Селекция и семеноводство яровой пшеницы

В России селекцию 56-хромосомных форм тритикале вел М.Е. Писарев. Используя зимостойкие сорта пшеницы и ржи, он создал хорошо зимующие формы. Однако они не были высокоурожайными вследствие череззерницы. В Швеции большую работу с тритикале провел А. Мюнтцинг. Селекция этой культуры была развернута в Украинском НИИ растениеводства, селекции и генетики имени В.Я. Юрьева (А.Ф. Шулындиным) и других селекцентрах (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Оказалось, что гексаплоидные формы тритикале имеют преимущество перед октоплоидными. Они более урожайны, меньше страдают от нарушений мейоза. Скрещивание гексаплоидных форм тритикале между собой, а также с октоплоидными с последующим вытеснением «лишнего» генома D ведет к рекомбинации, позволяющей отобрать формы с более стабильным мейозом (вторичные тритикале). Ниже приведена схема получения тритикале в виде геномных формул.

AABBDD (пшеница мягкая) Ч RR (рожь) > ABDR + колхицирование

> AABBDDRR (первичные октоплоидные тритикале);

AABB (пшеница твердая) Ч RR (рожь) > ABR + колхицирование >

AABBRR (первичные гексаплоидные тритикале);

AABBDDRR Ч AABBRR > AABBDRR > AABBRR (вторичные

гексаплоидные тритикале).

Тритикале в ряде случаев превосходит по урожайности пшеницу. Однако вполне реализовать идею о сочетании многоколоскового колоса ржи с большим числом зерен в колоске, свойственным пшенице, пока не удалось. Колос у тритикале длинный, но колоски имеют меньше зерен по сравнению с пшеницей.

Урожайные формы тритикале уступают по зимостойкости ржи, а в ряде случаев и пшенице. Хлебопекарные качества тритикале ниже, чем пшеницы, хотя встречаются формы, равноценные по силе муки сильной пшенице. Зерно более мелкое, чем у пшеницы, но с более высоким содержанием белка и лизина.

Данная культура устойчива к мучнистой росе, но поражается (особенно октоплоидные формы) бурой ржавчиной. Однако если она получена с участием дикого вида ржи S. Montanum Guss., приобретает устойчивость к бурой ржавчине, но зато утрачивает ее по отношению к мучнистой росе.

Селекция тритикале идет по двум направлениям: зерновому и кормовому. В нашей стране созданы и районированы зерновые (Амфидиплоид 201, Амфидиплоид 206, Узор, Амфидиплоид 3/5, Немига 2) и кормовые (Амфидиплоид 1, Одесский кормовой и др.) сорта. Имеются они и в других странах. Так, в Канаде выведен сорт тритикале Рознер (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Мутагенез. В селекции пшеницы мутагенез играет меньшую роль, чем гибридизация, однако мутантные сорта получены и используются в производстве, например Новосибирская 67 (радиационный мутант сорта Новосибирская 7), отличающийся более высокой урожайностью, устойчивостью к полеганию и качеством зерна, чем исходный сорт, и сорт озимой пшеницы Киянка, созданный с помощью химического мутагенеза из сорта Мироновская юбилейная. Мутантные сорта получены также в Аргентине, Индии и других странах.

Мутанты часто обладают более высоким качеством зерна, чем исходные сорта. Выше описано применение мутагенеза в совокупности с отдаленной гибридизацией и анеуплоидией для получения форм, устойчивых к болезням. Применяют мутагенез и для создания исходного материала (Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Дягтерев С.В., 1998).

Отбор и формирование сорта. Методы отбора и испытания потомств отобранных растений пшеницы типичны для самоопылителей. Поскольку часто отбор ведут из ранних гибридных поколений, для получения достаточно однородного сорта необходимы повторные отборы. Гетерогенность сортов дает возможность успешно вести внутрисортовые отборы. Знаменитая Безостая 1 получена отбором из сорта Безостая 4, Пиротрикс 28 -- из сорта Шортандинка, Китченер -- из сорта Маркиз (Канада). Обычно сорт формируется как потомство одного элитного растения, но бывают случаи объединения сходных линий. Так, Харьковская 46 получена в результате объединения четырех линий. Известны сорта, когда число объединяемых линий значительное (Одесская 51) (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Селекция на короткостебельность. Пшеница -- первая из полевых культур, у которой была широко развернута селекция на этот признак. Донорами короткостебельности первоначально служили японские сорта. Видную роль сыграл сорт Акагомуги, с участием которого итальянским селекционером М. Стампелли были созданы первые европейские короткостебельные сорта пшеницы: Ардито, Сан-Пасторе и др. Следующий этап селекции на короткостебельность начался после того, как в США был завезен короткостебельный японский сорт Норин 10, несущий два рецессивных гена короткостебельности. Ему принадлежит выдающаяся роль в создании современных короткостебельных сортов. Первым среди них стал американский сорт Гейнес. Затем селекция на основе Норин 10 была развернута в Международном центре по улучшению пшеницы и кукурузы (Мексика) Н. Борлаугом. Созданные здесь сорта Питик 62, Сонора 64, 7-Церрос 66 и другие получили широкое распространение. Селекцию на короткостебельность ведут и в других странах. Внедрение устойчивых к полеганию высокоинтенсивных короткостебельных сортов пшеницы позволило резко повысить урожаи, особенно в развивающихся странах, что привело к так называемой «зеленой революции».

Первый короткостебельный сорт, созданный в СНГ - Безостая 1 (основной автор П.П. Лукьяненко), в родословной которой есть японский сорт Акагомуги. В дальнейшем широко использовались сорта, производные от Норин 10. Помимо указанных доноров короткостебельности, имеются и другие. Так, доминантные гены короткостебельности несут образец из Тибета Том Пус (Том Тамб), образец из Южной Африки Олесен Дварф (по различным источникам -- от одного до трех генов). В СНГ в качестве донора короткостебельности широко используют в скрещиваниях мутант Краснодарский калик 1, полученный из сорта Безостая 1. С его участием создано большое число районированных сортов (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Селекция на короткостебельность породила ряд проблем. Вследствие ростовых корреляций первые короткостебелъные сорта имели слабую корневую систему и короткий колеоптиль, что снижало их устойчивость к засухе и полевую всхожесть. Короткостебелъные сорта имеют более низкую морозостойкость по сравнению с высокостебельными. В настоящее время получены короткостебельные сорта с мошной корневой системой и достаточно длинным колеоптилем. Первые такие сорта были созданы С.Ф. Лыфенко в ВСГИ (озимые Обрий, Южная заря и др.). Значительно повышена морозостойкость низкостебельных сортов.

Гибридная пшеница. Возможность использования в производстве эффекта гетерозиса у пшеницы связывают с ЦМС. Цитоплазматическая мужская стерильность у пшеницы мягкой получена японским генетиком X. Кихарой путем скрещивания с эгилопсом и позднее американскими учеными Дж. Уилсоном и У. Россом при скрещивании с Т. timopheevii (ядро пшеницы мягкой, цитоплазма эгилопса или Т. timopheevii). Были найдены и восстановители фертильности. Однако проблема до сих пор не решена из-за недостаточно стабильного восстановления, малой продуктивности пыльцы и невысокого уровня гетерозиса в производственных посевах.

Другой путь получения гибридной пшеницы -- использование гаметоцидов. Такие исследования ведутся в ряде стран. В Великобритании и США появились первые производственные посевы гибридной пшеницы, полученной с помощью гаметоцидов (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

6. Методика и техника селекционного процесса

Техника гибридизации подробно описана в «Практикуме по селекции и семеноводству полевых культур» (М.: Агропромиздат, 1987). Она заключается в подготовке колоса к кастрации (удаление нижних и верхних слабо развитых колосков, третьих цветков и цветков более высокого порядка) и удалении тычинок. Чаще всего применяют краснодарский метод опыления и метод «твел».

Селекционные оценки. При оценках на устойчивость к болезням часто используют инфекционные фоны. Инфекционный фон различных видов ржавчины готовят путем распыления спор, смешанных с тальком или мукой. Участок обсевают восприимчивым сортом, способствующим вторичному заражению.

Для заражения твердой головней ее споры смешивают с семенами перед посевом, пыльной головней -- вводят водную суспензию спор в цветки с помощью медицинского шприца или прибора В.И. Кривченко. Во втором случае колосья помещают в стеклянный цилиндр прибора, в котором создается вакуум.

Суспензия спор поступает из сосуда, соединенного с цилиндром резиновой трубкой, и попадает в цветки.

Для инфицирования возбудителями корневых гнилей вносят в рядки измельченные стерневые остатки с зараженных участков. Их присыпают слоем почвы и высевают селекционные образцы (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Устойчивость к пилильщику также лучше оценивать на фоне искусственного заражения. Для этого используют «пеньки», т. е. нижние части стебля «подпиленных» личинкой пилильщика растений с остатками корневой системы, в которых они окукливаются. «Пеньки» закапывают в борозды вдоль торцов делянок с испытываемыми образцами. Устойчивость к пьявице оценивают, высевая селекционные образцы под каркасами, обтянутыми марлей, куда запускают мужских и женских особей вредителя.

Лабораторные оценки качества зерна. В ранних звеньях селекционного процесса глазомерно определяют крупность, выравненность, выполненность, стекловидность зерна в баллах. В более поздних те же показатели характеризуют количественно: определяют массу 1000 зерен, суммарный процент двух наиболее многочисленных фракций зерна после рассева на комплекте сит (выравненность), натуру зерна, процент стекловидных зерен. Стекловидность косвенно характеризует содержание белка в зерне, его мукомольные и хлебопекарные качества. Более объективно мукомольные качества отражает твердозерностъ (определяется на твердомере или иными методами). Прямую оценку мукомольных качеств дают путем помола на лабораторных мельницах. Важнейший показатель -- выход муки: отношение массы муки к массе зерна в процентах (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И.,2005).

Хлебопекарные качества зависят от количества и качества клейковины и некоторых других показателей, связанных с ними. 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. Для оценки хлебопекарных качеств применяют многочисленные косвенные методы. Широкое распространение получил метод седиментации. Показателем является величина осадка, полученного после взбалтывания навески муки в растворе молочной или уксусной кислоты. Чем больше осадок, тем выше содержание клейковины и тем сильнее она набухает. При прямом определении клейковину отмывают водой из теста. Качество ее определяют разными способами; упругость -- на приборе ИДК (измеритель деформации клейковины), растяжимость -- растягиванием на линейке до разрыва. Клейковина со слабой упругостью и плохой растяжимостью (короткорвущаяся) не дает хорошего хлеба. Однако слишком упругая и сильно растягивающаяся клейковина также нежелательна.

Физические свойства теста чаще всего определяют на двух приборах: фаринографе Брабендера и альвеографе Шопена. С помощью первого получают представление о поведении теста в процессе замеса в виде фаринограммы, отражающей усилие при его замесе. У образцов сильной пшеницы время от начала замеса до начала разжижения теста должно быть не менее 7 мин, у слабых -- оно менее 2,5 мин. Фаринограмма выявляет и другие параметры, характеризующие силу муки. Альвеограф позволяет установить упругость и растяжимость теста, а также работу, которую нужно произвести, чтобы выдуть стандартный блинок теста в пузырь до разрыва. Усилие на раздувание блинка фиксируется самописцем в виде альвеограммы. Альвеограмма дает возможность рассчитать некоторые параметры, в том числе удельную работу деформации теста, т.е. силу муки. У сильной пшеницы она составляет 280 единиц альвеографа и выше, у слабой -- менее 100.

Прямой метод определения хлебопекарных свойств зерна разных сортов - выпечка хлеба. Выпекают подовый и формовой хлеб. Показателями качества хлеба являются расплываемость (отношение высоты к диаметру подового хлеба) и объемный выход (объем хлеба на 100 г муки 14,5%-й влажности). Чем выше эти показатели, тем лучше хлеб. Органолептически определяют цвет и пористость мякиша, его эластичность, цвет и трещиноватость корки.

Макаронные качества пшеницы твердой оценивают в ходе производства макарон и по готовой продукции.

Содержание белка определяют методом Кьельдаля. Для этого используют современные автоматизированные установки. Созданы приборы, в которых классический принцип Къельдаля сочетается с высокой производительностью (Кьельфосс-автоматик, «Кьельтек Авто», «Техникон»). Высокопроизводительны косвенные методы. Метод DВС (dye binding capaciti -- способность связывать краску) основан на связывании ацетилоранжа (краситель) лизином, аспарагином и гистидином. Для определения содержания белка этим методом служит прибор «Прометр». Радиоактивационные методы (например, гамма-активационный) основаны на облучении зерна. Спектр наведенной радиации отражает атомарный состав субстрата и позволяет оценить содержание азота. Эти методы ценны тем, что позволяют вести анализ, не размалывая зерно, т. е. сохраняя его для посева, но аппаратура сложна, включает свинцовую защиту и дистанционное управление. За рубежом, например в Венгрии, созданы приборы, в которых для оценки содержания азота (и других элементов) используется отраженный спектр инфракрасного излучения. Приборы требуют тщательной калибровки по большому качеству образцов, в которых содержание азота определено по Кьельдалю (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

7. Обзор отечественных и зарубежных достижений селекции яровой пшеницы

В Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию на территории РФ, включено 135 сортов пшеницы озимой мягкой и 6 - озимой твердой, 158 сортов яровой мягкой и 37 - яровой твердой. Значительная часть их - сорта сильной пшеницы. Большим успехом было создание выдающихся сортов озимой пшеницы Безостая 1 в Краснодарском НИИСХ, ныне носящем имя П.П. Лукьяненко, и Мироновская 808 (автор В.Н. Ремеслов) в Мироновском НИИ селекции и семеноводства пшеницы. На их основе созданы еще более урожайные сорта. Среди них Инна, Памяти Федина, Московская 39 (НИИСХ ЦРНЗ), Обрий, Альбатрос одесский (СГИ), Безенчукская 380 (НПО «Средневолжское»), Дон 85, Дон 95 (ВНИИ зерновых культур имени И.Г. Калиненко, г. Зерноград) и др. В производство начали поступать сорта озимой пшеницы нового сортотипа, дающие высокие урожаи благодаря обильному кущению при несколько уменьшенной продуктивности отдельного колоса (сорта Краснодарского НИИСХ Спартанка, Скифянка). Можно сказать, что проблемы интенсивности, технологичности и качества озимой пшеницы решены селекцией. Однако зимостойкость современных сортов недостаточно высока. Не обеспечена необходимая пластичность. Часть сортов поражается болезнями, хотя многие сорта селекции Краснодарского НИИСХ, СГИ, а также других селекцентров устойчивые ко многим болезням. Серьезной проблемой остается устойчивость к корневым гнилям и септориозу.

Созданы высокоинтенсивные сорта озимой твердой пшеницы: Айсберг одесский, Алый парус, Коралл одесский (СГИ), Алена, Леукуру 21 (Краснодарский НИИСХ), Прикумчанка (Прикумская опытная селекционная станция), Янтарь Поволжья (Саратовская СХА). После создания И.Г. Калиненко сортов Новинка 2, Новинка 3 появились новые сорта озимой пшеницы тургидум Новинка 4 и Донской янтарь (ВНИИ зерновых культур им. И.Г. Калиненко) (Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Для селекции яровой мягкой пшеницы характерны те же тенденции. Однако в этом случае большую роль играет полуинтенсивные сорта для засушливых зон Юго-Востока, Казахстана и Сибири. Необходимо отметить работы самого крупного центра селекции яровой пшеницы - НИИСХ Юго-Востока. Здесь под руководством выдающегося селекционера А.П. Шехурдина был создан знаменитый сорт яровой пшеницы Саратовская 29, вошедший в родословную многих сортов. Селекции этого института принадлежит ряд других известных сортов: Саратовская 42, Саратовская 46, Саратовская 54 и др. В Среднем Поволжье выведены также высокоурожайные сорта сильной пшеницы Симбирка (Ульяновская государственная областная сельскохозяйственная опытная станция), Жигулевская (Самарский НИИ сельского хозяйства). Плодотворно работают селекционеры Сибири, которыми созданы сорта Омская 20, Омская 9, Росинка (Сибирский НИИСХ, г. Омск), Новосибирская 89 (Сибирский НИИ растениеводства и селекции, г. Новосибирск) и др. В Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева создан сорт кормового направления Иволга, занимающий значительные площади в России, Белоруссии и Украине.

Активная работа по созданию сортов яровой твердой пшеницы проводится в НИИСХ Юго-Востока (г. Саратов). Здесь созданы сорта Саратовская 57, Саратовская 59, Людмила, Валентина и др. Наиболее распространенные сорта яровой твердой пшеницы - Харьковская 23 (Институт растениеводства им. В.Я. Юрьева), Безенчукская 139 и Безенчукская 182 (Самарский НИИСХ).

В последнее время появилось много других сортов яровой мягкой и твердой пшеницы, однако по-прежнему проблемы остаются пластичность, относительно стабильная урожайность и устойчивость к болезням (Пыльнев В.В. Коновалов, Ю.Б., Хуцупацария Т.И., 2005).

Заключение

В заключении хочется отметить, что пшеница является наиболее ценной и самой распространенной культурой на земном шаре. Более половины населения Земли используют в пишу зерно пшеницы. Пшеничный хлеб отличается высокими вкусовыми качествами и по питательности и переваримости превосходит хлеб из муки всех других зерновых культур. В 100 г пшеничного хлеба содержится 245-255 калорий, а в 100 г макарон и манной крупы 355-358 калорий.

В зерне пшеницы 11-20% белка, 63-74% крахмала, 2% жира и столько же клетчатки и золы. Усвояемость белка высокая - 95%. Наилучшими хлебопекарными качествами обладает мука сильных мягких пшениц. При добавлении муки сильных пшениц к муке обычных сортов улучшается качество хлебных изделий. Помимо хлебопечения, пшеница широко используется для производства макарон и кондитерских изделий. Зерно пшеницы можно перерабатывать на спирт, крахмал, декстрин. Отходы мукомольного производства (отруби, мучная пыль), солома и полова идут на корм животным (Коренев Г.В., Подгорный П.И., Щербак С.Н.,1983).

Таким образом, согласно поставленной цели мы изучили селекцию и семеноводство яровой пшеницы и выполнили все задачи, а именно: рассмотрели ботаническую и биологическую характеристику яровой пшеницы; изучили технологию возделывания культуры; дали характеристику генотипа культуры, а также информацию о генетической детерминации и наследовании селекционных признаков; выделили основные задачи и направления селекции культуры; изучили методы селекции, применяемые для данной культуры, методы оценки селекционного материала; рассмотрели методику и технику селекционного процесса и достижения селекции данной культуры.

Литература

1. Алабушев В.А. и др. Растениеводство. - М.: Март, 2001. - 300 с.

2. Коренев Г.В., Подгорный П.И., Щербак С.Н. Растениеводство с основами селекции и семеноводства. - М.: Колос, 1983. - 511 с.

3. Коренев Н.Г. Интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. - М.: Агропромиздат, 1988.

4. Пыльнев В.В., Коновалов Ю.Б., Хупацария Т.И. и др. Частная селекция полевых культур. - М.: КолосС, 2005. - 552 с.

5. Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Дягтерев С.В. Сельскохозяйственная биотехнология. - Под ред. В.С. Шевелухи. - М.: Высшая школа, 1998. - 416с.

Размещено на Allbest.ru