссертационная работа, выполненная в рамках задания 04.05.01. «Выделить и синтезировать генетические источники и доноры особо ценных признаков, создать признаковые и генетические коллекции растений зерновых, зернобобовых и крупяных культур, кукурузы и сорго» Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2006...2010 гг. Российской академии сельскохозяйственных наук.

Цель исследований - изучить исходный материал и выделить

источники хозяйственно ценных признаков для селекции высокопродуктивных, технологичных, ценных по качеству сортов чечевицы в условиях Центрально-Черноземного региона.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- изучить коллекцию образцов чечевицы и выделить источники хозяйственно ценных признаков, перспективные для селекции;

- выявить закономерности взаимосвязей и варьирования признаков;

- определить связь морфологических и анатомических особенностей растений чечевицы с устойчивостью агроценоза к полеганию;

- изучить интенсивность ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза у контрастных по продуктивности образцов чечевицы;

- провести конкурсное испытание лучших генотипов и обосновать морфобиологические параметры перспективного для условий Центральной России сорта чечевицы.

Научная новизна. В условиях Центрально-Черноземного региона проведено комплексное изучение коллекции чечевицы, включающей 63 образца (из них 39 впервые) различного эколого-географического происхождения. Выявлены особенности варьирования и взаимосвязей хозяйственно ценных признаков. Определены морфологические и анатомические особенности растений, формирующих контрастные по полегаемости агрофитоценозы. В ходе изучения 71 генотипа чечевицы обыкновенной (63 коллекционных образца и 8 сортов конкурсного испытания) впервые установлена связь интенсивности ростовых процессов на ранних этапах онтогенеза с семенной продуктивностью. Проведено сравнительное изучение сортов чечевицы нового поколения и определены генотипы, наиболее приспособленные для Центрально-Черноземного региона России.

Практическая значимость работы. Выявленные в результате скрининга коллекции чечевицы источники высокой семенной

продуктивности, крупносемянности, устойчивости к полеганию, повышенного содержания белка и других хозяйственно ценных признаков могут быть использованы в селекции на высокую урожайность, технологичность и качество. Предложены для использования в селекции научно обоснованные морфобиологические параметры перспективного сорта для условий Центрально-Черноземного региона России и выделен исходный материал для его создания. В ходе реализации селекционной программы с использованием полученных результатов выведен в соавторстве новый сорт чечевицы Аида, который с 2010 г включен в Госреестр селекционных достижений РФ по всем зонам возделывания культуры.

Основные положения, выносимые на защиту:

> Источники хозяйственно-ценных признаков, перспективные в селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность, технологичность и качество.

> Морфологические и анатомические признаки генотипов, устойчивых к полеганию.

> Значение показателя интенсивности начального линейного роста стебля и корня в формировании высокой семенной продуктивности образцами и сортами чечевицы.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований ежегодно представлялись и докладывались в форме отчетов на Ученых Советах ГНУ ВНИИЗБК (2007...2009 гг.); на ежегодном Дне поля Орловщины (2007...2009 гг.); на региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области» (Орел, 2010 г.).; на Всероссийской конференции «Современные аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов». Третьи чтения, посвященные памяти профессора Ефремова С.И. (Орел, 2010 г.); на VII Международной конференции молодых ученых «Актуальные и новые направления

сельскохозяйственной науки (Владикавказ, 2011).

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе в рекомендованных изданиях ВАК Минобразования РФ — 4. получено авторское свидетельство и патент на сорт чечевицы Аида.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах печатного текста, состоит из введения, 6 глав, включающих обзор литературы, выводов, предложений по использованию результатов исследований, включает 14 таблиц, 19 рисунков, список используемой литературы (204 наименования, в том числе 101 на иностранных языках) и 11 приложений.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Происхождение и систематика чечевицы

Чечевица входит в число первых доместицированных зернобобовых культур (2оИагу D, 1972; Егекте 1997). Она составляла основу питания многих доисторических цивилизаций, о чём свидетельствуют археологические находки. В 1983 году в 9 км севернее Назарета при раскопках был обнаружен сосуд с семенами чечевицы (Сорокин С.И., 2009). Тестовые анализы с использованием новейшей техники определили возраст находки - 7 тысяч лет. Находка оценивается как одна из самых крупных партий зерна за всю историю археологических открытий - 7,4 кг семян. Ы.СиЬего (1981) приводит пример еще более древних находок чечевицы в Сирии и Турции, датируемых, приблизительно, 8500...6700 гг. до н. э.

Чечевица издавна возделывалась в древней Индии и Египте, хорошо известна в культуре античного Рима и Греции, широко была распространена в древнем земледелии многих арабских стран (Барулина Е.И., 1930; Леонтьев В.М., 1966; Беднарская И.Г., 1987).

Из Греции через Италию, Германию и Литву чечевица попала на древнюю Русь, где в средние века стала одним из основных продуктов питания крестьян (Зотиков В.И. и др., 2009). Называли ее сочевицей, журавлиным горохом, ляштой и всегда упоминали наравне с хлебами.

Изучение мировой коллекции форм и сортов чечевицы, позволило Николаю Ивановичу Вавилову установить, что первичной зоной происхождения и возделывания чечевицы являются горные районы Юго-

Западной Азии, где сосредоточено наибольшее количество разнообразных по морфологическим признакам и биологическим свойствам форм мелкосемянной чечевицы (Вавилов Н.И.. 1987). Юго-Западная Азия (включая северо-западные районы Пакистана и Индии) - это основная первичная зона происхождения культурной чечевицы, где сосредоточены эндемичные мелкосемянные формы культуры, нигде более в мире не встречающиеся. Так, в прииндийском районе юго-восточного Афганистана обнаружены формы, совершенно не похожие на обычную чечевицу — карликовые растения с мельчайшими, почти шаровидными темноокрашенными семенами, с мелкими фиолетовыми цветками, с легко растрескивающимися бурыми плодами.

По предположению Барулиной Е.И. (1930) крупносемянные формы чечевицы возникли позднее мелкосемянных в результате гибридизации, длительного отбора и благоприятных условий средиземноморских стран. Первичным центром происхождения крупносемянной чечевицы считается Средиземноморье.

Согласно первым исследованиям по систематике, род чечевица Lens (Tourn) Adans включает пять видов, из которых только чечевица культурная Lens esculenta Moench. (синоним Lens culinaris Medik.) введен в культуру. В дикорастущем состоянии встречаются - L. lenticula (Schreb) Alef., L. nigricans (M.B.) Godr., L. kotschyana (Boiss) Alef., L. orientalis (Boiss) Hand.-Mazz (Барулина Е.И., 1930; Леонтьев В.M., 1966).

З.В.Чефранова (1971) предложила систематику рода Lens, насчитывающую 9 видов: L. montbretii (Fish.et May.) Davis et Peltm, L. penduncularis (Nabel) Czefr., L. culinaris Medik., L. orientalis (Boiss) Schmalh., L. cyanea (Boiss. et Hohen.), L. nigricans (Bieb.) Webl et Berth., L. lamottei Czefr., L. ervoides (Brign) Grande, L. uniflora (Ten.) Schur. Вид L. montbretii является синонимом вида L. kotschyana, a L .ervoides — синонимом L. lenticula. В результате был восстановлен приоритет авторов для L. orientalis и L.

nigricans, переименован и описан L .lamottei, восстановлены 2 вида - L. uniflora и L. суапеа.

Т.А. Волузнева (1981) приводит описание пяти видов рода Lens: L. culinaris Medik и три диких вида - L. orientalis, L. nigricans и L. ervoides (Brign) Grande, которые произрастают в Крыму на сухих склонах и холмах, а также вид L. kotschyana, который встречается довольно редко и произрастает только в Ираке.

Ladizinsky G. (1993) обосновывает другой состав рода Lens: L. culinaris ssp. culinaris, L, culinaris ssp. orientalis, L. odemensis, L. ervoides, L. nigricans. Таксон L. montbretii автор относит к роду Vicia как Vicia montbretii. Этот вид отличается не только морфологически, но и по числу хромосом 2п=12, что отличает его от рода Lens, у представителей которого число хромосом 2п=14.

В аспекте скрещиваемости виды рода Lens могут быть разделены на две группы: L. culinaris - L. odemensis и L. ervoides - L. nigricans (Ladizinsky G., 1999). Скрещивания между представителями различных групп не давали результата из-за высокой абортивности зародышей, однако, использование специальных биотехнологических методов сохранения зародышей позволяет получать жизнеспособные межвидовые гибриды.

H. Oss, Y. Aron, G. Ladizinsky (1997) предложили ввести еще два вида в классификацию рода Lens: выделенный Чефрановой З.В. (1971) вид L. lamottei Czefranova, и идентифицированный Ладизински вид L. tomentosus Ladiz., который был известен ранее как вариант L. orientalis, но в отличие от него обладал опушенными плодами.

Помимо чечевицы обыкновенной Lens culinaris Medik. ряд авторов относят к культурным видам чечевицу французскую (Vicia ervilia Willd.) и чечевицу одноцветковую ( Vicia monanthos Desf.), которые являются зерново-кормовым растениям (Барулина Е.И., 1930; Волузнева Т.А., Буравцева Т.В., 1980; Бобкова Ю.А., 2000, 2003; Delgado T. et al., 2010).

Суворова Т.Н. и др. (2008) отмечая, что споры по поводу

систематического положения рода Lens и их филогенетических отношений не прекращаются и по настоящее время, относят таксоны Lens culinaris и L. orientalis к разным видам, а гибриды между ними считают межвидовыми.

Однако в «Глобальной стратегии сохранения ex situ рода чечевица (Lens Miller)», разработанной на 4 Международной научной конференции по продовольственным бобовым культурам (Индия, Нью-Дели, 2005 г.), принята классификация, представленная в работе М.Е. Ferguson et al. (2000). В соответствии с этой классификацией род Lens включает семь таксонов, распределенных в четырех видах:

- Lens culinaris Medikus subsp. culinaris, L. culinaris subsp. orientalis, L. culinaris subsp. tomentosus, L. culinaris subsp. odemensis

- Lens ervoides (Brign.) Grande

- Lens nigricans (M. Bieb.) Godr.

- Lens lamottei Czefr.

L. culinaris subsp. orientalis является по предположению авторов предковой формой Lens culinaris subsp. culinaris', оба таксона легко скрещиваются и дают фертильное потомство. Достаточно хорошо скрещивается с Lens culinaris subsp. culinaris и L. culinaris subsp. odemensis. Другие дикие таксоны плохо скрещиваются с культурной формой.

Использование современных методов молекулярной биологии при изучении 175 диких и 133 окультуренных образцов из коллекции 1С ARD А, представляющих все семь таксонов рода Lens, позволило установить, что Lens nigricans и Lens ervoides являются хорошо очерченными видами на уровне ДНК-последовательностей (Alo F. et al., 2011). L. culinaris subsp. odemensis, L. culinaris subsp. tomentosus и Lens lamottei могут представлять собой одиночные таксоны. Подтверждено, что L. culinaris subsp. orientalis является предковой формой культурной чечевицы Lens culinaris subsp. culinaris. Сделано предположение, что конкретной зоной возникновения культурной чечевицы может быть южная Турция.

По диаметру семян выделяют две группы разновидностей -крупносемянная (macrosperma), и мелкосемянная (microsperma). У мелкосемянных разновидностей семена диаметром до 5,5 мм, а у крупносемянных - более 5,5 мм (Барулина Е.И., 1930; Леонтьев В.М., 1966).

Барулина Е.И. (1930) предложила классифицировать огромное многообразие образцов чечевицы по комплексу биологических, морфологических и хозяйственно ценных особенностей на эколого-географические группы. В пределах вида Lens culinaris (Lens esculenta) выделено шесть эколого-географических групп разновидностей: аравийско-абиссинская (эфиопская) (Эфиопия, Эритрея, Йемен), афганская (Афганистан); индийская (Индия, Пакистан), переднеазиатская (страны Малой Азии, Юго-Западной Азии и Центральной Азии), средиземноморская (Испания, Португалия, Италия, Греция, Сардиния, Сицилия, Крит, Кипр, Тунис), европейская (Россия, страны Европы, Северной Африки и Америки).

Местные и научно отселектированные сорта чечевицы, которые получили распространение более всего, относятся к европейской и среднеазиатской экологическим группам. Они адаптированы к широкому спектру агроэкологических условий, обладают большим генетическим разнообразием, что очень важно для подбора исходного материал