Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР ”ІНСТИТУТ ЗЕМЛЕРОБСТВА УААН”

КЛИМЧУК МИКОЛА МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 633.853.494:631.527

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ОЦІНКИ ТА СТВОРЕННЯ СЕЛЕКЦІЙНОГО МАТЕРІАЛУ РІПАКУ ОЗИМОГО В ЗАХІДНОМУ ЛІСОСТЕПУ

06.01.05 - селекція рослин

Київ-2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Івано-Франківському інституті агропромислового виробництва УААН та Інституті кормів УААН протягом 1997-2002 рр.

Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Бугайов Василь Дмитрович, Інститут кормів УААН, завідувач лабораторії селекції кормових культур.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Васильківський Станіслав Петрович, Білоцерківський державний аграрний університет Мінагрополітики України, завідувач кафедри селекції і насінництва;

кандидат ссільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Динник Василь Полікарпович, ННЦ „Інститут землеробства УААН” завідувач відділу селекції і насінництва льону і ріпаку.

Провідна установа: Інститут луб'яних культур УААН.

Захист відбудеться “13” червня 2007 р. о 10 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 27.361.01 при ННЦ ”Інститут землеробства УААН”.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ННЦ ”Інститут землеробства УААН”.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук Л.О.Кравченко.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

В даний час розвиток сільського господарства в Україні в значній мірі залежить від ефективного використання культур, які забезпечують стабільну врожайність, якість продукції та гарантований збут за умови високої рентабельності виробництва. Велика увага приділяється ріпаку озимому, який в умовах помірного клімату центральних і західних областей України є важливим джерелом виробництва рослинної олії, технічних мастил, біопалива і високобілкових кормів. Разом з тим, високу продуктивність ріпаку можуть забезпечити тільки нові сучасні сорти з покращеними показниками продуктивності та біохімічного складу насіння.

Актуальність теми. В останні роки в Україні створено ряд сортів ріпаку озимого, які інтенсивно впроваджуються у виробництво, але завдання створення сортів цієї культури не тільки з високою продуктивністю, але й стійкістю до низьких температур, хвороб, вилягання та підвищеною біохімічною якістю насіння ще далеке від повного вирішення.

Як свідчить досвід вітчизняної та світової селекції для створення нових, сучасних сортів велике, а в багатьох випадках - вирішальне значення має широке науково-обґрунтоване використання в селекційних програмах вихідного матеріалу з колекцій генобанку віддалених еколого-географічних зон, що є обов'язковим етапом селекційних робіт (М.І. Вавілов, 1935; С. Бороєвич, 1984; Ю. Гужов, 1991). Тому, вивчення сортозразків колекції ріпаку озимого за біологічними та господарськими ознаками допомагає більш повно і правильно визначити їх селекційну цінність для подальшого створення сортів з підвищеними показниками продуктивності, біохімічної якості насіння та агроекологічної пластичності в конкретних ґрунтово-кліматичних умовах вирощування, в даному випадку західного Лісостепу. Усе вищевикладене і обумовило актуальність вибраної теми досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень відділу створення і випробування сортів Івано-Франківського інституту агропромислового виробництва УААН та відділу селекції кормових культур Інституту кормів УААН і виконана у відповідності до науково-технічної програми “Генетичні ресурси рослин”, підпрограма “Базові та ознакові колекції хрестоцвітих культур” (номер державної реєстрації 0102U001034).

Мета дослідження полягає в удосконаленні методів оцінки та створення селекційного матеріалу на основі світової колекції ріпаку озимого, а також у виділенні сортозразків - генетичних джерел цінних господарсько-селекційних ознак та створенні вихідного матеріалу рослин-регенерантів для отримання нових сортів з підвищеною продуктивністю та покращеним біохімічним складом насіння.

Для виконання мети були поставлені такі завдання:

· провести оцінку колекції світового генофонду ріпаку озимого за цінними господарськими показниками;

· провести біохімічну оцінку сортозразків колекції за якістю насіння і олії та визначити напрями їх використання згідно класифікації;

· визначити ступінь та характер кореляційних зв'язків основних кількісних біометричних та якісних біохімічних показників у сортозразків колекції, що тісно корелюють з підвищеною врожайністю насіння;

· створити за допомогою удосконаленого біотехнологічного методу культури ізольованих мікроспор перспективний вихідний матеріал ріпаку озимого для використання в селекції господарсько-цінних ознак.

Об'єкт дослідження - особливості прояву ознак і властивостей сортозразків колекції ріпаку озимого в ґрунтово-кліматичних умовах західного Лісостепу, визначення чутливості цінних у господарсько-селекційному відношенні сорто-зразків до біотехнологічного методу культури ізольованих мікроспор.

Предмет дослідження - сортозразки ріпаку озимого віддаленого еколого-географічного походження та створені дигаплоїдні рослини-регенеранти.

Методи дослідження. В процесі виконання дисертаційної роботи застосовували загальноприйняті методи польових, селекційних досліджень з використанням вимірних, біометричних та описових методів, а також лабораторних - при визначенні біохімічного складу ріпакового насіння і олії та метод in vitro для культури ізольованих мікроспор. Статистичний аналіз результатів досліджень виконували методами дисперсійного та кореляційного аналізів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у встановленні закономірностей мінливості показників врожайності, тривалості вегетаційного періоду, зимостійкості, висоти рослин, стійкості до хвороб та їх взаємозв'язків залежно від умов навколишнього середовища і еколого-географічного походження сортозразків; визначенні напрямів використання сортозразків колекції в залежності від їх біохімічного складу насіння та олії; виділенні з колекції сортозразків - джерел господарсько-цінних показників для їх подальшого використання як вихідного селекційного матеріалу при створенні нових високопродуктивних сортів ріпаку озимого з покращеними біохімічними показниками насіння.

На основі отриманих результатів виданий “Класифікатор виду Brassica napus L. (ріпак)” (2002), який містить рекомендації з оцінки та використання як окремих, так і комплексу цінних господарських ознак в селекційному процесі.

Практичне значення одержаних результатів. Виділені в результаті дослідження 34 сортозразки ріпаку озимого, в тому числі 9 сортоліній дигаплоїдних рослин-регенерантів, отриманих методом культури ізольованих мікроспор, запропоновані як вихідний матеріал для селекції на високу продуктивність насіння, покращену біохімічну якість олії та шроту, зимостійкість, скоростиглість і стійкість до хвороб. Дані сортозразки включені в селекційні програми відділу створення та випробування сортів Івано-Франківського інституту АПВ УААН та інших селекційних установ.

В результаті удосконалення методики створення вихідного селекційного матеріалу біотехнологічним методом культури ізольованих мікроспор отриманий патент „Спосіб відбору ембріогенних бутонів для біотехнології культури ізольованих мікроспор ріпаку озимого”, № 20078 - заявл. 20.06.2006; опубл. 15.01.2007, бюл. № 1.

Особистий внесок здобувача полягає в узагальненні наукових данних вітчизняної та зарубіжної літератури за темою дисертації, проведено польові та лабораторні дослідження, опрацьовано експериментальні результати та зроблено їх теоретичне обгрунтування, сформульовано висновки та рекомендації для науки та селекційної практики. За результатами проведеного дослідження опубліковані наукові праці, підготовлені дисертація і автореферат.

Апробація результатів дисертації. Результати проведеного дослідження, основні положення та висновки дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на Вченій раді Інституту кормів УААН (1998-2000 рр.); Вченій раді Івано-Франківського інституту АПВ УААН (2000-2005 рр.); на засіданнях кафедри агрохімії та ґрунтознавства Прикарпатського національного університету ім. В.Стефаника (2003-2006 рр.); Міжнародній конференції “Ріпак - минуле, сучасне, майбутнє”, 10-12 квітня 1997 р., м. Геттінген, Геттінгенський університет, ФРН; Міжнародній конференції “100 років генетики в селекції рослин - Мендель, мейозис і генетичні маркери”, 7-10 березня, 2000 р., м. Брно, Інститут селекції і генетики, Чеська республіка; Науково-практичній конференції молодих вчених “Новітні технології вирощування сільськогосподарських культур - у виробництво”, 23-25 листопада 2004 р., м. Київ, Інститут землеробства УААН.

Публікації. Основні результати досліджень за темою дисертаційної роботи опубліковані в 10 наукових працях, з них 4 - у фахових виданнях.

Обсяг і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота викладена на 216 сторінках машинописного тексту (комп'ютерний варіант) і складається зі вступу, огляду наукової літератури, опису умов, матеріалів та методів проведення досліджень, трьох розділів експериментальної частини, розділу економічної ефективності сортів, висновків, рекомендацій для селекційної практики, списку використаних літературних джерел, додатків. Дисертаційна робота містить 29 таблиць, 15 рисунків та 7 додатків. Список використаної наукової літератури складає 217 найменувань, в т.ч. 117 латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан досліджень з оцiнки та створення вихідного матеріалу для селекції високопродуктивних сортів

Ріпаку озимого (огляд наукової літератури)

У розділі наведено короткий аналіз результатів використання біогенетичного різноманіття ріпаку озимого в селекційній роботі, що є одним з важливих принципів створення нових високопродуктивних сортів. Показано, що залучення сортів з інших континентів та країн світу, створення генетичних банків та систематичне вивчення колекційного матеріалу за показниками продуктивності та якості насіння, скоростиглості, зимостійкості, стійкості до вилягання та до основних хвороб дозволяє виділити зразки для використання їх у селекційній практиці на підвищену продуктивність і покращену якість насіння ріпаку озимого (О.В. Анащенко та ін., 1984; Т.В. Бек та ін., 1989; Robbelen G. et al., 1984).

Також важливе значення для отримання вихідного матеріалу має використання біотехнологічного методу культури ізольованих мікроспор, що дає змогу селекціонерам одержувати нові сорти ріпаку озимого з більш високими показниками продуктивності та якості насіння в порівнянні з традиційними методами селекції (Lichter R., 1982, 1989; Coventry J. et al., 1988; Kramer J.K.G. et al., 1983; Mollers С., Iqbal M., Robbelen G., 1993).

Із аналізу літературних даних випливає, що оцінка біологічних та селекційно- господарських показників сортозразків колекції ріпаку озимого допомагає визначити їх цінність як вихідного селекційного матеріалу, тому дослідження у даному напрямку є достатньо актуальними.

Умови, матеріал та методика проведення дослідження

Для досягнення поставленої мети і вирішення завдань за темою дисертаційної роботи були проведені дослідження у відділі створення та випробування сортів Івано-Франківського інституту АПВ УААН та відділі селекції кормових культур Інституту кормів УААН протягом 1997-2002 рр. Досліди розміщувались на полях селекційної сівозміни на дерново-опідзоленому поверхнево-слабооглеєному, легкосуглинковому ґрунті.

Метеорологічні умови під час проведення дослідження були близькими до середніх багаторічних даних за температурою повітря, але досить відрізнялися в окремі роки за кількістю опадів.

Досліджували колекцію в кількості 136 сортозразків ріпаку озимого з 17 країн Східної і Західної Європи, Скандинавії, Південно-Східної Азії та Північної Америки. Облікова площа посівної ділянки складала 2,7 мІ, міжряддя - 45 см. Кількість насінин на 1 метр погонний при сівбі становила 25 шт., з розрахунку 50 рослин/мІ. Стандарт - сорт Тисменицький, зареєстрований та рекомендований для вирощування в західному Лісостепу, висівали через кожні 10 сортономерів. На ділянках розмноження та біохімічного аналізу насіння застосовували ізолятори. Розміщення ділянок рендомізоване, повторність чотириразова.

Фенологічні спостереження за сортозразками колекції, оцінку їх стійкості до хвороб, біометричні вимірювання та аналіз елементів структури врожаю проводили у польових умовах відповідно до методики ВІР (1986), “Методики державного сортовипробування олійних культур” (1995), „Класифікатора виду ріпак (Brassica napus L.)” (2002).

Для отримання дигаплоїдних рослин-регенерантів використовували біотехнологічний метод культури ізольованих мікроспор за модифікованою методикою Lichter R. (1982). Показники біохімічної якості насіння та олії ріпаку озимого визначали в лабораторії біохімії Івано-Франківського інституту АПВ УААН. Статистичну обробку результатів досліджень проводили на ПЕОМ методами кореляційного і дисперсійного аналізів за В.А. Доспєховим (1985).

Оцінка колекційних сортозразків рiпаку озимого за біологічними та господарсько-цінними показниками як вихідного матеріалу для селекції

Тривалість вегетаційного періоду та зимостійкість. Дослідженнями та багаторічною практикою встановлено, що для селекції ріпаку озимого на скоростиглість і зимостійкість важливими показниками є тривалість вегетаційного періоду та агроекологічна пластичність, особливо стійкість до низьких температур та несприятливих умов під час перезимівлі (Є.Б. Бочкарьова, В.І. Шпота, 1984; Т.В. Бек, Т.С. Горковенко, 1989). Зони вирощування сільськогосподарських культур на Україні мають суттєві відмінності у відношенні ґрунтово-кліматичних умов, а тому вивчення колекційних сортозразків ріпаку озимого в конкретних ґрунтово-кліматичних умовах дає змогу створювати нові сорти, які не тільки високопродуктивні, але й агроекологічно пластичні, фізіологічно стійкі до несприятливих кліматичних умов протягом вегетації, у тому числі до низьких температур протягом зими. Виявлено, що сортозразки різного еколого-географічного походження мали істотну різницю у тривалості вегетації (в межах 297-326 днів) (табл. 1).

Таблиця 1 Характеристика виділених з колекції сортозразків ріпаку озимого за скоростиглістю та стійкістю до перезимівлі, 1998-2000 рр.

Переважна більшість сортозразків колекції ріпаку озимого належала до середньостиглої (52,95%) та ранньостиглої груп (36,76%). Сортозразки пізньостиглої групи становили 5,88% колекції, а ультра-ранньостиглої групи - 4,41%. Отже, в колекції, що вивчалась, були наявні сортозразки усіх груп ріпаку озимого за скоростиглістю, що дало нам змогу всесторонньо оцiнити вплив різної тривалості вегетаційного періоду на продуктивність та стійкість рослин до перезимівлі.

За результатами дослідження з колекції виділено сортозразки Falcon і Ligora (ФРН), які належать до ранньостиглої групи та середньостиглі - NPZ-032, NPZ-043, Express (ФРН), Samоurai (Франція), що суттєво перевищували сорт-стандарт Тисменицький за врожайністю насіння (на 13,12-21,87%) та мали високий показник перезимівлі (бал 7).

Виділені з колекції ультра-скоростиглі сортозразки китайського походження Ai8*C4, Ai4*C4, Ai5*C4 формували невисоку врожайність насіння (274-285 г/мІ) та мали низький показник перезимівлі (бал 4-5), однак істотно перевищували сорт-стандарт за скоростиглістю (на 24-26 днів) та ранньою датою цвітіння (на 25-27 днів).

Також виявлено, що сортозразки пізньостиглої групи мали низький рівень врожайності насіння (274-301 г/мІ), порівняно зі сортом-стандартом Тисменицький (344 г/мІ). Однак, такі сортозразки, як Многосємянний (Росія), Dolnoslaski (Польща), Cebiska (Чехія), Sinus (Швеція) проявили в колекції найвищий бал перезимівлі (9), що важливо при створенні зимостійких сортів ріпаку озимого.

Таким чином, можна зробити висновок, що сортозразки колекції суттєво відрізнялися як за тривалістю вегетаційного періоду, так і за зимостійкістю в залежності від еколого-географічного походження. Так, найвищий бал перезимівлі показали сортозразки пізньостиглої групи, походженням із Східної Європи та Скандинавії (бал 8-9). Сортозразки із Західної Європи, які належали до середньо- та ранньостиглої груп, мали середній бал перезимівлі (6-7), але формували найвищу врожайність насіння (>400 г/мІ). А найнижчим показником перезимівлі (бал 4-5) характеризувалися ультра-скоростиглі сортозразки з Південно-Східної Азії.

Отже, для селекції на зимостійкість найбільш перспективним вихідним матеріалом в зоні західного Лісостепу є сортозразки колекції походженням зі Східної Європи та Скандинавії, у той час, як сортозразки з Південно-Східної Азії, є цінним вихідним матеріалом для селекції на скоростиглість.

Висота рослин та стійкість до вилягання. Багаторічною селекційною практикою встановлено, що в процесі виведення нових високопродуктивних сортів ріпаку озимого враховується багато важливих біометричних та господарських показників. Це висота рослин, стійкість рослин до вилягання та висота від поверхні ґрунту до першого розгалуження стебла, що важливо для механізованого збирання посівів ( В.Ф. Дорофєєв, О.В. Анащенко , 1984; Robbelen G., 1999).

За показником висоти рослин найчисельнішою була група середньорослих сортозразків (51,47% від усієї колекції) походженням зі Східної та Західної Європи, Північної Америки. Виділені з цієї групи сортозразки Falcon, Express, NPZ-032 ,NPZ-043 (ФРН), Lester (Англія), Samourai (Франція) формували найвищу в колекції врожайність насіння (401-418 г/мІ), проявили високу стійкість до вилягання (бал 7-8) та мали висоту в межах 140-150 см (Табл. 2). Крім того, у цих сортозразків була оптимальна для механізованого збирання висота від поверхні ґрунту до першого розгалуження стебла (>40 см).

Сортозразки ріпаку озимого високорослої групи становили 42,65% від усієї колекції. Вони мали середню та низьку стійкість до вилягання (бал 3-5) і формували, порівняно із сортом-стандартом Тисменицький невисоку врожайність насіння (276-314 г/мІ і 344 г/мІ, відповідно). Однак, сортозразки Страднєнський (Росія), Baltia (Литва), Dolnoslaski (Польща), Magnus (Швеція) формували значну вегетативну масу (>4200 г/мІ), що є цінним показником в селекційних програмах для створення сортів укісного напряму.

Таблиця 2 Характеристика виділених з колекції сортозразків ріпаку озимого за висотою та стійкістю до вилягання, 1998-2000 рр.

З групи низькорослих сортозразків, що складала 5,88% від колекції, виділені зразки походженням з Китаю (Аі7*С4, Аі5*С10, Аі5*С6) та Росії (89-680, 91-680), які поступалися сорту-стандарту за врожайністю насіння на 40-68 г/мІ, однак мали істотно нижчий показник висоти рослин (на 39,1-40,9%) і високий показник стійкості до вилягання (бал 9). Отже, ці сортозразки є перспективним вихідним матеріалом у селекційних програмах на стійкість до вилягання.

Також встановлено, що оптимальна висота рослин, при якому сортозразки колекції формували високу врожайність насіння (>400 г/мІ) та були стійкі до вилягання (бал 7-8), була в межах середньорослої групи (140-150 см).

Таким чином, середньорослі сортозразки походженням із Західної Європи є цінним вихідним селекційним матеріалом при створенні сортів з високою насіннєвою продуктивністю, а низькорослі китайського походження - при виведенні сортів, стійких до вилягання.

Стійкість до основних хвороб. Модель росту і формування врожаю ріпаку озимого включає ряд біологічних вимог до розвитку рослини, в тому числі - стійкість до основних хвороб. Ця проблема, особливо за екстремальних погодних умов в останні десятиріччя, загострилась і продовжує залишатись однією з основних для селекції сортів нового покоління (В.Д. Гайдаш, 1984; Д. Шпаар, Н. Маковскі, 1995; Robbelen G., 1999).

В результаті проведеного дослідження з колекції виділено середньостиглий (321-325 днів вегетації), крупнонасінний (>5,00 г) сортозразок Express (ФРН), який проявив високу стійкість до фомозу (Phoma lingam) (бал 8-9), а крім того, суттєво перевищував сорт-стандарт Тисменицький за врожайністю насіння (411 г/мІ і 344 г/мІ, відповідно). Також виділені сортозразки Cebiska (Чехія), English Giant (Англія), Furrax nota (Японія), що мали високу стійкість до кили капусти (Plasmodiophora brassicae) (бал 7-8) та сортозразки китайського походження Аі8*С4, Аі5*С10, Аі5*С6, які були стійкі до альтернаріозу (Alternaria brassicae) (бал 8). Крім того, комплексну стійкість (бал 5-6) до основних хвороб ріпаку озимого в колекції показали сортозразки німецької селекції NPZ-043, NPZ-032, які крім того формували, порівняно з сортом-стандартом, високу врожайність насіння (406 г/мІ та 417 г/мІ проти 344 г/мІ, відповідно).

Отже, в результаті дослідження з колекції виділені сортозразки, які походять з віддалених еколого-географічних зон світу та є перспективними як вихідний матеріал у селекційних програмах на стійкість ріпаку озимого до хвороб.

Елементи структури врожаю та загальна насіннєва продуктивність. Загальновідомо, що сучасна селекція ставить до сортів ріпаку озимого нового покоління ряд вимог, головна з яких - це підвищення продуктивності рослин, що включає високу врожайність та олійність насіння. За даними багатьох досліджень (О.В. Анащенко та ін., 1984; Gangwar K. S., Kumar A. (1985); Robbelen G., 1984) насіннєва продуктивність залежить від багатьох елементів структури врожаю: кількості стручків на рослині та насінин у стручку, кількості базальних гілок 1-го і 2-го порядків, маси 1000 насінин та ін.