Отраслевая сеть инноваций в АПК

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ​

Разработка рекомендаций по созданию исходного материала для селекции сортов яровой пшеницы с высокими показателями по урожайности и качеству зерна для Иркутской области

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет 60с.; 14 рис.,10 табл., 22 источн.,4 прил.

СЕЛЕКЦИЯ, ПШЕНИЦА, ГИБРИД, ЛИНИЯ, БИОТИП, УРОЖАЙНОСТЬ, БЕЛОК, КЛЕЙКОВИНА.

Объектами исследований являются сорта, гибриды и линии, применяемые в селекционном процессе.

Цель работы – изучить подбор методов создания исходного материала, определить перспективные селекционные линии.

В процессе работы проводились экспериментальные исследования по получению беккроссных линий мягкой яровой пшеницы, создание биотипов и их использование в гибридизации и селекции.

В результате исследований выявлены селекционные гибриды и биотипы с ценными хозяйственными признаками.

Установлены параметры оптимального сорта мягкой яровой пшеницы для Иркутской области, плотность раствора для получения биотипов с комплексом хозяйственно-ценных признаков, определены перспективные селекционные номера для дальнейшей работы.

Область применения – сельскохозяйственные ВУЗы, селекционные станции и учреждения, научные центры.

Значимость работы заключается в создании исходного материала, отбора гибридных линий и биотипов с высокой урожайностью и с повышенным содержанием белка и клейковины.

В конкурсном сортоиспытании выделены две линии, которые планируем передать на Государственное сортоиспытание в 2022 году

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

тыс – тысяча

га – гектар

°С – градус по Цельсию

см – сантиметры

м2 – квадратный метр

шт – штуки

НИР – научно-исследовательская работа

УДК – универсальная десятичная классификация

табл. – таблица

ФГБОУ ВО – федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем отчете о НИР применяются следующие термины с соответствующими определениями:

Гибрид – организм, полученный при скрещивании двух или более родительских форм.

Линия – потомство одного самоопыляемого растения.

Сорт – группа культурных растений, сходных по морфологическим признакам, хозяйственно-ценным свойствам и рекомендованных для возделывания в конкретной зоне с целью повышения урожайности и качества продукции.

ВВЕДЕНИЕ

Яровая пшеница–важнейшая продовольственная культура. В зерне пшеницы содержится 13-17 % белка, 65-68% углеводов, около 1.5% жиров, витаминов: А,В1, В2, Д и Е. Зерно пшеницы используется в хлебопекарной и мукомольной промышленности, а также получают крахмал, спирт и масло.

Сильный сорт и правильно отработанная технология его возделывания – один из важнейших факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе и пшеницы. Поэтому необходимость создания новых сортов очевидна. В Иркутской области районированы сорта яровой пшеницы (Ирень, Тулунская 12, Тулунская 11 и др.), обладающие высокой потенциальной урожайностью, которые при соответствующей сортовой технологии могут сформировать довольно высокие урожаи. Существенным недостатком всех упомянутых сортов является недостаточная устойчивость к весенне-летней засухе и экстремальным условиям произрастания.

Важную роль в повышении урожайности зерновых культур, в том числе яровой пшеницы, играют высокоурожайные сорта, хорошо приспособленные к местным природно-климатическим условиям. Доля сорта в общем росте урожайности в Приангарье может составлять от 35 до 50 % при условии правильной технологии возделывания.

Яровая пшеница – одна из основных зерновых культур, возделываемых в Иркутской области. Занимаемая площадь этой культурой в 2020 г составила около 400 тыс. га. Выбор направления и методическая постановка селекционной работы определяется почвенно-климатическими условиями региона. Область относится к зоне рискованного земледелия, что требует особенно тщательного подхода к технологии возделывания и подбора оптимальных сортов. Климат Иркутской области резко континентальный с холодной зимой и сравнительно теплым летом, с большой амплитудой колебания дневных и ночных температур. Продолжительность безморозного периода по региону составляет от 70 до 110 дней. Среднегодовое количество осадков 250-350 мм. Влагообеспеченность основных сельскохозяйственных культур в большинстве районов составляет 70-100 % от биологической потребности, в степных и лесостепных районах она уменьшается до 55-65%. Основным лимитирующим фактором является недостаток тепла. Сумма активных температур колеблется от 1300 до 1700°С. Согласно агроклиматическим расчетам среднеспелые сорта яровой пшеницы имеют хорошуютеплообеспеченность лишь в районах, где сумма положительных температур составляет 1500-1700 °С, которых в области не более 10%.

В Иркутской области наиболее распространены серые лесные почвы с низким содержанием гумуса и дерново-карбонатные с несколько более высоким плодородием. В целом следует отметить, что вся территория Иркутской области подразделяется на 6 почвенно-климатических, имеющих свои особенности по температурному и водному режиму. Своеобразие природно-климатических условий требует дифференцированного подхода к селекции яровой пшеницы. Практика показала, что во всех зонах области необходимо отводить до 40 % скороспелых сортов пшеницы, а в подтаежных и таежных до 100% посевных площадей этой культуры. Поэтому основным направлением селекционной работы вИркутском ГАУ является создание скороспелых, климатически-устойчивых сортов, отличающиеся высокими технологическими и хлебопекарными свойствами, а также устойчивые к весенне-летней засухе и адаптированные к условиям произрастания, способные сформировать хорошую стабильную урожайность в любые по погодным условиям годы.

В результате многолетней работы вИркутском ГАУ были выведены два сорта яровой мягкой пшеницы: Ангара 86 и Студенческая. Сорт Ангара 86 выведен для северных районов Иркутской области, где пользовался большой популярностью у работников АПК за свою скороспелость, высокую урожайность, устойчивостью к полеганию и условиям произрастания. Сорт Студенческая, был выведен для условий степных и лесостепных районов. Сорт обладал высокой урожайностью и качеством зерна. Одновременно с этим ежегодно создается ценный исходный материал яровой пшеницы на основе выше указанных сортов, с привлечением сортов разных экотипов, а также сложных насыщающих скрещиваний с участием лучших гибридных линий с целью получения форм с высоким содержанием белка и клейковины.

В задачу наших исследований по селекции мягкой яровой пшеницы входило:

– провести гибридизацию и получить гибридные семена F0от скрещивания лучших селекционных линий, обладающих высокой урожайностью, содержанием белка (16-17%) и клейковины (36-38%);

– провести комплексную оценку селекционного материала в селекционных питомниках, выделить лучшие образцы, которые больше всего отвечают морфологической и математической модели сорта для условий Иркутскойобласти;

– провести комплексную оценку линий в конкурсном сортоиспытании, выделить лучшие образцы на передачу в Государственное сортоиспытание;

– выделить и отобрать для питомника гибридизации селекционные линии с содержанием белка свыше 17%;

– получить биотипы с высоким содержанием белка из сортов и гибридных линий местной селекции;

– разработать математическую модель сорта яровой пшеницы для Иркутской области.

По результатам исследований за текущий период было написано 6 статей: 1 – Scopus, 4 – РИНЦ, (1 – ВАК).

1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

1.1 Материал, используемый при проведении исследований

В опытах были использованы селекционные номера, полученные в результате скрещивания лучших сортов Сибири и Казахстана. Отобранные в F2….F4поколениях линии яровой мягкой пшеницы, обладающие комплексом хозяйственно-ценных признаков, были скрещены между собой. Одновременно с этим произвели отбор биотипов при разделении зерна по содержанию белка. Разделение на биотипы с дальнейшим отбором проводилось в растворе сахарозы(патентRU 2416191 C1 – СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СЕМЯН МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ НА ВНУТРИСОРТОВЫЕ ГЕНОТИПИЧЕСКИЕ ПОПУЛЯЦИИ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРАХ САХАРОЗЫ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ).

В 2020 году были изучены биотипы, полученные в 2019 году: М 1.26, М 1.29, 7А, Т-11 1.26, Эр1.29, М 1.27 и М 1.25. В 2020 году получены от сортов Иркутской селекции:Тулунская 12 –1.25, Ангара 86 – 1.27, Ангара 86 – 1.28. Кроме того, эти биотипы были включены в программу скрещиваний для получения сложных гибридных популяций в том числе и беккроссов.

В таблице 1 указаны сорта, биотипы, гибридные популяции из которых были отобраны лучшие линии.

В питомниках селекционного процесса было изучено 23 гибридные линии, 10 биотипов и 3 сорта в т.ч. и стандарт Тулунская 11.

1.2 Методика проведения опытов

Исследования проводились на опытном поле кафедры земледелия и растениеводства Иркутского ГАУ. Почвы опытного участка серые лесные, по механическому составу тяжелосуглинистые с мелкокомковатой структурой. Содержание гумуса 1.97%. Степень насыщенности основаниями 90%. В слое 0-20см содержится азота 0.5 мг, подвижного фосфора 15.2 мг, калия 7.2 мг/100 г почвы, рН солевой вытяжки 5.0. Посев всех питомников селекционного процесса проводился во второй декаде мая. Площадь делянок в селекционном питомнике – 0.6 м2, конкурсного сортоиспытания – 75 м2. Норма высева 6.5 всхожих зерен на гектар. Технология обработки почвы осуществлялась по общепринятой в регионе системе земледелия. Предшественник пар.

Оценка селекционного материала проводилась по важнейшим хозяйственно-биологическим признакам по методике, принятой на государственных селекционных станциях. Особое внимание уделялосьскороспелости, продуктивности, технологическим качествам зерна, устойчивости к полеганию и болезням. Посев проводился зерном 1 класса, чистотой 100% и всхожестью 99.5%.

В период вегетации растений отмечались фазы развития, наличие больных и нетипичных растений на делянках. Для гибридизации использовались сорта, линии и биотипы. Кастрация и опыление проведено в первой декаде июля. Опылялись кастрированные растения свободно-ограниченным методом по П.П. Лукьяненко(1973 г.).

Уборкарастений пшеницы в питомнике гибридизации и образцов в селекционном питомнике проводилась в третьей декаде августа, а линии в конкурсном сортоиспытании в первой декаде сентября.

Для анализа структуры урожая отобраны растения в следующем порядке: в селекционном питомнике с 3-4 рядка (100-120 растений), в конкурсном сортоиспытании с 1 м2. В лаборатории определяли элементы структуры урожая по важнейшим хозяйственно-ценным признакам.

Таблица 1 – Родословная селекционных линий, высеваемых в 2020 году

№ делянки Гибридная комбинация Линия Шифр данной линии
1 Алтайская 92×Ангара 86 17 АА-17
2 Линия 370×Тулунская 12 11 АА-11
3 Линия 370×Скала 14 АА-14
7 Студенческая
10 Ангара 86
14 Марсианка М-1.26 3 СМ-3
17 М 1 СМ-1
18 М-1.29 8 СМ-8
26 Тулунская 11-st
27 Тулунская 11-1.26 12 СТ-12
29 М-1.27 14 СМ-14
30 Тулунская 11
32 М-1.27 16 СМ-16
33 Иртышанка 10×Ангара 86 11 АА-11
34 М-1.25 6 СМ-6
35 Тюменская 80×Ангара 86 12 АА-12
36 Ангара 86×Скала 15 АА-15
39 Студенческая
40 Ангара 86
41 Ангара 86-1.28 10 СА-10
43 Ангара 86-1.27 26 СА-26
9 Нива 2× Ангара 86 2 АА-2
12 Иркутянка 90×Ангара 86 5 АА-5
15 26 СА-26
16 Новосибирская 81×Ангара 86 8 АА-8
31 (Новосибирская 81×Ангара 86)×Ангара 86 6 АА-6
46 Ангара 86×АС-16 708/2 АА-708
47 Ангара 86×АС-16 708/4 АА-708-15
48 Ангара 86×АС-16 3 АА-3-15
49 Ангара 86×АС-16 31 АА-31-15
50 Алтайская 92×Тулунская 12 38 АА-38-15
51 Целинная 26×Ангара 86 105 АА-105-14
52 АС-16×Скала 109 АА-109-15
53 АС-16×Тулун 15 87 АА-87-14
54 Харьковская 46×Ударница 41 АА-41-15
55 Ангара 86×Ударница 67 АА-67-14
56 АС-16×Новосибирская 81 59 АА-59-15
57 Ангара 86×Алтайская 92 120 АА-120-14
58 (Ангара 86×Скала)×АС-16 92 АА-92-15
59 Тулунская 11 – стандарт

Оценка физических свойств зерна (масса 1000 семян, натура зерна, стекловидность), физико-химических признаков (содержание сырой клейковины в зерне, качество клейковины) и биохимических показателей (содержание общего азота, содержание крахмала, фосфора, сырого жира и сырой клетчатки) выполнялась в соответствии с методами государственных стандартов. Содержание клейковины в зерне определяли по методике ГОСТ-13586, 1-87, белка ГОСТ-10846-86.

Урожайные данные, полученные в опытах, статистически обработаны по методике [6].

1.3 МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ, 2020г.

В мае этого года температура воздуха, как по декадам, так и в целом за месяц была на 2.8°С, выше среднемноголетней (таблица 1 приложения), что ускорило прорастание семян. В июне, июле, августе температурный режим также превышал норму на 4 – 5°С. Повышенная температура в августе способствовала раннему созреванию растений пшеницы, и позволило начать уборку селекционных линий в 3-й декаде августа.

В отличие от температурного режима количество осадков значительно отличалось по декадам и месяцам. В первой – второй декадах мая осадков выпало больше нормы, что позволило провести посев семян во влажную почву. В целом за май осадков выпало на 15.2 мм больше среднемноголетней величины. Следует отметить, что по увлажнению май был не типичным для Иркутской области, так как часто в регионе наблюдается весенне-летняя засуха. Июнь и июль проявили себя как типичные месяцы для условий региона с пониженным количеством осадков – 44.8 – 84.1% от нормы. В августе осадков выпало 112.5% от нормы. Обильные дожди были отмечены в третьей декаде августа, что не позволило убрать селекционные линии комбайном.

В целом следует отметить, что по температуре воздуха и выпавшим осадкам вегетационный период произрастания растений пшеницы был благоприятным, чаще всего значения этих показателей были выше нормы.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 ОЦЕНКА БИОТИПОВ И ГИБРИДНЫХ ЛИНИЙ В ПИТОМНИКАХ СЕЛЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

2.1.1 Получение беккроссов в селекции яровой пшеницы

В практической селекции часто встречается ситуация, когда разработанный и полученный исходный материал, обладающий многими ценными хозяйственно-биологическими признаками, не может служить основой нового сорта из-за одного или двух признаков, например позднеспелость или низкое содержание белка. Поэтому, чтобы убрать нежелательный признак применяют метод беккросса. Суть этого метода состоит в перенесении недостающих признаков в образец с целью получения аналогов, свободного от его основных недостатков. Таким путем могут быть исправлены недостатки:

а) изменена продолжительность вегетационного периода за счет замены генов чувствительности в фотопериоде;

б) повышен урожай благодаря введению генов иммунитета к основным болезням яровой пшеницы;

в) повышено качество зерна за счет генов аналога.

Для проведения беккроссной аналоговой селекции, кроме улучшенного прототипа, необходимо наличие донора переносимого в аналог ценного признака. Работа начинается с получения гибрида F0 между прототипом и донором признака, причем в качестве матери должен использоваться прототип.

В таблице 2 представлены данные по беккроссированию селекционных линий, обладающих многими селекционными признаками, но с недостающим одним. Например, в гибридных комбинациях АА-15×АА-105-14, АА-14×Ангара 86, СМ-3×АА-15необходимо повысить скороспелость не теряя основные признаки и, следовательно,нужно скрещивать гибриды, в основе которых есть скороспелый сорт Ангара 86.

Таблица 2 – Завязываемость гибридных зерен в F0, 2020 г.

Гибридная комбинация Прокастрировано колосьев, шт. Прокастрировано цветков, шт. Получено гибридных зерен, шт. Процент завязываемости,%
АА-15×АА-105-14 27 192 136 70.8
Студенческая×АА-11 7 112 34 30.3
СА-10×Тулунская 12 – 1.25 6 102 30 29.4
СА-26×Тулунская 12 – 1.25 12 202 104 51.5
АА-14×Ангара 86 2 30 4 13.3
СМ-3×АА-15 2 17 1 5.8
СА-10×Тулунская 12 – 1.25 3 40 12 30.0
Ангара 86×М1.26×Студенческая 7 117 87 74.3
Ангара 86×Студенческая 12 200 104 52.0
СМ-3×АА-15 2 30 4 13.3
Итого 80 1042 516 49.5

Сорт Тулунская 12, районированный в Иркутской области, относится по качеству зерна к сильной пшенице, а его биотип 1.25 обладает более высоким содержанием белка, поэтому проведен беккросс со скороспелым биотипом сорта Ангара 86. Кроме того, было осуществлено сложное скрещивание с целью объединения трех форм в одном гибриде. Это сочетание скороспелости высокого качества зерна и высокой урожайности (Ангара 86×М1.26×Студенческая).

Анализ данных таблицы 2 свидетельствует о том, что наиболее высокая завязываемость гибридных зерен отмечена в комбинациях: АА-15×АА-105-14 (70.8%), Ангара 86×М 1.26×Студенческая (74.3) и самая низкая у СМ-3×АА-15 (5.8%). Это можно объяснить разными сроками созревания пыльцы и рыльца пестика. В целом завязываемость гибридных семян составила 49.5%, что неплохо, так как в этот период стояла жаркая погода, при которой способность пыльцы к оплодотворению быстро снижается. Было получено 516 гибридных зерен для посева и возделывания их в 2021 году с целью определения генетики количественных признаков и наследственности.

2.1.2 Генетика наследования количественных признаков

Уровень урожайности яровой пшеницы в Иркутской области поднимается медленно, колебания ее по годам остаются значительными. Это связано не только с резко континентальным климатом, но и отсутствием сортов, сочетающих высокую генетическую продуктивность с достаточной скороспелостью и устойчивостью к неблагоприятным элементам климата региона. К сожалению, универсальных сортов, одинаково хорошо пригодных для всех лет и агрофонов пока мы не имеем. Перед селекцией региона поставлена задача создания сортов яровой мягкой пшеницы с широким гомеостазом, сочетающим климатическую устойчивость с высокой продуктивностью, с хорошей отзывчивостью на улучшение минерального питания и увлажнения во второй период вегетации.

Учитывая, что на величину урожайности влияет много факторов, указанных выше, в селекции пшеницы представляет большой интерес то, как наследуются признаки от родителей к потомству.

2.1.3 Оценка линий яровой пшеницы в селекционном питомнике

В 2020 году в селекционном питомнике было изучено 768 гибридных линий яровой пшеницы. По итогам определения продолжительности вегетационного периода, устойчивости к изменениям влажности и температуры воздуха, темпам роста и развития, урожайности к распространенным в регионе болезням, урожайности и качества зерна для дальнейшей селекционной работы было отобрано 19 наиболее перспективных для работы номеров (табл. 3).

Таблица 3 – Анализ структуры урожая у сортов и линий яровой пшеницы в селекционном питомнике

№ делянки Линия, сорт Длина колоса, см Количество колосков в колосе, шт. Количество зерен в колосе, шт. Масса зерна с колоса, г. Масса 1000 зерен, г. Вес зерна см2, г.
1 АА-17 7.7 14.9 29.6 1.08 36.6 324.0
3 АА-14 7.1 15.8 37.6 1.64 43.6 492.0
7 Студенческая 5.9 13.7 25.6 0.89 34.8 267.0
10 Ангара-86 6.8 14.5 26.1 0.98 37.7 294.0
14 СМ-3 6.3 12.3 24.8 1.18 47.6 354.0
17 СМ-1 7.3 14.7 23.6 0.81 34.3 243.0
18 СМ-8 6.1 12.7 22.5 1.00 44.4 300.0
26 Тулунская 11 стандарт 5.2 11.4 24.0 0.79 33.2 237.0
27 СТ-12 7.1 11.8 25.4 1.18 46.4 354.0
29 СМ-14 5.9 12.2 21.5 0.80 37.6 240.0
32 СМ-16 5.9 13.2 19.6 0.80 41.0 240.0
33 АА-11 7.3 14.7 28.2 1.15 40.8 345.0
34 СМ-6 6.4 13.0 22.5 0.99 44.0 297.0
35 АА-12 6.9 12.8 26.9 1.09 40.6 327.0
36 АА-15 8.1 13.7 27.5 1.19 43.3 357.0
41 СА-10 6.3 13.1 25.4 0.89 35.0 267.0
43 СА-26 6.1 12.9 26.3 0.97 36.9 291.0
9 АА-2 6.2 14.1 25.3 0.86 33.9 301.0
12 АА-5 6.3 13.2 23.6 1.05 44.5 367.5
15 СА-26 5.1 11.1 20.8 0.75 36.2 262.5
16 АА-8 7.4 13.7 27.5 0.97 35.2 339.5
31 АА-6 6.3 12.6 28.1 0.99 35.2 346.5

Как указывалось выше большинство гибридных линий и биотипов получено с участием сортов: Студенческая, Тулунская 12, Ангара 86, поэтому сравнение их мы проводим с данными выше указанных исходных форм и районированного сорта Тулунская 11, принятого в системе Госсортоиспытании за стандарт.

Анализ селекционных номеров по некоторым элементам структуры урожая показывает, что наиболее высокой урожайностью характеризуется гибридная линия АА-14, в основе которой находится сорт Ангара 86 и сорт Иркутской селекции Скала. Следует отметить, что данная линия превысила по урожайности Ангару 86 на 67.3%. Ангара 86 очень пластичный сорт, формирует высокую урожайность даже при неблагоприятных условиях, что и передается в ряде случаев гибридам.Хорошую урожайность показал номер АА-11, в родословной которого содержатся гены Ангары 86.

Селекционные номера АА-15, АА-5, АА-2 также характеризовались повышенной урожайностью по сравнению с исходными формами Ангара 86 и Студенческая.

Следует отметить, что погодные условия в период налива и формирования зерна были неблагоприятными. Температура воздуха была повышенная в июле и августе, а осадков выпало мало в июле, и особенно во второй декаде августа. Несмотря на это вышеуказанные линии сформировали довольно высокую урожайность, что позволяет сделать предварительный вывод о высокой адаптивности этих номеров к условиям произрастания и это требует проверки на следующий год.

В этом году мы провели изучение 48 биотипов, полученных от сортов и линий. Среди выделившихся образцов интерес представляют: СТ-12, полученный при разделении Тулунская 11 .Он превзошел родительскую форму по урожайности на 49.4%.

Следующий биотип АА-6, получен при разделении беккроссной комбинации (Новосибирская 81×Ангара86)×Ангара 86, который превысил стандарт по урожайности на 48.5%. Хороший результат показывает биотип АА-8, полученный из гибридной комбинации с участием сорта Ангара 86. Этот биотип превысил стандарт по урожайности на 43.2%, а родительскую форму Ангара 86 на 15.5%.

Как уже отмечалось выше, Ангара 86 характеризуется коротким периодом вегетации, высокой устойчивостью к полеганию, к экстремальным условиям произрастания, урожайностью. В итоге получаем новый улучшенный аналог хорошего сорта (табл. 3).

По озерненности колоса выделяется образец АА-14 (37.6 шт.), АА-17 (29.6 шт.), АА-6 (28.1 шт.). Крупное зерно было отмечено у АА-14, СМ-3, СМ-8, Ст-12, СМ-16, АА-11, АА-15 и АА-5.

Задача селекции отобрать не только высокопродуктивные формы, но и с хорошими качествами зерна, для производства пшеничной муки высшего сорта. Данные по некоторым показателям качества зерна представлены в таблице 4.

Таблица 4–Некоторые элементы качества зерна яровой мягкой пшеницы у образцовв СП, %

Линии Белок Влаж-ность Клейко-вина Стекловид-ность Крах-мал Фос-фор Сырой жир Сырая клет-чатка
АА-14 16,25 15,54 34,49 35,78 50,02 0,35 2,60 3,95
АА-17 16,45 15,10 35,13 36,75 49,19 0,36 2,65 3,94
АА-5 17,16 16,29 36,62 34,93 52,03 0,35 2,43 4,29
Студенческая 15,41 15,29 32,69 31,06 49,58 0,33 2,17 4,21
СТ-12 15,00 15,68 31,35 28,92 51,22 0,31 2,12 4,37
Т-11 14,90 15,22 30,81 29,85 53,59 0,32 2,12 4,25
АА-41 16,11 16,13 33,30 35,76 50,48 0,35 2,94 4,50
СМ-8 18,61 15,04 43,38 33,75 39,27 0,36 2,29 4,07
СМ-1 15,98 17,99 32,60 34,38 55,17 0,32 2,52 4,61
АА-31-15 16,34 15,60 35,59 31,53 51,65 0,33 2,17 4,15
СМ-14 18,86 15,11 44,66 33,29 39,27 0,37 2,31 4,23
СМ-8 16,29 14,92 34,67 34,72 50,99 0,35 2,55 4,15
АА-17 18,34 15,53 41,66 33,82 39,12 0,36 2,38 4,37
АА-29 17,40 15,35 38,40 35,58 47,32 0,37 2,90 4,20
Тулунская 11

стандарт

16,09 16,25 34,58 32,77 52,35 0,32 2,24 4,18

К «сильной» пшенице относятся сорта с содержанием в зерне белка 14%, и клейковины 28%. Данные таблицы 4 свидетельствуют о том, что все изучаемые номера относятся к «сильной» пшенице. Отбор по этому признаку был проведен в 2019 г. и все линии и биотипы наследовали этот признак. Наиболее высокое содержание белка и клейковины отмечено у гибридных линий АА-17 (18.34% и 41.66), АА-5 (16.12 и 33.33%) и АА-14 (16.11 и 33.30%). У биотипов СМ-14 (18.14 и 44.66%) и СМ-8 (18.61 и 43.38%). В течение двух лет вышеуказанные номера обладали высоким содержанием белка и клейковины в зерне, и,следовательно, являются хорошим исходным материалом для выведения нового сорта.

Следует отметить, что селекционные номера АА-17, АА-14, АА-5 и СМ-8 показали и высокую урожайность, значительно (на 43.2-48.5%) превышающую лучшие районированные сорта Тулунская 11 и Ирень.

Учитывая выше изложенное, можно сделать вывод, что получен довольно ценный исходный материал для селекции яровой пшеницы в регионе и этот материал следует изучить и оценить в следующих питомниках селекционного процесса.

2.2 Оценка линии яровой пшеницы в конкурсном сортоиспытании

В конкурсном сортоиспытании изучено 13 линий, отобранных в гибридных популяциях, изученных, размноженных в селекционном и контрольных питомниках 2017-2019 гг. В предыдущие годы отбор по этим линиям проводился по следующим показателям:

– продолжительности вегетационного периода;

– по устойчивости к полеганию, к болезням, осыпанию зерна;

– по урожайности, в том числе и по элементам структуры урожая;

– по содержанию белка и клейковины в зерне.

За стандарт взяты два сорта яровой пшеницы: в группе раннеспелых – Ирень, в группе среднеранние – Тулунская 11.

В таблице 5 приведены данные по продолжительности вегетационного периода у линий яровой пшеницы.

Более коротким периодом вегетации характеризуется линия АА-67-14 и ее можно отнести к группе раннеспелых. На уровне стандарта, группы среднеранних, была линия АА-41-15. Остальные селекционные номера по данному признаку находились между раннеспелыми и среднеспелыми стандартами.

Таблица 5 – Вегетационный период у сортов и линий в 2020 г., дни

№ п/п Линия, сорт Всходы-колошение Колошение-восковая спелость Вегетационный период
1 АА-708 41 54 95
2 АА-708-15 40 54 94
3 АА-3-15 41 55 96
4 АА-31-15 40 56 96
5 АА-38-15 41 53 94
6 АА-105-14 40 54 94
7 АА-109-15 41 555 96
8 АА-87-14 42 54 96
9 АА-41-15 43 56 99
10 АА-67-14 40 52 92
11 АА-59-15 42 54 96
12 АА-120-14 42 53 95
13 АА-92-15 41 54 96
14 Тулунская-11 43 56 99
15 Ирень 40 52 92

В таблице 6 приведены данные по элементам структуры урожая. Наибольшим числом зерен в главном колосе характеризовались линии: АА-41-15 и АА-38-15. По продуктивности главного колоса отмечена линия АА-41-15 и этот селекционный образец обладал и повышенной крупностью зерна. По массе 1000 зерен было выделено две линии: АА-708 и АА-120-14, они находились на уровне стандартов, а остальные номера уступали стандартам по этому признаку.

Большой интерес представляет определение урожайности у изучаемых линий. В таблице 7 представлены данные по этому признаку. Наиболее высокой и достоверной прибавкой урожая (+2.07 т/га) характеризуется образец АА-41-15.

Таблица 6 – Анализ структуры урожая у линий яровой пшеницы

№ делянки Линия, сорт Длина колоса, см Количество колосков в колосе, шт. Количество зерен в колосе, шт. Масса зерна с колоса, г. Масса 1000 зерен, г.
46 АА-708 6.6 13.1 24.2 0.97 46.3
47 АА-708-15 6.9 12.7 23.8 0.91 38.3
48 АА-3-15 6.4 12.7 23.8 0.91 38.3
49 АА-31-15 6.1 12.1 23.2 0.82 35.6
50 АА-38-15 6.1 12.9 30.6 0.96 31.3
51 АА-105-14 6.1 12.3 27.7 1.09 39.5
52 АА-109-15 6.1 13.2 25.3 0.90 35.7
53 АА-87-14 5.5 11.1 21.6 0.85 39.5
54 АА-41-15 7.6 13.7 33.6 1.72 51.3
55 АА-67-14 7.7 13.5 27.2 1.11 41.0
56 АА-59-15 6.9 12.0 27.8 1.04 37.4
57 АА-120-14 5.8 11.8 24.8 0.99 46.3
58 АА-92-15 5.8 13.6 28.5 1.00 35.1
59 Тулунская 11 стандарт 6.0 12.2 27.8 1.16 41.7
60 Ирень 7.1 12.6 23.2 1.10 47.4

Таблица 7 – Урожайность линий яровой пшеницы, т/га

№ делянки Линия Повторности Средняя урожайность
I II III
46 АА-708 3.39 3.58 3.78 3.58
47 АА-708-15 3.36 3.55 3.74 3.95
48 АА-3-15 3.18 3.36 3.54 3.36
49 АА-31-15 2.87 3.03 3.19 3.03
50 АА-38-15 3.36 3.55 3.74 3.55
51 АА-105-14 3.81 4.03 4.25 4.03
52 АА-109-15 3.15 3.33 3.51 3.33
53 АА-87-14 2.97 3.14 3.31 3.15
54 АА-41-15 6.02 6.36 6.71 6.36
55 АА-67-14 3.88 4.10 4.32 4.10
56 АА-59-15 3.64 3.84 4.05 3.84
57 АА-120-14 3.46 3.66 3.86 3.66
58 АА-92-15 3.50 3.70 3.90 3.70
59 Тулунская 11 4.06 4.29 4.52 4.29
60 Ирень 3.85 4.07 4.29 4.07
НСР05 0.33

Кроме того, два образца (АА-67-14 и АА-105-14) по урожайности практически были на уровне стандарта из группы среднеспелых – Тулунская 11.

Самая скороспелая линия АА-67-14 по продуктивности несколько уступалаТулунской 11, но превышалаИрень.

Таким образом, в результате сортоиспытания лучших линий яровой пшеницы выделены три селекционных номера, с которыми предстоит дальнейшая работа.

На современном этапе селекции большой интерес представляет исходный материал яровой пшеницы с высоким качеством зерна. Данные по этому признаку представлены в таблице 8. Следует отметить, что 8 линий превысили стандарт Тулунская 11 по содержанию белка, а 6 по количеству клейковины. Линия АА-41-15 показавшая высокую урожайность и в тоже время по содержанию белка и клейковины была практически на одном уровне со стандартами и предварительно можно отметить, что это основа сорта.

Таблица 8 – Качество зерна у линий яровой мягкой пшеницы в КСИ, %

Линии Белок Влаж-ность Клейко-вина Стекловид-ность Крах-мал Фос-фор Сырой жир Сырая клет-чатка
41-15 15,58 17,41 32,61 32,80 55,83 0,31 2,29 4,22
109-15 16,31 15,79 35,17 33,69 46,44 0,33 2,24 4,01
38-15 16,44 15,59 36,35 31,31 47,96 0,33 1,94 3,87
31-15 16,53 15,57 35,86 33,38 45,67 0,33 2,22 4,10
3-15 15,86 15,65 33,77 32,26 47,05 0,33 2,18 4,07
708-15 15,11 15,73 30,99 32,51 49,11 0,32 2,18 4,01
708 15,12 16,11 31,15 32,95 49,87 0,31 2,23 4,05
Тулунская11 стандарт 16,09 16,25 34,58 32,77 52,35 0,32 2,24 4,18
92-15 16,59 15,96 36,47 31,40 46,85 0,33 1,95 4,03
120-14 16,19 15,71 33,57 35,39 45,31 0,33 2,28 4,00
59-15 15,94 16,39 33,77 32,84 49,83 0,32 2,19 4,43
67-14 15,51 16,19 32,91 29,08 49,81 0,31 2,03 4,29
87-14 16,02 15,85 33,05 36,49 46,05 0,33 2,38 4,08
105-14 16,49 15,81 36,10 31,48 50,82 0,32 1,90 3,81
Ирень

стандарт

15,83 13,98 33,69 33,31 46,96 0,34 2,23 3,91

По содержанию крахмала, фосфора, сырого жира, сырой клетчатки и стекловидности изучаемые образцы были на уровне стандартов или незначительно отличались от них в ту или другую сторону.

2.3 МОДЕЛЬ СОРТА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

В Иркутском регионе основными направлениями в селекции яровой мягкой пшеницы должны быть:

– скороспелость;

– высокая урожайность и хорошее качество зерна;

– стабильность урожаев по годам;

– высокая адаптивность к засухе, обильным осадкам и к пониженным температурам;

– иммунность и толерантность;

– устойчивость к полеганию и осыпанию.

Каждый новый сорт должен превосходить все ранее созданные сорта в зоне его распространения. Но, чтобы получить сорт необходимо знать условия его произрастания. Иркутская область занимает большую территорию. Около 90% области покрыто лесной растительностью. Климат в целом по области резко континентальный. Но в зависимости от географического положения, изменение рельефа, степени залесенности и характера растительности, количества и размеров водных бассейнов отдельные районы области существенно различаются между собой в агрометеорологическом отношении.

По особенностям потенциала климатических ресурсов региона, территория Иркутской области подразделяется на 6 климатических зон [2].

Первая зона – Северо-западная. Эта зона имеет безморозный период 78-88 дней. Сумма среднесуточных температурвоздуха –1400-1650°С. Сумма осадков за год в среднем составляет 380 мм. Эту зону можно считать удовлетворительной для возделывания растений пшеницы лишь в годы с теплым летом. В прохладные годы нижний предел температуры (1400°С) существенно ограничивает условия роста и развития растений яровой пшеницы. По сумме осадков зона занимает второе место после Присаянской.

Вторая зона – Центральная. Продолжительность безморозного периода 70-100 дней. Сумма среднесуточных температур составляет 1400-1600°С. Сумма осадков 355 мм. По сравнению с первой зоной она менее обеспечена влагой.

Третья зона – Присаянская. Продолжительность безморозного периода 75-98 дней. Сумма среднесуточных температур в пределах 1350-1400°С. Сумма осадков в среднем за год равна 450 мм.

Эта зона имеет преимущество в том, что осенние заморозки наступают не в августе, а в сентябре, что позволяет возделывать здесь не только раннеспелые, но и среднеранние сорта яровой пшеницы. Эта зона самаяблагоприятная по режиму влагообеспечения.

Четвертая зона – Южная. Продолжительность безморозного периода составляет 87-116 дней. Сумма среднесуточных температур воздуха – 1500-1600°С. Сумма осадков за год в среднем равна 352 мм.

Эта зона по теплообеспеченности относится к теплой и в ней, возможно, возделывать среднеспелые и среднеранние сорта пшеницы. Но существенным ограничением является фактор влагообеспеченности и стабильные и высокие урожаи можно получить лишь в том случае, когда будут применять засухоустойчивые сорта.

Пятая зона – Прибайкальская. Продолжительность безморозного периода равна 62-74 дня. Сумма среднесуточных температур составляет 1350-1400°С. Сумма осадков равна 260-300 мм. В этой зоне по температурным условиям можно возделывать только раннеспелые сорта яровой пшеницы.

Шестая зона – Приленская. Продолжительность безморозного периода равна 70-93 дня. Сумма среднесуточных температур составляет 1400-1450°С. Сумма осадков равна 300-367 мм. Выращивать яровую пшеницу возможно лишь культивируя скороспелые сорта или размещая растения пшеницы на теплых элементах рельефа.

Исходя из выше изложенного, следует, что в Иркутской области нужны сорта с коротким периодом вегетации, устойчивые к засухе и, особенно в пятой зоне. Наиболее благоприятные условия для произрастания растений пшеницы и возделывания среднеспелых сортов являются три зоны: первая, вторая и третья. Остальные зоны либо засушливые, либо прохладные.

Исходя из большого объема данных, полученных в результате селекционной работы с яровой пшеницей, мы разработали модель сортов двух экотипов: раннеспелого и среднераннего (табл.9).

Таблица 9–Модель сортов яровой пшеницы для Иркутской области

№ п/п Показатели Раннеспелый сорт Среднеранний сорт
1 Вегетационный период, дн. 70-85 90-97
2 Общая кустистость 1,2 1,2
3 Продуктивная кустистость 1,1 1,1
4 Потенциальная урожайность, т/га 4,0-4,5 5,5-6,5
5 Озерненность колоса, шт. 34,0-38,0 40,0-46,0
6 Продуктивность колоса, г 1,0-1,2 1,2-1,5
7 Масса 1000 зерен, г 36,0-39,0 40,0-47,0
9 Стекловидность, % 40,0-50,0 55,0-60,0
8 Содержание белка, % 14,0-15,0 15,0-16,0
10 Содержание клейковины, % 28,0-30,0 30,0-35,0
11 Качество клейковины 1 группа 1 группа
12 Натура зерна, г/л 750,0-760,0 765,0-780,0
13 Сила муки на альвеографе 340,0 350,0
14 Упругость теста, мм 150,0 160,0
15 Объем хлеба из 100 г муки, мг 500,0-520,0 530,0-540,0
16 Общая хлебопекарная оценка, балл 4,5-5,0 4,5-4,9
17 Число зародышевых корешков, шт. 5,0 5,0

На рисунке 1 представлена модель идеального сорта яровой пшеницы

Рисунок 1 – Модель идеального сорта яровой пшеницы:

1 – длина эмбриональной оси, 2 – площадь колеоптиле, 3 – площадь первого эмбрионального листа, 4- площадь центрального зародышевого корня, 5 – количество корней, 6 – площадь листа, 7 – площадь эпибласта, 8 – колеоризы, 9 – диаметр сосудистого проводящего пучка колеоптиле, 10 – диаметр сосудистого проводящего пучка щитка, 11 – содержание белка в зерне, 12 – активность суммарной амилазы в семенах, 13 – эффективность использования запасных питательных веществ эндосперма, 14 – интенсивность роста корней, 15 – интенсивность накопления массы корней, 16 – интенсивность роста стеблевой части проростка, 17 – интенсивность накопления массы стеблевой части проростка, 18 – сила роста семян.

Таким образом, разработана модель идеального сорта по всем параметрам, что позволяет получить высокий урожай и сократить сроки выведения новых сортов.

2.4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА

Для того чтобы вывести сорт необходимо:

– наметить цели в работе, разработать модель сорта под заданные параметры (длина вегетационного периода, продуктивность, качество зерна и так далее);

– подобрать подходящий исходный материал;

– применить эффективные методы создания селекционного материала;

– объективно оценить исходный материал.

Селекционеры выбирают методы создания исходного материала те, которые хорошо освоены и дают положительные результаты, а также подтверждены созданными сортами.

Схема селекции яровой пшеницы, используемая в Иркутском ГАУ, показана на рис. 2.

Селекция

Скрещивания

Выделение ценных биотипов

Генные ресурсы: сорта, популяции, гибриды, биотипы

Классическая селекция – гибридизация

Инновационный метод – разделение сортов и линий на биотипы

Сорта, гибриды, популяции, линии

Рисунок 2 – Схема селекции яровой пшеницы, используемая в Иркутском ГАУ

2.4.1 Внутривидовая гибридизация

Гибридизация – является основным методом создания исходного материала в селекции яровой пшеницы.Слияние генетически разнокачественных гамет приводит к образованию гибридных организмов гетерозиготных по одному или большему числу аллельных генов. Основой формообразования при использовании метода гибридизации является рекомбинация генов и трансгрессии.

Большинство возделываемых в производстве сортов яровой пшеницы получено путем использования внутривидовой гибридизации. Успех ее в значительной степени определяется правильным подбором исходных родительских форм.

2.4.2 Методика получения биотипов яровой пшеницы

Разделение сортов мягкой пшеницы на составляющие их биотипы целесообразнее проводить на этапе завершения эмбриогенеза. Это позволит сохранить семена живыми и изучить физиолого-генетический статус выделенных биотипов не только в период завершения процесса эмбриогенеза, но и на всех последующих этапах онтогенеза культурных растений пшеницы.Методика, применяемая нами в исследованиях принципиально новая. Она позволяет разделить сорт мягкой пшеницы на составляющие его биотипы[15, 21].

Семена перед замачиванием предварительно калибровались по массе и размерам с помощью стандартного набора решетных сит (№2). При этом получали три фракции – крупные, средние и мелкие. В дальнейшем мы использовали лишь среднюю фракцию (2,2 х 20 мм).

Подготовленные семена помещались в пластиковые растильни, заливались дистиллированной водой, предварительно охлажденной до 1°С, чтобы они были погружены на глубину не менее 1,5 см. Разделение семян в разделительных растворах осуществляли лишь после их полного набухания. Для предотвращения прорастания набухающих семян исключался к ним доступ кислорода (набухание под слоем воды) и снижалась температура окружающей среды до 1°С (сведение активности ферментов к минимуму). Замоченные семена помещали на четверо суток в термостат при температуре 1°С, ежедневно проверяя состояние семян, в частности, контролируя величину температуры 1°С и слоя воды над семенами, который не должен опускаться ниже 1,5 см. В течение этого времени семена набухают до состояния 54 – 56% влажности. Сокращение периода набухания до четырех суток сохраняет практически на уровне контроля всхожесть семян пшеницы.

Для приготовления разделительного раствора использовалось 1000 мл дистиллированной воды, разогретой до температуры 85 – 95°С, и навеска сахарозы 1368г. После полного растворения сахарозы, был получен раствор с плотностью 1.300 г/см³ (плотность раствора определяли ареометром), концентрация которого составляла 4,064 М при температуре 20-22°С. Последующие растворы с плотностью 1,290; 1,280; 1,270; 1,260; 1,250; 1,240 г/см³, то есть с шагом концентрации 10 единиц, получены путем добавления дистиллированной воды (5 – 6 мл) в исходный концентрированный раствор (70-80 мл).Плотность каждой вновь полученной концентрации раствора проверялась по ареометру. Затем семена после четырехсуточного набухания вынимались из термостата, удалялась избыточная дистиллированная вода с их поверхности фильтровальной бумагой. Семена опускались сначала в самый насыщенный раствор с плотностью 1,300 г/см³ и сразу размешивались. При этом семена делились на две группы: одна из них всплывала, а другая опускалась на дно (рис. 3). Всплывшие семена собирались с помощью сетчатой ложки и готовили их к последующему разделению.

На рисунке зафиксирована граница разделения на две группы семян: утонувшие и всплывшие.

C:\Documents and Settings\Loner\Рабочий стол\наташина\фото для дисер\фото для дисер 3.jpg

Рисунок 3 – Процесс разделения семян на биотипы

Для этого их промывали 2-3 раза дистиллированной водой и просушивали фильтровальной бумагой для удаления поверхностной влаги. Группа утонувших семян считалась выделенной самостоятельной однородной группой. Ее вынимали из раствора, промывали 2-3 раза и помещали в дистиллированную воду, где выдерживали в течение часа (рис. 4).Затем воду сливали, семена высушивали до воздушно-сухого состояния. Эта группа семян считалась первым биотипом.

C:\Documents and Settings\Loner\Рабочий стол\наташина\фото для дисер\P1060039.JPG

Рисунок 4 – Количественный спектр плотности распределения биотипов у мягкой пшеницы, на примере сорта Ангара 86

Цифры 1, 2, 7 – номера биотипов.

Последующие биотипы (рис. 4) получены таким же образом из всплывших семян, каждый раз погружая их в последующий менее концентрированный раствор с соблюдением тех же процедур, которые были изложены при получении первого биотипа.

В научной литературе известно [12], что если сорта пшеницы отличаются друг от друга по общему содержанию белков в семенах как минимум на 2%, то этот признак считается наследственно закрепленным. Поэтому при разделении сорта на биотипы нами был избран один основной критерий: если сопредельные по спектру биотипы отличаются друг от друга по общему содержанию белков в семенах примерно на 2% и более, то их можно считать биотипами сорта. Этим требованиям соответствуют разделительные растворы сахарозы, отличные по показателю плотности с шагом в 10 единиц, то есть 1,300; 1,290; 1,280 и т.д. г/см³ [10, 11].

При изучении морфологии формирования зародыша был освоен и использован метод гистологической микроскопии.

Анатомические исследования степени сформированности зародышей пшеницы проводились на временных препаратах по следующей методике [22]. Зерновки пшеницы фиксировались в кипящем этаноле в течение трех минут, затем из отделенных от эндосперма зародышей готовились временные срезы на замораживающем микротоме. Срезы выполнялись в трех плоскостях: продольной(дорсовентральной), тангентальной (то есть параллельной щитку зародыша) и в плоскости, перпендикулярной оси зародыша [4]. Серединные срезы собирались и помещались в каплю дистиллированной воды на предметное стекло, затем накрывались покровным стеклом и измерялись необходимые параметры.

Измерение длины и ширины в трех плоскостях (дорсовентральной, трансверсальной и латеральной) сечения проводилось методом микроскопии с помощью окулярного микрометра, предварительно рассчитав цену деления шкалы в микрометрах по стандартной шкале предметного микрометра [1].

На продольных серединных срезах определялись размеры ткани колеоптиле, первого эмбрионального листа, первичного корня, колеоризы, щитка и эпибласта.На тангентальных срезах было рассчитано количество эмбриональных корней и степень их дифференциации. На поперечных срезах изучалась степень развития эмбриональной проводящей сосудистой системы. Площадь элементов структурной организации зародыша в дорсовентральной плоскости серединного среза вычислялась по аналогии с формулами и коэффициентами, предложенными [13] для нахождения площади листьев различной конфигурации.

Общая математическая формула площади, выведенная методом регрессии, имеет следующий вид: y= (а+bx), где у – площадь измеряемого объекта (функция, независимая переменная); х – произведение длины на ширину (аргумент, независимая переменная); а – первоначальное значение функции, равное отрезку на оси ординат;b – коэффициент пропорциональности аргумента, равный тангенсу угла между прямой и осью абсцисс [6].

Для расчета площади колеоптиле, первого зародышевого корня и первой пары корней нами была использована следующая формула: y = 16 + 0,624 х,мкм2.

Расчет площади щитка осуществлялся по формуле: у=10,4 + 0,611 х, мкм2, где у – площадь измеряемого объекта (функция, независимая переменная), мкм; х – произведение длины на ширину (аргумент, независимая переменная), мкм.

Обычно для изучения динамики развития зародыша срезы делают толщиной от 5 до 35 мкм, однако на срезах, толщина которых не менее 25-35 мкм, структуру зародыша и других элементов зародышевого мешка можно наблюдать на одном срезе и легче избежать ошибки при толковании их строения [4].

Вариационно-статистическая обработка полученных данных проведенапо[6], расчет средних арифметических значений величин (х) из необходимого числа аналитических повторений, стандартных ошибок выборочного среднего () и коэффициентов вариации (V,%) по [19].

2.5 Технология гибридизации на основе биотипов сортов мягкой яровой пшеницы

Для Предбайкалья наиболее неблагоприятны следующие агромете­орологические факторы среды: недостаток влагообеспеченности в первой половине вегетации (весенне-летняя засуха), избыток влаги во второй половине вегетации и физиологически низкая температура воздуха. Этот негативный фактор в Предбайкалье особенно выражен, так как здесь агрометеорологические условия формируют самый короткий период веге­тации в Сибири. Однако количественная величина этих факторов не стабильна по годам, что существенно затрудняет селекционеру проводить целенаправленный отбор исходного селекционного материала по показателям устойчивости к среде обитания [5, 20].

Следует отметить, что за всю столетнюю историю работы иркутских селекционеров им не удалось создать ни одного засухоустойчивого сорта пшеницы [17]. Обычно при создании такого сорта селекционеры проводят отбор тех гибридно-мутационных линий, у которых листостебельная часть растения обладает ярко выраженными ксерофитными признаками [18]. Однако это приносит успех лишь селекционерам европейской части России. Яркий пример такого успеха – сорта пшеницы саратовской селекции. В Сибири такой вековой подход к решению проблемы засухоустойчивости оказался непродуктивным.

Результаты наших исследований [14] показали, что в этом процессе ключевым фактором оказывается не засуха, не переувлажнение почвы, а неблагоприятно низкая температура воздуха в период формирования семян. Поэтому предлагается технология отбора биотипов [11], устойчивых к низкой, физиологически неблагоприятной температуре воздуха.

Таким образом, у сортов мягкой пшеницы Предбайкалья генетические признаки засухоустойчивости нужно формировать не в стеблевой, а в эмбри­ональной корневой части растения, полностью сохраняя у стебля и листьев генетические признаки устойчивости к переувлажнению. Всю генетическую нагрузку, связанную с устойчивостью к неблагоприятной физиологически низкой температуре воздуха (вторая половина сезона), необходимо сохранить и сосредоточить в генеративной части стебля, то есть в формирующихся семенах [16]. Эта селекционная проблема может быть успешно решена при использовании в качестве родительских пар не сортов растений, а их биотипов. При этом возможности в подборе родительских пар у селекционера становятся значительно шире и целенаправленнее [3, 8].

Выделенные биотипы можно использовать в селекционной практике при подборе родительских пар, для получения различных гибридных линий с хозяйственно важными свойствами. Необходимое условие в селекции должно уделяться продолжительности вегетационного периода [9]. Длина его у мягкой пшеницы детерминируется в основном генами. Около 70% всего разнообразия по срокам созревания приходится на долю генов [7].

2.6 Использование биотипов как селекционного материала для создания раннеспелых сортов мягкой пшеницы

Чтобы создать раннеспелый сорт, обладающий такими хозяйственно ценными признаками, как устойчивость к засухе и высокое качество клейковины зерна, возможен один из вариантов, в котором в качестве материнского растения можно использовать первый биотип сорта Ангара 86, а отцовского – шестой биотип сорта Тулунская 12 (рис. 5). По показателям развития стеблевой части зародыша материнское растение обладает высокой степенью скороспелости, которая превосходит контроль (сорт), относящийся к группе раннеспелых сортов.

word image 616 Разработка рекомендаций по созданию исходного материала для селекции сортов яровой пшеницы с высокими показателями по урожайности и качеству зерна для Иркутской области

Рисунок 5 – Получение раннеспелого гибрида при скрещивании биотипов сортов мягкой пшеницы:

А – сорт Тулунская 12, В – сорт Ангара 86; А6, В1 – номер биотипа сорта; * – различия достоверны при уровне значимости p ≤ 0,05

Следовательно, этот сельскохозяйственно важный признак генетически полностью заложен в самом генотипе. Между тем у материнских растений недостаточно полно реализован потенциал устойчивости к засухе. На это указывает относительно слабое развитие колеоризной ткани. К тому же, у материнских растений качество клейковины зерна имеет низкий показатель. Для исключения упомянутых нежелательных наследственных признаков можно использовать в качестве отцовской пары растения шестого биотипа сорта Тулунская 12. Показатели засухоустойчивости у отцовских растений несколько ниже, чем у материнских. Однако достаточно хорошо развитая колеориза может существенно исправить этот показатель у материнских растений с целью сохранения параметров показателей засухоустойчивости. Низкое качество клейковины зерна материнского растения можно повысить качеством клейковины зерна отцовских растений, сохранив при этом высокую семенную продуктивность.

Еще одним из перспективных вариантов получения гибридной линии, обладающей высокой засухоустойчивостью, хорошим качеством клейковины зерна и коротким периодом вегетации могут быть родительские пары растений: первый биотип сорта Ангара 86, в качестве материнского растения и третий биотип сорта Ангара 86 в качестве отцовского растения (рис. 6).

word image 617 Разработка рекомендаций по созданию исходного материала для селекции сортов яровой пшеницы с высокими показателями по урожайности и качеству зерна для Иркутской области

Рисунок 6 – Получение раннеспелого гибрида при скрещивании биотипов сортов мягкой пшеницы:

В – сорт Ангара 86; В1, В3 – номер биотипа сорта; * – различия достоверны при уровне значимости p ≤ 0,05

Показатели стеблевой части зародыша свидетельствуют о том, что материнское растение обладает высоким свойством раннеспелости, так как они превосходят контроль (сорт), который так же относится к группе раннеспелых сортов. Однако у материнских растений недостаточно полно реализован потенциал устойчивости к засухе, о чем свидетельствует относительно слабое развитие колеоризной ткани и к тому же материнские растения имеют низкий показатель качества клейковины зерна.

Для исключения упомянутых нежелательных признаков можно использовать в качестве отцовской пары растения третьего биотипа сорта Ангара 86. У них показатели скороспелости несколько ниже контроля (сорта). Можно предположить, что гибридное потомство сохранит высокую раннеспелость. Так как этот сельскохозяйственно важный признак генетически полностью заложен в самом генотипе материнского растения. Показатели засухоустойчивости у отцовских растений развиты достаточно хорошо, что позволит улучшить показатель угнетенности колеоризной ткани у материнского растения. Тем самым улучшатся и сохранятся параметры засухоустойчивости. Качество клейковины зерна материнского растения можно улучшить качеством клейковины зерна отцовских растений, сохранив при этом высокую семенную продуктивность.

В качестве третьего варианта получения раннеспелой гибридной линии, обладающей высокой засухоустойчивостью и хорошим качеством клейковины зерна может быть использована родительская пара, в которой в качестве материнских растений могут быть использованы особи первого биотипа сорта Ангара 86, а в качестве отцовских – особи четвертого биотипа этого же сорта (рис. 7). Как уже говорилось выше, особи первого биотипа сорта Ангара 86 обладают высокой раннеспелостью, относительной засухоустойчивостью, слабым качеством клейковины и высокой семенной продуктивностью.

Для того чтобы исключить эти недостатки и сохранить положительные качества у получаемой гибридной линии можно использовать в качестве отцовской пары особи четвертого биотипа сорта Ангара 86. Данные особи имеют высокую скороспелость и засухоустойчивость. Показатели засухоустойчивости позволят компенсировать относительно слабое развитие колеоризной ткани у материнских особей и тем самым повысить засухоустойчивость.

word image 618 Разработка рекомендаций по созданию исходного материала для селекции сортов яровой пшеницы с высокими показателями по урожайности и качеству зерна для Иркутской области

Рисунок 7 – Получение раннеспелого гибрида при скрещивании биотипов сортов мягкой пшеницы:

В – сорт Ангара 86; В1, В4 – номер биотипа сорта; * – различия достоверны при уровне значимости p ≤ 0,05

Показатель длины стеблей отцовских особей позволит уменьшить высоту растений. Кроме того, можно улучшить низкое качество клейковины зерна материнских особей, за счет высокого качества клейковины зерна отцовских особей и сохранить высокую семенную продуктивность.

Таким образом, используя различные варианты исходного селекционного материала, можно получить 8 хозяйственно перспективных для Предбайкалья раннеспелых гибридных линий (рис. 8).

  1. 2

В1 В1 В1
А1 O
А2 O
А6 O

А1 А2 А6 В3 В4
В1 O
В1 O
В1 O
В1 O
В1 O

Рисунок 8 – Использование сочетаний (1 и 2) различных родительских пар биотипов как селекционный материал для создания раннеспелых гибридных линий мягкой пшеницы, обладающих засухоустойчивостью растений и высоким качеством клейковины зерна:

А – сорт Тулунская 12, В – сорт Ангара 86; А1…А6 и В1…В6 – номер биотипа сорта

2.7 Использование биотипов как селекционного материала для создания среднеранних сортов мягкой пшеницы

Для получения гибридной линии, относящейся к группе среднеранних сортов, обладающих высокой засухоустойчивостью, хорошим качеством клейковины и высокой семенной продуктивностью, могут быть использованы особи шестого биотипа сорта Ангара 86 в качестве материнских растений и особи первого биотипа этого же сорта в качестве отцовских растений (рис. 9). Материнские растения по показателям скороспелости относятся к группе среднеранних, так как практически все показатели находятся в пределах контроля (среднераннего сорта). Между тем у материнских растений недостаточно полно реализован потенциал устойчивости к засухе. На это указывает относительно слабое развитие ткани эпибласта. Материнские растения имеют высокое качество клейковины зерна. Чтобы исключить упомянутые нежелательные наследственные признаки в качестве отцовской пары можно использовать растения первого биотипа сорта Тулунская 12. У них показатель скороспелости находится в тех же пределах, что и материнские растения. Показатели засухоустойчивости отцовских растений несколько выше, чем у материнских, только развитие колеоризной ткани у этих растений находится на уровне контроля.

word image 619 Разработка рекомендаций по созданию исходного материала для селекции сортов яровой пшеницы с высокими показателями по урожайности и качеству зерна для Иркутской области

Рисунок 9 – Получение среднераннего гибрида при скрещивании биотипов сортов мягкой пшеницы:

А – сорт Тулунская 12; А1, А6 – номер биотипа сорта; * – различия достоверны при уровне значимости p ≤ 0,05

Однако это позволит компенсировать недостатки материнских растений. Короткостебельность отцовских растений позволит уменьшить высоту материнских растений, сохранив при этом качество клейковины и семенную продуктивность растений.

Во втором варианте получения среднеранней гибридной линии могут быть использованы в качестве материнских растений особи шестого биотипа сорта Тулунская 12, а в качестве отцовских – особи второго биотипа этого же сорта (рис. 10). Как уже упоминалось выше, материнские растения по признакам скороспелости относятся к группе среднеранних сортов. Показатели засухоустойчивости у материнских растений развиты не достаточно полно, так как ткань эпибласта сильно угнетена. Необходимо так же отметить то, что у материнских растений высокое качество клейковины зерна. Наряду с этим у них сохранился высокий показатель семенной продуктивности.

Рисунок 10 – Получение среднераннего гибрида при скрещивании биотипов сортов мягкой пшеницы:

А – сорт Тулунская 12; А2, А6 – номер биотипа сорта; * – различия достоверны при уровне значимости p ≤ 0,05

Исключить нежелательные наследственные признаки у материнских растений можно, взяв в качестве отцовских растений второй биотип сорта Тулунская 12. Он относится по показателям скороспелости к группе среднеранних сортов. Можно предположить, что у полученных гибридных растений этот период сохранится и даже немного сократится. Показатели засухоустойчивости у отцовских растений несколько выше, чем у материнских аналогов. Однако у отцовских растений значительно угнетено развитие колеоризной ткани.

Таким образом, хорошо развитая колеориза у материнского растения и достаточно развитый эпибласт у отцовского растения позволят компенсировать недостатки угнетенных тканей соответственно и тем самым повысить засухоустойчивость гибридного материала, сохранив при этом качество клейковины зерна и высокую семенную продуктивность.

Третьим перспективным вариантом получения гибридной линии, обладающей высокой засухоустойчивостью, хорошим качеством клейковины зерна и достаточно коротким периодом вегетации могут быть особи шестого биотипа сорта Тулунская 12 в качестве материнских растений и особи четвертого биотипа сорта Ангара 86 в качестве отцовских (рис. 11).

Рисунок 11 – Получение среднераннего гибрида при скрещивании биотипов сортов мягкой пшеницы:

А – сорт Тулунская 12, В – сорт Ангара 86; А6, В4 – номер биотипа сорта; * – различия достоверны при уровне значимости p ≤ 0,05.

Как упоминалось ранее, показатели развития стеблевой части материнских растений свидетельствуют о том, что они относятся к группе среднеранних сортов. Показатели засухоустойчивости у данных растений реализованы недостаточно полно. Об этом свидетельствует величина угнетенности ткани эпибласта. Однако показатель качества клейковины зерна у материнских растений достаточно высокий. Чтобы исключить упомянутые нежелательные наследственные признаки в качестве отцовских растений можно использовать особи четвертого биотипа сорта Ангара 86. У них показатель скороспелости несколько выше, чем у материнских растений, что позволит несколько сократить период вегетации гибридных растений. Показатели засухоустойчивости у отцовских растений превосходят показатели контроля (сорта). Это позволит существенно повысить засухоустойчивость материнских растений. Наряду с этим, отцовские растения улучшат качество клейковины зерна у гибридных особей, сохранив при этом семенную продуктивность.

В общей сложности при перечисленных критериях подхода к исходному селекционному материалу из биотипов сортов Тулунская 12 и Ангара 86 можно получить 12 хозяйственно перспективных для Предбайкалья среднеранних гибридных линий (рис. 12).

1 2

А6 А6 А6 А6
А1 O
А2 O
В3 O
В4 O

А1 А2 В1 В3 В4
А4 O
А4 O
А4 O
А6 O
А6 O
А6 O
А6 O
А6 O

Рисунок 12 – Использование сочетаний (1 и 2) различных родительских пар биотипов как селекционный материал для создания среднеранних гибридных линий мягкой пшеницы, обладающих засухоустойчивостью растений и высоким качеством клейковины зерна:

А – сорт Тулунская 12, В – сорт Ангара 86; А1…А6 и В1…В6 – номер биотипа сорта.

В заключение следует отметить, что в том случае, если бы мы не использовали биотипы, а сорта, то у нас было бы всего два варианта получения гибридных линий (Ангара 86 х Тулунская 12 и Тулунская 12 х Ангара 86). При использовании биотипов данных сортов спектр подбора родительских пар существенно расширяется, в результате можно получить 20 вариантов гибридных линий с хозяйственно ценными признаками для условий Предбайкалья.

Важно отметить еще и тот факт, что в этом случае мы исключили из сортов биотипы с нежелательными признаками. У сорта Тулунская 12 таких биотипов из семи имеющихся было исключено три, а у сорта Ангара 86 – четыре биотипа. Иными словами уже на лабораторном столе была отбракована примерно половина биотипов.

Каждый из отбракованных биотипов имел определенное количество особей, входящих в состав сорта. В общей сложности таких нежелательных особей в суммарном плане у сорта Тулунская 12 составило 34%, а у сорта Ангара 86 – 40% (табл. 10).

Таблица 10– Плотность биотипов у растений мягкой пшеницы

Номер биотипа Тулунская 12 Ангара 86
количество особей в биотипе, %
1 17,37±0,17 17,84±0,18
2 31,40±0,31 26,06±0,26
3 19,96±0,20 31,23±0,31
4 13,71±0,14 10,84±0,11
5 8,15±0,08 7,64±0,08
6 3,95±0,04 4,15±0,04
7 5,41±0,06 2,21±0,02

Примечание. nчислоповторностей=9; pуровень достоверности=0,95

Несомненно, что при обычном подходе скрещивания сорта с сортом селекционер невольно может выбрать в качестве родительских пар особи с нежелательными признаками, что не приводит к улучшению гибридного материала. Ошибки такого рода могут быть достаточно велики и составляют 34% у сорта Тулунская 12 и 40% – Ангара 86.

На рисунке 13 указаны параметры семян, из которых слагается урожайность сорта Ангара 86. Известно, что от качества семян зависит урожайность сорта. На модели видно, что сорт обладает пониженной площадью листовой поверхности (6), которая оказывает большую роль в фотосинтезе в конечном итоге в формировании величины и качества урожайности.

Рисунок 13 –Физиологический статус семян сорта Ангара 86:

1 – длинна эмбриональной оси, 2 – площадь колеоптиле, 3 – площадь первого эмбрионального листа, 4- площадь центрального зародышевого корня, 5 – количество корней, 6 – площадь листа, 7 – площадь эпибласта, 8 – колеоризы, 9 – диаметр сосудистого проводящего пучка колеоптиле, 10 – диаметр сосудистого проводящего пучка щитка, 11 – содержание белка в зерне, 12 – активность суммарной амилазы в семенах, 13 – эффективность использования запасных питательных веществ эндосперма, 14 – интенсивность роста корней, 15 – интенсивность накопления массы корней, 16 – интенсивность роста стеблевой части проростка, 17 – интенсивность накопления массы стеблевой части проростка, 18 – сила роста семян.

На рисунке 14 приведена модель биотипа СА-26, полученного из сорта Ангара 86, где показатель площади листа и другие недостатки уже отсутствуют.

Рисунок 14–Физиологический статус семян биотипа СА-26

РЕКОМЕНДАЦИИ

В условиях Иркутской области, учитывая большой опыт по проведению гибридизации и отбору ценных форм селекционерам можно рекомендовать:

  1. При подборе родительских пар для скрещивания необходимо применять эколого-географический метод.
  2. Для получения гибридных форм с коротким периодом вегетации в качестве материнской формы необходимо брать сорта местной селекции.
  3. Для совмещения периодов созревания рыльца пестика и пыльцевых зерен необходимо родительские формы высевать в питомнике гибридизации в 2 – 3 срока.
  4. Для повышения процента завязываемости и своевременного опыления материнской формы использовать метод сигнальных колосьев.
  5. Для насыщения гибридного материала ценными признаками – скороспелость, высокое содержание белка и клейковины и т.д., необходимо применять беккроссы.
  6. С целью быстрого получения гомозиготных форм отборы проводить в F3 – F4 поколениях.
  7. С целью ускорения селекционного процесса, получения исходного материала с комплексом хозяйственно-ценных признаков рекомендуем в программу скрещиваний включать не сорта, а гибридные линии F3-F6 поколений.
  8. Для более быстрого создания ценного исходного материала рекомендуем использовать метод получения биотипов у сортов, гибридных популяций и линий, применяя растворы с плотностью 1.270, 1.280 и 1.290.

ВЫВОДЫ

На основании полученных данных по выполнению темы: «Разработка рекомендаций по созданию исходного материала для селекции сортов яровой пшеницы с высокими показателями по урожайности и качеству зерна для Иркутской области» можно сделать выводы.

  1. Применяя в качестве родительских форм лучшие константные гибридные линии и биотипы, получены беккроссные формы для изучения наследования количественных признаков и создания ценного исходного материала для селекции яровой пшеницы в регионе.
  2. Установлено, что у большинства гибридных линий, например АА-15, АА-5, АА-2, АА-14 и т.д. количественные признаки, определяющие продуктивность растений, наследуются от родительских форм.
  3. В селекционном питомнике выделено 10 гибридных линий и 11 биотипов, превышающих стандарт Тулунская 11 по урожайности. Все выделенные номера по содержанию белка и клейковины относятся к «сильным» пшеницам. Наличие белка составило 16.11-18.86%.
  4. В конкурсном сортоиспытании отмечены две линии – скороспелая АА-67-14 и высокопродуктивная – АА-41-15 за счет повышенного значения элементов структуры урожая. Образец АА-41-15 значительно и достоверно превышал стандарт Тулунская 11 по урожайности, по качеству зерна ее можно отнести к «сильным» пшеницам.
  5. Разработаны рекомендации по созданию исходного материала, модели двух сортов яровой пшеницы – раннеспелого и среднеспелого и модель идеального сорта, что позволит сократить время на выведение новых сортов.
  6. Ускорить селекционный процесс возможно с привлечением в гибридизацию биотипов разных родительских форм с нужными признаками для нового сорта мягкой яровой пшеницы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. Использование методов внутривидовой гибридизации и разделение биотипов позволило получить ценный исходный материал яровой пшеницы, сочетающий в себе высокие показатели по урожайности, содержанию белка и клейковины.
  2. Гибридную линию АА-41-15 в 2021 г. необходимо размножить и передать на Государственное сортоиспытание.

Приложения

 

Автор НИР 

Оглавление

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *