Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изучение комбинационной способности и экологической пластичности в селекции кукурузы на скороспелость

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Изучение комбинационной способности и экологической пластичности в селекции кукурузы на скороспелость"

РГБ ОД

Направв^Шс?Ю1

СОТЧЕНКО Юрий Владимирович

ИЗУЧЕНИЕ КОМБИНАЦИОННОМ СПОСОБНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ В СЕЛЕКЦИИ КУКУРУЗЫ НА СКОРОСПЕЛОСТЬ

06.01.05 - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Краснодар - 2000

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте кукурузы в 1989- \999 гг.

Научный руководитель - ' доктор биологических наук В.Г. Иващенко

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Г.С.Гикало

кандидат сельскохозяйственных наук М.В.Чумак

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский

институт риса

Защита диссертации состоится 27 апреля 2000 года

в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 120.23.02 при Кубанском государственном аграрном университете пф адресу: 35С044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан_2000 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук, доцент

• А.Е. Ефремов

./7 т г-за о

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Раннеспелые гибриды, используемые ранее как предшественники под озимые, для пожнивных и поукосных посевов на юге России, начиная с 70s годов обеспечили существенное повышение сбора зерна кукурузы в Центральном, а качество силоса - во многих регионах европейской и азиатской частей бывшего СССР и сегодняшней России.

Современное состояние селекции гибридов на раннеспелость потребовало более глубокого изучения и подбора исходного материала с учетом не только биологических свойств, но и происхождения, поскольку генетическое разнообразие может иметь столь же большое или большее значение, чем комбинационная способность (Hayes, Immer, 1S42). Это потребовало расширения генофонда раннеспелой кукурузы, благодаря интродукции исходного материала, комплексной оценке гибридов в системе экологических сортоиспытаний по количественным показателям адаптивности и стабильности. В этой связи возникла необходимость анализа методических подходов и поиска путей дальнейшего повышения уровня селекции на раннеспелость с учетом достижений практической селекции не только в нашей стране, но и за рубежом.

Цель и задачи исследований. Главная цель работы - создание раннеспелых гибридов кукурузы на основе использования генетически разнообразного материала отечественного и зарубежного происхождения. Исследования были направлены на решение следующих задач: 1) изучение исходного материала по хозяйственно-важным признакам и свойствам в различных эколого-географических зонах России; 2) анализ комбинационной способности линий и тестеров и создание раннеспелых гибридов; 3) экологическое сортоиспытание гибридов и оценка их адаптивности.

Научная новизна результатов исследований. Показано, что варьирование урожайности гибридов, значительно различающихся по эколого-географическому происхождению, вызванное условиями вегетации, в 1,5 -2 раза превышает генотипическую изменчивость, которая колеблется в узких пределах 19 - 21 %. Показана перспективность применения метода дивергентного подбора родительских форм с высокой комбинационной способностью и адаптивностью. Показана необходимость предварительного изучения и отбора родительских форм гибридов по адаптивности в зонах предполагаемого районирования гибридов.

Установлено, что отбор по фенотипу лучших скороспелых и продуктивных геногипов в условиях Кабардино-Балкарии может быть столь же результативным, как и в зоне с коротким безморозным периодом (Омск)

Практическая значимость диссертационной работы: - выделены лучшие раннеспелые линии и родительские формы в качестве исходного материала; для селекции гибридов созданы современные гибриды Нарт 150, Катерина, Корн 280, Ньютон, Лидия, которые внесены в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию, некоторые из них широко возделываются в производстве.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на заседаниях методической комиссии Всероссийского НИИ кукурузы в 1989 -1999 гг., на заседании Ученого Совета институт в 1999 году и международной конференции, посвященной 100-летаю М.И. Хаджинова.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ и получено 8 авторских свидетельств и один патент на гибриды кукурузы, внесенные в Государственный реестр селекционных достижений Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов и

практических предложений. Работа включает 37 таблиц и 12 рисунков. Список литературы содержит 233 источника, в том числе 67 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность темы, сформированы основные направления и задачи исследований.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обобщены данные отечественной и зарубежной литературы по селекции кукурузы на скороспелость, в том числе об исходном материале, изучении комбинационной способности и экологической пластичности. Приведены сведения об этиологии основных болезней.

2. УСЛОВИЯ, ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основная часть экспериментальной работы выполнена в 1989 - 1991 гг. на полях Всероссийского научно — исследовательского института кукурузы в опытно - производственном хозяйстве "Нартан" (г. Нальчик), расположенного в пределах предгорной равнины Кабардино-Балкарии. Завершающая часть работы выполнена в Предгорном районе Ставропольского края по новому месту дислокации института.

Климат Кабардино-Балкарии - умеренно-жаркий, продолжительность безморозного периода - 190 дней, годовая сумма осадков — 615 мм, в т.ч. за период вегетации - 466 мм (75,8 %). При достаточно большом разнообразии преобладающими являются среднее угли нистые лугово-черноземные почвы, содержание гумуса - 4,2 %.

Вегетация кукурузы в предгорной зоне Кабардино-Балкарии проходила в 1989 - 1991 г.г. при режиме увлажнения близком к средним многолетним показателям, но на повышенном температурном фоне (+1.1, +1.3,

+1.4 °С соответственно). Кроме того, испытание гибридов проводилось в Омской области (1989 - 1991 г.г.), Белгородской (1991 г.) и Московской (1990И-.). В Омской области (1990 - 1991 г.г.) температуры мая-июля превышал}! среднемьоголетние на 2.4 и 3.9 °С соответственно, причем в 1990 г. этот период был более увлажненным, а в 1991 г. - более засушливым. Условия вегетации в Белгородской и Московской областях были близки к сродним многолетним.

Лосев проводился селекционной сеялкой с междурядьями 7С см и вручную - сажалками. Площадь делянки в питомниках сортоиспытаний 7,84 м 2 при 2 - 4х кратной повторности, размещение рендомизированное, густота стояния растений 60 тыс./га.

Фенологические наблюдения и анализ исходного материала проводили по Методическим указаниям ВИР (198S).

Исходный материал представлен гибридами и самоопыленными линиями Всероссийского КИИ кукурузы, гибридами Венгрии (MvT-тестеры) и Германии (DT-тсстеры), представленными под шифром, а также учреждений участников TOC "Север".

Всего в изучении находилось 84 образца: 34 самоопыленные линии и 50 простых гибридоз (тестеров). В изучение были включены 23 самоопыленные линии селекции B.C. Сотченко (шифр РН), 6 линий из коллекции ВИР, 5 - Франции. Линии представлены двумя подвидами: кремнистые -РН15, РН25, РН32, РН37, РН43, РН58, РН70,.См7ТВ, 3412; зубовидные -РН18, РН50, РН53, РН56, РН57, РН64 и др. Происхождение тестеров: 18 из Германии, 20 - Венгрии и 12 - Всероссийского НИИ кукурузы.

В качестве стандарта использованы раннеспелые гибриды Нордика и Коллективный 160 ТВ.

Комбинационную способность определяли: в диаллельных скрещиваниях в соответствии с 4 методом I модели Гриффинга (1956); в топкроссных - по В.Г. Вольфу, П.П. Литуну (1980). Оценку экологической пластичности

и стабильности проводили согласно S.A. Eberhart, W.A. Russell (1966) в методическом изложении В.З. Пакудина, Л.М. Лопатиной (1984), параметры адаптивной способности и стабильности - по программе статистического анализа, разработанной во Всесоюзном НИИ кукурузы (Адегов, Душенко, 1986).

Оценку устойчивости кукурузы к пузырчатой головне на естественном фоне проводили по шкале Н.М. Чекалина (1963), при искусственном заражении пыльной и пузырчатой головней - по методике ВНИИ кукурузы (1980); устойчивость к стеблевым пгилям - по методике ВИЗР (1989); к шведским мухам - по шкале И.Д. Шапиро (1962); к кукурузному мотыльку -по методике ВИЗР (Шапиро и др., 1971).

Дисперсиошгый, корреляционный и вариационный анализы были проведены по Б.А. Доспехову (1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. ХОЗЯЙСТВЕННО - БИОЛОГИЧЕСКОЕ И ИММУНОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ ГИБРИДОВ

3.1. Хозяйственно - биологическая оценка линий и тестеров. Согласно результатам исследований, в группу очень раннеспелых вошли линии РН25, РН26, РН32, РН36, РН51, РН60, РН63, РНА и HmV07 (кремнистые), РН55 (зубовидная), у которых цветение метелок наступало на 44 - 47 день после появления всходов, початков на 42 - 51. Группировка линий по числу листьев на главном стебле позволила выделить очень ранние РН15, РН36, РН37, РНА, РН50, РН51, РН64, РН70, 3412 (8 - 10 листьев); раннеспелые линии РН25, РН43, РН32, РН52, РН53, РН63, См7 (10 - 12 листьев). Некоторые из них обладали большей холодостойкостью РН9, РН68, РН50 и РН70, а 3412 и РН70 скороспелее, чем стандарты - F2 и Со125. Тестеры института и из Германии имели близкие сроки цветения и вошли в группу

раннеспелых, из Венгрии - в среднераннюю, они вдели на 3 - 6 дней позже. При этом отечественные тестеры были представлены на 78' % подвидом кремнистой кукурузы, а зарубежные - на 60 % зубовидной. Практически все тестеры были высокорослые (180 — 230 см), 2/3 дликнопочатковые, с массой зерна с початка 100 г и более.

3.2. Оценка линий и тестеров на устойчивость к болезням и вредителям. Изучение в условиях Кабардино-Балкарии позволило выявить линии, устойчивые к стеблевым гнилям - РН35, РН36, РН43, РН50, РН56 и умеренно устойчивые - РН15, РН32, РН57 и РН63. Устойчивость к кукурузному мотыльку проявили РН9, РН15, РН18, РШ5, РН32, РН36, РН51, РН53 и РН58, а к шведским мухам - РН9, РН43, РН50, РН56, РН63 и РИА. Групповую устойчивость к головневым грибам и гнилям стеблей имели 4 тестера -РК57 х РН52, РН63 х РИА, РН51 х РН53, РН15 х РН32; к первой генерации кукурузного мотылька были устойчивы РН56 х РН53, РН15 у. PHA, РН15 х РН32 и ДТ317. Практически все тестеры проявили устойчивость к пузырчатой головне.

3.3. Изучение хозяйственно-полезных признаков линий в различных условиях выращивания. Результаты изучения показали лишь тенденцию связи между урожаем зерна гибридов в Кабардино-Балкарии н Западной Сибири (г = 0,167), тогда как с урожаем силосной массы в Московской области корреляция была достоверной, г = 0,354 (табл. 1). Урожай силосной массы в целом наиболее тесно коррелировал с урожаем початков в обертках (г - 0,560), и у гибридов с участием тестеров из Германии и Венгрии эта зависимость составила г = 0,756 и г = 0,592 соответственно.

Как показал корреляционный анализ, урожай силосной массы гибридов обусловлен: в сильной степени урожаем початков (г = 0,682, Р.05); в средней - продолжительностью периода всходы - цветение (г = 0,386); в слабой - высотой растения (г = 0,290). В свою очередь, урожай початков сдерживается низкой эффективностью начального роста (г = - 0,228) и в

значительной мере, фазой налива зерна (г = - 0,531). При этом интенсивность начального роста наиболее значимо связана с холодостойкостью; у кремнистых гибридов г =■ 0,653, у зубовидных - г = 0,567, у гибридов промежуточного типа - г = 0,479.

Таблица I

Урожай зерна и силосной массы гибридов в зависимости от зоны испытания в 1990г.

Место испытания, область

3

\ 1 «

ц I2

о к.

С 6 г: а

Размах по урожаю

Коэффициент корреляции по показателям

2

3

4

Нальчик Омск

Московская Московская

1 55,7 32,8-81,6

2 65,7 41,1-78,3

3 361,0 257,0-482,0

4 136,1 104,0-185,0

0,167 0,354 0,129 -0,019 0,150 0,560*

Примечание: 1,2 - урожай зерна; 3 - урожай силосной массы, в том числе початков в обвертках - 4;

*) - достоверность корреляции при Р0,05-

4. ИЗМЕНЧИВОСТЬ КОМБИНАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ И ТЕСТЕРОВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВЫРАЩИВАНИЯ

4.1. Оценка, комбинационной способности линий в диаллельных скрещиваниях. Анализ ОКС и СКЙ по урожаю зерна (табл. 2) позволил выделить несколько групп линий имеющих: низкие показатели эффектов ОКС во всех экологических средах - РН 32; низкие оценки эффектов ОКС в лимитированных и высокие в нелимитированных - РН 58; высокую ОКС в лимитированных, но низкую - в нелимитированных - 3412, РН А, РН 15, РН 9; со средней и высокой ОКС во всех экологических средах - См 7, РН 37;

низкие оценки ОКС в шагатарованных условиях и сильное их варьирование в благоприятных - РН 43, РН 63, РН 70.

Это позволило установить ранги линий в зависимости от степени эко лого-генеткчесхой изменчивости признака. Так, селективные преимущества лишп1 РН 58 наиболее полно проявились в условиях Нальчика (1,2 рцчгиХ а 3412 и фотопериодичсски нейтральной линии РН А - в условиях Омска (1 и 3 ранг соответственно). Достаточно высокими и стабильными были ранга у См7. слабо изменяющиеся под влиянием средоЕых факторов (5,4,2 ранга).

Таблица 2

Вариабельность комбинационной способности скороспелых линий кукурузы по урожаю зерна под влиянием средовых" факторов

Омск -1990 г. Нальчик -1990 г. Нальчик -1991 г.

Линии Эффект ОКС, ^ 1Й со о Ранг Ё О" ы ЙО Я 00 О 8 г? ю о Ранг ЁО" <Т) о ю о Ранг

РН9 1,805 37,78 2 0,736 90 ,21 5 -0,182 46,42 6

РН15 1,101 26,58 4 -5,478 35,12 9 '-4,441 32,13 10

РН32 0,229 30,52 7 -7,026 49,11 11 -0,412 14,30 8

РН43 -0,124 27,75 8 4,458 38,96 3 0,221 41,98 5

РН58 -3,283 14,89 11 7,273 - 37,49 2 7,236 19,55 1

РН63 -1,875 24,60 9 8,503 50,57 1 -0,304 19,32 7

РН70 -3,243 18,84 10 -1,674 42,49 7 0,258 37,88 4

РНА 1,196 14,42 3 -2,282 53,03 8 -1,371 84,28 9

См7 1,042 39,21 5 2,725 73,93 4 3,206 22,46 2

РН37 0,378 22,83 6 -1,237 ' 33,25, 6 1,706 52,25 3

3412 2,793 21,51 1 -5,996 76,96 10 -5,915 70,70 11

НСР05 вг = 1.68 НСР05 в, = 1.40 - НСР05 вг 1.26

4.2. Оценка комбинационной способности линий и тестеров в гоп-кроссных скрещиваниях. Результаты изучения показали сильное варьирование СКС по урожаю зерна у топкроссов в зависимости от года и пункта испытания. Так, наибольшие средние значения СКС по трем пунктам испытания (Нальчик, Омск, Белгород) с первым тестером (РН56 х РН53) отмечены у линии См7ТВ, со вторым (РН15 х РН27) - у РК43, с третьим (РН15 х РНА) - у РН58, с четвертым (РН25 х РНА) - у РН37.

Анализ урожайности топкроссов, полученных с участием Д'Г - тестеров (Германия), позволил выявить высокую КС линии РН56, вошедшую в пятерку из 10-ти лучших комбинаций, а также ДТ290, скрещивания с которым линии РН68, РН64, Т515А/2, РН50 и РН7 обеспечило наибольший урожай зерна.

Изучение КС тестеров, проведенное в 5 экологических средах позволило установить достоверно наивысшую оценку ОКС у тестера РН56 х РН53, что характеризует стабильно; проявление аддитивных эффектов генов по признаку урожай зерна. Влияние условий выращивания на проявление эффектов ОКС других тестеров было специфичным.

4.3. Анализ признаков "урожай зерна" и "уборочная влажность зерна" при отборе гибридов на скороспелость. Изучение показало (табл. 3), что наименьший урожай, влажность зерна и их размах у простых гибридов получен при использовании линий института. Создание на их основе трехлинейных гибридов с тестерами из Венгрии и Германии (т.е. при усилении генетического разнообразия родительских форм) приводит к заметному увеличению урожайности при одновременном возрастании уборочной влажности зерна (на 6,4 - 9,8 % в зависимости от тестера).

При этом проявляется средняя корреляционная зависимость изучаемых показателей (г = 0.464, P-ooi) (рис. 1.). У трехлинейных гибридов, полученных на основе линий и тестеров Всероссийского НИИК, отмечено ослабление связи указанных признаков (г = 0.252, P.ooi), что может служить

характеристикой результативности предшествующего отбора по урожайности против влажности зерна, обусловленных, надо полагать, большей скоростью налива зерна и отдачи им влаги при созревании (рис .2.)

Таблица 3

Изменчивость признаков "урожай зерна" и "уборочная влажность зерна" гибридов кукурузы (Нальчик - Омск - Белгород, 1990 -1991 г.г.)

Параметры Простые Трехлинейные, с участием тестеров

варьирования гибриды России Германии Венгрии

Уборочная влажность зерна, %

№ 57 145 116 19

X 20,3 26,9 29,8 26,4

Lim 15,7-24,5 20,8-36,3 23,7-39,1 213-32,7

V 9,7 9,2 10,5 10,4 Урожай зерна, ц/га

X 44,4 60,7 58,9 69,8

Lim 32,2-50,9 44,9-77,3 43,2-79,0 53,4-78,9

V 10,5 10,0 12,1 9,8

Гибриды, полученные с участием тестеров из Германии Рис. 1. Анализ признаков "урожай зерна" и "уборочная влажность зерна" при отборе на скороспелость.

• Ряд2 Уборочная влажность зерна, % "Ряд1 Урожай зерна, ц/га

-н © О 00 Г-~ ЧО

н н п С1 Ч »1

Гибриды, полученные с участием тестеров из ВсеросНИИК Рис. 2. Анализ признаков "урожай зерна" и "уборочная влажность зерна" при отборе на скороспелость.

При этом проявлении вариационных кривых в форме отрицательного эксцессивного распределения (т.е. увеличение частот классов в области более низких значений влажности зерна) является результатом селекционного давления, создаваемого в процессе отбора продуктивных и скороспелых генотипов.

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ

СКОРОСПЕЛЫХ ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ 5.1. Изучение экологической пластичности и стабильности простых гибридов. Экологические испытания 57 гибридов от диаллельных скрещиваний выявили наличие существенных взаимодействий генотип - среда -год, оказывающих влияние на идентификацию лучших генотипов. В 1990 г. » в условиях Нальчика не выделилось комбинаций, превышающих стандарт Коллективный 160 ТВ, а в условиях Омска средний урожай гибридов был

выше стандарта на 36 %. В 1991 г. в Омске 7 гибридов превысили по урожайности стандарты im 15-30 %, а в Нальчике 11 гибридов на 10 - 40 %, что позволяет судить о высокой специфической адаптивности ряда генотипов; См7ТВ х 3412, РН37 х См7ТВ - в Западной Сибири, а РН37 х РНА, См7ТВ х РН58, РН58 х РН70 и РН58 х РНбЗ - в Кабардино-Балкарии. Лучшими показателями экологической пластичности, стабильности и селекционной ценности отличались: См7ТВ х РНА, РН43 х РН70 и РН63 х РНА.

5.2. Экологическая пластичность и стабильность трехлинейных гибридов кукурузы. Согласно дисперсионному анализу, варьирование урожая зерна, вызванное условиями вегетации, в среднем, вдвое превысило геноти-пическос и составляет 36, 38 и 42 % для гибридов, полученных с участием тестеров из России, Венгрии и Германии соответственно. Доля взаимодействия генотип - среда составила 38, 32 и 29 %, а генотшшческая изменчивость-19,21 и 21 %.

Результаты изучения позволили выделить несколько групп гибридов. Наиболее высокостабильными были: (РН56 х РН53) х РН68, (РН15 х РНА) х РН53, MVT5/89 х РН55, MVT5/89 х РН56, MVT5/89 х РН53 и ДТ290 х РН55. Они способны реализовать свой генетический потенциал в широком диапазоне условий выращивания. Вторая группа гибридов: (Col 25 х Кин052А) х РН56, (РН56 х РН53) х РН18, MVT5/89 х РН52, ДТ317 х РН56 и ДТ296 х РН56 - высокопластичньк, но низкостабильных формировала высокий урожай в относительно комфортных условиях. Наиболее ценна группа гибридов, у которых показатели пластичности и стабильности, специфической адаптивности и селекционной ценности сопоставимы с таковыми у стандарта Коллективный 160 ТВ, а урожайность достоверно выше: MVT5/89 х РН56 - на 10.2 ц/га, MVT 5/89 х РН55 - на 4.5, ДТ319 х РН55 -на 4.5, (РН56 х РН53) х РН68 - на 4.9, (РН15 х РНА) х РН53 - на 4.0 ц/га.

5.3. Оценка наследуемости урожая зерна и экологических сред как фона для отбора. Проведенные исследования показали (табл. 4), что доля

изменчивости, обусловленной аддитивными эффектами генов (Ь2) является преобладающей, т.е. оказывает большее популяционное влияние на урожайность гибридов, чем неаддитивное действие генов. В этой связи, в зоне с коротким безморозным периодом (Омск), где доля аддитивной компоненты в детерминации урожайности достаточно высока, отбор по фенотипу лучших генотипов представляется столь же результативным, как и в нели-митированных условиях (Нальчик - 1990, 1991 гг.). Это прослеживается и по показателям дифференцирующей способности экологических сред и степени коррелятивных зависимостей.

Таблица 4

Оценка наследуемости урожая зерна гибридов кукурузы и экологических сред для отбора продуктивных генотипов

Коэффициент Наследуемости Оценка среды как фона для отбора

Пункты испытани 1 Год изучения В широком смысле, Н2 В узком смысле, Ь2 Дифференцирующая способность среды Корреляции по урожайности Показатель прогнози-руемости урожайности

Омск 1990 0.031 0.513 27.70 0.14 0.01

Нальчик 1990 0.363 0.858 90.34 0.79 0.21

Нальчик 1991 0.202 0.815 50.30 0.71 0.11

Анализ зависимости урожайности тесткроссов (табл. 5) подтверждает данные литературы о сильном влиянии на нее экологических условий и генетических факторов. Наиболее высокие корреляционные зависимости в скрещиваниях с венгерскими тестерами имели место в средах 1, 3 и 5, с германскими - в 3, 2 и 5, а с российскими - в 5, 3 и 1 средах; их максимальные значения достигали: г = 0,80; г = 0,82; г = 0,56, а минимальные - 0,28; 0,31 и 0,01 соответственно. При этом максимальные показатели предсказуемости урожайности не превышали 0,12 - 0,20.

Изучение экологической пластичности и стабильности гибридов выявило сильное влияние лимитирующих и нелимитирующих факторов на реализацию взаимодействий юнотип - среда - год. Доля генотипической изменчивости, несмотря на различное происхождение тестеров, варьировала в узких пределах -19 - 21 %, а экологической (изменчивости большинства количественных признаков растений) - в пределах 79-81 %, что практически аналогично результатам предшествующих исследований (А11агс1, 1960 и др.).

Таблица 5

Зависимость урожайности тесткроссов от условий испытания и ее прогнозируемость

Номер Коэффициент корреляции при Показатель предсказуемости

среды использовании тестеров при использовании тестеров

России Германии Венгрии России Германии Венгрии

1 0.42 0.51 0.87 0.07 0.08 020

2 0.10 0.76 0.28 0.01 0.11 0.03

3 0.51 0.82 0.65 0.06 0.12 0.08

4 -0.01 0.31 0.55 0.00 0.04 0.06

5 0.56 0.62 0.65 0.07 0.10 0.11

Высокая доля средовой изменчивости предполагает успешность отбора ценных генотипов для различных почвенно-климатичсских условий России в системе широких экологических испытаний. Частота идентификации лучших генотипов будет возрастать при использовании в программах международной кооперации 1ео графически отдаленных форм, обеспечивая возможность сочетания большего числа адаптивных признаков растений. Так условия г. Нальчика обеспечили лучшую идентификацию гибридов, полу-

ченных с использованием венгерских тестеров, в г. Белгороде - с тестерами трех стран, в г. Омске - с использованием отечественных тестеров.

Примером успешного использования генетической дивергенции может служить создание с нашим участием гибрида Нарт 150 СВ, Катерина, Корн 280, Лидия, Ньютон и др., включенных в Государственный реестр селекционных достижений РФ. Это подтверждает реальную возможность создания и идентификации гибридов с высоким адаптивным потенциалом, о чем отмечалось в исследованиях ряда авторов (Пакудин, Лопатина, 1979; Костюченко, 1992 и др.).

6. РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЛЕКЦИОННОЙ РАБОТЫ

Результаты методических исследований по изучению комбинационной способности и экологической пластичности, проведенных в начальный период работы (1989 - 1991 г.г.), позволили широко использовать их в практической селекции. Выделившиеся самоопыленные линии РН15, СМ7, HmV 1250, РН53 и другие были использованы для создания ранних и сред-неранних гибридов кукурузы. В 1992 году был районирован первый раннеспелый гибрид Нарт 150 СВ. В последующие годы, на смену гибрида Нарт 150 СВ на государственное сортоиспытание были переданы 7 раннеспелых (Катерина СВ. Корн 180, К 180, К 190, Светоч, Мария, РИК 175 СВ) и 7 среднераннях гибридов (Корн 280 MB, Ньютон, Лидия, Корн 250, Мила, Анна, Нила).

В итоге в государственный реестр РФ включено восемь гибридов (табл. 6), которые широко районированы по девяти регионам РФ из 12. Особенно широко распространены два гибрида Нарт 150 СВ и Катерина СВ. Наиболее известен и популярен в настоящее время гибрид Нарт 150 СВ. Производство его семян составляет около 30 % всего производства семян гибридов раннеспелой группы. Так площадь участков гибридизации

этого гибрида в 1997 году составила 10,4 тыс. га, получено семян для посева в производстве на площади более 600 тыс. га.

В условиях, когда нет орошения, недостаточно используются удобрения, среднеспелые и особенно позднеспелые гибриды не могут реализовать свои генетические возможности, в то же время урожай зерна на уровне 50 60 центнеров с гектара реально получить при возделывании среднеранних, а в предгорье - раннеспелых гибридов. Подтверждением этому являются результаты испытания наших гибридов кукурузы на Предгорном ГСУ Ставропольского края (табл. 7).

Таблица 6

Гибриды кукурузы, вошедшие в государственный реестр РФ (1992 -1999 г.г.)

Название 1 Год 1 Группа спелое та ФАО Регион*

Нарт 150 СВ 1992 Раннеспелый 170 3,4,7,9

Катерина СВ 1999 Раннеспелый 170 5,7,9,10,11

Ньютон 1998 Среднераиний 270 5,6,8

Лидия 1999 Среднеранний 280 6

Корн 280 MB 1998 Среднераиний 280 5

Валентин 1998 Среднеспелый 370 6

Эрик 1998 Среднепоздний 430 6

Петрик 1998 Среднепоздний 430 6

Примечание: (*) 3 - Центральный, 4 - Волго-Вятский, 5 - ЦентральноЧерноземный, 6 - Северо-Кавказский, 7 - Средневолжский, 8 - Нижневолжский, 9 - Уральский, 10 - Западно-Сибирский,

11 - Восточно-Сибирский.

Таблица 7

Урожайность гибридов кукурузы, различных групп спелости по данным Предгорного ГСУ Ставропольского края за 1999 г.

Название Урожай зерна, ц/га Отклонение от стандарта, Ц/га Дата созревания Отклонение от стандарта, дней Отклонение от гибрида РИК 301 MB

ц/га дней

Раннеспелые

Нарт 150 СВ - ст. 28,2 - 01.09, - -13,1 -22

Корн 180 44,8 16,6 31.08 -1 +3,5 -23

Светоч 31,3 3,1 01.09 0 -10,0 -22

Катерина СВ 33,2 5,0 04.09 +3 -8,1 -19

К 180 54,2 26,0 06.09 +5 +12,9 -17

К190 48,9 20,7 02.09 + 1 +7,6 -21

Мария 48,6 20,4 05.09 +4 +7,3 -18

Среднераннне

Краснодарский 202 MB - ст. 48,3 - 14.09 - +7 -9

Ньютон - 54,6 6,3 18.09 +4 +13,3 -5

Корн 250 53,6 5,3 17.09 +3 +12,3 ■6

Лидия 46,0 -2,3 16.09 +2 +4,7 -1

Корн 280 MB 38,7 -9,6 17.09 +3 -2,6 -6

Среднеспелые

РИК301 MB-ст. 41,3 - 23.09 - - ■ -

Валентин 50,2 8,9 24.09 +1 +8,9 +1

Среднепоздние

Краснодарский 421 СВ - ст. 31,2 - 03.10 ■ - -10,1 +10

Эрик 60,8 29,6 29.09 -5 +19,5 +6

Петрик 47,2 16,0 02.10 -1 +5,9 +9

Из таблицы следует, что наши гибриды Ньютон, К 180, Корн 250, К 190, Мария, Корн 180 не только превышают по урожаю зерна стандарты в своих группах спелости, но и превосходят распространенный в зоне среднеспелый гибрид РИК 301 MB соответственно на 133, 12.9, 12.3, 7.6, 7.3, 3.5 ц/га, при этом уборочная спелость указанных гибридов на 5 - 23 дня раньше. Полученные данные убедительно свидетельствуют о целесообразности возделывания раннеспелых и среднсранних гибридов на зерно.

ВЫВОДЫ

1. Взаимодействие генотип - среда является существенным определяющим фактором раскрытия хозяйственно-важных биологических признаков, что предполагает необходимость оценки адаптивности родительских форм в зонах предполагаемого районирования создаваемых гибридов.

2. Анализ наследуемости признака "урожай зерна" показал, что доля изменчивости, обусловленной аддитивными эффектами генов (h2) является преобладающей, т.е. оказывает большее популяционное влияние на урожайность гибридов, чем неаддитавное действие генов.

3. Показаны нестабильность аддитивных и неаддитивных генных эффектов у линий и тестеров по признаку "урожай зерна"; характер изменчивости связи между ОКС и СКС от +0,435 до -0,480 в зависимости от условий и года испытания.

4. У гибридов, полученных с участием тестеров из России, Венгрии и Германии, варьирование урожая зерна, вызванное условиями вегетации практически вдвое превышает генотипическое (36, 38 и 42 % против 19, 21 и 21 % соответственно); доля взаимодействия генотип - среда выше гено-типического варьирования в 1,5 - 2 раза.

5. Результаты испытания тесткросссз показали, что между общей адаптивной способностью и селекционной ценностью проявляется устойчивая тенденция связи: г = 0.300, г = 0.352 и г = 0.314 у гибридов, полученных с участием российских, венгерских и германских тестеров соответственно. Это позволяет судить о созможности создания гибридов кукурузы, сочетающих высокую урожайность и ее экологическую стабильность.

6. Оценка экологических сред как фона для отбора показала лучшую дифференцирующую способность условий Кабардино-Балкарии для гибридов, полученных с участием венгерских тестеров; Омской области - для российских тестеров; Белгородской области - для тестеров всех стран -России, Венгрии и Германии. Надо полагать, что частота идентификаций лучших генотипов будет возрастать при использовании в программах международной кооперации географически отдаленных форм.

7. Установлено, что в зонах с коротким безморозным периодом (Омская область), где доля аддитивной компоненты в детерминации урожайности достаточно высока (Ь2 = 0,513), отбор по фенотипу лучших генотипов представляется столь же результативным, как и в нелимитированных усло-

. виях Кабардино-Балкарии.

8. Устойчивую тенденцию снижения уборочной влажности у трехлинейных гибридов и двухвершинный характер кривых распределения гибридов по урожаю зерна можно рассматривать как появление в выборке гибридов с более высокой урожайностью и меньшей влажностью зерна (связь признаков недоказуема, г = 0,116). Это является, надо полагать, следствием селекционного отбора по урожайности и влажности у гибридов, полученных на основе линий и тестеров ВНИИК.

9. Привлечение в скрещивания с линиями ВНИИК тестеров из Германии и Венгрии способствовало значительному повышению урожайности трехлинейных гибридов (в сравнении с простыми), но одновременно и

влажности зерна, при этом степень связи показателей урожайности и уборочной влажности усиливалась (с г = 0.417 до г = 0,464, Р.001).

10. Изучение иммунологической ценности линий делает целесообразным использование: РН32 и РН43 - устойчивых к стеблевым тилям и кукурузному мотыльку, в зонах семеноводства гибридов; РН63 - в зонах постоянной вредоносности шведских мух; фотопераодически нейтральную линию РИА и устойчивую к шведским мухам и кукурузному мотыльху РН9 - в Западной Сибири н Сесеро - Западном регионе России.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Прозодшъ оценки адаптивности самоопыленных линий и тестеров в зонах предполагаемого районирования для выбора базовых генотипов, используемых в программах зонально-направленной селекции.

2. Привлекать в скрещивания линии 3412, РН53, PHA, РН15 и РН9, имеющие высокую ОКС по урожайности в лимитированных условиях, а РН58 - в нелимитированных.

3. Использовать самоопыленныс линии как источники: устойчивости к стеблевым гнилям и кукурузному мотыльку - РН32, РН43; к шведским мухам - РН9 и РН63; скороспелости - РН9; фотопериодической нейтральности -РНА;

4. Использовать 9-балльную шкалу оценки состояния зерна, сформировавшегося к дате уборки урожая в зонах с коротким безморозным периодом.

5. Расширить районирование раннеспелых, холодостойких гибридов Катерина СВ и Нарт 150 СВ, среднеранних Корн 280 MB, Ньютон и Лидия, а также устойчивых к головневым грибам и стеблевым пшлям гибридов Валентин (среднеспелый), Эрик и Петрик (среднепоздние), созданных нами по программе российско - венгерско-германского сотрудничества.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Фролов А.Н., Чумаков М.А., Сотченко Ю.В. Оценка кукурузы на устойчивость к кукурузному мотыльку // Кукуруза и сорго.-1993. - № 2. -С. 15.

2. Иващенко В.Г., Сотченко Ю.В. Изменчивость комбинационной способности скороспелых линий кукурузы в различных условиях выращивания //' Генетика, селекция и технология возделывания кукурузы. - Майкоп: РИПО "Адыгея"; - 1999. - С. 115 -120.

3. Иващенко В.Г., Сотченко Ю.В. Экологическая пластичность и стабильность скороспелых гибридов кукурузы // Генетика, селекция и технология возделывания кукурузы. - Майкоп: РИПО "Адыгея"; - 1999. - С. 121 -127.

4. Сотченко Ю.В. Анализ признаков "урожай зерна" и "уборочная влажность зерна" при отборе гибридов на скороспелость // Кукуруза и сорго.-2000.-№ 1.-С. 17 -18.

5. Сотченко Ю.В. Оценка комбинационной способности линий и тестеров в топкроссных скрещиваниях // Кукуруза и сорго. -2000. -№ 2. -С.17-19.

6. Гибрид кукурузы НАРТ 150 СВ, Авт. свидетельство J6 5852. Приказ Всероссийской Госкомиссии по сортоиспытанию № 46 от 17.11.1992 г.

7. Гибрид кукурузы НАРТ 150 СВ, Патент на селекционное достижение № 0042. Решение Госкомиссии от 25.12.1997 г.

8. Гибрид кукурузы ВАЛЕНТИН, Авт. свидетельство № 29448. Решение Госкомиссии от 30.04.1998 г.

9. Гибрид кукурузы ПЕТРИК, Авт. свидетельство № 29449. Решение Госкомиссии от 06.05.1998 г.

10. Гибрвд кукурузы ЭРИК, Авт. свидетельство № 29454. Решение Госкомиссии от 29.04.1998 г.

11. Гибрид кукурузы ЛИДИЯ, Авт. свидетельство № 29452. Решение Госкомиссии от 12.02.1999 г.

12. Гибрид кукурузы КАТЕРИНА СВ, Авт. свидетельство № 29992. Решение Госкомиссии от 12.02.1999 г.

13. Гибрид кукурузы КОРН 280 МВ, Авт. свидетельство № 30159. Решение Госкомиссии от 12.02.1999 г.

14. Гибрид кукурузы НЬЮТОН, Авт. свидетельство № 30160. Решение Госкомиссии от 11.02.1999 г.

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Сотченко, Юрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Основные направления селекции кукурузы на раннеспелость

1.2. Исходный материал.

1.3. Особенности селекции раннеспелых гибридов кукурузы.

1.4. Значение экологической пластичности и стабильности для отбора генотипов

Глава 2. УСЛОВИЯ, ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

2.1. Почвенно-климатическая характеристика.

2.2. Метеорологические условия в годы исследований

2.3. Исходный материал и методы исследований.

Глава 3. РОДИТЕЛЬСКИЕ ФОРМЫ ГИБРИДОВ ИХ ХОЗЯЙСТВЕННО - БИОЛОГИЧЕСКОЕ И ИММУНОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ

3.1. Хозяйственно - биологическая оценка линий и тестеров.

3.2. Оценка на устойчивость к болезням и вредителям.

3.3. Изучение хозяйственно полезных признаков линий в различных условиях выращивания

Глава 4. ИЗУЧЕНИЕ КОМБИНАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ И ТЕСТЕРОВ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВЫРАЩИВАНИЯ

4.1. Оценка комбинационной способности линий в диаллельных скрещиваниях.

4.2. Оценка комбинационной способности линий и тестеров в топкроссных скрещиваниях.

4.3. Анализ признаков "урожай зерна" и "уборочная влажность зерна" при отборе на скороспелость

Глава 5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ СКОРОСПЕЛЫХ ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ.

5.1. Изучение экологической пластичности и стабильности простых гибридов.

5.2. Экологическая пластичность и стабильность тройных гибридов кукурузы.

5.3. Оценка наследуемости урожая зерна, экологических сред как фона для отбора.

ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЛЕКЦИОННОЙ РАБОТЫ

ВЫВОДЫ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Изучение комбинационной способности и экологической пластичности в селекции кукурузы на скороспелость"

Среди сельскохозяйственных культур в мировом земледелии кукуруза занимает одно из первых мест, как по посевным площадям, так и по валовому производству зерна и силоса. Она возделывается как кормовая, продовольственная и техническая культура.

Постоянное повышение интереса к этой культуре объясняется высокими кормовыми достоинствами зерна и значительным превосходством ее урожайности в сравнении с другими зерновыми.

По своей универсальности кукуруза превосходит почти все кормовые культуры. На корм скоту идут зерно, силос, сухие стебли и зеленая масса.

В зерне кукурузы 65 - 70 % без азотистых экстрактивных веществ, 9 -12 бежа, 4-5 жиров и только примерно 2 % клетчатки; 1 кг зерна кукурузы содержит 1.34 к.ед., ячменя - 1.2, овса - 1 к.ед. Калорийность зерна кукурузы выше, чем других фуражных культур: 1 кг ее зерна дает 13818 Дж, в то время как 1 кг овса - только 9072 Дж.

Кукуруза также ценная продовольственная культура. Зерно ее используется в пищевой промышленности. Из него изготавливают крупу, муку, крахмал, глюкозу, кукурузные хлопья, воздушную кукурузу, консервы и другие продукты питания. Из зародышей кукурузы добывают высококачественное кукурузное масло, а из стеблей и оберток вырабатывается около 40 видов продукции (бумага, клей, краски, смолы и т.д.).

Кукуруза имеет большое агротехническое значение как пропашная культура, она хороший предшественник для озимых и яровых культур.

Сохранению в производстве высоких урожаев кукурузы способствовали успехи селекции на гетерозис, благодаря применению методов межлинейной гибридизации (Галеев, 1961).

Внедрение в производство интенсивной технологии и новых скороспелых высокопродуктивных гибридов позволило значительно повысить урожай кукурузы на больших площадях. Повышение урожайности кукурузы в северных районах кукурузосеяния стало возможным только благодаря внедрению раннеспелых гибридов.

Однако раннеспелые гибриды нужны для пожнивных и поукосных посевов юга России, а также в основной культуре как предшественники под озимые (Чучмий, Моргун, 1990; Гурьев, Гурьева, 1990). Практика показала, что раннеспелая кукуруза в зонах с коротким безморозным периодом может давать высокие (70 - 100 ц/га) урожаи зерна. Для создания гибридов такого типа нужен скороспелый исходный материал, которого в мировой коллекции очень мало. Современный теоретический уровень селекции на скороспелость, результаты создания раннеспелых гибридов, внедрение их в производство стали возможными благодаря кропотливому труду многих поколений ученых - В.В. Таланова, Н.М. Тулайкова, Г.К. Мейстера, В.Е. Козубенко, H.H. Кулешова, И.В. Кожухова, М.И. Хаджинова, Г.С. Галеева и многих других, которые шаг за шагом накапливали генофонд кукурузы, изучали и использовали его в селекционном процессе.

Современное состояние в селекции гибридов на раннеспелость потребовало более глубокого изучения и подбора исходного материала с учетом не только биологических свойств, но и происхождения, поскольку генетическое разнообразие может иметь столь же большое или большее значение, чем комбинационная способность (Hayes, Immer, 1942). Это потребовало расширения генофонда раннеспелой кукурузы, благодаря интеграции исходного материала, комплексной оценке гибридов в системе экологических сортоиспытаний по количественным показателям адаптивности и стабильности. В этой связи возникла необходимость анализа методических подходов и поиска путей дальнейшего повышения уровня селекции на раннеспелость с учетом достижений практической селекции, полученных не только в нашей стране, но и за рубежом.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Цель работы - создание раннеспелых гибридов кукурузы на основе использования генетически разнообразного материала отечественного и зарубежного происхождения. Основными задачами исследований было: изучение исходного материала по хозяйственно важным признакам и свойствам в различных эколого-географических зонах России; анализ комбинационной способности линий и тестеров и создание раннеспелых гибридов; экологическое сортоиспытание гибридов и оценка их адаптивности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Показано, что варьирование урожайности гибридов, значительно различающихся по эколого-географическому происхождению, вызванное условиями вегетации, в 1,5 - 2 раза превышает генотипическую изменчивость, которая колеблется в узких пределах 19 - 21 %. Показана перспективность применения метода дивергентного подбора родительских форм с высокой комбинационной способностью и адаптивностью. Показана необходимость предварительного изучения и отбора родительских форм гибридов по адаптивности в зонах предполагаемого районирования гибридов.

Установлено, что отбор по фенотипу лучших скороспелых и продуктивных генотипов в условиях Кабардино-Балкарии может быть столь же результативным, как и в зоне с коротким безморозным периодом (Омск).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ

Практическая значимость диссертационной работы: - выделены лучшие раннеспелые линии и родительские формы в качестве исходного мате7 риала для селекции гибридов. Созданы современные гибриды Нарт 150, Катерина, Корн 280, Ньютон, Лидия, которые внесены в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию, некоторые из них широко возделываются в производстве.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты исследований были доложены на заседаниях ской комиссии Всероссийского НИИ кукурузы в 1989-1999 гг., нии Ученого Совета института в 1999 году и международной ции, посвященной 100-летию М.И. Хаджинова.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, получено 8 авторских свидетельств на гибриды кукурузы, внесенные в Государственный реестр селекционных достижений Российской Федерации. методиче-на заседа-конферен