Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Морфобиологические параметры исходного материала яровой мягкой пшеницы для селекции на засухоустойчивость и урожайность в условиях Алтайского края

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Морфобиологические параметры исходного материала яровой мягкой пшеницы для селекции на засухоустойчивость и урожайность в условиях Алтайского края"

На правах рукописи

ЛЕПЕХОВ СЕРГЕЙ БОРИСОВИЧ

МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ НА ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТЬ И УРОЖАЙНОСТЬ В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

06.01.05 — селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Тюмень - 2013

б т гт

005061255

Диссертационная работа выполнена в лаборатории селекции яровой мягкой пшеницы Государственного научного учреждения Алтайского научно-исследовательского института сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат биологических наук, доцент, Коробейников Николай Иванович

Заушинцена Александра Васильевна,

доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры ботаники КемГУ

Ведущая организация:

Тоболова Галина Васильевна,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры производства и переработки, хранения продукции растениеводства ГАУ Северного Зауралья

Сибирский НИИ растениеводства и селекции

Защита состоится «25» июня 2013 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при Государственном аграрном университете Северного Зауралья по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7 Тел./факс: (3452) 46-87-77, E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного аграрного университета Северного Зауралья

Автореферат разослан «24» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Литвиненко Наталья Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Алтайский край - крупный производитель зерна пшеницы в Сибири. Площадь посева мягкой пшеницы в этом регионе в настоящее время находится на уровне 2,0-2,3 млн. га. Около 60% посевных площадей сосредоточено в степной зоне, где основными лимитирующими факторами формирования высокой урожайности пшеницы являются дефицит доступной почвенной влаги, жесткий температурный режим в период закладки и формирования репродуктивных органов. Следовательно, селекция на урожайность в таких условиях - это отбор, прежде всего, на засухо- и жаростойкость растений. Наиболее объективной и достоверной оценкой влияния засухи на растения считается непосредственное изучение их в засушливых условиях. Однако это испытание требует значительных материальных и временных затрат. Альтернативой ему может служить имитирование почвенной засухи в конкретной местности с помощью агротехнических приемов, которое в совокупности с рядом методов определения параметров засухоустойчивости повышает эффективность отбора форм яровой мягкой пшеницы, наилучшим образом приспособленных к степным зонам Алтайского края.

Цель исследований: выделение перспективного исходного материала для создания сортов степного экотипа на основе комплексного изучения набора сортообразцов яровой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения по морфобиологическим признакам в условиях Приобской лесостепи Алтайского края.

Для достижения указанной цели было намечено решение следующих задач:

1. Изучить набор коллекционных образцов яровой мягкой пшеницы по важнейшим морфобиологическим признакам:

- урожайности и элементам её структуры,

- полевой и агрономической засухоустойчивости,

- полевой устойчивости к болезням, полеганию и жаростойкости,

- признакам качества зерна.

2. Установить взаимосвязь площади листовой поверхности с продуктивностью главного колоса, а также её значение в селекции на повышение продуктивности и засухоустойчивости яровой мягкой пшеницы.

3. Оценить исходный материал по признакам зародышевой корневой системы и выявить их взаимосвязь с другими морфологическими признаками.

4. Выделить перспективные генотипы по отдельным признакам и их комплексу для селекции сортов степного экологического типа в Алтайском крае.

Научная новизна исследований. В результате проведённых исследований впервые в условиях лесостепи Алтайского края на фоне естественной и имитируемой засухи получена комплексная характеристика сортов и линий яровой мягкой пшеницы степного экологического типа по признакам продуктивности растений, урожайности и качества зерна,

устойчивости к биотическим факторам. Выявлены основные элементы продуктивности, определяющие высокую урожайность сортов степного экотипа. Показана значимость листовой поверхности и признаков первичной корневой системы в селекции на повышение продуктивности и засухоустойчивости яровой мягкой пшеницы.

Практическая значимость работы и использование результатов исследований. По результатам исследований сформирована коллекция перспективных сортообразцов для целенаправленного использования в селекционных программах на засухоустойчивость, высокую урожайность и качество зерна. Создан новый селекционный материал, который в настоящее время изучается в питомнике гибридных популяций.

Личный вклад автора заключается в проведении полевых и лабораторных опытов, статистической обработке, обобщении и интерпретации полученных результатов, формировании научных положений и выводов, написании научных публикаций и текста диссертации.

Положения, выносимые на защиту:

1. Выделенные сорта и линии яровой мягкой пшеницы с высокой засухоустойчивостью и урожайностью являются перспективным исходным материалом для рекомбинационной селекции.

2. Высокоурожайные сорта степного экотипа характеризуются значительной массой зерна главного колоса, высотой растений и уборочным индексом.

3. Сопряжённость массы зерна главного колоса с размерами двух верхних листьев характеризуется широким диапазоном значений коэффициентов корреляции и возрастает в условиях менее благоприятных по водному и минеральному обеспечению.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на VII Международной научно-практической конференции «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, АГАУ, 2-3 февраля 2012 г.); на V Международной научно-практической конференции «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных» (Краснообск, 20 апреля 2012 г.); на Международной конференции «Современные сорта и агротехнологии, их роль в развитии АПК Сибири» (Барнаул, 26-27 июля 2012 г.); на VIII Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, АГАУ, 6-7 февраля 2013 г.); на заседаниях научно-методического совета селекционного центра Алтайского НИИСХ в 2010-2013 гг. -

По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 3 в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций для практической селекции. Содержит 42 таблицы, 4 приложения. Библиографический список содержит 258 наименований, в том числе 2 - на иностранных языках.

Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе и ценные консультации научному руководителю к. б. н. Н.И. Коробейникову, а также коллективу лаборатории селекции яровой мягкой пшеницы Алтайского НИИСХ, оказавшему техническую помощь в выполнении программы исследований.

1 ВАЖНЕЙШИЕ ПРИЗНАКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫСОКУЮ

УРОЖАЙНОСТИ ПШЕНИЦЫ В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ, И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ

(обзор литературы)

В данной главе проанализирована важность основных признаков яровой мягкой пшеницы, обеспечивающих её приспособление к различным засухам, и их использование в селекционных целях. Изложены различные методы оценки засухоустойчивости полевых культур.

2 УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевые эксперименты проведены в 2010-2012 гг. на опытном поле лаборатории селекции яровой мягкой пшеницы Алтайского НИИСХ, расположенном в Приобской лесостепи Алтайского края.

Особенности гндротермическнх условий лет исследований. Годы проведения полевых экспериментов различались по гидротермическому режиму. Засухи различной длительности и интенсивности наблюдались ежегодно. Погодные условия 2010 года можно охарактеризовать как засушливые в первой половине вегетации и влажные во второй. Среднесуточные температуры первых двух декад июня были на 2-4 С0 выше среднемноголетних, а в июле выпало на 77% больше среднемноголетней месячной нормы осадков, что способствовало развитию болезней и полеганию. Практически весь вегетационный сезон 2011 года, исключая конец мая - начало июня, был засушливым с повышенными температурами в мае и июне. Сумма осадков за вегетацию составила 73% от среднемноголетнего значения. Погодные условия 2012 года характеризовались устойчивой экстремальной засухой, которая заключалась в повышенном фоне среднесуточных температур воздуха в мае-августе, а также значительным дефицитом осадков до колошения, что в конечном итоге привело к снижению урожайности всех генотипов, особенно при посеве по зерновому предшественнику.

Материал исследований. В качестве объекта исследования использована коллекция из 75 сортов и линий яровой мягкой пшеницы степного экотипа различных научных учреждений отечественной и зарубежной селекции трёх групп спелости.

Методика проведения исследований. Посев осуществляли сеялкой ССФК-7 во II декаде мая по двум предшественникам: чистый пар и зерновые. Норма высева 5 млн. всхожих зёрен на гектар. Площадь делянки — 2 м2, повторность - трёхкратная. Уборку проводили комбайном Сампо 130.

Варианты опыта с низкой продуктивностью сортообразцов (паровой предшественник в 2012 году и зерновой - во все годы) служили для оценки агрономической засухоустойчивости. В относительно благоприятных условиях (паровой предшественник 2010 и 2011 годов) оценивали способность сортов реализовать свой потенциал урожайности. Для оценки полевой засухоустойчивости брали максимальное значение урожайности сорта, полученное в опыте (паровой предшественник в 2010 или 2011 году), и рассчитывали степень её снижения в тех вариантах опыта, где оценивалась агрономическая засухоустойчивость.

Наблюдение и оценку сортов осуществляли по методике ВИР (1984). Жаростойкость оценена дважды с интервалом в одну неделю в 2012 году по засыханию листьев. Устойчивость к септориозу и жаростойкость представляют усреднённый балл вариантов по паровому и стерневому предшественнику в год изучения. Все оценки выставляли по девятибалльной шкале. Анализ структуры урожая генотипов проводили по 10 растениям каждой повторности согласно общепринятой методике. В диссертационной работе анализ сортообразцов проведён для всех запланированных элементов структуры урожая. В автореферате акцент сделан на массе зерна главного колоса, массе 1000 зёрен, озернённости и Кхоз, так как они наилучшим образом дифференцируют образцы по засухоустойчивости. Для выявления основных элементов продуктивности, определяющих высокую урожайность сортов степного экотипа, сравнение по ним проводилось между контрастными по урожайности группами сортов.

При анализе экспериментальных данных сравнение сортообразцов проводилось со стандартными сортами (Алтайская 98, Алтайская 100, Алтайская 105), а также со среднегрупповыми значениями соответствующих признаков.

Площадь верхнего и второго сверху листа рассчитана по методу Аникиева, Кутузова (1961) в фазу колошения у 10 растений каждой повторности. При этом к растениям с измеренной длиной и шириной листовой пластинки подвязывали этикетки. Колосья этих растений обмолачивали, взвешивали и подсчитывали зерновки, определяли массу 1000 зёрен. Данная работа осуществлена в 2010 году на 44 сортообразцах, в 2011 и 2012 - на 27. Для изучения развития первичной корневой системы пшеницы семена проращивали в песке при 60%-ной влагоёмкости при температуре 21°С в четырёхкратной повторности. На седьмые сутки измеряли длину каждого корешка и число корешков у 25 проростков каждой повторности. В 2010 году изучено 12 сортообразцов, в 2011 году - 16.

Статистическая обработка экспериментального материала проведена по общепринятым методикам дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов, в изложении Б. А. Доспехова (1979) и Г. Ф. Лакина (1980).

3 АНАЛИЗ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ, УРОЖАЙНОСТИ И ЭЛЕМЕНТОВ ЕЁ СТРУКТУРЫ, УСТОЙЧИВОСТИ К БИОТИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ, КАЧЕСТВА ЗЕРНА СОРТОВ И ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ Урожайность и засухоустойчивость яровой мягкой пшеницы. Селекция на высокую и относительно стабильную урожайность в засушливых условиях является одним из приоритетных направлений совершенствования сортов степного экотипа. Нашими исследованиями установлено, что фенотипическая изменчивость урожайности у набора сортов и линий степного экотипа независимо от группы спелости на 77% • определяется агроэкологическими условиями и только на 5% генотипическими особенностями. По всему спектру агроэкологических условий, средняя урожайность набора экспериментальных генотипов составила 181 г/м2. Наиболее благоприятные для произрастания яровой мягкой пшеницы условия сложились при посеве по чистому пару в 2010 и 2011 годах, где средняя урожайность отмечена на уровне 295 и 269 г/м2 соответственно. Минимальная урожайность получена в 2012 году в варианте по зерновому предшественнику (60 г/м2). При этом реакция сортов и линий в тех или иных агроэкологических условиях оказалась неодинаковой. Практически одного уровня у всех групп спелости урожайность сформировалась по пару в 2011 году. В 2012 году преимущество по урожайности по паровому предшественнику имели среднепоздние (142 г/м2) и среднеспелые сорта (128 г/м2) над среднеранними (119 г/м2). На стерневом фоне ситуация изменилась на противоположную, то есть среднепоздние генотипы существенно снизили урожайность по сравнению со среднеспелыми и среднеранними (45; 65 и 62 г/м2 соответственно). Наиболее продуктивные сортообразцы представлены в таблице 1.

В среднеранней группе к наиболее засухоустойчивым относятся Тулеевская и Целинная 3/с, сформировавшие наибольшую урожайность в засушливых условиях. Тулеевская - единственный сорт в этой группе, сочетающий хорошую засухоустойчивость и урожайность в благоприятных средах. Целинная 3/с имела три статистически значимых превышения урожайности в засушливых условиях. Значительная общая средняя урожайность свидетельствует о хорошей адаптации Лютесценс 453/2 к местным условиям. Целинная 3/с и Лютесценс 453/2 характеризуются меньшим снижением урожайности в острозасушливых условиях, по сравнению с другими среднеранними сортами.

В среднеспелой группе сортообразцов к генотипам, имеющим достоверные прибавки к среднегрупповой урожайности в целом по всем засушливым средам, относятся: Лютесценс 697, Лютесценс 899, Лютесценс 36/с, Светланка, Омская 36, Эритроспермум 78, Дуэт, Саратовская 68, что позволяет говорить об их высокой засухоустойчивости. Наибольшую урожайность во всех агроэкологических средах, следовательно, хорошую адаптацию к местным условиям имеют практически все вышеперечисленные сортообразцы. При этом Лютесценс 697 является единственным образцом в опыте, имеющим достоверные прибавки к стандарту во всех вариантах опыта.

Светланка и Омская 36 достоверно превосходят среднегрупповую урожайность при слабой, средней и сильной засухе. Сорт Дуэт наиболее продуктивен в одном из благоприятных и одном засушливом году. Достоверное превосходство Эритроспермум 78 в средней урожайности сложилось по причине статистически значимых высоких урожаев в благоприятных условиях и высоких либо средних - при всех наблюдавшихся засухах. С другой стороны, Лютесценс 899 формирует высокую, в сравнении с другими сортообразцами, урожайность в худших условиях, но также неплохо проявляет себя и при улучшении условий выращивания. Лютесценс 36/с и Саратовская 68 характеризуются высокой засухоустойчивостью, но не обладают достаточной отзывчивостью в благоприятных средах.

Таблица 1 - Урожайность лучших сортообразцов яровой мягкой пшеницы в различных агроэкологических условиях (2010-2012 гг.), г/м2 _

Сорт, линия Засушливые условия Благоприятные условия Общ. средняя

пар пшеница сред няя пар средняя

2012 2010 | 2011 | 2012 2010 | 2011

Среднеранние генотипы

Алтайская 98, ст. 97 115 138 56 102 205 234 220 141

Тулеевская 142 138 192 62 133 305 316 310 192

Целинная 3/с 156 121 182 74 133 217 278 247 171

Лютесценс 453/2 115 150 165 79 127 286 280 283 179

Средняя по группе 119 119 165 62 116 249 262 256 163

НСРо.05 17 24 16 11 14 35 45 35 16

Среднеспелые генотипы

Алтайская 100, ст. 111 125 167 65 117 269 223 246 160

Лютесценс 697 182 208 230 88 177 360 337 348 234

Лютесценс 899 152 244 186 69 163 336 317 327 217

Лютесценс 36/с 161 186 190 90 157 318 299 309 207

Светланка 164 150 231 82 157 309 335 322 212

Омская 36 150 153 236 71 152 288 333 311 205

Эритроспермум 78 156 169 221 58 151 378 339 359 220

Дуэт 159 163 198 81 150 367 284 325 209

Саратовская 68 156 166 195 83 150 277 283 280 193

Средняя по группе 128 156 183 65 133 287 273 280 182

НСР0 05 21 36 26 20 17 38 41 48 19

. Среднепоздние генотипы

Алтайская 105, ст. 129 220 156 36 135 392 285 339 203

Воевода 197 178 220 56 163 370 270 320 215

Омская 28 198 167 213 56 159 402 331 367 228

Голубковская 181 189 205 58 158 329 273 301 206

Фаворит 185 187 208 49 157 380 276 328 214

Средняя по группе 142 156 184 45 132 336 264 300 188

НСРо 05 12 29 22 10 18 40 35 36 17

В среднепоздней группе лучшими сортами для засушливых условий были: Фаворит, Воевода, Голубковская и Омская 28, которые имеют достоверные прибавки к среднему значению четырёх засушливых сред. Последний из них характеризуется самой высокой продуктивностью в благоприятных средах. Голубковская формирует урожайность на уровне среднегенотипической в относительно благоприятных условиях, а Фаворит и Воевода - высокую, но данное превосходство статистически незначимо. Названные сорта могут также считаться хорошо адаптированными к местным условиям. Среди поздно созревающих сортов не наблюдается большого разнообразия в значениях полевой засухоустойчивости и их реакции на разные засухи схожи. Наибольшей полевой засухоустойчивостью обладает Голубковская.

В благоприятных средах у высоко-, средне- и низкопродуктивных генотипов одинаково часто встречаются сортообразцы с различной полевой засухоустойчивостью. Следовательно, высокая урожайность у отдельных сортообразцов может быть совмещена с хорошей полевой засухоустойчивостью. Именно они представляют несомненный интерес для селекции полуинтенсивных сортов, сочетающих засухоустойчивость с повышенной отзывчивостью на благоприятные агроэкологические условия. К таковым следует отнести Лютесценс 697, Лютесценс 899, Светланку и Омскую 36. К числу генотипов с высокой полевой засухоустойчивостью принадлежит Саратовская 68 (среднее снижение максимальной урожайности менее 50%).

Число зёрен главного колоса. Дисперсионный анализ свидетельствует о доминирующем влиянии на этот признак погодных условий. Большая часть от общей изменчивости приходится на факторы «год» и «предшественник» (38,2% и 22,3% соответственно), на «генотип» - 6,7%.

В группе среднеранних генотипов наиболее озернёнными в засушливых условиях были сорта Памяти Азиева (13,6 шт.) и Тулеевская (13,9 шт.), но отличия от стандарта (11,7 шт.) статистически незначимы. При этом данные сорта имели высокую озернённость в благоприятных условиях и в целом за 3 года исследования.

Единственной линией, имеющей достоверную прибавку к Алтайской 100 в засушливых условиях в среднеспелой группе, являлась Лютесценс 622 (+17%). Можно также выделить генотипы с высокой озернённостью в среднем по всем засушливым средам, но без статистически значимых отличий от стандарта (14,9 шт.). К ним прежде всего относятся: Саратовская 29, Дуэт, Байтерек, Тулайковская остистая, Целинная 60 (+6 - 15% к стандарту). Среди вышеперечисленных образцов Саратовская 29, Лютесценс 622, Целинная 60 и Байтерек характеризуются повышенной озернённостью как в благоприятных условиях, так и на жёстком агрофоне. В группе среднепоздних генотипов в целом по засушливым условиям выделяются: Фаворит, Воевода, Омская 28, Лютесценс 53/95. Данные сортообразцы также имеют преимущество перед стандартом и в благоприятных условиях, но эти различия недостоверны.

Масса 1000 зёрен главного колоса. Крупное и выполненное зерно у сорта в разные по увлажнению годы - один из показателей его

засухоустойчивости. Масса 1000 зерновок является одним из признаков, по которому сорта имеют достоверные и стабильные отличия в разных условиях. На фактор «год» приходится 36,6% общей дисперсии. Примерно одинаковую долю вклада в вариацию этого признака (12,8; 12,4%) имеют «генотип» и «предшественник». В отдельные годы решающий вклад в изменчивости массы 1000 зёрен принадлежит фактору «генотип».

Из-за мелкозёрности стандарта в среднеранней группе выделено значительное количество сортообразцов, достоверно превосходящих Алтайскую 98 (27,6 г в среднем при засухе, 32,8 г - в благоприятных условиях) по массе 1000 зёрен. В засушливых условиях таковыми являлись: Алтайская 99 (+10%), Целинная 3/с, Лютесценс 453/2 (+7%), Памяти Азиева (+8%), в благоприятных - Алтайская 99 (+13%), Лютесценс 453/2 (+15%).

Анализ исследуемого признака в среднеспелой группе показал, что формирование высокой массы 1000 зёрен в засушливых и благоприятных условиях у одного и того же сорта наблюдается не во всех случаях. Например, Саратовская 70 достоверно превышает стандарт по крупности зерна в различных агроэкологических условиях, а также по общей средней. Саратовская 71, Саратовская 72, Лютесценс 779, Лютесценс 899, Омская 36 имеют преимущество над стандартом в засушливых условиях, а Лютесценс 259 - только в средах с достаточным увлажнением. У Лютесценс 827/01-42 и Карабалыкской 2 в среднем по двум контрастным наборам сред отсутствуют значимые отличия от стандарта, но имеются в целом по всем агротехническим вариантам.

В среднепоздней группе, по причине крупнозёрности Алтайской 105, следует назвать образцы с массой 1000 зёрен на уровне стандарта. Среди них: Лютесценс 748, Шортандинская улучшенная, Карабалыкская 98, которые сохраняют высокое значение данного признака в широком спектре агроэкологических условий.

Масса зерна главного колоса - один из ведущих признаков при отборе на высокую засухоустойчивость и урожайность. Дисперсионный анализ показал, что основной вклад в общую изменчивость массы зерна главного колоса вносят факторы «год» (43,7%) и «предшественник» (23,0%). Следующими по размеру вклада в общую дисперсию является взаимодействие «год х генотип» (5,7%) и «генотип» (4,6%).

Наличие дефицита влаги на ранних этапах развития растений в опыте привело к более значительному снижению продуктивности главного колоса у группы среднеранних сортов в сравнении с группами более продолжительного вегетационного периода. В целом отличия сортообразцов по массе зерна главного колоса в группе среднеранних генотипов на фоне жёстких условий несущественны. В благоприятных условиях по продуктивности главного колоса лидирует Памяти Азиева, но отличия от стандарта статистически незначимы.

В группе среднеспелых сортов, несмотря на отсутствие достоверных отличий от стандарта в засушливых вариантах опыта, следует отметить генотипы с максимально продуктивным колосом в этих условиях. К ним относятся: Лютесценс 622 (0,55 г), Дуэт (0,55 г), Саратовская 29 (0,53 г), Лютесценс 36/с (0,50 г) и Светланка (0,50 г). При этом все вышеперечисленные сортообразцы

формировали крупный главный колос при посеве по пару в 2010 и 2011 году, что и привело к возникновению статистически значимых отличий от Алтайской 100 по среднемноголетлим значениям данного признака.

В группе среднепоздних генотипов наибольшей, но без достоверных от стандарта отличий, продуктивностью главного колоса в засушливых условиях характеризовались Фаворит (0,53 г), Лютесценс 748 (0,53 г), Омская 28 (0,50 г) и Голубковская (0,50 г).

Коэффициент хозяйственного использования фотосинтеза (Кхоз). В нашем исследовании вне зависимости от группы спелости, различные по засухоустойчивости образцы соответственно дифференцируются и по Кхш. Вместе с тем, уборочный индекс является признаком в значительной степени подверженный случайным факторам (доля вклада в общую дисперсию 36,8%). Фактор «год» является существенным источником вариации (21,6%). Равную долю в варьировании (10,4-10,6%) обеспечивают «генотип», взаимодействия «год х предшественник» и «год х сорт».

Значительное количество сортообразцов, накапливающих повышенную долю биомассы в зерне, обнаружено в среднеранней группе сортов. В засушливых условиях к ним относятся: Толькын (39,6%), Целинная 3/с (38,5%), Памяти Азиева (37,6%) и Тулеевская (36,8%).

В группе среднеспелых сортов и линий поиск форм с достоверным превосходством стандарта по уборочному индексу на лимитированном агроэко-логическом фоне оказался безуспешным. Однако в данной группе спелости следует отметить генотипы, характеризующиеся в среднем высоким значением Кхоз (свыше 40%) на жёстком по влагообеспеченности фоне. Таковыми являлись: Лютесценс 1300 (41,7%), Саратовская 70 (41,5%), Саратовская 72 (41,0%), Лютесценс 622 (40,6%), Дуэт (40,4%) и Байтерек (40,2%). Первые три достоверно отличались в большую сторону от стандарта в среднем по опыту, что указывает на стабильное проявление признака у данных сортов.

В группе среднепоздних сортообразцов дифференциация генотипов по коэффициенту хозяйственного использования фотосинтеза более отчётлива. В засушливых условиях достоверно превышают стандарт по Кхю Фаворит и Воевода (39,4%), Лебёдушка (40,1%) и Шортандинская 125 (39,6%).

Основные элементы продуктивности, определяющие высокую урожайность сортов степного экотипа. В разных группах спелости для высокоурожайных генотипов характерны значительные: масса зерна главного колоса, высота растений и уборочный индекс. Продуктивность среднеранних сортов обусловлена высокой густотой стояния растений (+9%), которая складывается благодаря хорошей полевой всхожести (+7%).

Зерновая продуктивность высокоурожайных среднеспелых сортов формируется за счёт массы зерна с колоса (+22%) и растения (+28%). Различия по массе зерна главного колоса между группами в равной мере обусловлены озернённостью и крупностью зерна (+10%), но статистически доказанным является только эффект последнего.

Для высокоурожайного среднепозднего сорта характерна высокая густота стояния растений (+11%), значительный вклад побегов кущения в продук-

тивность растения (+9%), а также меньшее количество стерильных колосков (18%). С увеличением продолжительности периода вегетации наблюдается тенденция снижения густоты стояния растений, поэтому необходим контроль данного признака.

Устойчивость к болезням, полеганию и жаростойкость образцов. Помимо засухи в основных районах возделывания пшеницы на Алтае, существенными причинами снижения урожайности являются болезни, а также полегание посевов. Поэтому необходимо выявлять исходный материал по устойчивости к этим важным стрессорам.

Полевые наблюдения позволили выявить наиболее ценные для селекции образцы:

- по устойчивости к септориозу: Лютесценс 622, Лютесценс 697, Алтайская 325, Лютесценс 16-04, Лютесценс 1545, Омская 28;

- по жаростойкости: Лютесценс 453/2, Толькын, Саратовская 68, Саратовская 70, Саратовская 72, Саратовская 73, Лютесценс 43/с, Тулайковская золотистая, Фаворит, Лютесценс 748, Голубковская;

- по устойчивости к полеганию: Лютесценс 622, Алтайская 325, Лютесценс 16-04, Омская 28, Лютесценс 120-03;

- по комплексу признаков: Памяти Азиева, Лютесценс 899, Лютесценс 827/01-42, Карабалыкская 98.

Сравнение групп генотипов, отличающихся по засыханию листьев, позволило заключить, что прямой отбор по жаростойкости в экстремальных условиях приводит к накоплению форм, обладающих невысоким потенциалом продуктивности, но хорошо адаптированных к засухе данной напряжённости. Жёсткая браковка селекционного материала по жаростойкости сопряжена с риском потери высокопродуктивных отзывчивых форм. Наиболее перспективен отбор среднежаростойких образцов с последующей проверкой их урожайности в более благоприятных условиях.

Показатели качества зерна яровой мягкой пшеницы. Помимо высокой урожайности к новым сортам предъявляются требования и по качеству зерна. Наибольшую ценность для селекции на качество зерна представляют:

- по содержанию белка в зерне: Новосибирская 29, Толькын, Алтайская 325, Тулайковская золотистая, Степная 16, Лютесценс 1545, Астана, Лебёдушка;

- по содержанию клейковины в зерне: Новосибирская 29, Толькын, Алтайская 325, Тулайковская золотистая, Степная 15, Степная 16, Лютесценс 12003, Карабалыкская 98;

- по высокой натуре зерна: Алтайская 100, Саратовская 71, Лютесценс 622, Лютесценс 697, Фаворит, Воевода.

Сравнение выделившихся по содержанию белка в зерне образцов с местными засухоустойчивыми сортами и линиями показало, что первые характеризовались низкой урожайностью и в благоприятных условиях, и при засухе. Высоконатурные сортообразцы распределены относительно равномерно между контрастными по засухоустойчивости группами генотипов.

4 ЛИСТОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ СОРТОВ И ЕЁ СВЯЗЬ С ПРОДУКТИВНОСТЬЮ ГЛАВНОГО КОЛОСА

Одним из ведущих показателей при отборе на высокую засухоустойчивость является масса зерна главного колоса. Начиная с фазы колошения определяющее значение в снабжении колоса ассимилятами приобретают два верхних листа, поэтому учёт их площади представляется важной задачей.

Наибольший вклад в общую изменчивость флагового листа вносят агро-экологические условия. На долю фактора «генотип» приходится только 8% дисперсии. Предфлаговый лист подвержен ещё большему влиянию биотических и абиотических факторов: его раньше поражают грибные болезни, в случае сильной раннелетней засухи он засыхает быстрее флага.

Сопряжённость массы зерна главного колоса с размерами двух верхних листьев характеризуется широким диапазоном значений коэффициентов корреляции: с площадью флага от -0,17 до +0,72; с площадью предфлага от 0,00 до +0,54. В менее благоприятных по водному и минеральному питанию условиях сопряжённость площади двух верхних листьев и массы зерна главного колоса возрастает и стабильно находится на уровне средней корреляционной зависимости.

С помощью признаков озернённости и площади флага возможно достаточно точно описать продуктивность главного колоса, чем при рассмотрении каждого из данных признаков по отдельности (табл. 2). Увеличение продуктивности главного колоса будет более эффективным при сочетании позитивного отбора на его озернённость с отбором на увеличение размера флагового листа.

Таблица 2 — Генотипические коэффициенты корреляции фактической массы зерна главного колоса с массой, рассчитанной на основе озернённости, _ и на основе озернённости и площади флагового листа_

Детерминирующий признак 2010 год 2011 год 2012 год

пар зерновые пар зерновые пар зерновые

Озернённость 0,52 0,81 0,56 0,64 0,85 0,83

Озернённость и лист 0,68 0,85 0,56 0,72 0,88 0,90

Примечание: все коэффициенты корреляции значимы при р<0,01

5 ПАРАМЕТРЫ ПЕРВИЧНОЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ СОРТОВ И ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

В наших исследованиях обнаружено, что среди изученного набора сортов пшеницы имеется существенное разнообразие как по числу, так и по длине первичных корешков. Кроме того, установлена тесная корреляционная взаимосвязь между суммарной длиной первичной корневой системы и высотой растения, а также количеством зародышевых корешков и высотой растения. С остальными количественными признаками длина и число первичных корней

имели статистически незначимые или непостоянные по агротехническим вариантам коэффициенты корреляции.

6 ГИБРИДЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С УЧАСТИЕМ ИЗУЧЕННЫХ СОРТООБРАЗЦОВ

На основе изучения коллекции сортов и линий степного экологического типа в 2011-2012 гг. проведено 25 парных скрещиваний, гибриды которых проходят изучение в питомнике гибридных популяций. По предварительным данным наиболее перспективными являются следующие гибридные комбинации: Саратовская 70 х Лютесценс 622, Лютесценс 697 х Лютесценс 622 и Омская 28 х Лютесценс 779.

ВЫВОДЫ

1. Фенотипическая изменчивость урожайности у набора сортов и линий степного экотипа независимо от группы спелости на 77% определяется агро-экологическими условиями и на 5% генотипическими особенностями.

2. К наиболее перспективным сортообразцам для использования в реком-бинационной селекции на высокую продуктивность линий степного-экотипа относятся: среднеранние - Тулеевская, Целинная 3/с, Лютесценс 453/2; среднеспелые - Лютесценс 899, Лютесценс 697, Светланка, Омская 36, Лютесценс 36/с, Саратовская 68, Лютесценс 43/с, Лютесценс 827/01-42, Эритроспермум 78, Дуэт, Лютесценс 16/с, Лютесценс 622; среднепоздние - Фаворит, Воевода, Омская 28, Голубковская.

3. В процессе изучения набора сортов и линий яровой мягкой пшеницы по элементам структуры урожая в условиях Приобской лесостепи Алтайского края выделен ценный исходный материал, характеризующиеся средней и высокой засухоустойчивостью, который рекомендуется использовать в селекции сортов степного экотипа:

- по густоте стояния растений: Тулеевская, Саратовская 71, Саратовская 72, Лютесценс 697, Карабалыкская 98;

- по продуктивной кустистости: Лютесценс 453/2, Целинная, 3/с, Лютесценс 697, Лютесценс 899, Саратовская 72, Эритроспермум 78, Дуэт, Фаворит, Воевода, ОмГАУ-90, Голубковская;

- по количеству фертильных колосков: Толькын, Саратовская 29, Саратовская 68, Лютесценс 36/с, Лютесценс 622, Светланка, Дуэт, Байтерек, Фаворит, Омская 28;

- по озернённости главного колоса: Памяти Азиева, Тулеевская, Лютесценс 622, Саратовская 29, Дуэт, Байтерек, Фаворит, Воевода, Омская 28;

- по массе 1000 зёрен: Лютесценс 453/2, Памяти Азиева, Целинная 3/с, Саратовская 70, Саратовская 71, Саратовская 72, Лютесценс 899, Омская 36, Алтайская 105, Карабалыкская 98;

- по массе зерна главного колоса: Памяти Азиева, Толькын, Целинная 3/с, Саратовская 29, Лютесценс 36/с, Лютесценс 622, Светланка, Дуэт, Омская 28, Фаворит, Голубковская;

- по коэффициенту хозяйственной эффективности фотосинтеза: Памяти Азиева, Тулеевская, Целинная 3/с, Толькын, Саратовская 70, Саратовская 72, Лютесценс 622, Дуэт, Байтерек, Фаворит, Воевода;

- по высоте растения: Лютесценс 453/2, Памяти Азиева, Целинная 3/с, Толькын, Лютесценс 622, Омская 28;

- по комплексу признаков: Памяти Азиева, Тулеевская, Целинная 3/с, Лютесценс 453/2, Лютесценс 622, Лютесценс 697, Лютесценс 899, Саратовская 71, Саратовская 72, Светланка, Дуэт, Фаворит, Воевода, Омская 28, Голубковская, Карабалыкская 98.

4. При селекции высокоурожайных среднеранних сортов акцент в отборе следует сделать на густоте стояния растений; среднеспелых - на массе 1000 зёрен; среднепоздних — на продуктивном кущении, а также меньшем количестве стерильных колосков. Хорошим показателем засухоустойчивости в первых двух группах спелости является высота растения, а доля зерна в биологическом урожае - во всех группах.

5. Площадь двух верхних листьев пшеницы в средней степени сопряжена с продуктивностью главного колоса. Данная взаимосвязь возрастает в условиях недостаточного увлажнения и минерального питания. Увеличение продуктивности главного колоса будет более эффективным при сочетании позитивного отбора на его озернённость с отбором на увеличение размера флагового листа.

6. В исследованной коллекции сортообразцов установлено значительное сортовое разнообразие по признакам первичной корневой системы. Высота растения сопряжена с количеством и длиной зародышевых корней. Признаки первичной корневой системы зависят от погодных условий, складывающихся в период формирования семян на материнском растении.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ

На основе комплексного изучения коллекции сортообразцов яровой мягкой пшеницы в селекции на засухоустойчивость в качестве исходного материала рекомендуется использовать следующие сорта и линии: среднеранние — Тулеевская, Целинная 3/с, Лютесценс 453/2; среднеспелые - Лютесценс 899, Лютесценс 697, Светланка, Омская 36, Лютесценс 36/с, Саратовская 68, Лютесценс 43/с, Лютесценс 827/01-42, Эритроспермум 78, Дуэт, Лютесценс 16/с, Лютесценс 622; среднепоздние - Фаворит, Воевода, Омская 28, Голубковская.

Для селекции полуинтенсивного типа рекомендуется использовать следующие образцы: Тулеевская, Лютесценс 899, Лютесценс 697, Светланка, Омская 36, Омская 28, Фаворит, Воевода.

При селекции высокоурожайных среднеранних сортов акцент в отборе следует сделать на густоте стояния растений; среднеспелых - на массе 1000

зёрен; среднепоздних - на продуктивном кущении, а также меньшем количестве стерильных колосков. Хорошим показателем засухоустойчивости в первых двух группах спелости является высота растения, а доля зерна в биологическом урожае - во всех группах.

Высокую ценность для практической селекции по отдельным признакам представляют:

- по густоте стояния растений: Тулеевская, Саратовская 71, Саратовская 72, Лютесценс 697, Карабалыкская 98;

- по продуктивной кустистости: Лютесценс 453/2, Целинная, 3/с, Лютесценс 697, Лютесценс 899, Саратовская 72, Эритроспермум 78, Дуэт, Фаворит, Воевода, ОмГАУ-90, Голубковская;

- по количеству фертильных колосков: Толькын, Саратовская 29, Саратовская 68, Лютесценс 36/с, Лютесценс 622, Светланка, Дуэт, Байтерек, Фаворит, Омская 28;

- по озернённости главного колоса: Памяти Азиева, Тулеевская, Лютесценс 622, Саратовская 29, Дуэт, Байтерек, Фаворит, Воевода, Омская 28;

- по массе 1000 зёрен: Лютесценс 453/2, Памяти Азиева, Целинная 3/с, Саратовская 70, Саратовская 71, Саратовская 72, Лютесценс 899, Омская 36, Алтайская 105, Карабалыкская 98;

- по массе зерна главного колоса: Памяти Азиева, Толькын, Целинная 3/с, Саратовская 29, Лютесценс 36/с, Лютесценс 622, Светланка, Дуэт, Омская 28, Фаворит, Голубковская;

- по коэффициенту хозяйственной эффективности фотосинтеза: Памяти Азиева, Тулеевская, Целинная 3/с, Толькын, Саратовская 70, Саратовская 72, Лютесценс 622, Дуэт, Байтерек, Фаворит, Воевода;

- по высоте растения: Лютесценс 453/2, Памяти Азиева, Целинная 3/с, Толькын, Лютесценс 622, Омская 28.

- по комплексу признаков: Памяти Азиева, Тулеевская, Целинная 3/с, Лютесценс 453/2, Лютесценс 622, Лютесценс 697, Лютесценс 899, Саратовская 71, Саратовская 72, Светланка, Дуэт, Фаворит, Воевода, Омская 28, Голубковская, Карабалыкская 98.

Хорошей жаростойкостью, устойчивостью к болезням и полеганию обладают: Памяти Азиева, Лютесценс 899, Лютесценс 827/01-42, Карабалыкская 98. В качестве исходного материала, характеризующегося высокой устойчивостью к септориозу, рекомендуется использовать: Лютесценс 622, Лютесценс 697, Алтайскую 325, Лютесценс 16-04, Лютесценс 1545, Омскую 28. В практической селекции рекомендуется использовать как источники высокой жаростойкости: Лютесценс 453/2, Толькын, Саратовскую 68, Саратовскую 70, Саратовскую 72, Саратовскую 73, Лютесценс 43/с, Тулайковскую золотистую, Фаворит, Лютесценс 748, Голубковскую; высокой устойчивости к полеганию: Лютесценс 622, Алтайскую 325, Лютесценс 16-04, Омскую 28, Лютесценс 120-03.

Наибольшую ценность для селекции на качество зерна представляют:

- по содержанию белка в зерне: Новосибирская 29, Толькын, Алтайская 325, Тулайковская золотистая, Степная 16, Лютесценс 1545, Астана, Лебёдушка;

- по содержанию клейковины в зерне: Новосибирская 29, Толькын, Алтайская 325, Тулайковская золотистая, Степная 15, Степная 16, Лютесценс 12003, Карабалыкская 98;

- по натуре зерна: Алтайская 100, Саратовская 71, Лютесценс 622, Лютесценс 697, Фаворит и Воевода.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лепехов С.Б. Использование различных агрофонов для определения засухоустойчивости сортообразцов яровой мягкой пшеницы / С.Б. Лепехов // Аграрная наука - сельскому хозяйству: Сб. статей в 3 кн. / Междунар. науч.-практ. конф. (2-3 февраля 2012 г.) Барнаул: Изд-во АГАУ, 2012. Кн. 2. С. 385387.

2. Лепехов С.Б. Влияние площади флагового листа на продуктивность главного колоса мягкой пшеницы / С.Б. Лепехов // Молодые учёные сельскому хозяйству Алтайского края: Сб. научных работ / ГНУ Алтайский НИИСХ Россельхозакадемии. Барнаул, 2012. С. 110-116.

3. Лепехов С.Б. Некоторые причины высокой урожайности среднепозд-них сортов при раннелетней засухе / С.Б. Лепехов // Молодые учёные сельскому хозяйству Алтайского края: Сб. научных работ / ГНУ Алтайский НИИСХ Россельхозакадемии. Барнаул, 2012. С. 117-122.

4. Лепехов С.Б. Продуктивные в условиях засухи среднеспелые сорта яровой мягкой пшеницы / С.Б. Лепехов // Повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий в условиях Алтая и Казахстана: Сб. научных трудов / Россельхозакадемия. ГНУ Алтайский НИИСХ. Барнаул, 2012. С. 192199.

5. Лепехов С.Б. Сопряжённость площади двух верхних листьев с массой зерна главного колоса яровой пшеницы / С.Б. Лепехов, Н.И. Коробейников // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. Барнаул, 2012. № 11 (97). С. 57-60.

6. Лепехов С.Б. Полевая и агрономическая засухоустойчивость сортов мягкой пшеницы в условиях лесостепи Алтайского края / С.Б. Лепехов, Н.И. Коробейников // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. Барнаул, 2013. №1 (99). С. 9-12.

7. Лепехов С.Б. Жаростойкость мягкой пшеницы в условиях экстремальной засухи / С.Б. Лепехов // Аграрная наука - сельскому хозяйству: Сб. статей в 3 кн. / Междунар. науч.-практ. конф. (6-7 февраля 2013 г.). Барнаул, 2013. Кн. 2 С. 127-129.

8. Лепехов С.Б. Модель урожайных сортов яровой мягкой пшеницы для степной зоны Алтайского края / С.Б. Лепехов, Н.И. Коробейников // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. Новосибирск, 2013. №1. С. 23-29.

Подписано в печать 23.05.2013 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 069. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Лепехов, Сергей Борисович, Барнаул

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ АЛТАЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

04201360490 На правах рукописи

МН^їОоі

ЛЕПЕХОВ СЕРГЕИ БОРИСОВИЧ

МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ НА ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТЬ И УРОЖАЙНОСТЬ В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент Н. И. Коробейников

Барнаул - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I ВАЖНЕЙШИЕ ПРИЗНАКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫСОКУЮ УРОЖАЙНОСТЬ ПШЕНИЦЫ В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ, И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ

(обзор литературы) 8

1.1 Продукционный процесс в условиях засухи 8

1.2 Методы диагностики засухоустойчивости 32 ГЛАВА II УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 46

2.1 Гидротермические и почвенные условия места

проведения эксперимента 46

2.2 Материал исследований 51

2.3 Методика проведения исследований 52 ГЛАВА III АНАЛИЗ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ, УРОЖАЙНОСТИ

И ЭЛЕМЕНТОВ ЕЁ СТРУКТУРЫ, УСТОЙЧИВОСТИ К БИОТИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ, КАЧЕСТВА ЗЕРНА СОРТОВ И ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ 56

3.1 Урожайность и засухоустойчивость яровой мягкой пшеницы 56

3.2 Структурные признаки продуктивности сортов и линий

яровой мягкой пшеницы 70

3.2.1 Количество взошедших растений, выживаемость

и густота стояния растений 70

3.2.2 Коэффициент продуктивной кустистости 76

3.2.3 Количество колосков 80

3.2.4 Озернённость главного колоса 84

3.2.5 Масса 1000 зёрен главного колоса 87

3.2.6 Масса зерна главного колоса, побега кущения и растения 90

3.2.7 Коэффициент хозяйственного использования фотосинтеза 96

3.2.8 Высота растения 99

3.2.9 Основные элементы продуктивности, определяющие

высокую урожайность сортов степного экотипа 103

3.3 Устойчивость к болезням, полеганию и жаростойкость образцов 106

3.4 Показатели качества зерна яровой мягкой пшеницы 111 ГЛАВА IV ЛИСТОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ СОРТОВ И ЕЁ СВЯЗЬ

С ПРОДУКТИВНОСТЬЮ ГЛАВНОГО КОЛОСА 116 ГЛАВА V ПАРАМЕТРЫ ПЕРВИЧНОЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ

СОРТОВ И ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ 122 ГЛАВА VI ГИБРИДЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С УЧАСТИЕМ

ИЗУЧЕННЫХ СОРТООБРАЗЦОВ 126

ВЫВОДЫ 129

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ 131

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 13 4

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 135

ПРИЛОЖЕНИЯ 163

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Алтайский край - крупный производитель зерна пшеницы в Сибири. Площадь посева мягкой пшеницы в этом регионе в настоящее время находится на уровне примерно 2,3 млн. га. Около 1,4 млн. га, или 60% посевных площадей, сосредоточено в степной зоне (40% в Кулундинской и 20% в Алейско-Рубцовской степи), где основными лимитирующими факторами формирования высокой урожайности пшеницы являются дефицит доступной почвенной влаги, жесткий температурный режим в период формирования репродуктивных органов. Следовательно, селекция на урожайность в таких условиях - это отбор, прежде всего, на засухо- и жаростойкость растений (Н. И. Коробейников, 2001).

Создание сортов пшеницы степного экотипа является одним из основных направлений селекционных исследований на Алтае (Н. И. Коробейников, 2005). Сложность данного направления состоит в том, что засухоустойчивость селекционного материала приходится оценивать по косвенным морфобиологическим свойствам, а в конечном итоге, по урожайности и элементам ее структуры (Н. И. Коробейников, 2001).

Анализ многолетних данных метеонаблюдений показывает, что в степи и южной лесостепи Западной Сибири вероятность лет, вполне удовлетворительных для яровой пшеницы по влагообеспеченности, составляет около 43 - 46, а засушливых в разной степени - до 50% и более. При этом засухи чаще бывают в начале вегетации (С. И. Леонтьев, 1980).

Наиболее объективной и достоверной оценкой влияния засухи на растения является учёт их продуктивности в естественной обстановке, полевых опытах, в благоприятных и засушливых условиях (Т. В. Олейникова, Н. Н. Кожушко, 1976). Важный элемент в решении поставленной задачи - это оценка и выделение перспективного материала по засухоустойчивости и урожайности путём испытания генотипов в различных почвенно-климатических условиях. Однако это испытание требует значительных материальных и временных

затрат. Альтернативой ему может служить моделирование различных условий в конкретной местности с помощью агротехнических приемов, которое в совокупности с рядом методов определения параметров засухоустойчивости позволяет повысить эффективность отбора форм яровой мягкой пшеницы, наилучшим образом приспособленных к степным зонам Алтайского края.

Районированные и находящиеся в ГСИ сорта пшеницы, несомненно, обладают комплексом положительных признаков и свойств, однако требуют дальнейшего селекционного совершенствования в плане повышения устойчивости к неблагоприятным условиям среды с целью получения более высокой и стабильной продуктивности и качества зерна.

Цель исследований: выделение перспективного исходного материала для создания сортов степного экотипа на основе комплексного изучения набора сортообразцов яровой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения по морфобиологическим признакам в условиях Приобской лесостепи Алтайского края.

Задачи исследований:

1. Изучить набор коллекционных образцов яровой мягкой пшеницы по важнейшим морфобиологическим признакам, а именно:

- урожайности и элементам её структуры,

- полевой и агрономической засухоустойчивости,

- полевой устойчивости к болезням, полеганию и жаростойкости,

- признакам качества зерна.

2. Установить взаимосвязь площади листовой поверхности с продуктивностью главного колоса, а также её значение в селекции на повышение продуктивности и засухоустойчивости яровой мягкой пшеницы.

3. Оценить материал по признакам зародышевой корневой системы, выявить их взаимосвязь с другими морфологическими признаками.

4. Выделить генотипы по отдельным признакам для селекции сортов степного экологического типа в Алтайском крае.

Научная новизна исследований. В результате проведённых исследований впервые в условиях Приобской лесостепи Алтайского края на фоне естественных засух получена комплексная характеристика сортов и линий яровой мягкой пшеницы степного экологического типа по признакам продуктивности растений, урожайности и качества зерна, а также устойчивости к биотическим факторам. Выявлены основные элементы продуктивности, определяющие высокую урожайность сортов степного экотипа. Показана значимость признаков первичной корневой системы и листовой поверхности в селекции на повышение продуктивности и засухоустойчивости яровой мягкой пшеницы.

Практическая значимость работы и использование результатов исследований. По результатам исследований сформирована коллекция перспективных сортообразцов для целенаправленного использования в селекционных программах на засухоустойчивость, высокую урожайность и качество зерна. Создан новый селекционный материал, который в настоящее время изучается в гибридном питомнике.

Личный вклад автора заключается в проведении полевых и лабораторных опытов, статистической обработке, обобщении и интерпретации полученных результатов, формировании научных положений и выводов, написании научных публикаций и текста диссертации.

Положения, выносимые на защиту:

1. Выделенные сорта и линии яровой мягкой пшеницы с высокой засухоустойчивостью и урожайностью являются перспективным исходным материалом для рекомбинационной селекции.

2. Высокоурожайные сорта степного экотипа характеризуются значительной массой зерна главного колоса, высотой растений и уборочным индексом.

3. Сопряжённость массы зерна главного колоса с размерами двух верхних листьев характеризуется широким диапазоном значений коэффициентов

корреляции и возрастает в условиях менее благоприятных по водному и минеральному обеспечению.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на VII Международной научно-практической конференции «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, АГАУ, 2-3 февраля 2012 г.); на V Международной научно-практической конференции «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных» (Краснообск, 20 апреля 2012 г.); на Международной конференции «Современные сорта и агротехнологии, их роль в развитии АПК Сибири» (Барнаул, 26-27 июля 2012 г.); на VIII Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, АГАУ, 6-7 февраля 2013 г.); на заседаниях научно-методического совета селекционного центра Алтайского НИИСХ в 2010-2013 гг.

По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 3 в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных Высшей Аттестационной Комиссией РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций для практической селекции. Содержит 42 таблицы, 4 приложения. Библиографический список содержит 258 наименований, в том числе 2 - на иностранных языках.

ГЛАВА I. ВАЖНЕЙШИЕ ПРИЗНАКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

ВЫСОКУЮ УРОЖАЙНОСТЬ ПШЕНИЦЫ В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ, И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ

(обзор литературы)

1.1 Продукционный процесс в условиях засухи

Устойчивость растений к дефициту влаги складывается из комплекса сложных защитных механизмов - физиологических, биохимических, анатомо-морфологических. Растения адаптируются к изменениям состояния воды в окружающей среде и водному дефициту посредством обеспечения относительного постоянства внутренней водной среды (водного баланса) и устойчивости физико-химических механизмов анаболизма и катаболизма. На любое воздействие (стресс-фактор) растительный организм отвечает спектром защитно-приспособительных реакций, состоящих как из общих (неспецифических), так и специфических процессов (А. А. Зялалов, И. Ф. Ионенко, 1994).

Мягкая пшеница среднеустойчива к засухе. Объясняется это тем, что в центре её происхождения не было условий для формирования свойства засухоустойчивости (В. Ф. Дорофеев, Г. В. Удовенко, Р. А. Удачин и др., 1977).

Засуха охватывает все стороны онтогенеза и приводит к сокращению вегетационного периода, снижает полевую всхожесть и выживаемость растений, количественные показатели элементов структуры урожая, усиливает негативное влияние вредителей и болезней (В. Ф. Альтергот, С. Ф. Коваль, С. С. Мордкович, 1974; Н. А. Куличенко, 1976). Часто первым явным результатом ухудшения обеспеченности листьев водой является закрытие устьиц. Это, в свою очередь, приводит к ограничению притока СОг в листья, к ослаблению интенсивности фотосинтеза и увеличению интенсивности непродуктивного дыхания, к снижению эффективности использования воды (Ф. Д. Сказкин, 1968; Пшеница и её улучшение, 1970; В. А. Крупнов, 2011).

Пшеница, как и большинство степных светолюбивых растений, в процессе транспирации теряет очень много воды. В течение суток, по усредненным данным, она расходует примерно в 1,3-1,5 раза больше воды, чем вес её надземной части. Это во много раз превышает минимально необходимое для растения количество влаги (И. С. Шатилов, В. Л. Клименко, 1975). Транспирация у пшениц увеличивается с повышением температуры, интенсивности и продолжительности освещения и увлажнения почвы. Чем меньше относительная влажность воздуха, тем больше транспирация (А. И. Носатовский, 1950). На верхней поверхности листьев устьиц больше, чем на нижней. Считается, что скручивание листа способствует уменьшению потерь воды (Пшеница и её улучшение, 1970). В экстремальных условиях засухи интенсивность транспирации в листе растений в конце концов подавляется (Л. А. Гоголева, 1975).

Растения пшеницы даже при хорошей водообеспеченности могут иметь небольшой естественный водный дефицит. Полная водообеспеченность тканей не является для этой культуры состоянием, характерным для ее нормальной жизнедеятельности (В. Н. Ремесло, И. Г. Шматько, Т. А. Пежемская, и др., 1978). Установлено, что критический порог обезвоживания тканей, при достижении которого растения пшеницы в дальнейшем неспособны к репарационным процессам, довольно низок - около 50% оптимальной оводнённости и примерно одинаков у разных по степени засухоустойчивости сортов. Однако вследствие разной водоудерживающей способности тканей у различных сортов в одинаковых условиях скорость потери влаги существенно отличается - она тем выше, чем меньше засухоустойчивость растений (Г. В. Удовенко, 1975).

Водоудерживающая способность клеток служит регулятором оводнённости, не позволяя испаряемой воде превышать её количество, поступающее из почвы (А. А. Зялалов, 1965). Повышение водоудерживающей способности при обезвоживании не беспредельно. При большой напряженности засухи регулирующие механизмы подавляются и

водоудерживающая способность падает (Т. В. Олейникова, 1970). Поэтому целесообразно при работе с селекционным материалом выделять формы, характеризующиеся высоким значением этого показателя (Н. А. Калашник, Л. Г. Гудинова, Г. П. Антипова, 1986; В. И. Зинченко, Л. В. Семенова, 1988).

П. А. Генкель, К. А. Баданова, И. Н. Андреева (1967) показали, что если принять содержание воды в листе томата за 100%, то за счёт непродуктивного дыхания может восстановиться за час 13-20% воды, причем в этом случае образуется в основном связанная вода, т. е. происходит оводнение биополимеров цитоплазмы.

Завядание, хотя и защищает растение от гибели в период засухи, не проходит для растения бесследно, оставляя довольно глубокие травмы в виде задержки и угнетения ростовых процессов и снижения урожая. Растение в период летней засухи лишь с трудом восстанавливает за ночь образующийся в дневные часы водный дефицит. Каждый следующий день оно встречает с наличием большего или меньшего остаточного дефицита. При сильной засухе растения, с целыо предохранения себя от лишнего обезвоживания, сначала используют более подвижные вещества - углеводы и только в крайних случаях белки (И. А. Стефановский, 1950). Распад белков при очень сильной засухе приводит к накоплению аммиака, влияющего токсически на растения (Н. А. Сатарова, 1971; В. Ф. Альтергот, 1981; П. А. Генкель, 1982). Расстройство азотного обмена приводит не только к расходу белков, но и к накоплению растворимого азота. Его составные части в виде ряда аминокислот, возможно, играют защитную роль как вещества, обладающие большой гидрофильностью, или как вещества, связывающие ядовитые продукты (аммиак) нарушенного обмена (Ф. Д. Сказкин, 1968).

Атмосферная и почвенная засухи нарушают постфотосинтетические превращения углерода и приводят к усилению образования клетчатки и пролина, что также считается одной из приспособительных реакций. Засуха снижает интенсивность оттока ассимилятов из листьев (П. А. Генкель, 1982; В. А. Кумаков, 1985).

Ответная реакция мезофитов, к числу которых принадлежит пшеница, на засуху носит двухфазный характер. При слабой и (или) непродолжительной засухе большинство физиологических функций (включая фотосинтез и синтез белка) интенсифицируется. Эти изменения связаны с адаптационными перестройками метаболизма и структуры клеток, компенсирующими возникающие повреждения и способствующими выживанию в создавшихся неблагоприятных условиях. При сильной и (или) продолжительной засухе начинают преобладать уже деградационные изменения, и вся направленность обмена веществ смещается в сторону распада и окисления. На этой фазе нарушенные процессы или возвращаются к норме при возобновлении оптимальных условий, или при длительном неблагоприятном воздействии наступает стабилизация процессов на каком-то новом уровне, что позволяет растениям переносить эти условия, или накапливаются необратимые изменения, приводящие к гибели (Ф. Д. Сказкин, 1963; Н. А. Сатарова, 1971; П. А. Генкель, 1982; Т. Н. Пустовойтова, В. Н. Жолкевич, 1992).

Даже непродолжительная засуха, которая не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на вегетативные органы растения, может принести серьезный ущерб урожаю, если период засухи совпадает с критическим периодом (В. В. Аникиев, 1968). Критический период по отношению к недостатку воды в почве начинается с момента образования материнских клеток пыльцы из археспориальной ткани пыльников и заканчивается цветением и оплодотворением. При засухе в критический период у пшеницы снижается число колосков и увеличивается их стерильность, что является результатом повреждения пыльцы и развивающегося в ней мужского гаметофита (А. И. Носатовский, 1950; Ф. Д. Сказкин, 1968; Ф. Г. Кириченко, Д. Ф. Проценко, Н. Н. Мусиенко, и др., 1975; А. И. Коровин, Н. И. Калинин, Н. Г. Грибкова, 1980; М. Султан Удин Буйя, Н. Н. Третьяков, II. Г. Ракипов, 1984).

Восстановлению роста у поврежденных растений должен пре�