Проблемы в селекции озимой ржи и пути их решения
Обновлено: 05.10.2024
Для успешной селекционной работы необходимо разработать и обосновать модель сорта озимой ржи для условий Волго-Вятского региона. Полевые и лабораторные исследования проведены в 2004–2017 гг. в ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока. По комплексу показателей изучены сорта Вятка 2, Фаленская 4, Рушник, Флора и Графиня. Наибольшая средняя урожайность по опыту (7,29 т/га) отмечена в 2011 г., минимальная (3,57 т/га) в 2016 г. Сорта характеризуются высокой регенерационной способностью после поражения снежной плесенью (75–100?%). Сорт Флора интенсивно наращивает зеленую массу и рекомендуется в качестве ранневесенней зеленой подкормки. Современные сорта являются более короткостебельными в сравнении с сортом Вятка 2. Среди них наибольшей устойчивостью к полеганию характеризуется сорт Графиня (8,4 балла). Для создания устойчивых к полеганию сортов особое внимание должно быть уделено прочности соломины. Важным направлением селекции является создание скороспелых и устойчивых к болезням сортов. Для условий Волго-Вятского региона разработаны параметры модельного сорта озимой ржи: зимостойкий, устойчивый к полеганию (8–9 баллов), болезням (8,0–8,5 баллов), скороспелый, с высоким качеством зерна. Повысить урожайность культуры можно путем увеличения количества продуктивных стеблей до 400 шт./м2, количества зерен в колосе – 55–70 шт., массы 1000 зерен – 34–38 г. Величина признаков и их соотношение могут меняться в зависимости от погодных условий. Важным свойством пластичных сортов является способность компенсации одних элементов продуктивности другими, обеспечивая в результате стабильную урожайность.
1. Кедрова Л.И., Уткина Е.И., Шляхтина Е.А., Коновалова С.В. Адаптивный потенциал сортов озимой ржи в условиях почвенного стресса на Северо-Востоке Нечерноземной зоны России // Достижение науки и техники АПК. 2012. № 6. С. 26–28.
2. Гончаренко А.А. Состояние производства и селекции озимой ржи в Российской Федерации // Озимая рожь: селекция, семеноводство, технологии переработки: мат. Всероссийской научно-практич. конф. Екатеринбург: Уральское изд-во, 2012. С. 5–11.
3. Тимина М.А., Плеханова Л.В. Результаты изучения перспективного сортономера озимой ржи Красноярская универсальная // Достижение науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 6. С. 29–31.
4. Корзун О.С., Бруйло А.С. Адаптивные особенности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений: пособие. Гродно: ГГАУ, 2011. 140 с.
6. Сухоруков А.Ф., Сухоруков А.А. Совершенствование модели сорта озимой мягкой пшеницы для условий Среднего Поволжья // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2015. Т. 17. № 4 (3). С. 473–478.
9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований. М.: Колос, 1979. 336 с.
10. Шешегова Т.К. Методы селекции зерновых культур на устойчивость к болезням в Северо-Восточном селекцентре // Методы и технологии в селекции растений: матер. Всерос. науч.-практич. конф. с междкнар. участием. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2014. С. 34–41.
11. Солодухина О.В., Кобылянский В.Д. Генетический анализ устойчивости ржи к стеблевой ржавчине у доноров признака // Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам: тезисы докладов IV Междунар. конф. (Санкт-Петербург, 11–13 октября 2016 г.). СПб.: ФГБНУ ВИЗР, 2016. С. 41.
12. Шешегова Т.К., Щеклеина Л.М. Иммунологическое состояние перспективных популяций озимой ржи селекции НИИСХ Северо-Востока // Достижение науки и техники АПК. 2012. № 6. С. 23–26.
Озимая рожь в России – одна из основных зерновых продовольственных культур. В зерновом клине Волго-Вятского региона она занимает особое место благодаря высокой адаптивности, зимостойкости, способности обеспечивать стабильные урожаи на кислых почвах с низким естественным плодородием [1]. Несмотря на биологические преимущества озимой ржи, наблюдается резкое снижение ее площадей. По научно обоснованным нормам доля озимой ржи в структуре зерновых должна составлять 15–18 % [2]. Одним из путей сохранения культуры является селекционное улучшение возделываемых сортов [3]. Сорт – основной фактор, определяющий урожайность, самое доступное и дешевое средство ее повышения. Особенно это касается России, где основная зона земледелия находится в неблагоприятных почвенных и гидротермических условиях. При этом доля сорта в формировании величины и качества урожая возрастает до 70 % [4]. Многолетняя селекционная работа с озимой рожью, как в России, так и за рубежом, достигла огромных успехов. Современные сорта, занесенные в Госреестр селекционных достижений, соответствуют требованиям производства по многим параметрам и качественным характеристикам. Однако генетические возможности культуры позволяют совершенствовать сорта по разным направлениям.
Успех селекционной работы во многом обусловлен правильным обоснованием модели сорта, охватывающей широкий круг признаков. Отработке модельных параметров создаваемых сортов посвящено много научных работ. В целом ученые приходят к единому мнению – сортовые признаки должны контролироваться в зависимости от условий региона (принцип зональности) [5]. Адаптивные сорта слабо реагируют на действие стрессовых факторов и эффективно используют благоприятные факторы внешней среды [6], они обладают высокой потенциальной продуктивностью, устойчивостью к полеганию, эдафическому стрессу, болезням и вредителям. Н.И. Вавилов к озимым культурам предъявлял особые требования: высокая зимостойкость, морозоустойчивость, устойчивость к выпреванию и вымоканию [7]. Ввиду того, что создание сорта требует много сил и времени, селекционная работа должна решать не текущие проблемы, а обеспечивать прогресс на отдаленную перспективу.
Цель исследования: усовершенствовать модель сорта озимой ржи для Волго-Вятского региона по комплексу адаптивных и продуктивных параметров в современных условиях изменяющегося климата.
Материалы и методы исследования
Полевые и лабораторные исследования проведены в 2004–2017 гг. В изучение включены сорта селекции ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока, внесенные в Государственный реестр селекционных достижений РФ. Учеты и наблюдения выполнены по методике государственного сортоиспытания [8]. Учетная площадь делянок в опыте – 10 м2, повторность шестикратная, размещение – рендомизированное. Статистическая обработка опытных данных проведена методами дисперсионного и корреляционного анализов с использованием Пакета программ статистического и биометрико-генетического анализа в растениеводстве и селекции AGROS (версия 2.07.), 1998, Microsoft Office Excel, а также по Б.А. Доспехову [9].
Для характеристики метеорологических условий использованы данные Кировского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Агрометеорологические условия за годы проведения исследований значительно различались как в осенний, так и в весенне-летний периоды вегетации. Условия перезимовки варьировали от относительно благоприятных до экстремально неблагоприятных. Период осенней вегетации в основном характеризовался теплой погодой, но по количеству выпавших осадков отмечена сильная дифференциация: недостаточная влагообеспеченность – 99–166 мм (2005, 2010, 2011, 2014); в пределах нормы – 186–208 мм (2007, 2009, 2005, 2016); избыточная влагообеспеченность – 210–277 мм (2004, 2006, 2008, 2012, 2013).
Условия зимнего периода (ноябрь – март) характеризовались несоответствием средним многолетним значениям по температурному режиму и влагообеспеченности. Температура зимнего периода вегетации ржи только в 2009/2010 и 2010/2011 гг. приближалась к среднемноголетнему значению (–10,3…–10,8 °С). Количество выпавших осадков во все годы значительно превышало средний многолетний уровень (на 23–96 %). Создавались благоприятные условия для развития фузариозных грибов.
В период летней вегетации (апрель – июль) сумма осадков варьировала от 175 мм (76 % от нормы) в 2014 г. до 316 мм (138 % нормы) в 2007 г. Если рассматривать условия летнего периода по накоплению эффективных температур, то можно выделить следующие группы: умеренно теплое лето (Σ эф. t = 900–1100 °С) – 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2014, 2015 гг.; теплое
(Σ эф. > 1100 °С) – 2010, 2011, 2012, 2013, 2016, 2017 гг. Из-за неоднородности и неповторяемости лет по гидротермическому режиму в период вегетации озимых культур можно утверждать, что самым точным критерием оценки условий года является уровень урожайности и качество продукции.
Результаты исследования и их обсуждение
Основным показателем сорта озимой ржи является его способность формировать высокую и стабильную урожайность. Анализ урожайных данных за период изучения показал, что достаточно отселектированные районированные сорта относительно стабильно реагировали на условия года (табл. 1), коэффициент вариации по всему сортименту составил 20,0–23,9 %. Максимальная средняя урожайность отмечена в 2011 г.
(7,29 т/га), когда сложились благоприятные условия для регенерации в период весеннего отрастания. Наименьшая урожайность выявлена в 2016 г. (3,57 т/га). Весенняя засуха (в мае осадков выпало 24 % от нормы) негативно сказалась на развитии растений. Сорта местной селекции можно отнести к группе стабильных, так как среди сортов озимой ржи инорайоной селекции, менее адаптированных к условиям региона, в 2016 г. наблюдалась полная гибель.
Введение. Зерно озимой ржи, получаемое в производственных условиях, не всегда отвечает требованиям, предъявляемым при заготовках его на продовольственные цели. На хлебопекарные свойства ржаной муки большое влияние оказывает состояние углеводно-амилазного комплекса, определяемое активностью α-амилазы. Допущенные к использованию в Среднем Поволжье сорта недостаточно устойчивы к прорастанию зерна в колосе, что в отдельные годы приводит к активизации амилолитических ферментов и снижению хлебопекарных свойств муки. Создание новых высококачественных сортов с высокой адаптивностью и устойчивостью к прорастанию зерна в колосе является важной задачей селекции [2, 4].
Материалы иметоды. Объектом для исследований служили сорта озимой ржи коллекции ВНИИР, выделившиеся по зимостойкости, устойчивости к полеганию, продуктивности и качеству зерна, а также шесть гибридных комбинаций, полученных нами при скрещивании лучших сортообразцов. Для скрещивания были взяты в качестве материнской формы сорта: Безенчукская 87, Саратовская 6, а в качестве отцовской форм сорта: Безенчукская 88, Альфа, Otello 3. Научные исследования выполнялись на базе Самарского НИИСХ. Стандартом служил сорт Безенчукская 87.
Посев коллекционных образцов и гибридов в селекционном питомнике проводился сеялкой РСС-1. Длина рядка 1,05 м, площадь делянки 1 м², повторность трехкратная, размещение вариантов внутри повторения рендомизированное.
Фенологические наблюдения и учеты проводили в соответствии с методическими указаниями по изучению мировой коллекции ржи [6] и методикой Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [5].
Экспериментальные данные обрабатывали с использованием дисперсионного и корреляционного анализов [3].
Для планирования селекционной работы — важную роль играет подбор исходного материала на основе изучения адаптивности вовлекаемых в скрещивания сортов. В связи с этим было изучено влияние факторов среды на активность альфа-амилазы.
Проблема повышения экологической пластичности сортов озимой ржи приобретает особую актуальность в своеобразных условиях Среднего Поволжья (чередование благоприятных и засушливых лет, неравномерное распределение осадков за период вегетации).
В ходе изучения выявлены сорта озимой ржи Безенчукская 88, Альфа и Otello 3 с повышенной адаптивностью по активности α-амилазы. Что подтверждается незначительным отклонением линии регрессии от единицы (bi = 1,01–0,85), наиболее низким коэффициентом вариации (19,6–23,2 %) и максимальным значением гомеостатичности (Hom = 10,5–14,2).
В процессе исследований было установлено, что по устойчивости к прорастанию зерна в колосе у четырех гибридных комбинаций в F1 отмечено промежуточное наследование этого признака. В комбинации Безенчукская 87 х Альфа наследование шло по типу полного доминирования низкой активности α-амилазы, а в комбинации Саратовская 6 х Альфа наблюдалось промежуточное наследование с уклонением в сторону родительской формы с более высокой активностью амилолитических ферментов.
Исходя из того, что исходные гибридные популяции обладали достаточной генетической изменчивостью, в 2004 году лучшие семьи выделившихся гибридных популяций, по продуктивности и качеству зерна, были объединены и высеяны разреженно на изолированном участке в питомнике отбора. В 2005 году до цветения растений проведен негативный отбор. Удалены высокорослые растения, сильно кустящиеся, с разноярусным расположением колосьев, тонким и ломким стеблем. В лабораторных условиях растения с низкой продуктивностью браковали, оставшиеся оценивали по форме, выполненности, выравненности, крупности зерна и далее обмолачивали. Одну часть семян оставляли в резерв, а другую высевали в питомнике микроиспытания на делянках длинной 1,5 м с размещением стандарта через каждые 20 номеров. В 2005 году лучшие номера, превышающие стандарт по продуктивности, оценивали на устойчивость к прорастанию зерна в колосе. Семена лучших номеров, выделившихся по признакам продуктивности и качества зерна, были взяты из резерва и объединены в гибридную популяцию ГК-38 для проведения следующего цикла отбора.
Сравнительная оценка сортов озимой ржи, (2010–2014гг.)
Ключевые слова
Об авторах
Список литературы
1. Алтухов А.И. Развитие рынка продовольственного зерна в России. Нива Поволжья. 2012;4(25):2-12. [Altukhov A.I. The development of the food grain market in Russia. Niva Povolzhya = Volga Region Farmland. 2012;4(25):2-12. (in Russian)]
2. Бебякин В.М. Методические подходы к оценке качества зерна озимой ржи в процессе селекции. Озимая рожь: селекция, семеноводство, технологии и переработка. Саратов, 2008;90-94. [Bebyakin V.M. Methodology of the evaluation of winter rye grain quality during breeding. Winter Rye: Breeding, Production, Technology and Processing. Saratov, 2008;90-94. (in Russian)]
3. Гончаренко А.А. Актуальные вопросы селекции озимой ржи. М., 2014. [Goncharenko A.A. Topical Issues of Winter Rye Breeding. Moscow, 2014. (in Russian)]
4. Гончаренко А.А., Беркутова Н.С., Тимощенко А.С. Сравнительная оценка сортов озимой ржи по различным показателям качества зерна. Докл. РАСХН. 2002;5:3-7. [Goncharenko A.A., Berkutova N.S., Timoshenko A.S. Comparative evaluation of winter rye cultivars with regard to various grain quality indicators. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2002;5:3-7. (in Russian)]
5. Гончаренко А.А., Исмагилов Р.Р., Беркутова Н.С., Ванюшина Т.Н., Аюпов Д.С. Оценка хлебопекарных качеств зерна озимой ржи по вязкости водного экстракта. Докл. РАСХН. 2005;1:6-9. [Goncharenko A.A., Ismagilov R.R., Berkutova N.S., Vanyushina T.N., Ayupov D.S. Evaluation of the bread-making quality of rye grain by viscosity of water extract. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2005;1:6-9. (in Russian)]
6. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (технологическая оценка зерновых, крупяных и зернобобовых культур). М., 1988. [Methods of the State Testing of Agricultural Crop Varieties: Technological Evaluation of Grain, Cereal, and Leguminous Crops. Moscow, 1988. (in Russian)]
7. Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш. Динамика факторов производства и использования зерна ржи в Российской Федерации и Республике Татарстан. Земледелие. 2014;8:6-9. [Ponomareva M.L., Ponomarev S.N., Tahirov M.Sh. Dynamics of indices of rye grain production and use in the Russian Federation and the Republic of Tatarstan. Zemledelie = Agriculture. 2014;8: 6-9. (in Russian)]
8. Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш., Гильмуллина Л.Ф., Маннапова Г.С. Генотипическая изменчивость содержания пентозанов в зерне озимой ржи. С.-х. биология. 2017; 52(5):1041-1048. [Ponomareva M.L., Ponomarev S.N., Tagirov M.Sh., Gilmullina L.F., Mannapova G.S. Pentosan content genotypic variability in winter rye grain. Selskokhozyaistvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2017;52(5):1041-1048. DOI 10.15389/agrobiology.2017.5.1041rus. (in Russian)]
9. Bengtsson S., Andersson R., Westerlund E., Aman P. Content, structure and viscosity of soluble arabinoxylans in rye grain from several countries. J. Sci. Food Agric. 1992;58:331. DOI 10.1002/jsfa. 2740580307. Bruemmer J.M. Rye and its baking behavior. Cereal Technol. 2005;59: 95-106.
10. D’Appolonia B.L. Comparison of pentosans extracted from conventional and continuous bread. Cereal Chem. 1973;50:27.
11. Delcour J.A. Structure of water- and alkali-extractable rye (Secale cereale L.) arabinoxylans. International Rye Symposium: Technology and Products. Espoo: VTT Biotechnology and Food Reserch. 1995; 161:103-111.
12. Gomez M., Pardo J., Oliete B., Caballero P.A. Effect of the milling process on quality characteristics of rye flour. J. Sci. Food Agric. 2009; 89:470-476. DOI 10.1002/jsfa.3475.
13. Gudmundsson M., Eliasson A.C. Thermal and viscous properties of rye starch extracted from different varieties. Cereal Chem. 1991;68: 172-177.
14. Hansen H.B., Moller B., Andersen S.B., Jorgensen J.R., Hansen A. Grain characteristics, chemical composition, and functional properties of rye (Secale cereale L.) as influenced by genotype and harvest year. J. Agric. Food Chem. 2004;52:2282-2291. DOI 10.1021/ jf0307191.
16. Laidig F., Piepho H.P., Rentel D., Drobek T., Meyer U., Huesken A. Breeding progress, variation, and correlation of grain and quality traits in winter rye hybrid and population varieties and national on-farm progress in Germany over 26 years. Theor. Appl. Genet. 2017;130(5):981-998. DOI 10.1007/s00122-016-2810-3.
17. Muenzing K., Huesken A., Unbehend G., Begemann J., Arent L., Wolf K., Lindhauer M.G. Die Qualität der deutschen Roggenernte 2014. Mühle Mischfutter. 2014;155:745-754.
18. Nowotna A., Buksa K., Gambus H., Ziobro R., Krawontka J., Sabat R., Gryszkin A. Retrogradation of rye starch pastes. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 2007;6(4):95-102.
19. Rattunde H.F., Geiger H.H., Weipert D. Variation and covariation of milling-and baking-quality characteristics among winter rye singlecross hybrids. Plant Breed. 1994;113(4):287-293. DOI 10.1111/ j.1439-0523.1994.tb00738.x.
20. Repeckiene A., Eliasson A.-C., Juodeikiene G., Gunnarsson E. Predicting baking performance from rheological and adhesive properties of rye meal suspensions during eating. Cereal Chem. 2001;78:193-199. DOI 10.1094/CCHEM.2001.78.2.193.
21. Schlegel Rolf H.J. Rye: Genetics, Breeding and Cultivation. London: CRC Press Taylor and Francis Group, 2013.
22. Weipert D. Рrocessing performance of rye as influenced by sprouting resistance and pentosans contents. International Rye Symposium: Technology and Products. Espoo: VTT Biotechnology and Food Research. 1995;161:39-49.
Рецензия
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
Поиск ссылок
Послать статью по эл. почте (Необходимо имя пользователя (логин))
Связаться с автором (Необходимо имя пользователя (логин))
При создании сортов озимой ржи имеющийся и создаваемый материал оценивают по следующим показателям: продуктивность, зимостойкость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням и полеганию, качество зерна, отзывчивость на удобрение и другие агротехнические приемы. Оценку проводят
Рожь — Методика и техника селекционного процесса
В селекционной работе с рожью широко применяется изолированное размножение гибридных популяций. Изоляция может быть естественная — пространственная, при размещении
Рожь — Полиплоидия
В последние годы в селекции ржи более широко изучаются и применяются методы перевода диплоидных сортов на полиплоидный (тетраплоидный — 2n = 28) уровень.
Наиболее доступный и достаточно эффективный метод удвоения числа хромосом — обработка семян, проростков или колосьев раствором колхицина. В ГДР также применяется так называемый метод валентных скрещиваний — получение тетраплоидов путем скрещивания 2n × 4n.
Мировая селекция насчитывает около
Рожь — Использование гетерозиса у озимой ржи
В нашей стране и за рубежом ведутся работы, но изучению и использованию гетерозисного эффекта у ржи. Многие исследователи отмечают, что гетерозис у озимой ржи проявляется в повышении энергии прорастания и полевой всхожести семян, повышении зимостойкости, засухоустойчивости, продуктивной кустистости, укрупнении колоса, увеличении его озерненности и улучшении качества зерна. В каждом отдельном случае эти показатели находятся в различном
Рожь — Отдаленная гибридизация
В селекции ржи применяется и отдаленная гибридизация. Дикие виды ржи S. kuprianovii и S. montanum были использованы А. И. Державиным в скрещиваниях с сортами культурной ржи для создания многолетней культурной ржи. Он получил ряд многолетних форм различного направления — на зерно, зеленый корм, силос.
Несмотря на ряд ценных свойств у таких
Рожь — Внутривидовая гибридизация
Один из широко распространенных методов гибридизации ржи — свободное межсортовое скрещивание; его называют методом сложных популяций в том случае, когда в переопылении и создании исходной популяции
Рожь — Отбор из местных сортов и естественных популяций
Все сорта ржи, как местные, так и селекционные,— это сложные популяции, обладающие
Читайте также: