Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Селекция озимой твердой пшеницы на Кубани

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Мудрова, Александра Алексеевна, Краснодар

<3, /< : ttofyi

€ - У.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВННЫХ НАУК КРАСНОДАРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ИМ. П.П.ЛУКЬЯНЕНКО

71 11-6/46

/* А

А.А.МУ ДРОВА

СЕЛЕКЦИЯ ОЗИМОЙ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ НА КУБАНИ

КРАСНОДАР 2004

УДК 633.112.1:631.527(470.62)

ББК 42.112:41.3

М-893

Печатается по решению Ученого Совета Краснодарского НИИСХ им.П.П.Лукьяненко, протокол №7 от 1.07.2003 г.

доктор биологических наук, профессор В.А.Дзюба доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н.С.Васильчук доктор биологических наук, профессор В. А. Крупное

Мудрова A.A.

М-893 Селекция озимой твердой пшеницы на Кубани/КНИИСХ.-Краснодар, 2004.-190 с. 9 рис., 65 табл.

В книге обобщены результаты селекционной работы по созданию сортов озимой твердой пшеницы в Краснодарском НИИСХ им. П.П.Лукьяненко, начиная с 1931 года по настоящее время.

Показаны принципы, методы, направления, исходный материал, используемые в селекционных программах. Отображены закономерности эволюции озимой твердой пшеницы в результате селекции на продуктивность и адаптивность. Приведена хозяйственно-биологическая характеристика созданных сортов и особенности технологии их выращивания.

Автор считает своим долгом поклониться светлой памяти В.В.Костина, являющегося «родителем» озимой твердой пшеницы на Кубани, за приобретенные в процессе работы под его руководством знания, опыт, принципы отношения к работе. А также выражает глубокую признательность доктору с.-х. наук Беспаловой Л.А за помощь в подготовке и научном редактировании работы.

Работа рассчитана на селекционеров, преподавателей, аспирантов и студентов вузов, а также специалистов сельскохозяйственного производства.

Рецензенты:

6-1

1

© КНИИСХ им. П.П.Лукьяненко, 2004

Памяти В, В. Костина посвящается. Тому, кто многолетней, упорной селекционной работой утвердил «гражданство» озимой твердой пшеницы на полях Кубани

ВВЕДЕНИЕ

Пшеница (ТгШсиш), объединяет свыше 20 дикорастущих и культурных видов. Однако только два вида, мягкая и твердая пшеницы, распространились очень широко. Общий ареал пшеницы охватывает почти все континенты земного шара. Она является основным продуктом питания в 53 странах. В мировом производстве зерна пшеница занимает около 30% и дает почти 20% всех пищевых калорий для населения земного шара (24). По данным ООН (1994) из всех возделываемых сельскохозяйственных культур, выращиваемых на нашей планете, пшеница занимает самую большую посевную площадь -около 220 миллионов гектаров (в бывшем СССР - свыше 60 миллионов гектаров). За последние десять лет (1994-2003 г.г.) производство пшеницы в мире достигло 571.52 млн. т, в странах СНГ ( основные производители Россия, Украина, Казахстан)-72.56 млн тили 12.7%(17).

На твердую пшеницу приходится около 5% объема всей пшеницы, производимой в мире. Валовое ее производство составляет около 30-35 млн. тонн в год. Ведущими производителями твердой пшеницы в мире являются страны Европейского Союза, США, Канада, Турция. По данным Минсельхоза США, в 2001 году под посевы твердой пшеницы во всех странах мира было отведено 15.9 млн. га (67). В бывшем СССР основными производителями твердой пшеницы были Россия и Казахстан. Основной район производства твердой пшеницы в России - Поволжье. Поскольку отсутствует регулярная официальная статистика о производстве твердой пшеницы, по заключению американских экспертов, сделанному

на основе информации с мест, в России производится около 2 млн. т твердой пшеницы (67). В силу климатических условий высококачественное зерно твердой пшеницы можно получить далеко не везде, а только на территории нескольких стран -Италии, Канады, Австралии, Казахстана и России. У твердой пшеницы зерно обычно стекловидное, не разминается и с трудом размалывается. Благодаря повышенному содержанию белка и клейковины отличного качества, оно характеризуется высокими питательными и технологическими свойствами. Белок отличается хорошей сбалансированностью глиадинов и глютенинов (2:1), лучшим аминокислотным составом (незаменимые аминокислоты аргинин, валин, лизин и др.), меньшим количеством крахмала и более высоким содержанием декстринов. По питательной ценности и легкой усвояемости протеин приближается к белку молочного происхождения, что делает зерно этой культуры незаменимым сырьем в приготовлении детского и диетического питания. Благодаря высоко стекловидному, янтарно-желтого цвета зерну с повышенным содержанием белка твердая пшеница дает специальную крупнозернистую, самую высококачественную муку - крупку (семолину). В хлебопечении она используется в качестве улучшителя при добавлении к муке из мягкой пшеницы. Из зерна твердой пшеницы вырабатывают манную и пшеничную крупы высшего качества. Особая ценность твердой пшеницы заключается в том, что она является единственным сырьем для изготовления высококачественных макаронных изделий, характеризующихся высокой прочностью, низкой разваримостью, приятным вкусом. Биологическая ценность зерна твердой пшеницы не может быть заменена или компенсирована ценностью мягкой пшеницы. Именно поэтому во многих странах мира (например, во Франции, Италии) изготовление макаронных изделий из зерна мягкой пшеницы запрещено законом. Продукты, изготовленные из зерна твердой пшеницы, могут долго храниться, не черствея и не теряя вкусовых и питательных свойств, отличаются прочностью и транспортабельностью.

Вопреки распространенному мнению об излишней калорийности макаронных изделий, они высоко питательны, но

малокалорийны. Настоящая паста (общее и правильное итальянское название для всей группы макаронных изделий) низкокалорийна: 190 калорий на 150 граммов готового блюда. Практически не содержит жиров: менее двух процентов на 250 граммов вареных макарон. Отличительной особенностью макаронных изделий, изготовленных из крупки твердой пшеницы, является то, что при термическом воздействии в процессе приготовления их калорийность дополнительно снижается. Крахмал, содержащийся в зерне твердой пшеницы, после обработки, в макаронных изделиях, остается в кристаллической форме, и не дает человеку набирать лишние килограммы. В макаронных изделиях из крупки твердой пшеницы содержится гораздо больше питательных веществ, чем из муки мягкой пшеницы. Это витамины группы В, Е, РР, а также калий, кальций, фосфор, железо, углеводы, клетчатка. Диетологи относят макароны к продуктам, снижающим риск сердечнососудистых заболеваний и обладающих наряду с томатами и соей противораковыми свойствами. Поэтому их по праву можно отнести к группе «товары здоровья» (Н.Бояркина, 2003).

До начала селекционных работ с этой культурой вид T.durum был представлен в основном яровыми и слабозимостойкими полуозимыми формами. Культивировались они лишь в областях с теплыми зимами, где хорошо зимуют как озимые, так и яровые. В зонах возделывания твердая пшеница высевалась только как яровая. При этом урожайность ее, в зависимости от района выращивания, составляла 5-20 ц с 1 га, в то время как озимой мягкой - от 23 до 40-50 и более ц с 1га. Таким образом, яровая твердая пшеница по продуктивности в 2-4 раза уступала озимой мягкой.

Озимый образ жизни твердой пшеницы давно привлекал внимание земледельцев, так как во многих районах, в случае благоприятной перезимовки, урожай ее при осеннем посеве мог быть выше, чем при весеннем. Попытка возделывать твердую пшеницу при посеве весной на Северном Кавказе не дала положительных результатов (46). В связи с этим во многих селекционных учреждениях были начаты работы по созданию

твердой пшеницы озимого типа развития и введения ее в сельскохозяйственное производство в районы, где озимая мягкая пшеница дает высокие и стабильные урожаи. Селекционерам предстояло создать сорта озимой твердой пшеницы с хорошей общей приспособленностью к неблагоприятным факторам внешней среды, по продуктивности приближающимся к сортам озимой мягкой пшеницы, надежной зимостойкостью, отличными технологическими качествами зерна, устойчивые к полеганию, поражению основными болезнями и вредителями.

1.ИСТОРИЯ И ДОСТИЖЕНИЯ В СЕЛЕКЦИИ ОЗИМОЙ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ

1.1. История введения и распространение культуры

История возделывания пшеницы уходит в глубь тысячелетий. Она поистине является одной из самых древних культур на земном шаре. Следы культуры пшеницы отражены археологическими исследованиями и литературными памятниками. Ряд археологических находок на территориях современных Ирана, Ирака, Иордании, Турции свидетельствуют о том, что ее выращивали там еще в VIII-VII тысячелетии до нашей эры (44).

Известно, что блюда из раскатанного теста, напоминающего лапшу, изготавливались и в Древнем Египте, и в античной Греции. Эта культура была основным хлебом древних земледельческих цивилизаций. Есть и письменное подтверждение того, что пшеница возделывалась еще в древности. В Г/-Ш тысячелетии до нашей эры в Междуречье Тигра и Евфрата существовало государство Шумер. Жители его первыми на Земле изобрели колесо и плуг-сеялку, создали письменность. Современные ученые расшифровали древние клинописные письмена. Среди них были сведения о зарождении земледелия. Эти данные являются свидетельством зарождения культурной пшеницы там, где некогда процветала древняя страна Шумер (66).

Первооткрывателем «прародины» древнейших культурных злаков по праву можно считать Н.И. Вавилова. Его исследованиями, результаты которых были положены в основу труда « Центры происхождения культурных растений», было доказано, что культивирование пшеницы началось с Передней Азии, включая западную часть Ирана, Северную половину Аравийского полуострова, Малую Азию, Закавказье. В горных районах Армении и Азербайджана кое-где и сейчас встречаются целые заросли дикорастущих видов этого растения. Именно оттуда еще в глубокой древности она расселилась по всей Европе и Азии и частично проникла в Африку.

В Америке и Австралии, до их открытия европейцами, пшеницы не было. Впервые в Латинскую Америку ее завезли из Испании в 1528 году. В Северную Америку она попала в 1602 году, а в Австралию лишь в 1788 году. Современные ученые полностью подтвердили результаты исследований Н.И.Вавилова (66).

Н.И.Вавиловым также установлено, что первоначальными центрами происхождения твердой пшеницы являются страны Средиземноморья (Греция, Египет, Алжир, Италия, Испания, Югославия), включая Абиссинию. Здесь сосредоточено самое большое разнообразие тетраплоидной группы пшеницы (2п=28) (3).

Согласно исследованиям Орлова A.A. (1923), все разнообразие твердых пшениц, определяемое 78 признаками, включая признаки зерна, остей, колоса и биологические признаки, найдено именно здесь. Здесь встречалось множество оригинальных и эндемичных форм этого вида, не известных в Европе и Азии. В то же время там были сосредоточены все расовые и разновидностные признаки, характеризующие весь вид Т. durum, включая европейские и азиатские расы. Формы твердых пшениц с пурпурово-фиолетовым зерном, с опушенными листьями и листовым влагалищем, длинноостистые формы с удлиненными ресничками на ушках и при основании листовой пластинки, с резко окрашенными антоцианом коричнево фиолетовыми всходами, выявлены только в Северной Африке. Оригинальные безлигульные твердые пшеницы нашли лишь на острове Кипр. Вся Азия, даже районы Месопотамии относительно бедны по разнообразию твердых пшениц. Индия, Китай, Туркестан, Бухара, Сибирь характеризуются резким понижением разнообразия. Твердые пшеницы отсутствуют в большей части районов Юго- Западной Азии (56).

Очень сложным для ученых оказалось ответить на вопрос: из какого дикорастущего вида образовалась современная культурная пшеница?

Альфонс Де Кандоль(1885), выясняя центр происхождения T.durum считал, что все культурные пшеницы ведут начало из Азии. По его мнению отсутствие у древних особых названий для английских и твердых пшениц указывает на их общность с

T.aestivum. Мягкие пшеницы по предположению Де Кандоля занесены в Испанию и Африку « неизвестно когда, может быть в начале христианской эры» и там претерпели соответствующие изменения в T.durum и T.turgid (16).

Исследователи из Канады, США, Японии, СССР выдвигали, проверяли различные гипотезы. В результате было установлено, что современный вид пшеницы прошел длительный и сложный путь эволюции. Крупный русский биолог-тритиколог Е.Н.Синская, развивая учение Н.И.Вавилова, высказала предположение, что древнейший предок пшеницы - один из вымерших видов пырея. Из него в процессе многократного естественного переопыления, естественного отбора, под воздействием изменения климата, со временем и под воздействием человека, образовались сначала многочисленные дикорастущие, а затем окультуренные полба, одно и двузернянка. Благодаря взаимодействию этих диких и полудиких «родичей» и образовались два замечательных, распространенных теперь на всем земном шаре вида - мягкая и твердая пшеницы.

Твердая пшеница была известна древнеславянским племенам и была в культуре еще при становлениии Руси (44). В древности вид Triticum durum был перенесен человеком в районы Украины, Поволжья, Южного Урала. Несомненно, земледельцы в прошлом высевали его, как и мягкую пшеницу осенью. У тетраплоидного вида пшеницы не оказалось необходимой наследственной основы к формированию хорошей зимостойкости растений, и они остались здесь яровыми (76).

На территории бывшего Советского Союза самые ранние очаги возделывания пшеницы отмечены в Средней Азии и на Кавказе. Археологические раскопки ряда древних поселений человека в этих регионах показали, что пшеницу выращивали там еще в V тысячелетии до нашей эры. Твердая пшеница, относящаяся к IV тысячелетию до нашей эры была найдена на Украине в Сумской области. Археологические исследования, проведенные на территории Молдавии, показали, что наряду с мягкой, твердая пшеница также культивировалась трипольскими племенами, населявшими северную часть Молдавии (77, 78).

В Западной Сибири и Северном Казахстане твердую пшеницу начали выращивать лишь во И-м тысячелетии до нашей эры (44).

На Северном Кавказе пшеница возделывалась во II тысячелетии до нашей эры и уже в те времена получила широкое распространение. Скифско-сарматские племена Прикубанья и Придонья являлись производителями хлеба для экспорта из причерноморских портов в Греческое Средиземноморье. Пшеница здесь была основной хлебной культурой в течение всего античного периода (78).

Археологическими исследованиями твердая пшеница в районе Причерноморья не найдена. Однако по данным В.А.Попова и И.И. Никитина в районе Фанагории обнаружены обуглившиеся зерна полбы, относящиеся к V веку до нашей эры. Из археологических находок меото-сарматской эпохи (IV-V века до нашей эры) особый интерес представляют раскопки Краснодарского городища, проведенные в 1934 году близ станицы Елизаветинской, где в древности обитало одно из сарматских племен. Найденные там обугленные зерна отнесены к мягкой пшенице. Обугленные зерна пшеницы были найдены при раскопках городища и у станицы Усть-Лабинской (^-Ш века до нашей эры), у станицы Старо-Корсунской в Краснобатарейном и Семибратском городищах и в материалах археологических раскопок городища Чумяной Редант близ хутора НовоНекрасовского. Большой интерес представляют находки в раскопках, проведенных в 1950-1951 годах в районе Цимлянского водохранилища Ростовской области. Здесь в 1Х-Х веках нашей эры обитали хазары. Среди растительных остатков этого периода найдены обуглившиеся зерна мягкой и твердой пшеницы (44).

Из литературных данных известно, что в ХШ-Х1У веках увеличился экспорт хлеба из Северного Кавказа в Средиземноморье (44). Это говорит о развитии культуры пшеницы в этот период. В XVIII веке в степной части Северного Кавказа, населенной ногайцами, пшеница занимала первое место среди зерновых культур. Ее возделывали в озимом и яровом посеве. Яровая пшеница была представлена в основном твердой пшеницей и полбой.

Зерно твердой пшеницы пользовалось большим спросом как внутри страны, так и на зарубежных рынках. По данным И.Г.Калиненко (23) еще в 1862 году Н.Джурич писал: «Пшеница составляет важнейший предмет отпускной торговли Таганрога....В особенности славится таганрогская арнаутка, которая по причине своей тяжеловесности, прочности и других преимуществ продается на заграничных рынках решительно дороже всех самых высоких сортов пшеницы всевозможных мест. США тогда вывозили в Европу избытки своей пшеницы и в то же время покупали в Италии макароны (1908 год - 2 млн. пудов), изготовленные из русской твердой пшеницы (Астафьев и Чехович, 1909, цитировано по И.Г.Калиненко), (22).

В настоящее время твердая пшеница выращивается в районах земного шара с теплым и сухим климатом - в Малой Азии, в Средиземноморских странах, на Ближнем и Среднем Востоке, в Северной Африке, США, Канаде, Мексике