Разработка новых методов селекции и семеноводство новых сортов зерновых культур

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет 32 с., 16 рис., 2 табл., 15 источников.

Ключевые слова: мутагены, пестициды, агрохимикаты, лазерное и свч-излучения, изменения, сортоиспытание, урожайность, продуктивность, оригинальные семена, питомники испытания потомства.

Объектом исследования являются яровой ячмень и яровая пшеница.

Цель работы – разработать новые методы мутационной селекции с использованием элементов нанотехнологий (лазерного и СВЧ-излучений) и химических антропогенных факторов. Оценить мутантные формы в контрольном питомнике, в конкурсном сортоиспытании, вывести новый сорт ячменя. Заложить питомники испытания и размножения для производства оригинальных семян ярового ячменя сорта Изумруд и яровой пшеницы сорта Ирень.

Работа проводилась по полной схеме селекционного процесса и оригинального семеноводства.

Конкурсное сортоиспытание 2019 года включало 2 контрольных сорта и 10 мутантов. Средняя урожайность ярового ячменя в отчетном году составила 68 ц/га. В качестве контроля использовался сорт Нур, у которого отмечена урожайность 66,6 ц/га. Наибольшая урожайность отмечена у мутанта М 5-11 – 70,2 ц/га. Все образцы показали меньшую урожайность по сравнению со стандартом Белгородский 100, но созревают на уровне скороспелого стандартного сорта.

Сорт ярового ячменя Изумруд, выведенный в Вятской ГСХА, внесен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Северо-Западному (3) и Волго-Вятскому (4) регионам РФ. Семена данного сорта приобретаются хозяйствами Кировской и Вологодской областей.

В П-1 2019 года было высеяно 1600 семей элитных растений ярового ячменя сорта Изумруд, яровой пшеницы сорта Ирень – 1400 семей.

В П-2 в 2019 году было высеяно 512 семей яровой пшеницы Ирень и 384 семьи – ярового ячменя сорта Изумруд

Произведено оригинальных семян (П-2) пшеницы сорта Ирень – 0,52 т, ячменя сорта Изумруд – 0,56 т. В питомнике размножения первого года (Р-1) получено 10 т семян ячменя сорта Изумруд и 11,7 т семян яровой пшеницы сорта Ирень. В питомниках размножения второго года (Р-2) произведено семян ячменя сорта Изумруд и яровой пшеницы сорта Ирень, соответственно 24 т и 25,8 т.

 

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Повышение конкурентоспособности, сокращение сроков создания сортов растений требует использования новейших био- и нанотехнологий. Наряду с созданием трансгенных растений методом биотехнологии в мире активно применяется экспериментальный мутагенез при создании исходного материала для селекции растений.

С использованием в селекции метода индуцированного мутагенеза в мире созданы и внедрены в производство более 3000 сортов растений у 154 видов с повышенными урожайностью, качеством продукции, устойчивостью к болезням и вредителям.

В настоящие время большой интерес представляет применение неионизирующего лазерного излучения оптического диапазона для индукции наследственных изменений у растений.

На кафедре биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии Вятской ГСХА имеется техническая возможность получения наследственных изменений на культуре ячменя под влиянием монохроматического, когерентного красного излучения с длиной волны 632,8 нм (источник гелий-неоновый лазер) и некогерентного излучения красного (633 нм) и дальнего красного диапазонов (754 нм). Обрабатывались семена, проростки и вегетирующие растения ярового ячменя различных сортов [1-6].

В результате нового метода индуцированного мутагенеза – фотомутагенеза были получены разнообразные мутантные формы, как селекционно-ценные (скороспелые, продуктивные, устойчивые к полеганию, с разным содержанием белка), так и интересные с генетической точки зрения (с различной длиной стебля, колоса и остей, разной интенсивностью воскового налета на отдельных частях растений, разнообразными хлорофилльными мутациями).

Восемьдесят три мутанта ярового ячменя, обладающие ценными признаками и свойствами, включены в основной каталог ВНИИР им. Н.И. Вавилова. С использованием лазерного излучения созданы три мутантных сорта: Квант 2, Вятский и Хлыновский.

Сорт Хлыновский получен при ночном облучении лазерным красным светом колосьев ячменя сорта Зазерский 85 в фазу молочной спелости. Сорт урожайный, низкорослый, устойчивый к полеганию, созревает на уровне сорта Биос 1, слабовосприимчив к пыльной головне.

Проблема экологической безопасности современного растениеводства требует комплексного подхода при изучении пестицидов, в том числе и генетических изменений растений под их воздействием. Наряду с увеличением урожайности, качества продукции, устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды химические вещества могут обладать побочным отрицательным воздействием – вызывать мутации.

На кафедре биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии проводится оценка новых пестицидов и агрохимикатов на мутагенную активность с использованием биологического теста (ярового ячменя) и разрабатываются рекомендации по их применению. Подобная комплексная оценка влияния пестицидов и агрохимикатов на генетический аппарат растений в РФ проводится впервые. Биологические тесты используются и за рубежом, но они не дают такой полной оценки, какая обеспечивается при применении разработок Вятской ГСХА.

На основе многолетних исследований по выявлению мутагенной активности пестицидов (фунгицидов и регуляторов роста) и агрохимикатов при обработке семян предложены способы получения исходного материала для селекции растений. Получен разнообразный исходный материал для селекции ячменя. Выведены новые мутантные сорта ячменя: Слободской, Гид, Изумруд.

Сорт Изумруд получен при обработке семян ячменя сорта Биос 1 биологическим препаратом Агат 25К 120 г/т. Сорт урожайный, среднеспелый.

Преимущества пестицидов, используемых в качестве «мягких» мутагенов, заключаются, прежде всего, в том, что они доступны, имеют низкую «токсичность» для человека и теплокровных по сравнению с химическими супермутагенами. Применение протравителей семян и агрохимикатов в качестве мутагенов позволит получить исходный материал для селекции ярового ячменя и пшеницы, сократить сроки выведения сорта на 4 года, снизить затраты на 26%.

Цель исследований – разработать новые методы мутационной селекции с использованием элементов нанотехнологий (лазерного и СВЧ-излучений) и химических антропогенных факторов. Оценить мутантные формы в контрольном питомнике, в конкурсном сортоиспытании, вывести новый сорт ячменя. Заложить питомники испытания и размножения для производства оригинальных семян ярового ячменя сорта Изумруд и яровой пшеницы сорта Ирень.

1 Разработка методов создания исходного материала и селекции ярового ячменя

1.1 Методы исследований

Объектом исследования является яровой ячмень, который представляет особую ценность в исследованиях по мутагенезу. Яровой ячмень обладает коротким вегетационным периодом, агротехника его сравнительно проста. Ячмень является автогамным и поэтому генетически более гомогенен. В мутационно-генетическом отношении ячмень вследствие своей диплоидности выгодно отличается от других злаков более высокой частотой мутирования [6, 7].

Закладка полевых опытов. Полевые исследования проводились на учебно-опытном поле Вятской ГСХА. Почва участка дерново-среднеподзолистая, по гранулометрическому составу среднесуглинистая.

Для получения исходного материала использовали физические и химические, биологические мутагенные факторы. Семена ячменя обрабатывали мутагенными факторами за один день до посева или в день посева. Контролем служили семена, обработанные дистиллированной водой.

Семена сухие или замоченные в растворе химических веществ облучали в лаборатории СВЧ-излучением, лазерным красным светом и дальним красным светом. В качестве источника СВЧ-лучей был абонентский терминал ZTE MF 180 (USB-модем, предназначенный для работы в стандарте 3G с частотой 2100 МГц). Для получения лазерного излучения использовали гелий-неоновый лазер (установка ЛОБО-2 с длиной волны 632,8 нм (рисунок 1). Дальний красный свет (754 нм) получали от электрической лампы накаливания через интерференционный светофильтр с применением осветителя ОИ-19 (рисунок 2). Режим облучения ЛКС и ДКС непрерывный, экспозиция 120 минут, плотность мощности луча 0,1 мВт/см².

В каждом варианте обрабатывали и высевали 500 семян (по 125 зёрен на делянку при 4-х кратной повторности). Посев проводили вручную, расстояние между рядками 15 см, площадь делянки 1 м². Размещение делянок систематическое, в два яруса.

Рисунок 1 – Лазерная установка ЛОБО-2

Рисунок 2 – Установка для облучения семян дальним красным светом

В нулевом и первом поколениях (М₀ и М₁) проводили учёт полевой всхожести семян, выживаемости растений ячменя, анализ динамики их развития, изменчивости количественных признаков (рисунок 3).

Рисунок 3 – Делянки опыта в первом поколении

после обработки семян мутагенными факторами

Для определения реакции растений ячменя в М₁ на воздействие факторов был использован средний суммарный показатель депрессии или стимуляции [8].

Во втором поколении (М₂) посемейно высевали семена с главного колоса растений первого поколения (рисунок 4).

Рисунок 4 – Вид опытного участка. Фаза начала колошения ячменя (М₂)

В течение вегетационного периода в М₂ проводили учёт хлорофилльных мутаций (рисунок 5) по классификации, разработанной Ю. Калам, Т. Орав [7], выделяли растения с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от исходного сорта (контроля); определяли спектр новообразований и частоту семей с изменениями в процентах к общему числу высеянных семей в варианте.

а) б)

в) г)

Рисунок 5 – Хлорофилльные мутации ячменя:

а) viridoalbostriata; б) albovirescens; в) albina; г) viridostriata

В третьем поколении (М₃) проверяли наследование измененных признаков, выделенных в М₂. Частоту мутаций в М₃ определяли отношением числа семей с мутантными признаками к количеству семей, изучаемых во втором поколении. Долю семей с мутационными изменениями в М₃ определяли по числу семей с мутациями к числу семей с измененными признаками в М₂ (рисунок 6) [9].

Рисунок 6 – Вид опытного участка. Фаза полного кущения ячменя (М₃-М₄)

Мутантные формы с хозяйственно-полезными признаками, представляющие интерес для селекции, оценивали на урожайность по методике конкурсного сортоиспытания (КСИ) [10].

Конкурсное сортоиспытание. Учетная площадь делянок 25 м². Размещение систематическое, повторность 4-х кратная. Норма высева — 5 млн. всхожих семян на 1 га. Посев проводили сеялкой ССФК-6. Для закладки КСИ использовались семена мутантов ярового ячменя, полученных на кафедре, с лабораторной всхожестью 94-98%. Размещение делянок систематическое со смещением во втором ярусе.

Контролем служил стандартный сорт ячменя по Кировской области Белгородский 100. Для сравнительной оценки среднеспелых сортообразцов использовался сорт ярового ячменя Нур.

Уборку проводили комбайном «Terrion 2010» (рисунок 7). Элементы структуры продуктивности растений определяли по сноповым образцам с учетных площадок.

Рисунок 7 – Селекционно-семеноводческий комбайн «Terrion 2010»

при уборке питомников испытания потомств

1.2 Результаты исследований

Опыт 1. Эффективность предпосевной обработки биопрепаратами семян ярового ячменя сорта Белгородский 100 в первом поколении (M₁).

В 2019 году был заложен опыт по изучению мутагенного действия различных биологических соединений (удобрений) (М₁) на ячмене сорта Белгородский 100. M₁ включает в себя 10 вариантов, которые испытывались на сорте Белгородский 100 (раннеспелый). Опыт размещался на делянках площадью 4,5 м². Норма высева 500 семян на 1 м². Посев в 4-х кратной повторности со смещением вариантов. В первом поколении высевались семена, обработанные водными растворами биопрепаратов (ризоагрин, псевдобактерин-2, Ж, флавобактерин, микробиологическое фосфорное удобрение, гумат+7, азолен Ж, азотовит, фосфатовит, калийвит) в нормах, рекомендованных производителем (1 л/т). Контролем служили семена ячменя, обработанные водой (20 л/т). Проводились фенологические наблюдения за растениями М₁. После уборки измерялись количественные показатели (общая и продуктивная кустистость, длина стебля и колоса, количество колосков в колосе и масса зерна с него), оценивалось влияние биопрепаратов на урожайность ячменя сорта Белгородский 100.

При использовании биопрепаратов для обработки семян наблюдалось увеличение полевой всхожести на 3,2…7,6% по сравнению с контролем, отмечалось снижение выживаемости растений на 0,8…2,3% к уборке по сравнению с контролем. Так, при обработке семян препаратом азотовит наблюдается максимальное увеличение как полевой всхожести на 7,6%, так и выживаемости растений на 1,5% по сравнению с контрольным вариантом, показатели у которого составили соответственно 63,6% и 91,2%. Урожайность ярового ячменя увеличилась во всех вариантах опыта по сравнению с контролем (5,38 т/га). Условно можно разделить биопрепараты на группы по прибавке урожайности: +5…10% – ризоагрин и псевдобактерин-2, Ж; +10…15% – МБФУ и фосфатовит; +15…20% – флавобактерин, гумат+7, азолен Ж, азотовит, калийвит.

Опыт 2. Влияние протравителей семян на рост и развитие растений ярового ячменя сорта Белгородский 100 в первом поколении (M₁).

В 2019 году был заложен опыт по изучению мутагенного действия различных протравителей семян (М₁) на яровом ячмене сорта Белгородский 100. M₁ включал в себя 10 вариантов, которые испытывались на сорте Белгородский 100 (раннеспелый). Опыт размещался на делянках площадью 4,5 м², повторность 4-х кратная. Норма высева 500 семян на 1 м². В первом поколении высевались семена, обработанные водными растворами протравителей (дивидент стар, алькасар, аттик, дозор, тебузил, оплот, сестива, анкер трио, флуцит), в нормах, рекомендованных производителем. Контролем служили семена ячменя, обработанные водой (20 л/т). Проводились фенологические наблюдения за растениями М₁. После уборки измерялись количественные показатели (общая и продуктивная кустистость, длина стебля и колоса, количество колосков в колосе и масса зерна с него), оценивалось влияние протравителей семян на урожайность ячменя сорта Белгородский 100.

При использовании протравителей семян почти во всех вариантах опыта наблюдалось увеличение полевой всхожести на 2,4…10,6% и выживаемости растений на 0,4…3,2% к уборке по сравнению с контролем, отмечалось очень слабое снижение данных показателей только у препарата флуцит. Так, при обработке семян протравителем сестива наблюдается максимальное увеличение как полевой всхожести на 10,6%, так и выживаемости растений на 3,2% по сравнению с контрольным вариантом, показатели у которого составили соответственно 52,4% и 80,9%. Урожайность ярового ячменя увеличилась во всех вариантах опыта по сравнению с контролем (5,47 т/га). По прибавке урожайности протравители семян можно разделить на группы: до +5% – дозор, тебузил, сестива, анкер трио (1,0…3,8%); +5…10% – дивидент стар и оплот (5,5…6%); +10…15% – алькасар, аттик, флуцит (11,9…15,4%).

Опыт 3. Изучение мутагенного действия предпосевной обработки биопрепаратами семян на яровой ячмень сорта Белгородский 100 (M₂).

В 2018 году был заложен опыт по изучению мутагенного действия раз-личных биологических соединений (М₁) на ячмене сорта Белгородский 100. M₂ включал в себя 10 вариантов, которые испытывались на раннеспелом сорте Белгородский 100. Во втором поколении (2019 год) высевались семена, обработанные водными растворами биопрепаратов (ризоагрин, псевдобактерин-2, Ж, флавобактерин, микробиологическое фосфорное удобрение, гумат+7, азолен Ж, азотовит, фосфатовит, цианобактерин). Проводились фенологические наблюдения за растениями М₂. После уборки измерялись количественные показатели (общая и продуктивная кустистость, длина стебля и колоса, количество колосков в колосе и масса зерна с него).

Рисунок 8 – Выделение изменённых растений (М2)

В 10 вариантах М₂ высеяно 3062 семьи, в период вегетации проводился отбор семей с хлорофилльными и морфофизиологическими отклонениями от исходного сорта, отмечались фенологические фазы развития растений. В контрольных вариантах измененных растений не обнаружено. Из 3062 изучаемых семей в 28 (0,91%) были обнаружены хлорофилльные мутации. На сорте Белгородский 100 хлорофилльные мутации обнаружены под действием всех форм биопрепаратов (от 1 до 5 в варианте). Наибольшее количество отмечено под действием ризоагрин и псевдобактерин-2, Ж (1л/ т) – 5 шт. (1,61 … 1,62%). Семей с морфофизиологическими изменениями выделено 60 во всех вариантах опыта, частота и спектр их изучается, т.к. в каждой семье может быть несколько измененных признаков.

Опыт 4. Изучение мутагенного действия предпосевной обработки протравителями семян на яровой ячмень сорта Белгородский 100 (M₂).

В 2018 году был заложен опыт по изучению мутагенного действия различных протравителей семян (М₁) на яровом ячмене сорта Белгородский 100. M₂ (2019 года) включал в себя 10 вариантов, которые испытывались на раннеспелом сорте Белгородский 100. Во втором поколении высевались семена, обработанные водными растворами протравителей (дивидент стар, алькасар, аттик, дозор, тебузил, оплот, сестива, анкер трио, флуцит). Проводились фенологические наблюдения за растениями М₂. После уборки измерялись количественные показатели (общая и продуктивная кустистость, длина стебля и колоса, количество колосков в колосе и масса зерна с него).

В 10 вариантах М₂ высеяно 2321 семья, в период вегетации проводился отбор семей с хлорофилльными и морфофизиологическими отклонениями от исходного сорта, отмечались фенологические фазы развития растений. В контрольных вариантах измененных растений не обнаружено. Из 2321 изучаемых семей в 27 (1,16%) были обнаружены хлорофилльные мутации. На сорте Белгородский 100 хлорофилльные мутации обнаружены под действием всех форм протравителей семян (от 1 до 4 в варианте). Наибольшее количество отмечено под действием алькасара и флуцита в рекомендованных нормах – 4 шт. (1,74 … 1,94%). Семей с морфофизиологическими изменениями выделено 67 во всех исследуемых веществах опыта, частота и спектр их изучается, т.к. в каждой семье может быть несколько измененных признаков.

Опыт 5. Изучение изменчивости растений ячменя сорта Изумруд под действием гербицидов – производных мочевины на яровом ячмене сорта Изумруд (М₂).

В 2019 году было продолжено изучение мутагенного действия гербицидов на основе сульфонилмочевины на ячмене сорта Изумруд. Посев второго поколения (М₂) проводился семенами первого поколения (М₁) ячменя сорта Изумруд, полученных в 2018 году. Посевы ячменя в нулевом поколении (М₀) в фазу кущения опрыскивали гербицидами кортес (8, 8 и 160 г/га), ларен про, ВДГ (10, 100, 200 г/га), гранстар про, ВДГ (20, 200, 400 г/га). Расход рабочей жидкости — 200 л рабочего раствора на 1 га посевов. Контролем служили растения ячменя, обработанные водой (200 л/га).

Было посеяно второе поколение. Опыт размещался на 20 делянках площадью 25 м² каждая. Для посева второго поколения использовались семена с главного колоса каждого растения первого поколения. Всего было высеяно 1179 семей.

В течение вегетационного периода проводился отбор хлорофилльных мутаций, выделялись семьи с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от исходного сорта контроля. После уборки измененных растений определялись показатели их продуктивности. Было выявлено 119 семей с измененными растениями, что составило 10,09% от общего количества высеянных семей в опыте. Наибольший процент измененных форм 14,78% отмечен в варианте с системным протравителем семян Кортес (8 г/га), а наименьший в контроле. Встречались изменения количественных признаков, длины вегетационного периода. Исследования будут продолжены в следующем году.

Опыт 6. Эффективность мутагенного действия инсектицидов на яровом ячмене сорта Изумруд (М₂).

В 2019 году продолжено изучение инсектицидов протравителей семян. Было посеяно второе поколение: обработка растений ячменя инсектицидами, синтетическими пиретроидами в фазу кущения для изучения защитного и мутагенного действия препаратов на яровом ячмене сорта Изумруд. Проводились фенологические наблюдения за растениями М₂. Проводились наблюдения за растениями М₂: выделение хлорофилльных мутаций и морфофизиологических изменений. После уборки измерялись количественные показатели, данные по ним обрабатываются.

Опыт 7. Создание исходного материала для селекции ярового ячменя при использовании лазерного красного света и СВЧ-облучения (М₂).

Было продолжено изучение мутагенного действия лазерного красного света и СВЧ-облучения на ячмене сорта Изумруд. Посев второго поколения (М₂) проводился семенами первого поколения (М₁) ячменя сорта Изумруд, полученных в предыдущем году. Опыт включал следующие варианты: 1 – контроль Изумруд (сухие семена); 2 – ЛКС 1 час (сухие семена); 3 – ЛКС 2 часа (сухие семена); 4 – СВЧ 1 час (сухие семена); 5 – СВЧ 2 часа (сухие семена); 6 – лазер 1 час и СВЧ 1 час (сухие семена); 7 – СВЧ 1 час и лазер 1 час (сухие семена); 8 – ЛКС 1 час (замоченные семена); 9 – СВЧ 1 час (замоченные семена); 10 – лазер 1 час + СВЧ 1 час (замоченные семена); 11 – СВЧ 1 час + ЛКС 1 час (замоченные семена); 12 – контроль Изумруд (замоченные семена). Было посеяно второе поколение. Опыт размещался на 20 делянках площадью 25 м² каждая. Для посева второго поколения использовались семена с главного колоса каждого растения первого поколения. Всего было высеяно 2531 семья.

В течение вегетационного периода проводился отбор хлорофилльных мутаций, выделялись семьи с видимыми морфологическими и физиологическими отклонениями от исходного сорта контроля. После уборки измененных растений определялись показатели их продуктивности. Было выявлено 52 семьи с хлорофилльными изменениями, что составляет 2,05% от общего количества высеянных семей в опыте. Обработка сухих семян совместно ЛКС и СВЧ ведет к достоверному увеличению частоты хлорофилльных мутаций до 3,35…3,61%. Наибольший процент измененных форм 3,61% отмечен в варианте совместного применения СВЧ + ЛКС, а наименьший — в контроле. Встречались изменения количественных признаков, длины вегетационного периода. Исследования будут продолжены в следующем году.

Опыт 8. Оценка коллекции индуцированных мутантов как исходного материала для селекции ярового ячменя.

Коллекционный питомник был заложен на опытном поле в мае 2019 года в количестве 90 делянок без повторности. Второй питомник комплексного изучения контрастных гибридов F₄ по ряду хозяйственно-полезных признаков был заложен в количестве 20 делянок. Учетная площадь делянок каждого номера составила 1 м², расстояние между делянками 15 см.

Рисунок 9 – Подсчет растений в коллекционном питомнике

С июня по конец августа 2019 года проведены фенологические наблюдения в период вегетации, отмечались сроки прохождения фенофаз каждого образца коллекции и контрольных сортов, оценивалась склонность к полеганию растений в баллах на завершающем этапе вегетации, а также их видимые морфологические и физиологические особенности в сравнении с контролем (исходным сортом).

В течение вегетационного периода 2019 года у большинства мутантных образцов коллекции наблюдалось увеличение средней длины стебля, в отличие от вегетационного периода 2018 года, что можно связать со сложившимися погодными условиями. Максимальная длина стебля наблюдалась у образца № 107, полученного из сорта Дина (разновидность pallidum). Минимальная длина стебля традиционно у мутанта № 80, полученного из сорта Зазерский 85.

Осенью 2019 года произведена ручная обработка образцов коллекции. В настоящее время проводится математическая и статистическая обработка данных по элементам структуры продуктивности.

Опыт 9. Изучение характера наследования отдельных признаков у гибридов и мутантов ячменя.

В отчетном году в коллекционном питомнике было высеяно 22 образца, из них: 1 сорт, 1 мутант и 3 дителосомика, выбранные в качестве родительских форм для гибридизации; 17 гибридов, полученных ранее на кафедре.

У гибридов отмечена зависимость длины стебля, остей и массы зерна с колоса. Наследование длины остей идет по принципу неполного доминирования.

Отобраны мутантные формы с хозяйственно-полезными признаками, представляющие интерес для селекции, и мутанты, ценные с точки зрения генетики изучаемых признаков: длины стебля, длины остей.

1.3 Контрольный питомник (КП)

В контрольном питомнике (КП) площадь каждой делянки 5 м², повторность 4-х кратная, норма высева – 4,5 млн всхожих зерен на 1 м², контроль – сорт Белгородский 100, являющийся стандартом для зарегистрированных сортов по Кировской области. Исходным материалом при получении мутантов был ячмень сорта Белгородский 100, созданный методом гибридизации (Гонар × Аннабель) с последующим индивидуальным отбором в ОАО НПФ «БЕЛСЕЛЕКТ» (Белгородская обл.).

В 2019 году изучалось 9 образцов, отличающихся по длине вегетационного периода, длине стебля, урожайности и другим признакам:

— 4 селекционно-ценных мутантных образца: 2-37-6, 4-16-3, 6-7-х, 9-5-3, получены под влиянием карбоната натрия (Na₂CO3), лазерного и дальнего красного света;

— 5 селекционно-ценных мутантных образцов: 6-10, 10-12, 12-5 (среднеспелые), 2-14, 12-7 (раннеспелые), получены под влиянием обработки семян карбонатом калия и излучением красного диапазона (рисунок 10).

Рисунок 10 – Изучение мутантов ярового ячменя в контрольном питомнике

(фаза начала колошения)

Среди изучаемых образцов один изучаемый образец 12-5, полученный в варианте обработки семян ДКС+К₂CO₃ 0,1М+ЛКС, показал урожайность выше (+ 2,2 ц/га или +4,1%) стандартного сорта Белгородский 100 (54,4 ц/га).

1.4 Конкурсное сортоиспытание

Конкурсное сортоиспытание 2019 года включало в себя 12 образцов, которые высевались в 4-х кратной повторности. Площадь 1 делянки 25 м². Посев проведен 10 мая. Уборка осуществлялась 30 августа малогабаритным комбайном «Terrion-2010». В качестве стандарта использовался сорт Белгородский 100 и в качестве контрольного – Нур.

Мутанты получены с применением различных физических и химических факторов на семена ярового ячменя Биос 1:

— облучение семян лазерным и дальним красным светом: М 5-11 – облучение ЛКС, М 6-10 – облучение ДКС;

— замачивание семян в растворе Na₂CO₃: М 2-37-6 – 0,1н Na₂CO₃, М 4-16-3 – 0,1н Na₂CO₃;

— парная обработка семян раствором солей и облучение красным светом: М 8-3-013 – ЛКС + 0,1н Na₂CO₃, М 9-5-3 – 0,1н Na₂CO₃+ДКС, М 10-12 – ДКС + К₂СО₃ 0,1 М, М 11-13-Ха – ЛКС + Na₂CO₃ 0,1н + ДКС;

— парная обработка семян растворами солей К и Na: М 4-10 – K₂CO₃ 0,1н + Na₂CO₃ 0,1н, М 5-3 – Na₂CO₃ 0,1н + K₂CO₃ 0,1 М (рисунок 11).

Рисунок 11 – Конкурсное сортоиспытание мутантов ячменя

По результатам дисперсионного анализа средняя урожайность по вариантам колебалась от 63,7 ц/га до 71,7 ц/га, что выше уровня предыдущего года на 38…45 ц/га (средняя урожайность ячменя в 2018 году 27,1 ц/га). Средняя урожайность ярового ячменя в данном году составила 68 ц/га. В качестве контроля использовался сорт Нур, у которого отмечена урожайность 66,6 ц/га.

У некоторых образцов (мутантов) отмечено существенное увеличение урожайности по сравнению с контролем Нур – на 3,5…3,7 ц/га.

Наибольшая урожайность по сравнению с контролем Нур отмечена у образца М 5-11– 70,2 ц/га.

Практически все образцы показали тенденцию к увеличению урожайности по сравнению со стандартом Белгородский 100: наибольшее повышение сбора урожая отмечено у мутантов М 4-10, М 8-3-013 и М 5-11– 2,5…2,7 ц/га (НСР₀₅ – 3 ц/га). Созревают на уровне стандартного сорта.

Питомник размножения мутантов ячменя

В питомнике размножения мутантов ячменя высевались перспективные сортообразцы, выделившиеся по комплексу хозяйственно-ценных признаков за предыдущие 3 года изучения в конкурсном сортоиспытании. Площадь производственного посева 0,4-0,6 га – М 8-3-013 (ЛКС + 0,1н Na₂CO₃), М 5-11 (облучение ЛКС), М 5-3 (Na₂CO₃ 0,1н + K₂CO₃ 0,1 М). Урожайность мутантов составила, соответственно, 2,9; 3,9; 2 т/га (рисунок 12).

Рисунок 12 – Питомник размножения мутантов ярового ячменя

Лучшие показатели у мутанта 5-11 – образец слабо поражался головневой инфекцией и имел самый низкий балл по полеганию.

1.5 Государственное сортоиспытание

С 2014 года сорт ярового ячменя Изумруд внесен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Волго-Вятскому (4) региону РФ и районирован по Кировской области. Семена данного сорта приобретаются хозяйствами Кировской и Вологодской областей.

Сорт Изумруд создан методом индуцированного мутагенеза с последующим отбором при обработке семян ячменя сорта Биос 1 препаратом Агат 25К с нормой расхода 120 г/т (авторы: Дудин Г.П., Помелов А.В., Емелев С.А.).

По результатам сортоиспытания 2017-2018 гг. в Кировской области сорт Изумруд показал среднюю урожайность 43,9 ц/га, у стандарта Белгородский 100 – 45,4 ц/га. Сорт не поражался пыльной головней, созревал на 2 дня позднее стандарта, по засухоустойчивости и полегаемости был на уровне стандарта. Максимальная урожайность 58 ц/га в 2017 г. у сорта Изумруд была получена на Советском госсортоучастке.

Для государственного сортоиспытания в 2017 году в Кировском филиале Государственной комиссии по испытанию и охране селекционных достижений переданы три селекционных номера: М 8-3-013, М 5-11 и М 5-3.

2 Совершенствование схем семеноводства и технологий размножения новых сортов

Зерновое производство Российской Федерации традиционно является основой всего продовольственного комплекса и наиболее крупной отраслью сельского хозяйства. От ее развития в значительной степени зависит обеспечение населения продуктами питания, его жизненный уровень.

Зерно – важнейший источник доходов для абсолютного большинства его производителей, оно составляет значительную часть сырья предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности, тем самым во многом формирует межотраслевые корпорации не только в агропромышленном комплексе, но и во всей экономике страны.

В современных условиях важнейшим фактором, определяющим рост производства зерна, является рост урожайности. Решить же вопрос роста урожайности можно лишь путем целого комплекса мероприятий, среди которых существенную роль играет семеноводство.

Семеноводство – специальная отрасль сельскохозяйственного производства, обеспечивающая массовое размножение сортовых семян и получение гибридных семян при сохранении их чистосортности, биологических и урожайных качеств.

Цель семеноводства – наиболее полная реализация урожайных возможностей сорта, сохранение наиболее важных его хозяйственно-биологических свойств, размножение высококачественных сортовых семян до необходимого количества.

Задачи семеноводства:

— быстрое размножение новых районированных сортов;

— поддержание сортовых качеств ранее районированных сортов.

Четко налаженная система семеноводства предусматривает организацию двух взаимосвязанных процессов: сортосмену и сортообновление, т.е. замену старых сортов на новые, более урожайные, и периодическое обновление семян, возделываемых в производстве сортов (замена семян низших репродукций на более высококачественные элитные семена).

Система семеноводства – это совокупность функционально взаимосвязанных физических и юридических лиц, осуществляющих деятельность по производству оригинальных, элитных и репродукционных семян [10].

Принципы организации семеноводства едины. Они должны быть положены в основу всех семеноводческих объединений. Однако в настоящее время, когда переходный период формирования системы семеноводства в целом еще не закончен, во многих республиках и зонах существуют некоторые структурные отличия, связанные с реальными возможностями семеноводства в данных условиях и сложившейся практикой.

Определились следующие основные формы концентрации производства семян:

а) семеноводство сосредоточивается в специализированных семеноводческих хозяйствах с расчетом обеспечения потребности агропредприятий, не производящих собственных семян;

б) крупные хозяйства организуют производство, обработку и хранение семян в семеноводческих отделениях и бригадах с расчетом полного обеспечения потребности хозяйства в сортовых семенах;

в) для районов с неблагоприятными климатическими условиями, где семеноводство неустойчиво, производство семян организуется в специализированных семеноводческих хозяйствах в более благоприятных зонах.

Система семеноводства различных сельскохозяйственных культур в Кировской области приведена на рисунке 13.

Рисунок 13 – Система семеноводства зерновых культур

Работу по производству оригинальных семян в Кировской области наряду с ГНУ НИИСХ Северо-Востока, Фаленской селекционной станцией выполняет и лаборатория селекции и семеноводства зерновых культур кафедры биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии агрономического факультета ФГБОУ ВО Вятская ГСХА.

Сорта сельскохозяйственных культур характеризуются совокупностью хозяйственно полезных качеств, сохранение которых в процессе их массового размножения – одна из главных задач семеноводства. В ее решении исключительно важную роль играет первичное семеноводство, т.е. организация, методика и техника выращивания оригинальных семян. Качество элиты в значительной мере предопределяет ценность семян последующих репродукций.

Выращивание элитных семян начинается в первичных звеньях семеноводства, где применяют оценку потомств по комплексу важнейших признаков и свойств, присущих сорту, осуществляют отбор лучших и браковку худших потомств, обеспечивая сохранение всех особенностей сорта. Лучше всего сорт может поддерживать в первоначальном виде его оригинатор – научно-исследовательское учреждение путем систематической передачи семян из питомника размножения другим учреждениям, занимающимся размножением этого сорта.

Одним из основных приемов в семеноводстве является сортообновление – это замена семян, ухудшивших свои биологические и хозяйственные свойства на лучшие семена этого же сорта. Основой обновления семян является элита.

Элита – это потомство лучших отобранных растений данного сорта, наиболее полно передающее все его признаки и свойства. Основным методом поддержания сорта на уровне его генетических возможностей является отбор.

2.1 Методика исследований

Для выращивания высококачественных элитных семян в системе семеноводства используют методы отбора: индивидуально-семейный или массовый.

В нашей лаборатории используется метод индивидуально-семейного отбора с двухгодичной оценкой потомств (рисунок 14).

Питомник испытания потомств 1-го года (П-1). Для закладки питомника испытания потомств 1-го года яровых ячменя и пшеницы использовали семена с колосьев, отобранных в питомнике размножения, типичных для сортов элитных растений, не пораженных болезнями и вредителями.

В целях получения планируемого числа исходных растений или колосьев для закладки питомника испытания потомств 1 года отбирали их в 3-4 раза больше необходимого количества, чтобы в условиях лаборатории отобрать самые лучшие родоначальные растения. При этом обращали внимание на типичность растений, колосьев, зерна.

Рисунок 14 – Схема производства оригинальных семян

Число потомств в этом питомнике зависит и от коэффициента размножения семян возделываемой культуры и объема производства элиты. Стандартом служили семена суперэлиты, контроль высевали в питомнике через каждые 40 потомств на делянках равного размера. В течение всего вегетационного периода проводили тщательный уход за посевами – прополку от сорняков, рыхление междурядий.

Полевая оценка потомства в П-1 проводилась на основе комплекса хозяйственно-важных признаков: продуктивной кустистости, выравненности растений в пределах семьи, устойчивости растений к болезням и вредителям, величине и озерненности колоса, типичности его для конкретного сорта. Семьи сравнивали между собой и со стандартом. Выделенные в процессе наблюдений и оценок худшие потомства выбраковывали и полностью удаляли из питомника перед уборкой.

Оставшиеся лучшие семьи убирали вручную раздельно, связывали в снопики, этикетировали. Обмолачивали колосья на селекционной молотилке. Семена каждого номера ссыпали в мешочки и снабжали этикетками снаружи и внутри. В лаборатории у каждой семьи определяли массу семян. По результатам обработки вариационного ряда массы семян всех семей определяли среднюю арифметическую массы семян (), стандартную ошибку доли (δ).

Все потомства с объемом семян равные +2δ ≥ ≥ — δ оставляли для посева, другие выбраковывали.

Семена оставшихся лучших потомств использовали для закладки питомника испытания потомств 2-го года (П-2), предназначенного для дальнейшего отбора лучших и выбраковки худших потомств. Размещали ячмень по хорошему предшественнику – озимой ржи. Для контроля через каждые 30 потомств сеяли семена суперэлиты.

Тщательный уход за посевами проводили в те же сроки, а потомства оценивали по тем же признакам, что и в предшествующем питомнике.

Перед уборкой проводили глазомерную оценку потомств по продуктивности, сравнивали их друг с другом и со стандартом. Худшие потомства выбраковывали, оставшиеся лучшие потомства убирали комбайном отдельно и после лабораторного просмотра, оценки и браковки по зерну и урожайности объединяли. Полученные семена использовали для закладки питомника размножения 1-го года (Р-1).

Цель питомника размножения – максимально быстро размножить семена данного сорта при одновременном сохранении и поддержании их высокой сортовой чистоты и урожайных качеств.

Посев проводили протравленными семенами в лучшие агротехнические сроки с одновременным внесением минеральных удобрений.

В течение вегетационного периода в целях полного исключения сортового засорения неоднократно проводили видовые и сортовые прополки. В фазу начала полной спелости семян была проведена апробация посевов [11,12].

Уборка питомников размножения была проведена в оптимальные сроки комбайном «ПАЛЕССЕ GS812» (рисунок 15).

Рисунок 15 – Зерноуборочный комбайн КЗС-812 «ПАЛЕССЕ GS812»

Полученный урожай после сушки был тщательно отсортирован, затарен в мешки с этикетками внутри и снаружи и уложен в штабеля, согласно стандарту [13, 14].

2.2 Результаты работы по оригинальному семеноводству

В настоящее время в лаборатории селекции и семеноводства зерновых культур ведется работа по производству оригинальных семян зарегистрированных сортов в РФ яровой пшеницы сорта Ирень и ярового ячменя сорта Изумруд [15].

Для посева питомника П-1 в 2019 году в посевах суперэлиты в 2018 году в фазе полной спелости семян были отобраны элитные растения. В лабораторных условиях каждый отобранный колос обмолачивался и взвешивался отдельно, семена с каждого колоса размещались в отдельный селекционный пакет. По результатам математической обработки полученных данных колосья с самой высокой и низкой массой зерна выбраковывались, а остальные – высевались в питомнике испытания потомств первого года (П-1).

В П-1 2019 года было высеяно семян элитных растений ярового ячменя сорта Изумруд – 1600 семей, яровой пшеницы Ирень – 1400 семей. Каждая семья (потомство одного колоса) высевалась в отдельный ряд, через 40 семей располагали контроль.

В период созревания низкоурожайные, больные, нетипичные для сорта семьи выбраковывались, остальные убирались посемейно и обмолачивались, семена с каждого снопа упаковывались отдельно. После обмолота в лаборатории семена каждой семьи взвешивали и проводили математическую обработку данных. Семьи, находящиеся по продуктивности в пределах нормы реакции сорта (-δ < х < +2δ), высеваются на следующий год в питомник испытания потомств второго года (П-2).

В питомнике испытания потомств П-2 в 2019 году было высеяно 512 семей яровой пшеницы Ирень и 384 семьи – ячменя сорта Изумруд (рисунок 16).

Рисунок 16 – Питомники испытания потомства второго года (П-2): яровой пшеницы сорта Ирень (слева), ярового ячменя сорта Изумруд (справа)

В таблице 1 приведены площади, объем произведенных оригинальных семян в питомнике испытания потомств 2 года.

Таблица 1 – Производство оригинальных семян (П-2) ярового ячменя

и пшеницы в 2019 году

Культура	Сорт	Площадь, га	Объем семян, ц	Урожайность, ц/га
Яровой ячмень	Изумруд	0,11	5,6	50,9
Яровая пшеница	Ирень	0,11	5,2	47,3

После визуальной браковки в поле худших семей, лучшие убраны и объединены. После сушки и сортирования получили кондиционные семена (П-2) ярового ячменя сорта Изумруд 5,6 ц и пшеницы сорта Ирень – 5,2 ц.

Дальнейшее размножение семян яровой пшеницы сорта Ирень проводилось в 2019 году в питомнике размножения потомств 1-го года (Р-1) на площади 4,8 га (таблица 2). Объем полученных кондиционных семян составил 11,7 т.

Таблица 2 – Площади и валовой сбор семян ярового ячменя и пшеницы

в питомниках Р₁ и Р₂ в 2019 году

Культура	Сорт	Площадь, га	Объем семян, т	Урожайность, ц/га
Яровой ячмень	Изумруд	3,5 (Р-1)	10,0	28,6
Яровой ячмень	Изумруд	7,5 (Р-2)	24,0	32,0
Яровая пшеница	Ирень	4,8 (Р-1)	11,7	24,4
Яровая пшеница	Ирень	9,0 (Р-2)	25,8	28,7

Площадь питомника размножения второго года пользования (Р-2) пшеницы Ирень в 2019 г. составила 9 га, объем произведенных семян 25,8 т.

В 2019 году проводилось размножение ярового ячменя сорта Изумруд для хозяйств Волго-Вятского и Северо-Западного регионов. Площадь питомника размножения 1-го года (Р-1) составила 3,5 га, объем собранных семян 10 т, с площади 7,5 га питомника размножения 2-го года (Р-2) получено 24 т семян.

Для посева питомников П-1 (2020 год) в посевах оригинальных семян посева 2019 года отобраны элитные растения в количестве: яровая пшеница сорта Ирень – 2000 шт., яровой ячмень сорта Изумруд – 2000 шт.

2.3 Внедрение, область применения и экономическая эффективность

Использование элементов нанотехнологии (СВЧ и лазерное излучение, дальний красный свет), пестицидов и агрохимикатов в качестве мутагенных факторов позволяет получать исходный материал для селекции яровых ячменя и пшеницы, сокращать сроки выведения сорта на 4 года, снижает затраты на 26%.

Производство оригинальных семян обеспечивает повышение урожайности пшеницы и ячменя за счет сортосмены на 20-25% и сортообновления на 15-20%.

На опытном поле Вятской ГСХА получено 24 т семян Р-2 ячменя сорта Изумруд и 20,8 т пшеницы сорта Ирень. Стоимость полученной продукции 2 млн. рублей.

В 2019 году в СПК «Строитель» Уржумского района Кировской области продано 20 т ярового ячменя сорта Изумруд на площадь 100 га, урожайность составила 3,4 т/га. Стоимость полученной продукции 6 млн. руб.

В ООО «Важ Курья» республика Коми в 2019 году посеяли семенами пшеницы Ирень 50 га и получили 100 т элиты. Стоимость полученной продукции 1,5 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведены опыты по изучению: мутагенного действия СВЧ- и лазерного излучений, пестицидов, фунгицидов, инсектицидов, агрохимикатов на семена и растения ярового ячменя; характера наследования отдельных признаков у гибридов и мутантов ячменя; оценки коллекции индуцированных мутантов; эффективности регуляторов роста, биопрепаратов и пестицидов на яровой ячмень.
2. В контрольном питомнике (КП) изучалось 9 селекционных образцов. Среди изучаемых образцов один образец 12-5, полученный в варианте обработки семян ДКС+К₂CO₃ 0,1М+ЛКС, показал урожайность выше (+ 2,2 ц/га или +4,1%) стандартного сорта Белгородский 100 (54,4 ц/га).
3. Конкурсное сортоиспытание включало 2 сорта, 10 мутантов. Средняя урожайность ярового ячменя в отчетном году составила 68 ц/га. В качестве контроля использовался сорт Нур, у которого отмечена урожайность 66,6 ц/га. Наибольшая урожайность отмечена у образца М 5-11 – 70,2 ц/га. Созревают мутанты на уровне стандартного сорта.
4. Сорт ярового ячменя Изумруд внесен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Северо-Западному (3) и Волго-Вятскому (4) регионам РФ и районирован по Кировской области. Семена данного сорта приобретаются хозяйствами Кировской и Вологодской областей.
5. Произведено оригинальных семян (П-2) пшеницы сорта Ирень – 5,2 ц, ячменя сорта Изумруд – 5,6 ц. В питомнике размножения первого года (Р-1) произведено 10 т семян ячменя сорта Изумруд и 11,7 т семян яровой пшеницы сорта Ирень. В питомниках размножения второго года (Р-2) произведено семян ячменя сорта Изумруд и яровой пшеницы сорта Ирень, соответственно, 24 т и 25,8 т. Продано 17 т семян ячменя Изумруд и 26,5 т семян пшеницы Ирень. Получены семена трех новых селекционных номеров: М 5-3, М 5-11, М 8-3-013.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дудин, Г.П. Облучение семян ячменя лазером и красным светом [Текст] /Г.П. Дудин, Д.А. Логинов, О.С. Кривошеина //Земледелие. — 1995. — № 1. — С. 33.
2. Дудин, Г.П. Мутагенное действие дальнего красного света и этрела на ячмень сорта Зазерский 85 [Текст] /Г.П. Дудин, О.С. Кривошеина //Агрономическая наука – достижения и перспективы: Тез. докл. науч. конф. — Киров, 1994. — С. 10-11.
3. Прищепина, Г.А. Селекция жимолости синей на Алтае [Текст] /Г.А. Прищепина //Молодые ученые – садоводству России: Тез. докл. Всерос. совещания. — М., 1995. — С. 96-98.
4. Кривошеина, О.С. Мутагенное действие лазерного излучения и дальнего красного света на яровой ячмень [Текст] /О.С. Кривошеина, Г.П. Дудин //Докл. ТСХА. — М., 1998. — вып. 269. — С. 212-218.
5. Дудин, Г.П. Фотомутагенез и селекция ярового ячменя [Текст] /Г.П. Дудин //Пути совершенствования научного обеспечения агропромышленного комплекса Северо-Востока России в рыночных условиях: Сб. матер. науч. сессии, посвящ. 100-летию НИИСХ Северо-Востока. — Киров, 1995. — С. 121-124.
6. Дудин, Г.П. Индуцированный мутагенез и использование его в селекции растений [Текст] /Г.П. Дудин, В.Н. Лысиков: Монография. — Киров: Вятская ГСХА, 2009. — 208 с.
7. Калам, Ю.И. Хлорофилльная мутация [Текст] /Ю.И. Калам, Т.А. Орав. — Таллин: Валгус, 1974. — 59 с.
8. Володин, В.Г. Радиационный мутагенез у ячменя [Текст] /В.Г. Володин, З.И. Лисовская. — Минск: Наука и техника, 1979. — 144 с.
9. Володин, В.Г. Радиационный мутагенез у растений [Текст] /В.Г. Володин. — Минск: Наука и техника, 1975. — 192 с.
10. Гужов, Ю.Л. Селекция и семеноводство культивируемых растений [Текст] /Ю. Гужов, А. Фукс, П. Валичек. — М.: Мир, 2003. — 536 с.
11. Инструкция по апробации сортовых посевов. — М., 1995. — ч. 1.- 84 с.
12. Положение о филиале Федерального государственного учреждения «Российский сельскохозяйственный центр» по Кировской области [Текст]. — Утверждено директором ФГУ России 2 ноября 2007 г. № 28. — 3 с.
13. Пуртова, И.В. Сортовой контроль зерновых культур. Сертификация семян: Методическое пособие для работы студентов по специальностям 110201 – Агрономия, 110204 – Селекция и генетика сельскохозяйственных культур [Текст] /И.В. Пуртова, О.С. Кривошеина, С.А. Емелев. — Киров: Вятская ГСХА, 2007. — 35 с.
14. ГОСТ Р 52325-2005 «Сортовые и посевные качества сельскохозяйственных растений». — М.: Изд-во стандартов, 2005. — 40 с.
15. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т.1. «Сорта растений» (официальное издание). — М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. — 516 с.