Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изменение уборочного индекса в процессе селекции и его влияние на урожайность пшеницы мягкой озимой

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Изменение уборочного индекса в процессе селекции и его влияние на урожайность пшеницы мягкой озимой"

На правах рукописи

НОВИКОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИЗМЕНЕНИЕ УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА В ПРОЦЕССЕ СЕЛЕКЦИИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ ПШЕНИЦЫ МЯГКОЙ ОЗИМОЙ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

5 ДПР 2012

Краснодар - 2012

005020524

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени ТТ.П. Лукь-яненко Российской академии сельскохозяйственных наук в 1998-2011 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

академик РАСХН, профессор, Беспалова Людмила Андреевна,

Официальные оппоненты: Шевцов Виктор Михайлович,

доктор сельскохозяйственных наук,

академик РАСХН, профессор,

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный

аграрный университет»,

заведующий центром искусственного климата

Фоменко Марина Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, ГНУ Донской ЗНИИСХ Россельхозакадемии, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский

институт масличных культур им. B.C. Пустовойта Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 25 апреля 2012 г. в 11 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 220. 038. 03 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13 (главный корпус, конференц-зал, к. 104), тел./факс (8-861) 221 -57-93.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», с авторефератом - на сайтах http:// www.vak.ed.gov.ru и www.kubsau.ru

Автореферат разослан "_23_" _марта_2012г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор

ІІФО

Цаценко Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вклад селекции в прирост урожайности во второй половине XX века по оценкам С. Гриб (1987), A.A. Созинова (1987) превышает 50%. J. Hesselbach (1985), F. Reinhard (1987) также называют цифру 50-60%. Внедрение в производство сорта Безостая 1 позволило повысить урожайность пшеницы на 40% (П.П. Лукьяненко, 1973). О роли селекции, генетического прогресса в увеличении валовых сборов зерна опубликовано много научных работ (С. Бороевич, 1984; В.М. Шевцов, 1998; Л.А. Беспалова, 1998; Н.С. Васильчук, 2004 и др.). Э.Д. Неттевич (2002) показал, что за счет селекции ежегодный прирост урожайности составил 0,61 кг с 1 га. Вклад новых сортов в повышение урожайности составляет по данным С. Бороевича (1971) 1%, Л. Балла и др. (1987)-2,3%, Я. Валкоун и др. (1987) - 1,54-1,71% в год.

Многочисленные данные, посвященные сравнительному изучению старых и новых сортов зерновых культур, свидетельствуют о значительных преимуществах последних по способности в сравнимых условиях формировать более высокие урожаи зерна. Повышение производства зерна пшеницы связано с внедрением на больших площадях короткостебельных сортов интенсивного типа, характеризующихся укороченной, устойчивой к полеганию соломиной и более высоким соотношением зерна к соломе. Уборочный индекс является одним из признаков в триаде элементов структуры урожая, который наиболее тесно взаимосвязан с урожаем зерна. Многие авторы (П.П. Лукьяненко, 1975; С.Бороевич, 1984; Ю.М. Пучков и др., 1982) подчеркивают особую важность уборочного индекса (Кх03) при селекции на продуктивность и связывают увеличение урожая зерна у современных сортов с перераспределением биомассы в пользу хозяйственно-полезных органов при сохранении общего урожая биомассы. М. Singh, M.K. Upadhyay (1986), H.K. Jain (1986) считают, что Кх0, достиг своего предельного значения и дальнейший рост урожайности зерна возможен лишь при увеличении общего урожая биомассы. M.S. Swaminathan (1986). P. Hucl, R.J. Baker (1987), V.P. Kulshrestha (1988) предполагают возможность увеличения уборочного индекса еще на 20-25%.

Поэтому вопрос об изучении возможности дальнейшего увеличения доли зерна в общей биологической урожайности является актуальной проблемой.

Цель к задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в изучении изменения уборочного индекса пшеницы мягкой озимой в процессе селекции и в зависимости от агроэкологических факторов и возможности его дальнейшего увеличения.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- провести ретроспективный анализ урожайности и ее структуры у сортов, созданных в процессе научной селекции;

- определить варьирование урожайности у сортов разных сортосмен;

- оценить эволюцию уборочного индекса (Кхо, ценоза, Кх03 побега, Кх03 колоса) в процессе селекции;

- выявить взаимосвязи между уборочным индексом, урожайностью и элементами ее структуры;

- выделить и оценить генотипическую и экологическую корреляции Кхоз с элементами структуры урожая;

- изучить влияние агроэкологических факторов на изменение уборочного индекса;

- уточнить возможность дальнейшего увеличения Кхоз при селекции на высокую урожайность.

Научная новизна:

- впервые проведен ретроспективный анализ сортов пшеницы мягкой озимой разных периодов краснодарской селекции;

- доказано, что в результате научной селекции урожайность сортов пшеницы мягкой озимой увеличилась на 44,9 ц/га или 218,8%.

- подтверждена основополагающая роль уборочного индекса (гв =0,94, ге =0,24) и емкости ценоза (г8 =0,88, ге =0,23) в увеличении урожайности пшеницы в филогенезе;

- впервые показано, что Кхо, побега может быть использован в качестве фонового признака при селекции на урожайность;

- впервые доказано, что выход зерна с колоса может быть использован в селекции на увеличение емкости ценоза.

Практическая значимость работы.

В результате селекционной работы в соавторстве создано 15 сортов, 10 из них: Есаул (2005), Мафэ (2006), Кума (2007), Первица (2008), Гром (2009), Сила (2009), Иришка (2009), Калым (2011), Протон (2011), Бригада (2012) внесены в Государственные реестры селекционных достижений, допущенных к использованию в производстве. Четыре сорта - Табор, Ольхон, Стан, Баграт проходят Государственное испытание. Выведенные сорта получили широкое распространение в производстве в разных странах. Под урожай 2012 года они высеяны в Краснодарском крае на площади 356 тыс. га. Новые сорта позволят увеличить урожайность озимой пшеницы и ее стабильность.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Ретроспективный анализ результатов за период научной селекции;

2. Изменение уборочного индекса в филогенезе и онтогенезе;

3. Уборочный индекс, как главный фактор дальнейшей селекции на урожайность;

4. Десять созданных сортов пшеницы мягкой озимой, внесенных в Госреестр селекционных достижений РФ, допущенных к использованию по 6 и 8 регионам страны, а также включенные в Госреестры других стран: Узбекистан, Украина, Азербайджан, Молдова.

Апробация работы и публикация результатов исследований.

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-методических советах Краснодарского НИИСХ в 2000-2011 гг.; четвертой, пятой, шестой, седьмой и восьмой региональных конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2002-2006 гг.; второй и четвертой всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2008, 2010 гг. в Кубанском государственном аграрном университете, г. Краснодар; международной конференции, посвященной 50-летию создания сорта озимой мягкой пшеницы Безостая 1 «Безостая 1 - 50 лет триумфа» (Краснодар, 2005), международной конференции посвященной, 110-летию со дня рождения П.П. Лукьянен-ко, Краснодар, 2011.

По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе одна работа в научном издании, рекомендуемом ВАК. Получены десять патентов и десять авторских свидетельств на сорта пшеницы мягкой озимой.

Объём и структура диссертации.

Диссертация изложена на 173 страницах печатного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики, списка литературы из 271 источников, в том числе 94 на иностранных языках. Работа содержит 29 таблиц и 29 рисунков, 33 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В данной главе представлен анализ научной литературы по проблемам, касающимся изменения уборочного индекса в процессе селекции и его влияния на урожайность пшеницы мягкой озимой. Рассмотрены вопросы эволюции уборочного индекса. Освещены аспекты влияния агроэкологических условий на уборочный индекс и его связь с урожайностью и элементами ее структуры.

Глава 2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследовательские работы выполнены на опытных полях селекционных севооборотов Краснодарского НИИСХ, расположенных в центральной зоне Краснодарского края в период 1998-2011 гг.

Для характеристики метеорологических условий за годы исследований использовали данные метеопоста КНИИСХ. Погодные условия в годы проведения опытов значительно различались, но в целом были типичными для зоны (приложения 1-10).

Территория КНИИСХ входит во второй агроклиматический район. По температурному режиму климат характеризуется как умеренно-континентальный. Среднее количество осадков, выпадающих за год в районе г.Краснодара, составляет 611 мм. В отдельные годы оно колеблется от 540 до 834 мм. Среднегодовая температура воздуха составляет 10,8 °С.

Почвы селекционного севооборота представлены западно-предкавказским, выщелоченным, малогумусным, сверхмощным черноземамом. В верхних горизонтах чернозема, по данным агрохимической лаборатории КНИ-ИСХ, содержится 0,15...0,18% фосфора, 1,82... 1, 91% калия и 0,26...0,35% азота.

Экспериментальным материалом служили сорта, местные и созданные за весь период научной селекции пшеницы в ГНУ Краснодарский НИИСХ.

По высоте растений изучаемый набор сортов подразделяли на 4 группы: высокорослые, среднерослые, короткостебельные, полукарликовые; по продолжительности вегетационного периода - на 6 групп: ультраскороспелые, скороспелые, среднеранние, среднеспелые, среднепоздние и позднеспелые. Сорта, представленные в опыте, возделывались в производстве в течение 20 века и в первое десятилетие 21 века.

Сравнительное изучение сортов разных сортосмен проводили в опыте «История селекции» по типу КСИ по предшественнику рапс в течении четырех лет. Площадь делянок 10 м2, повторность четырехкратная. Посев проводили сеялкой ССФК - 7М. Норма высева всех образцов - 500 всхожих семян на 1 м2. Опыты закладывали по методике Государственного сортоиспытания (1985). Агротехника в опыте «История селекции» была общепринятой для центральной зоны Краснодарского края: лущение стерни после уборки предшествующей культуры, внесение основного удобрения ^оРвоКчо, вспашка на глубину 20-22 см, культивация. В период возобновления весенней вегетации и выхода в трубку вносили по 35 кг N в д.в.

Опыты по паспортизации сортов представляют собой полевой эксперимент, включающий в себя шесть факторов, в наибольшей степени влияющих на хозяйственные признаки озимой пшеницы: предшественники (эспарцет, озимая пшеница, подсолнечник); сроки сева (оптимальный - 4-8 октября; конец оптимального - 18-22 октября; поздний - 4-10 ноября); основное и припосевное удобрение (под основную обработку почвы - ЫадРуг^; припосевное - ^Р30); ранняя весенняя азотная подкормка (первая градация - без подкормки, вторая - N55, третья - N70), поздняя весенняя подкормка (первая градация - без подкормки, вторая - N35, третья - N70); обработка фунгицидами (первая градация - без защиты, вторая - двукратная обработка: при выходе растений в трубку и в колошение; третий фактор - однократная обработка перед выколашиванием).

Дисперсионный анализ проводили по стандартной схеме с использованием статистического пакета БТАТСНАРШСБ. Расчет долей влияния факторов на формирование урожайности в опыте проводили по методике С. Бороевича

(1984). Корреляционный и регрессионный анализ проводили по Б.А. Доспехову

(1985). Коэффициенты генотипической корреляции определяли между значениями признаков у разных сортов, усредненными по годам (Драгавцев В.А., 1973). Коэффициенты экологической корреляции определяли между значениями признаков в разные годы, усредненными по сортам.

Селекцию полукарликовых сортов озимой мягкой пшеницы проводили согласно общепринятым и принятым в отделе селекции и семеноводства пшеницы и тритикале Краснодарского НИИСХ методикам.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 3. ИЗМЕНЕНИЕ УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА В ФИЛОГЕНЕЗЕ

Результаты анализа данных, полученных нами в опыте «История селекции» в среднем за четыре года показали, что урожайность изменялась от 37,8 ц/га у сортов народной селекции (Седоуска, Кособрюховка) до 82,7 ц/га у современных сортов с двумя генами карликовости (таблица 1).

Таблица 1 - Урожайность сортов пшеницы мягкой озимой разных сортосмен,

опыт «История селекции», КНИИСХ, ц/га

Сорто смена Сорт год среднее

2001 2002 2003 2004

I С'едоуска. Кособрюховка 32,6 45,3 42.4 31.1 37,8

II Круг:шк 393, Новоукраинка 83 33,3 51,8 48.0 32.7 41,4

111 Скороспелка Л-1, Скороспелка 36 40,0 66,1 59,2 48.5 53,5

IV Безостая 1. Краснодарская 6 и др. 40,4 63,9 59.6 55.7 54.9

V Кавказ. Краснодарская 39 и др. 51,8 70,5 61.0 64.5 61,9

VI Краснодарская 57, Олимпия и др. 58,0 74,9 64.2 68.3 66,4

VII Среднерослые Соратница. Руфа, Леда и др. 71,0 84,8 66.8 84,7 76,8

Пол \кпрлнков ы е Скифянка. Юна. Ейка. Горлица и др. 77,1 87,0 70,4 77.3 77.9

VIII Среднерослые Зимородок. Княжна. Русса, и др. 68,9 83,7 71,9 85.7 77,6

Пол у карликов ме Крошка. Фи шт. Батько, Краснодарская 99 и др. 77,1 86,6 71,7 95.5 82.7

среднее 55,0 71,5 61.5 64.4 63,1

НСР0< 5,8 4.8 5.7 6.5

У сортов третьей сортосмены произошел резкий скачок урожайности в сравнении с ранее районированными за счет более короткого вегетационного периода и низкого, устойчивого к полеганию стебля. Именно введение в генофонд сортов генов Юн 8 и Ррс! 2, изменивших архитектонику растений и их реакцию на длину дня. позволило в среднем увеличить урожайность на 15,7 ц/га или 41,5%. Сорта четвертой сортосмены по урожайности практически остались на уровне предыдущей сортосмены, но значительно возрос их адаптивный потенциал и, как следствие, стабильность урожаев. В генофонд сортов пятой сортосмены были введены ржаные транслокации, которые усилили стрессоустойчивость и увеличили потенциальную урожайность. Совершенствование сортов с одним

геном карликовости и создание сортов - двухгенных карликов (седьмая и восьмая сортосмены) обеспечили новый скачок по урожайности как по группе полукарликовых - 77,9 и 82,7 ц/га, так и по группе среднерослых - 76,8 ц/1 га и 77,6 ц/га, соответственно.

Таким образом, на каждом этапе селекции привлекался и включался в генофонд новый генетический материал, который постепенно изменял архитектонику, физиологический и энергетический статус растения. За включением новых генов или чужеродных транслокаций следовала большая селекционная работа по совершенствованию адаптивного потенциала селекционного материала. Только после этого можно было «идти» на новые структурные изменения генотипа, растения, ценоза.

Многие исследователи утверждают, что с увеличением урожайности варьирование сортов по этому признаку значительно возрастает как в абсолютном значении, так и в процентах. Мы также подсчитали варьирование урожайности у сортов всех сортосмен в зависимости от условий среды (таблица 2).

Таблица 2 - Варьирование урожайности у сортов пшеницы разных

сортосмен, опыт «История селекции», КНИИСХ, 2001-2004 гг.

Сортосмена Варьи эование

ц/га %

I 14,2 31,4

И 19,1 37,0

III 26,1 39,5

IV 23,5 36,8

V 18,7 26,6

VI 16,9 22,5

VII полукарликовые 20,1 23,1

среднерослые 18,0 21,2

VIII полукарликовые 18,4 19,6

среднерослые 16,8 20,5

У сортов первой сортосмены варьирование по урожайности составило 14,2 ц/га или 31,4%. Варьирование урожайности у сортов второй и, особенно, третьей сортосмены выросло как в абсолютном выражении - 19,1 и 26,1 ц/га, так и в относительном - 37,0% и 39,5%, соответственно. Это связано с недостаточно высокой устойчивостью к биотическим стрессам у первых и к абиотическим - у вторых. Сорта четвертой и пятой сортосмен показали большую стабильность по урожайности. Сорта шестой сортосмены отличаются более высокой морозостойкостью (Краснодарская 57, Олимпия), скороспелостью (Краснодарская 70, Исток), высокими темпами налива и интенсивной аттракцией накопленных пластических веществ в зерно (Исток, Павловка), способностью полнее реализовать

потенциальную зерновую продуктивность в условиях с более ограниченными ресурсами среды (Олимпия).

Уменьшение варьирования как в абсолютном, так и в относительном выражении сортов седьмой и восьмой сортосмен свидетельствует об увеличении их стрессоустойчивости и оправданности многообразия современных сортов, различающихся по продолжительности вегетационного периода, степени выраженности основных систем адаптации в генотипе каждого сорта.

У полукарликовых и среднерослых сортов седьмой сортосмены размах варьирования урожайности составил 20,1 и 18,0 и/га, соответственно.

Сорта восьмой сортосмены, созданные для современных технологий, в абсолютном выражении имеют более узкий размах варьирования как по группе полукарликовых сортов (18,4 ц/га), так и по группе среднерослых (16,8 ц/га), что ниже чем, у сортов седьмой сортосмены. Установлен селекционный прогресс как в отношении увеличения урожайности, так и значительного увеличения адаптивного потенциала культуры в ответ на воздействие негативных экологических, антропогенных факторов, изменение климата, почвы и др. Современное сортовое многоообразие обеспечивает надежный запас биологической «прочности» даже при значительных стрессовых ситуациях.

Одним из важнейших признаков, повлиявшим на изменение массы зерна с колоса в результате научной селекции, является количество зерен в колосе. Эволюция пшеничного растения в процессе селекции шла по пути увеличения числа зерен в колосе. У сортов первой-третьей сортосмен шло плавное увеличение этого признака (рисунок 1). Так, сорт Седоуска сформировал в среднем по 33,0 зерна в колосе, Круглик 393 - 37,0, а Скороспелка 36 - 44,8 зерен. У сортов четвертой сортосмены наблюдается некоторое снижение количества зерен в колосе в связи с увеличением продуктивного стеблестоя. Лучшим сортом в пятой сортосмене признан сорт Кавказ, сформировавший в среднем 46,0 зерен в колосе. У сортов шестой сортосмены наблюдается некоторое снижение количества зерен в колосе. Это было закономерно, поскольку большинство сортов относились к степному экотипу с хорошим продуктивным кущением и сравнительно мелким колосом. Лучшим в шестой сортосмене был сорт Краснодарская 57, сформировавшим 41,8 зерен.

Сорта полукарликового и среднерослого типа седьмой сортосмены сформировали фактически равное количество зерен - 37,8 и 37,7 шт. Лидерами в подгруппах были крупноколосые многоцветковые сорта: короткостебельный -Горлица - 57,5 зерен и среднерослый Купава - 57,3 зерен. Сорта восьмой сортосмены несколько уступили сортам седьмой сортосмены по этому признаку, поскольку интенсивная селекция на толерантность к загущению для получения очень плотных ценозов предполагала некоторое снижение продуктивности колоса с целью увеличения урожайности. Анализ количества зерен в колосе по годам показал его достаточно высокую вариабельность, связанную с изменением условий среды.

Ш среднее О максимальное значение

' ..... ..... ""

* - среднерослые ** - полукарликовые

Рисунок 1 - Количество зерен В колосе У сортов разных сортосмен, ОПЫТ «Исто- | рия селекции», КНИИСХ, 2001-2004 гг.

Отношение хозяйственно-ценной биомассы растения или посева к общей надземной биомассе называется коэффициентом хозяйственного использования биомассы или уборочного индекса (Кхоз). По величине уборочного индекса судят об эффективности аттракции пластических веществ из соломы в зерно.

Сорта первой и второй сортосмен отличались низким К,03 который составлял 22,8-24,9% (таблица 3). На одну тонну зерна приходилось три и более тонн соломы. Значительный прогресс в увеличении Кхоз мы наблюдаем у сортов третьей и затем седьмой, восьмой сортосмен с введением в генофонд генов ре- I дукции высоты растений сначала 1Ш 8, а затем ИМ 1, Шк 2, Я1п 11, что связано с | резким ее снижением. Можно констатировать, что присутствие Шц - генов в генотипах сортов приводит к значительному увеличению зерновой части в общем биологическом урожае, и соответственно урожая зерна. Различия в величине Кх03 между современными сортами с двумя и одним генами Шц составляют 2,8-3,0% I в пользу первых. Средний Кхоз у сортов - двухгенных карликов восьмой сортосмены составляет 41,2% с варьированием по годам от 38,9 до 43.6%.

Таблица 3 - Эволюция уборочного индекса Кх03 в результате селекции, опыт «История селекции», КНИИСХ, % _

Сорто смена Сорт год Сред нее

2001 2002 2003 2004

I Седоуска, Кособрюховка 24,6 23,8 30,3 12,8 22,8

И Круглик 393, Новоукраинка 83 26,3 23,8 29,9 19,7 24,9

III Скороспелка Л-1, Скороспелка 36 27,8 38,1 33,0 28,5 31,8

IV Безостая 1, Краснодарская 6, Ранняя 12 29,7 32,6 35,9 32,8 32,8

V Кавказ, Аврора, Краснодарская 39 30,6 39,2 31,2 29,9 32,7

VI Краснодарская 57, Олимпия, Исток, Павловка, Краснодарская 70 31,5 40,6 34,1 34,2 35,1

VII Среднерослые Соратница, Руфа, Леда, Половчанка, Эхо, Купава 37,3 41,7 35,5 35,7 37,6

Полукарликовые Скифянка, Юна, Ника Кубани, Юг-тина, Ейка, Офелия, Горлица 38,5 43,9 40,0 40,0 40,6

VIII Среднерослые Зимородок, Княжна, Русса, Дея, Красота, Горянка 36,7 40,7 37,4 39,0 38,4

Полукарликовые Крошка, Победа 50, Фишт, Батько, Старшина, Краснодарская 99 40,4 43,6 38,9 42,0 41,2

среднее 32,5 36,8 34,6 31,5 33,8

НСР05 3,5 2,3 2,9 3,6

Можно констатировать, что увеличение уборочного индекса в филогенезе озимой пшеницы шло параллельно с увеличением зерновой продуктивности, о чем свидетельствуют корреляционные взаимосвязи.

Фенотипические корреляции не могут определенно разграничить вклад генотипа в установленных связях с ролью среды. Поскольку фенотип - это результат взаимодействия генотипа и условий среды, то отделив экологическую дисперсию, мы получили наследуемую часть взаимосвязи или генотипическую корреляцию. Знание коэффициентов генотипической и экологической (Уе) изменчивости изучаемых признаков позволяет нам вести целенаправленный и эффективный отбор, а также уточнить стратегию селекционной программы.

Для успешной идентификации ценных генотипов с помощью фоновых признаков большое значение имеет различие в величине между генотипическими и фенотипическими коэффициентами корреляции. По В.А. Драгавцеву, А.Б. Дьякову (1982), генотипическая и экологическая корреляции между фоновым и селекционным признаками должны примерно различаться на 0,5.

Почти прямолинейная положительная генотипическая зависимость установлена нами между уборочным индексом и биологической урожайностью г6= 0,94, при этом экологический коэффициент корреляции ге составил всего 0,24

(таблица 4). Это указывает, что К хот ценоза может служить фоновым признаком при отборе генотипов с высокой урожайностью. Об этом также свидетельствуют г8 и ге между К х03 ценоза и емкостью ценоза, которые составляют 0,88 и 0,23, соответственно.

Таблица 4 - Фенотипические, генотипические и экологические корреляции Кх03 ценоза с элементами структуры урожая, опыт «История селекции», КНИИСХ, 2001-2004 гг.___

Признаки грЬ Г8

Кхоз побега 0,73* 0,93* 0,55*

Кхоз колоса 0,56* 0,74* 0,69*

Масса зерен с колоса 0,64* 0,79* 0,83*

Число зерен с колоса 0,59* 0,71* 0,80*

Общая биологическая урожайность 0,16* 0,51* 0,07

Урожайность зерна 0,54* 0,94* 0,24

Число колосьев на м2 0,14* 0,48* -0,13

Высота растений -0,59* -0,94* 0,26

Длина колоса 0,30* 0,29 0,77*

Число колосков развитых 0,34* 0,45* 0,73*

Число колосков не развитых -0,27* -0,66* -0,02

Емкость ценоза 0,42* 0,88* 0,23

* - достоверно на 5%-ом уровне значимости

Почти прямолинейная отрицательная генотипическая зависимость установлена между Кх03 ценоза и высотой растений ге= -0,94. Экологическая корреляция между этими признаками низкая положительная. Таким образом, снижение высоты растений будет увеличивать Кхо5.

Высокие генотипические коэффициенты корреляции установлены нами между Кхоз ценоза и массой зерна с колоса, числом зерен в колосе и Кх01 колоса -0,79; 0,71 и 0,74, соответственно. Однако экологический коэффициент корреляции между этими признаками также высокий. Следовательно, при увеличении массы зерна с колоса, числа зерен в колосе Кхоз колоса и Кх0, ценоза будут возрастать. Однако эти признаки не могут являться фоновыми из-за высоких экологических шумов. Наши данные показывают, что Кх03 побега может быть использован для отбора генотипов с высоким Кхоз ценоза, тем более, что определить этот признак значительно легче, чем первый.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА

Изучение Кх03 ценоза в разрезе генотип-средового взаимодействия позволяет дать определенные характеристики изучаемым сортам, выявить общие тенденции их поведения в изменяющихся условиях внешней среды и влияния условий среды на выход зерна и связи изучаемого признака с урожайностью.

A.A. Жученко и др. (1980, 1994) отмечают, что в целях обеспечения аг-роэкологической адресности селекции необходима оценка селекционного материала на устойчивость к наиболее распространенным в зоне выращивания стрессовым факторам. Учет этих специфических реакций различных сортов на отдельные факторы внешней среды позволяет обеспечивать более высокий урожай, его качество и стабильность за счет правильного агроклиматического районирования.

Рассматривая результаты двухфакторного дисперсионного анализа, где фактор 1 - это год испытания, а фактор 2 - вариант агроопыта, нами установлено достоверное влияние года изучения, агротехнических условий выращивания сорта Русса и их взаимодействия на Кх03 ценоза на 5% уровне значимости (таблица 5).

Таблица 5 - Результаты двухфакторного дисперсионного анализа уборочного индекса ценоза у сорта Русса, опыты по паспортизации, 2000-2002 гг.

Показатель

Степень свободы

Сумма квадратов

Средний квадрат

F-расч.

F-0,05

Общее

359,0

8623,56

Повторности

3,00

11,30

Фактор 1 (год изучения)

2,00

363,43

181,71

31,33

3,03

Фактор 2

(вариант агроопыта)

29,00

1715,73

59,16

10,20

1,51

Взаимодействие

58,00

4984,40

85,94

14,82

1,37

Остаточное

267,0

1548,70

5,80

Ошибка средней

1,20

Относительная ошибка опыта, %

3,18

НСР частных средних

3,34

НСР по 1-му фактору

0,61

НСР по 2-му фактору

1,94

Коэффициент Фишера расчетный больше табличного по всем изучаемым факторам и при их взаимодействии.

Наибольшая дисперсия установлена для взаимодействия факторов. Она составила 20,03 против 6,67 по вариантам агроопыта и 1,52 - влияние года. По фактору 1 НСР составила 0,61, что позволяет говорить о существенных различиях по Кх03 ценоза, он достоверно различается по годам. НСР по агровариантам составила 1,94. Не все агроварианты достоверно различались по изучаемому признаку.

Наибольший Кх03 ценоза сорта Русса отмечен нами при посеве по предшественнику подсолнечник, он составил 45%, а наименьший - при посеве по эспарцету - 34,8% (рисунок 2). Уборочный индекс увеличивался от позднего срока сева к оптимальному, а наиболее высоким он был при посеве в конце оптимального срока.

Кхю также увеличился при внесении припосевного удобрения, а максимального значения он достигал на фоне основного удобрения. Первая азотная подкормка в любой дозе снижала Кхоз, а вторая в дозе N35 - увеличивала. Наибольший выход зерна от общего урожая формировался при однократной защите от болезней.

ё

й и к

4?

39

36

30

-1

/0

-1

/

/о

-1

-1

\

Предшественник

0 • эспарцет

-1 - оз пшеница

I -подсолнечник

Срок се»а

0-

отимапьный

-1 -поздний

1-конец огггим.

Основное удобрение

О-приду&т

-І

Рютевесеннхя азотная подкормка

0-Н.

І'

-1 -Ы.

1-К-»

Лоздневесенняя азотная подкормка

О-И/

1 -ЬЦ

Зашита от болезней

0- 2 защиты

-1-6« защиты

1-1 защите

Рисунок 2 - Прямой эффект агрофакторов на уборочный индекс сорта Русса, опыты паспортизации сортов, КНИИСХ, 2000-2002 гг.

Двухфакторный дисперсионный анализ Кх0, ценоза полукарликового скороспелого сорта Победа 50 также выявил достоверное влияние года и агро-технологических условий выращивания на 5% уровне значимости (таблица 6).

Взаимодействие факторов оказывало более существенное влияние на Кхоз ценоза, чем фактор года и агроварианта. Однако фактор года для интенсивного сорта Победа 50 был более значимым, чем для экстенсивного сорта Русса. Р расчетное превышает Р табличное по изучаемым факторам и их взаимодействию. По фактору 1 наименьшая существенная разница составила 0,68, что позволяет говорить о существенных различиях Кх03 ценоза по годам. Наименьшая существенная разница по фактору 2 - агровариант составила 2,15, что несколько выше, чем по фактору 2 у сорта Русса - это свидетельствует о большем влиянии агро-фона на изучаемый признак Кхоз ценоза у скороспелого сорта Победа 50, более отзывчивого на повышение агрофона и улучшение условий выращивания.

Таблица 6 - Результаты двухфакторного дисперсионного анализа уборочного индекса ценоза у сорта Победа 50, опыты по паспортизации, 2000-2002 гг.

Показатель Степень свободы Сумма квадратов Средний квадрат Р-расч. Р-0,05

Общее 359,00 8147,31

Повторности 3,00 39,18

Фактор 1 (год изучения) 2,00 1656,58 828,29 115,71 3,03

Фактор 2 (вариант агроопыта) 29,00 1224,81 42,23 5,90 1,51

Взаимодействие 58,00 3315,42 57,16 7,99 1,37

Остаточное 267,00 1911,32 7,16

Ошибка средней 1,34

Относительная ошибка опыта,% 3,28

НСР частных средних 3,71

НСР по 1-му фактору 0,68

НСР по 2-му фактору 2,15

Кхо, ценоза у полукарликового сорта Победа 50 при взаимодействии градаций факторов (основное или припосевное удобрение, подкормки) ведет себя несколько иначе, чем у сорта Русса (рисунок 3).

Рисунок 3 - Поверхность отклика Кх05 ценоза сорта Победа 50 на изменение градаций факторов основное, припосевное удобрение и ранневесенняя азотная подкормка, 2000-2002 гг.

Экологические коэффициенты корреляции, рассчитанные по результатам агроэкологических опытов у сортов Русса, Победа 50 и Соратница, показали, что урожайность зерна была тесно связана с общей биологической урожайностью (г= 0,76; 0,86; 0,87), с высотой растений (г= 0,61; 0,53; 0,62) и с количеством колосьев на единице площади (0,65; 0,72; 0,58), но она не коррелировала с Кхо, ценоза (г= 0,02; 0,07; -0,06), слабо коррелировала с Кхоз колоса (0,34; -0,16; 0,09). Кх03 ценоза был слабо отрицательно связан с общей биологической урожайностью (-0,29; -0,16 -0,18), высотой растений (-0,29; -0,27; -0,33) и количеством колосьев на 1 м2.

Таким образом, экологические и генотипические коэффициенты корреляции между урожайностью и уборочным индексом разнонаправлены. При увеличении Кхоз в процессе селекции или в филогенезе урожайность почти пропор-цианально возрастает. В онтогенезе же для увеличения урожайности необходимо создавать условия для роста общей биологической урожайности. При этом увеличивается высота растений, продуктивное и непродуктивное кущение и, как правило, снижается Кхоз. Поэтому при выведении высокоурожайных сортов необходимо постоянно контролировать уборочный индекс, как важнейший адаптивно значимый признак, создавая генотипы с Кх03, в среднем превышающим 50%-й уровень.

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЛЕКЦИИ

Достижения в области селекции пшеницы и применение новых технологий внесли большой вклад в непрерывный рост урожайности. Урожай любой культуры - это сложный признак, который зависит от целого ряда элементов.

Полученные нами результаты исследований были широко использованы при создании новых сортов. Мы подтвердили отсутствие строгой зависимости между общей биологической урожайностью и урожаем зерна. Однако максимальная урожайность получается при одновременном увеличении урожая общей биомассы и Кхоз. Наши данные показали, что урожайность зерна возрастает пропорционально росту уборочного индекса до тех пор, пока поддерживается максимальный уровень биологического урожая. Поэтому мы стремились при создании новых сортов повышать Кх03 при равной или более высокой общей урожайности, увеличивая одновременно запасающую емкость ценоза. Скороспелый сорт Иришка превзошел по общей биологической урожайности и запасающей емкости ценоза стандартный сорт Батько (таблица 7).

Таблица 7 - Характеристика новых сортов по общей биологической урожайности и емкости ценоза, КСИ, КНИИСХ, 2008-2009 гг._

Сорт/ Группа спелости Общая биологическая урожайность, цс 1 га Емкость ценоза, тыс. шт/м2

среднее среднее

ультраскороспелые

Есаул 252,9 26376

Кума 255,5 23540

среднее 254,2 24958

скороспелые

Нота 249,3 29684

Иришка 252,7 30841

Батько, ст. 237,8 29828

среднее 246,6 30118

среднеспелые

Таня 253,5 1 23236

Первица 256,2 20260

ГРОМ 246,2 26472

Калым 260,2 25108

Бригада 248,2 25176

среднее 252,8 24050

ПалПич, ст. 228,2 26400

Память, ст. 256,9 19800

НСР05 8,2 868

Анализ уборочного индекса в зависимости от групп спелости показал, что сорта всех групп спелости с одинаковым биологическим урожаем имели разный Кх03. При более эффективной аттракции они имеют более высокий Кхоз -43,3% у Иришки (против 41,8 % у ст. Батько) и 44,9 и 44,1 % у сортов Гром и Калым, соответственно при 43,8 % у Тани (таблица 8).

Таблица 8 - Эффективность аттракции пластических веществ в зерно у коротко-стебельных сортов пшеницы мягкой озимой, Кх03, КСИ, КНИИСХ, % _

Сорт/ Группа спелости Занятой пар Кукуруза/зерно среднее

2008 г. 2009 г. 2009 г.

ультраскороспелые

Есаул 40,2 37,3 43,3 40,3

Кума 41,8 36,4 39,8 39,3

среднее 41,0 36,9 41,6 39,8

скороспелые

Нота 41,4 43,2 43,6 42,7

Иришка 42,8 41,9 45,1 43,3

Батько, ст. 39,7 42,0 43,8 41,8

среднее 41,3 42,4 44,2 42,6

среднеспелые

Таня 46,0 39,4 46,0 43,8

Первица 41,2 38,9 43,2 41,1

ГРОМ 45,8 41,9 47,0 44,9

Калым 44,9 41,6 45,7 44,1

среднее 44,5 40,0 45,5 43,3

ПалПич, ст. 45,8 41,3 43,8 43,6

Память, ст. 41,8 37,9 41,2 40,3

Оценка сортов пшеницы мягкой озимой по урожайности, представленная в таблице 9, проводилась в условиях высокого агрофона, где в большей степени реализуется их потенциальная продуктивность.

Созданные нами новые сорта более экономно расходуют ресурсы среды на формирование единицы урожая. Этим объясняется более высокая урожайность сортов Нота, Иришка, Гром, Калым в сравнении со стандартными сортами.

Таблица 9 - Урожайность короткостебельных сортов пшеницы мягкой озимой, соавтором которых является соискатель, предшественник занятой пар, КСИ, КНИИСХ, ц/га_

Сорт / группа спелости 2007 г. 2008 г. 2009 г. среднее

ультраскороспелые

Есаул 91,4 99,4 97.0 95,9

Кума 98,5 101,6 97,9 99,3

среднее 95,0 100,5 97,5 97,7

скороспелые

Нота 103,5 109,7 100.2 104,5

Иришка 99,0 111,0 105.1 105,0

Батько, ст. 99,9 98,6 98,7 99,1

среднее 100,8 106,4 101,3 102,9

среднеспелые

Таня 101,0 111,7 104.2 105,6

Первица 88,3 99,8 105,3 97,8

ГРОМ 109,5 106,1 108.5 108,0

Калым 111,0 104,4 104.8 106,7

среднее 102,5 105.5 105,7 104,5

ПалПич, ст. 101,2 104,6 95,9 100,6

Память, ст. 98,4 100,6 105,7 101,6

ВЫВОДЫ

1. Ретроспективный анализ результатов краснодарской селекции пшеницы мягкой озимой показал, что урожайность создаваемых сортов увеличивалась последовательно по сортосменам с 37,8 до 82,7 ц с 1 га. Урожайность полукарликовых сортов восьмой сортосмены составила 218,8% в отношении к первой.

2. С ростом урожайности размах ее варьирования у сортов второй-четвертой сортосмен несколько увеличился, а затем с пятой сортосмены постоянно снижался. Уменьшение варьирования как в абсолютном, так и в относительном выражении сортов седьмой и восьмой сортосмен свидетельствует о повышении их приспособленности, а также оправданности многообразия современных сортов по генетическим и биологическим признакам.

3. Анализ элементов структуры урожая показан значительный рост массы колоса (от 1,5 до 2,4 г), массы зерна с колоса (на 160%), количества числа зерен в колосе (на 12-14 штук) у сортов седьмой и восьмой сортосмен в сравнении с первой. В меньшей степени изменились длина колоса, число колосков в колосе и масса 1000 зерен.

4. Уборочный индекс ценоза вырос почти вдвое: с 22,8% у местных сортов до 41,2% у сортов восьмой сортосмены. Введение в генофонд генов короткосте-бельности - сначала 1Ш 8 (третья сортосмена), а затем (Ш 1, (Ш 2, ЯЫ 11 (седь-

мая-восьмая сортосмены) привело к снижению высоты растений от 132 см до 87 см, увеличению зерновой части в общей биологической урожайности. Различия в величине Кх03 ценоза между современными сортами с одним и двумя генами ЯЫ составляют 2,8-3,0% в пользу первых.

5. Выход зерна с побега увеличивался параллельно увеличению Кхоз ценоза. В целом, за всю историю селекции он вырос на 15% в абсолютном выражении. Разница между Кхоз ценоза и Кетз побега в относительном выражении составляла, в зависимости от сортосмены, 10-15%.

6. Выход зерна с колоса изменялся в процессе селекции в меньшей степени в сравнении с Кхсз ценоза и Кхоз побега - в среднем на 10% в абсолютном выражении. У сортов народной селекции он составлял в среднем 60%, а у современных сортов - 70%.

7. Установлена высокая генотипическая зависимость между уборочным индексом и урожайностью (гв =0,94). Экологическая корреляция между этими признаками (ге =0,24) слабая недостоверная, из чего следует, что Кхоз ценоза может оставаться эффективным фоновым признаком при селекции на урожайность. Об этом также свидетельствуют г8 и ге между Кхоз ценоза и емкостью ценоза, которые составляют 0,88 и 0,23, соответственно.

8. Почти прямолинейная отрицательная генотипическая корреляция между Кх03 ценоза и высотой растений (гг = -0,94) позволяет строить дальнейшую селекцию на урожайность в направлении снижения высоты растений.

9. Изучение Кхоз ценоза в опытах по паспортизации сортов Победа 50, Русса и Соратница показало достоверное влияние года изучения, агротехнологиче-ских факторов и их взаимодействия. Наибольшая хозяйственная эффективность ценоза отмечена при посеве всех сортов по подсолнечнику, Кх03 увеличился при внесении припосевного удобрения, а максимального значения он достигал на фоне основного удобрения. Уборочный индекс увеличивался при однократной защите фунгицидами от болезней.

10. Азотные подкормки влияли на Кх03 по разному, в зависимости от сорта. У сорта Русса первая азотная подкормка в любой дозе снижала Кхоз, вторая в дозе N35 увеличивала его, а дальнейшее ее повышение снижало Кхоз. У сорта Победа 50 Кхоз возрастал при увеличении дозы первой и второй азотной подкормки.

11. Экологические коэффициенты корреляции, рассчитанные по результатам агроэкологических опытов, показали, что урожайность зерна была тесно связана с общей биологической урожайностью во все годы и у всех сортов (г= 0,86; 0,76; 0,81) с высотой растений и с количеством колосьев на единице площади, но она не коррелировала с Кх03 ценоза (г= 0,07; 0,02; 0,01), а Кх03 ценоза был слабо отрицательно связан с общей биологической урожайностью, высотой растений и количеством колосьев на 1м2.

12. Соискателем в процессе исследований создано 15 новых сортов пшеницы, десять из которых включены в Госреестры селекционных достижений, допущенных к использованию и охраняемых селекционных достижений в России,

Украине, Узбекистане, Азербайджане, Молдове. Новые сорта Иришка, Гром и др. занимают только в Краснодарском крае в 2012 году более 300 тысяч гектаров.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ И СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ

Для увеличения валовых сборов зерна в производстве рекомендуем:

1) на высоком агрофоне использовать новые сорта пшеницы мягкой озимой, с высокой хозяйственной эффективностью ценоза - ГРОМ, Калым, Первица, Иришка, включенные в Государственный реестр РФ селекционных достижений, допущенных к использованию и отнесенные к ценным по качеству зерна;

2) для получения высококачественного зерна рекомендуем возделывать ультраскороспелые, сильные сорта - Кума, устойчивый к фузариозу колоса и Есаул, толерантный к этому заболеванию;

3) ускоренно размножать, с целью накопления семян, новый полукарликовый сорт Табор с высоким КПД на высоком агрофоне.

Изучение селекционного сдвига по урожайности и изменение основных признаков, отвечающих за прогресс в филогенезе, необходимо проводить с использованием ретроспективного анализа.

Почти прямолинейная положительная генотипическая и низкая несущественная экологическая корреляции между Кхоз ценоза и биологическим урожаем зерна указывают на дальнейшее использование Кхо„ как фонового признака при отборе высокоурожайных генотипов.

Вторым фоновым признаком может служить выход зерна с колоса, который тесно генотипически связан с емкостью ценоза.

Для упрощения структурного анализа и повышения его точности предлагаем использовать показатель Кх03 побега взамен Кхоз ценоза.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК

1. Беспалова Л.А. Эффективность нового сорта пшеницы озимой мягкой Гром и его агроэкологический адрес / Л.А. Беспалова, И.Н. Кудряшов, A.B. Новиков [и др.] // Земледелие, 2011. -№4. - С. 12-13.

Публикации в других изданиях

2. Новиков A.B. Изменение уборочного индекса у сортов озимой мягкой пшеницы от условий выращивания / A.B. Новиков, Л.А. Беспалова, И.Н. Кудряшов // Материалы четвертой региональной науч. - паркт. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 28-29 ноября 2002 г.: 80-ти летию Кубанского аграрного университета посвящается. - Краснодар, 2002. - С. 48-49.

3. Пузырная О.Ю. Фишт - новый сорт озимой мягкой пшеницы / О.Ю. Пузырная, A.B. Новиков, Т.В. Конотоп // Материалы пятой региональной

конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» / КГАУ. - Краснодар, 2003. - С. 56-57.

4. Пузырная О.Ю. Создание сртов пшеницы на основе чужеродной ген-плазмы / О.Ю. Пузырная, A.B. Новиков, Т.В. Конотоп // Материалы шестой региональной науч. - практ. конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 9-10 декабря 2004 г. / КГАУ. - Краснодар, 2004. - С. 47-48.

5. Боровик А.Н. Возможность интрогрессии генов высокого качества от Т. SP НА EROCOCCUM PERC. в мягкую пшеницу / А.Н. Боровик, A.B. Новиков, Е.Е. Мельникова // Материалы шестой региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» / КГАУ. - Краснодар, 2004. - С. 5-6.

6. Новиков A.B. Новый сорт сильной пшеницы Есаул/ A.B. Новиков, JI.A. Беспалова, О.Ю. Пузырная // Материалы седьмой региональной науч. -практ. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 8-9 декабря 2005 г. / КГАУ. - Краснодар, 2005. -С.57-58.

7. Беспалова Л.А. Безостая 1 в адаптации короткостебельных сортов озимой мягкой пшеницы / JT.A. Беспалова, О.Ю. Пузырная, В.Р. Керимов, A.B. Новиков // Безостая 1 - 50 лет триумфа. Сб. мат. межд. конф. посвященной 50 - летию создания сорта озимой мягкой пшеницы Безостая 1. - Краснодар, 2005. С. 76-84.

8. Новиков A.B. Создание скороспелого высокоурожайного сорта озимой пшеницы Нота / A.B. Новиков, О.Ю. Пузырная, Л.А. Беспалова // Материалы восьмой региональной науч. - практ. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 7-8 декабря 2006 г. / КГАУ. - Краснодар, 2006. - С. 52-53.

9. Мокроусов, В.В. Влияние генотипа, по генам карликовости Rht, на результат внутривидовой гибридизации озимой мягкой пшеницы / В.В. Мокроусов, A.B. Новиков // Материалы 11 всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 19-21 ноября 2008 г. - Краснодар, 2008. -С. 47-49.

10. Беспалова, Л.А. Сорта пшеницы и тритикале Краснодарского НИИСХ им. П.П. Лукьяненко I Л.А. Беспалова, A.A. Романенко, Ф.А. Колесников, H.H. Кудряшов, И.Б. Аблова, A.B. Новиков [и др.]. - Краснодар. -2009.-93 с.

11. Новиков, A.B. Увеличение потенциальной урожайности озимой мягкой пшеницы за счет диких сородичей / A.B. Новиков. О.Ю. Пузырная, В.И. Ефременкова, В.Ф. Калашникова // Материалы IV Всероссийской науч. -практ. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 24-26 ноября 2010 г. / КГАУ. - Краснодар, 2010. - С. 73-74.

12. A.c. № 39181 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Есаул / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке № 9705649; С датой приоритета 19.12.2002; Выдано 21.12.2005. - авт. - 5%.

13. A.c. № 38162 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Мафэ / Новиков A.B., Беспалова Л.А., Бойко С.М. [и др.] // по заявке № 9705074; С датой приоритета 12.02.2002; Выдано 26.02.2006. - авт. - 5%.

14. A.c. № 40893 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Кума / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке № 9610537; С датой приоритета 24.12.2003; Выдано 25.01.2007. - авт. - 5%.

15. A.c. № 49611 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Протон / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке№ 9253790; С датой приоритета 21.12.2007; Выдано 17.02.2011. - авт. - 10%.

16. A.c. № 49618 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Калым / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке № 9253795; С датой приоритета 21.12.2007; Выдано 17.02.2011. - авт.-5%.

17. A.c. № 42531 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Первица / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] /7 по заявке № 9553870; С датой приоритета 23.12.2004; Выдано 25.01.2008. - авт. - 5%.

18. A.c. № 44548 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Иришка / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке № 9464349; С датой приоритета 22.12.2005; Выдано 27.01.2009. - авт.-5%.

19. A.c. № 47313 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой ГРОМ / Новиков A.B., Алфимов В.А., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке № 9360103; С датой приоритета 21.12.2006; Выдано 22.12.2009. - авт. - 5%.

20. A.c. № 47314 РФ. Сорт пшеницы мягкой озимой Сила / Новиков A.B., Аблова И.Б., Беспалова Л.А. [и др.] // по заявке № 9360102; С датой приоритета 22.12.2009; Выдано 22.12.2009. - авт. - 5%.

21. Патент на селекционное достижение №2964 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Есаул / В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9705649; С датой приоритета 19.12.2002; Зарегистр. 21.12.05.-авт.-5%.

22. Патент на селекционное достижение №2963 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Мафэ / Л.А. Беспалова, С.М. Бойко, A.B. Новиков [и др.] // № 9705074; С-датой приоритета 12.02.2002; Зарегистр. 21.12.05. - авт. - 5%.

23. Патент на селекционное достижение № 3612 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Кума / В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9610537; С датой приоритета 24.12.2003; Зарегистр. 24.04.07. - авт. - 5%.

24. Патент на селекционное достижение № 3917 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Первица / В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9553870; С датой приоритета 23.12.2004; Зарегистр. 14.05.08.-авт.-5%.

25. Патент на селекционное достижение № 4724 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Иришка / В.А. Алфимов, JI.A. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9464349; С датой приоритета 22.12.2005; Заре-гистр. 16.04.09. - авт. - 5%.

26. Патент на селекционное достижение № 5019 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Гром / В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9360103; С датой приоритета 21.12.2006; Зарегистр. 22.12.09.-авт.-5%.

27. Патент на селекционное достижение № 5021 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Сила / И.Б. Аблова, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9360102; С датой приоритета 21.12.2006; Зарегистр. 22.12.09.-авт.-5%.

28. Патент на селекционное достижение № 5785 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Калым / В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9253795; С датой приоритета 21.12.2007; Зарегистр. 17.02.11. - авт. - 5%.

29. Патент на селекционное достижение № 5782 РФ. Пшеница мягкая озимая Triticum aestivum L. Протон / В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова, A.B. Новиков [и др.] // № 9253790; С датой приоритета 21.12.2007; Зарегистр. 17.02.11. - авт. - 10%.

Подписано в печать 21,03 .2012 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ №235

Отпечатано в типографии КубГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Новиков, Алексей Владимирович, Краснодар

61 12-6/559

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ КРАСНОДАРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ИМ. П.П. ЛУКЬЯНЕНКО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

НОВИКОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИЗМЕНЕНИЕ УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА В ПРОЦЕССЕ СЕЛЕКЦИИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ ПШЕНИЦЫ МЯГКОЙ

ОЗИМОЙ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: академик РАСХН, доктор с.-х. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Л.А. Беспалова

Краснодар - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................4

1. ИЗМЕНЕНИЕ УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА В ПРОЦЕССЕ СЕЛЕКЦИИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ..............................................8

1.1 Пути и методы увеличения урожайности пшеницы в процессе селекции...............................................................................8

1.2 Эволюция уборочного индекса................................................16

1.3 Изменение уборочного индекса в связи с изменением агроэкологических условий......................................................22

1.4 Влияние уборочного индекса на урожай и качество зерна................30

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................36

2.1 Почвенно-климатические условия проведения опытов...................36

2.2 Материал и методика исследований...........................................41

2.2.1 Характеристика форм озимой пшеницы, используемых в экспериментах................................................................41

2.2.2 Методика проведения экспериментов и статистическая обработка полученных результатов...................................................45

3 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ КРАСНОДАРСКОЙ СЕЛЕКЦИИ В

РЕТРОСПЕКТИВЕ.....................................................................49

3.1 Увеличение урожайности пшеницы мягкой озимой в процессе селекции..............................................................................49

3.2 Эволюция высоты растений и элементов структуры урожая.............55

3.3 Эволюция уборочного индекса в филогенезе.................................76

3.4 Фенотические корреляции уборочного индекса с элементами структуры урожая...................................................................82

3.5 Оценка фенотипической, генетической и экологической связи уборочного индекса с элементами структуры урожая......................87

4 ВЛИЯНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ

УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА..........................................................94

5 РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЛЕКЦИИ........................................................116

ВЫВОДЫ..............................................................................135

ПРЕДЛОЖЕНИЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ И

ПРОИЗВОДСТВУ....................................................................137

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................................139

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................169

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Вклад селекции в прирост урожайности во второй половине XX века по оценкам С. Гриб (1987), A.A. Созинова (1987) превышает 50%. J. Hesselbach (1985), F. Reinhard (1987) также называют цифру 50-60%. Внедрение в производство сорта Безостая 1 позволило повысить урожайность пшеницы на 40% (П.П. Лукьяненко, 1973). О роли селекции, генетического прогресса в увеличении валовых сборов зерна опубликовано много научных работ (С. Бороевич 1984; В.М. Шевцов 1998; Л.А. Беспалова 1998; Н.С. Васильчук 2004 и др.). Э.Д. Неттевич (2002) показал, что за счет селекции ежегодный прирост урожайности составил 0,61 кг с 1 га. Вклад новых сортов в повышение урожайности составляет по данным С. Бороевича (1971) 1%, Л. Балла и др. (1987) - 2,3%, Я. Валкоун и др. (1987) - 1,54-1,71% в год.

Многочисленные данные, посвященные сравнительному изучению старых и новых сортов зерновых культур, свидетельствуют о значительных преимуществах последних по способности в сравнимых условиях формировать более высокие урожаи зерна. Повышение производства зерна пшеницы связано с внедрением на больших площадях короткостебельных сортов интенсивного типа, характеризующихся укороченной, устойчивой к полеганию соломиной и более высоким соотношением зерна к соломе. Уборочный индекс является одним из признаков в триаде элементов структуры урожая, который наиболее тесно взаимосвязан с урожаем зерна. Многие авторы (П.П. Лукьяненко, 1975; С.Бороевич, 1984; Ю.М. Пучков и др., 1982) подчеркивают особую важность уборочного индекса (Кх03) при селекции на продуктивность и связывают увеличение урожая зерна у современных сортов с перераспределением биомассы в пользу хозяйственно-полезных органов при сохранении общего урожая биомассы. М. Singh, M.K. Upadhyay (1986), H.K. Jain (1986) считают, что Кх03 достиг своего предельного значения и дальнейший рост урожайности зерна возможен лишь при увеличении общего урожая биомассы. M.S. Swaminathan (1986), P. Hucl,

R.J. Baker (1987), V.P. Kulshrestha (1988) предполагают возможность увеличения уборочного индекса еще на 20-25%.

Поэтому вопрос об изучении возможности дальнейшего увеличения доли зерна в общей биологической урожайности является актуальной проблемой.

Цель и задачи исследований Основная цель исследований заключалась в изучении изменения уборочного индекса пшеницы мягкой озимой в процессе селекции и в зависимости от агроэкологических факторов и возможности его дальнейшего увеличения.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- провести ретроспективный анализ урожайности и ее структуры у сортов, созданных в процессе научной селекции;

- определить варьирование урожайности у сортов разных сортосмен;

- оценить эволюцию уборочного индекса (Кх03 ценоза, Кх03 побега, Кх03 колоса) в процессе селекции;

- выявить взаимосвязи между уборочным индексом, урожайностью и элементами ее структуры;

- выделить и оценить генотипическую и экологическую корреляции Кх03 с элементами структуры урожая;

изучить влияние агроэкологических факторов на изменение уборочного индекса;

- уточнить возможность дальнейшего увеличения Кхоз при селекции на высокую урожайность.

Научная новизна исследований

- впервые проведен ретроспективный анализ сортов пшеницы мягкой озимой разных периодов краснодарской селекции;

- доказано, что в результате научной селекции урожайность сортов пшеницы мягкой озимой увеличилась на 44,9 ц/га или 218,8%.

- подтверждена основополагающая роль уборочного индекса (rg -0,94, ге =0,24) и емкости ценоза (rg =0,88, ге =0,23) в увеличении урожайности пшеницы в филогенезе;

- впервые показано, что Кхоз побега может быть использован в качестве фонового признака при селекции на урожайность;

- впервые доказано, что выход зерна с колоса может быть использован в селекции на увеличение емкости ценоза.

Практическая значимость работы.

В результате селекционной работы в соавторстве создано 15 сортов, 10 из них: Есаул (2005), Мафэ (2006), Кума (2007), Первица (2008), Гром (2009), Сила (2009), Иришка (2009), Калым (2011), Протон (2011), Бригада (2012) внесены в Государственные реестры селекционных достижений, допущенных к использованию в производстве. Четыре сорта - Табор, Ольхон, Стан, Баграт проходят Государственное испытание. Выведенные сорта получили широкое распространение в производстве. Под урожай 2012 года они высеяны в Краснодарском крае на площади 356 тыс. га. Новые сорта позволят увеличить урожайность озимой пшеницы и ее стабильность.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Ретроспективный анализ результатов за период научной селекции;

2. Изменение уборочного индекса в филогенезе и онтогенезе;

3. Уборочный индекс, как главный фактор дальнейшей селекции на урожайность;

4. Десять созданных сортов пшеницы мягкой озимой, внесенных в Госреестр селекционных достижений РФ, допущенных к использованию по 6 и 8 регионам страны, а также включенные в Госреестры других стран: Узбекистан, Украина, Азербайджан, Молдова.

Апробация работы и публикация результатов исследований.

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-методических советах Краснодарского НИИСХ им. П.П.

Лукьяненко в 2000-2011 гг.; четвертой, пятой, шестой, седьмой и восьмой региональных конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2002-2006 гг.; второй и четвертой всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2008, 2010 гг. в Кубанском государственном аграрном университете, г. Краснодар; международной конференции, посвященной 50-летию создания сорта озимой мягкой пшеницы Безостая 1 «Безостая 1-50 лет триумфа» (Краснодар, 2005), международной конференции посвященной, 110-летию со дня рождения П.П. Лукьяненко, Краснодар, 2011.

По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе одна работа в научном издании, рекомендуемом ВАК. Получены десять патентов и десять авторских свидетельств на сорта пшеницы мягкой озимой.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах печатного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики, списка литературы из 271 источников, в том числе 94 на иностранных языках. Работа содержит 31 таблиц и 29 рисунков, 33 приложения.

1. ИЗМЕНЕНИЕ УБОРОЧНОГО ИНДЕКСА В ПРОЦЕССЕ СЕЛЕКЦИИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ

1.1 Пути и методы увеличения урожайности пшеницы в процессе

селекции

Различные направления селекции обеспечивают реализацию потенциальной продуктивности. Главная «ось» любой селекционной программы - повышение продуктивности или же сохранение ее на достигнутом уровне при значительном улучшении качественных признаков. «Генов урожайности» как таковых не существует, а генетический контроль этого комплексного признака осуществляется через физиологические и биохимические реакции, являющиеся взаимодействующими компонентами или субкомпонентами метаболической системы всего растения. Поэтому успех создания высокоурожайных сортов по мнению A.A. Жученко (2001), определяется не каким-то одним, пусть даже очень важным признаком, а всей системой растения, взаимодействующей с окружающей средой.

Урожайность культурных растений обусловлена особенностями составляющих ее компонентов и субкомпонентов, а ее высокий уровень связан со многими генетическими детерминированными физиологическими процессами, к числу важнейших из которых относятся интенсивность фотосинтеза и дыхания растений, скорость передвижения продуктов ассимиляции, старения листьев и корневой системы и др. Так, A.A. Жученко (2001) считает, что сорта зерновых культур с высокой потенциальной продуктивностью, как правило, отличаются более продолжительным периодом вегетации, а большая часть запасаемых в зерне веществ синтезируется на поздних стадиях роста растений.

Увеличение продуктивной части урожая и, в частности, индекса урожая, скорее всего, связано с относительно небольшими мутационными и рекомбинационными изменениями в структуре генома. По-видимому, мутации, контролирующие у культурных растений преобладающий отток

метаболитов в хозяйственно-ценные органы, обеспечивая таким образом больший индекс урожая, в основном являются рецессивными. Во всяком случае в популяциях естественной флоры они сохраняются именно по этой причине, поскольку высокий индекс урожая (крупные плоды, корнеплоды, луковицы) снижает экологическую устойчивость растений (Zelitch I., 1975).

В литературе встречаются сведения о возможности идентифицировать отдельные гены (Law, 1967), контролирующие массу зерна (gw) и количество зерен в колосе (gn). В опытах других исследователей (Geapoin, 1983) эти предположения не нашли подтверждения. По мнению A.A. Жученко (2001), это, разумеется, не исключает возможности контроля некоторых адаптивно значимых и хозяйственно-ценных признаков, влияющих на величину и качество урожая сравнительно небольшим числом генов.

Поэтому следует подобрать такие пути и методы повышения урожайности в процессе селекции, чтобы при отборе не нарушать оптимальное сочетание признаков. Необходимо четко представлять, что элементы, слагающие урожайность, есть лишь следствие определенных физиологических процессов, таких как, фотосинтез, аттракция, дыхание, адаптивность к неблагоприятным факторам среды и т.д. (Жученко A.A., 2001, Ковалев В.М., 1986, Кумаков В.А, 1986, Shcamsuddim А.К.М., 1987).

Уборочный индекс является одним из элементов структуры урожая, который наиболее тесно взаимосвязан с урожаем зерна с единицы площади. Многие авторы подчеркивают особую важность уборочного индекса при селекции на продуктивность (П.П. Лукьяненко, 1973 и др., S. Borojevic, 1984, Ю.М. Пучков и др., 1987, Беспалова Л.А., 1998). Это вызвано тем, что он обычно тесно сопряжен не только с урожаем зерна с единицы площади, но и с отдельными его элементами, что способствует оптимизации селекции на продуктивность (А.И. Грабовец, М.А. Фоменко, 2007). Число растений на единице площади, продуктивная кустистость, число зерен в колосе и абсолютный вес зерна - четыре компонента, определяющие урожай зерна пшеницы (Гуляев Г.В., 1978; Лели Я., 1980; Дорофеев В.Ф., 1976).

Число растений на единице площади зависит от нормы высева, полевой всхожести, конкурентных взаимоотношений и условий перезимовки. Оценка этого элемента, характеризующего ценоз, целесообразна в условиях сплошного рядового или узкорядного посева, когда используется прямая оценка урожайности (Кудряшов И.Н., Беспалова Л.А., 2005). Остальные компоненты структуры урожая являются характеристиками отдельных растений, поэтому их анализ возможен на ранних этапах селекции.

Оценка продуктивной кустистости, как элемента структуры урожая, в литературе различна. Академик П.П. Лукьяненко (1973) указывал, что этот признак при селекции на повышенную урожайность не должен сильно изменяться в сравнении с достигнутым уровнем. Merrit R.G. (1988) также считает, что плотный ценоз более эффективно использует свет, влагу, минеральные вещества - это диктует необходимость создавать генотипы с повышенным числом стеблей на растении. Современная селекционная наука связывает уровень урожайности с числом продуктивных стеблей на единице площади. Так, Л.А. Беспалова (1998, 2001, 2005), V.P. Kulshrestha (1987),

H.A. Сабадин (1989), Г.В. Гуляев (1989), И. Панайотов (1988) указывают на то, что уровень урожайности связан с числом продуктивных стеблей на единице площади, которые являются производными первых двух компонентов структуры урожая. Многие исследователи (Козлов Ю.Д., 1985, Бояджиева Д., 1987, Balyan H.S., 1987, Singh Г, 1987, Jatasra D.S., 1983, Mahdy E.E., 1988, Качур O.T., 1990) отмечают продуктивную кустистость одним из главных компонентов продуктивности растений. Но продуктивность растений, хотя и одна из составляющих урожайности с единицы площади, не всегда связана с последней четкой функциональной зависимостью.

Низкий коэффициент наследуемости продуктивной кустистости (Singh

I., 1987, Jendynski S., 1988) характеризует этот признак как сильно модифицирующий. Исследователи Кобылянский В.Д., Фадеева Т.С. (1986) опубликовали данные о влиянии на продуктивную кустистость практически

всех хромосом за исключением 5А и 5В, что говорит о его полигенности. Авторы многих публикаций, отмечают, что генетика кустистости изучена не достаточно (Sharma S.C., 1986, Singh L, 1988) и отмечают, что в генетическом контроле этого признака существенная роль принадлежит аддитивным, доминантным и эпистатическим эффектам генов, т.е. имеются аллельные и неаллельные взаимодействия. Высокая модифицирующая способность признака сильно затрудняет его оценку на первичных этапах селекционного процесса. В тоже время отдельные авторы (Козлов Ю.Д., 1985, Альдеров A.B., 2001) доказывают возможность отбора по этому признаку в ранних поколениях F2, F3. Эффективность отбора по продуктивной кустистости некоторые ученые (Бояджиева Д., 1987, Сабадин H.A., 1989) связывают с синхронностью развития побегов и особенно с синхронностью колошения. Известно, что общая кустистость значительно превышает продуктивную (Носатовский А.И., 1965, Генкель Г.А., 1969, Ремесло В.Н., 1982, Губанов Я.В., 1983, Вьюшков A.A., 1985). Исследователь Kulshrestha V.P. (1987), утверждает, что критерием отбора на продуктивность может служить число стеблей, редуцированных в течение вегетации, отрицательно связанное с урожайностью.

Третий компонент структуры урожая - число зерен в колосе. Этот признак относится к числу наиболее влияющих на урожайность (Islam М.А., 1985, Гуляев Г.В., Сандухадзе Б.И. и др. 1989, Кудряшов И.Н., Беспалова J1.A. и др. 2005). Высокая урожайность некоторых новейших современных сортов связана с увеличением числа зерен в колосе. Количество зерен в колосе определяется на 5-9 этапах органогенеза (Лели Я., 1980), когда закладывается число цветков в колосе. Завязываемость семян на 9-м этапе органогенеза во многом зависит от погодных условий (Генкель Г.А., 1969). В.В. Пыльнев (1987) повышение урожайности связывает с увеличением закладки цветков на 5-м этапе органогенеза, что доказывается тесной корреляцией (г=0,91) между количеством цветков в колосе на 5-м этапе органогенеза и числом зерен в колосе. Этот признак предлагается

использовать для косвенной оценки продуктивности селекционного материала.

Генетический контроль признаков число зерен в колосе и продуктивная кустистость имеет сходный характер. По мнению ряда исследователе