Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Селекция полукарликовых сортов озимой мягкой пшеницы

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Беспалова, Людмила Андреевна, Краснодар

■?■ !

99

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

КРАСНОДАРСКИЙЙАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА им.П.П.ЛУКЬЯНЕНКО

Беспалова Людмила Андреевна

СЕЛЕКЦИЯ ПОЛУКАРЛИКОВЫХ СОРТОВ ОЗИМОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

Специальность: 06.01.05. - селекция и семеноводство

На правах рукописи

альн.,::

г

Работа выполнена в Краснодарском научно-исследовательском институте сельского хозяйства им.П.П.Лукьяненко в 1971-1997гг.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Дзюба В.А.

доктор биологических наук Бочкарев НИ. -

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Зеленский Г.Л.

Ведущее учреждение

Донской зональный научно, исследовательский институт сельского хозяйства. ,

Защита состоится "18" июня 1998г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д.120.23.02 при Кубанском государственном аграрном университете по адресу; 350044, г.Краснодар, ул.Калинина, 13, КГАУ. - . . ■■ ■■■■. ■ • '

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Кубанского государственного аграрного университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана ""О" мая 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Щскт

$3260

А.Е:Ефремов

Ш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Академик П.П. Лукьяненко (1973), анализируя достижения в селекции сортов пшеницы, отмечал, что отечественная и мировая селекция идет от длинного стебля к короткому при постоянном увеличении урожайности. Эта закономерность нагляднее всего прослеживается на сортах, созданных им. Районированный в 1945 году сорт Новоукраинка 83 превысил сорт Украинка на 6,8 ц с гектара или на 25%. Он был ниже Украинки по высоте растений и более устойчив к полеганию. Районированные спустя 10 лет (1955) сорта Безостая 4 и Безостая 1 превышали по урожайности сорт Новоукраинка 83 на 8,0-11,7 ц с гектара или на 33%. У сортов Безостая 1, Ранняя 12 высота растений была на 30-40 см ниже, чем у местной Седоуски и Украинки 0246. Высокая устойчивость к полеганию позволила в значительной степени реализовать потенциальные возможности новых генотипов и получить значительный прирост урожайности в Краснодарском крае в 60-708 годы.

С повышением культуры земледелия, и соответственно, ростом урожайности между возможностями сортов и агротехникой возникают противоречия, которые тормозят дальнейшее увеличение урожайности. По этой причине сорта типа Безостой 1 в условиях орошения, а во влажные годы и без орошения, при применении технологии, позволяющей получать урожаи свыше 50 ц зерна с 1 гектара сильно полегают (Пятыгин A.B., Семихов В.Ф., 1967; Лукьяненко П.П., 1971, 1975). Недобор урожая зерна при этом может составлять 22-43% в зависимости от фазы растений (Калиненко И.Г., 1979). В конце 60* годов стало очевидным, что получение урожаев в 100 и более центнеров с гектара, в условиях орошения или без него, возможно только при культуре полукарликовых сортов (Лукьяненко П.П., 1968, 1969, 1970, 1971; Бороевич С., 1973; Ремесло В.Н., 1975; Лыфенко С.Ф. и др., 1975).

Н.И.Вавиловым (1935) было отмечено, что успехи в селекции на устойчивость к полеганию в Италии и Аргентине были обусловлены использованием генофонда японских пшениц. Выдающиеся достижения Н.Борлауга и "зеленая революция" в странах третьего мира связаны с использованием японского сорта Норин 10, гены карликовости которого (Rhtl и Rht2) вошли в сорта, выращиваемые на более чем 50% площадей, занятых под пшеницей (Borlaug N., 1968; Gale M.D. et al., 1975; 1982; He Z.H., et al., 1996).

Первые опыты по селекции полукарликовых сортов показали, что по мере уменьшения высоты растений укорачивается колеоптиле, увеличивается поражение болезнями из-за уплотнения стеблестоя, наблюдается более раннее отмирание листьев, что вызывает щуплость зерна. При возделывании в условиях засухи и на малоплодородных почвах первые полукарликовые сорта не могли соперничать с высокосте-.ш>ными сортами по причине слабого развития корневой системы (Palmer J.D., • • :0).

С введением генов карликовости в популяциях наблюдается тесная положи-• /ьная корреляция между высотой и продуктивностью растений (Law N. et al., 1976; -jiaceck I., 1978; Veiga A.A. et. al., 1982). Основной причиной такой связи является : ьбая приспособленность источников карликовости к условиям выращивания. Кро-л. того, более высокий уборочный индекс и слабая корневая система отрицательно «зались на обеспеченности зерна азотом, и соответственно на качестве зерна. В свя-gj этим в процессе селекции необходимо было сочетать полукарликовость с хороня адаптивностью, высокой урожайностью и качеством зерна. В настоящее, время огие вопросы при создании полукарликовых сортов нами успешно решены. Другие

же, такие как устойчивость к болезням требуют непрерывной работы и дальнейшего совершенствования методических подходов. Созданные нами полукарликовые сорта, их высокая урожайность, распространение в производстве вселяют оптимизм дальнейшего совершенствования пшеничного растения.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - определить наиболее эффективные направления и методы селекции и на их основе создать высокоурожайные, высококачественные полукарликовые сорта озимой мягкой пшеницы хорошо адаптированные к условиям возделывания в Северокавказском регионе.

В задачи исследований входило:

1. Изучить генетические ресурсы и выбрать источники карликовости для использования в селекционном процессе и создании полукарликовых сортов озимей мягкой пшеницы.

2. Изучить генетический контроль и комбинационную способность высоты растений й признаков продуктивности у ряда источников карликовости методом традиционного, диаллельного анализа и топкроссов, для обоснования целесообразности их использования в качестве доноров генов карликовости в практической селекции. Подобрать донор генов карликовости для ускоренной схемы селекции.

\ 3. Оценить связи высоты растений с продуктивностью и ее элементами, качеством зерна и другими важными признаками. Определить оптимальную высоту растений полукарликовых сортов.

4. Установить наиболее эффективные критерии отбора полукарликовых форм на высокую урожайность, адаптивность, качество зерна и другие признаки.

5. Усовершенствовать методику ускорения селекционного процесса.

6. Экспериментально доказать возможность сочетания генов карликовости с хорошо адаптированным генным пулом.

7. Создать высокоурожайные полукарликовые сорта озимой пшеницы с высоким качеством зерна.

8. Разработать модели короткостебельных сортов с потенциальной урожайностью 10-11 т зерна с 1 га для основных почвенно-климатических зон Краснодарского края.

Основный положения вынесенные на защиту:

1. Сложная ступенчатая гибридизация на основе хорошо приспособленного к условиям региона селекционного материала как один из главных методов для "конвейера" сортов эффективной селекционной программы. Сорта можно создать используя простые, насыщающие, возвратные, конвергентные скрещивания, но для . обеспечения постоянного успеха все перечисленные скрещивания наиболее эффективны в системе сложной ступенчатой гибридизации.

2. Эффективность генов карликовости в создании высокопродуктивных короткостебельных сортов озимой пшеницы.

3. Усовершенствованная методика ускорения селекции на основе генетического анализа высоты растений и оценки связей в популяциях между высотой растений и их продуктивностью.

4. Критерии отбора и метод контроля при создании широкоадаптивных высокопродуктивных короткостебельных сортов.

5. Модели короткостебельных сортов для различных почвенно-климатических зон Краснодарского края.

Научная новизна результатов исследований. На обширном коллекционном и собственном материале в условиях орошения подтверждена основополагающая роль

короткостебельности в повышении устойчивости к полеганию, определена оптимальная высота высокопродуктивного устойчивого к полеганию, сорта. Проведен генетический анализ высоты растений и признаков продуктивности в системе диал-лельных, топкроссных скрещиваний и с использованием традиционного гибридологического анализа. Установлены типы действия и взаимодействия генов карликовости у семи источников и генетический контроль различий скрещиваемых сортов. Показан отрицательный плейотропный эффект различных генов карликовости на некоторые признаки продуктивности и пути его преодоления. Изучена эффективность отбора по высоте в популяциях, предложен источник гена карликовости в качестве донора для использования в ускоренных схемах селекции. Установлены эффективные критерии при отборе и браковке селекционного материала на урожай и адаптационные возможности. Доказана возможность создания высокопродуктивных полукарликовых сортов на основе генов карликовости 1Ш1 и 1Ш11, а также установлено, что стабильность урожая и уровень адаптивности являются свойствами индивидуального генотипа и не зависят от высоты стебля. Преодолено отрицательное действие генов карликовости, особенно ЯЬШ, на содержание белка, клейковины, массу 1000 зерен. Разработана и реализована принципиально новая модель короткостебельного сорта, показана необходимость возделывания 2-3 сортов такого типа для стабилизации урожаев в условиях высокого агрофона. Доказана роль сложной ступенчатой гибридизации и хорошо адаптированного к местным условиям материала, как основы непрерывного совершенствования пшеничного растения.

Практическая ценность работы. Экспериментально доказана эффективность использования Краснодарского Карлика 1 в ускорении селекционного процесса. Показана роль генов карликовости ЯШ и Юй11 в увеличении потенциала урожайности, при одновременном улучшении качества зерна. Созданы "сильные" по качеству сорта с генами Щц1 и ШШ1. Преодолен отрицательный эффект блока вШВЗ на качество зерна за счет взаимодействия с аллелями ОША4, С1<11А5, ОЫШ4, ОИШ7, ОМ6АЗ. Доказана высокая эффективность селекции полукарликовых сортов и ее вклад в увеличение урожайности в производстве.

Модель полукарликового сорта, предложенная академиком П.П.Лукьяненко реализована и развита в созданных сортах. Разработана новая модель полукарликового сорта и созданы сорта нового морфотипа. В результате многолетних исследований создано 24 сорта озимой мягкой пшеницы, одиннадцать из которых районированы и шесть проходят государственное сортоиспытание.

Реализация результатов исследований. Выведенные сорта нашли признание и широкое распространение в производстве. Полукарликовые сорта Спартанка, Ски-фянка и Юна районированы и возделываются в Краснодарском, Ставропольском краях, Ростовской области, Республиках Северного Кавказа, Калмыкии, странах СНГ - . Грузии, Азербайджане, Армении; Узбекистане, Таджикистане, Туркмении, Киргизии, Казахстане, в южных областях Украины. Ника Кубани и Офелия внедрены в Краснодарском крае, внедряются в Узбекистане, Армении, испытываются на Украине. Увеличиваются площади под новыми полукарликовыми сортами - Победа 50 - с повышенной зимоморозостойкостью и качеством зерна и Крошка - одним из самых высокоурожайных сортов. Сорт Бирлик районирован в Азербайджане, сорт Куйбышевка -в Западно-Казахстанской области Республики Казахстан. Сорт Полукарликовая 49 был районирован в Дагестане, Молдове, Запорожской и Днепропетровской областях Украины и за годы районирования занимал более 800 тыс. га. Сорт Спартанка в 1991 году в бывшем СССР высевался на площади 1,9 миллионов гектаров, уступив лишь

сорту Мироновская 808. В урожайном 1990 году сорт Спартанка высевался в Краснодарском крае на площади 384 тыс. га и внес большой вклад в рекордный урожай края

- 5,6 т/га. В ОПХ "Колос" с площади 850 га получили 9,46 т зерна с каждого гектара этого сорта. Начиная с 1991 года под короткостебельными сортами в крае ежегодно занято 40-65% площади посева, а в 1997 году - 547,8 тыс. га или 58%. Около 1,5 млн. га занимают сорта Скифянка и Юна в Ставропольском крае, Республиках Северного Кавказа, в странах Закавказья и Средней Азии.

Апробация работы. Исследования проведены в соответствии с планом научно-исследовательских работ Краснодарского научно-исследовательского института сельского хозяйства им. П.П.Лукьяненко по проблеме Р.01. "Создать и передать в ГСИ высококачественные сорта озимой мягкой и озимой твердой пшеницы, отвечающих требованиям современных ресурсосберегающих экологически безопасных (природоохранных) технологий для Северного Кавказа с урожайностью в зависимости от зоны и условий выращивания 6-11 т/га, достаточной зимостойкостью, засухоустойчивостью, скороспелостью, устойчивостью к полеганию, комплексу основных болезней". Номер Госрегистрации 01.9.60 012491. Основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзных научно-методических совещаниях по селекции короткостебелышх сортов пшеницы (Фрунзе, 1977; Куйбышев, 1978), на семинарах ВДНХ (Москва, 1985, 1989), на научной конференции посвященной 100-летию А.И.Носатовского (Краснодар, 1983), на международной конференции ученых стран-членов СЭВ (Одесса, 1981, Прага-Рузыне, 1987), на конгрессе Эукарпии (Голландия, 1988), на рабочем Японско-Российском совещании по вопросам селекции к низким температурам (Саппоро, 1994), на международных рабочих совещаниях по проблеме создания сортов альтернативного образа жизни (Краснодар, 1994; Турция, 1995), на 5-ой международной конференции по пшенице (Анкара, 1996), на международном симпозиуме по адаптации зерновых культур к низким температурам (Мартонвашар, 1997).

За достигнутые успехи в выведении и внедрении новых сортов автор диссертации награжден золотой медалью ВДНХ СССР, орденом Трудового Красного знамени и Золотой медалью имени академика П.П.Лукьяненко.

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации изложены в 47 научных работах и подтверждены созданием 24х сортов озимой мягкой пшеницы, 11 из которых внесены в Государственный реестр селекционных достижений Российской Федерации, Украины, Казахстана, Узбекистана, Молдовы, Таджикистана, Киргизии, Туркмении, Азербайджана, Армении, Грузии.

Структура работы. Диссертация изложена в форме научного доклада, состоит из общей характеристики работы. 9™ разделов экспериментальной части, включающей 12 таблиц и 9 рисунков, выводов и рекомендаций селекции и производству, списка опубликованных работ и авторских свидетельств.

Условия, исходный материал и методика проведения исследований. Экспериментальная работа выполнена в отделе селекции и первичного семеноводства пшеницы Краснодарского научно-исследовательского института сельского хозяйства им. П.П.Лукьяненко (КНИИСХ) расположенного в г.Краснодаре в период с 1971 по

_____ 1997гг. и на Северокубанской опытной станции (СКОС). С 1971 по 1990 год селекция

короткостебельных сортов проводилась в орошаемом севообороте, а с 1991 по Wrr.

- по паровым предшественникам без орошения. Краснодарский край относится к одному из благоприятных регионов России для возделывания озимой пшеницы. Для него характерна умеренная континентальность климата, при среднегодовом количе-

стве осадков 640 мм и среднегодовой температуре воздуха +11,3°С. При сравнительно мягких зимах (средняя месячная температура января -2,6°С) условия перезимовки не всегда благоприятны из-за резкой смены температур (от +10°...+15° до -20°...-25° и ниже), кратковременного снежного покрова, сильных восточных ветров, периодически повторяющихся пыльных бурь. За годы исследований наблюдались почвенные и воздушные засухи (1975, 1981, 1983, 1985, 1995) и избыточное увлажнение (1983, 1997), годы с неблагоприятными условиями перезимовки (1976, 1977, 1979, 1994, 1997), с эпифитотиями бурой, желтой ржавчины, фузариоза колоса, септориоза и т.д. Полегание в условиях орошения наблюдалось ежегодно. Почвы селекционного севооборота представлены сверхмощными, слабовыщелоченными, малогумуснымй черноземами. Содержание гумуса в пахотном слое менее 4%, Р20$ - более 20 мг, К20 -40-80 мг на ЮОг воздушно сухой почвы. РН нейтральная и составляет 6,8-7,2.

В селекционном орошаемом севообороте при возделывании пшеницы основное удобрение вносили под пахоту N75P105K40, подкормки N30 и N50, соответственно с возобновлением вегетации и в период колошения. Перед посевом проводили влагоза-рядковый полив с нормой 800-1000 м'/га. Вегетационные поливы назначались по нижнему порогу влажности почвы 75% от ППВ. В зависимости от условий влаго-обеспеченности их было 1 или 2 с нормой 300-500 м'/га. Поливы проводили дождевальной установкой ДДА-100М из открытых оросителей.

В качестве исходного материала использовали источники карликовости различного происхождения и новейшие обычные по высоте сорта созданные в КНИИСХ и других селекцентрах страны и за рубежом. В коллекционном питомнике в условиях орошения ежегодно изучали 250-400 образцов озимой пшеницы разных стран мира, которые пополняли питомник скрещиваний. Посев, наблюдения, учеты и анализы в поле и лаборатории п