Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка генофонда проса посевного применительно к задачам селекции в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Оценка генофонда проса посевного применительно к задачам селекции в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья"

005004421

НИКИФОРОВА ИРИНА ЮРЬЕВНА

ОЦЕНКА ГЕНОФОНДА ПРОСА ПОСЕВНОГО ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ СЕЛЕКЦИИ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

-1 ДЕК 2011

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Казань-2011

005004421

Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении «Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук в 2005-2011 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Кадырова Фануся Загитовна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

Вьюшков Александр Алексеевич

Защита диссертации состоится 14 декабря 2011 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.035.01 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» по адресу: 420011, г. Казань, Ферма 2, учебный городок Казанского ГАУ, корпус 3, ауд. 18, тел.: 8(843) 567-47-17, факс: 8(843) 261-62-58, e-mail: info @ kazgau.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФБГОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «_» ноября 2011 г. и размещён на официальном

сайте Министерства образования и науки Российской Федерации и ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» www.kazgau.ru.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, Сидоренко Владимир Сергеевич

Ведущая организация:

ГНУ Поволжский НИИСС имени П.Н.Константинова Россельхозакадемии

доктор с.-х., доцент

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Просо - ценная продовольственная, кормовая и зернофуражная культура, способная обеспечивать получение высоких урожаев зерна и зелёной массы. Между тем, потенциал данной культуры в производственных условиях реализуется на 35-40 процентов. Средняя урожайность зерна проса по Республике Татарстан (РТ) одна из самых низких среди сельскохозяйственных культур и за прошедшее десятилетие составила - 2,03 т/га. Низкий уровень реализации генетического потенциала возделываемых сортов проса обусловлен не только несовершенством технологий возделывания и издержками организационно-экономического характера, но и отсутствием сортов, сочетающих высокую продуктивность с устойчивостью к действию абиотических факторов, лимитирующих в конкретной зоне возделывания величину и качество урожая.

Адаптация растениеводства означает более широкое и полное использование природных биологических факторов. При этом должны доводиться до технологического решения ранее не учитывающиеся факторы, такие как более полное использование вегетационного периода. Поэтому, при создании новых сортов проса продовольственного назначения необходимо оптимизировать продолжительность вегетационного периода до уровня, при котором генотипы будут способны в конкретной природно-климатической зоне максимально реализовывать свои потенциальные возможности.

Целью настоящей работы являлось создание и комплексное изучение генофонда проса по хозяйственно-ценным признакам и биологическим свойствам для селекции сортов, пригодных к возделыванию в северных районах Среднего Поволжья.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

• выявить закономерности реализации величины и качества урожая проса в зависимости от гидротермических условий «критического» периода формирования зерна;

• оценить адаптивный потенциал образцов генофонда проса селекции ТатНИИСХ;

• обосновать оптимальную продолжительность периода вегетации сортов;

• оценить генофонд проса селекции ТатНИИСХ по устойчивости к пыльной головне и меланозу и выявить факторы, обуславливающие степень развития меланоза;

• выделить источники хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств для использования в селекции новых сортов.

Научная новизна. Проведена оценка адаптивного потенциала генофонда проса селекции ТатНИИСХ по статистическим параметрам, рассчитанным по признаку «урожайность зерна». В условиях Предкамской зоны РТ выявлена зависимость урожайности зерна от величины

хозяйственного коэффициента главной метёлки. Проведена оценка генофонда проса селекции ТатНИИСХ на расоспецифическую устойчивость к пыльной головне. Выявлена селекционная ценность раннеспелых и среднеранних генотипов, критический период формирования величины и качества урожая которых протекает в благоприятных гидротермических условиях. Впервые в условиях Предкамской зоны РТ установлена зависимость поражения ядер меланозом от продолжительности периодов «всходы - начало вымётывания» и «всходы - хозяйственная спелость», плотности главной метёлки.

Практическая значимость. Дана характеристика генофонда проса селекции ТатНИИСХ в соответствии с задачами селекции на высокую и стабильную урожайность, технологические и потребительские качества зерна и крупы, устойчивость к меланозу и пыльной головне. Выделены и используются в селекционном процессе источники хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств.

При творческом участии соискателя создан и передан на ГСИ в 2009 г. сорт проса кормового назначения Бахетле (доля авторства 30%). Сорт характеризуется высокими показателями питательности зелёной массы, сухого вещества и по результатам 3-х летнего Государственного испытания признан перспективным в Республике Башкортостан, где начато его размножение в 2011 году.

Практический вклад автора в итоги селекционной работы заключается также в создании перспективного селекционного материала для выведения продовольственных сортов проса (доля авторства 60%).

Положения, выносимые на защиту:

• гидротермические факторы, лимитирующие величину и качество урожая среднеспелых форм проса в северной зоне Среднего Поволжья в «критический» период развития;

• в селекции проса эффективные критерии отбора на семенную продуктивность, адаптивность, технологические и потребительские показатели зерна и крупы;

• селекционная ценность раннеспелых и среднеранних генотипов при создании сортов устойчивых к меланозу;

• новые генетические источники высокой продуктивности, адаптивной способности, высоких потребительских показателей крупы.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были представлены и получили положительную оценку на научно-практических конференциях молодых учёных (Казань, 2003, 2005), Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных, посвящённой памяти Р.Г. Гареева (Казань, 2008), на Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого ведения сельскохозяйственного производства в условиях глобального изменения климата» (Казань, 2010).

Публикации. По материалам работы опубликовано 8 печатных работ, 3 из которых в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 163 страницах, состоит из введения, трёх глав, выводов и предложений для селекционной практики и производства, содержит 35 таблиц, 5 рисунков, 73 приложения. Библиографический список включает 222 источника, в том числе 8 - на иностранном языке.

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по теме диссертации проводились в 2005-2011 гг. на экспериментальных участках лаборатории крупяных культур ГНУ ТатНИИСХ, расположенных в Лаишевском районе РТ. Почвы опытных участков серые лесные, среднесуглинистые, с содержанием гумуса 3,4-4,2%; щёлочно-гидролизуемого азота 73,8-94,0 мг/кг; подвижного фосфора 283325 мг/кг; обменного калия 93-126 мг/кг; гидролитическая кислотность 3,75,9 ммоль/100 г; рН солевая 5,5-6,1.

Объект исследований — образцы КП, КСИ генофонда проса ТатНИИСХ, созданные в результате гибридизации сортов селекции ГНУ ТатНИИСХ и ГНУ ВНИИЗБК (г. Орёл).

Полевой инфекционный фон закладывали в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке сортов проса посевного на расоспецифическую устойчивость к головне (2000).

Определение расового состава популяции головни ГНУ ТатНИИСХ и экспресс-идентификацию генов устойчивости к пыльной головне у образцов генофонда ТатНИИСХ проводили, используя Методические рекомендации по селекции проса на устойчивость к головне (1989) и ключ определения расоспецифической устойчивости проса к головне (Тихонов, 1991).

Набор сортов-дифференциаторов: Орловское 7 (8р1), к-8751 (Яр2), ВИИЗБК-1965 (БрЗ), к-241 (8р4), к-518 (Бр5), к-5763 (Брб) и споровый материал 1, 2, 6А рас головни были любезно предоставлены лабораторией селекции проса ГНУ ВНИИЗБК (г. Орёл).

Изучение поражения ядер меланозом образцов генофонда ТатНИИСХ проводили на естественном фоне. Поражение ядер проса меланозом выражали в процентах. Для этого обрушивали вручную 100 зёрен в 8-9 кратной повторности и подсчитывали число поражённых ядер в соответствии с Методическими указаниями по фитосанитарной и иммунологической оценке проса (1990). Для проведения дисперсионного анализа данных процент поражения меланозом преобразовывали в «угол-арксинус V процент» по Б.А. Доспехову (1973).

Анализ путевых коэффициентов влияния гидротермических показателей на поражение ядер меланозом проводили по А.Н. Седловскому, С.П. Мартынову, Л.К. Мамонову (1982).

Массу 1000 зёрен определяли по ГОСТ 10842-89, натурную массу - по ГОСТ 10840-64, плёнчатость - по ГОСТ 10843-76.

Кулинарную оценку крупы проводили, используя Методику Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1988). Оценку силы влияния факторов на результативный признак, преобразование коэффициента корреляции в показатель «зет» и коэффициент ассоциации Юла рассчитывали по Г.Ф. Лакину (1973).

Общую и специфическую адаптивную способность, относительную стабильность, селекционную ценность образцов генофонда проса ТатНИИСХ определяли по методу A.B. Кильчевского и JI.B. Хотылёвой (1985). Плотность метёлки определяли делением числа веточек 1-го порядка на длину главной оси метёлки в соответствии с Методическими указаниями по изучение мировой коллекции проса (1988).

Закладку питомников испытания проводили, используя Методику Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985). Фенологические наблюдения проводили, руководствуясь Методическими указаниями по изучению мировой коллекции проса (1988). Гидротермические показатели предоставлены агрометеорологической станцией ГНУ ТатНИИСХ (с. Большие Кабаны).

Таблица 1

Изменения ГТК по фазам развития растений проса стандартного сорта Камское в период проведения исследований

Годы Всходы-кущение Кущение-начало вымётывания Начало вымётывания-цветение Цветение-уборочная спелость

2006 1,16 0,28 1,32 1,47

2007 1,46 2,97 2,06 0,30

2008 0,16 2,53 0,88 0,66

2009 0,20 0,85 2,97 0,71

Годы исследований (табл. 1) характеризовались резкими колебаниями ГТК по фазам развития, что позволило всесторонне оценить генофонд проса ТатНИИСХ по хозяйственно-ценным признакам и биологическим свойствам.

Обработку данных проводили методами дисперсионного, корреляционного, регрессионного анализов с использованием пакета программ статистического и биометрико-генетического анализов в растениеводстве и селекции AGROS (версия 2.08, РАСХН, 1999).

Предшественник - яровой ячмень. Стандарты - районированные в РТ сорта (Камское и Казанское кормовое) селекции ГНУ ТатНИИСХ.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 Оценка адаптивного потенциала генофонда проса селекции ТатНИИСХ по статистическим параметрам, рассчитанным по признаку

«урожайность зерна»

Экологическая стабильность сортов, их устойчивость к лимитирующим факторам среды и способность при этом формировать высокий урожай привлекают всё большее внимание селекционеров.

Чередование контрастных гидротермических показателей по фазам развития растений проса в пределах периода вегетации, а также влияние различных абиотических факторов на развитие растений в зависимости от года изучения в условиях Предкамской зоны РТ способствуют выделению широко приспособленных форм.

Методом 2-х факторного дисперсионного анализа данных продовольственного и кормового блоков КСИ выявлены значимые эффекты условий среды, генотипов и их взаимодействия на показатель «урожайность зерна» (табл. 2).

Таблица 2

Значимые эффекты (Рфа„), доли вкладов генотипов, условий среды и их взаимодействия в изменчивость признака «урожайность зерна», %

Источник варьирования Продовольственный блок Кормовой блок

2004-2006 гг. 2007-2009 гг. 2004-2008 гг.

Рфакт, для Р=0.05 доля, % Рфакт. Ив! Для Р=0.05 доля, % Рфакт. Бе! для Р=0.05 доля, %

Генотип (А) 55,1 2,03 9,8 6,9 1,92 2,2 29,9 2,19 3,7

Среда (В) 1726,9 3,09 76,5 1258,9 3,09 79,1 999,7 2,46 82,5

Взаимодействие (Ах В) 12,5 1,75 4,4 4,1 1,6В 4,5 14,1 1,63 6,9

Основное влияние на показатель «урожайность зерна» в условиях Предкамской зоны РТ оказывают условия среды, на долю которых приходится от 76,5 до 82,5 процентов. Доля генотипов составляет от 2,2 до 9,8% и на специфическое взаимодействие «генотип х среда» приходится от 4,4 до 6,9 процента.

Проведена оценка адаптивного потенциала генофонда проса селекции ТатНИИСХ по следующим статистическим параметрам: средняя урожайность зерна (и+У|), общая адаптивная способность (ОАС или V;), варианса специфической адаптивной способности (с2САС;), относительная стабильность генотипа (8г0, селекционная ценность генотипа (СЦГ,) за период 2004-2009 гг. (табл. 3).

Для выделения продуктивных и стабильных форм удобен параметр СЦГ, который рационально использовать в два этапа, выделив на первом лучшие сорта по ОАС и отобрав среди них сорта, сочетающие продуктивность и экологическую стабильность по СЦГ.

В наборе образцов продовольственного блока КСИ за 2004-2006 гг. высокими показателями V-, и СЦГ; характеризуются сорт Камское и 0309 -0,35 и 0,19; 2,05 и 2,04 соответственно.

Из числа образцов продовольственного блока КСИ за 2007-2009 гг. высокими показателями ^ и СЦГ, характеризуются образцы 0527 и 0662 -0,19 и 0,27; 1,95 и 2,28 соответственно.

В кормовом блоке КСИ за исследуемый период высокими показателями V; выделяются образец 9816 и сорт Бахетле - 0,22 и 0,13 соответственно. Однако образец 9816 характеризуется наибольшим значением о2САС (0,52), что свидетельствует о высокой средовой зависимости признака «урожайность зерна».

Таблица 3

Средняя урожайность зерна, адаптивная способность, стабильность, селекционная ценность образцов КСИ (2004-2009 гг.)

Образец т/га V, О2САС| Бе!, % СЦП

продовольственный блок 2004-2006 гг.

Камское-стандарт 3,31 0,35 0,27 15,7 2,05

0309 2,95 0,19 0,21 14,5 2,04

НСР 0,05 0,09

продовольственный блок 2007-2009 гг.

Камское-стандарт 3,23 0,02 0,25 15,4 1,78

0527 3,41 0,19 0,25 14,7 1,95

0662 3,49 0,27 0,17 11,8 2,28

НСР 0,05 0,15

кормовой блок 2004-2008 гг.

К. кормовое-стандарт 2,54 -0,25 0,22 18,7 1,42

9816 3,01 0,22 0,52 23,9 1,32

Бахетле 2,92 0,13 0,27 17,9 1,69

НСР о,05 0,08

Экологическая приспособленность гарантирует успех сорта, если она сочетается с другими решающими для производства свойствами (урожайность, качество зерна и т.д.). По этой причине образцы 0527 и 0662, достоверно превышающие по урожайности зерна стандарт и обладающие высокими показателями СЦГ имеют безусловную практическую ценность.

Большое число данных подтверждает положение о том, что растения, хорошо приспособленные к абиотическим факторам внешней среды, более устойчивы к поражению болезням, и наоборот. Это положение подтверждается и нашими многолетними результатами исследований. Так, сорт проса кормового назначения Бахетле относительно устойчив к меланозу ядра, бактериозам листьев, имеет ген устойчивости Бр1, обеспечивающий защиту к 13-ти из 17-ти известных рас пыльной головни.

Коадаптированные генные комплексы у местных популяций являются «строительным материалом» агроэкологически адресных сортов, а их гибель означает потерю селекционной перспективы.

Поэтому ускорение процесса поиска генотипов-носителей блоков коадаптированных генов важная задача селекции. Для этого необходимо идентифицировать генотипы, обладающие адаптивностью в широком смысле и выделить среди них генотипы, хорошо передающие потомству свои генетические особенности в различных условиях среды.

Выделенные образцы 0309, 0527, 0662 и сорт Бахетле созданы при участии сорта Камское, который в свою очередь был получен на основе гибридизации стародавних местных форм проса.

Таким образом, опираясь на наши многолетние данные можно с большой уверенностью утверждать, что сорт Камское селекции ТатНИИСХ является источником коадаптированных блоков генов.

3.2 Обоснование оптимальной продолжительности периода вегетации сортов для условий Предкамской зоны РТ

Корреляционным анализом данных 2006, 2007, 2009, 2011 гг. установлена стабильная, отрицательная, достоверная на 5% уровне значимости связь урожайности зерна с продолжительностью периодов «всходы - уборочная спелость» и «всходы - начало вымётывания». В 2008 г. достоверная связь урожайности с продолжительностью фаз развития не установлена (табл. 4).

Таблица 4

Зависимость урожайности зерна продовольственных образцов от фаз развития растений

Годы Периоды вегетации г и ^ для Р=0,05

2006 «всходы - уборочная спелость» -0,56* 2,62 2,09

«всходы - начало вымётывания» -0,58* 2,81

«начало вымётывания - уборочная спелость» -0,22 0,95

2007 «всходы - уборочная спелость» -0,79* 4,05 2,12

«всходы - начало вымётывания» -0,73* 3,52

«начало вымётывания - уборочная спелость» -0,58* 2,57

2008 «всходы - уборочная спелость» 0,11 0,44 2,11

«всходы - начало вымётывания» 0,05 0,20

«начало вымётывания - уборочная спелость» 0,20 0,81

2009 «всходы - уборочная спелость» -0,50* 3,15 2,02

«всходы - начало вымётывания» -0,48* 3,00

«начало вымётывания - уборочная спелость» -0,39* 2,36

2011 «всходы - уборочная спелость» -0,40* 2,44 2,04

«всходы - начало вымётывания» -0,38* 2,29

«начало вымётывания - уборочная спелость» -0,28 1,65

Примечание: здесь и далее символом «*» выделены достоверные на 5% уровне значимости коэффициенты корреляции

Суть этой зависимости в том, что раннее вымётывание сдвигает «критический» период формирования урожайности в более благоприятные гидротермические условия. На основании регрессионного анализа установлена обратная линейная зависимость между урожайностью зерна и

продолжительностью периодов «всходы - уборочная спелость» и «всходы -начало вымётывания». Получены уравнения линейной регрессии (табл. 5).

Так, в 2006, 2007, 2009, 2011 гг. изменению продолжительности периодов «всходы - уборочная спелость» и «всходы - начало вымётывания» на 10 суток соответствует изменение урожайности зерна в среднем на 0,6; 0,7 и 0,2 т/га. Т.к., дата «начало вымётывания» позволяет более объективно оценивать сорта по группам спелости, чем дата «уборочная спелость», то предпочтение следует отдать уравнению линейной регрессии зависимости урожайности зерна от продолжительности периода «всходы - начало вымётывания».

Дисперсионным анализом экспериментальных данных в 2006, 2007, 2009, 2011 гг. выявлены достоверные различия урожайности зерна сортов по группам спелости (табл. 6). Урожайность сортов среднеранней группы была достоверно выше урожайности сортов среднеспелой группы и составила в среднем по опыту в 2006, 2007, 2009 и 2011 гг. - 2,68; 2,74; 4,34 и 3,83 т/га соответственно.

Таблица 5

Уравнения линейной регрессии зависимости урожайности зерна от продолжительности периодов развития проса

Годы Уравнения линейной регрессии зависимости урожайности зерна от продолжительности периодов

«всходы - начало вымётывания» «всходы - уборочная спелость»

2006 у = 4,87 - 0,06х у = 7,49 - 0,06х

2007 у = 5,24 - 0,07х у = 8,36 - 0,07х

2009 у = 4,83 - 0,02х у = 5,75 - 0,02х

2011 у = 4,54 - 0,02х у = 5,84 - 0,02х

Примечание: у - урожайность зерна (т/га), ах- продолжительность периодов «всходы -начало вымётывания» и «всходы - хозяйственная спелость», (сут.).

Таблица 6

Урожайность зерна сортов проса по группам спелости, т/га

Годы Урожайность сортов по группам спелости, т/га НСР 0,05 F - критерий Фишера

раннеспелая среднеранняя среднеспелая Гфакт. Fst для Р=0,05

2006 - 2,68 2,33 0,24 9,29 4,40

2007 - 2,74 2,25 0,27 13,00 4,50

2008 2,54 2,73 2,60 незнач. 0,75 3,60

2009 4,40 4,34 4,13 0,15 8,03 3,30

2011 3,65 3,83 3,44 0,19 9,42 3,30

среднее 3,26 2,95

Урожайность зерна сортов раннеспелой группы в 2009 и 2011 гг. также достоверно выше урожайности сортов среднеспелой и составила в среднем по опыту 4,40 и 3,65 т/га соответственно. В 2008 г. достоверные различия урожайности сортов по группам спелости не установлены. В среднем за 5 лет

в условиях Предкамской зоны РТ урожайность зерна сортов среднеранней группы составила 3,26 т/га, что на 0,31 т/га выше урожайности сортов среднеспелой.

У проса эффективность воздействия отдельных условий внешней среды надо оценивать по их влиянию на решающий фактор повышения урожайности - увеличение массы зерна с 1-го растения. За период 2006-2009 гг. проанализирована зависимость урожайности зерна продовольственных образцов КСИ от 3-х показателей главной метёлки: масса метёлки с зерном, масса зерна, Кхш метёлки.

Урожайность зерна положительно коррелирует с массой зерна главной метёлки лишь в 2007 г. (г=0,70*). Стабильная, положительная, достоверная связь урожайности зерна выявлена с показателем Кхоз главной метёлки в 2006 г. (г=0,63*), 2007 г. (1=0,81*) и 2009 г. (г=0,37*).

Однофакторным дисперсионным анализом данных в 2006, 2007, 2009 гг. выявлены достоверные различия величины Кхоз главной метёлки проса по группам спелости (рис.). У сортов среднеранней группы величина Кх03 достоверно выше величины Кхоз сортов среднеспелой группы и составила в среднем по опыту в 2006, 2007 и 2009 гг. 78,4; 77,8 и 78,9% соответственно. Величина Кх03 главной метёлки сортов раннеспелой группы в 2009 г. достоверно выше величины Кхоз сортов среднеспелой и составила в среднем по опыту - 79,1 процента. В 2008 г. достоверные различия Кхоз по группам спелости не установлены.

□ раннеспелая Псреднеранняя ЕЗ среднеспелая

Рисунок Величина коэффициента хозяйственной эффективности (Кхоз) главной метёлки проса по группам спелости

По нашему мнению, достоверные различия сопряжённых величин урожайности зерна и Кх03 главной метёлки по группам спелости обусловлены:

• совпадением / несовпадением «критического» периода онтогенетического развития проса, который приходится на период вымётывания метёлки и налива зерна, с действием лимитирующих величину урожая абиотических факторов;

• влиянием различных абиотических факторов или их сочетанием.

«Критическим» периодам принадлежит решающая роль в формировании потенциальной продуктивности. Продолжительность критического периода «начало вымётывание - налив зерна» мы определили как 20 суток с даты «начало вымётывания» и разделили её на две декады.

По литературным данным известно, что: минимальные температуры («биологические нули») роста растений проса в фазе плодоношения, прекращающие отток ассимилянтов в формирующуюся зерновку, составляют 10-12°С; снижение температуры воздуха до +15°С, независимо от уровня увлажнения исключает возможность налива зерна; 20 суток после появления соцветий у проса определяют «критический» период в отношении осадков, именно, если в этот период выпадает менее 30 мм осадков, то урожай получается ниже среднего.

В 2006 г. достоверно низкие величины КХ01 главной метёлки и урожайности сортов среднеспелой группы лимитировала низкая среднесуточная температура «критического» периода (+14,9°С). Температура воздуха 10 раз опускалась ниже отметки 10°С (табл. 7).

В 2007 г. достоверно низкие величины Кхоз главной метёлки и урожайности сортов среднеспелой группы лимитировали: недостаточное количество осадков, выпавшее в «критический» период и составившее всего лишь 20 мм, против 71 мм у сортов среднеранней группы и отклонение среднесуточной температуры воздуха 1-ой декады августа от нормы на +3,0°С.

В 2008 г. отсутствие достоверных различий в величинах Кхоз главной метёлки и урожайности зерна сортов по группам спелости обусловлено относительной стабильностью гидротермических показателей «критического» периода для всех групп спелости.

В 2009 г. достоверно низкие величины Кх03 главной метёлки и урожайности зерна сортов среднеспелой группы лимитировали: низкая (16,1°С) среднесуточная температура воздуха и низкая (1 мм) сумма осадков в 1-ой декаде августа.

В 2011 г. достоверно низкие величины Кхоз главной метёлки и урожайности сортов среднеспелой группы лимитировала низкая (2 мм) сумма осадков « критического» периода.

Анализ гидротермических показателей по группам спелости в условиях Предкамской зоны РТ показал, что у сортов среднеранней группы «критический» период не совпадает с проявлением лимитирующих величину урожая абиотических факторов (низкие среднесуточные температуры или низкая сумма осадков).

В хозяйственном отношении сорта среднеранней группы имею преимущество в условиях Предкамской зоны РТ перед сортами среднеспелой группы, не только за счёт несовпадения «критического» периода с проявлением лимитирующих величину урожая абиотических факторов, но и за счёт меньшей вариабельности последних.

В среднем за период 2004-2009, 2011 гг. коэффициенты вариации гидротермических показателей «критического» периода сортов среднеранней и среднеспелой групп составили: 7,2 и 11,8% для среднесуточной температуры; 46,1 и 51,7% для суммы осадков; 46,3 и 60,4% для ГТК.

Таблица 7

Гидротермические показатели «критического» периода «начало вымётывания - налив зерна» по группам спелости

Гидротермические показатели II декада июля III декада июля I декада августа

раннеспелая группа 2006 г.

с.сЛ" воздуха, отклонение от нормы, °С 22,5/+2,8 | 14,3/-5,2

с.сЛ0 воздуха за период 18,6

число суток с 1 < 10°С 6

осадки, мм и % от нормы 26/113% | 23/ 100%

среднеспелая группа 2006 г.

с.сЛ° воздуха, отклонение от нормы, °С 14,3/-5,2 \ 15,9/-2,9

с.сЛ° воздуха за период 14,9

число суток с 1 < 10°С 10

осадки, мм и % от нормы 23 / 100% | 47 / 204 %

раннеспелая группа 2007 г.

с.сЛ" воздуха, отклонение от нормы, °С 19,8/+0,1 17,5/-2,0

осадки, мм и % от нормы 51 /225 % 20/ 105%

осадки за период, мм 71

среднеспелая группа 2007 г.

с.сЛ" воздуха, отклонение от нормы, °С 17,5/-2,0 21,7/+3,0

осадки, мм и % от нормы 20/105% 0

осадки за период, мм 20

раннеспелая группа 2009 г.

с.сЛ0 воздуха, отклонение от нормы, °С 21,1 /+1,4 20,4 / +0,9

осадки, мм и % от нормы 45 /225 % 51 /268 %

осадки за период, мм 96

среднеспелая группа 2009 г.

с.сЛ0 воздуха, отклонение от нормы, °С 20,4 / +0,9 16,1 /-2,6

осадки, мм и % от нормы 51 /268 % 1 /5 %

осадки за период, мм 52

число суток сК 10°С 1 4

раннеспелая группа 2011 г.

с.сЛ° воздуха, отклонение от нормы, °С 21,0/+1,4 23,7/+4,2

осадки, мм и % от нормы 9 / 45 % 1 / 5 %

осадки за период, мм 10

среднеспелая группа 2011 г.

с.сЛ° воздуха, отклонение от нормы, °С 23,7 / +4,2 18,4/-0,3

осадки, мм и % от нормы 1 / 5% 1/5%

осадки за период, мм 2

число суток с 1 < 10°С 1 з

Натурная масса зерна также является интегральным показателем реакции сорта на факторы, вызывающие стресс у растений во второй

половине вегетации. Однофакторным дисперсионным анализом данных в 2006, 2007 и 2010 гг. выявлены достоверные различия натурной массы зерна сортов по группам спелости. Величина натурной массы сортов среднеспелой группы достоверно ниже величины натурной массы сортов среднеранней группы и составила в среднем по опыту в 2006, 2007 и 2010 г. - 767,5; 775,1 и 738,8 г/л соответственно. Обусловлено это тем, что период налива зерна сортов среднеспелой группы в эти годы протекал в неблагоприятных гидротермических условиях.

Таким образом, в условиях Предкамской зоны РТ перспективу стабилизации урожаев зерна проса на более высоком уровне могут обеспечить среднеранние генотипы, способные более эффективно использовать климатический потенциал региона и характеризующиеся лучшими биологическими и хозяйственными показателями (урожайность, Кхоз главной метёлки, натурная масса зерна, вегетационный период).

3.3 Влияние гидротермических условий на степень поражения ядер

меланозом

По нашим многолетним данным благоприятный период для формирования высоких потребительских качеств пшена (отсутствие ядер, поражённых меланозом) в Предкамской зоне РТ ограничен гидротермическими показателями.

Корреляционным анализом установлена положительная существенная на 5% уровне значимости связь поражения ядер меланозом с продолжительностью периодов «всходы - начало вымётывания» и «всходы -уборочная спелость». Сопряжённость этих признаков можно объяснить тем, что раннее вымётывание сдвигает «критический» период для заражения в менее благоприятные для развития заболевания гидротермические условия.

На основании регрессионного анализа установлена прямая линейная зависимость между поражением ядер меланозом и продолжительностью периодов «всходы - начало вымётывания» и «всходы - уборочная спелость». Получены уравнения регрессии. Т.к., дата «начало вымётывания» позволяет более объективно оценивать сорта по группам спелости, чем дата «уборочная спелость», то предпочтение следует отдать уравнению линейной регрессии зависимости поражения ядер меланоза от продолжительности периода «всходы - начало вымётывания» (табл. 8).

Таблица 8

Уравнения линейной регрессии зависимости поражения ядер меланозом от продолжительности периода «всходы - начало вымётывания»

Годы Уравнения г t2 ts, для Р=0,05

2006 у = 0,48х-0,36 0,68* 4,31 2,05

2008 у = 0,12х - 1,05 0,64* 3,56 2,07

2009 у = 0,09х - 0,95 0,58* 3,92 2,02

Примечание:у - урожайность зерна (т/га), ах- продолжительность периода «всходы -

начало вымётывания», (сут.); г - коэффициент корреляции; /2- z преобразование Фишера

Так, в 2006, 2008, 2009 гг. изменению продолжительности периода «всходы - начало вымётывания» на 10 суток соответствует изменение поражения ядер меланозом в среднем на 4,8; 1,2 и 0,9 процента. Установлены достоверные различия в поражении ядер меланозом по группам спелости. Достоверно высокое поражение меланозом отмечено у сортов среднеспелой группы (8,4% в 2006 г.; 3,9% в 2008 г.; 2,7% в 2009 г.). В 2007 и 2010 гг. достоверные различия поражения ядер меланозом по группам спелости не установлены (табл. 9).

Таблица 9

Поражение ядер меланозом, гидротермические показатели «критического» периода для заражения по группам спелости в годы исследований

Годы Группа спелости Меланоз % НСР 0,05 с.с. 10 воздуха Сумма осадков, мм ГТК Относит, влажн. воздуха, % Число дней с осадками >1 мм

2006 Р/спелая 3,0 2,56 18,6 30 0,83 76,5 5

С/ранняя 4,8 18,5 49 1,32 77,9 10

С/спелая 8,4 14,9 70 2,35 81,7 10

среднее 5,4 17,4 49,7 1,5 78,7 8,3

2007 Р/спелая 1,7 незначимы 20,1 135 3,35 72,9 10

С/ранняя 1,6 18,5 71 1,92 72,9 9

С/спелая 1,7 19,4 20 0,51 66,3 4

среднее 1,7

200В Р/спелая 2,1 1,15 20,0 64 1,59 74,2 5

С/ранняя 2,2 20,8 59 1,42 72,2 5

С/спелая 3,9 17,7 63 1,78 75,0 10

среднее 2,7

2009 Р/спелая 1,2 1,16 17,9 79 2,20 66,2 5

С/ранняя 1,5 20,8 96 2,31 63,8 7

С/спелая 2,7 18,4 52 1,41 67,0 5

среднее 1,8

2010 Р/спелая 0,8 незначимы 23,3 9 0,19 44,6 3

С/ранняя 1,2 25,5 3 0,06 38,4 1

С/спелая 1,3 28,8 0 0,00 38,2 0

среднее 1,1 25,9 4,00 0,08 40,4 1,3

Примечание: Р/спелая-раннеспелая; С/ранняя - среднеранняя; С/спелая - среднеспелая

За годы исследований максимальное поражение ядер меланозом отмечено в 2006 г. и составило в среднем по опыту 5,4%; минимальное поражение ядер меланозом отмечено в 2010 г. и составило в среднем по опыту 1,1%. В среднем за период 2006-2010 гг. в условиях Предкамской зоны РТ, поражение ядер меланозом сортов раннеспелой и среднеранней групп

составило 1,7 и 2,2% соответственно, что достоверно ниже поражения сортов среднеспелой группы (3,1%).

Достоверные / недостоверные различия поражения ядер меланозом по группам спелости и по годам обусловлены гидротермическими показателями «критического» периода для заражения. Процент поражения ядер меланозом по группам спелости сопоставляли с рядом гидротермических показателей. Корреляционным анализом экспериментальных данных за 2006-2010 гг. установлена:

• отрицательная связь поражения ядер меланозом со среднесуточной температурой воздуха (г=-0,67*);

• положительная связь поражения ядер меланозом с относительной влажностью воздуха (г=0,63*) и числом дней с осадками более 1 мм (г=0,60*).

Не установлена достоверная линейная связь поражения меланоза с суммой садков и ГТК (г=0,16 и г=0,32 соответственно).

Для более детального изучения влияния гидротермических показателей на поражение ядер меланозом был применён метод анализа путевых коэффициентов, позволяющий вычленить прямой эффект одного гидротермического показателя и косвенные эффекты других (табл. 10).

Таблица 10

Прямые и косвенные эффекты гидротермических показателей на поражение ядер меланозом (2006-2010 гг.)

Показатели с.сЛ0 воздуха Сумма осадков, мм ГТК Относит, влаж-ть воздуха, % Число дней с осадками > 1 мм г

с.сЛ" воздуха 0,12 1,61 -1,84 -0,26 -0,30 -0,67*

сумма осадков, мм -0,06 -3,29 3,06 0,17 0,28 0,16

ГТК -0,07 -3,23 3,12 0,19 0,30 0,32

относит, влаж. воздуха, % -0,11 -1,94 2,06 0,29 0,32 0,63*

число дней с осад. >1 мм -0,09 -2,37 2,44 0,24 0,39 0,60*

Ро = 0,44

Примечание: жирным шрифтом выделены путевые коэффициенты, характеризующие прямые эффекты; г - коэффициент корреляции зависимости поражения ядер меланозом от гидротермических показателей

Данные таблицы 10 свидетельствуют о том, что в условиях Предкамской зоны РТ за период 2006-2010 гг. высокие прямые и косвенные эффекты в поражение ядер меланозом вносят сумма осадков и ГТК.

С учётом вышеизложенного, выявленную в наших условиях «устойчивость» сортов раннеспелой и среднеранней групп к меланозу нужно рассматривать как специфический случай пассивной устойчивости физиологического характера (так называемая ложная устойчивость или уход от болезни).

В условиях Предкамской зоны РТ в 3-х из 5-ти изученных лет, у сортов среднеспелой группы «критический» период для заражения меланозом совпадает с благоприятными для данного заболевания гидротермическими условиями. Это - низкая среднесуточная температура и высокая относительная влажность воздуха. У сортов раннеспелой и среднеранней групп «критический» период для заражения протекает в менее благоприятных условиях. Это - высокая среднесуточная температура и низкая относительная влажность воздуха.

Достоверные различия в поражении меланозом по группам спелости обусловлены не только несовпадением / совпадением «критического» периода с благоприятными для заражения гидротермическими условиями, но и морфологическим показателем главной метёлки - плотностью.

Корреляционным анализом в 2006, 2008 и 2009 гг. установлена положительная связь между плотностью метёлки и поражением ядер меланозом (г=0,57*; г=0,54*; г=0,58*). В 2007 г. в условиях острой почвенно-атмосфер-ной засухи связь плотности метёлки с поражением ядер меланозом не установлена (г=0,05).

За годы исследований выявлена положительная достоверная на 5% уровне значимости связь между плотностью главной метёлки и продолжительностью периода «всходы - уборочная спелость». Т.е., в условиях Предкамской зоны РТ образцы проса с более плотной метёлкой и более продолжительным периодом «всходы - уборочная спелость» характеризуются более высоким процентом поражения ядер меланозом. Очевидно, что образцы проса с более плотной метёлкой в условиях избыточного увлажнения (будь то ночные росы или осадки в виде дождя) медленнее просыхают, чем образцы с менее плотной метёлкой, что влечёт за собой и большую степень повреждения болезнью.

Изучение генофонда проса селекции ТатНИИСХ за период 2006-2008 гг., включая эпифитотию 2006 г., позволило выделить 10 образцов, характеризующихся низким содержанием ядер, поражённых меланозом (табл. 11).

Это сорта Удалое, Камское, Hyp, Бахетле и образцы 0666, 0670, 0527, 0542, 0662, 0671. Из них сорта Hyp, Бахетле и образец 0542 относятся к среднеспелой и среднепоздней группам. Можно предположить, что устойчивость к меланозу последних обусловлена генетическими особенностями, определяющими форму зерна, массу 1000 зёрен, плёнчатость.

С целью создания крупнозёрных и устойчивых к меланозу линий, в скрещивания были включены сорта Hyp и Крупноскорое. В результате были получены линии с массой 1000 зёрен от 8,2 до 9,8 г., которые в эпифитотию 2006 г. достоверно превысили по содержанию меланозных ядер обе родительские формы. По нашему мнению, достоверно высокий процент поражения ядер меланозом линий обусловлен полушаровидной формой зерновки. Причины, обеспечивающие устойчивость к меланозу, взятых в скрещивание родительских форм, имеют различную природу. Мы считаем,

что устойчивость к меланозу сорта Hyp обусловлена небольшой массой 1000 зёрен и округлой формой зерновки, а сорта Крупноскорое при высокой массе 1000 зёрен - овально-удлинённой формой зерновки.

Таблица 11

Образцы генофонда проса селекции ТатНИИСХ с низким содержанием ядер, поражённых меланозом, %

Образец Меланоз, % Группа спелости

2006 г. 2007 г. 2008 г. среднее

Камское - стандарт 4,1 1,2 2,0 2,4 среднеранняя

Удалое 2,3 1,0 1,6 1,6 раннеспелая

0666 2,5 1,5 2,0 2,0 раннеспелая

0670 3,7 1,2 3,0 2,6 раннеспелая

0527 3,4 1,4 2,3 2,3 среднеранняя

0662 5,1 1,0 2,1 2,7 среднеранняя

0671 3,3 1,1 2,7 2,3 среднеранняя

Hyp 3,2 1,0 1,2 1,8 среднеспелая

0542 3,0 1,0 1,4 1,8 среднеспелая

Бахетле 3,0 0,7 2,1 1,9 среднепоздняя

НСР 0,05 0,51

При изучении лептодермальных (плёнчатость< 9%) и толстоплёнчатых (плёнчатость>18%) образцов генофонда селекции ТатНИИСХ установлено, что доля влияния гидротермических показателей «критического» периода на поражение ядер меланозом лептодермальных образцов составляет 73,7%, толстоплёнчатых образцов - 60,6% (табл. 12).

Таблица 12

Поражение меланозом толстоплёнчатых и лептодермальных образцов проса селекции ТатНИИСХ, доля влияния гидротермических показателей, %.

Плёнчатость, % Меланоз, % НСР 0,05 Доля влияния гидротермических показателей, %

2006 г. 2007 г. 2008 г. 2010 г. среднее

> 18,0% 3,9 1,3 2,6 0,7 2,1 0,83 60,6

< 9,0% 16,8 10,7 13,7 6,4 11,9 73,7

В условиях Предкамской зоны РТ в среднем за 2006-2008, 2010 гг. поражение ядер меланозом лептодермальных образцов генофонда ТатНИИСХ составило 11,9%, что в 5,7 раза больше поражения толстоплёнчатых образцов (2,1%). Достоверные различия в поражении меланозом лептодермальных и толстоплёнчатых образцов генофонда ТатНИИСХ на 71,4% обусловлены фактором плёнчатости.

Таким образом, гидротермические условия Предкамской зоны РТ позволяют чётко дифференцировать генотипы по устойчивости к меланозу и способствуют эффективной селекции в этом направлении.

3. 4 Изучение расового состава популяции пыльной головни ГНУ ТатНИИСХ. Идентификация генов устойчивости к пыльной головне у образцов проса генофонда ТатНИИСХ

Изучение популяции пыльной головни ГНУ ТатНИИСХ показало, что она состоит как минимум из 2-х рас: 2 и 7А. За период 2005-2007, 2010 гг. на инфекционных фонах дифференцирующих рас головни 1, 2 и 6А прошли проверку на расоспецифическую устойчивость 125 образцов генофонда ТатНИИСХ. Установлено, что 102 образца проса ТатНИИСХ или 81,6% не имеют генетических факторов защиты от поражения расами головни, 14 образцов или 11,2% имеют ген устойчивости Бр1 и 9 образцов или 7,2% -ген устойчивости Бр5Ь (табл. 13).

Таблица 13

Идентификация генов устойчивости у образцов генофонда ТатНИИСХ (2005-2007, 2010 гг.)

Образец Скрещивания Тестирующий набор рас Ген йр

1 6А 2

Р п,% Р п,% Р П,%

9814 Орловское 1503 х Т.красное Я 0,4 Б 76,2 Э 47,8 5Ъ

9816 Орловское 1503 х Т.красное Я 0,0 Б 80,1 Б 57,8 5Ъ

0640 Крупноскорое х Камское Я 0,0 в 100,0 . - 5Ь

0676 Крупноскорое х Камское Я 0,0 Э 100,0 - - 5Ь

0711 Т.красное х Крупноскорое Я 0,0 Б 45,8 - - 5Ъ

0713 Т.красное х Крупноскорое и 0,0 5 45,8 5Ъ

0807 Крупноскорое х Камское я 0,0 Б 45,3 - - 5Ь

0986 Крупноскорое х Камское я 0,0 в 48,6 - 5Ь

0987 Крупноскорое х Камское я 0,0 Э 66,7 - - 5Ь

Бахетле к-9453 х Камское я 0,6 Я11" 2,2 - 1

9864 к-9453 х Камское я 0,0 Я11" 4,9 - 1

0103 к-9453 х Камское я 4,8 Яа" 5,4 - 1

0206 к-9453 х Камское я 6,2 я"" 8,1 - - 1

0229 к-9453 х Камское я 0,4 Я'1" 2,5 - - 1

0304 к-9453 х Камское я 1,9 Я*" 0,0 - - 1

0315 к-9453 х Камское я 1,6 Я"1" 0,0 - 1

0408 к-9453 х Камское я 0,0 Я^ 0,0 - - 1

КП-10/05 к-9453 х Камское я 0,9 Яй" 0,0 - 1

КП-21/05 к-9993 х Камское я 0,0 Я11" 0,0 - - 1

КП-37/05 к-9453 х Камское я 0,0 Я11™ 0,0 - 1

КП-38/05 к-9453 х Камское я 7,3 Я1*™ 9,6 - - 1

КП-39/05 к-9453 х Камское я 3,1 я^ 5,8 - - 1

0989 к-9993 х Камское я 0,0 Я11" 8,6 - - 1

Примечание: Р-реакция, П —поражение, Л - устойчивость, Б - восприимчивость, Я'1" -кустистые карлики

Следует отметить, что образцы проса с генами устойчивости Бр5Ь и 8р1 являются восприимчивыми по отношению к расе 2, которая по данным Н.П. Тихонова (1995) занимает доминирующее положение в большинстве

популяций патогена в Поволжье. Ближайшую перспективу в селекции проса на устойчивость к пыльной головне мы связываем с генами Sp2, Sp4.

3.5 Оценка генофонда проса селекции ТатНИИСХ по потребительским и технологическим показателям зерна и крупы

Анализ прибавки урожайности продовольственных образцов КСИ за 2007-2009 гг. показал, что у 0527 и 0662, выделившихся по адаптивности и селекционной ценности, общая достоверная прибавка обусловлена за счёт массы 1000 зёрен.

Дисперсионным анализом данных КСИ за 2006-2009 гг. установлены достоверные различия по массе 1000 зёрен (в среднем по опыту) в годы проведения исследований. Достоверно низкая величина массы 1000 зёрен отмечена в КСИ 2006 г. и составила 7,8 г. Достоверно высокие - в 2007, 2008, 2009 гг. и составили 8,4; 8,6 и 8,9 г. соответственно. Повышение массы 1000 зёрен обусловлено увеличением доли генотипов в КСИ, созданных при участии крупнозёрного сорта селекции ГНУ ВНИИЗБК Крупноскорое. Если в 2006 г. в КСИ доля генотипов, созданных на основе Крупноскорое составила 42,8%, то в 2007, 2008 и 2009 гг. - 77,2: 73,6 и 86,1% соответственно. Исследованиями ряда авторов установлено, что по мере увеличения крупности зерна плёнчатость снижается. За годы проведённых исследований в материалах КСИ нами не выявлено достоверной связи массы 1000 зёрен с пленчатостью. Отсутствие достоверной связи между массой 1000 зёрен и пленчатостью обусловлено однородностью материала КСИ по данным признакам, что подтверждают низкие коэффициенты вариации последних. Так в годы проведения исследований коэффициент вариации массы 1000 зёрен составил от 8,5 до 9,5%, плёнчатости - от 5,4 до 6,1%.

Все без исключения, образцы проса генофонда ТатНИИСХ относятся к толстоплёнчатым. По нашему мнению, высокий показатель плёнчатости для образцов генофонда селекции ТатНИИСХ - эволюционно сформировавшийся защитный механизм для условий Предкамской зоны РТ, где период налива зерна протекает в неблагоприятных гидротермических условиях. Это - либо низкие положительные среднесуточные температуры воздуха в сочетании с избытком влаги, либо высокие среднесуточные температуры в сочетании с недостатком влаги, когда в отдельные годы разница максимальной и минимальной температур воздуха в течение суток составляет 21°С, а «биологические нули» опускаются ниже отметки 10°С. В пользу этого свидетельствует тот факт, что в годы неблагоприятные для налива зерна наблюдается достоверное увеличение плёнчатость.

В нашем материале выявлена зависимость потребительских показателей крупы от окраски цветочных плёнок. Т.е., образцы проса с красной окраской цветочных плёнок характеризуются высокими потребительскими показателями крупы (жёлтая или ярко-жёлтая рассыпчатая каша), а образцы с жёлтой окраской цветочных плёнок - низкими (жёлтая, бледно-жёлтая полурассыпчатая, вязкая каша).

Таким образом, новое поколение продовольственных образцов, созданное на основе сорта Крупноскорое, характеризуется крупным зерном и большей плёнчатостью. В направлении улучшения технологических показателей зерна, плёнчатость требует дальнейшей селекционной проработки.

ВЫВОДЫ

1. В Предкамской зоне РТ урожайность зерна проса лимитируется степенью выраженности и характером варьирования различных абиотических факторов. Выявлена чёткая отрицательная связь показателя «урожайность зерна» с продолжительностью периодов «всходы -хозяйственная спелость» и «всходы - начало вымётывания».

2. Сорт Камское селекции ГНУ ТатНИИСХ может быть использован как эффективный компонент в гибридизации, т.к. является источником коадаптированных блоков генов.

3. В годы с различными гидротермическими показателями периода «начало вымётывания - налив зерна» установлена положительная связь урожайности с коэффициентом хозяйственной эффективности главной метёлки.

4. Установлена достоверная положительная связь поражения ядер меланозом с продолжительностью периодов «всходы - начало вымётывания» и «всходы - уборочная спелость», плотностью главной метёлки. Суть явления зависимости поражения ядер меланозом от продолжительности периодов развития в том, что раннее вымётывание сдвигает «критический» период для заражения в менее благоприятные для развития заболевания гидротермические условия.

5. Проявление «устойчивости» сортов раннеспелой и среднеранней групп к меланозу - это специфический случай пассивной устойчивости физиологического характера (так называемая ложная устойчивость или уход от болезни).

6. Селекционную ценность для условий Предкамской зоны РТ представляют раннеспелые и среднеранние генотипы, «критический» период формирования величины и качества урожая которых протекает в более благоприятных и стабильных по характеру выраженности гидротермических условиях.

7. Популяция пыльной головни ТатНИИСХ состоит как минимум их 2-х рас: 2 и 7А. На инфекционных фонах дифференцирующих рас головни 1, 2 и 6 А проведена оценка 125 образцов генофонда ТатНИИСХ на расоспецифическую устойчивость. 102 образца или 81,6% не имеют генетических факторов защиты от поражения расами головни, 14 образцов или 11,2% имеют ген устойчивости Бр1 и 9 образцов или 7,2% - ген устойчивости Бр5Ь.

8. Высокий показатель плёнчатости у образцов генофонда селекции ТатНИИСХ - эволюционно сформировавшийся защитный механизм для

условий Предкамской зоны РТ, где период налива зерна протекает в неблагоприятных гидротермических условиях.

9. По результатам комплексной оценки выделены 3 образца: 0527 и 0662, характеризующиеся высокими показателями ОАС и СЦГ и 0542, характеризующийся высокими потребительскими показателями крупы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Создан и передан в 2009 г. на Государственное испытание сорт проса кормового назначения Бахетле, характеризующийся высокими показателями питательности зелёной массы и сухого вещества, относительной устойчивостью к бактериозам листьев.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ И ПРОИЗВОДСТВА

1. В селекции проса на комплексную ценность вовлекать в гибридизацию:

• сорт Камское как источник коадаптированных блоков генов;.

• образцы 0527 и 0662 как источники высоких показателей ОАС и СЦГ;

• среднеспелый образец 0542 как источник высоких потребительских показателей крупы.

2. Заложить первичные питомники для ускоренного внедрения нового сорта кормового назначения Бахетле.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Кадырова, Ф.З. Гречиха и просо - ценные крупяные культуры / Ф.З. Кадырова, И.Ю. Никифорова // Земледелие. - 2006. - № 3. - С. 11.

2. Кадырова, Ф.З. Продуктивность среднеранних сортов проса продовольственного назначения при возделывание в условиях Предкамской зоны Республики Татарстан / Ф.З.Кадырова, И.Ю.Никифорова // Вестник Казанского Государственного Аграрного Университета. - Казань. - 2011. -№ 1 (19).-С. 128-130.

3. Никифорова, И.Ю. Меланоз проса в Предкамской зоне Республики Татарстан / И.Ю.Никифорова // Вестник Казанского Государственного Аграрного Университета. - Казань. - 2011. - № 1 (19). - С. 147 - 149.

Публикации в других научных изданиях

4. Никифорова, И.Ю. Селекция проса в Татарстане на кормовые цели / И.Ю. Никифорова // Материалы отчётной сессии молодых учёных ТатНИИСХ. - Казань. 2003. - С. 46 - 48.

5. Никифорова, И.Ю. Идентификация генов устойчивости сортов проса к пыльной головне / И.Ю. Никифорова // Научные труды молодых учёных ГНУ ТатНИИСХ. - Казань. 2005. - С. 151 - 152.

6. Никифорова, И.Ю. О результатах селекции проса на скороспелость / И.Ю.Никифорова // Повышение эффективности растениеводства и

животноводства - путь к рентабельному производству: материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных, посвященной памяти Р.Г. Гареева, Казань, 6-7 февраля 2008 г. - Казань: Фолианть, 2008. - С. 281 - 284.

7. Никифорова, И.Ю. Эффективность скороспелых форм в селекции проса на улучшение потребительских качеств / И.Ю.Никифорова // Тезисы V съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвящённого 200-летию дня рождения Чарльза Дарвина, Москва, 21-28 июня, 2009 г. -Москва, 2009. - Ч. 1. - С. 295.

8. Никифорова, И.Ю. Изучение меланоза проса посевного в Предкамской зоне Республики Татарстан / И.Ю.Никифорова // Научное обеспечение устойчивого ведения сельскохозяйственного производства в условиях глобального изменения климата: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию ТатНИИСХ. -Казань, 2010.-С. 552-558.

9. Заявка № 51172 / 9154546 на допуск к использованию сорта проса Бахетле. Дата приоритета 27.11.2008 г.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Никифорова, Ирина Юрьевна, Казань

61 12-6/131

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ТАТАРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ОЦЕНКА ГЕНОФОНДА ПРОСА ПОСЕВНОГО ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ СЕЛЕКЦИИ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

НИКИФОРОВА ИРИНА ЮРЬЕВНА

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

Ф.З.Кадырова

Казань - 2011 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.................. 4

ВВЕДЕНИЕ................................................................................. 5

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ....................................................

1.1 Народнохозяйственное значение проса.......................................... 9

1.2 Адаптивная селекция растений.................................................... 12

1.3 Роль продолжительности вегетационного периода в адаптации

растений.................................................................................... 19

1.4 Селекция проса на устойчивость к основным болезням..................... 23

1.4.1 Меланоз.............................................................................. 23

1.4.2 Пыльная головня................................................................... 29

1.5 Технологические и потребительские показатели зерна и крупы............ 35

ГЛАВА 2 УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Природно-климатические условия зоны исследований...................... 40

2.2 Почвенный покров................................................................... 44

2.3 Материал и методика исследований............................................. 44

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Оценка адаптивного потенциала генофонда проса селекции ТатНИИСХ по статистическим параметрам, рассчитанным по признаку «урожайность зерна»..................................................................... 47

3.2 Обоснование оптимальной продолжительности периода вегетации сортов для условий Предкамской зоны РТ....................................................................53

3.3 Влияние гидротермических условий на степень поражения ядер меланозом.................................................................................. 66

3.4 Изучение расового состава популяции пыльной головни ГНУ ТатНИИСХ. Идентификация генов устойчивости к пыльной головне у образцов проса селекции ТатНИИСХ................................................ 81

3.5 Оценка генофонда проса селекции ТатНИИСХ по потребительским и технологическим показателям зерна и крупы....................................... 85

3.6 Характеристика и эффективность возделывания Бахетле и других

перспективных образцов конкурсного сортоиспытания....................................................90

ВЫВОДЫ......................................................................................................................................................................93

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ И

ПРОИЗВОДСТВА........................................................................................................................................95

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................................96

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................................................................................................122

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

РТ - Республика Татарстан КП - контрольный питомник КСИ - конкурсное сортоиспытание и+У; - средняя урожайность зерна, т/га V; - общая адаптивная способность

о2САС1 - варианса специфической адаптивной способности

- относительная стабильность генотипа, % СЦГ; - селекционная ценность генотипа г - коэффициент корреляции г2 - коэффициент детерминации Кхоз - коэффициент хозяйственной эффективности V - коэффициент вариации, % х ± 1;8Х - доверительный интервал \.ъ - критерий достоверности показателя «зет» с.с.1° - среднесуточная температура воздуха, °С ГТК - гидротермический коэффициент Р0 - остаточное (неучтённые факторы) 8Г- ошибка коэффициента корреляции Ъ- критерий существенности коэффициента корреляции пТ - популяция пыльной головни, используемая в ГНУ ТатНИИСХ Диф. 1, 2, 3, 4, 5, 6 - сорта-дифференциаторы с генами устойчивости Бр1.. .Брб 8 - восприимчивость Я -устойчивость с1\у - кустистые карлики П - поражение, % Р - реакция

га- коэффициент ассоциации Дж. Юла

8а- ошибка коэффициента ассоциации Дж. Юла

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований.

Просо - ценная продовольственная, кормовая и зернофуражная культура, способная обеспечивать получение высоких урожаев зерна и зелёной массы. Между тем, потенциал данной культуры в производственных условиях реализуется на 35-40 процентов. Средняя урожайность зерна проса по РТ одна из самых низких среди сельскохозяйственных культур и за прошедшее десятилетие составила 2,03 т/га.

Низкий уровень реализации генетического потенциала возделываемых сортов проса обусловлен не только несовершенством технологий возделывания и издержками организационно-экономического характера, но и отсутствием сортов, сочетающих высокую продуктивность с устойчивостью к действию абиотических факторов, лимитирующих в конкретной зоне возделывания величину и качество урожая.

Климатические условия Предкамской зоны РТ характеризуются рядом особенностей:

• чередование контрастных гидротермических показателей по фазам развития растений проса в пределах периода вегетации;

• одна и та же фаза развития растений проса в зависимости от года изучения протекает в различных абиотических условиях;

Это способствует выделению широко приспособленных форм, дающих стабильные урожаи в широком ранге экологических условий.

• неблагоприятные гидротермические условия «критического» периода «начало вымётывания - налив зерна», детерминирующие величину и качество урожая среднеспелых форм.

Адаптация растениеводства означает более широкое и полное использование природных биологических факторов. При этом должны доводиться до технологического решения ранее не учитывающиеся факторы, такие как более полное использование вегетационного периода. Поэтому, при создании новых сортов проса продовольственного назначения необходимо оптимизировать про-

должительность вегетационного периода до уровня, при котором генотипы будут способны в конкретной природно-климатической зоне максимально реали-зовывать свои потенциальные возможности.

Целью настоящей работы являлось создание и комплексное изучение генофонда проса по хозяйственно-ценным признакам и биологическим свойствам для селекции сортов, пригодных к возделыванию в северных районах Среднего Поволжья.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

• выявить закономерности реализации величины и качества урожая проса в зависимости от гидротермических условий «критического» периода формирования зерна;

• оценить адаптивный потенциал образцов генофонда проса селекции ТатНИИСХ;

• обосновать оптимальную продолжительность периода вегетации сортов;

• оценить генофонд проса селекции ТатНИИСХ по устойчивости к пыльной головне и меланозу и выявить факторы, обуславливающие степень развития меланоза;

• выделить источники хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств для использования в селекции новых сортов проса.

Научная новизна.

• проведена оценка адаптивного потенциала образцов генофонда проса селекции ТатНИИСХ по статистическим параметрам, рассчитанным по признаку «урожайность зерна»;

• в условиях Предкамской зоны РТ выявлена зависимость урожайности зерна от величины хозяйственного коэффициента главной метёлки;

• проведена оценка генофонда проса селекции ТатНИИСХ на расоспеци-фическую устойчивость к пыльной головне;

• выявлена селекционная ценность раннеспелых и среднеранних генотипов, критический период формирования величины и качества урожая которых протекает в благоприятных гидротермических условиях;

• впервые в условиях Предкамской зоны РТ установлена зависимость поражения ядер меланозом от продолжительности периодов «всходы - начало вымётывания» и «всходы - уборочная спелость», плотности главной метёлки.

Практическая значимость.

Дана характеристика генофонда проса селекции ТатНИИСХ в соответствии с задачами селекции на высокую и стабильную урожайность, технологические и потребительские качества зерна и крупы, устойчивость к меланозу и пыльной головне. Выделены и используются в селекционном процессе источники хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств.

При творческом участии соискателя создан и передан на Государственное сортоиспытание в 2009 г. сорт проса кормового назначения Бахетле (доля авторства 30%). Сорт характеризуется высокими показателями питательности зелёной масс, сухого вещества и по результатам 3-х летнего Государственного испытания признан перспективным в Республике Башкортостан, где начато его размножение в 2011 году.

Практический вклад автора в итоги селекционной работы заключается также в создании перспективного селекционного материала для выведения продовольственных сортов проса (доля авторства 60%).

Положения, выносимые на защиту:

• гидротермические факторы, лимитирующие величину и качество урожая среднеспелых форм проса в северной зоне Среднего Поволжья в «критический» период развития;

• в селекции проса для условий Среднего Поволжья эффективные критерии отбора на семенную продуктивность, адаптивность, технологические и потребительские показатели зерна и крупы;

• селекционная ценность раннеспелых и среднеранних генотипов проса при создании сортов устойчивых к меланозу;

• новые генетические источники высокой продуктивности, адаптивной способности, высоких потребительских показателей крупы.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были представлены и получили положительную оценку на научно-практических конференциях молодых учёных (Казань, 2003, 2005), Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных, посвященной памяти Р.Г. Гареева (Казань, 2008), на Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого ведения сельскохозяйственного производства в условиях глобального изменения климата» (Казань, 2010).

Личный вклад. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены при непосредственном личном участии автора. Теоретическая часть работы выполнены автором самостоятельно. Соискатель принимал непосредственное участие в планировании и проведении полевых экспериментов, анализе и обобщении результатов исследований, представленных в диссертации.

Публикации. По материалам работы опубликовано 8 печатных работ, 3 из которых в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 163 страницах, состоит из введения, трёх глав, выводов и предложений для селекционной практики и производства, содержит 35 таблиц, 5 рисунков, 73 приложения. Библиографический список включает 222 источника, в том числе 8 - на иностранном языке.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, доценту Кадыровой Ф.З.; заслуженному агроному РТ и соавтору 7 сортов проса Сагдиевой Л.Г.; сотрудникам сектора селекции проса Хасановой Х.З., Хамидуллиной З.Г., Петряковой Н.В. за ценные советы, помощь в планировании и организации исследований, поддержку в работе над диссертацией.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Народнохозяйственное значение проса

Основное использование зерна проса посевного - получение крупы, которая по питательной ценности стоит выше, чем продукты переработки других зерновых и зернобобовых культур. По данным В. Иунихиной, Е. Мельниковой (2005) крупа «пшено шлифованное» является продуктом высокой энергетической ценности (342 ккал).

Лучшие современные сорта проса способны накапливать в крупе до 1819% протеина, что делает просо ценным источником данного компонента (Задорин и др., 2001; Сидоренко, 2010). Биологическая ценность белков зерна определяется содержанием незаменимых аминокислот. Белки проса значительно богаче метионином, триптофаном, лейцином, изолейцином, чем белки кукурузы, зернобобовых культур и пшеницы (Задорин и др., 2001, Luis et al., 1982; 2001; Kalinova, 2006).

Протеиновый комплекс проса не содержит глютен, что позволяет использовать его в рационе больных целиакией (Kalinova, 2007). Это - заболевание, возникающее у генетически предрасположенных людей как ответ на употребление в пищу растительного белка глютена.

Содержание жира в крупе пшено шлифованное составляет 3,3% (Иуни-хина, Мельникова, 2005). Особый интерес представляют показатели содержания линолевой и линоленовой кислот, как представителей ряда омега-6 и омега-3 жирных кислот. Исследованиями Т.В. Кулеминой с соавторами (2010) установлено, что в масле проса содержится в среднем 66,13% линолевой и 1,45% линоленовой кислот.

Зерновые продукты являются основными поставщиками витаминов группы В. Крупа «пшено шлифованное» характеризуется не только высоким содержанием витамина В] - тиамина (более 0,15 мг, но и превосходит гречневую, кукурузную и рисовую крупы по данному показателю на 14,5; 79,0 и 87,1% соответственно (Иунихина, 2009; Бутковский и др., 1999).

Пшено шлифованное входит в группу круп с высоким содержанием (более 3,0 г на 100 г) пищевых волокон (Иунихина, 2009), которые необходимы для нормального функционирования пищеварительной системы и организма в целом.

Среди показателей, определяющих биологическую ценность проса, большое значение имеют каротиноиды (каротин и ксантофилл), являющиеся провитамином А (витамин роста). Сортовая изменчивость по сумме каротинои-дов в зерне проса составляет 3,8-13,4 мг/кг (Рахимбаев, 1967; Унгенфухт, 1991).

Одним из способов повышения качества хлеба является разработка и внедрение в производство новых нетрадиционных сортов хлеба повышенной пищевой и биологической ценности. Основное направление в данном разделе хлебопечения - использование при производстве хлеба продуктов переработки крупяных культур. Внесение в тесто пшена шлифованного не только не ухудшает качество хлеба, но и способствует повышению его пищевой ценности (Козу баева, Захарова, 2007).

С. Корячкина с соавторами (2007); К. Lorenz, W. Dilsaver (1980) исследовали влияние замены пшеничной муки пшённой мукой в технологии получения лапши и бисквитного полуфабриката. По данным E.H. Холодовой (2010) в бисквитных полуфабрикатах с пшённой мукой возрастает содержание ряда аминокислот. A.C. Прокопец (1995) установил возможность замены пшеничной муки просяной при производстве сахарного и затяжного печенья, пряников, вафель.

При переработке проса базисных кондиций должно быть получено не менее 65% пшена. Остальную часть составляют отходы и побочные продукты. Мучель, состоящая главным образом из зародышей, и просяная мучка являются продуктами высокой биологической ценности. Они являются источниками высокого содержания витаминов Вь В2, Е, незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот (Мартыненко, Прокопец, 1993; Прокопец, 1995; Никифорова и др., 2006; Никифорова и др., 2007).

Т. Никифорова, О. Сушенкова (1993) приводят данные по использованию просяной мучки в микробиологической промышленности для получения (3-каротина. Исследованиями Г.В. Карповой (2009) установлено, что введение в рацион телят и гусей шелухи проса, подвергнутой твердофазной бактериальной ферментации, способствует восстановлению гематологических, иммунологических, иммуноморфологических, биохимических, микробиологических реакций в организме.

Таким образом, обзор литературных данных показал, что не только пшено, но и побочные продукты переработки зерна проса в пшено, имеют неспецифический химический состав, уникальны как источники витаминов, ненасыщенных жирных кислот, что определяет широкий спектр их применения и делает производство и переработку проса безотходными.

Зерно проса широко используется при откорме птиц и особую ценность для этих целей представляют лептодермальные (белоокрашенные, тонкоплёнчатые) сорта, которые отсутствуют в Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию. Лептодермальное просо превосходит обычное по содержанию сырого протеина и жира, метионина и аргинина, содержит в 2,3 раза меньше сырой клетчатки (Елизарова, 2005; Сидоренко, 2008).

По данным Е.В. Елизаровой (2005) скармливание цыплятам-бройлерам в составе рациона 30% зерна лептодермального проса взамен аналогичному количеству кукурузы и пшеницы, обеспечивает повышение живой массы цыплят, снижение затрат кормов на 1 кг прироста. Обрушенное просо сорта Квартет является ценным кормом для цыплят-бройлеров и может с успехом заменить зерно кукурузы в составе комбикорма на 40-50% (Сидоренко, 2010).

Говоря о возделывании проса на зелёную массу, необходимо отметить конкурентоспособность его при уборке на корм в фазу вымётывания метёлки по сравнению с другими зерновыми культурами, которые возделываются на зелёный корм, как в чистом виде, так и смесях. Это связано с большим сбором и низкой себестоимостью зелёной массы, а так же лучшим качеством последней.

Зелёный корм из проса, убранный в фазу вымётывания метёлки, прево�