Сыновья ноя и их потомки

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка популяций и линий яровой мягкой пшеницы питомников челночной селекции СИММИТ в условиях южной лесостепи Западной Сибири»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. В условиях Западной Сибири для решения проблемы повышения стабильности производства зерна важнейшая роль отводится селекции. В последние годы в регионе создан целый ряд высокоурожайных сортов яровой пшеницы, но лишь немногие из них сочетают высокую урожайность с устойчивостью к засухе и болезням .

Наметившаяся тенденция потепления климата, распространение энергосберегающих технологий с разбрасыванием соломы, спровоцировали интенсивность образовательных процессов и появление новых агрессивных рас в популяциях возбудителей наиболее вредоносных болезней. В этой связи обогащение и расширение генетического разнообразия селекционного материала для создания устойчивых сортов одна из актуальных проблем, что и определило цель и задачи наших исследований .

Исследования проводились в рамках международной программы Казахстанско — Сибирской сети улучшения пшеницы (КАСИБ), по проекту Международного Центра улучшения кукурузы и пшеницы СИММИТ и в соответствии с программой НИР ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина (№ государственной регистрации 01.2.00102530).

Степень разработанности темы исследований. Современные сорта в условиях производства способны формировать в благоприятные годы до 3-4 т/га и выше. Реальная средняя урожайность в областях Западной Сибири в пределах 1,21,4 т/га. Основные негативные факторы, приводящие к снижению урожайности -это периодически повторяющаяся засуха и болезни растений. Для решения проблемы повышения устойчивости производства зерна пшеницы в условиях региона важное значение отводится селекции. Блестящее обоснование роли устойчивых сортов в увеличении производства продукции сельского хозяйства дано академиком Н. И. Вавиловым в трудах по иммунитету растений . Селекционная работа начинается с подбора исходного материала.

Проблеме повышения эффективности создания и оценки исходного материала посвящены многочисленные классические работы отечественных и зарубежных ученых: Н.И. Вавилова , А.Ф. Мережко , Н. Борлауга .

Система челночной селекции разработана основателем Международного Центра улучшения кукурузы и пшеницы (СИММИТ, Мексика) Норманном Бор-лаугом . Выведенные в СИММИТ высокоурожайные сорта пшеницы в 60-х годах спасли от голода миллионы людей на Земле. Это событие, названное «зеленой революцией», было отмечено присуждением Нобелевской премии Норманну Борлаугу. Челночная селекция, проводимая в СИММИТ, довольно подробно опи-. сана X. Брауном и др. .

Челночная селекция является эффективным методом оценки исходного материала на экологическую пластичность и устойчивость к болезням. Современное состояние изученности свидетельствует о том, что на основе метода челночной селекции можно достичь существенного ускорения селекционного процесса при создании устойчивых сортов . По программе КАСИБ с использованием метода челночной селекции создан ценный исходный материал , однако комплексной оценки созданным популяциям и линиям яровой мягкой пшеницы в условиях Западной Сибири не проводили. Актуальность данной проблемы определила цель и задачи наших исследований.

Цель исследований — выделить из питомников челночной селекции СИММИТ лучшие популяции и линии яровой мягкой пшеницы для условий Западной Сибири.

Задачи исследований:

— установить тенденцию изменчивости климатических факторов и урожайности сортов яровой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Западной Сибири в связи с задачами селекции;

— провести оценку популяций и линий яровой мягкой пшеницы питомников челночной селекции СИММИТ и отобрать лучшие по комплексу хозяйственно-ценных признаков;

— определить экологическую пластичность лучших популяций;

— выявить наиболее ценные материнские формы популяций по проценту выхода отобранного исходного материала;

— провести, идентификацию генов устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине с помощью молекулярных ДНК маркеров у лучших линий челночной селекции.

Научная новизна. Впервые в условиях южной лесостепи Западной Сибири показана тенденция изменения климата и урожайности сортов яровой мягкой пшеницы ОмГАУ в условиях южной лесостепи в связи с задачами селекции. Дана комплексная селекционная оценка популяций и линий яровой мягкой пшеницы питомников челночной селекции СИММИТ. Определена экологическая пластичность лучших популяций сибирского питомника челночной селекции. Выявлены гены возрастной устойчивости к бурой ржавчине и устойчивости к стеблевой ржавчине у лучших селекционных линий.

Теоретическая и практическая значимость работы. Проведенная комплексная оценка популяций и линий яровой мягкой пшеницы питомников челночной селекции СИММИТ позволила выделить ценный исходный материал для селекции яровой мягкой пшеницы на устойчивость к засухе и болезням в условиях Западной Сибири. Выявлены гены возрастной устойчивости к бурой ржавчине и устойчивости к стеблевой ржавчине. Лучшие по комплексу хозяйственно-ценных признаков селекционные линии доведены к 2013 году до питомника предварительного сортоиспытания (ПСИ) лаборатории селекции яровой мягкой

пшеницы и озимого тритикале ОмГАУ им. П.А. Столыпина.

Методология и методы исследования. При проведении исследований использовались стандартные методики проведения полевых и лабораторных исследований. Математическая обработка и графическое представление результатов исследований проводились с помощью пакета прикладных программ «Agros 2.09» и Microsoft Excel.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

— выявленные тенденции изменчивости климата и урожайности сортов яровой мягкой пшеницы селекции ОмГАУ в условиях южной лесостепи;

— результаты экологической пластичности популяций яровой мягкой пшеницы из питомников челночной селекции СИММИТ;

— выделенные линии яровой мягкой пшеницы для селекции в условиях Западной Сибири.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается значительным количеством фактического материала, применением полевых и лабораторных методов исследований, современных методов математической статистики, публикациями автора.

Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены и обсуждены на XI Международном генетико-селекционном семинаре (Краснообск, 2012); на Всероссийском конкурсе У.М.Н.И.К. (Омск, 2012); на научно-практической конференции «Научные инновации — аграрному производству» (Омск, 2013) и опубликованы в 6 работах, в том числе 3 в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Библиографические ссылки

1. Зыкин В. А., Шаманин В. П., Белан И. А. Экология пшеницы: Монография. — Омск: Изд-во ОмГАУ, 2000. — 124 с.

10. Гончаров H. П., Гончаров П. Л. Методические основы селекции растений. — Новосибирск: Гео, 2009. — 427 с.

11. Зыкин В. А., Шаманин В.П., Белан И.А. Экология пшеницы: Монография. — Омск: Изд-во ОмГАУ, 2000. — 124 с.

pap. ун-т, Ин-т цитол. и ген. СО РАН. — Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2010. -228 с.

15. Braun H.J., Rajaram S., M. Van Ginkel. 1966. CIMMYT’s approach to breeding for wide adaptation. — Euphytica, 92. — P. 175-183.

»

1 Исходный материал как основа селекции пшеницы

(обзор литературы)

Пшеница является основной продовольственной культурой Российской Федерации. Пшеница возделывается практически во всех регионах РФ и является основой питания, переработки важных продуктов и, частично, составляет кормовую базу животноводства. В Западной Сибири яровая мягкая пшеница высевается на площади около 7 млн. га и является основной зерновой культурой в регионе .

В последние десятилетия во всём мире всё большее внимание учёных и практиков уделяется вопросам «биологизации» сельского хозяйства, sustainable agriculture . В нашей стране эта идея сформулирована как концепция адаптивной системы сельского хозяйства . Сорта и гибриды, предназначенные для использования в системе адаптивного растениеводства, должны удовлетворять ряду требований, основные из которых:

— устойчивость к наиболее характерным для агроэкологической зоны абиотическим стрессам; при этом, как уже отмечалось, при создании сортов сельскохозяйственных культур требуется учёт особенностей естественных природно-климатических зон;

— устойчивость к биотическим факторам среды и минимальная потребность в химических средствах борьбы с сорняками, болезнями и вредителями;

— широкая норма реакции на флюктуирующие природно-климатические факторы (гомеоадаптивность);

— максимальная утилизация техногенных факторов (в первую очередь удобрений);

— стабильное формирование экологически безопасной продукции для целей потребления .

Мировая задача сельского хозяйства в 21 веке по обеспечению продовольствием всего населения Земли как никогда.усложнилась. Перед человечеством

вновь возникает угроза продовольственного кризиса. Чтобы накормить растущее население Земли, которое согласно имеющимся прогнозам к 2015 г. достигнет 7,1 млрд. человек, производство продуктов питания предстоит увеличить по меньшей мере на 50 %, доведя его ежегодный прирост до 8,5 — 9 млн. т в год. . Годовое производство зерна пшеницы в среднем составляет около 600 млн. т., к 2020 году потребность будет достигать уровня от 840 до 1000 млн. т. . Между тем возможности изменить негативный сценарий обеспечения продовольствием население мира весьма ограничены, поскольку основные земледельческие территории уже освоены, а рост урожайности сельскохозяйственных культур за счет исчер-паемых ресурсов в промышленно развитых странах достиг своего экологического, а зачастую ц экономического порога .

В складывающейся ситуации Россия имеет огромный потенциал к увеличению валового производства зерна пшеницы, тем самым может внести значимый вклад в решение проблемы продовольственного кризиса во всем мире. Неслучайно, в прогнозах ФАО на предстоящий период Россия рассматривается в качестве одного из основных экспортеров зерна.

Западная Сибирь является одним из перспективных регионов страны по производству высококачественного зерна пшеницы, имеются возможности увеличения урожайности и общего объема производства зерна, что может внести существенный вклад в решение мировой проблемы .

Современные сорта в условиях производства способны формировать в благоприятные годы до 3-4 т/га и выше. Реальная средняя урожайность в областях Западной Сибири в пределах 1,2-1,4 т/га .

1.1 Значение сорта в сельскохозяйственном производстве и экономическая эффективность селекции

Сорт — это созданная человеком для удовлетворения своих потребностей совокупность культурных растений, происходящих от одного или нескольких родо-

начальников и обладающих относительно одинаковыми, наследственно закреплёнными ботанико-биологическими и хозяйственными признаками и свойствами, которые позволяют в определённых природных и производственных условиях получать высокие и устойчивые урожаи продукции требуемого качества. Сорт (или гибрид) как средство сельскохозяйственного производства — один из элементов научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. Внедрение новых сортов обеспечивает увеличение урожайности, а следовательно, и производства зерна и другой сельскохозяйственной продукции.

Например, благодаря внедрению новых сортов и ежегодному сортообновле-нию подсолнечника, выработка растительного масла за год в конце 60-х — начале 70-х гг. в стране возросла на 0,8-1 млн. т, что в стоимостном выражении составило 1,2-1,5 млрд. руб. Подсчитано, что если бы хозяйства выращивали сорта подсолнечника довоенного периода, то для получения такого количества масла необходимо было бы дополнительно посеять его на площади 3 млн га. Соответственно, дополнительно потребовалось бы несколько десятков тысяч тракторов, комбайнов и других сельскохозяйственных машин, десятки тысяч рабочих рук.

Группа отечественных селекционеров — М.И. Хаджинов, Г.С. Гаплеев, В.Е. Ко-зубенко и др. — в 60-е гг. осуществила перевод гибридов кукурузы на андросте-рильную основу. Это позволило избавиться от ручного обрывания метёлок на материнских растениях. На это ежегодно тратилось 2-2,5 млн. чел.-дн.

Возделывание сорта озимой пшеницы Безостая 1 обеспечило в отдельные годы получение по стране до 273 млн. руб. условно чистого дохода. При этом уже за первые 10 лет после внедрения сорта каждый рубль затрат на его селекцию принес доход в размере 2 027 руб.

Удвоение урожайности сельскохозяйственных культур в Европе за 100 лет (1820-1919) наполовину было обеспечено успехами селекции. К середине XX века урожайность в Европе увеличилась на 50%, причём половина прироста была обусловлена селекцией. В результате внедрения в США гибридов кукурузы валовые сборы зерна этой культуры значительно возросли. Стоимость прибавочного

урожая к моменту окончания Второй мировой войны в 150 раз превзошла затраты, связанные с созданием гибридов и их внедрением. Эти данные показывают, что селекционные работы имеют исключительное экономическое значение в сельскохозяйственном производстве и вложенные в них средства многократно окупаются .

1.2 Виды исходного материала и способы его получения

Селекционная работа начинается с подбора исходного материала. Исходным материалом в селекции называют культурные и дикие формы растений, используемые для выведения новых сортов.

Различают исходный материал местного происхождения и интродуцирован-

ный.

Исходный материал местного происхождения формируется в каком-либо конкретном районе. К интродуцированным относятся сорта, привлечённые из других мест и при этом сохранившие свои прежние свойства.

Как местный, так и интродуцированный, исходный материал делится на сформировавшийся и создаваемый искусственно.

К сформировавшемуся исходному материалу относят селекционные сорта и гибриды, собранные в мировой коллекции сельскохозяйственных растений, сорта народной селекции, а также дикорастущие формы.

Селекционные сорта более однородны. У самоопылителей и вегетативно размножающихся культур сорт может быть представлен одной линией или клоном, где все растения имеют одинаковый генотип.

Если селекционные сорта не имеют требуемых признаков или обладают рядом нежелательных свойств, то в селекции могут быть использованы стародавние и местные сорта народной селекции, а также дикие сородичи культурного вида.

Сорта народной селекции, как правило, сложны по генетической природе и включают ряд форм, иногда разновидностей и видов. В связи с этим средний

урожай по годам колеблется незначительно. Местные сорта народной селекции в настоящее время практически вытеснены селекционными сортами, однако они продолжают служить ценным источником исходного материала. Например, местные сорта льна-долгунца из Пскова и Смоленска послужили исходным материалом для выведения селекционных сортов в Бельгии, Нидерландах, Франции и в других странах.

К стародавним сортам могут быть отнесены не только местные народные сорта, но и «перероды» когда-то интродуцированных из других районов сортов.

Из группы дикорастущих растений для улучшения той или иной культуры в селекцию вовлекают преимущественно близкие к ней в таксономическом отношении формы.

Используя для отбора сформировавшийся исходный материал, селекционер не получает новых признаков или их комбинаций, а выделяет те, которые уже созданы в процессе длительного естественного отбора (дикорастуще формы) или совместного действия искусственного и естественного отбора (народные сорта) на основе спонтанно возникающих в природе мутаций и естественной гибридизации. Отбор может быть эффективен и в гетерогенных популяциях, уже созданных в процессе научной селекции сортов. Данные сорта обычно гибридного происхождения или созданы путём обработки различными мутагенами. Эти сорта поддерживаются в коллекциях Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова, а также в коллекциях других селекционных учреждений.

Таким образом, направление селекции, основанное на отборе из естественных популяций дикорастущих форм, народных сортов и из гетерогенных селекционных сортов, т.е. из уже сформировавшегося исходного материала, называется аналитической селекцией.

К искусственно создаваемому исходному материалу относят: 1) гибридные популяции (внутривидовые, межвидовые, межродовые); 2) искусственные мутации (получают путём воздействия на растения различными видами физических и химических мутагенов); 3) полиплоидные формы (получают путём обра-

ботки различных органов растений колхицином или другими веществами, вызывающими образование полиплоидных форм); 4) изолированные клетки и ткани, выращиваемые на искусственной питательной среде (создаётся методами биотехнологии). Кроме того, у перекрёстноопыляющихся растений для создания гетеро-зисных гибридов используют самоопылённые линии (инцухт-линии).

Если селекционер осуществляет отбор из популяций, создаваемых путём искусственных скрещиваний (гибридизации) разных сортов, видов или родов, то он может выявить формы с новыми признаками или их сочетанием, поэтому данное направление в селекции называется комбинационной, или синтетической, селекцией .

1.3 Значение исходного материала для селекции яровой мягкой пшеницы на

устойчивость к стеблевой ржавчине

Современные сорта в условиях производства способны формировать в благоприятные годы до 3-4 т/га и выше. Реальная средняя урожайность в областях Западной Сибири в пределах 1,2-1,4 т/га . Одной из основных причин являются болезни с воздушно-капельной инфекцией, которые снижают урожайность .

Поэтому одной из важнейших задач селекционеров является выведение высокопродуктивных сортов и гибридов зерновых культур, устойчивых к болезням.

Из различных патогенных грибов, которые поражают пшеницу, нет ни одного, который мог бы принести такой вред, какой приносит на восприимчивых сортах гриб, вызывающий ржавчину .

В последние годы наряду с традиционными болезнями (бурая ржавчина, сеп-ториоз, пыльная головня, и др.) в регионах Западной Сибири возросла угроза эпифитотий стеблевой ржавчины.

Долгие годы стеблевая ржавчина не имела значимого распространения и вредоносности в нашем регионе, соответственно у селекционеров не стояло задачи создания иммунных сортов к данному заболеванию. На сегодняшний день все сорта яровой мягкой пшеницы возделываемые в Омской области в различной степени поражаются стеблевой ржавчиной, что в годы эпифитотий может привести к значительным потерям урожая. Наряду с этим, в соответствии с общемировыми тенденциями, ведется активное внедрение интенсивных технологий возделывания зерновых культур, которые в свою очередь способствуют увеличению вредоносности листостебельных заболеваний из-за создающегося микроклимата в посевах. Применение химических средств защиты растений, которые предусматриваются в технологии, связано не только с огромными затратами средств, но и, самое главное, с отрицательным воздействием на окружающую среду. Химический метод при этом, не всегда гарантирует ожидаемый результат, и это, прежде всего, относится к ржавчинным болезням зерновых культур .

Пристальное внимание селекционеров к стеблевой ржавчине пшеницы вызвано озабоченностью, в связи с высокой агрессивностью данного патогена. Характерная черта этого вида ржавчины, в отличие от бурой, заключается в том, что она может практически полностью уничтожать посевы пшеницы. Неслучайно, во времена «холодной войны» данный патоген рассматривался в качестве биологического оружия .

Угроза эпифитотий стеблевой ржавчины растет и в общемировом масштабе. До 2004-2005 гг. борьба со стеблевой ржавчиной приводилась в качестве классического примера эффективной и долговременной генетической защиты растений. Наличие гена Бг31 (наряду с несколькими другими генами) во многих возделываемых сортах пшеницы обеспечивало защиту пшеницы от болезни последние 30 лет.

В 1999 году в Уганде было впервые отмечено поражение стеблевой ржавчиной генотипов с геном БгЗ!, которые до того времени практически не поражались.

Данный единичный случай оповестил мир о появлении новой расы стеблевой ржавчины, получившей имя Ug99 .

Глобальная озабоченность появлением и распространением новой расы стеблевой ржавчины привела к ряду мероприятий, предпринятых научным сообществом.

С 2006 г. проводится оценка сортов и селекционного материала на устойчивость к новой расе в Кении. Создана Глобальная инициатива по ржавчине пшеницы имени лауреата Нобелевской премии, отца «зеленой революции» доктора Нормана Борлауга С www.globalrust.org) . Ведется поиск новых генов устойчивости, способных противостоять распространению появившейся расы стеблевой ржавчины, что является актуальным для селекции яровой мягкой пшеницы в условиях Западной Сибири.

Еще в 1907 г. один из крупнейших ученых, основоположник отечественной фитопатологии, профессор А. А. Ячевский писал о том, что основным направлением в защите растений должно быть практическое использование болезнеустойчивых растений. Блестящее обоснование роли устойчивых сортов в увеличении производства продукции сельского хозяйства дано в трудах по иммунитету растений академиком Н. И. Вавиловым .

Он наметил задачи и пути селекции устойчивых к грибным заболеваниям хлебных злаков. Серия его основополагающих исследований открывается работой «Материалы к вопросу об устойчивости хлебных злаков против паразитических грибов», опубликованной в 1913 г. на страницах «Трудов селекционной станции при Московском сельскохозяйственном институте» .

Теория Н. И. Вавилова нашла широкое отражение в практических методах селекции на устойчивость к грибным заболеваниям, используемых в разных странах .

Считая наиболее ценными источниками устойчивости дикие виды и сородичи пшеницы, Н. И. Вавилов в то же время экспериментальным путем доказал, что передать иммунитет диких видов и сочетать его с признаками

мягкой пшеницы очень сложно. Поэтому он указывал, что основным, наиболее обещающим путем селекции пшеницы на иммунитет, является гибридизация сортов в пределах одного или близких видов пшеницы. Мягкая пшеница имеет много форм, исключительно ценных для селекции на иммунитет, несмотря на то, что в целом она восприимчива .

Кроме того, по его идее и под его непосредственным руководством был начат сбор аборигенных форм и селекционных сортов, устойчивых к различным болезням. Коллекции ВИР, созданные Н. И. Вавиловым, оказали и оказывают в настоящее время неоценимую услугу селекции на иммунитет .

Возникновение учения об исходном материале, и в частности об исходном материале для селекции на устойчивость к болезням, связано с именем Н. И Вавилова .

Мировые растительные ресурсы рассматриваются во всем мире как основной источник улучшения сельскохозяйственных культур на ближайшие десятилетия .

Энциклопедический словарь, 1998 г. Значение слова в словаре Энциклопедический словарь, 1998 г.
СЕМИТЫ (от греч. Sem, др. -евр. Шем — Сим, имя одного из сыновей Ноя) термин, применяемый по отношению к народам, говорящим на семитских языках.

Большая Советская Энциклопедия Значение слова в словаре Большая Советская Энциклопедия
термин, введённый в науку немецкими учёными А. Л. Шлёцером и И. Г. Эйхгорном в 80-х гг. 18 в. для обозначения древних народов, характеризовавшихся принадлежностью к особой семье языков, общим ареалом расселения, общими чертами культа, сходством материальной…

Википедия Значение слова в словаре Википедия
Семи́ты — термин, введённый в науку немецкими учёными А. Л. Шлёцером и И. Г. Эйхгорном в 80-х гг. XVIII в. для обозначения древних народов, характеризовавшихся принадлежностью к особой семье языков, общим ареалом расселения, общими чертами культа, сходством…

Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова. Значение слова в словаре Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.
мн. Группа близких по языку народов, населяющих или населявших Северную и Восточную Африку и Юго-Западную Азию (к которой относятся древние вавилоняне, ассирийцы, финикийцы, иудеи и т.п., а также современные арабы, сирийцы, евреи, эфиопы). Представители…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *