Создание адаптивного селекционного материала озимой пшеницы для условий юга и юго-востока Казахстана

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 633.11 «327»:631.527

06.01.05 - селекция и семеноводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

СОЗДАНИЕ АДАПТИВНОГО СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ ЮГА И ЮГО-ВОСТОКА КАЗАХСТАНА

Байжанов Жасулан Русланович

Алмалыбак, 2008

Работа выполнена в ТОО «Казахский Научно-исследовательский институт земледелия и растениеводства» АО «КазАгроИнновация»

Научный руководитель доктор биологических наук

Кохметова А.М.

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик НАН РК

Мейрман Г.Т. кандидат сельскохозяйственных наук

Ортаев А.К.

Ведущая организация: Казахский Национальный Аграрный университет

Защита состоится «24» октября 2008 г. в «1400» часов на заседании диссертационного совета ОД.55.05.01 при ТОО «КазНИИЗиР» АО «КазАгроИнновация» по адресу: 040909 Алматинская обл., Карасайский р-н., пос. Алмалыбак, ул. Ерлепесова 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при ТОО «КазНИИЗиР» АО «КазАгроИнновация».

Автореферат разослан « 24 » сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор сельскохозяйственных наук Альдеков Н.А.

Введение

Актуальность темы. Важной задачей в области растениеводства является обеспечение стабильности высоких урожаев при выращивании в варьирующих неблагоприятных условиях внешней среды. Эта проблема имеет особое значение для Казахстана, основные зоны сельскохозяйственного производства которой характеризуются недостаточной влаго- и теплообеспеченностью, а также высокой изменчивостью факторов окружающей среды. Поэтому необходим поиск образцов и создание сортов, обладающих высокой продуктивностью, устойчивостью к абиотическим и биотическим стрессам, с высокими показателями качества зерна для внедрения в производство и использования в качестве исходного материала в селекции [Уразалиев Р.А., 2004]. Наиболее значимыми факторами, лимитирующими высокую продуктивность пшеницы в Казахстане, являются засуха и болезни пшеницы. Поэтому изучение влияния этих факторов на параметры продуктивности является важным для создания адаптивного селекционного материала пшеницы.

Для повышения адаптации растений к неблагоприятным факторам среды большое значение имеет создание новых форм, устойчивых к болезням. В последние годы на юге и юго-востоке Казахстана обострилась фитосанитарная обстановка в связи с распространением желтой ржавчины пшеницы. В связи с этим исследование устойчивости пшеницы к ржавчине и поиск исходного материала, устойчивого к болезни является важной задачей.

Исходя из актуальности вышеизложенных вопросов в 1999-2004 гг. проведены исследования по диссертационной работе, номер государственной регистрации № 0196РК00292. Диссертационная работа выполнена в соответствии с государственной целевой научно-технической программой «Создание высокопродуктивных устойчивых к стрессовым факторам сортов зерновых культур с использованием методов биотехнологии, генетики и других биологических методов» по разделу «Генетика адаптивности зерновых культур в контрастных экологических зонах Казахстана» (№ государственной регистрации 0196РК00292, 1996-2000 гг.), а также по проекту фундаментальных исследований «Исследовать генетические механизмы устойчивости пшеницы к желтой ржавчине Puccinia striiformis West.» (№ госрегистрации 0103РК00574, 2003-2005 гг.). Работа поддержана Международным грантом: «Inheritance of yellow rust resistance in winter wheat cultivars», International Cooperation for Agricultural Research in Central Asia and Caucasus (№80, 2003-2004), USDA, Washington State University.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение, выявление и создание ценного адаптивного материала озимой пшеницы для условий юга и юго-востока Казахстана на основе оценки хозяйственно-ценных признаков и свойств.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Оценить потенциал продуктивности образцов озимой пшеницы, включающий носители RL-генов и сортовой материал, провести сравнительный анализ элементов продуктивности в зависимости от условий широтной зональности юга и юго-востока Казахстана.

2. Провести анализ взаимодействия генотип-среда и оценка параметров стабильности и пластичности у сортообразцов пшеницы.

3. Дать оценку полевой и физиологической засухоустойчивости экспериментального материала. Провести генетический анализ параметров засухоустойчивости у набора генотипов с различным уровнем свертывания листовой пластинки.

4. Скрининг константного и гибридного материала пшеницы, выращенного в контрастных условиях среды. Отбор перспективных линий с высокой продуктивностью и устойчивостью к болезням пшеницы.

Новизна исследования. На основе исследований образцы озимой пшеницы различного происхождения с различным проявлением свертывания листа и различным уровнем засухоустойчивости охарактеризованы по уровню стабильности и устойчивости к засухе.

Впервые для изучения засухоустойчивости и стабильности озимой пшеницы использован набор образцов озимой пшеницы, включающих модельные генетические объекты, маркированные по признакам «свертывания листа» (роллинг-генам - RL).

Впервые в Казахстане изучена взаимосвязь между параметрами засухоустойчивости и стабильности признаков продуктивности у образцов пшеницы с различной степенью свертывания листа и выделены образцы - источники адаптивных признаков.

Установлен генетический контроль параметров водного статуса - относительного содержания воды (ОСВ) и относительной потери воды (ОПВ), связанных с засухоустойчивостью.

На основе гибридизации и последующего отбора созданы ценные формы озимой пшеницы с высокой продуктивностью, устойчивые к засухе и грибным болезням. Полученные формы оценены на контрастном экологическом фоне, определены параметры взаимодействия генотипа-среды. Практическая ценность работы. Результаты исследований дают возможность теоретического обоснования и практического создания ценного исходного материала с использованием выявленных источников засухоустойчивости пшеницы.

Для каждой экологической зоны созданы ценные формы озимой пшеницы, характеризующиеся высокой и стабильной урожайностью, устойчивостью к засухе и к грибным болезням, что имеет практическое значение в селекции на адаптивность.

Созданы перспективные формы, сочетающие комплекс хозяйственно-ценных признаков и свойств. Они представляют большую ценность в качестве исходного и перспективного материала и используется в селекционных программах по адаптивной селекции. Наиболее перспективные по хозяйственно-ценным признакам формы озимой пшеницы, проходят селекционную оценку на завершающих этапах селекционного процесса.

1. Основные положения, выносимые на защиту

1. Реакция исследуемых образцов озимой пшеницы на условия выращивания, определение параметров экологической пластичности и стабильности образцов озимой пшеницы в различных экологических условиях. 2. Генетический контроль параметров водного статуса, связанных с засухоустойчивостью у генотипов, маркированных по RL-генам. Анализ полевой и физиологической засухоустойчивости, наследование физиологических параметров засухоустойчивости в зависимости от степени свертывания листа.

3. Гибридный и константный материал пшеницы, устойчивый к желтой ржавчине. Высоко устойчивые к ржавчине формы, полученные с использованием эффективных генов устойчивости из международных питомников.

4. Селекционно-ценный материал пшеницы, выделенный на основе эколого-генетического изучения константного и гибридного материала пшеницы в контрастных условиях среды, устойчивый к засухе и болезням.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации доложены и представлены на заседаниях научно-методической комиссии и Ученого совета (2001-2005 гг.) РГП «Научно-производственный центр земледелия и растениеводства»; на Международном Ботаническом конгрессе (г. Стамбул, Турция, 2000); The 1st Central Asian Wheat Conference (Almaty, Kazakhstan, 2003); The Second Regional Yellow rust Conference, (Islamabad, Pakistan 2004).; на II Международная конференция молодых ученых и аспирантов (п. Алмалыбак, Казахстан, 2005); International Symposium on Induced Mutations in Plants (Vienna, Austria, 2008).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 15 печатных работах.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 108 страницах компьютерного текста и содержит 31 таблицу, 9 рисунков. Список использованных источников включает 189 наименований, в том числе 50 иностранных авторов.

2. Основная часть

Условия, материал и методы исследования. Экспериментальная часть диссертационной работы, связанная с генетико-селекционным изучением константного и гибридного материала озимой пшеницы выполнена в 1998-2001 гг. Фенологические наблюдения, учет состояния растений по фазам развития проведены в соответствии с общепринятой методикой.

Проведены системные скрещивания, в которых в качестве родительских форм были задействованы линии и сорта пшеницы - носители коррелирующих с засухоустойчивостью признаков.

Уборка растений проводилась вручную в фазу полной спелости.

Агротехника общепринятая для каждой зоны выращивания. Селекционную оценку константных линий осуществляли по методике Госсортсети МСХ.

Селекционная оценка перспективного материала озимой пшеницы продолжена в 2002-2006 гг. на полевых стационарах РГП «НПЦ земледелия и растениеводства». Эколого-генетическое исследование исходного материала проведено в 3-х условиях, различающихся между собой по температурному и влажностному режимам и почвенному плодородию: в предгорной зоне Алматинской области (ОПХ РГП «НПЦ земледелия и растениеводства», сухостепной зоне Алматинской области (Караой) и предгорной зоне Южно-Казахстанской области.

Для изучения засухоустойчивости в качестве объектов исследования использованы сорта озимой мягкой пшеницы и перспективные селекционные линии отечественной и украинской селекции: Богарная-56, Красноводопадская-210, Прогресс, Карлыгаш, Марьям, Обрий. Модельные генетические объекты -являются носителями генов Rolling Leaf (Грекум-476, Мирас, Альбидум-109) и Lowering Leaf (Гостианум-88), связанных с засухоустойчивостью пшеницы. Предоставлены д.б.н. Е.Д. Богдановой (ИББР, Алматы).

Для оценки засухоустойчивости пшеницы использован индекс засухоустойчивости (Фишером и Мауером, 1978). Относительное содержание воды (ОСВ) измеряли по R.J.Barrs и P.E.Weatherly (1962).

Оценку водного дефицита оценивали по признаку относительная потеря воды (ОПВ), I.Jamaux et al. (1997). Статистическая обработка данных проводилась по Б.А.Доспехову (1985). Для анализа ВГС использован алгоритм «Генотип-среда» (Уразалиев Р.А. и др., 1990. Для экологической характеристики генотипов использована методика Tai (1971) и Eberhart, Russel (1963). Степень доминантности продуктивности определяли по Брюбейкеру (1966).

3. Результаты исследований

Особенности формирования элементов продуктивности у сортов и линий озимой пшеницы в различных условиях возделывания.

Главными особенностями количественных признаков, к которым относятся продуктивность и ее элементы, качество зерна и устойчивость к стрессам, является их существенная зависимость от среды, обусловленность большой группой сцепленных генов, а также наличие значительных взаимодействий генетических и средовых факторов при их формировании. Поэтому изучение особенностей формирования признаков продуктивности в различных условиях выращивания очень важно для подбора исходного материала пшеницы в адаптивной селекции.

Высота растений озимой пшеницы. Анализ полученных результатов показал, что наиболее благоприятным для формирования высокого стеблестоя во всех трех тестируемых зонах был 2001 год. В среднем, в условиях НПЦЗР наибольшее значение высоты растения отмечено у образцов пшеницы Гостианум-88, Альбидум-109 и Мирас, в то время, как самыми низкорослыми были сорта Прогресс и Обрий. В условиях Караоя среднее значение высоты было самым высоким, у линии Альбидум-109, у сортов Мирас и Богарная-56 - 95 см. Аналогичная тенденция формирования высоты растения наблюдалась при выращивании данного набора образцов в Южно-Казахстанском НИИЗХ и составило у Альбидум-109 высота растения - 99 см, у Богарной-56, соответственно, 93 см и у сорта Мирас этот показатель составил- 90 см.

Продуктивная кустистость озимой пшеницы. В наших исследованиями показано, что условия ОПХ НПЦ земледелия и растениеводства и ЮКНИИЗХ благоприятствуют сильному кущению растений. В условиях Кароя этот показатель был несколько ниже. В условиях ОПХ НПЦ земледелия и растениеводства такие образцы как Красноводопадская 210, Карлыгаш, и Альбидум 109 показали превышение уровня признака по сравнению с Богарной 56. Однако в целом, вариабельность продуктивной кустистости у изучаемого набора образцов варьирует в незначительных пределах: от 3,1 до 3,4 шт. В условиях Кароя, наибольшей продуктивной кустистостью выделилась линия Альбидум 109. Значение признака варьирует в пределах 2,9 - 3,4 шт. В условиях Южно-Казахстанского НИИЗХ высокую продуктивную кустистость показали Богарная 56, Мариям, Обрий и Альбидум 109. При этом размах изменчивости признака варьировал от 3,0 до 3,4 шт.

Длина колоса озимой пшеницы. Результаты исследования показали, что в условиях НПЦЗР их значения колебались в пределах 7,8 - 14,0 см в 1999 г., 7,0 - 13,0 см в 2000 г. и 8,0 - 12,2 в 2001 г. В условиях Кароя варьирование признака было 5,9 - 12, 0 см в 1999 г., 6,1 - 12,1 см в 2000 г. и 6,3 - 11,0 см в 2001 г. В условиях Южно-Казахстанского НИИЗХ наблюдали значения длины колоса 7,7 - 11,5 см в 1999 г., 8,0 - 10,8 см в 2000 г. и 7,6 - 12,0 см в 2001 г. Наиболее длинный колос в условиях НПЦЗР формировали Карлыгаш, Альбидум 109 и Мирас; в Карое - Грекум 476, Альбидум 109 и Мирас; в Южно-Казахстанском НИИЗХ - Карлыгаш и Альбидум 109.

Число колосков в колосе озимой пшеницы. В наших опытах высокие значения анализируемого признака получены в условиях НПЦЗР 17,70 - 21,80 шт. в 1999 г., 17,60 - 23,9 шт. в 2000 г. и 14,0 - 22,8 шт. в 2001 г. Несколько ниже было значение признака в условиях Южно-Казахстанского НИИЗХ 13,6 - 19,2 шт. в 1999 г., 14,6 - 18,4 шт. в 2000 г. и 13,1 - 18,4 шт. в 2001 г., и самые низкие уровни признака отмечены в условиях Караоя 12,2 - 17,9 шт. в 1999 г. и 14,6 - 18,4 шт. в 2001 г. и 13,1 - 18,4 шт. в 2001 г. В условиях НПЦЗР наибольшее количество колосков в колосе имели Карлыгаш, Обрий и Гостианум-88. В условиях Караоя и Южно-Казахстанского НИИЗХ - Карлыгаш, Марьям и Гостианум-88.

Число зерен главного колоса озимой пшеницы. Средние показатели числа зерен с колоса образцов озимой пшеницы превышают стандарт: в условиях ОПХ НПЦ земледелия и растениеводства наиболее озерненные колосья отмечены у образцов Карлыгаш, Красноводопадская-210, Прогресс, Мариям, Обрий, Гостианум-88 и Мирас. В условиях Кароя по этому признаку выделились Карлыгаш, Прогресс, Мариям, Обрий, Гостианум-88. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что при селекции на повышение признака озерненность колоса, целесообразно использовать выделившиеся образцы озимой пшеницы.

Масса зерна колоса озимой пшеницы. Высокие значения анализируемого признака получены в условиях ОПХ НПЦ земледелия и растениеводства 2,8 - 7,3 г. в 1999 г., 2,9 - 7,0 г. в 2000 г. и 2,8 - 5,7 г в 2001 г., несколько ниже в условиях Южно-Казахстанского НИИЗХ 3,2 - 5,3 г в 1999 г., 3,6 - 4,8 г в 2000 г. и 3,1 - 4,5 г в 2001 г., и самые низкие в условиях Кароя 3,0 - 5,3 г. в 1999 г., 3,0 - 4,6 г в 2000 г. и 2,5 - 4,4 г в 2001 г. Такие образцы как Красноводопадская-210, Карлыгаш, Мариям, Альбидум-109 выделились в трех зонах, а Грекум 476 и Гостианум 88 выделились в двух зонах, превысив стандарт Богарная-56.

Масса 1000 зерен озимой пшеницы. Образцы озимой пшеницы характеризовались различной вариабельностью признака масса 1000 зерен, варьирование составило: в условиях ОПХ НПЦ земледелия и растениеводства от 32,0 - 54,2 г в 1999 г. 27,7 - 50,2 г в 2000 г. и 28,4 - 51,4 г в 2001 г., в условиях Кароя 29,3 - 47,3г в 1999 г., 27,8 - 47,7 г в 2000 г. и 30,7 - 47,7 г в 2001 г., в условиях Южно-Казахстанского НИИЗХ 36,4 - 52,2 г в 1999 г., 28,5 - 54,5 г в 2000 г. и 33,5 - 52,0 г в 2001 г. соответственно.

Масса зерна с растения озимой пшеницы. Как видно из таблицы 1, в условиях НПЦЗР наибольшую продуктивность растения имели в среднем сорта Красноводопадская-210 и Карлыгаш, 8,1 и 11,9 г, соответственно.

Таблица 1 - Продуктивность растения образцов озимой пшеницы, выращенных в различных условиях среды (1999-2001 гг.)

№ п/п	Название образца	Продуктивность растения, г	Среднее
		1999	2000	2001
1	2	3	4	5	6
1	Богарная-56 стандарт	8,5	9,2	6,2	7,9
2	Красноводопадская-210	9,7	7,8	6,8	8,1
3	Прогресс	8,5	8,5	5,7	7,5
4	Карлыгаш	11,9	12,0	11,8	11,9
5	Мариям	6,4	6,0	5,3	5,9
6	Обрий	5,3	3,9	4,6	4,6
7	Грекум-476	4,4	6,4	4,8	5,2
8	Гостианум-88	4,6	6,1	4,3	5,0
9	Альбидум-109	4,8	5,8	4,0	4,8
10	Мирас	4,0	5,3	4,3	4,5

Таблица 2 Караой

1	Богарная-56 стандарт	6,0	6,5	5,0*	5,8
2	Красноводопадская-210	6,8	6,5	5,8	6,3
3	Прогресс	6,0	6,3	5,7	6,0
4	Карлыгаш	6,0	5,9	5,7	5,8
5	Мариям	4,5	4,7	4,2	4,4
6	Обрий	4,0	3,6	4,0	3,8
7	Грекум-476	3,9	4,3	4,0	4,0
8	Гостианум-88	3,7	3,6	3,9	3,7
9	Альбидум-109	3,7	3,5	3,8	3,6
10	Мирас	3,0	3,2	3,0	3,0

Таблица 3 Южно-Казахстанский НИИЗХ

1	Богарная-56 стандарт	7,3	7,9	6,3	7,1
2	Красноводопадска-210	7,6	7,5	7,0	7,3
3	Прогресс	7,9	8,0	7,4	7,7
4	Карлыгаш	8,5	8,3	8,0	8,2
5	Мариям	5,8	6,0	6,0	5,9
6	Обрий	5,3	5,0	4,3	4,8
7	Грекум-476	4,7	4,3	5,5	4,8
8	Гостианум-88	4,9	5,5	5,0	5,1
9	Альбидум-109	4,3	4,3	4,0	4,2
10	Мирас	4,0	3,8	4,0	3,9
* - В 2000-2001 гг. испытания на устойчивость к засухе вместо Караоя проводились в условиях жесткой богары ОПХ НПЦЗиР

В условиях Караоя наиболее продуктивными были сорта Богарная-56, Красноводопадская-210, Карлыгаш и Прогресс. Аналогичная ситуация отмечена в условиях Южно-Казахстанского НИИЗХ. Наиболее стабильная реализация продуктивности растения была характерна для сорта Красноводопадская-210.

Устойчивость генотипов озимой пшеницы к болезням. Результаты проведенных исследований показывают, что сильное поражение пшеницы желтой ржавчиной наблюдалось в годы с прохладной первой половиной лета. В 2000 году умеренное развитие желтой ржавчины было отмечено на поливных землях предгорной зоны Южно-Казахстанской, Жамбылской и Алматинской областей. В 2001 г. в засушливых условиях она проявилась в южном и юго-восточном регионах республики от слабой до умеренной степени (до 10-25%). В 2002 году эпифитотией болезни была охвачена вся площадь посева озимой пшеницы в Жамбылской области. В фазу колошения листья были поражены до 50-75%.

Наибольшей устойчивостью к желтой ржавчине характеризовались сорта Грекум-476, Обрий и Марьям. Неустойчивой к болезни проявила себя линия Гостианум-88. В отношении устойчивости к бурой ржавчине наиболее устойчивыми оказались сорта пшеницы Прогресс, Карлыгаш, Обрий и Грекум-476.

Оценка пластичности и стабильности образцов озимой пшеницы. Сравнение генотипов, выращенных в различных экологических условиях показывает, что генотипический эффект не является постоянным, а варьирует в зависимости от условий, то есть здесь имеет место взаимодействие генотипа со средой. Результаты проведенных исследований и дисперсионный анализ показывают, что норма реакции исследуемых генотипов является генетически детерминированным свойством (таблица 2).

Таблица 4 - Дисперсионный анализ признаков продуктивности у образцов озимой пшеницы, выращенных в контрастных условиях среды

Факторы ВГС	Длина колоса	Масса 1000 зерен
	Сумма квадратов	F факт	F табл	Сумма квадратов	F факт	F табл
Общая	294,04	-	-	20,66	-	-
Повторений	2,77	-	-	0,37	-	-
Фактор А	145,89	24,19*	2,04	6,60	8,30*	2,04
Фактор В	34,33	17,08*	2,76	2,39	9,02*	2,76
Фактор А х В	62,82	3,47*	1,70	4,94	2,07*	1,70
Р=0,05

Из данных таблицы видно, что различия по всем факторам: генотип (А), среда (В) и взаимодействие факторов (А х В) являются достоверными при Р=0,05. Об этом свидетельствуют значения F фактического, которые превышают F табличное по всем факторам взаимодействия генотип-среда, как по признаку длина колоса, так и по признаку масса 1000 зерен.

Изучение доли влияния факторов ВГС на изменчивость признаков продуктивности показало, что вклад генотипа в развитие признака длина колоса составил наибольшую долю изменчивости (49,6%). Доля влияния среды была значительно меньшей (11,7%). Значительное влияние на изменчивость признаков оказал фактор взаимодействие генотип-среда (21,4%). Случайные факторы также оказывали существенное влияние на изменчивость признаков продуктивности (14,7%). По признаку масса 1000 зерен наибольшим по значению было влияние фактора генотип (46,6%). Велико было значение фактора генотип-среда и составило 34%, т.е. взаимодействие факторов генотип и среда по признаку масса 1000 зерен было значительнее, чем по признаку длина колоса. Существенный вклад вносил фактор среда - 17%, что также превышает вклад аналогичного фактора по признаку длина колоса. Влияние случайных факторов составило 2,6%.

На рисунке 1 представлено графическое изображение структурной взаимосвязи «генотип - среда» по признакам «длина колоса» и «масса 1000 зерен». По признаку «длина колоса» все образцы характеризуются как средне стабильные, попадая в зону средней стабильности А.

Рисунок 1 - Взаимодействие генотип - среда по признаку длина колоса и масса 1000 зерен

Параметры пластичности: б - оценивает линейную реакцию; л - отклонение от линейной реакции; А, В - зоны высокой и средней стабильности, С - высокой пластичности. Генотипы: 1 - Грекум-476, 2 - Гостианум-88, 3 - Мирас, 4 - Альбидум 109, 5 - Обрий, 6 - Красноводопадская-210, 7 - Богарная 56, 8 - Прогресс, 9 - Карлыгаш, 10 - Марьям. пшеница сортовой генетический засухоустойчивость

Сорт Карлыгаш попадает в зону достоверно высокой пластичности, а сорт Мирас демонстрирует низкую стабильность и пластичность. Наибольшую стабильность проявили носители RL-генов: Грекум-476 и Альбидум 109. По признаку масса 1000 зерен большинство генотипов показало среднюю стабильность. Высокую пластичность имели Мирас и Марьям. Наиболее стабильными были Грекум-476, Гостианум-88, Альбидум-109 и Прогресс. Нестабильным был сорт Красноводопадская-210. По признаку число колосков главного колоса наиболее пластичными были образцы Обрий, Грекум-476 и Красноводопадская-210, а нестабильным - Карлыгаш. Остальные образцы показали средний уровень стабильности и пластичности. По признаку число зерен с главного колоса наибольшая стабильность проявилась у носителей RL-генов Грекум-476, Альбидум-109 и Мирас. Пластичными по данному признаку были образцы Карлыгаш, Мариям и Крановодопадская-210.

Изучение вариабельности признаков продуктивности в зависимости от экологической зоны выращивания показало, что наибольшая изменчивость длины колоса отмечена в условиях НПЦЗР (1999 и 2000 гг.). Одинаковой была вариабельность этого признака при выращивании в условиях Караой и ЮКНИИСХ. Изменчивость признака число колосков в колосе в ЮКНИИСХ была самой низкой (15%). Число зерен в колосе варьировало в наибольшей степени в условиях Караоя (38%), а в наименьшей - в условиях НПЦЗР (8%). По массе 1000 зерен наибольший размах варьирования отмечен в условиях НПЦЗР, 1999 г. (51%), а в остальных зонах изменчивость признака была примерно одинаковой.

По длине колоса максимальный вклад в изменчивость признака внесли образцы озимой пшеницы Мирас (21%), Грекум 476 и Гостианум 88 (13%). Вклад остальных тестируемых образцов пшеницы в изменчивость данного признака в контрастных зонах составил от 5 до 9%. Наибольший коэффициент вариации отмечен у Мираса (26%). По числу колосков в колосе наибольший вклад в изменчивость признака внесли сорта Обрий (21%) и Грекум 476 (18%). Вклад других генотипов в изменчивость признака варьировал в пределах 4 - 13%. По озерненности колоса самый большой вклад в изменчивость признака внесли генотипы Карлыгаш, Грекум 476, Альбидум 109 и Мирас (12-14%). По массе 1000 зерен сорта Мирас, Обрий и Прогресс характеризовались самой высокой изменчивостью при выращивании в различных зонах (21 %, 14 % и 16 %, соответственно).

Засухоустойчивость исходного материала озимой пшеницы

Полевая засухоустойчивость генотипов озимой пшеницы. Для объективной оценки полевой засухоустойчивости экспериментальный материал изучен в контрастных условиях среды с последующим анализом разности между потенциальным урожаем, оцененным в комфортных условиях и урожаем при засухе.

Самая высокая засухоустойчивость по признаку длина колоса была характерна для образцов озимой пшеницы Грекум 476, Богарная 56 и Красноводопадская 210. Наиболее засухоустойчивыми по признаку масса 1000 зерен оказались образцы Богарная-56, Красноводопадская-210 и Грекум-476 (рис. 2). Высокая масса 1000 зерен в условиях наибольшего действия засухи - в Караое формировали носители RL-генов Грекум-476, Гостианум-88 и Альбидум-109, которые были также в группе наиболее стабильных генотипов. Более высокая полевая засухоустойчивость, которая отмечена у Грекум-476, Гостианум-88, Альбидум-109 и Мирас была, как правило, связана с высокой стабильностью признаков продуктивности.



Рисунок 2 - Индекс засухочувствительности генотипов озимой пшеницы по массе 1000 зерен

Физиологическая засухоустойчивость образцов озимой пшеницы. Параметры водного статуса и компоненты продуктивности были изучены в условиях засухи в НПЦЗР, о чем свидетельствовали высокие значения дневных температур, недостаточное количество осадков и проявление почвенной засухи.

Высокий уровень относительного содержания воды (ОСВ), коррелировал с высокими значениями признаков продуктивности. Все генотипы кроме Карлыгаш характеризовались высоким ОСВ. Повышение водного стресса увеличивало относительную потерю воды (ОПВ) у большинства родительских форм. Такие образцы как Альбидум-109, Марьям и Прогресс обнаружили снижение ОПВ флагового листа. Чем ниже уровень ОПВ, тем выше засухоустойчивость растений. В группу с низким уровнем ОПВ (50-52%), и соответственно, высокой засухоустойчивостью вошли Грекум-476, Мирас и Красноводопадская-210 (41-47%). На основании изучения физиологических параметров водного статуса (ОСВ и ОПВ) можно сделать заключение, что высоким уровнем физиологической засухоустойчивости характеризуются Грекум-476, Мирас и Красноводопадская-210. Наблюдается тенденция влияния RL-генов на повышение засухоустойчивости. Показана положительная зависимость между стабильностью и засухоустойчивостью у Грекум-476, характеризующегося высокой степенью свертывания листа. По признаку масса 1000 зерен выделены средне стабильные и засухоустойчивые образцы Грекум-476, Богарная-56 и Красноводопадская-210. К нестабильным и незасухоустойчивым отнесены образцы Обрий и Мариям.

Генетическое изучение параметров засухоустойчивости образцов озимой пшеницы. С целью генетического изучения засухоустойчивости изучен характер наследования признаков ОСВ и озерненности колоса у гибридов F1, где в качестве материнских форм были задействованы носители RL-генов Грекум 476 и Альбидум 109, а в качестве генотипа, не несущего признак свертывания листьев использован сорт озимой пшеницы Карлыгаш. В комбинации F1Грекум 476 x Карлыгаш наблюдали промежуточное проявление доминирования признака ОСВ. Аналогичные данные получены при анализе гибридов F1 Альбидум 109 х Карлыгаш по степени доминантности. По признаку число зерен в главном колосе в комбинации гибридов F1Грекум 476 x Карлыгаш по степени доминантности отмечено положительное сверхдоминирование или положительный сверхгетерозис. У гибридов F1 Альбидум 109 х Карлыгаш по степени доминантности отмечено отрицательное сверхдоминирование.

Аналогичный анализ, проведенный по параметру относительная потеря воды в гибридах Грекум-476 x Карлыгаш, показал, что ОПВ у Грекум 476, наследуется по промежуточному типу. В комбинации гибридов F1 Мирас х Прогресс наблюдали отрицательное доминирование параметра ОПВ. По признаку масса 1000 зерен в обеих комбинациях гибридов обнаружено положительное сверхдоминирование, или положительный сверхгетерозис.

Наследование параметра относительного содержания воды (ОСВ) в листьях пшеницы у носителей признака свертывания листа (RL-генов).

В таблице 3 представлены результаты анализа расщепления по относительному содержанию воды у гибридов F2. Изучение наследования параметра водного статуса ОСВ при скрещивании двух контрастных по наличию-отсутствию маркирующего признака RL-гена линии Грекум 476 и сорта Карлыгаш показало сложный характер генетического контроля. Фактическое расщепление фенотипов с высоким и низким уровнем ОСВ было близким теоретически ожидаемому как 9:7 (ч2=0,10). Это свидетельствует о том, что высокий уровень ОСВ образца Грекум-476 контролируется двумя доминантными комплементарно действующими генами.

Таблица 3 - Генетический анализ наследования параметра ОСВ у линии Грекум 476 - носителя RL-генов

Комбинация скрещивания	Количество растений с классом уровня ОСВ, шт.	В, шт	Н, шт	Ожи-даемое В:Н	ч2	Р	Генетический контроль признака ОСВ
	I	II	III	IV
F2Грекум-476 x Карлыгаш	38	16	20	22	54	42	9:7	0,10	0,50 - 0,95	2 доминантных комплемен-тарно действую-щих гена
F2 Мирас x Карлыгаш	2	4	46	48	6	94	1: 15	0, 02	0,80 - 0,95	2 компле-ментарно действующих рецессивных гена
Примечания: 1. ОСВ - относительное содержание воды; В, Н - количество растений с высоким и низким уровнем ОСВ; 2. Растения отнесены к четырем классам по уровню ОСВ с шагом в 6% в соответствии с градацией: I класс - 54-60% ОСВ, II класс - 48-53% ОСВ, III класс - 42-47% ОСВ, IVкласс - 36-41% ОСВ

В комбинации F2 Мирас x Карлыгаш наследование признака ОСВ у линии Мирас носило дигенный характер. Соотношение фенотипических классов растений с высоким и низким значением ОСВ соответствовало 1 : 15 при значении ч2=0,016, что указывает на высокий уровень достоверности проверяемой гипотезы (Р=0,80-0,90). У линии Мирас способность формировать высокое значение ОСВ обусловлено комплементацией двух рецессивных генов. Присутствие каждого из этих генов в гомозиготном состоянии недостаточно для формирования высокого ОСВ и засухоустойчивость проявляется только в присутствии двух комплементарных рецессивных генов.

Полученные результаты генетического анализа позволяют целенаправленно планировать селекционные программы по повышению засухоустойчивости с использованием линий, у которых выяснена генетическая природа признаков засухоустойчивости. В настоящее время выделено 22 перспективные линии из гибридных популяций F3 Грекум 476 x Карлыгаш и F3 Мирас x Карлыгаш, которые испытываются в селекционном питомнике.

Селекционное изучение перспективных линий озимой пшеницы, созданных на основе проведенных исследований.

Важной частью оценки нового материала является его изучение по селекционно-ценным показателям в селекционных питомниках и выделение среди них наиболее отличившихся линий по комплексу хозяйственно-ценных признаков. В условиях Красноводопадской селекционной опытной станции испытано 25 перспективных линий из международных питомников. Высокая продуктивность отмечена у образцов BOKA (400,3 г/м2), KIZILTAN (400,4 г/м2) и CRR/ATTILA (400,2 г/м2).

Испытание этих же образцов в условиях Жамбылской области, КНИСХ (Отар) показало наличие эффектов взаимодействия генотип-среда: генотипы, формировавшие высокую продуктивность в условиях Южно-Казахстанской области показали низкую урожайность в условиях Отара. Самая высокая продуктивность с делянки отмечена у сорта BREA. Средняя урожайность урожайность проявилась у образцов Mirbashir 128 (310,6 г/м2), BOKA (314,2 г/м2), PI/MZ//CNO67/… (316,4 г/м2), 1D13.1/MLT//Kauz (334,2 г/м2) и CRR/ATTILA(301,52 г/м2).

В 2006 году в питомнике СП-2 НПЦЗР было изучено 130 гибридов пшеницы старших поколений. Выделено 13 образцов, представляющих интерес в качестве источников, сочетающих высокий уровень продуктивности с устойчивостью к изучаемой болезни (табл. 4). Превышение продуктивности над лучшим стандартом (Алмалы) составило от 4 до 39%. Лучшей урожайностью (70 ц/га) и устойчивостью к желтой ржавчине отличались комбинации F6 25 K/K x Безостая 1, F6 Zhetisu x Olesen и More/Currawong x Lawson.

На жестком инфекционном фоне НИСХИ изучен гибридный материал на устойчивость к желтой и бурой ржавчине. Гибриды F3 Грекум-476 x Карлыгаш, F3Грекум-476 x Прогресс-476 и F3 Мирас x Карлыгаш умеренную и высокую восприимчивость к обоим видам ржавчины.

Таблица 4 - Продуктивность и устойчивость к желтой ржавчине образцов питомника СП-2, НПЦЗР 2006 г.

Название образца	Элементы продуктивности	Устой- чивость к жел-той ржав-чине	% превышения над St
	Высота растения, см	Кол-во дней до коло- шения	Уро-жай- ность, ц/га		Алмалы	Жетысу	Прогресс
F6 25 K/K x Bez.1	93	145	70,4	0	38,6	50,7	51,9
F6 Progr.х Ae.taushii	76	147	63,5	5R	25	35,9	37
F9 Nior/Stekl.	75	145	62,9	0	23,9	34,7	35,8
F7 Lawson x 2/Currawong	90	145	62,1	0	22,3	33,0	34,0
F6 KSI21 x Artur	105	155	61,2	0	20,5	31,1	32,1
F6 KSI 21 x T. monococcum	100	146	60,4	0	19,0	29,4	30,4
F6 Zhetisu x Olesen	100	154	60,3	10R	18,7	29,1	30,2
F4 Sharora x Almaly	95	147	56,3	0	10,8	20,5	21,4
F5 Tilek x Anza	95	146	56,0	0	10,3	20,0	20,9
F5 Zhetisu x Yr15	88	147	54,4	5R	7,1	16,5	17,4
F4 KLDN-9 x Faw.3745	95	147	54,4	10R	7,1	16,5	17,4
F6 More/Currawong x Lawson	108	149	53,1	0	4,5	13,7	14,6
F5 SW/SKE x Stekl.24	100	146	52,7	0	3,8	12,9	13,8
St. Almaly	84	149	50,8	0	0	8,8	9,6
НСР = 2,954

Для выявления новых устойчивых форм озимой пшеницы проводили оценку образцов из международных питомников СИММИТ. Отобрано 26 образцов, выделившиеся по комплексу признаков продуктивности и устойчивости к болезням в 2-х экологических условиях - НПЦЗР и НИСХИ (Отар).

Отобранные образцы сочетали высокую продуктивность по большинству элементов продуктивности с устойчивостью к ржавчинным болезням. Высокий и средний уровень устойчивости одновременно к желтой и бурой ржавчине отмечен у образцов LC924/PETJA, VLASTA, Naz, PASTOR/3/…, KE90-282/MILAN, AGRI/NAC//ATTILA, PI/MZ//CNO67..., T 53-97 TURDA, LOV41/3/EKG15…, ZCL/3/PGFN//…, MUNIA/PICUS, VORONA/ATTILA//…, SKAUZ/4/…, CTK/3/ATL66/…, 11/155, CRR/ATTILA, Княжна. Из 78 изученных образцов международного питомника EYT, 2006 г, высокий уровень устойчивости к желтой ржавчине отмечен у 28 линий. Превышение урожайности по сравнению со стандартными сортами Алмалы, Жетысу и Прогресс составило 20%.

Анализ технологической оценки перспективных линий представлен в таблице 5. Наибольший интерес в отношении содержания белка представляют линии F4 Санзар 8 х Аnza, F9 Norin 10 х Стекловидная 24 и F4 Шарора х Арап, характеризовавшиеся высокой белковостью (15-16%).

Содержание крахмала было наиболее высоким у линий F4 Шарора х Арап и F5 Сапалы х Южная 12 (58%). Высокое содержание клейковины отмечено у линий F4 Санзар 8 х Аnza, F9 Norin 10 х Стекл.24, F4 Шарора х Арап и F6 25 КК х Безостая 1. У этих же линий наблюдалось высокое значение силы муки. Самой высокой твердозерностью отличалась линия F4 Тилек х Anza, что предполагает ее специализированное использование. Высокая натура зерна была характерна для линий F4 Шарора х Арап, F5 Сапалы х Южная 12, F6 25 КК х Безостая1 и F4 Тилек х Anza.

Таблица 5 - Технологическая оценка перспективных линий пшеницы

№ кат.	Линия	Содер белка, %	Содер. крахмала	Содер. клейко вины	Седи- мента-ция	Сила мука	Твер-дозер- ность	Натура зерна
678	F4 Санзар 8 х Аnza	15,96	57,3	30,8	59,0	326	28,8	74,7
692	F9 Norin 10 х Стекл.24	15,49	55,7	30,1	56,9	320	51,8	76,0
673	F4 Шарора х Арап	14,95	58,1	29,4	59,8	350	53,1	80,1
662	F5 Сапалы х Южная12	14,88	58,1	27,8	60,5	328	39,6	79,7
202	F6 25 КК х Безостая1	14,78	57,7	29,1	52,7	313	40,2	79,6
197	F4 Тилек х Anza	13,69	57,4	26,4	42,1	291	58,1	78,4
St	Прогресс	11,71	57,1	31,0	40,1	271	40,0	79,5

Таким образом, проведена селекционная оценка образцов из международных и казахстанских питомников, выращенных в НПЦЗР (Алмалыбак), НИСХИ (Отар) и в Красноводопадской селекционной опытной станции (ЮКО). Выделены перспективные линии, сочетающие высокие уровни устойчивости к желтой ржавчине и продуктивности и представляющих интерес для дальнейшего изучения в качестве источников селекционно-ценных признаков и кандидатов в будущие новые сорта пшеницы.

Заключение

На основе эколого-генетического изучения набора сортов, линий и гибридов озимой мягкой пшеницы в 3-х контрастных условиях среды получены результаты, позволившие сделать следующие выводы:

1. Выделены наиболее перспективные источники признаков продуктивности, предназначенные для выращивания сортов в варьирующих условиях среды. По большинству признаков наиболее продуктивными были Грекум 476, Альбидум 109, Богарная 56, Красноводопадская 210, Карлыгаш.

2. По признаку длина колоса источниками стабильности являются носители RL-генов Грекум 476 и Альбидум 109; по признаку масса 1000 зерен - Грекум 476, Гостианум 88, Альбидум 109. Источниками пластичности по длине колоса являются Мирас, Марьям и Карлыгаш.

3. Высокой полевой засухоустойчивостью и стабильностью признаков продуктивности обладали носители признака «свертывания листа» - Грекум 476, Альбидум 109, Мирас и признака «движение листовых пластинок» - Гостианум 88.

4. По параметм водного статуса - относительного содержания воды (ОСВ) и относительной потери воды (ОПВ) флаговых листьев выявлены генотипы с высоким уровнем физиологической засухоустойчивости - Грекум 476, Мирас и Красноводопадская 210.

5. Генетический анализ наследования параметра ОСВ у носителей RL-генов показал, что высокий уровень ОСВ у генотипа пшеницы Грекум 476, контролируется двумя доминантными комплементарно действующими генами. У сорта Мирас генетический контроль признака ОСВ обусловлен комплементацией двух рецессивных генов.

6. В результате изучения в казахстанских и международных питомниках линий озимой пшеницы выделены источники устойчивости к желтой ржавчине. В условиях жесткого инфекционного фона НИСХИ (ОТАР) выделено 50 линий устойчивых к болезням. Выделено 26 образцов пшеницы, представляющих интерес по комплексу признаков продуктивности и устойчивости к болезням.

Практические рекомендации

1. В целях повышения эффективности селекции на засухоустойчивость рекомендуется использовать носители Rolling Leaf (RL) генов - образцы Грекум 476, Гостианум 88, Альбидум 109 в качестве источников полевой и физиологической засухоустойчивости и стабильности урожая.

2. В селекции на адаптивность рекомендуем использовать перспективные 22 линии, выделенные из гибридных популяций F4 Грекум 476 x Карлыгаш и F4Мирас х Карлыгаш.

3. В селекции на повышение устойчивости к желтой ржавчине рекомендуем полученные линии F4 Киял х Анза, F4 Киял х Красноводопадская 25, F4 Lori 292 x Южная 12, F4 Жетысу х Южная 12 - всего 27 линий пшеницы.

4. Для условий Южно-Казахстанской области рекомендуются линии BOKA, KIZILTAN, CRR/ATTILA, Наз и SKAUZ/4/, а для условиях Жамбылской области - линии BREA, Mirbashir 128, BOKA, PI/MZ//CNO67/, 1D13.1/MLT//Kauz и CRR/ATTILA. В селекции на высокое качество зерна рекомендуются линии F4 Санзар 8 х Аnza, F9 Norin 10 х Стекловидная 24 и F4 Шарора х Арап.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 Kokhmetova A., Baizhanov J., Sarbaev A., Absattarova A. Wheat breeding for stem rust resistance in Kazakhstan //Proc. II Balkan Bot. Congr.-Istanbul, Turkey, 2000.-P. 237-241.

2 Kokhmetova A.M., Baizhanov J., Sarbaev A.T. Breeding for stem rust of wheat in Kazakhstan // Book of abstr. II Bot. Congr.-Istanbul, Turkey, 2000.-P.193. 3 Кохметова A.M., Есимбекова М.А., Моргунов А.И., Абсаттарова A.C., Орманбекова Г., Байжанов Ж., Мукин К. Изучение устойчивости к болезням листостебельной инфекции пшеницы в НПЦ ЗиР // Вестник региональной сети СИММИТ, № 2 (5), 2003. с.23-26.

4 Байжанов Ж., Кохметова A.M., Богданова Е.Д. Засухоустойчивость и
стабильность урожая генотипов пшеницы, выращенных в контрастныхусловиях среды. // 1-я Центрально-Азиатская конференция по пшенице. г. Алматы по 10-13 июня 2003. С. 209.

5 Байжанов Ж., Уразалиев Р.А., Кохметова A.M. Взаимодействие генотип-среда и устойчивость у линий пшеницы // Мат. ВОГиС "Генетика в 21 веке: современное состояние и перспективы развития ", Москва, 2004 г. с.342.

6 Baizhanov Zh., Urazaliev R., Kokhmetova A. The study of yellow rust resistance in set of winter wheat cultivars in Kazakhstan // Abstr. Second Regional Yellow rust Conference, 22-26 March 2004 Islamabad, Pakistan. P. 39.

7 Кохметова А., Моргунов А.И., Уразалиев Р.А., Есимбекова М.А., Абсаттарова А.С., Байжанов Ж. Генетический контроль устойчивости пшеницы к желтой ржавчине // Мат. ВОГиС "Генетика в 21 веке: современное состояние и перспективы развития", Москва, 2004г. С. 106.

8 Kokhmetova A., Morgunov A., Urazaliev R., Yessimbekova M., Absattarova A., Sarbayev A., Koyshibayev M., Rsaliev Sh., Baizhanov Zh., Genetic improvement of resistance to wheat stripe rust //Мат. межд. конф. "Развитие ключевых направлений сельскохозяйственной науки в Казахстане ". Астана, 2004.

9 Байжанов Ж.Р., Кохметова А.М. Изучение засухоустойчивости и устойчивости к болезням генотипов озимой пшеницы - Актуальные проблемы земледелия и растениеводства //Мат. II-ой межд. конф. молодых ученых и аспирантов, Алмалыбак, 2005. - с. 17-18.

10 Кохметова А.М., Байжанов Ж.Р., Моргунов А.И., Есимбекова М,А,, Рсалиев Ш.С., Алшораз А.Т., Есенбекова Г.Т., Турсунова Ш.К., Мырзаева Л. Изучение генотипов озимой пшеницы на устойчивость к ржавчине //Биологические науки Казахстана № 1-2, с. 58-64.

11 Кохметова А.М., Койшибаев М.К., Исмагулова Г.А., Есимбекова М.А., Байжанов Ж.Р., Айтхожина Н.А. Селекционное фитопатологическое и молекулярно-генетическое изучение гермоплазмы Пшеницы на устойчивость к желтой пятнистости листьев DRECHSLERA Tritici - repents // Известия НАН РК, серия биологическая и медицинская. 2007 . №

12 Байжанов Ж.Р. К?здік бидайдын генотип-орта ?зара ?арым-?атынасы мен ??р?а?шылы??а ж?не аурулар?а т?зімділігін зерттеу // Жаршы (?Р АШМ). 2007 № 8, 17 - 20 бет.

13 Байжанов Ж.Р. Оценка исходного материала озимой пшеницы. Ізденістер-Н?тижелер-Исследования и результаты. КазНАУ 2007 № 2 с. 33-35.

14 Байжанов Ж.Р., Кохметова A.M. Устойчивость генотипов пшеницы к абиотическим и биотическим факторам среды // Поиск - Ізденіс. Серия естественно - технические науки. 2007 № 3 с. 179-183.

15 Kokhmetova A., Kenzhebayeva S., Bogdanova E., Baizhanov Zh. Wheat improvement for drought resistance and yield stability using mutation techniques // Int. Symp. on Induced Mutations in Plants, 12-15 August 2008, Vienna, Austria. IAEA-CN-167-061. pp. 184-188.

Размещено на Allbest.ru