Селекционно-генетическая оценка гибридов яровой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Западной Сибири

Для успешного создания сортов, сочетающих высокую урожайность с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам, необходимо изучение закономерностей изменчивости и наследования основных хозяйственно-ценных признаков под влиянием сортовых особенностей, природно-климатических условий и их взаимодействия в конкретных экологических условиях, которые дадут возможность обосновывать подбор родительских форм для гибридизации и проводить отбор селекционно-ценных рекомбинантов в расщепляющихся поколениях. Только зная генотипы привлекаемых в скрещивания сортов по тому или иному признаку и особенности генных взаимодействий, можно вести подбор родительских пар на строго научной основе [4].

Основная цель наших исследований состояла в селекционно-генетической оценке гибридов яровой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Западной Сибири.

В задачи исследований входило:

• 1.    Провести оценку селекционного материала по продолжительности межфазных периодов.

• 2.    Определить устойчивость гибридов к мучнистой росе и бурой ржавчине.

• 3.    Провести анализ структуры урожая по основным хозяйственно-ценным признакам и выделить перспективные комбинации по комплексу хозяйственно-ценных признаков.

• 4.    Определить генетико-статистические параметры (степень доминирования, степень и частоту трансгрессий, коэффициент вариации).

Объекты и методы

Объектом наших исследований служили сорта и линии яровой мягкой пшеницы, а также гибридные комбинации первого и второго поколений, полученные в топкроссной схеме скрещиваний.

В качестве материнских форм (Р 1 ) взяты лучшие линии КСИ кафедры селекции, генетики и физиологии растений, характеризующиеся высокой потенциальной урожайностью, высокой устойчивостью к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам.

В качестве отцовских форм (тестеров) (Р 2 ) в топкроссные скрещивания включены сорта Терция селекции ОмГАУ совместно с ИЦиГ и Курганским НИИСХ, Новосибирская 15 селекции СибНИИРСа и Омская 35 селекции СибНИИСХа. В качестве стандартов использовались сорта: Памяти Азиева (среднеранний), Терция (среднеспелый), Эритроспермум 59 (среднепоздний).

Посев проводился в гибридном питомнике по схеме P1-F 1 -F 2 -Р2, стандарты высевались в начале и в конце схемы. Предшественник – чистый пар. Площадь делянки – 1 погонный метр. Норма высева – 20 зерен на 1 погонный метр. Повторность – трехкратная. Посев осуществлялся в оптимальные для зоны сроки вручную.

При оценке на поражение растений мучнистой росой учитывали наличие болезни по ярусам по интегрированной шкале оценок (шкала Прескотта и Саери).

Уборка делянок производилась вручную в фазу полной спелости. В лабораторных условиях был сделан индивидуальный структурный анализ сноповых образцов по девяти основным элементам структуры урожая (высота растений, общая кустистость, продуктивная кустистость, длина главного колоса, количество колосков и зерен в главном колосе, масса зерна с колоса и с растения, дополнительно рассчитывали массу 1000 зерен) для выявления выраженности количественных признаков и на их основе общей продуктивности гибридных популяций. Степень доминирования вычислили по методике G.M. Beil, R.E. Atkins [1], степень и частоту трансгрессии вычислили по методике Г.С. Воскресенской и В.И. Шпота [1], коэффициент вариации – по пособию Б.А. Доспехова [3].

Результаты исследований

Агроклиматические условия в годы опытов позволили наиболее полно и достоверно оценить исходный материал, что способствовало достижению поставленной в исследованиях цели.

Вегетационный период 2009 г. характеризовался избыточным увлажнением в июле на фоне умеренных температур, что способствовало развитию листовых заболеваний. 2010 г. характеризовался значительным варьированием температур по декадам и недостаточным увлажнением [2].

В селекции яровой мягкой пшеницы большое внимание уделяется устойчивости растений к болезням. Существенный ущерб урожаю в Западной Сибири наносят возбудители листовых патогенов, и прежде всего бурая ржавчина (Рuccinia recondita Rob. ex Desm. f. tritici Erikss) и мучнистая роса (Erysiphe graminis f. sp. tritici). В годы эпифитотий потери урожая от этих возбудителей достигают 30 и более процентов валового сбора зерна. Поэтому новые сорта должны сочетать в себе наряду с высокой потенциальной урожайностью и устойчивость к болезням.

Наиболее устойчивыми среди родителей были: отцовские формы Омская 35 (6 баллов как в начале, так и в конце колошения) и Терция (6 баллов в начале и 5 в конце), материнская форма Лютесценс 43-04 (6 баллов в начале колошения и 5 в конце). Гибриды, полученные с участием одного из восприимчивых родителей, также восприимчивы к мучнистой росе. Сильно восприимчив к мучнистой росе стандарт Памяти Азиева (2 балла), восприимчив Эритроспермум (4 балла в конце колошения), среднеустойчив Терция (6 баллов). У гибридов устойчивых сортов не было, а среднеустойчивыми были гибриды, полученные с помощью материнской формы Лютесценс 149-02.

Длина вегетационного периода является важным биологическим адаптивным и хозяйственно-ценным свойством в селекции пшеницы. С ней связано множество других свойств, определяющих «уход» от засухи, поражения болезнями и, как следствие, урожай и качество зерна. В связи со сложностью определения фазы созревания у гибридов ограничиваются обычно изучением продолжительности периода «всходы – колошение», которая тесно коррелирует с общей длиной вегетационного периода [5].

У большинства изученных гибридных растений продолжительность периода «всходы – колошение» в 2009 г. в среднем составила 47 суток, а в 2010 г. – 50 суток. Продолжительность данного периода варьировала в 2009 г. от 43 суток у комбинации Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 до 51 суток у комбинации Лютесценс 149-02 х Омская 35. В 2010 г. от 46 суток у комбинации Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 до 52 суток у комбинаций Лютесценс 149-02 х Терция, Лютесценс 43-04 х Омская 35, Лютесценс 149-02 х Омская 35. По продолжительности данного периода большинство комбинаций были среднепоздними.

Степень доминирования гибридов первого поколения характеризует их ценность для дальнейшей селекции и позволяет судить о возможности эффективного отбора в популяции на данный признак. Результаты изучения степени доминирования представлены на рис. 1.

• ■ Гетерозис и Промеж. наслед. □ Депрессия □ Частичное доминир.

Рис. 1. Распределение комбинаций по степени доминирования

Наследование продуктивной кустистости у большинства комбинаций шло преимущественно по типу положительного сверхдоминирования (гетерозиса) (66,7% комбинаций). У 22,2% комбинаций было отмечено промежуточное наследование признака, и у 11,1% наблюдалось частичное доминирование.

Наследование числа зерен главного колоса у большинства комбинаций шло преимущественно по типу отрицательного сверхдоминирования (55,6% комбинаций). В равных долях были отмечены комбинации, которые унаследовали признак путем частичного доминирования и положительного сверхдоминирования.

Наследование массы зерна главного колоса у большинства комбинаций шло по типу отрицательного сверхдоминирования (44,4% комбинаций). 33,3% комбинаций наследовали признак по типу сверхдоминирования, частичного доминирования и промежуточного наследования (по 11,1%).

Наследование массы зерна растения у большинства комбинаций шло преимущественно по типу сверхдоминирования (гетерозис) (77,7%). Остальные комбинации наследовали признак путем частичного доминирования.

Проявление трансгрессивной изменчивости зависит от условий внешней среды. Отбор трансгрессивных растений возможен только в поздних поколениях гибридов, на ранних этапах селекционного процесса довольно сложно утверждать о ценности трансгрессивных форм.

Трансгрессия выражается степенью и частотой. Степень указывает на процент растений, превышающих лучшую родительскую форму, при высоком значении данного показателя можно говорить о присутствии гетерозисного эффекта. Частота трансгрессии указывает на превосходство лучшей гибридной формы над родительской.

Наибольшую ценность для практической селекции имеют комбинации с высокими значениями трансгрессивной изменчивости по продуктивной кустистости: Эритроспер-мум 85-04 х Терция (Тс = 27,3, Тч = 28,6), Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тс = 23,1, Тч = 33,3), Лютесценс 43-04 х Новосибирская 15 (Тс = 20, Тч = 66,7); по числу зерен главного колоса: Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тс = 30,8, Тч = 55,6) и Эритроспермум 85-04 х Омская 35 (Тс = 10, Тч = 12,9); по массе зерна главного колоса: Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тс = 38,5, Тч = 64,2), Эритроспермум 85-04 х Терция (Тс = 75, Тч = 29,1), Лютесценс 43-04 х Терция (Тс = 22,2, Тч = 7,5), Лютесценс 149-02 х Терция (Тс = 12,5, Тч = 0,9); по массе зерна растения: Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тс = 30,8, Тч = 141,4), Лютесценс 43-04 х Омская 35 (Тс = 10, Тч = 11,3), Эритроспермум 85-04 х Терция (Тс = 18,2, Тч = 3,1). Их следует использовать в селекции в качестве источников ценных признаков.

Доля комбинаций с положительной и отрицательной трансгрессией показана на рис. 2.

Отрицательная

Положительная

Отсутств ует

Рис. 2. Распределение комбинаций по степени трансгрессии, %

По продуктивной кустистости преобладала положительная трансгрессия, доля трансгрессивных комбинаций варьировала от 16,7% до 66,7%. Поэтому отбор ценных форм в расщепляющихся поколениях гибридов будет эффективен.

По числу зерен главного колоса, массе зерна главного колоса и массе зерна растения преобладала отрицательная трансгрессия, поэтому отбор ценных форм будет затруднен.

Коэффициент вариации показывает степень варьирования (изменчивости) признака и может изменяться в пределах сорта, фона (условий) и поколения.

Результаты изучения коэффициента вариации у гибридов яровой мягкой пшеницы представлены на рис. 3.

Рис. 3. Коэффициент вариации у гибридов яровой мягкой пшеницы

По продуктивной кустистости коэффициент вариации изменялся от 8,3% (Лютесценс 149-02 х Терция) до 53,6% (Эритроспермум 85-04 х Омская 35). В среднем коэффициент вариации характеризовался сильной изменчивостью (34,9%). Наибольшая изменчивость данного признака была отмечена у комбинаций Эритроспермум 85-04 х Омская 35 (53,6%), Лю-тесценс 149-02 х Омская 35 (50%), Лютесценс 43-04 х Терция (48,6%).

Коэффициент вариации по числу зерен главного колоса изменялся от 12,8% (Эрит-роспермум 85-04 х Терция) до 30,2% (Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15). В среднем коэффициент вариации характеризовался средней изменчивостью (19,2%). Наибольшая изменчивость данного признака была отмечена у комбинаций Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (30,2%), Лютесценс 43-04 х Терция (25,6%), Лютесценс 149-02 х Терция (21,3%).

По массе зерна главного колоса коэффициент вариации изменялся 0,49% (Лютес-ценс 43-04 х Омская 35) до 28,6% (Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15). В среднем коэффициент вариации характеризовался средней изменчивостью (17,2%). Наибольшая изменчивость данного признака была отмечена у комбинаций Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (28,6%), Лютесценс 43-04 х Терция (25%), Лютесценс 149-02 х Новосибирская 15 (22,9%).

Коэффициент вариации по массе зерна растения изменялся от 22,7% (Эритроспермум 85-04 х Терция) до 77,3% (Лютесценс 43-04 х Омская 35). В среднем по изученным комбинациям коэффициент вариации массы зерна растения характеризовался высокой изменчивостью (46,7%). Наибольшая изменчивость данного признака была отмечена у комбинаций Лютесценс 43-04 х Омская 35 (77,3%), Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (64,3%), Эритроспермум 85-04 х Омская 35 (51,4%).

Отбор продуктивных форм по массе зерна растения и продуктивной кустистости будет высокоэффективен.

Выводы

• 1.    В качестве источников отдельных хозяйственно-ценных признаков следует использовать комбинации:

  – по продуктивной кустистости – сорт Лютесценс 149-02;

  – по числу зерен в главном колосе – сорта Эритроспермум 85-04, Лютесценс 43-04, Терция;

  – по массе зерна главного колоса – сорта Терция, Эритроспермум 85-04;

  – по массе зерна растения – сорта Лютесценс 43-04, Лютесценс 149-02, Эритроспермум 85-04.

• 2.    Высокой степенью и частотой трансгрессии характеризовались комбинации:

  – по продуктивной кустистости – Лютесценс 43-04 х Новосибирская 15 (Тч = 20%, Тс = 66,7%), Эритроспермум 85-04 х Терция (Тч = 27,3%, Тс = 28,6%);

  – по числу зерен главного колоса – Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тс = 30,8%, Тч = 55,6%).

  – по массе зерна главного колоса – Эритроспермум 85-04 х Терция (Тс = 75%, Тч = 29,1%), Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тч = 38,5%, Тс = 64,2%);

  – по массе зерна растения – Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 (Тч = 30,8%, Тс = 141,4%).

• 3.    В наследовании продуктивной кустистости и массы зерна растения преобладал гетерозис, поэтому отбор продуктивных комбинаций будет эффективен в более поздних поколениях. По массе зерна главного колоса и числу зерна главного колоса наблюдалось отрицательное сверхдоминирование.

• 4.    Комбинация Эритроспермум 85-04 х Новосибирская 15 характеризуется комплексом хозяйственно-ценных признаков, отличается высокими значениями трансгрессивной изменчивости по всем изученным признакам. Отбор ценных форм в данной комбинации будет эффективен.

• 5.    Коэффициент вариации продуктивной кустистости и массы зерна растения характеризовался сильной изменчивостью, поэтому отбор высокопродуктивных форм будет высокоэффективен.