Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Повышение коэффициента размножения семенного картофеля теневыми и световыми ростками

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Крамаренко, Максим Владимирович, Курган

Курган - 2002

ростками при использовании крупных нестандартных клубней в сравнении с традиционным способом путем посадки клубней.

Рабочая гипотеза»

Необходимость использования крупных нестандартных клубней вызвана тем, что стандартные семенные клубни обычно составляют в урожае менее 50 % по массе, что резко снижает интенсивность семеноводства. Такие приемы, как загущенные посадки, позволяют увеличить долю семенных клубней, но не столько за счет увеличения их количества в кусте, сколько за счет сокращения количества клубней товарных фракций. Кроме того, эффективность приема снижается из-за увеличения потребности в семенном материале в 1,2-1,5 раз. А поскольку качество семенного материала неизбежно снижается в полевых репродукциях, то материал, который придется дополнительно высадить на единицу площади, более высококачественный, чем тот дополнительный семенной материал, который позволяет получить с площади использование загущенных посадок. Поэтому более перспективным, по нашему мнению, представляется вовлечение в процесс размножения крупных нестандартных клубней, получаемых в процессе первичного семеноводства, которые в настоящее время реализуются как товарные, хотя являются носителями высокопродуктивной наследственности и высоких запасов энергии, которые могут быть использованы для ускоренного размножения.

Научна® ншквшва:

1. Определена эффективность ускоренного размножения картофеля теневыми и световыми ростками при использовании крупных нестандартных клубней.

2. Установлено, что наибольший коэффициент размножения обеспечивается при использовании теневых ростков.

3. Разработан режим получения и хранения теневых ростков в течение ранневесеннего периода до получения из них рассады.

Практическая ценность работы.

На основе результатов исследований разработаны и рекомендованы режимы получения в ранне-весенний период ростков, получения из них в конце

Основные положения работы доложены на Международной научно практической конференции «Современные методы адаптивной селекции зерновых и кормовых культур» посвященной 125-летию БШ„ Константинова (Самара, 2002), на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти уральских ученых: Ы. А. Иванова, В. Ф. Трушина и С. А. Чазова (Екатеринбург, 2001), на научно-практических конференциях «Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения» в Челябинском ГАУ в 1999-2001 гг.

Глава 1 о ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ПРОБЛЕМЫ СЕМЕНОВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ

Многолетняя практика показывает, что в большинстве случаев низкий урожай картофеля - следствие прежде всего использования на посадку не-сертифицированного семенного материала, с низкими качественными характеристиками, который, как правило, в сильной степени поражен многими вредоносными патогенами (Б.В. Анисимов, 2002). Один из важнейших резервов увеличения производства картофеля — более полное использование потенциала сортов на основе улучшения качества семенного материала и применения высокоэффективных технологий (АЛ. Глухов, 2002).

Вегетативный способ размножения картофеля сопряжен с рядом трудностей. Организацию семеноводства сильно затрудняют следующие особенности этой культуры: объемность картофеля (величина клубня), низкий коэффициент размножения, возможность переноса болезней клубнями, вырождаемость, трудность хранения. В среднем на семенные цели в мире расходуется 14 % валового сбора картофеля (Б.П. Литун, А.И. Замотаев, H.A. Анд-рюшина, 1988).

Эффективность вегетативного размножения в условиях умеренных широт намного ниже, чем биологически заложено в клубне. В таких условиях клубни не сохраняются в почве при отрицательных температурах. Поэтому картофель возделывают по типу однолетнего растения. При клубневом размножении не выращивается новое растение, а обеспечивается дальнейшее развитие материнского, клубень которого является лишь его зимующей формой. Разделение растений на монокарпические и поликарпические формы в таком случае условно (Ф.М. Куперман, Е.И. Ржанова, В.В. Мурашев, 1982). Поэтому одним из путей повышения эффективности вегетативного размножения может быть возделывание картофеля без зимнего перерыва. Это возможно при работе с малыми объемами материала, для которых можно создать искусственный климат на время зимы. .

При вегетативном размножении уровень эффективность гетерозиса не сохраняется навсегда. Высокопродуктивная наследственность неуклонно деградирует. С каждым поколением растение все более и более приближается по уровню продуктивности к диким гомозиготным формам. Степень вырождения определяется фитосанитарньш состоянием семенного материала высшей репродукции, особенностями сорта, агротехники и организации производства, числом лет репродукции и местом выращивания (W. Gabriel., 1982).

Клубни растений картофеля, сформированные при недостатке влаги и питательных веществ, а также при температуре почвы выше оптимальной, значительно уступают по продуктивности клубням, получаемым при оптимальном обеспечении растений факторами жизни (Б. А. Писарев, 1989).

Не исключена вероятность появления спонтанных мутаций, что приводит к биологическому загрязнению сорта, затрудняет его оздоровление и внедрение в производство (Э.Н. Майшук, 1985; Н.В. Лактионова, ВЛ. Лазутина, 1990). Отмечены существенные различия у меристемных линий в пределах сорта по некоторым хозяйственно-ценным признакам, в частности по устойчивости к фитофторозу, урожайности, крахмалистости (И.И. Ланева, 1993; Г.И. Мельниченко, 1989). Но вероятность появления мутаций у меристемных тканей значительно ниже, чем у других, и в целом меристемное происхождение гарантирует генетическую идентичность полученных из клонов растений (Р.Г. Бутенко, 1982; Р. Стейс=Смит, 1985).

Версия, что вырождение картофеля обязано процессу стадийного старения клубней, созревающих в условиях жаркого лета, не подтвердилась (В.И. Кирюшин, 2000). Гетерозисная структура ДНК разрушается в результате мутаций. Сопоставляя наблюдения над процессом вырождения картофеля, Г. Н. Линник (1953, 1958) пришел к выводу, что наряду с вредоносным влиянием вирусов и повышенной температуры снижение урожаев картофеля обусловлено также онтогенетическим старением, возникающим при вегетативном размножении вследствие собственно онтогенетического старения клубней и неполноты воспроизведения генетической информации при формировании из них новых растений. При размножении растений отдельными частями: че-

реиками, плетями, отводками, листьями и др. - развитие не начинается заново, а как бы продолжается с того уровня, которого оно достигло на материнском растении (Ф.М. Куперман, Е.И. Ржанова, В.В. Мурашев, 1982). Образование новых клеток и органов сопровождается их омоложением, но степень этого омоложения по мере повышения общей возрастности растения падает (НИ. Гупало, 1975). Сорта культурного картофеля - это многолетние растения, возраст которых передается с клубнями, составляющими клон, т.е. веге-

?

тативно размноженное потомство одного растения. (Л. Грушка, И. Зруст, 1984). Вопросы онтогенетического старения картофеля были изучены путем применения оригинального метода "лестничных клонов", т. е. последовательного получения потомства из черенков, взятых с верхушки картофельного растения (Ю.Г. Тринклер, i960,1992; Л.А. Жукова, 1983). Ю. Г. Тринклер пришел к выводу, что при вегетативном размножении картофеля нельзя полностью устранить снижение урожайности, как нельзя предотвратить старение и смерть живых организмов. Поэтому он присоединяется к имеющимся предложениям о необходимости более частой замены сортов картофеля новыми, выведенными из семян, а также о замене вегетативного размножения картофеля половым (семенным), для чего необходимо создание новых сортов, приспособленных к такому размножению.

Но наиболее быстрое снижение качества семенного материала происходит из-за инфекции. В клубнях резервируются и передаются потомству большинство вирусных, микоплазменных, бактериальных и грибных заболеваний (С.Н. Карманов, 1983). Наиболее распространенными возбудителями инфекционных болезней картофеля являются грибы и вирусы (H.A. Дорож-кин, С .И. Вельская, 1979; АХ. Зыкин, 1976). Большинство из них способно передаваться через клубни, которые в случае заражения становятся резерва-торами инфекции. Кроме того, эти болезни обладают способностью быстро распространяться. В процессе репродуцирования без надлежащих мер по оздоровлению и защите семенного материала от повторного заражения число пораженных растений прогрессивно увеличивается. Сорт постепенно теряет свою первоначальную продуктивность и сходит с арены, вырождается (ЛШ„

Трофимец, 1989). Крупнейший специалист по картофелю, ученик Н. И. Вавилова, академик С. М. Букасов писал: "Лишь единичные сорта существуют более ста лет, немногие сорта существуют десятилетиями, большинство же сортов имеет мимолетное существование и, достигнув в несколько лет апогея своей славы, также быстро исчезают со сцены" (СМ. Букасов, 1937).

Почти все вирусные заболевания характеризуются деформацией листьев и появлением некротических пятен (мозаичность листьев) (О.Н. Савельева, 1971). Но некоторые вирусные заболевания могут долгое время не проявлять свои симптомы, или их проявления могут быть похожи на симптомы неин-фещионных болезней (К.В. Попкова, 1979). Условия выращивания играют большую роль в проявлении вирусных болезней. В одних случаях, например на богатом фоне питания, вирусы маскируются, в других - (избыток или недостаток макро- и микроэлементов) вызывают появление на растениях симптомов болезни (Л.Н. Трофимец, 1989).

Клетка, зараженная вирусом, несет в себе генетическую информацию двух геномов - генома клетки и генома вируса. Активная жизнедеятельность вируса в клетке хозяина связана с его вегетативной фазой, представленной нуклеиновой кислотой вируса, лишенной белковой оболочки (Л.Н. Трофимец 1989). Чем-больше семенной материал несет в себе ДНК вирусов и других жизненных форм (вирусы, бактерии, грибы), тем сильнее в ходе онтогенеза обмен веществ будет отклоняться в сторону от того направления, которое селекционеры закладывали в сорт.

Известно около 30 вирусных, вироидных и микоплазменных болезней картофеля. Из них 6 (мозаичные X, 8, М, А, ¥ и вирус скручивания листьев) наиболее распространены на территории СССР (Л.Н. Трофимец, 1989).

Отдельные вирусы и их штаммы мо1ут распространяться различными надземными переносчиками (тли, цикадки, полевые клоны, 'грызущие насекомые), некоторыми видами почвенных паразитических грибов и нематод, а также контактно при соприкосновении механически поврежденных органов, тканей растений и клубней, и, кроме того, посадочными клубнями от одной вегетативной репродукции к другой (А.Г. Зыкин, 1976).

Осложняет технологию необходимость поддерживать режим хранения клубней. На последний фактор накладывается низкий коэффициент размножения. Для размножения здорового семенного материала до'производственных объемов требуется много лет, а за это время оздоровленный картофель повторно заражается (ПЛ. Макаров, 1990).

Совершенствование технологии производства семенного картофеля на сегодняшний день остается актуальным вопросом.

1.2. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ФИТОСАНИТАРНОЕ СОСТОЯНИЕ СЕМЕНОВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В ЧЕЛЯБИНСКОЙ

ОБЛАСТИ

Во всем мире высококачественный семенной материал предпочитают выращивать в прохладных ветреных районах, где очень слабый инфекционный фон и незначительное количество тли - основного переносчика вирусных болезней (ЛЛ. Козлов, 2000).

Наша страна, занимающая лидирующее место в мире по абсолютному количеству ежегодно производимого картофеля, остается на одном из последних мест по урожайности этой культуры (9-10 т/га) при среднемировой урожайности 15 т/га. И такой уровень урожайности характерен практически для всех категорий хозяйств и для всех регионов как с благоприятными, так и с неблагоприятными условиями возделывания.

Российская федерация является страной с высоким уровнем зараженности картофеля вирусами (Л.Н. Трофимец, 1994).

В 1958 г. на всесоюзной конференции по семеноводству и селекции картофеля территория СССР по почвенно-климатическим условиям с учетом степени вырождения картофеля была разбита на 3 зоны. В зону слабого вырождения входили Север и Северо-Запад РСФСР, Западная Сибирь и Урал, в зону сильного вырождения - Юго-Восточные области РСФСР (ЛЛ. Козлов, 2000).

Регион Южного Урала относится к районам с неустойчивым водным

режимом. Снижение влажности почвы ниже оптимального уровня для картофеля в летнее время наблюдается здесь часто. В эти периоды растения картофеля испытывают водный стресс, который оказывает влияние на продуктивность растения (B.C.. Кожемякин, 1996).

. Почва и агроклиматические условия Челябинской области вполне благоприятны для выращивания картофеля. Потенциальная урожайность этой культуры, рассчитанная по приходу ФАР при обычно наблюдаемом коэффициенте усвоения ФАР 1,5 %, составляет 23,9 т/га (B.C. Кожемякин, 2002). Несмотря на сравнительно короткий летний период, наряду с раннеспелыми сортами, на Южном Урале можно возделывать и получать высокие урожаи среднеспелых и среднепоздних сортов (A.A. Фарафонтов, 1991).

На сегодняшний день площадь посадок картофеля в Челябинской области составляет 56,8 тыс. га. При этом в области производится менее 10 % от необходимого количества элиты. Только на 5-10 % площади используется кондиционный семенной материал. Разработка и внедрение системы первичного и внутрихозяйственного семеноводства является одним из условий стабильного увеличения производства картофеля (B.C. Кожемякин, 2002).

Природные условия Челябинской области позволяют производить семенной картофель высоких репродукций. На сегодняшний день объемы производимого семенного материала не удовлетворяют потребности в нем.

1.3. ОСОБЕННОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ

Особенности размножения картофеля определяются его биологическими особенностями. Картофель - вегетативно размножаемое растение, что дает возможность размножать сложный по гетерозиштности гибридный материал (П.И. Альсмик, 1971). Наиболее важная для человека биологическая особенность картофеля - его способность формировать из тканей стебля клубни. Клубень - орган, являющийся хранилищем запасных питательных веществ. Кроме того, материнские и вновь образующиеся клубни способствуют со-

хранению водного шмеоетаза картофельного растения в условиях засухи.

Помимо исполнения запасающей функции клубень является и органом вегетативного размножения, альтернативного размножению половому.

Наличие в клубнях значительного количества запасных питательных веществ, влаги, наличие запасных почек дают высокие гарантии получения всходов при любых неблагоприятных условиях начала вегетационного периода. В результате картофель, более чем любое другое растение, оказался удобен для вегетативного размножения в культуре. В свою очередь, вегетативное размножение позволяет закрепить в потомстве гетерозисный эффект. Высокая стабильность получения всходов и гетерозисный эффект, обеспечиваю щий высокий урожай продукции, стали главными преимуществами картофеля, обеспечившими ему широкое распространение. Но оба эти преимущества напрямую связаны с вегетативным способом размножения.

Сложности размножения клубнями столь велики, что в последнее время стала популярна идея выращивания картофеля из ботанических семян.

В пользу полового размножения приводится ряд серьезных аргументов. При таком способе на 1 га достаточно 50 г семян вместо 3-4 т клубней. Затраты на семена при размножении ими составляют лишь 5 % всех затрат на выращивание картофеля, значительно облегчаются хранение и транспортировка семенного материала. Многие болезни не передаются семенами, поэтому картофель из них получается более здоровым, чем из клубней. В благоприятные годы можно создать запас семян, так как они сохраняют всхожесть несколько лет. (Т.К. Дмитрии, B.C. Кожемякин, C.B. Новокрещенов, 1994; В.А. Жарова, Н.П. Склярова, 2000). Даже 4 и 5 летние схемы семеноводства картофеля на основе ботанических семян не требуют клоновош отбора (H.A. Дорожкин, 1991).

Есть сообщения о том, что самоопылённые популяции по урожайности не уступают гибридным, а по выравненное™ хозяйственно-ценных признаков превосходят их (Г.А. Мефодьев, 1997). Отмечены случаи, когда создаваемые для генеративного размножения гибридные популяции имели значительно более высокую устойчивость к болезням, чем районированные сорта,

и с учетом потерь от фитофтороза при хранении оказывались эффективнее последних (Т.И. Васильева, 1990). В настоящее время как в нашей стране, так и в других странах ведутся работы по созданию сортов и гибридов для производства картофеля на основе настоящи�