CC BY
20
УДК 633.15:631.527
МОРФО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕТЕРОЗИСНЫЕ МОДЕЛИ ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ ГРУПП СПЕЛОСТИ FAO 180-390 ДЛЯ УСЛОВИЙ ОРОШЕНИЯ
Ю. А. ЛАВРИНЕНКО, Т. Ю. МАРЧЕНКО, М. В. НУЖНА
Институт орошаемого земледелия НААН, г. Херсон, Украина, 73483, е-mail: [email protected]
(Поступила в редакцию 26.05.2017)
Разработана морфо-физиологическая модель и созданы на ее базе гибриды кукурузы групп ФАО 180-390 для условий орошения юга Украины с урожайностью зерна 11-15 т/га. Изложены результаты многолетних исследований создания морфо-физиологических моделей гибридов кукурузы различных групп спелости в условиях орошения. Определены основные параметры моделей гибридов кукурузы различных групп ФАО. Определены гетерозисные модели и созданы линии с высокой комбинационной способностью, которые привлечены в родословные вновь созданных гибридов раннеспелой, среднеранней, среднеспелой групп. Представлена характеристика новых инновационных гибридов различных групп ФАО для условий орошения, обладающих комплексом хозяйственно-ценных признаков, способных формировать высокие урожаи при орошении (11-15 т/га зерна), при этом эффективно использовать поливную воду, минеральные макро- и микроудобрения, обладающих быстрой влагоотдачей зерна при созревании, с высокой устойчивостью к основным болезням и вредителям, что заложено в их генетическом потенциале.
Ключевые слова: кукуруза, морфо-физиологическая модель, гибрид, орошение, группа спелости FAO, урожайность.
We have developed a morpho-physiological mode and created on its basis the hybrids of maize of FAO 180-390 groups for irrigation conditions in the south of Ukraine with a grain yield of 11-15 tons / ha. We have presented results of many years of research into the creation of morpho-physiological models of maize hybrids of various ripening groups under irrigation conditions. We have determined the main parameters of models of maize hybrids of various FAO groups. We have also determined heterosis models and created lines with high combinational ability, which are involved in pedigrees of newly created hybrids of early ripening, mid-early, and mid-ripening groups. We have presented characteristics of new innovative hybrids of various FAO groups for irrigation conditions with a set of economically valuable traits capable offorming high yields under irrigation (11-15 tons / ha of grain), and of efficiently using irrigation water, mineral macro- and microfertilizers that have fast moisture yielding of grain during maturation, with high resistance to major diseases and pests, which is inherent in their genetic potential.
Key words: corn, morpho-physiological model, hybrid, irrigation, FAO ripeness group, yield.
Введение
Кукуруза с XXI века вышла на первое место в мире по урожайности и валовым сборами зерна, которые достигают 1 млрд тонн в год. Украина является одним из лидеров мировых производителей зерна кукурузы, и производит более 30 млн тонн [1]. Увеличение площадей под кукурузой стало возможным благодаря созданию новых гибридов с укороченным сроком вегетации (ФАО 180-300), что дало возможность высевать ее в северных регионах Европы (Беларусь, Прибалтика, Польша, Германия). Фундаментальным направлением повышения урожайности кукурузы является внедрение гибридов интенсивного типа с низкой уборочной влажностью зерна. Важная роль в повышении урожайности и улучшения качества зерна принадлежит правильному подбору гибридов для выращивания. Не все гибриды одинаково проявляют себя в конкретных агроэкологических условиях выращивания, поэтому и реализация потенциальной продуктивности гибридов идет по-разному. Высокопродуктивные гибриды выносят из почвы большое количество питательных веществ, тратят большое количество воды, поэтому такие гибриды требуют соответствующей агротехники. Если такие условия отсутствуют, то потенциально более продуктивный гибрид не только не дает прибавки, но и может уступить по урожайности другому менее продуктивному, но и менее требовательному к выращиванию гибриду [2, 3]. Поэтому, нужен дифференцированный подход к селекции гибридов соответствующей группы спелости и назначения. Для повышения уровня реализации урожайного потенциала современных гибридов, защиты посевов от различных негативных абиотических и биотических факторов окружающей среды, кроме агротехнических мероприятий (севооборота, обработка почвы, сроки сева, средства защиты растений и т.д.), важное значение имеет разработка морфо-физиологической и гете-розисной модели и селекция гибридов на этой основе со специфической адаптивностью к агроэколо-гическим факторам [4, 5].
Ускоренному получению новых сортов и гибридов, которые характеризуются высокими и устойчивыми урожаями с улучшенными показателями качества зерна, служит соблюдение параметров конкретной модели сельскохозяйственной культуры в процессе создания и отбора соответствующих генотипов.
Модель сорта включает в себя как признаки продуктивности, так и признаки, указывающие на взаимосвязь растительного организма с элементами окружающей среды. Разработка агромодели нуждается в информации о параметрах количественных признаков продуктивности и их зависимость от показателей морфологической, физиологической, специфической адаптивности, комбинационной способности исходных линий и использование соответствующих гетерозисных плазм.
Задачей исследований было разработать морфо-физиологические и гетерозисные модели гибридов кукурузы и создать на их базе гибриды кукурузы ФАО 180-390 для условий достаточного естественного увлажнения и искусственного орошения с урожайностью зерна 11,0-15,0 т/га.
Исследования выполнены в течение 2008-2015 гг. в отделе селекции на опытном поле Института орошаемого земледелия НААН. Были проанализированы параметры изменчивости основных морфо-физиологических показателей гибридов кукурузы конкурсного сортоиспытания и на основе корреляционного анализа разработаны модели для определенных групп спелости. Ежегодно анализировалось более 300 экспериментальных гибридов. Исследования проводились с использованием соответствующих методик [6, 7]. Использовался материал совместных исследований с Институтом зерновых культур НААН (г. Днепр).
Основная часть
Были разработаны модели гибридов кукурузы трех групп спелости: раннеспелой, среднеранней, среднеспелой, отвечающие требованиям адаптированности к условиям орошения.
Морфо-физиологическая модель раннеспелой группы гибридов кукурузы (группа спелости по ФАО 180-190). Наиболее стабильными в условиях южного региона является гибриды раннеспелой группы ФАО, которые используются для выращивания в послеукосных, пожнивных посевов и как предшественники под озимые культуры. Потенциальная урожайность этой группы значительно ниже более позднеспелых за счет уменьшенной продолжительности периода вегетации. Детальное изучение их количественных признаков является важным вопросом в разработке модели исследуемой группы спелости. Модель раннеспелой группы гибридов кукурузы в условиях орошаемого земледелия должна иметь при оптимальных технологических условиях генетический потенциал урожайности зерна 11 т/га (табл.1).
Таблица 1. Основные параметры морфо-физиологической модели раннеспелой группы гибридов кукурузы (ФАО 180-190)
Показатели Среднее Лимиты У„% Параметры модели
Урожайность зерна, т/га 8,4 4,9-11,1 12,2 11,0
Уборочная влажность зерна, % 13,8 11,4-15,2 3,1 13,0
Выход зерна, % 89 79-90 2,9 90
Масса зерна с початка, г 131,2 104-210 24,9 190
Масса 1000 зерен, г 227,8 100-326 27,3 280
Длина початка полная, см 17,9 11,0-23,2 8,8 20,0
Длина початка озерненная, см 16,9 9,5-22,2 9,4 20,0
Диаметр початка, см 4,3 3,7-4,9 4,9 4,5
Количество рядов, шт. 16,7 12-20 9,0 14
Количество зерен в ряду, шт. 37,0 25,0-47,0 8,9 45
Диаметр стержня, см 2,4 1,9-2,6 5,5 2,3
Фотосинтетический потенциал, тыс.м2*сут/га 1400 1200-1800 7,6 1500
Листовой индекс 3,52 3,18-4,11 6,5 3,8
В условиях производства такая урожайность среди раннеспелых форм может быть обеспечена при сочетании следующих признаков: выход зерна - 88-90 %; масса зерна с одного початка - 180190 г; масса 1000 зерен - 280 г; длина початка полная - 18,0-20,0 см; длина початка озерненная -17,0-20,0 см; диаметр початка - 4,3-4,5 см; количество рядов зерен - 14-16 шт.; количество зерен в ряду - 40-45 шт.; диаметр стержня - 2,2-2,4 см. Фотосинтетический потенциал -1500 тыс. м2/сут., листовой индекс - 3,8.
Морфо-физиологическая модель среднеранней группы гибридов кукурузы (ФАО 200-290). В последнее время юг Украины характеризуется тем, что на его территории основное количество выращиваемых гибридов кукурузы относится к среднеранней группы ФАО 200-290. Генотипы этой группы имеют высокую потенциальную урожайность, короткий вегетационный период в условиях Южной Степи (100-110 дней), менее требовательны к агротехническому обеспечению. Поэтому разработка моделей гибридов именно этой группы является актуальным и важным. При оптимальных условиях выращивания и соблюдением технологии выращивания гибриды кукурузы среднеранней группы спелости должны иметь урожайность зерна в пределах 12,0 т/га, выход зерна - 90-92 %, масса зерна с одного початка - 230-250 г, масса 1000 зерен - 290 г (табл. 2).
Таблица 2. Основные параметры морфо-физиологической модели среднеранней группы спелости гибридов кукурузы (ФАО 200-290)
Показатели Среднее Лимиты У„% Параметры модели
Урожайность зерна, т/га 9,0 6,9-11,9 35,2 12,0
Уборочная влажность зерна, % 13,8 12,9-15,6 3,5 13,2
Выход зерна, % 86 80-93 2,24 92
Масса зерна с одного початка, г 137,6 164-232 26,47 210
Масса 1000 зерен, г 233,5 101-385 27,3 290
Длина початка полная, см 18,4 11,5-23,0 7,92 21
Длина початка озерненная, см 17,5 13,7-22,8 8,5 21
Диаметр початка, см 4,4 3,8-5,2 5,0 4,6
Количество рядов, шт. 14,4 12-20 11,9 14-16
Количество зерен в ряду, шт. 39,5 30,0-54,0 9,02 45
Диаметр стержня, см 2,36 1,8-2,7 6,3 2,4
Фотосинтетический потенциал, тыс.м2*сутки/га 2450 2300-2800 4,8 2500
Листовой индекс 4,7 4,5-5,3 7,8 5,0
Початок гибридов данной модели средних размеров: длина полная - 19,5-21,0 см, длина озернен-ная - 18,4-21,0 см; диаметр початка - 4,5-4,6, диаметр стержня - 2,3-2,4 см, стержень красного цвета. Число зерен в ряду - 42-44, число рядов зерен - 14-16. Зерно зубовидное, желтое. Фотосинтетический потенциал - 2500 тыс. м2/сут., листовой индекс - 5,0.
Морфо-физиологическая модель среднеспелой группы гибридов кукурузы (ФАО 300-390). Главным элементом рентабельного производства среднеспелых гибридов является уборка урожая прямым обмолотом, что обеспечивает экономию средств на досушивании, за счет низкой уборочной влажности зерна. Гибриды модели среднеспелой группы высокоурожайные, об этом свидетельствуют высокие показатели продуктивности: урожайность зерна составляет 13,0 т/га, выход зерна - 88,0-90,0 %, масса зерна с одного початка - 200-220 г, масса 1000 зерен - 290 г. Гибриды кукурузы этой группы спелости должны иметь потенциальную возможность образовывать растения с двумя початками (табл. 3).
Таблица 3. Основные параметры морфо-физиологической модели среднеспелой группы спелости гибридов кукурузы (ФАО 300-390)
Показатели Среднее Лимиты V«, % Параметры модели
Урожайность зерна, т/га 10,45 9,3-12,8 7,6 13,0
Уборочная влажность зерна, % 15,8 13,2-18,7 3,7 13,5
Выход зерна, % 87 81-89 1,9 90
Масса зерна с одного початка, г 169,4 152-235 26,6 225
Масса 1000 зерен, г 244,3 165-287 26,6 290
Длина початка полная, см 19,0 14,5-23,0 8,1 22
Длина початка озерненная, см 17,5 13,7-22,8 8,5 22
Диаметр початка, см 4,45 3,8-5,1 5,4 5,0
Количество рядов, шт. 14,0 12-22 9,44 16-18
Количество зерен в ряду, шт. 40,16 32,0-55,0 9,78 48
Диаметр стержня, см 2,41 2,0-3,2 6,6 2,8
Фотосинтетический потенциал, тыс.м2*суток/га 3045 2915-3228 3,7 2950
Листовой индекс 5,4 5,3-5,7 4,6 5,6
Початок средних размеров, цилиндрический, длина полная должна достигать 20,0-22,0 см, длина озерненной части 19,0-22,0 см, диаметр початка 4,8-5,0 см. Диаметр стержня 2,6-2,8 см, красного цвета. Консистенция зерна зубовидная, желтого цвета, зерно крупное (масса 1000 шт. - 290-320 г). Среднее значение количества рядов зерен гибридов кукурузы колеблется от 16 до 18, число зерен в ряду варьирует от 46 до 48 штук. Фотосинтетический потенциал - 2950 тыс. м2/сут., листовой индекс - 5,6.
Важным фактором эффективной селекции является разработка гетерозисных моделей и использования современной зародышевой плазмы [8]. Создание принципиально новых адаптивных гибридов кукурузы требует использования традиционных гетерозисных моделей и создания новых элитных линий на основе смешанных зародышевых плазм, которые формируются на основании новых промышленных гибридов и синтетических популяций. Анализ использования за последние годы основных зародышевых плазм показал, что наряду с традиционными гетерозисными группами увеличивается доля линий, создаваемых на основе новых коммерческих гибридов, так называемая «смешанная плазма». Следует отметить, что основные зародышевые плазмы сохранились сегодня в рабочих коллекциях в довольно модифицированном состоянии, и иногда удается получать гибриды с достаточно высоким уровнем конкурсного гетерозиса и в пределах одной исходной плазмы.
Формирование максимальной урожайности гибрида зависит от ряда факторов, одним из которых является зона выращивания, где ресурсы внешней среды соответствуют биологическому оптимуму генотипа. Для каждого региона существуют свои оптимальные модели новых гибридов кукурузы и в соответствии с этим проводится селекционная работа. На основе разработанных моделей в сотрудничестве с Институтом зерновых культур НААН (г. Днепр), были созданы новые гибриды кукурузы, адаптированные к условиям орошения (или достаточного природного влагообеспеченности) с высоким потенциалом продуктивности.
Наиболее высокий потенциал урожайности имеют гибриды группы ФАО 290-390. Однако, урожайность зерна зависит и от уровня предполивной влажности почвы. Наиболее высокая урожайность наблюдалась в условиях капельного орошения с уровнем предполивной влажности почвы 85 % НВ. С ростом продолжительности периода вегетации гибриды кукурузы более негативно реагировали на уменьшение предполивной влажности до 70 % НВ.
Заключение
В условиях орошения необходимо использовать гибриды кукурузы с генетически запрограммированной реакцией на оптимальные условия выращивания (оптимальный режим влажности почвы и минерального питания). На основе разработанных моделей были созданы гибриды кукурузы интенсивного типа с потенциалом урожайности зерна 11-15 т/га и адекватной реакцией на оптимизацию водного режима почвы. Созданные гибриды (Азов, Каховский, Збруч, Хотын) приспособлены к интенсивным технологиям выращивания, однако имеют повышенную чувствительность к нарушениям водного режима, что приводит к значительным потерям урожайности зерна, особенно у гибридов позднеспелой группы. При использовании разработанной морфо-физиологической и гетерозисной модели удалось создать гибриды кукурузы интенсивного типа с заданными параметрами, которые могут использоваться в различных агроклиматических зонах и реализовывать запрограммированную урожайность зерна. Гибриды группы спелости ФАО 180-190 (ДН Пивиха, Тендра) обладают повышенной пластичностью, имеют меньший потенциал продуктивности однако могут использоваться при водосберегающих и ресурсосберегающих режимах орошения.
ЛИТЕРАТУРА
1. FAOSTAT. Production. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.fao.org. - Дата доступа: 01.02.2016.
2. Munsch M. A. Grain Yield Increase and Pollen Containment by Plus-Hybrids Could Improve Acceptance of Transgenic Maize / M. A. Munsch, P. Stamp, N. K. Christov, X. M. Foueillassar, A. Husken, K.-H. Camp, Ch. Weider // Crop Science. - 2010. -50: №3 - P. 909-919.
3. Vozhegova R. A. Productivity of maize hybrids of different FAO groups depending on condition of irrigation and dosage of fertilizers in the southern steppe of Ukraine / R.A. Vozhegova. Yu.O. Lavrinenko, T.V. Hlushko // Agricultural Science and Practice. - 2014. - Vol. 1. - No. 3. - P. 62-68.
4. Troyer A. F. Background of U.S. hybrid corn: II. Breeding, climate and food / A.F. Troyer //Crop Science. - 2004. -Vol. 44, № 2. - P.370-380.
5. Мустяца, С. И. Использование зародышевой плазмы гетерозисных групп БССС и Рейд Айодент в селекции скороспелой кукурузы / С. И. Мустяца, С. И. Мистрец / Кукуруза и сорго. - 2007. - № 6. - С. 8-12.
6. Домашнев, П. П. Селекция кукурузы / П. П. Домашнев, Б. В. Дзюбецкий, В. И. Костюченко. - М., 1992. - 204 с.
7. Ушкаренко, В. А. Дисперсионный и корреляционный анализ в растениеводстве и луговодстве / В. А. Ушкарен-ко, Н. Н. Лазарев, С. П. Голобородько, С. В. Коковихин. - М., 2011. - 336 с.
8. Дзюбецький, Б. В. Сучасна зародкова плазма в програмi з селекцп кукурудзи в 1нститул зернового господар-ства УААН / Б. В. Дзюбецький, В. Ю. Черчель // Селекщя i насшництво. - 2002. - № 86. - С. 11-19.
