СПОСОБ ОЦЕНКИ СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР НА УСТОЙЧИВОСТЬ К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ УСЛОВИЯМ СРЕДЫ Российский патент 2009 года по МПК A01H1/04 A01G1/00 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к селекции на устойчивость к действию неблагоприятных факторов внешней среды.

Устойчивость создаваемых сортов к неблагоприятным условиям среды способствует получению высокого и стабильного урожая независимо от складывающихся погодных и других условий во время их возделывания и полной реализации заложенных в них потенциальных возможностей. В связи с достижениями современными сортами многих сельскохозяйственных культур высокого уровня потенциала продуктивности придание стабильности достигнутого ими уровня продуктивности за счет устойчивости к неблагоприятным условиям - одна из самых главных задач селекции.

К настоящему времени разработаны и используются способы оценки и селекции растений на устойчивость ко многим неблагоприятным условиям, действующим как отдельно [1, 2], так и в различных сочетаниях [3]. При этом по устойчивости судят как по показателям продуктивности в стрессовых условиях [4, 5], так и по косвенным показателям [6].

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ отбора генотипов растений зерновых культур, устойчивых к лимитирующим факторам среды (Авторское свидетельство РФ №2073422, кл. А01Н 1/04, 1997), принятый авторами за прототип, включающий выращивание растений, воздействие на них сопряженными лимитирующими факторами, характерными для данного региона, оценку растений в фазе третьего листа по специальному критерию сопряженной устойчивости, определяемому по предлагаемой формуле, выделение в качестве устойчивых генотипов, у которых коэффициент устойчивости более 50%.

Недостатком способа является то, что при оценке изучаемого материала не учитывается его продуктивность. При равной адаптивности селекционер, который при выборе материала для селекции, как правило, всегда руководствуется принципом: «не больше ценных признаков, а меньше отрицательных», отдаст предпочтение более продуктивному образцу, потому что его целью является получение не только стабильного, но и высокого уровня урожая.

Вторым недостатком этого способа является то, что он предусматривает оценку и отбор генотипов по устойчивости к действию только некоторых абиотических факторов (засуха, жара, соль, холод). Но при выращивании растений в полевых условиях на них действует в различном сочетании с указанными абиотическими целая группа биотических факторов (поражение разными болезнями и повреждение вредителями), характерных для того или иного региона, где ведется селекционная работа, действуют и другие неблагоприятные факторы, например полегание и т.п.

К числу недостатков указанного способа следует отнести также то, что практически трудно искусственно смоделировать то разнообразие сочетания тех биотических, абиотических и иных факторов, действующих на растения во время его роста в открытом поле в том или ином регионе.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет увеличения надежности оценок.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве показателей устойчивости к неблагоприятным факторам и их сочетанию используются уровень урожайности и семенные качества сформировавшихся зерновок (выполненность и сила их роста); значительно расширяется диапазон лимитирующих факторов. Последнее связано с тем, что изучаемые образцы выращивают в естественных условиях, представляющих собою открытую систему, где действуют известные и неизвестные исследователю неблагоприятные факторы при всевозможных их сочетаниях. Сравнение изучаемого материала производится с возделываемым в данном регионе сортом и поэтому в определенной степени уже приспособленном к разного рода неблагоприятным факторам, действующим в регионе.

Для осуществления способа проводят следующие операции.

1. Выращивают растения изучаемых образцов в поле.

2. Убирают и обмолачивают созревшие растения.

3. Определяют урожайность каждого образца.

4. Из каждого образца отбирают средние пробы зерна.

5. Определяют выполненность зерновок в каждой пробе.

6. Определяют силу роста зерновок в каждой пробе.

7. Сравнивают полученные по каждому образцу результаты со стандартным сортом.

8. По разнице значений урожайности, выполненности и силы роста зерновок отдельных образцов и стандартного сорта судят о ценности каждого образца.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Оцениваемые образцы растений высевают в поле и выращивают там до полного созревания. После созревания их убирают и обмолачивают. Определяют урожайность. В соответствии с ГОСТ 12036-85 отбирают средние пробы зерна и по 5-балльной шкале определяют выполненность 100 зерновок. Эти же зерновки используют для определения силы роста, используя для этих целей методику Лихачева [7, 8]. Определяют средние значения выполненности и силы роста. Проводят сравнение со стандартом и по разнице значений урожайности, выполненности и силы роста зерновок отдельных образцов и стандартного сорта судят о ценности каждого образца.

Пример. Для демонстрации эффективности использования предлагаемого способа выбраны: питомник экологического испытания, где в условиях жесточайшей засухи 1995 года изучались сорта, относящиеся к разным эколого-географическим группам, а также питомники конкурсного испытания 1996 и 1998 годов, где изучавшийся материал был более однородным и более приспособленным к условиям нашей зоны. 1996 и 1998 годы были менее засушливыми, чем 1995 год, благодаря чему был сформирован урожай в 1,5-2 раза выше. Значительно лучшими были и семенные качества сформировавшихся в этих условиях зерновок (табл.1-3). Эти годы различались еще и тем, что в 1996 году полегания посевов практически не наблюдалось, а в 1998 году налив зерна проходил при значительном полегании большинства сортов.

Приведенные в таблицах 1-3 данные свидетельствуют о наличии между сортами ржи, выращенными в одинаковых условиях, различий по выполненности и силе роста зерновок. В условиях 1995 года значительно лучшей была выполненность у засухоустойчивого сорта местной селекции Таловская 15. Он сформировал более выполненные зерновки. К числу лучших по выполненности зерновок относится и сорт Низкостебельная 5, оселектированный в засушливых условиях Юго-востока. Сорта северорусской экологической группы в этих условиях сформировали зерно с плохой выполненностью. В наибольшей степени это сказалось на сорте П 5-21-90, селекции Северо-Западного НИИСХ. Большинство сортов тетраплоидной ржи, которая отличается меньшей засухоустойчивостью, в этих условиях также сформировало значительно худшее по выполненности зерно, чем диплоидные сорта.

По силе роста в условиях 1995 года среди диплоидных сортов выделилися сорта Таловская 15 и сорта саратовской селекции - Саратовская 6 и Низкостебельная 5.

Таблица 1 - Выполненность и сила роста зерновок, ЭСИ 1995 г. Сорт Выполнен-
ность, балл Хи-квадрат Вероятность различий Сила роста, балл Хи-квадрат Вероятность различий Саратовская 5 3.36 стандарт - 3.75 стандарт - Саратовская 6 3.13 4.698 0.50-0.90 4.64 11.285 >0.999 Короткостебельная 1 3.10 0.909 0.10-0.50 3.73 15.253 >0.999 Низкорослая 5 3.51 6.090 0.50-0.90 4.28 3.309 0.90-0.95 Таловская 15 3.70 20.056 >0.999 3.94 26.300 >0.999 Короткостебельная 6 3.23 5.724 0.90-0.95 4.32 8.680 0.995-0.999 П.5-21-90 2.60 15.936 0.995-0.999 3.57 17.450 >0.999 П.1-21-10-89 3.24 1.154 0.10-0.50 3.73 17.450 >0.999 Радуница 3.41 6.596 0.90-0.95 3.11 50.020 >0.999 Новозыбковская 378 3.35 4.191 0.50-0.90 3.53 17.450 >0.999 Кировская 89 3.12 0.954 0.10-0.50 3.67 12.224 >0.999 Дымка 3.27 2.753 0.50-0.90 4.00 13.198 >0.999 * Рокот 92 3.02 11.272 0.990-0.995 3.99 12.877 0.975-0.990 * Популяция 11 2.95 15.996 0.995-0.999 4.43 11.043 0.975-0.990 * ЭПОЛ 1 3.15 7.844 0.950-0.975 3.69 10.075 0.975-0.990 * ЭПОЛ 2 3.22 4.279 0.50-0.90 3.63 6.776 0.50-0.90 * ЭПОЛ 3 2.98 20.454 >0.999 4.39 13.767 0.995-0.999 * ГК 874 3.13 5.065 0.50-0.90 3.79 15.344 0.995-0.999 * ЭПОЛ 9 2.91 16.644 >0.999 4.25 9.385 0.90-0.95 Примечание: в таблицах 4.4.1-4.4.3 знаком "*" отмечены сорта тетраплоидной ржи

Таблица 2 - Выполненность и сила роста зерновок, КСИ 1996 г. Сорт Выполненность, балл Хи-квадрат Вероятность различий Сила роста, балл Хи-квадрат Вероятность различий Саратовская 5 3.46 стандарт - 4.73 стандарт - Таловская 31 3.53 2.049 0.10-0.50 4.76 0.091 <0.001 Таловская 15 3.42 0.225 0.001-0.005 4.53 0.707 0.05-0.10 Таловская 33 3.52 0.973 0.10-0.50 4.68 0.222 0.001-0.005 Саратовская 6 УМР 3.34 3.966 0.50-0.90 4.67 2.710 0.90 ГК 1192 к/ст. 3.22 7.096 0.90-0.95 4.95 0.190 0.001-0.005 ГК 1178 3.49 0.179 <0.001 4.07 12.175 >0.999 Популяция 56 3.37 2.786 0.50-0.90 4.50 9.698 0.995-0.999 ГК 1180 3.60 5.618 0.50-0.90 4.55 16.170 >0.999 ГК 1165 3.48 2.922 0.50-0.90 4.55 10.128 0.995-0.999 * ГК 1173 3.25 3.517 0.50-0.90 4.46 4.880 0.90-0.95 * ГК 1174 3.22 5.762 0.50-0.90 4.22 30.012 >0.999 * ГК 1194+1195 3.49 2.212 0.10-0.50 4.55 5.853 0.90-0.95 * Чулпан 3.40 3.827 0.50-0.90 4.76 1.050 0.10-0.50 * ГК 1179 3.39 3.876 0.50-0.90 4.51 7.148 0.950-0.975 * Популяция 32 3.49 3.042 0.50-0.90 4.50 10.642 0.995-0.999 * Отбор из П-32 3.74 4.646 0.50-0.90 4.31 11.153 0.995-0.999 * ГК 1204 3.47 2.485 0.50-0.90 4.33 16.469 >0.999

Таблица 3 - Выполненность и сила роста зерновок, КСИ 1998 г. Сорт Выполненность, балл Хи-квадрат Вероятность различий Сила роста, балл Хи-квадрат Вероятность различий Саратовская 5 3.37 стандарт - 4.35 стандарт - Таловская 15 3.63 7.412 0.90-0.95 4.37 0.978 0.50-0.90 Таловская 33 3.70 9.739 0.975-0.990 4.50 0.576 0.010-0.025 ГК 1192 к/ст. 3.51 2.002 0.50-0.90 4.39 0.461 0.010-0.025 ГК 1206 3.38 4.233 0.50-0.90 4.62 0.553 0.010-0.025 ГК 1205 3.35 6.118 0.50-0.90 4.40 0.492 0.010-0.025 Популяция 56 3.38 10.679 0.975-0.990 4.48 0.312 0.010-0.025 Таловская 29 в.п. 3.12 6.079 0.50-0.90 4.47 1.314 0.50-0.90 Популяция 57 3.40 1.718 0.10-0.50 4.62 4.420 0.90-0.95 ГК 1203 3.22 3.410 0.50-0.90 4.28 2.173 0.50-0.90 * Популяция 32 3.47 10.340 0.975-0.990 4.36 1.405 0.50-0.90 * ГК 1194+1195 3.87 18.936 >0.999 4.66 9.283 0.990-0.995 * ГК 1174 3.64 15.373 0.995-0.999 4.44 4.417 0.90-0.95 * ЭПОЛ 1 3.56 8.084 0.950-0.975 4.55 6.992 0.950-0.975 * Популяция 58 3.57 4.084 0.50-0.90 4.49 6.584 0.950-0.975

Остальные сорта существенно уступали стандарту. Некоторые из них, имея даже примерно одинаковый средний балл, содержали более многочисленные классы с худшими по силе роста зерновками.

С учетом выполненности и силы роста к числу лучших в условиях засухи 1995 года отнесены: засухоустойчивый сорт местной селекции Таловская 15 и сорт Низкостебельная 5 селекции НИИСХ Юго-востока.

Сорта, изучавшиеся в 1996 году в конкурсном сортоиспытании, существенно не различались по выполненности зерновок. Большинство сортов диплоидной ржи не различалось и по силе роста. Лишь некоторые сорта, созданные с участием малоприспособленных к условиям селекции инорайонных сортов, уступали стандарту значительно. Большинство сортов тетраплоидной ржи в тех же условиях по силе роста уступали стандарту. Но все же благодаря значительно лучшим для роста и развития условиям показатели силы роста были намного лучше, чем в предыдущем году. Равным стандарту был Чулпан тетра, длительно селектировавшийся в местных условиях.

И в этих условиях к числу лучших как по выполненности, так и по силе роста относятся сорта Таловская 31, Таловская 15 и Таловская 33. Они являются результатом длительной селекционной работы и поэтому наиболее адаптированные к местным условиям.

В условиях засухи и раннего полегания, которые имели место в 1998 году, лучшей выполненностью зерна выделились сорта тетраплоидной ржи. Они более устойчивы к полеганию. Среди диплоидных сортов значительно лучшим по выполненности было зерно лишь у приспособленных к местным условиям сортов Таловская 15 и Таловская 33. По силе роста они также не уступали стандарту. Самыми лучшими по данному показателю были засухоустойчивые и устойчивые к полеганию сорта тетраплоидной ржи - ГК 1194+1195, ЭПОЛ 1 и Популяция 58.

Кроме оценки селекционного материала по устойчивости к отдельным неблагоприятным условиям или их сочетанию в естественных условиях предлагаемый способ можно использовать при его оценке и на искусственных провокационных, инфекционных или инвазионных фонах.

Пример. По результатам оценки сортов ржи в отношении устойчивости к поражению корневыми гнилями произведена группировка их по баллам устойчивости. Полученные результаты (табл.4) свидетельствуют о связи устойчивости к поражению корневыми гнилями с показателями выполненности зерновок и силы их роста и на этом основании о возможности оценки устойчивости селекционного материал к этому неблагоприятному фактору по показателям выполненности и силы роста зерновок.

Таблица 4 - Влияние степени поражения растений корневыми гнилями на семенные качества зерновок озимой ржи Поражение, балл Выполненность, балл Сила роста, балл 0 4,52 3,20 1 4,40 2,58 2 3,85 1,93 3 3,25 1,30 4 2,83 0,72

Приведенные выше данные свидетельствуют о существовании между сортами ржи значительных различий по качеству формирующихся на них зерновок, а также о существовании связи семенных качеств с устойчивостью сортов к неблагоприятным условиям.

Анализ предлагаемого способа и известного (прототипа) позволил выявить ряд существенных признаков, характеризующих новизну предлагаемого способа (см. табл.5).

Заявляемое изобретение характеризуется следующими существенными признаками, отличающими его от прототипа:

- осуществляет сопряженное воздействие на растения не только абиотическими, но и биотическими и др. факторами, т.е. комплексом экологически обусловленных известных и не известных исследователю лимитирующих факторов при всех их сочетаниях, встречающихся в регионе;

- проводит оценку устойчивости изучаемого материала к комплексу экологически обусловленных лимитирующих факторов при всех их сочетаниях, встречающихся в регионе на основании разницы значений урожайности и семенных качеств сформировавшихся зерновок у изучавшихся образцов и стандарта.

Таблица 5 - Пооперационное сравнение предлагаемого решения с прототипом № п/п Операции Прототип Предлагаемый способ 1 Выращивание испытуемых образцов до полного созревания на естественном фоне или при искусственном воздействии лимитирующими факторами - + 2 Выращивание испытуемых образцов до фазы третьего листа при искусственном воздействии лимитирующими факторами, а контрольных - в оптимальных условиях + - 3 Уборка с обмолотом созревших растений - + 4 Определение урожайности изучаемых образцов - + 5 Определение выполненности зерновок - + 6 Определение силы роста зерновок - + 7 Определение коэффициента сопряженной устойчивости + - 8 Сравнение результатов оценок испытуемых образцов и контроля - + 9 Определение степени устойчивости изучаемых образцов + +

Нами не выявлен ни один аналог, характеризующийся признаками, идентичными указанным выше существенным признакам заявляемого изобретения, что позволяет признать его соответствующим требованию новизны.

Выявленная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в увеличении надежности оценок устойчивости изучаемого материала к действию всех тех факторов и их возможным сочетаниям, которые действуют на растения в регионе.

Кроме этого, указанная совокупность существенных признаков придает заявляемому изобретению новое свойство - возможность оценивать образцы не только по устойчивости их к действию неблагоприятных факторов и их сочетаниям, но и по урожайности и отбирать с целью дальнейшего использования те, которые сочетают приемлемые уровни устойчивости и урожайности.

Литература

1. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск II. - М.: Колос, 1971. - С.8-61.

2. Авторское свидетельство СССР №1514276, кл. A01G 7/00, 1989.

3. Авторское свидетельство РФ №2073422, кл. А01Н 1/04, 1997.

4. Практикум по селекции и семеноводству полевых культур. Под ред. А.П.Горина. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1976. - С.27-66.

5. Гужов Ю.Л., Фукс А., Валичек П. Селекция и семеноводство культурных растений. Под ред. Ю.Л.Гужова. - М.: Агропромиздат, 1991. - С.339-374.

6. Авторское свидетельство РФ №2062562, кл. А01Н 1/04, 1996.

7. Лихачев Б.С. Оценка проростков на ранней стадии развития - один из методов определения силы роста семян // Тр. по прикл. ботан., генет. и селекции. - 1974. - Т.51, вып.2. - С.97-114.

8. Лихачев Б.С. Морфологическая оценка проростков и сила роста семян // Селекция и семеноводство. - 1977. - №3. - С.67-68.

Способ может быть использован в селекции форм ржи и других зерновых колосовых. У созревших образцов растений, выращенных под воздействием неблагоприятных факторов в естественных или провокационных условиях, определяют урожайность, а также выполненность и силу роста зерновок. Полученные по изучаемым образцам данные сравнивают со значениями указанных признаков у стандартного сорта, возделываемого в регионе, и по разнице судят об устойчивости изучаемых образцов к неблагоприятным факторам, действующим в данном регионе по каждому в отдельности или их сопряженному воздействию. Обеспечивается увеличение надежности оценок. 5 табл.

Способ оценки селекционного материала злаковых культур на устойчивость к неблагоприятным условиям среды, включающий выращивание испытываемого материала в неблагоприятных для их роста и развития условиях, учет величины урожая, отличающийся тем, что изучаемый материал выращивают в естественных условиях, в качестве критерия устойчивости к неблагоприятным условиям кроме величины урожая используют выполненность и силу роста сформировавшихся зерновок, а оценку проводят на основании разницы значений урожайности и семенных качеств сформировавшихся зерновок у изучаемых образцов и стандарта.