Ретроспективная оценка сортов озимой пшеницы различных периодов селекции в условиях Центра Нечернозёмной зоны

Озимая пшеница с высоким биологическим потенциалом урожайности для Центра Нечерноземной зоны РФ является новой культурой в историческом аспекте. Ещё в начале XX века её возделывали лишь в единичных поместьях. При становлении Центра Нечерноземья как региона, возделывающего озимую пшеницу, произошедшем менее чем за столетний период, огромную первостепенную роль сыграла селекция. За этот период были созданы сорта, высокоадаптивные к условиям Центра Нечерноземья.

Еще в 1935 году Н. И. Вавилов пишет: «Ни по одному растению не проведено столь обширной селекционной работы, как по пшенице. На примере пшеницы можно видеть наглядно современное состояние теоретической селекции и генетики, можно проследить пути современной селекционной работы. тысячелетия над пшеницей сознательно и бессознательно работали поколения селекционеров». Однако в Центре Нечерноземной зоны история селекции насчитывает лишь столетний период. Исторически сложилось, что Нечерноземье было зоной серых хлебов, и прежде всего озимой ржи. Площади посевов озимой пшеницы по отношению ко ржи к началу 30-х годов XX века составляли лишь 0,9% (А.К.Хрущёва, 1926 г.). К началу XXI века озимая пшеница выходит на первое место среди возделываемых культур в Центре Нечерноземья. Это произошло только благодаря целенаправленной планомерной селекционной работе, которая велась на протяжении прошлого века и продолжается в настоящее время. Для более полного понимания ее вклада следует остановиться на ключевых моментах истории научной селекции в Центре Нечерноземной зоны РФ.

Прогресс селекции на протяжении столетия был трудным и сложным, начался он с работ Д. JI. Рудзинского — с его первых отборов в 1902;1903 гг. и последующих внутривидовых скрещиваний.

По мере развития научной селекции были созданы сорта более или менее адаптированные к условиям Нечерноземья. С их появлением площади под озимой пшеницей начали расти.

Следующий весомый этап селекции озимой пшеницы — разработка и реализация метода отдаленной гибридизации под руководством академика Н. В. Цицина и профессора Г. Д. Лапченко. Этим методом в Немчиновке созданы сорта ППГ 559 и ППГ 186, занявшие значительные площади (более 300 тысяч га). В конце 70-х сорт озимой пшеницы Мироновская 808 украинской селекции (селекционер В. Н. Ремесло) занимает площади более 1 млн. га и вытесняет все другие сорта. Мироновская 808 начинает активно использоваться в НИИСХ ЦРНЗ в гибридизации, и с ее участием в лаборатории селекции озимой пшеницы под руководством Е. Т. Вареницы был создан сорт Заря, устойчивый к твердой головне, но высокорослый. Площади посева этого сорта в начале 90-х годов составили более 500 тыс. га.

Перед селекционерами встает задача сочетания устойчивости к полеганию с высокой зимостойкостью, которая была с успехом решена в лаборатории селекции озимой пшеницы под руководством Б. И. Сандухадзе путем использования оригинальной схемы селекции с применением метода прерывающихся беккроссов. В результате были созданы новые, высокоурожайные короткостебельные сорта нового морфотипа — Инна, Памяти Федина и другие с потенциалом урожайности до 10 т/га.

Создание сорта Московская 39, дающего урожай до 7 т/га высококачественного зерна, по мнению А. М. Медведева (2002), заслужено следует отнести к наиболее значимым достижениям в мировой науке.

В настоящее время ведется обширная селекционная работа, направленная на дальнейшее повышение урожайности, качества, устойчивости к болезням, зимостойкости и другим адаптивным показателям сорта. В результате этой работы созданы такие новые сорта, как Галина, Немчиновская 24, Московская 56. Постепенно и планомерно продолжает изменяться морфотип этих сортов в сторону увеличения показателей структурных элементов колоса, более полного использования фотосинтетического аппарата растений за счет меньшей поражаемости растений болезнями. Все это позволяет еще больше закрепить за Центром Нечерноземной зоны России звание озимосеющего пшеничного региона. В настоящее время в связи с успехами селекции озимой пшеницы в зоне, площади ее посевов ежегодно возрастают. На данный момент площадь только под одним сортом озимой пшеницы, селекции лаборатории, Московская 39 в зоне составляет более 2 млн. га.

В мировой практике считается, что около 50% реализуемого урожая обеспечивает технология, а 50% - сорт. Настоящее вносит свои коррективы и роль селекции возрастает и ее продукт — сорт выходит на первый план. Основополагающая роль селекции и сорта в увеличении валовых сборов зерна пшеницы общеизвестна (П. П. Лукьяненко, 1973; С. М. Бороевич, 1984; JI. Балла и др., 1987; Я. Валкоун и др., 1987; JI. А. Беспалова, 1998; Э. Д. Неттевич, 2002). По данным этих и других авторов ежегодный прирост урожайности (в последние 30 лет XX века) оценивается в 0,5 — 2,5%. Этот прирост был в основном обеспечен внедрением интенсивных сортов и интенсивных технологий их возделывания (А. А. Романенко, 2004).

Актуальность оптимизации и интенсификации селекционного процесса обусловлена возросшими требованиями народного хозяйства к селекции не только как к науке, но и как к отрасли производства (П. П. Литун, М. В. Шевченко, Г. М. Субота, 1982). Селекционные программы должны быть ориентированы на создание адаптивных сортов, характеризующихся стабильностью по основным признакам урожайности и качества зерна (А. М. Бурдун, Л. М. Лопатина, А. Н. Гуйда и др., 1981; Б. П. Гурьев, П. П. Литун, Л. В. Бон-даренко, 1986; В. М. Бебякин, 1993). Именно селекция на адаптивность позволяет сочетать в генотипе сорта высокую урожайность и устойчивость к лимитирующим факторам внешней среды (С. В. Щербань и др., 1990). Ценные свойства новых сортов позволяют лучше использовать факторы производства: агротехнику, удобрения и др. Такой эффект достигается благодаря только ценным хозяйственно-биологическим особенностям сорта, то есть без дополнительных затрат, что особенно важно в современных экономических условиях.

Однако, практика показывает, что попытки повысить урожайность только за счет сорта не дают желаемого результата. Более того, в ряде случаев новые сорта при невысоком уровне агротехники оказываются не лучше возделываемых ранее (О. В. Павлова, 2005). Важнейшие показатели качества зерна пшеницы, определяющие его пищевое достоинство, — содержание белка и клейковины зависят, главным образом, от уровня азотного питания. С содержанием белка в муке (зерне) пшеницы связан выход клейковины, поэтому все те факторы, которые влияют на накопление белка в зерне, оказывают аналогичное влияние на содержание клейковины (М. А. Горшкова, С. А. Чумикова, 1993).

Нечерноземная зона достаточно большая и характеризуется разнообразием климатических условий, которое должно учитываться производственниками при выборе не только технологий, но и сорта.

Последовательная интенсификация сельскохозяйственного производства в течение более полувека привела к «разладу с природой», экспоненциальному росту затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу сельскохозяйственной продукции (А. А. Жученко, 2001, 2003, 2004).

Н.И. Вавилов в ряде своих работ (1932, 1935 гг.) поднимает вопрос о селекции хлебных злаков на отзывчивость к химическим удобрениям и «.дифференциальному изучению отдельных выдающихся сортов на условия среды, на урожай и его качество», что должно привести «.к специфической сортовой агротехнике и удобрению применительно к определенному сорту», в связи с этим нами проводился ретроспективный анализ сортов на двух фонах азотной подкормки по сравнению с контролем (без азотной подкормки).

Решение задачи повышения производства продовольственного зерна-это внедрение в производство высокоадаптированных сортов нового типа, способных реализовать свой генетический потенциал в разнообразных условиях производства. Цель исследований.

Провести ретроспективный анализ результатов селекции озимой пшеницы в Центре Нечерноземья на основе изучения сортов, созданных и возделываемых на протяжении 70-летнего периода селекции, выявить произошедшие эволюционные изменения хозяйственно ценных признаков и определить перспективные направления с учётом требования рынка. Задачи исследований.

1. Определить сортовые различия в формировании урожайности и слагающих её структурных элементов продуктивности.

2. Охарактеризовать морфогенетические особенности сортов, их устойчивость к абиотическим стрессорам.

3. Оценить сорта по устойчивости к основным наиболее распространённым болезням.

4. Изучить отзывчивость сортов на улучшение азотного питания по урожайности и качеству зерна.

5. Выявить полноту реализации потенциала продуктивности сортов по параметрам пластичности и стабильности.

Научная новизна.

По результатам сравнительного изучения сортов озимой пшеницы, распространенных в Центре Нечерноземья за 70-и летнюю историю селекции выделены шесть периодов селекции: I период — Эритроспермум 917 (1929 г.), II период — ППГ 599 (1948 г.), III период — Мироновская 808 (1963 г.) и Заря (1978 г.), IV период — Инна (1991 г.) и Памяти Федина (1993 г.), V периодМосковская 39 (1999 г.), VI период — Галина (2005 г.), Немчиновская 24 (на ГСИ), Московская 56 (на ГСИ), Эритроспермум 257/01 (на ГСИ).

Показано, что большим достижением селекции за 70-летний период является значительное повышение урожайности, на 2,97 т/га или на 84%, что соответствует приросту урожайности в среднем на 16,4% за каждый период селекции со II по VI.

Экспериментально установлено, что существенный сдвиг в увеличении элементов структуры продуктивности произошел за счет возрастания количества продуктивных стеблей на 130 шт./м2, массы зерна с колоса на 0,36 г и массы 1000 зёрен на 9,4 г.

Определено, что произошедшие морфофизиологические изменения типа сортов обусловили снижение высоты растений на 45 см и увеличение устойчивости к полеганию на 5 баллов.

Обосновано заключение, что, несмотря на особую сложность селекции на качество из-за отрицательной корреляции между урожайностью и качественными показателями зерна, она была преодолена с созданием сорта Московская 39, V периода селекции, стабильно превышающего все остальные сорта по сочетанию урожайности с высоким содержанием белка и клейковины. Прибавка от возделывания данного сорта по содержанию белка составляет 2,2%, по содержанию клейковины 3−4% при средней урожайности 5,67 т/га.

Выяснено, что значительный рост урожайности сопровождался увеличением сбора белка с единицы площади на 438,5 кг/га за 70 лет селекции, за год в среднем 6,2 кг/га, а за период — на 87,7 кг/га. Прибавка от использования азотного удобрения 120 кг д.в./ га составила по сравнению с контролем, в среднем 227 кг/га. У сортов последних периодов селекции проявлена высокая отзывчивость на азотные подкормки по урожайности, прибавка составляла до 1,77 т/га, а у сортов I и II периода — лишь 0,41 т/га.

Проведенная оценка сортов доказала селекционно-обусловленное повышение устойчивости к заболеваниям — бурой ржавчине и снежной плесени.

— у сортов VI периода селекции: Немчиновская 24, Московская 56, Эритрос-пермум 257/01.

Положения выносимые на защиту.

— Сравнительная характеристика сортов озимой пшеницы, созданных и рекомендованных к возделыванию в Центральном регионе на протяжении XX столетия.

— Дифференциация сортов озимой пшеницы по периодам селекции, различающимся результативностью селекции и методами.

— Отзывчивость сортов разных периодов селекции по урожайности и качеству зерна на повышение азотного фона питания.

Практическая ценность.

Проведена сравнительная оценка 11 сортов озимой пшеницы, различных периодов селекции, по хозяйственно ценным признакам. В результате селекционного процесса получен ряд сортов — Инна, Памяти Федина, Московская 39, Галина, Немчиновская 24, Московская 56 — превосходящих сорта старой селекции по урожайности на 40 ц/га, по валовому сбору белка на 3,3 ц/га и по устойчивости к полеганию на 4 балла. Подтверждено, что главным достижением селекции при создании новых сортов было удвоение урожайности, по сравнению с сортами предшествующих периодов селекции. Обоснована на примере создания уникального сорта Московская 39 возможность преодоления, в результате планомерной селекции, отрицательной корреляции урожайности и качества.

выводы.

1. За 70-летнию историю селекции озимой пшеницы в Центральном регионе Нечерноземной зоны произошло шесть периодов селекции, представленных следующими сортами, различающимися по степени выраженности хозяйственно ценных признаков и свойств и методами создания. I периодЭритроспермум 917 — длинностебельный, поражается болезнями, позднеспелый, выведен индивидуальным отборомII период — ППГ 599, получен методом отдалённой гибридизации пшеницы с пыреем, иммунен к ряду болезней, зимостойкийIII период — Мироновская 808, Заря — адаптивные, урожайные, длинностебельные, Заря донор устойчивости к твёрдой головнеIV периодИнна, Памяти Федина, созданы методом прерывающихся беккроссов с донором короткостебельности и сортами рекуррентами предыдущего периода селекции, короткостебельные, зимостойкие, урожайные с высоким продуктивным стеблестоемV период — Московская 39, высокое качество зерна в соче-таннии урожайностью, пластичный, зимостойкийVI период — Галина, Немчиновская 24, Московская 56, Эритроспермум 257/01 — продуктивные, высокая озернённость и масса 1000 зёрен, устойчивы к бурой ржавчине, отзывчи вы на азотные удобрения.

2. В результате селекционного процесса урожайность возделываемых сортов за 70-и летний период возросла с 3,53 т/га (Эритроспермум 917, ППГ 599) до 6,50 т/га (Галина, Немчиновская 24, Московская 56, Эритроспермум 257), селекционный прирост ее составил 2,97 т/га или 84%, на 1,2% за каждый год, что соответствует 0,59 т/га и 16,4% за каждый период селекции со II по VI.

3. Установленно, что повышение урожайности у сортов разных периодов селекции обусловлено увеличением количества продуктивных стеблей — у сортов III (Мироновская 808, Заря), IV (Памяти Федина, Инна) и V (Московская 39) периодов, а у сортов VI периода (Галина, Немчиновская 24, Московская 56, Эритроспермум 257/1) — количества зерен в колосе и массы зерна с колоса.

4. Увеличение массы зерна с колоса составило за 70-и летний период 0,36 г (от 1,35 г до 1,71 г) или 0,06 г за каждый период, что соответствует прибавке в 26,6% или 4,4% за каждый период селекции.

5. Существенным достижением селекции является увеличение массы 1000 зерен у сортов VI периода по сравнению с сортами I периода (от 38,5 г до 47,9 г), что составляет 24,4% прибавки за 70 лет истории селекции или 1,6 г (4,1%) за каждый этап селекции.

6. За прошедший период произошел существенный сдвиг в сторону увеличения количества продуктивных стеблей почти на 130 шт/м (с 334 шт. у сортов I и II до 463 шт. у сортов IV периода).

7. Морфотип озимой пшеницы в результате селекционного процесса эволюционировал в сторону короткостебельности — снижение высоты в результате селекции составило 45 см (от 125 до 80 см по группам с I по VI), то есть на 7,5 см за каждый период селекции или на 0,6 см в год с III по VI период.

8. С внесением азотной подкормки высота растений увеличивается по сортам всех периодов, по сортам I — II (Эритроспермум 917, ППГ 599) и III (Мироновская 808, Заря) — на 15 см, по сортам IV (Памяти Федина, Инна), V (Московская 39) и VI (Галина, Немчиновская 24, Московская 56, Эритроспермум 257/1) — на 10 см.

9. Произошло селекционно обусловленное повышение устойчивости к заболеваниям — бурой ржавчине и снежной плесени: сорт Немчиновская 24, VI периода селекции, в течении 6 лет сохраняет устойчивость к бурой ржавчине, остальные сорта этого периода обладают умеренной восприимчивостью к этим заболеваниям.

10. За 70 лет селекции параллельно увеличению урожайности по периодам произошло улучшение отзывчивости сортов на внесение азотной подкормки. Вклад сорта в увеличение урожайности составил 58,75%, а доля влияния фактора года и взаимодействия его с азотной подкормкой составила 19,36%.

11. Дисперсионный анализ, проведенный по элементам структуры растений озимой пшеницы, показал, что влияние доли генотипа выше доли азотной подкормки по таким показателям, как — масса 1000 зерен (85,8%), число зерен с колоса (55,7%) и масса зерна с колоса (76,1%), а по показателю количество продуктивных стеблей влияние генотипа и азотной подкормки равноценно, соответственно, 44,6 и 43,12%.

12. В результате селекционного процесса с ростом урожайности не происходило существенного улучшения качественных показателей зерна. Только с созданием сорта Московская 39 на V периоде селекции, было достигнуто сочетание высокой урожайности со стабильным, высоким качеством зерна. Выращивание этого сорта обеспечивает получение зерна более высокого качества, с содержанием белка в зерне в среднем выше на 2,2%, а клейковины в муке — на 3−4%, чем у других возделываемых сортов.

13. Сбор белка возрастал по периодам селекции и дозам азотной подкормки. Наибольший сбор белка был получен у сортов VI периода — 936,1 кг/га, наименьший — у I — 497,6 кг/га. Увеличение сбора белка на 438, 5 кг/га — таково достижение селекции за 70-и летнюю историю селекции, т. е. прирост составлял по 6,2 кг/га в год или 87,7 кг/га за период.

14. Исследование адаптивных свойств изученных сортов по параметрам пластичности и стабильности по урожайности позволяет выделить сорта IV (Инна, Памяти Федина), V (Московская 39) и VI (Галина, Немчиновская 24, Московская 56, Эритроспермум 257/01) периодов как наиболее высокопластичные, способные реагировать на улучшение условий произрастания. Наименьшая пластичность была у сортов III (Мироновская 808, Заря) и, особенно, II (ППГ 599) и I (Эритроспермум 917) периодов селекции из-за высокой степени полегаемости и повреждения болезнями. По периодам селекции пластичность сортов существенно повысилась от Ь- = 0,25 у ППГ 599 до bj =1,46 у сорта Галина.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ.

1. В селекционных программах по озимой пшенице при селекции на адаптивность следует использовать в качестве одного из компонентов скрещивания сорта Инна и Памяти Фединана урожайность, устойчивость к полеганию и бурой ржавчине — сорта Галина, Немчиновская 24- на качество — сорт Московская 39- на зимостойкость Московская 56, Эритроспермум 257/01.

2. В селекции на урожайность целесообразно испытывать, оценивать и вести отборы по отзывчивости сортов на удобрения параллельно на фоне азотной подкормки 60 и 120 кг д.в./ га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Развитие селекции озимой пшеницы в Нечерноземной зоне РФ в XX веке шло поэтапно, с появлением новых научных достижений, совершенствовались методы и цели селекции, сильно различающиеся по полученному результату. По результатам проведенной сравнительной оценки сортов озимой пшеницы определены шесть периодов селекции. В основу распределения сортов по периодам были положены их различия по степени выраженности хозяйственно ценных признаков и свойств и методы создания (табл. 46). Периоды селекции отличаются от периодов сортосмены, так как не все сорта предыдущих периодов обязательно сменяются сортами последующих, но естественно такие сорта, вытесняют предыдущие, являясь более конкурентоспособными. i.

I период — 20-е -30 -е гг. — Эритроспермум 917, Московская 2453 и др. сорта, полученные методом индивидуального отбора из местных популяций. Для сортов этого периода характерны: высокорослость, средняя зимостойкость, поражаемость болезнями, позднеспелость.

II период — 40-е-50-е гг. — ППГ 599, ППГ 186 и др. Совпадает с созданием лаборатории отдаленной гибридизации в НИИ зернового хозяйства под руководством академика Н. В. Цицина и профессора Г. Д. Лапченко. Сорта получены методом отдаленной гибридизации, путем скрещивания 42- х хромосомной мягкой пшеницы или 42- х хромосомных гибридов пшеницы с рожью с 42 -х хромосомным пыреем сизым по схеме (пшеница х пырей) х пшеница. В результате пшеница получила гены пырея в своем хромосомном наборе, что привело к усилению устойчивости к болезням и морозостойкости, повышению продуктивности с сохранением высокорослости растений. Благодаря внедрению этих сортов, удельный вес озимого клина в зоне вырос от 3,8% до 38%.

III период — 60-е -70-е гг.- Мироновская 808, Заря, Янтарная 50. Сорт Мироновская 808 выведен массовым отбором из популяции осеннего посева.

Ill яровой Артёмовки, Заря — выведена индивидуальным отбором из популяции от сложной ступенчатой гибридизации Особенности сортов: высокопродуктивные, высокоадаптивные, среднезимостойкие. Сорт Заря отличается устойчивостью к твердой головне и как донор этого признака эффективно используется в современной селекции.

IV период — 90 гг. XX века — Инна, Памяти Федина и др. Сорта, созданы методом прерывающихся беккроссов с использованием донора короткосте-бельности Краснодарского карлика 1 и сортов предыдущего периода селекции в качестве рекуррентов. В этом периоде при создании сортов преодолена эволюционно сложившаяся обратная связь между зимостойкостью и корот-костебельностью. Особенности сортов: короткостебельность, зимостойкость, устойчивость к полеганию, высокая продуктивность за счет высокой продуктивной кустистости.

V период — 90 — е гг. — Московская 39. Создан с участием сорта Обрий — донора высокого качества зерна. В сорте Московская 39 сочетается высокая урожайность и качество зерна, благодаря преодолению отрицательной корреляции между этими признаками в условиях Нечерноземной зоны. Сорт пластичен, зимостоек и стабильно реализует высокое качество зерна в различных условиях.

VI период — 1990;2000 гг. — Галина, Немчиновская 24, Московская 56, Эритроспермум 257/01. Созданы с участием высокопродуктивных сортов и сортов устойчивых к заболеваниям. Особенности: высокая продуктивность в результате высокой озерненности и увеличения массы 1000 зерен, устойчивость к заболеваниям, в т. ч. к бурой ржавчине, устойчивость к полеганию, высокая отзывчивость на внесение удобрений.

Достижения селекции за 70- и летний период истории в центре.

Нечерноземной зоны РФ о.

К (X О) С Сорта Метод селекции Особенности.

I Эритроспермум 917 Московская 2456 Индивидуальный отбор Низкопродуктивные, высокостебельные, поражаются болезнями.

II ППГ 599 Отдаленная гибриУвеличение устойчивости к.

ППГ 186 дизация болезням, продуктивности.

Мироновская 808 — массовый отбор из.

• III Мироновская 808 Заря Янтарная 50 популяции яровой пшеницы, Заряиндивидуальный отбор из популяции от сложной ступенУвеличение продуктивности, появление устойчивости к твердой головне (Заря) ч чатой гибридизации.

IV Инна ^ Памяти Федина —> Московская низкостебельная 1 ^ Метод прерывающихся беккроссов f Короткостебелыюсть, высокая урожайность, зимостойкость.

• У Внутривидовая гиб;

V Московская 39 ридизация с использованием отдаленных географических групп Сочетание урожайности с высоким качеством зерна.

•.

Галина Короткостебельность, вы.

VI Немчиновская 24 Московская 56 ЭритросперСложная ступенчатая гибридизация сокая урожайность, устойчивость к болезням, высокая отзывчивость к азотным.

• мум257/01 подкормкам.