Селекция пшеницы

ВВЕДЕНИЕ

По продовольственной значимости и масштабам производства ведущее место занимает пшеница. Производство этой культуры на всех континентах составляет 615 млн. тонн. На долю пяти стран: Канады, США, Китая, Индии, и России приходится около половины производства пшеничного зерна (37). В воздушно-сухом зерне пшеницы содержится (%): белка-16.8, без азотистых экстрактивных веществ (в основном крахмала)- 63.8, клетчатки-2, жиров-2, золы-1.8, воды-13.6, а также ферменты и витамины (группа В и провитамин А). Основная биологическая ценность зерна-белок. Человек удовлетворяет свою потребность в этом веществе в значительной степени за счет хлебных продуктов. Зерно пшеницы используется для получения муки, а также в крупяной, макаронной и кондитерской промышленности (37).

Кроме продовольственного направления, озимая пшеница представляет большую кормовую ценность. Пшеничные отруби с большим содержанием переваримого протеина – хороший корм для всех видов сельскохозяйственных животных. Для грубого корма скоту используют солому и мякину, солому также применяют в качестве строительного материала, для подстилки животным, изготовлении бумаги и так далее.

Озимая пшеница - ценная культура в полевом севообороте и хороший предшественник для ряда культур (кукуруза, подсолнечник, сахарная свекла, озимый ячмень, пожнивные посевы и другие). Велико и организационно-хозяйственное значение озимой пшеницы. Это, во-первых, перенесение на осенний период значительной части посевных работ, что уменьшает загруженность в период весеннего сева. Во-вторых, более раннее созревание озимой пшеницы, по сравнению с яровыми культурами уменьшает напряженность и уборочных работ, дает возможность уйти от летней засухи. И последнее. Более ранняя уборка озимых дает возможность более качественно подготовить почву для последующей культуры севооборота.

Сорт - один из главных факторов устойчивого производства зерна озимой пшеницы. Для возделывания озимой пшеницы используют прежде всего сильные, а также ценные сорта, отличающиеся высокой потенциальной урожайностью, хорошей отзывчивостью на удобрения и изменения агротехники, комплексной устойчивостью к вредным факторам (перезимовка, засуха, полегание, болезни и другое), дающие сильное или среднее по качеству зерно (37).

Из практики известно, что не все сорта одинаково проявляют себя в одних и тех же условиях их возделывания, поэтому и реализация потенциальной продуктивности у разных сортов идет по-разному. Высокопродуктивные сорта выносят из почвы большое количество питательных веществ, расходуют много воды, поэтому такие сорта требуют высокой агротехники. Если таких условий нет, то потенциально более продуктивный сорт не только не дает прибавки, но может и уступить по урожайности другому менее продуктивному, но и менее требовательному к условиям возделывания сорту. Следовательно, нужен дифференцированный подход к подбору сортов. Особенно он важен в настоящее время, когда многие хозяйства не могут обеспечить посевы высокими дозами удобрений и комплексом защиты растений. Вполне очевидно, что экономически слабым и сильным хозяйствам необходим разный сортовой состав (37).

Целью наших исследований является изучение хозяйственно-ценных признаков у сортов озимой мягкой пшеницы, входящих в группу стабильно высококачественных. Важным в опыте является изучить влияние условий выращивания на формирование высокой урожайности качества зерна у разных сортов.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Сорт и его влияние на повышение урожайности и качество

Повышение зерновой продуктивности - основная цель селекции пшеницы за все время ее существования. Среди различных агроприемов на долю сорта приходится 20-28 % прироста урожая, а в экстремальных погодных условиях (суровые зимы, засухи, эпифитотии болезней) сорту принадлежит решающая роль.

На современном этапе развития сельского хозяйства, при внедрении новых технологий возделывания зерновых культур, значение сорта сохранилось. Сорт остается не только средством повышения урожайности, но и становится фактором, без которого невозможно реализовать достижения науки и техники. В сельскохозяйственном производстве сорт выступает как биологическая система, которую нельзя ничем заменить (13).

Селекцию озимой пшеницы в нашей стране ведут многие научно-исследовательские учреждения, расположенные в различных почвенно-климатических зонах. Это позволило создать высокопродуктивные и высококачественные сорта применительно к конкретным условиям (23).

Возделывание высокопродуктивных сортов, способных наиболее полно использовать условия высокого агрофона, резко повышает экономическую эффективность внесения удобрений и орошения и ускоряет тем самым окупаемость капиталовложений, и является тем самым доступным и дешевым способом увеличения производства всех сельскохозяйственных культур (28).

В нашей стране наиболее значительный скачок в повышении продуктивности пшеницы произошел в районах, где природные условия способствовали получению высоких урожаев. К их числу относится Кубань (13).

П. П. Лукьяненко с помощью селекции за сорокалетний период увеличил продуктивность пшеницы почти в 2,5 раза (22).

Размышляя над моделью нового сорта озимой, академик П. П. Лукьяненко подсчитал, что в условиях Кубани количество главных признаков, по которым ведется селекционная работа, достигает 26. Он обновил, и умело применил метод гибридизации эколого-географически отдаленных форм пшеницы, создав целую серию высокоинтенсивных сортов, таких как: Безостая 1, Кавказ, Аврора, Краснодарская 39 и 46, Полукарликовая 49, Северокубанка и другие.

Последователи академика – ученные КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко в результате взаимовыгодного сотрудничества со многими научными учреждениями России, Восточной и Западной Европы и ХУЙ собрали разнообразный селекционный материал и создают высокоурожайные сорта озимой пшеницы, приспособленные для различных почвенно-климатических зон Краснодарского края. На 2000 год было рекомендовано более 20 сортов озимой пшеницы (33).

В последние годы урожайность в передовых хозяйствах от внедрения таких сортов, как Скифянка, Юна, Соратница, Ника Кубани повысилась и составила 50 и выше ц. с 1 га. В 1990 году по краю был получен рекордный урожай-56,1 ц/га. В восьми районах урожайность была 60 ц/га, что свидетельствует о том, что хозяйства приблизились к уровню развитых стран Западной Европы (24).

Благоприятные для возделывания озимой пшеницы природные условия Краснодарского края имеют отрицательные моменты, которые сказываются на устойчивости производства зерна и создают трудности в селекции этой культуры. Поэтому роль сорта, устойчивого ко всем стрессовым факторам внешней среды, приобретает особую значимость (35).

Актуальна и реальна селекция сортов, способных эффективно использовать тепловую энергию и свет невысокой интенсивности.

Только имея информацию о потенциальной продуктивности, адаптивности и стабильности сорта, его способности отзываться на улучшение условий выращивания можно эффективно использовать сорт при разных условиях энергозатрат (29).

Перед селекционерами Кубани встала задача - создать новые сорта, отвечающие требованиям механизированной уборки, устойчивые к ржавчине и полеганию, способные формировать высококачественное зерно, что и явилось программой научных исследований П. П. Лукьяненко (37).

Сорта, созданные в институте под руководством академика Лукьяненко, по технологическим качествам зерна относятся к ценным и сильным пшеницам и обладают достаточно высоким содержанием белка в зерне, и имеют зерно с высокими мукомольно-хлебопекарными качествами (24).

Юна относится к высокопродуктивным сортам с отличным качеством зерна. Еще одна отличительная черта этого сорта - его способность вызревать после посева весной, то есть этот сорт характеризуется короткой стадией яровизации.

Скифянка наряду с высокой продуктивностью сочетает хорошую адаптивность. Сорт относится к сильным пшеницам, потенциальная урожайность 110 ц/га. Сорт Скифянка отличается хорошей выносливостью к болезням.

Эхо отличается от других сортов тем, что хорошо сохраняет листовой аппарат в зеленом состоянии при созревании. Сорт стабильно формирует высококачественное зерно при возделывании по всем предшественникам (4).

В арсенале хлеборобов Кубани целый ряд сортов озимой мягкой пшеницы, способных при высоком качестве зерна обеспечивать максимальную урожайность.

Однако сорт не может служить панацеей от бесхозяйственности и низкой агротехники выращивания. Любой сорт дает отдачу только при хороших погодных и агротехнических условиях (2).

Известно, что сорта с высоким генетическим потенциалом продуктивности отличаются и повышенными требованиями к технологии их возделывания (15).

Только за последние 10 лет ученными КНИИСХ созданы и переданы в Госсортоиспытание более 40 сортов озимой пшеницы, более 30 из которых вошли в список Госреестра селекционных достижений. Несмотря на это, неполнота реформ в сельском хозяйстве привели к значительному снижению производства. Так, за 1990-2000 г. валовые сборы зерновых в Краснодарском крае снизились на 32 %, в том числе озимой пшеницы на 23 % (32).

Это объясняется тем, что в начале 90-х годов, в связи с переходом к рыночной экономике многократно возросла стоимость сельскохозяйственной техники, энергоносителей и средств химической защиты от болезней и вредителей сельскохозяйственных культур. Большинство хозяйств в силу тяжелого экономического положения были вынуждены нарушать рекомендуемые технологии, что отрицательно сказалось на плодородии почвы и урожайности озимой пшеницы.

Передовые хозяйства, имея удобрения и средства защиты посевов от болезней и вредителей получают, высокие урожаи, а экономически слабые хозяйства не могут добиться полной реализации генотипа сорта на бедных фонах (37).

Следует отметить, что не только высокая урожайность новых сортов обусловила повышенный интерес к ним со стороны товаропроизводителей. Значительную роль играют и высокие качественные свойства новых сортов. Разработанные и применяемые в КНИИСХ системы оценки качества зерна позволяют создавать сорта со стабильно высокими качественными показателями, что подтверждается и производственными испытаниями.

Хотя производство ценного и сильного зерна сопряжено с дополнительными издержками, обусловленными более высокими дозами удобрений, иным комплексом защиты растений, тем не менее, анализ показывает, что в настоящее время рыночная цена зерна учитывает качественные показатели (32).

Однако биологически разные сорта по-разному реализуют потенциальную продуктивность на естественном фоне. Есть сорта, которые резко снижают урожайность при отсутствии удобрений и защиты их от болезней, а есть сорта, сохраняющие относительно высокую продуктивность при любых условиях выращивания. Поэтому необходимо внедрять в производство сорта с разной экологической адаптивностью (31).

Для успешного производства зерна озимой пшеницы в каждой зоне края необходимо возделывать 2-3 разных сорта. Желательно иметь в посевах сорта с разной скороспелостью (это уменьшит напряженность и потери при уборке), с различной зимо - и засухоустойчивостью, разной требовательностью к предшественникам, удобрениям, срокам сева (2).

Возделывание разных по биологии сортов еще целесообразно и стой точки зрения, что земледелец не располагает надежным долгосрочным прогнозом погоды. Следовательно, надо говорить не об отдельных сортах, а о системе сортов, взаимодополняющих друг друга, обеспечивающих максимальный сбор продукции и стабильную по годам урожайность (13).

1.2.Основные направления и задачи селекционной работы в повышении урожайности и качества зерна.

В селекционной работе при выведении нового сорта большое значение имеет учет признаков в процессе онтогенеза. На разных этапах развития растений происходят качественные и количественные изменения признаков. Селекционер должен знать все признаки и учитывать характер их изменения. Признаков много. Важнейшие из них взаимообусловлены и взаимосвязаны, поэтому селекцию ведут по комплексу признаков. Иногда селекционер обращает свое внимание только на некоторые из них или на один признак, а остальные старается сохранить на прежнем уровне. В этом случае следует говорить о селекции на отдельные признаки или о направлении в селекции (2).

А. И. Артюхов считает, что для выживания вида у растений в результате эволюции был выработан ряд приспособительных механизмов. Главный из них-фитохромная система, позволяющая виду реализовать свой биотический потенциал в сложнейших условиях воздействия экологических факторов. Фитохромная система листочка зародыша позволяет семени в период прорастания идентифицировать информацию об изменении суточного режима экологических факторов, а это является сигналом об изменении сезонного ритма. После идентификации информации эта система включает высокоэнергетические процессы в организме.

На случай ошибки или сбоя в работе этой системы семена диких видов растений в разной степени ингибированы к прорастанию и значительная их часть способна прорасти только при повторном воздействии сочетания экологических факторов.

Такие в разной степени ингибированные семена имеются в партиях культурных растений. Селекция неодинаково освободила последние от признаков, присущих их диким предкам. Среди проростков пшеницы встречаются ингибированные, и из них вырастают слабые растения. До настоящего времени не удавалось избавиться от природной разнокачественности семян, связанной с механизмом сохранения вида. Не удается также изменить отношение культурных растений на фото - и спектропериодичности. Удается только его ослабить при создании сортов нейтральных к длине дня (37).

Повышение зерновой продуктивности - основная цель селекции пшеницы за все время ее существования (21).

Селекция на урожайность является одним из главных направлений. Это наиболее трудная и сложная задача, так как урожайность складывается из многих компонентов (числа плодоносящих стеблей на 1 кв. м. И продуктивности одного растения, которая, в свою очередь складывается из числа колосков, зерен в колосе и массы зерна с одного колоса) (8).

Важным направлением в решении этой проблемы является создание низкостебельных (полукарликовых) сортов с урожайностью 100 и более ц. С 1га. (29).

П. П. Лукьяненко считал, что основным элементом продуктивности является масса зерна с колоса. Согласно его модели сорта: низкий, прочный стебель (высотой 70-80 см ) должен иметь крупный, высокопродуктивный колос, дающий в сплошных посевах не менее 2 г. зерна при нормальном количестве колосьев на 1 кв. м. (500-600 шт.). Здесь следует заметить взаимообусловленность направлений: крупный, тяжелый колос привел к необходимости снижения высоты соломины и улучшения ее крепости. Иными словами можно сказать, что продуктивность тесно связана с устойчивостью соломины к полеганию, а устойчивость к полеганию, в свою очередь, тесно связана с короткостебельностью (23).

Полегание-это физиологическая реакция растений на определенные условия внешней среды. Это избыточное увлажнение почвы, обильное азотное питание, недостаток света, бактериальные и грибные заболевания и другие (19).

В связи с этим проводится селекция на устойчивость. Наибольшее распространение по устойчивости к этому признаку получили полукарликовые и карликовые сорта (14).

Среди богатого мирового ассортимента мягкой пшеницы только часть форм имеет генетически обусловленную низкостебельность. Именно эти сорта и используются в качестве доноров карликовости – это японский сорт Норик 10, мексиканский – Мексика 50, индийский - Сопора 64 и другие (31).

Для озимой пшеницы важнейшим показателем стабильной урожайности сорта является определенный уровень его зимо - морозоустойчивости для конкретных зон, который должен быть гарантом надежной перезимовки в годы с суровыми условиями (13).

Чем большей зимостойкостью обладает сорт, тем меньше бывает гибель посевов и выше урожайность. При подборе родительских пар для гибридизации необходимо, чтобы один из компонентов был устойчив к неблагоприятным условиям зимовки (25).

Важное народнохозяйственное значение имеет выведение сортов устойчивых к осыпанию.

Осыпаемость зерна – явление биологического характера, которое у разных видов и сортов пшеницы выражено в неодинаковой степени. Неосыпаемость обусловлена в основном прочностью закрепления зерна в цветковых чешуях (7).

Создание новых сортов пшеницы со стабильной урожайностью обязательно включает усиление селекции на комплексную устойчивость к основным болезням (к бурой, желтой и стеблевой ржавчинам, мучнистой росе, твердой и пыльной головне и другим, пятнистостям листьев, фузариозу колоса, корневым гнилям) и вредителям (пьявице, хлебному пилильщику) (3). При выведении новых сортов устойчивых к болезням и вредителям имеет значение правильный подбор исходного материала для гибридизации (13).

1.3 Селекция пшеницы на качество зерна

Проблема повышения и стабилизации производства высококачественного зерна пшеницы была и остается актуальной (25).

К качеству зерна пшеницы предъявляют очень высокие требования. Необходимо, чтобы зерно было крупным, стекловидным, с высокой объемной массой и именно хорошие мукомольно-хлебопекарные качества. Поэтому во всех зонах страны, в каком бы направлении ни велась селекционнная работа, она должна обязательно сопровождаться соответствующей оценкой качества зерна селекционного материала (32).

Лимитирующими признаками производства зерна высокого качества были и остаются содержание белка и клейковины, уровень которых в высокой степени зависит от уровня минерального питания растений в период их роста и развития (5).

Клейковина – белковый комплекс и адсорбированные им крахмал, клетчатка и другие вещества - образует мелкоячеистую структуру, удерживающую углекислый газ, выделяющийся в процессе брожения теста. При выпечке хлеба белок денатурируется, и структура закрепляется в виде пористого хлебного мякиша.

По хлебопекарным качествам сорта пшеницы подразделяют на три группы: сорта сильной пшеницы (твердозерные), средней силы (филеры) и слабой. Первые характеризуются высоким содержанием белка (не менее 14 %) и клейковины (не менее 23%). Клейковина должна быть высокого качества, обеспечивать большой объемный выход хлеба с отличными качественными показателями. Сорта сильной пшеницы (улучшатели) имеют свойство сохранять высокие хлебопекарные качества при добавлении в их зерно 20-40 % зерна слабой пшеницы. Сорта средней по силе пшеницы также обладают хорошими хлебопекарными качествами, но не могут быть использованы в качестве улучшателей. Сорта слабой пшеницы дают хлеб плохого качества (расплывающийся, малого объема). Мука их в чистом виде используется в кондитерской промышленности. Селекцию сильной пшеницы ведут в районах, где климатические условия обеспечивают возможность получать зерно высокого качества. Краснодарский край, относится к таким районам и селекционеры КНИИСХ создают,, сорта со стабильно высококачественным зерном. К ним относятся Победа 50, Скифянка, Горлица, Руфа, Юна, Дея, Леда и другие. Богатый генофонд сильной пшеницы обеспечивает успешную селекцию на высокие хлебопекарные качества. В коллекции ВИР насчитывается более 500 образцов с высокими мукомольно-хлебопекарными качествами. Высоко ценятся сорта сильной пшеницы селекции НИИ сельского хозяйства юго-востока (г. Саратов) и из Канады. Многие российские сорта, а также сорта Мексики, США, Аргентины, Австралии, Балканских стран могут служить источниками при создании сортов пшеницы с высокими качествами зерна. В мировой коллекции имеются образцы, стабильно сохраняющие высокое качество зерна в различных климатических условиях. Такие образцы представляют особую ценность для селекции как исходный материал (19).

Признанным донором высокого содержания белка является озимая пшеница Атлас 66. Известны и другие высокобелковые формы пшеницы. Есть образцы, у которых содержание белка в различных почвенно-климатических условиях варьирует незначительно.

Содержание лизина в белке уменьшается по мере увеличения процента белка в зерне. Однако имеются образцы, сочетающие относительно высокое содержание белка и лизина (например, Нап Хал).

Необходимо учитывать и требования рынка. Новые сорта должны обладать не только высокой питательной ценностью для человека и животных, но и обладать такими коммерческими признаками, от которых зависят вкусовые качества, запах, транспортабельность и, наконец, при определении направлений и задач селекции необходимо учитывать и экономичность производства (2).

Из краткого литературного обзора видно, что направлений в селекции много. Селекционеры стараются в одном сорте объединить все ценные признаки, учесть требования рынка и экономичность его возделывания.

Оценить высококачественные сорта по комплексу признаков и выделить лучшие можно в полевом опыте, что и входит в задачу наших исследований.

2. УСЛОВИЯ, СХЕМА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПОПЫТА

2.1. Почвенно-климатические условия

Учебное хозяйство «Кубань» расположено в Центральной зоне Краснодарского края, в зоне неустойчивого увлажнения, где урожай ограничивается, в основном, климатическими условиями, а не почвенными.

Климат умеренно-влажный с жарким летом, мягкой зимой и неустойчивым снежным покровом и слабовыраженными периодами года. Коэффициент увлажнения 0,3-0,4. Годовая сумма осадков 643 мм, с большим отклонением от среднемноголетней (437-877 мм.). Распределяются они в течение года относительно равномерно с уменьшением их количества в августе и сентябре.

В теплое время года возможны продолжительные засушливые периоды-засухи, оказывающие отрицательное влияние на рост и развитие растений. Результатом засухи является снижение урожая озимых и снижение качества зерна. Величина среднегодовой температуры равна 10,8 ⁰С, что говорит о благоприятном режиме для выращивания многих теплолюбивых культур.

Сумма среднесуточных температур воздуха выше 10 ⁰С составляет 3450-3550 ⁰С. Переход температуры воздуха через отметку 5⁰С весной отмечается 19-24 марта, осенью-7-12 ноября. Среднесуточная температура воздуха 10⁰С устанавливается 12-13 апреля и заканчивается 20-24 октября. Общая продолжительность безморозного периода составляет 190-195 дней. Зима умеренно мягкая, хотя максимальные отрицательные температуры могут достигать отметки-30⁰С и более. Снежный покров слабый и непостоянный. Почва промерзает на глубину 15-20 см., оттаивает обычно к 5 марта и находится в мягком, мягкопластичном состоянии до 11-15 марта.

Максимальная температура в летний период 38-40 ⁰С. Общее число дней с суховеями 75, из которых на слабые приходится 48, средней интенсивности 22, а остальные - на интенсивные и очень интенсивные. Ветры со скоростью 15 м/с и более бывают преимущественно в холодное время года и ранней весной. Господствующими являются ветры восточных и западных направлений.

Климатические показатели учхоза «Кубань» по данным метеостанции «Круглик» показаны в таблице 1.

Таблица1

Основные метеорологические элементы (по данным ГСМ «Круглик»)