Теоретические и прикладные аспекты изучения селекционной ценности генофонда зерновых колосовых культур в аридных условиях нижнего поволжья

06.01.09 – растениеводство

Астрахань – 2009

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Прикаспийском научно-исследовательском институте аридного земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук,

доцент Туманян Антонина Федоровна

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Авдеев Юрий Иванович
доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Орлова Нина Семеновна

профессор Дронова Тамара Николаевна

ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Защита состоится 25 ноября 2009 г.____часов на заседании диссертационного совета Д 212.009.09 в Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, Естественный институт АГУ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Естественного института Астраханского государственного университета по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1 и на сайте referatvak@ministry.ru

Автореферат разослан ______ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ___________ Ж.А. Зимина

При наметившихся климатических изменениях вопросы повышения устойчивости производства зерна яровых зерновых культур и стабилизации его качества должны решаться комплексно и, прежде всего, за счет сортов, хорошо приспособленных к аридным услови­ям. В этой связи важная роль отводится использованию адаптивных сортов, обладающих широким диапазоном реакций на изменяющиеся экологические условия, спо­собных стабильно реализовывать свой потенциал. Это предполагает поиск форм, обладающих оптимальной степенью выраженности признаков и свойств, благоприятным их сочетанием в одном генотипе, а также отбор сортообразцов с ценными хозяйственными признаками для использования их в селекционной работе. Поэтому изучение генофонда зерновых колосовых культур и их селекционной ценности для получения высокопродуктивных сортов с высоким качеством зерна является актуальным.

Нижнее Поволжье располагает возможностями для дальнейшего увеличения производства зерна, однако урожайность зерновых культур в настоящее время находится на очень низком уровне не превышающих 1,0 т/га.

Основными агротехнологическими факторами, влияющим на экологическую устойчивость интродуцированных и адаптированных к аридным климатическим условиям сортообразцов яровых зерновых колосовых культур, являются: определение оптимальных сроков посева, подбор экологически безопасных минеральных и бактериальных удобрений, а также биологически активных веществ.

Для достижения цели решались следующие задачи:

- изучить разнообразие морфологических, биологических и хозяйственно ценных признаков коллекции сортообразцов яровых зерновых колосовых культур;

- изучить влияние абиотических факторов на рост и развитие сортообразцов яровых зерновых колосовых культур;

- выявить закономерности распределения сортообразцов по группам спелости;

- выделить перспективные засухо-, соле- и жароустойчивые сортообразцы яровых зерновых культур;

- выделить и создать в результате полевых и лабораторных исследований мирового генофонда яровых зерновых колосовых культур перспективный исходный материал как по отдельным, так и по комплексу хозяйственно ценных признаков и биологических свойств для использования в селекционной работе;

- определить эффективность применения минеральных и бактериальных удобрений и биологически активных веществ;

- определить оптимальные сроки посева;

- определить параметры модели засухоустойчивого сорта яровых зерновых культур для аридных условий Нижнего Поволжья;

- провести экономическую оценку возделывания яровых зерновых культур.

Исследования по теме диссертации выполнены в соответствии с программой фундаментальных и прикладных исследований РАСХН по заданию 04.02.02. «Выделить генисточники и доноры ценных признаков для селекции новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, обеспечивающих экологически безопасное эффективное их возделывание».

1. Выделен из мирового генофонда яровых зерновых колосовых культур перспективный исходный селекционный материал как по отдельным, так и по комплексу хозяйственно ценных признаков и биологических свойств.

2. Влияние абиотических факторов на рост и развитие сортообразцов яровых зерновых колосовых культур различного эколого-географического происхождения. Перспективные засухо-, соле- и жароустойчивые сортообразцы.

3. Исходный материал яровых зерновых колосовых культур для селекции на качество.

4. Агротехнические приемы возделывания яровых зерновых культур в аридных условиях Прикаспия.

5. Параметры модели засухоустойчивого сорта яровых зерновых культур для аридных условий Нижнего Поволжья.

6. Экономическая оценка возделывания яровых зерновых культур.
Содержание работы
Глава 1. МИРОВЫЕ РАСТИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ И ИХ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Генетические ресурсы должны играть все более важную роль в создании современных сортов сельскохозяйственных растений. У многих возделываемых культур внутривидовое разнообразие по ряду признаков, практически исчерпано. При этом генетическая база эксплуатируемых в растениеводстве сортов очень обеднена, что повышает риск их генетической уязвимости. Для преодоления реально существующей угрозы генетической эрозии возделываемого ассортимента растений нужно стремиться к возможно более полному включению генетического потенциала сельскохозяйственных растений и их сородичей в селекционные процессы. (Жученко, 2005). Увеличивается необходимость поиска исходного материала с целью решения задач адресной селекции для узкоспецифических условий и скрининга коллекций по новым признакам, приобретающим экономическую значимость.

Полевые исследования проводились на полях Прикаспийского НИИ аридного земледелия, расположенного в Нижнем Поволжье на территории Черноярского района, Астраханской области, который является одним из самых северных районов области и наиболее благоприятен для возделывания яровых зерновых колосовых культур. Его координаты - 4755 с.ш. и 4610 в.д.

В годы исследований (2002-2008 гг.) среднесуточная температура воздуха за вегетационный период изменялась в среднем от +13,4⁰С до 16,8⁰С, при средней многолетней - +13,9⁰С. Сравнительно прохладным были вегетационные периоды 2003 и 2008 гг., а наиболее жарким - 2007 год. Посевы проводились в третьей декаде марта - первой декаде апреля, когда температура воздуха составляла от +9,4⁰С до +15,0⁰С, а температура почвы на глубине 5 и 10 см была, соответственно, +4,5⁰С и +1,5⁰С. Самая высокая температура воздуха отмечена в июне и июле, когда завершен период формирования и идет процесс налива и созревания зерна. В отдельные дни температура воздуха повышалась до 40⁰С, влажность воздуха падала до 20% и ниже.

Анализируя количество осадков и их распределение за период исследований, следует отметить неравномерность их распределения по фазам развития растений. Наибольший дефицит влаги ощущался в марте-апреле, а также - в июне, что отразилось на полноте всходов, на формировании элементов продуктивности, в связи с чем крупность зерновок, а также масса 1000 зерен в засушливые годы была ниже по сравнению с более благоприятными годами.

Анализ метеорологических условий за 2002-2008 годы свидетельствует о том, что условия вегетации за все годы исследований были в разной степени засушливыми, что подтверждается величиной гидротермического коэффициента, который был равен 0,3-0,4.

Объект исследований. В работе были использованы 636 сортообразцов яровых зерновых колосовых культур из них: 569 образцов пшеницы, 68 сортов ячменя, 55 ярового овса из коллекции ВНИИР им. Н.И. Вавилова, а также 10 лучших сортообразцов из ранее изученной нами коллекции.

Опыт 1. Изучение сортообразцов яровых зерновых культур, проводилось в богарных условиях. Образцы в 2002 году высевали в коллекционном питомнике на делянках площадью 1 м² (по методике ВИР) с нормой высева 300-350 зерен в оптимальные сроки, сразу после просыхания почвы. Стандартом служили районированные в Астраханской области сорта: пшеница - Альбидум 28, ячмень - Южный, овес - Льговский 10/26, их размещали через каждые десять делянок. Лучшие образцы в последующие годы высевали в питомнике высокопродуктивных образцов в четырехкратной повторности на делянках 5 м². Наблюдения, учеты проводились согласно «Методическим указаниям ВИР» (1985).

Агротехника опытов была общепринятой для данной зоны. Изучаемые сортообразцы размещались по черному пару. Все посевы осуществлялись вручную. Уход за коллекционными и высокопродуктивными образцами состоял в ручной прополке и сортовой прочистке. Уборку проводили вручную в конце восковой спелости - начале полной спелости. Обмолот снопов проводили на сноповой молотилке.

Образцы высевались в богарных условиях на делянках 10 м² в 4-х кратной повторности. Предпосевная обработка почвы заключалась в бороновании черных паров, для обеспечения выравнивания и рыхления почвы, а также для сохранения влаги и частичного уничтожения сорняков. Перед посевом, который проводился вручную, была применена культивация на 8-10 см.

Организация полевых опытов, проведение наблюдений и лабо­раторных анализов осуществлялось по общепринятым методикам, изложенным в следующих источниках: Методика опытного дела (Доспехов, 1979). Проводились следующие учеты и анализы:

- фенологические наблюдения в соответствии с ГОСТом 10842-64, согласно методике государственного сортоиспытания;

- густоту посевов и сохранность растений определяли в фазу полных всходов и перед уборкой урожая;

- влажность почвы по основным фазам развития яровой пшени­цы определяли термостатно-весовым методом (ГОСТ 27548-97) с последующим пересчетом % влаги в мм продуктивной влаги по­слойно в метровом слое почвы;

- степень развития болезней учитывали по общепринятым мето­дикам;

- биологическую активность почвы определяли по интенсивно­сти разложения целлюлозы (методом льняных полотен по Вострову и Петровой за период инкубации - посев-уборка в четырехкратной повторности по слоям 0...10, 10...20 и 20...30 см);

- в пробных снопах, отобранных перед уборкой, опре­деляли продуктивную кустистость, озерненность и продуктивность колоса, рассчитывали соотношение зерна к соломе. Массу 1000 зе­рен определяли по ГОСТ 28636-90, выполненность зерна по ГОСТ 10987-76, содержание, растяжимость и упругость клейковины по ГОСТ 3040-55 и 9404-60, выход и силу муки;

- учет фактического урожая яровых зерновых колосовых культур проводили с пло­щади всей делянки с пересчетом на 100% чистоту и 14% влажность (ГОСТ 27548-97);

- биоэнергетическая эффективность применения биопрепаратов определялась по совокупным затратам энергоресурсов на возделывание яровой пшеницы и накоплению потенциальной энергии в урожае основной продукции (Иванов, Наумов, Медведев, 2000).

- определение засухоустойчивости в фазу прорастания семян проводили по проценту прорастания семян в растворе сахарозы с высоким осмотическим давлением (Кожушко, 1988), а оценку образцов на солеустойчивость определяли по проценту прорастания семян в растворе NaCl (Удвоенко, Синельникова, Давывода, 1988) в лаборатории агро-химического анализа ПНИИАЗ.

Образцы оценивались на засухоустойчивость также посредством определения морфологических и физиологических параметров – опушенности листьев, воскового налета, цвета листьев, оводненности 3-го листа в фазу выхода в трубку. Определяли выполненность соломины и длину верхнего и нижнего междоузлий и второго снизу, а также длину, ширину, площадь листовой пластинки и длину влагалища флагового листа и остей колоса по методики ВИР (1985).

Для определения содержания белка использовали модифицированный в лаборатории ВИР коллометрический метод ускоренного определения азота (Чмелева, Тютерев, 1974), по точности не уступающий стандартному методу определения по Кельдалю, а по производительности значительно превышающий его.

Данные результатов исследований подвергались математиче­ской обработке методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов (Доспехов, 1979). Статистическую обработку результатов полевых опытов проводили на персональном компьютере с использованием программы АОК08 версия 2.06.

В изучение было включено 636 сортообразцов яровых зерновых колосовых культур из мировой коллекции ВНИИР, которые (по результатам изучения в различных природных зонах мира) были выделены как источники скороспелости и засухоустойчивости.

Рис.1. Соотношение сортообразцов яровых зерновых колосовых культур различного эколого-географического происхождения
Таким образом, включив в исследовательскую работу сортообразцы яровых зерновых колосовых культур, происхождение которых столь разнообразно по климатическим условиям, мы изучили способность к адаптации каждого сорта в аридных условиях Нижнего Поволжья.

Глава 3.  МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И АБИОТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ПРОДУКТИВНОСТИ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Засухоустойчивость В различных районах устойчивость растений яровых зерновых культур, к недостатку влаги и высоким температурам обуславливается различными физиологическими механизмами. Основным критерием засухоустойчивости является степень снижения зерновой продуктивности в условиях засухи по сравнению с благоприятными условиями водообеспечения (Удовенко, 1975). В условиях Нижнего Поволжья наблюдается сухость воздуха, высокая температура, неравномерное и сезонное выпадение осадков. Поэтому, создание и внедрение в производство засухоустойчивых высокоурожайных сортов является одной из главных задач растениеводства и селекции.

Весенне-летняя засуха наблюдалась в 2002 году, которая совпадала с периодами всходов, кущения, и созревания. В этот год по урожайности превысили стандарт 69 образцов, среди которых лучшими были Кутулукская (Самарская область), SST-23 (ЮАР), Фора (Курганская область), Roller (Мексика), Тулунская 12 (Иркутская область), Саратовская 39, Белянка (Саратовская область), IW 562, RAC 610 (Австралия К-64135), Maimun (Сирия) и К-29001 (Эфиопия), Скакун (Ульяновская обл.), Синельник 28 (Украина), Балтика (Ленинградская обл.), Нутанс, Южный (Россия), Алга (Литва), Brenda, Phonix (Германия), Madona (Франция), Сонет (Россия).

В 2003 и 2006 годах, хотя и выпало немного больше осадков, чем в 2002 но они были недостаточными, чем и объясняется невысокая продуктивность яровых культур. В эти годы по урожайности выделились сортообразцы: К-58054, К-64018, Тулунская 12, Обская 14, СКЭНТ-1, СКЭНТ-5, АН-34, Roller, Пирамида, Тулайковская 10, Степная 1, Long 94-4083, Long 98-4723, RAC 610, Харьковская 26, Phonix, Pan, Veles, ЛОС-3, Алга, Brenda, Madona и другие, которые превысили стандарт в среднем на 0,3 т/га.

2004, 2005, 2008 годы были сравнительно благоприятными, но в различные периоды вегетации также наблюдалась засуха и сильные суховеи. В эти годы по урожайности превысили стандартные сорта такие сортообразцы, как RAC 610, IW 562, К-58727, Roller, К-68185, Фора, Тулунская 12, Сарроза, Саратовская 68, Коммунар; Кутулукская, К-58054, К-64018, Тулунская 12, Обская 14, СКЭНТ-1, СКЭНТ-5, АН-34, Пирамида, Тулайковская 10, Степная 1, Long 94-4083, Long 98-4723, Харьковская 26, Panter, Madona, Pan, Алга, Janari, Sega, Veles, Phonix, Brenda.

Особенно сильная весенняя засуха, в сочетании с летней, наблюдалась в 2007 году. Выпало всего 14,1мм осадков (116,0 мм - среднемноголетние). В этот год по урожайности 37 сортообразцов превышали по урожайности стандарт Альбидум 28, Саратовская 68, Сарроза, Белянка (Саратовская область), Удача (Новосибирская область), Фора (Курганская область), Тулунская 12 (Иркутская область), Ангарида, (Красноярский край); К-68354 (ЮАР), К-68185 (Кения), RAC 610, IW 562 (Австралия), К-68800, SST-23 (ЮАР), K-65961 (Кения), Roller (Мексика), Коммунар (Краснодарский край), Эфиопия (К-29618), Бель (Новосибирская область); Мальцевская 110 (Курганская область), а также 7 сортообразцов ячменя - Алга (Литва), Brenda (Германия) и 5 овса Phonix (Германия), Madona (Франция) и др. Данные сортообразцы могут использоваться в селекционной работе на засухоустойчивость.

Относительную засухоустойчивость сортообразцов яровых культур определяли по способности семян прорастать в растворах сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁. С увеличением концентрации раствора и, соответственно, осмотического давления всхожесть семян уменьшалась.