Введение к работе
Актуальность темы
Однолетние бобовые травы (вика посевная Vicia saliva L и вика мохнатая Vicia viltosa Roth) играют существенную роль в укреплении кормовой базы животноводства и повышении плодородия почвы. Высокие кормовые достоинства, повышенная средообразуюшая функция и возможность многоцелевого хозяйственного использования делают эти виды приоритетными среди других однолетних бобовых культур. Однако реализуемый генетический потенциал этих бобовых трав пока невелик.
Предшествующая нашим исследованиям селекционная работа В направлении увеличения общей урожайности кормовой массы вики посевной, проводимая в России, к 1960 г. завершилась созданием серии позднеспелых сортов, которые легли в основу районирования. Эти сорта не получили в производстве широкого распространения; более 80% из них были районированы в одной - двух областях. Практически вику посевную в производстве представлял один позднеспелый сорт - Льговская 31-292, который часто не вызревал из-за дождливой погоды и недостаточного количества тепла в период формирования и созревания семян.
Большие потери семян при неблагоприятных условиях, особенно в период уборки, обострили проблему семеноводства. На повестку дня был поставлен вопрос о повышении семенной продуктивности новых сортов за счет более раннего созревания семян.
Важно было создать сорта не вообще с коротким вегетационным периодом в ущерб кормовой продуктивности, а с относительно коротким периодом плодообразования, не снижая при этом семенную продуктивность. Кроме того, новые сорта должны были слабо реагировать на недостаток тепла и избыток влаги во время созревания.
Решение новых задач требовало использования в работе иных подходов и методов, которые позволили бы синтезировать планируемые признаки, создавать генетическое разнообразие на основе генных и хромосомных перестроек. Создание сорта с требуемым сочетанием хозяйственно* полезных признаков и свойств, с высоким адаптивным потенциалом к биотическим и абиотическим стрессам возможно методом гибридизации. Для этого необходимы источники, менее требовательные к теплу в период формирования бобов и созревания семян. Для целенаправленного подбора родительских компонентов нужны необходимые сведения о биологических особенностях скрещиваемых форм, о выраженности элементов продуктивности и уровня скороспелости гибридов. Такие сведения и формы - источники в распоряжении селекционеров практически отсутствовали, поскольку селекция вики в России базировалась на отборе элитных растений из местных и инорайонных естественно сложившихся популяций.
* UHSMCXA
Важнейшее звено зеленого конвейера - озимые промежуточные посевы. В Центральном районе Нечерноземной зоны около 200-250 тыс га ежегодно засеивалось озимыми зерновыми, используемыми на ранневесеиннй зеленый корм. Единственный бобовый компонент таких посевов - вика мохнатая (К vtllosa Roth.), однако в производстве ее практически не использовали.
На протяжении многих лет основным методом селекции внки мохнатой оставался отбор из местных популяций ценных фенотипов и формирование на их основе сорта. В 70-е годы прошлого столетия в России по вике мохнатой были районированы сорта Береговская местная (Краснодарский край), Калининградская 6 (Калининградская обл.), Серпуховская улучшенная (Московская и Рязанская обл.), полученные методом отбора из местных популяций. Такие сорта не могли обусловить широкое внедрение этой культуры в производство, главным образом из-за их низкой зимостойкости, которая была основной причиной изреживания или полного выпадения вики в смешанном травостое.
В связи с этим создание сортов вики мохнатой, хорошо приспособленных к стрессовым факторам в осенне-зимне-весенний период, стало весьма актуальной селекционной задачей.
В диссертационной работе представлены основные результаты многолетних (1960-2003 гг.) исследований, проведенных в соответствии с научно-техническими программами МСХ и Госагропрома СССР: Проблема 3 - "Разработка методов селекционно-семеноводческой работы и создание сортов кормовых культур с высоким содержанием белка и пастбищеустой-чивых"; 0.51.275 - "Разработать научные основы и приемы увеличения производства и улучшения качества кормов"; 0.51.04 - "Разработать научные основы и методы интенсификации кормопроизводства и улучшения качества кормов по зонам страны"; О.Ц.041 — "Разработать и внедрить высокоурожайные сорта кормовых культур, прогрессивные технологические процессы производства, переработки, заготовки и хранения кормов по зонам страны" и программ фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Росселъхозакадемни в области селекции и семеноводства однолетних бобовых культур и при реализации проектов "Кормовой белок" и "Белок нетрадиционных кормовых растений".
Цель н задачи исследований
Цель работы - определить актуальные направления селекции вики в Центральном районе Нечерноземной зоны, создать раннеспелые сорта вики посевной с высокой кормовой и семенной продуктивностью, хорошо приспособленные к возделыванию в смешанных посевах, и высокопродуктивные, зимостойкие, устойчивые к стрессовым факторам внешней среды сорта вики мохнатой.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
-
Изучить важнейшие биологические особенности и селекционную ценность коллекционного материала, характер проявления у гибридных популяций основных селектируемых признаков — скороспелости, продуктивности, устойчивости к экстремальным факторам внешней среды.
-
Создать и выделить селекционные источники хозяйственно ценных признаков и свойств (зимостойкости, скороспелости, продуктивности), провести подбор родительских компонентов для гибридизации.
-
Теоретически обосновать и определить практическую целесообразность использования в селекционном процессе вики посевной метода межвидовой гибридизации.
-
Разработать схему получения исходного материала для селекции вики посевной на раннеспелость, вики мохнатой — на зимостойкость,
-
На основе сформированного селекционного материала создать новые высокопродуктивные, раннеспелые, устойчивые к абиотическим и биотическим стрессам сорта вики посевной и мохнатой и дать им хозяйственно-биологическую опенку.
Научная новизна исследований:
разработана схема селекционного процесса, позволяющая создавать раннеспелые, высокопродуктивные, толерантные к условиям фитоценоза сорта вики посевной и сорта вики мохнатой с высокой зимостойкостью и продуктивностью кормовой массы и семян;
усовершенствованы существующие и разработаны новые методы, позволяющие создавать селекционный материал на основе использования внутри- и межвидовой гибридизации;
впервые создана рабочая коллекция источников вики мохнатой для селекции на зимостойкость, неосыпаемосгь семян, перевода растений на самоопыление и вики посевной — на скороспелость, повышенную продуктивность, ускоренное созревание;
разработан принцип подбора пар для скрещивания вики посевной при селекции на скороспелость, а также для получения трансгрессивных форм по признакам, определяющим скороспелость и продуктивность;
выявлены биологические особенности формирования урожая у вики посевной, позволяющие решать проблему раннеспелости сорта за счет сокращения межфазных периодов всходы — ветвление и цветение — созревание;
впервые доказана практическая целесообразность и высокая эффективность межвидовой гибридизации в селекции вики посевной;
впервые доказана возможность и определена практическая значимость создания сортов вики посевной зернофуражного использования.
Новизна научных исследований защищена авторскими свидетельствами на сорта вики посевной и мохнатой: № 4720 от 03.08.1988 г., № 4988 от 03.07.1989 Г., № 5608 от 27.11.1991 г., № 5610 от 27.11.1991, № 31856 от 01.02.2000 г., №32004 от 24.01.2002 г.
Практическая значимость результатов исследований:
созданы в соавторстве 9 высокопродуктивных сортов вики посевной и мохнатой, которые включены в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию; сорт вики мохнатой Луговская включен в "Каталог районированных сортов Республики Беларусь". Данные сорта могут решать проблему семеноводства вики не только в центральных областях Нечерноземной зоны за счет раннеспелости и зимостойкости;
рекомендованы к использованию методические разработки ло повышению эффективности селекционного процесса у вики;
создан новый генофонд, использование которого обеспечивает создание специализированных, скороспелых, высокопродуктивных сортов вики посевной с повышенной стрессоустойчивостью (толерантностью к недостатку тепла и избытку влаги, к компонентам фитоценоза);
созданы генетические источники основных селектируемых признаков у вики мохнатой — зимостойкости и семенной продуктивности; впервые сформирована рабочая коллекция для селекции самосовместимых сортов с нсосыпаюшимися семенами;
впервые получен сорт вики посевной зернофуражного использования - Луговская 98, семена которого без предварительной технологической обработки можно использовать как белковый компонент в концентрированных кормах для птицы.
Основные положения, выносимые на защиту:
обоснование принципов и методов создания раннеспелых сортов вики посевной и зимостойких сортов вики мохнатой;
использование метода межвидовой гибридизации при создании перспективного селекционного материала вики посевной;
обоснование зернофуражного направления в селекции вики с целью сокращения дефицита кормового растительного белка;
результаты селекционной работы — новые сорта вики посевной и мохнатой; Луговская 2, Луговская, Луговская 85, Луговская 98, Луговчаи-ка, Луговская 83, включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены на Международном симпозиуме стран-членов СЭВ по селекции и семеноводству зернобобовых культур (Польша, Познань, 1975); Всесоюзном совещании по отдаленной
гибридизации растений и животных (Москва, 1981); Всесоюзном совещании по проблеме исходного материала и селекции вики (Михнево, 1988); I и П Международных симпозиумах "Новые и нетрадиционные растения и перспектива их практического использования" (Пущино, 1995, 1997); Международной научной конференции, приуроченной к 35-летию ВНИИ зернобобовых и крупяных культур (Орел, 1997); Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н. В. Цяцина (Москва, 1998); 22-й конференции EUCARPIA по кормовым культурам и ландшафтным травам (С.-Петербург, 1999); Интернациональной конференции по повышению устойчивости производства кормов (Москва, 1999); Первом съезде селекционеров России (Орел, 2001); Международной научно-практической конференции "Генетические ресурсы культурных растений" (С.-Петербург, 2001); IV Международной научно-практической конференции "Интродукция кетрадиинонных п редких сельскохозяйственных растений" (Ульяновск, 2002); II научной конференции "Актуальные проблемы генетики" (Москва, 2003); на всесоюзных координационных совещаниях по зернобобовым и крупяным культурам (Орел, ВНИИЗБК); ежегодных отчетных сессиях и в трудах ГНУ ВНИИ кормов в 1961-2003 гг.
Место, условия, материал, методы исследований
Исследования были проведены в 1960-2003 гг. на Центральной экспериментальной базе Всероссийского научно-исследовательского института кормов им. В, Р. Вильямса, расположенного в первом агроклиматическом районе Московской области, менее теплообеспеченном и более влажном, чем другие районы области, с умеренно теплым летом И умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Средняя многолетняя сумма положительных температур за период вегетации - около 2400 С, сумма осадков за год - 569 мм. Почва дерново-подзолистая, среднесугли-нистая; рН 5,2-6,4, гумуса в пахотном слое - 1,7-2,6 %, PjOj - 19-24, КгО -16-23 мг на 100 г почвы.
Полевые и лабораторные исследования проведены по следующим руководствам: "Методические указания по изучению коллекции зерновых бобовых культур" (Л., 1975); "Методические указания по изучению образцов мировой коллекции вики посевной" (Л., 1983); "Методические указания по селекции вики яровой" (Орел, 1982); "Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур" (М., 1961, 1971); "Методические указания по оценке многолетних трав на зимостойкость по косвенным показателям на ранних этапах онтогенеза" (М„ 1981); "Методические указания по селекции озимой (мохнатой) вики" (М., 1977); "Методические указания по статистической обработке урожайных данных государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур" (М., 1968). Сумма эффективных температур рассчитана по агроклиматической мето-
дике. Экспериментальные данные обработаны методом дисперсионного анализа ("Методика полевого опыта", Доспехов, 1968). Химический анализ семян и зоотехнические опыты проведены сотрудниками отдела комбикормов и кормовых добавок, а химический анализ растений - в лаборатории биохимических и массовых анализов ВНИИ кормов.
Объектом изучения служили образцы, внутри- и межвидовые гибридные популяции. Исходный материал характеризовался большим генетическим разнообразием. В селекционную проработку были включены районированные и перспективные сорта вики посевной и мохнатой, дикорастущие, сорно-полевые, местные формы из коллекции ВИР и собранные я экспедициях ВНИИ кормов - всего 474 образца.
По классификации ВИР, образцы вики посевной и мохнатой относились к северной, среднерусской, западноевропейской, среднеевропейской, южноевропейской, кавказской, среднеазиатской, североамериканской эко-лого-географическим группам.
Метод селекции вики посевной - внутри- и межвидовая гибридизация в сочетании с индивидуальным и массовым отбором элитных растений. Гибриды вики посевной получали путем принудительного опыления кастрированных цветков. Изучение гибридных популяций проводили в F3. В межвидовой гибридизация использовали образцы шести видов яровой вики (К тпасгосагра Moris, к-34864, V. cordata Wulf. к-35134, V. angustifoUa Reichard к-35110, V. amphicarpa Dorth. к-34533, V. grandiflora Scop, к-34533, V. leganiana к-35047). С целью изучения целесообразности гибридизации этих видов с викой посевной были проведены реципрокные скрещивания по шести комбинациям. Из популяций F; проведен индивидуальный отбор растений по семенной продуктивности и формированию зеленой массы с учетом максимального (среднего из показателей трех лучших растений) значения аналогичного признака у лучшей родительской формы.
Метод селекции вики мохнатой — внутривидовая гибридизация при свободном переопылении родительских форм, выращенных в одном вегетационном сосуде и отбор элитных растений на селективных фонах из травостоя с поддерживающим компонентом.
Динамику накопления кормовой массы эталонных сортов вики посевной Льговская 31-292 (позднеспелый), Камалинская 611 (среднеспелый), Краснодарская 7 (раннеспелый) определяли по основным показателям роста — сухому веществу и длине растения, а ход формирования семейной продуктивности - по числу цветков и бобов на растении. Пробы по 30 растений каждого сорта брали в средней части делянки конкурсного сортоиспытания без выбора через каждые 5 суток.
В селекционном процессе, кроме соискателя, принимали участие под его научным руководством научные сотрудники Е. Л. Новоселова и А. Б. Михайличенко, которым выражаю свою благодарность. Автор выра-
жает признательность и благодарит доктора сельскохозяйственных наук, профессора Анну Сергеевну Новоселову и доктора биологических наук, профессора Зебри Шамсутдиновича Шамсутдинова за научные консультации, просмотр рукописи и ценные предложения.