CC BY
252
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10910 УДК 631.531.12:633.1
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРВИЧНОГО И ЭЛИТНОГО СЕМЕНОВОДСТВА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР*
В. В. НОВОХАТИН, кандидат сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник (е-шаИ: па1а!уа_ [email protected])
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья - филиал Федерального исследовательского центра Тюменского научного центра Сибирского отделения РАН, ул. Бурлаки, 2, пос. Московский, Тюменский р-н, Тюменская обл., 625501, Российская Федерация
Резюме. Сорт - один из основных элементов производства продукции растениеводства, а ускоренное распространение селекционных достижений возможно только через налаженную систему семеноводства. Современные агротехнологии позволяют использовать селекционные резервы повышения урожаев зерновых культур. При этом урожайность - это интегрированный показатель количественных признаков, проявление которых в значительной степени обусловлено лимитирующими факторами. В производстве семенные посевы засоряются сорняками, сортовой и видовой примесью, поражаются болезнями и вредителями. Из-за мутирующего действия протравителей и гербицидов в популяциях сортов накапливаются нетипичные морфотипы, засоряющие структурный состав популяций, что ведёт к изменению взаимодействия генотипа со средой, а затем к снижению продуктивности. Все эти проблемы решаются при хорошо налаженном элитном и, особенно, первичном (оригинальном) семеноводстве, которое обеспечивает сохранение генетических и урожайных свойств сорта. Ведение оригинального семеноводства предусматривает эволюционно-аналоговый подход, направленный на сохранение сопряжённого генетического наследования полигенных признаков сорта. Важный фактор первичных звеньев семеноводства - отбор: массовый, индивидуально-семейственный, контролируемый пересев и метод генетических маркеров (электрофорез). На примере Тюменской области, где зерновые и зернобобовые культуры высевают более чем на 750 тыс. га и IV репродукция семян считается массовой, показаны организационные аспекты ведения оригинального и элитного семеноводства. Ключевые слова: сорт, семена, питомник, репродукция, отбор, популяция, биотип, урожайность, энергия прорастания, всхожесть, сортовая чистота.
Для цитирования: Новохатин В. В. Научное обоснование первичного и элитного семеноводства зерновых культур // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 9. С. 40-47. ОСИ: 10.24411/0235-2451-2018-10910.
В основе производства растениеводческой продукции лежит сорт, предъявляющий основные требования к технологиям возделывания. В связи с этим важно сохранить те его урожайные свойства и геноти-пические особенности, из-за которых он был включён в реестр селекционных достижений для возделывания в тех или иных агроклиматических условиях. Поэтому важно научно-обоснованное ведение элитного и особенного оригинального семеноводства с учётом биологических особенностей культур и сортов. При этом необходимо помнить, что проявление биотип-ного состава сорта обусловлено генотип-средовым взаимодействием - важным фактором повышения урожайности. Правильное ведение первичного и элитного семеноводства позволяет ежегодно выращивать высококачественные урожайные семена и сохранять генетический потенциал сортов.
Цель работы - анализ и обобщение научного материала по вопросам растениеводства, генетики, семеноведения и семеноводства, а также результатов собственных исследований по мягкой яровой пшенице для подтверждения эффективности обоснованного ведения первичного и элитного семеноводства на базе отбора элит, их оценки в питомниках потомств первого и второго года, контроля биотипного состава популяций сортов.
Ускоренное распространение селекционных достижений возможно только через четко налаженную систему семеноводства. Н. И. Вавилов писал: «Лучший способ снизить зависимость от варьирующих почвенно-климатических условий и «капризов» погоды, а также возможных изменений климата - это приспособиться - адаптироваться к ним» [1]. Один из важных компонентов адаптивного семеноводства -плановое сортообновление. При этом должна усиливаться роль сортовой агротехники [2, 3, 4], приемы которой позволяют наиболее эффективно реализовать особенности того или иного сорта, а также более дифференцированно использовать ресурсы внешней среды и интенсивность технологий[3, 5, 6].
Имеющийся опыт свидетельствует о большой роли сорта [2] и отлаженной системы семеноводства в получении высоких урожаев. Экспериментальные данные показывают, что в России на долю сорта приходится от 50 до 70 % повышения урожайности, в Европе и США - от 80 до 95 % [7]. При этом, мощный вклад в рост урожайности дают эффекты взаимодействия - генотип х среда (ВГС) [8, 9, 10] и только 5...10 % отводится аддитивным генетическим механизмам [11, 12].
За 1929-2015 гг. в Тюменской области возделывали 29 сортов яровой мягкой пшеницы, срок районирования которых варьировал от 10 до 20 лет. За этот период произошло шесть сортосмен (рис.1), что обеспечило прирост урожайности 1,35 т/га (+67 %), то есть на каждую сортосмену прибавка составляла в среднем 0,22 т/га [12]. Наибольшее влияние на формирование урожайности в регионе оказывают условия среды (71,0...74,8 %). Доля вклада генетической изменчивости у современных сортов, по сравнению с ранее возделываемыми, снизилась в 2 раза - до 5,0 %. В то же время роль фактора взаимодействия генотип х среда (ВГС) повысилась в 1,3...1,8 раза (до 19,3 %) [12]. Следовательно, на генетическую составляющую в росте урожайности приходится почти 25 %. Использование качественных семян обеспечивает прибавку в 0,3...0,4 т/га и во многом определяет уровень урожайности и качество получаемой продукции [13, 14]. Только в этом случае могут быть реализованы потенциальные возможности сорта [15]. Благодаря распространению новых сортов в Тюменской области урожайность с 1930-1940 гг. увеличилась почти в 2 раза(см. рис. 1), а в благоприятных 2005, 2006, 2010, 2011 и 2015 гг. она в среднем достигала 2,40...2,76 т/га.
*Работа выполнена по госзаданию (Приоритетное направление Х 10.4 Программа Х 10.4.150 ПроектХ 10.4.150).
3,6 3,4 3,2 3 2,8
3,32 3,37
+ 1,35 (+67%)
+ 1,3 (+64%)
2,99 Лютесценс 70 Икар
+0,97 (+48%) Лютесценс 70 Омская 20 АВИАДа Чернява 13
Лютесценс 956 Цезиум 111 Мильтурум 321 2,02 Лютесценс 758 Мильтурум 321 Мильтурум 553 2,29 +0,3 (+9%) 2,52 ^,(8*^+0,5 (+25%) Саратовская 29 Мильтурум 553 Скала Скала Стрела Новосибирская 67 Ранг Омская 20 Тюменская 80 Тулунская 12 Новосибирская15 Тюменская 80 СКЭНТ-1 Ильинская Тулунская 12 Чернява 13 Новосибирская15 Новосибирская29 Ирень СКЭНТ-3 Тулунская 12
л
-А I-
О
о
X >5
Л
ы
о 2,6
а >
2,4 2,2 2
1930-1940
1941-1960 1961-1970 1971-1995 Г о д а в о з д е л ы в а н и я
1996-2005
2006-201 2
Рис. 1. Урожайность сортов яровой пшеницы (предшественник - чёрный удобренный ^0Р К пар).
Урожайный потенциал возделываемых в Сибири сортов используется в производстве на 30...40 % [16]. В Северном Зауралье - зоне с более интенсивным земледелием - этот коэффициент составляет 40...50 %. При этом в 15 % (из 265) крупных товарных хозяйств, которые отличаются высокой культурой земледелия, в последнее десятилетие средняя урожайность составляла 3,8...4,4 т/га. То есть потенциал сортов использован на 72...80 % [12].
На протяжении 62 лет в нашей стране использовали две модели правовой охраны сортов - на основе авторского свидетельства (1937 г.) и патента (1993 г.), и три системы семеноводства (1937, 1960, 1976 гг.). Последняя включала производство оригинальных семян (научные учреждения), элиты и 1 репродукции (элитно-семеноводческие хозяйства), второй и третьей репродукции (районные семхозы), третьей и последующих репродукций (семенные участки товарных хозяйств). В каждой из систем были свои недостатки, устраняемые по мере работы, что в конечном итоге отразилось на повышении качества продукции растениеводства, при этом удалось сбалансировать интересы государства, оригинатора и автора сорта. При ведении семеноводства в современных условиях, на наш взгляд, целесообразно использовать последнюю схему, эффективность которой подтверждена многолетней практикой. В её основу должны быть положены патентно-лицензионные, авторские, ориги-наторские и другие гражданско-правовые рыночные взаимосвязи с сохранением и упрочнением государственного управления.
В процессе семеноводства необходимо сохранять ту структуру сорта, с которой он проходил Государственное испытание и превосходил стандарт по урожайности. Ещё в период организации системы семеноводства П. И. Лисицин [17] определил семеноводство как размножение сорта без отбора. При использовании поддерживающего отбора он предлагал ориентироваться не на выделение типичных растений, а на удаление нетипичных. При ведении же систематического внутрисортового индивидуально-семейственного отбора - отбирать не только типичные
по морфологии, но и лучшие по продуктивности и устойчивости к биотическим и абиотическим факторам линии. Такой подход действительно ведет к выравниванию сорта, однако снижает его адаптивные возможности [18]. Неквалифицированный отбор биотипов в первичном семеноводстве, особенно крайних из них, то есть более продуктивных в качестве родона-чальных растений, приводит к изменению структуры сорта и его потере. Среди наиболее важных способов повышения устойчивости генотипов к факторам среды можно назвать следующие: ароморфоз - повышение приспособленности универсального характера; идиоадаптация - частное повышение приспособленности к конкретным факторам среды [19] и синергизм биотипов в популяции, то есть повышение приспособленности в результате взаимного влияния разных индивидуумов [20, 21].
Каждый сорт представляет собой популяцию биотипов, отношение между которыми варьируют от антагонизма до синергизма. Эффект последнего реализован в практике высева сортосмесей, как перекрестно, так и самоопыляющихся культур [7]. Преимущество одного сорта над другим по урожайности обусловлено разным сочетанием перечисленных элементов приспособления. При этом эффект синергизма в пределах сорта не контролируется, хотя присутствует в любой популяции. Что касается конкретных приспособлений (идиоадаптации), то на часть из них можно оказывать определенное воздействие. Например, устойчивость к той или иной болезни (спорынья, пыльная головня, корневые гнили, черный зародыш): поражаемые линии выбраковывают, а устойчивость активно усиливают в ходе многолетних оценочных работ.
В целом, первичное семеноводство основано на принципе соблюдения оптимальности генотипа (рис. 2), обусловленного процессом жизнедеятельности, морфологическим строением и наследственным обеспечением приспособленности организма к факторам среды. Н. И. Вавилов [1] определил селекцию как эволюцию, направляемую волей человека. При этом следует отметить взаимосвязь и преемственность селекции и семеноводства. При ведении оригинального
Рис. 2. Научная обоснованность первичного семеноводства.
семеноводства должен осуществляться эволюционно-аналоговый подход, направленный на сохранение сопряженного генетического наследования полигенных признаков сорта. При этом следует учитывать дарвинское положение о том, что эволюция культурных растений качественно не отличается от эволюции естественных популяций, а естественный отбор, по мнению Н. И. Вавилова [1], тесно переплетается с искусственным. Последнее сопряжено с экологией и эволюцией [22, 23, 24].
Потенциально высокоурожайные сорта требовательнее к агроэкологическим условиям, поскольку они в большей степени реагируют изменением урожайности на неравномерное распределение лимитирующих факторов [11]. Это обусловливает необходимость планомерного перехода к адаптивной системе семеноводства - лучшие предшественники, плановое ведение сортообновления. Одновременно должна усиливаться роль сортовой агротехники, приемы которой позволяют наиболее эффективно реализовать особенности адаптивных свойств того или иного сорта [25, 26], а также более дифференцированно использовать ресурсы внешней среды [27, 28, 29]. Сортообновление обеспечивает, во-первых, поддержание типичности сорта, во-вторых, получение семян высокого качества для замены произведенных ранее, но утративших способность давать высокие урожаи продукции хорошего качества.
Одно из условий формирования устойчивых урожаев зерна в хозяйствах Северного Зауралья - возделывание двух типов сортов: раннеспелого и среднеспелого. Причем в северной лесостепи, учитывая неустойчивую погоду в период созревания и уборки, на долю раннеспелых сортов должно приходиться до 30 % посевных площадей яровой пшеницы. В подтаежной и таежной зонах они должны превалировать над среднеспелыми [30].
Формирование качественного зерна и семян с высокими посевными показателями во многом зависит от нормы высева. При этом нельзя считать оправданным увеличение густоты стеблестоя, которое снижает долю зерна в общей биомассе. Кроме того, для успешной реализации такого приема необходимо высокое плодородие почвы и хорошие погодные условия. Высокая плотность посева приводит к уменьшению глубины проникновения корней [31], а, следовательно, и величины урожая. Основной прирост урожайности у новых сортов должен происходить благодаря озернённости колоса, при этом увеличивается доля зерна в урожае биомассы без снижения её количества [32]. Загущенные посевы сильнее поражаются патогенами (рис. 3), а у биотипов уменьшается избирательность корневых систем и их синтезирующая способность. У них формируется более мелкая зерновка, с утонченным перикарпием плодовой оболочки, что приводит к повышенному травмированию при уборке, способствует ускоренному проникновению патогенов и снижает защитные функции семян при их обработке фунгицидами. Это ухудшает посевные качества семян и их комплексную характеристику - полевую всхожесть.
Большое внимание необходимо уделять глубине заделки семян. Результаты наших исследований свидетельствуют, что при посеве пшеницы на глубину 10 см, полевая всхожесть многих сортов снижается - на 50...70 %, а всходы появляются позже на 6...7 дней. Установлено, что каждый дополнительный сантиметр углубления заделки семян, относительно оптимальной величины (5 см), приводит к задержке появления ростка на 2...3 дня. Взошедшие растения формируются ослабленными, с растянутыми межфазными периодами и наличием подгона, а их семена характеризуются низкими посевными и технологическими показателями. Глубокий посев (10 см) снижает продуктивность сортов пшеницы на 19...34 %. При этом на 72,5 % продуктивность определяется сортом и на 22,6 % взаимодействием сорт х глубина заделки семян [33]. Глубина заделки семян определяется влажностью почвы верхнего горизонта. Однако, по данным Н. Г. Ведрова [34], она не должна превышать 10-кратной величины их диаметра. При посеве в хорошо увлажнённую почву тяжёлого гранулометрического состава глубина посева составляет 3...5 см, в более сухую - 5...7 см [33].
Внесение минеральных удобрений увеличивает урожайность и улучшает посевные свойства семян. Однако повышенные дозы азота вызывают полегание растений, что ограничивает получение больших урожаев зерна [34, 35]. При этом они способствуют накоплению в семенах небелковых форм азота. Для жизни же проростков часто важнее белок вновь созданный растением, чем запасной, отложенный в семени [30, 34].
Созревание и уборка посевов (август - сентябрь) часто сопровождаются дождливой прохладной погодой. Сильные ветры при этом вызывают полегание хлебов, у которых ухудшается налив, затягивается период вегетации, что приводит к формированию щуплого, низконатурного зерна, с невысокими технологическими и посевными показателями [36, 37]. Пониженная температура, высокая влажность воздуха и почвы в период налива зерна, оказывают негативное влияние на формирование органов эмбриона и дифференциацию зародыша [38]. Уборка влажного зерна сопровождается травмированием его при обмолоте. Это приводит к снижению его всхожести [39].
Основная цель семеноводства - производство семян высокого качества. При этом главная характеристика биологической ценности семян - энергия прорастания [13], которая показывает интенсивность обмена веществ, активность плазмы клетки. Она отражает уровень способности семян давать в полевых условиях дружные и ровные всходы, вследствие чего
Рис. 3. Влияние загущенного посева на биологические показатели растений.
повышается выживаемость растений [40]. Лучшая энергия прорастания семян яровой мягкой пшеницы наблюдается в годы, когда температура воздуха во время формирования и созревания зерна составляет 16...20 оС [30]. По мнению ряда исследователей [41, 42, 43], энергия прорастания - более информативный показатель, чем лабораторная всхожесть. Продуктивность растений из семян с невысокой энергией прорастания на 10...20 % меньше, чем у растений из семян с хорошей энергией прорастания [13]. В неблагоприятных условиях уборки и хранения семян их энергия прорастания снижается резче, чем показатели всхожести [37]. Величина этого показателя не ограничивается ГОСТ, но, по общему мнению, она должна быть не менее 50 %. Показателем зрелости семян принято считать разницу между энергией прорастания и лабораторной всхожестью. Если она не превышает 10 %, семена считают физиологически зрелыми, кондиционными [41].
Всхожесть характеризует способность семян образовывать нормальные проростки, давать растения способные к росту в поле. Это один из главных критериев определения нормального состояния зерна.
П. Веллингтон [44] выделил следующие критерии оценки семян, проростки которых не могут развиться в растение при посеве в поле, в лабораторных испытаниях:
загнившие семена и проростки, в том числе все те, у которых корень или росток (семядоля) полностью, либо в своей большей части загнили;
семена, формирующие анормальные проростки со слабыми корнями и побегами.
Всхожие семена характеризуются хорошо развитой корневой системой, включая первичный корешок; развитым и целым гипокотилем (подсемядольное колено); неповреждённой почечкой с хорошо развитым зелёным листом, находящимся внутри или выходящим из колеоптиля, или же неповреждённым эпикотилем (надсеменное колено) с нормальной верхушечной почкой.
Показатель сопряжённой зависимости между результатами лабораторной всхожести и поведением семян в полевых условиях - полевая всхожесть, определяющая урожайность [40, 45]. Э. Д. Неттевич [46] отмечал, что снижение полевой всхожести на 1,0 % приводит к уменьшению урожайности на 1,1 %. Полевая всхожесть обычно на 10...20 % ниже энергии прорастания.
Основные причины снижения сортовой чистоты при репродуцировании пшеницы в производстве -механическое и биологическое засорение, а также вырождение [45, 47]. Биологическое засорение обусловлено нежелательным перекрёстным опылением, расщеплением, накоплением спонтанных или индуцированных мутаций и болезней [48]. Согласно современным представлениям, сорт рассматривают как систему организмов, находящихся в состоянии относительного равновесия, которое служит результатом одновременно протекающих и взаимосвязанных процессов прогрессивного улучшения и ухудшения свойств отдельных слагающих [34]. Морфологическая однородность сорта - это закономерно регулируемый процесс, в котором принимают участие биотипы сорта и многие факторы среды [49, 50].
Сорт, как саморегулируемая система, формирующаяся только под действием естественного отбора, будет накапливать нежелательные для вида формы -
экстенсивные, мелкозёрные, с низкой урожайностью [48, 51]. При этом в популяциях будут появляться другие разновидности [48, 52]. Часто новые формы образуются после обработки семян фунгицидами и посевов - гербицидами из-за их мутагенного эффекта [13, 50, 53]. Самозасорение яровой мягкой пшеницы обусловлено накоплением обратных мутаций (реверсий), когда мутационный аллель, через новую мутацию, превращается в исходный нормальный аллель [54] или происходит мутация рецессивного аллеля в доминантный аллель дикого типа [55]. У сортов, полученных от межвидовых скрещиваний, самозасорение происходит в результате длительного во времени расщепления, что также ведёт к вырождению. Очищение популяций от вредных примесей возможно только путем направленного отбора. При этом следует учитывать, что выровненность обеспечивает снижение генетической изменчивости популяции [1], а направленный отбор на любой признак ведёт к изменению других составляющих и всего растения в целом [18, 56, 57]. При ослаблении отбора усиливается мутационный процесс, что вызывает изменение генетической структуры популяций [49]. В рядовых хозяйствах сильнее выражены экстремальные условия произрастания, что обусловливает более значительное и быстрое накопление примесей.
Формирование семян - весьма сложный физиологический процесс, связанный с особенностями оплодотворения, взаимоотношением завязи с вегетативными частями растения, условиями внешней среды и др. [13, 58]. При этом важно сочетание благоприятных условий выращивания с отбором семян в процессе сортирования [59]. Исследованиями Ю. Б. Коновалова [60] выявлено, что наиболее тяжеловесное и крупное зерно, которое имеет более высокие урожайные свойства, находится в центральной части колоса и хорошо отделяется на сортировальных машинах.
В условиях Северного Зауралья хорошие семена пшеницы формируются при ранних и средних срока посева. При поздних сроках сева получаются семена мучнистые, с невысокими технологическими и посевными показателями [61]. В регионе с ограниченным тепловым режимом возделывают сорта с небольшой кустистостью. Поэтому урожай здесь формируется, в основном, на главных стеблях (табл. 1). При высеве 6,5...7,0 млн всхожих зёрен на 1 га, полевой всхожести 72...78 % и сохранности растений 86...90 % к уборке формируется в пределах 360...480 колосонесущих стеблей на м2 [62].
Таблица 1. Показатели модели урожайности мягкой яровой пшеницы
Признак I Показатель
Норма высева, млн всх. зерен/га 6,5
Полевая всхожесть, % 72...78
Продуктивная кустистость, шт. 1,1...1,4
Сохранность растений, % 86...90
Продуктивный ценоз, шт./м2 360...480
Продуктивность колоса, г 0,8...1,0
Урожайность, т/га 2,9...4,8
Часто повторяющиеся (60 % лет) в Северном Зауралье раннелетние засухи [63] обусловливают дефицит почвенной влаги, из-за чего в период трубкования закладывается небольшой колос с 12...13 плодущими колосками. Засуха во второй половине вегетации вызывает стерильность колосков, что снижает озер-нённость колосьев до 18...20 шт. Зерно формируется мелким, с абсолютной массой 28...32 г.
Во влажных условиях конца июля-августа (26 % лет) [63] - в период формирования и налива зерна получают распространение - септариоз, бурая и стеблевая ржавчина, мучнистая роса, что обусловливает формирование низкобелкового, мучнистого зерна, с пониженными технологическими и посевными показателями. При этом у сортов с коротким периодом дозревания наблюдается предуборочное прорастание зерна, что следует учитывать при их подборе для возделывания [64, 65, 66].
Генотип оказывает не большое воздействие на полевую всхожесть, но сильно влияет на продуктивность растений. Среди других свойств, повышающих продуктивность, важное место занимают урожайные свойства семян, которые связаны с фенотипической изменчивостью и носят модификационный характер. На их формирование оказывают влияние климатические и метеорологические факторы, агротехника и технология семеноводства. Из-за чего у семян разных партий одного и того же сорта наблюдаются большие различия по урожайности.
Сохранение всех признаков и свойств, присущих сорту обеспечивает реализацию его урожайного потенциала. При длительном возделывании у сортов чаще всего происходит деградация признаков продуктивности и усиление свойств климатической выносливости. Формы, появляющиеся в пределах сорта, не сразу нивелируются в процессе естественного отбора, в результате чего накапливаются положительные и отрицательные варианты [67]. При этом для продуктивных генотипов характерен выраженный синергизм [23].
Для производства семян элиты, используют индивидуальный и массовый отбор. Первый из них довольно трудоёмок и применяется на линейных сортах, засорение которых, кроме механического, возможно путем расщепления и накопления мутаций. У стабильных многолинейных сортов и сортов-популяций для поддержания сортовой чистоты можно использовать менее трудоёмкий массовый отбор [68]. Его рекомендуют при производстве элиты новых зарегистрированных сортов, что ускоряет получение семян этой репродукции, как минимум, на 2 года. Выращивание оригинальных семян в питомниках П-1, П-2, Р-1, Р-2 осуществляется в соответствии с действующими методическими рекомендациями [69]. Семенные участки засевают в ранние сроки, что позволяет получать более ценное семенное зерно. Следует также учитывать, что повышенная кислотность почв задерживает поступление питательных веществ в растения, отчего зерно развивается недостаточно крупным, а недостаток фосфора обуславливает формирование мелкого зародыша [46].
Площадь посевов зерновых культур в Тюменской области - 750 тыс. га, в том числе семеноводческих -100 тыс. га, с которых собирают 205...210 тыс. т семян (годовая потребность), из них кондиционных -62...85 %.
Таблица 2. Рекомендуемые посевные площади циям (% от всех посевов)
Снижение чистосортности семян яровой пшеницы в процессе репродуцирования связано, прежде всего, с большим количеством возделываемых в хозяйствах сортов и недостаточной материально-технической базой. Небольшой набор сортов зернофуражных культур позволяет сохранять сортовую чистоту на достаточно высоком уровне при пересеве в течение 3...4 лет. При этом распространение в производстве пелюшки создаёт предпосылки для ухудшения сортовых качеств возделываемых сортов гороха.
Анализ сортовой чистоты репродукционных семян в Тюменской области показывает, что её снижение начинается уже в первой репродукции. Так, доля посевов яровой пшеницы первой репродукции, с сортовой чистотой 98,0...99,5 % (II категория) в 2004-2008 гг. составляла: в Заводоуковском районе - 2,8...35,0 %, в Упоровском - 2,4...45,4 %, в Тюменском - 28,0...47,3 %. Доля засорённых посевов пшеницы третьей репродукции в среднем по этим районам достигала - 36,1 %, четвёртой - 100 % [14]. И это в лучших в земледельческом отношении районах. Такие цифры убедительно свидетельствуют о необходимости своевременного сортообновления.
На сегодняшний день в Тюменской области восстановлена система мероприятий по бесперебойному обеспечению хозяйств всех форм собственности высококачественным семенным материалом. Оригинатор сортов - НИИСХ Северного Зауралья - филиал ТюмНЦ СО РАН осуществляет первичное семеноводство по принятой схеме (рис. 4). Семена питомника Р-11, передаются 12 зональным элитно-семеноводческим хозяйствам, которые их репродуцируют до элиты и первой репродукции.
Рис. 4. Схема производства семян зерновых культур в Тюменской области.
Организация работы элитного и оригинального семеноводства способствовала тому, что в последние годы доля сортовых посевов по области достигла 99 %, при этом на 1...М репродукции приходится 87 % посевов.
Анализ высеянных по области семян показывает невысокий коэффициент размножения их по репродукциям. Особенно низок он у семян 1...2 репродукции - от 1,09 до 0,69. При условии, что теоретический коэффициент размножения по области, при урожайности 2,0 т/га (50 % выход семян), равен 4,12. Это свидетельствует о том, что много семян высоких репродукций используют на продовольственные и фуражные цели.
Коэффициент размножения оригинальных и элитных семян также недостаточно высок. Так, при сред-
с учётом коэффициента размножения по репродук-
Репродукция
Показатель Р-3 суперэлита элита I II III IV
Коэффициент использования семян Посевная площадь: % тыс. га 5,5 0,65 4,9 5,0 2,30 17,2 3,3 8,00 60,0 1,3 24,00 180,0 1,1 28,80 216,0 0,8 23,00 172,5 13,25 99,4
ней урожайности 2,8 т/га и выходе семян - 1,47 т/га коэффициент размножения должен быть равен 5,5, а фактически для Р-3 он составил 2,8, суперэлиты - 4,7, элиты - 2,9 [14]. Низкий процент использования семян высоких репродукций приводит к довольно высокой доле, в посевах, массовых репродукций.
В НИИСХ Северного Зауралья на основании результатов проведённых исследований предложены коэффициенты размножения по репродукциям (табл. 2), с учётом которых площадь посева элиты должна составлять 8 %, 1-ой репродукции - 24,0 %, II - 28,8 %, III - 23,0 % IV массовой репродукции -13,25 % от общей площади посева зерновых и зернобобовых культур.
При сложившейся норме высева 0,25 т/га на общую посевную площадь зерновых и зернобобовых культур в Тюменской области (750 тыс. га) требуется около 200 тыс. т семян, в том числе элиты - порядка 20 тыс. т, оригинальных семян - 6,0 тыс. т, из них суперэлиты - 4,5 тыс. т, Р-Ш - 1,2 тыс. т и Р-И - 300 т.
Анализ фактически сложившейся в последние годы схемы производства оригинальных семян широко распространённого, пользующегося спросом в регионе сорта мягкой яровой пшеницы Икар (рис. 5) показывает, что проводится довольно большой объём работ в питомниках испытания потомств I и II года. Здесь из 4 тыс. семей, высеянных вручную П-!, и 2500 тыс. (сеялкой СКС-6-10) - в П-И, после всех полевых и камеральных оценок, из объединённых семей питомника П-И получается 0,4 т семян. Этого достаточно для выращивания 30 т семян питомника Р-И, реализуемых шести элитсемхозам.
2 го -г Питомники отбора
1 Питомники испытания потомств я 2
1 ^ iE * О ® 1 О П-1 4000 семей I браковка 30 % ® ^ S ГО
1
П-2 2500 семей |браковка 20...25 % ер О (U
о к-т 1 Питомники размножения ® ^
X |=т о §5 Р-I 1,5 га |3,6 т ыс I .
1 ц ■
P-II 15 га 130 т ^
-1- со 1 iE С
Элитсемхозы - 5 шт. s -
P-III ^ суперэлита ^ элита Ос
Рис. 5. Схема оригинального и элитного семеноводства сорта пшеницы Икар.
Селекционный центр НИИСХ Северного Зауралья -филиал ТюмНЦ СО РАН выращивает семена первичных звеньев семеноводства зерновых и зернобобовых культур 19 зарегистрированных сортов и ежегодно производит 220...260 т сертифицированных семян питомника Р-И, отгружаемых элитсемхозам.
Всё семеноводство зерновых и зернобобовых культур в основном сосредоточено в северной лесостепной зоне, на тёмно-серых и чернозёмных почвах, где выпадает от 420 до 500 мм осадков в год, из них 57 % в тёплый период года. Использование хозяйствами оригинальных семян (Р-И » 250 т) с учётом приведённых коэффициентов размножения позволяет системно, в течение 4...5 лет выращивать семена элиты в плановых объёмах с последующим репродуцированием до М-ой репродукции. Высеваемые семена на 70...85 % (по годам) относятся к I и II классам. Специализация и концентрация семеноводства позволяет осуществлять сортосмену в течение 3...4 лет. Так, сорт мягкой яровой пшеницы Лютесценс 70, размножение которого началось с первого года ис-
Таблица 3. Распространение сорта пшеницы Лютесценс 70 в производстве
Год Площадь, га Коэффициент размножения
1989 37 5,4
1990 200 4,0
1991 800 3,5
1992* 2700 3,5
1993 9489 2,9
1994 27254 2,1
1995 60000 1,7
1996 100000 1,5
* год районирования.
пытания в КСИ, через четыре года после регистрации занимал 100 тыс. га (табл. 3) [70].
В Тюменской области мягкую яровую пшеницу высевают на площади 420 тыс. га (60...70 % - сорта местной селекции); ячмень - 150 тыс. га; овёс - 120 тыс. га (87 % - сорта своей селекции); горох - 30 тыс. га (100 % - местные сорта). Раннеспелые сорта занимают 40 % общей площади зерновых и зернобобовых культур. Производственные посевы хозяйств, в большинстве своём, обеспечены сортовыми семенами не ниже III репродукции. Запасы страховых семян по категориям хозяйств и с учётом репродукции создаются согласно нормативных документов.
Сорта самоопыляющихся зерновых и зернобобовых культур часто гетерогенны и состоят из нескольких биотипов, различающихся между собой разным проявлением хозяйственно-ценных и биологически-полезных признаков и свойств. Поэтому важен контроль биотипного состава популяций, который осуществляется методом генетических маркеров по электрофоретическим спектрам запасных белков, что позволяет производить качественный оригинальный материал. Проведёнными исследованиями выявлено, что родоначальный исходный материал, отобранный в годы с различными климатическими условиями, может отличаться по соотношению биотипов [71]. Следовательно, погодные условия в период вегетации могут оказать влияние на модификационную изменчивость биотипического состава сорта. Поэтому неумелый и жёсткий отбор может значительно обеднить наследственность гетерогенного сорта и снизить его пластичность и урожайные свойства. Профессиональное же ведение первичного (оригинального) семеноводства будет способствовать производству чистосортных оригинальных семян.
Заключение. Сорт, как один из основных факторов повышения урожайности требует контроля за сохранением биотипного состава популяции, в том числе с использованием генетических маркеров по электрофоретическим спектрам запасных белков, с последующим изучением потомств в питомниках испытания первого и второго года.
Квалифицированный отбор биотипов обеспечивает принцип соблюдения оптимальности генотипа, обусловленный процессом жизнедеятельности и наследственным приспособлением к факторам среды, что позволяет длительное время сохранять генетический потенциал сортов и урожайные свойства их семян.
В семеноводческих посевах, наряду с оптимальной технологией возделывания, требуется соблюдение рекомендованных норм высева и глубины заделки семян, от чего зависит не только полевая всхожесть, но и посевные показатели убранного урожая.
Практика, сложившаяся в Тюменской области, свидетельствует о том, что оптимальные коэффициенты размножения семян в питомниках оригинального и
элитного семеноводства обеспечивают эффективное использование посевного материала высоких репродукций.
Литература.
1. Вавилов Н. И. Научные основы селекции пшеницы. Теоретические основы селекции. М.-Л.: Сельхозгиз, 1935. 244 с.
2. Variety as a factor in wheat production / S. Dencic, B. Kobiljski, G. Mladenovic, eW.// Field and Vegetable Crops Research. 2010. Vol. 47. No. 1. Рр. 317-324.
3. The influence of cultivar, location, crop management intensities, and their interactions on winter wheat yield in postregistration multi-environment trials (PDO) /A. Derejko, W. Madry, D. Gozdowski, eW. // Biul. Inst. Hodowli Aklimat. Rosl. 2011. Vol. 259. Рр. 131-146.
4. Якушев В. П., Михайленко И. М., Драгавцев В. А. Агротехнические и селекционные резервы повышения урожаев зерновых культур в России // Сельскохозяйственная биология. 2015. Т. 50. № 5. С. 550-560.
5. Ivanova A., Tsenov N. Winter wheat productivity under favorable and drought environments. II. Effect of previous crop // Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2012. Vol. 18. No. 1. Рр. 29-35.
6. Dochev V., Penchev E. Relationship between the structural elements and grain yield in winter wheat varieties, grown under various climatic conditions// Plant Science (Bulgaria). 2012. Vol. 49. No. 5. Рp. 8-12.
7. Управление взаимодействием «генотип-среда» - важнейший рычаг повышения урожаев сельскохозяйственных растений / В. А. Драгавцев, И. А. Драгавцева, И. Л. Ефимова и др. // Труды Кубанского ГАУ. Т. 2. № 59. 2016. С. 105-121.
8. Новохатин В. В. Проявление эффектов генотип-средового взаимодействия в слое почвы 0-60 см//Мат. науч. чтений, посвящённых 100-летию закладки первых полевых опытов И. И. Жилинским (8 июля 1997, Краснообск). Новосибирск, 1997. С. 126-128.
9. Annicchiarico P. Coping with and exploiting genotype-by environment interactions // Plant breeding and farmer participation. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), 2009. Рр. 519-564.
10. Dopierala P., Kordas L. The effects of genotype-environment interaction on the yield and its structure in some winter cereals // Biul. Inst. Hodowli Aklimat. Rosl. 2009. Vol. 253. Рр. 165-173.
11. Драгавцев В. А. Какие технологии генетического улучшения экономически важных свойств растений - трансгеноз или управление взаимодействием «генотип-среда» - будут доминировать в будущем // Современное состояние и приобретенные направления развития генетики, эпигенетики, селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур: докл. и сообщ. XI Междунар. генетико-селекц. шк.-семинара (пос. Краснообск, 9-13 апреля 2013 г.). Новосибирск, 2013. С. 42-47.
12. Новохатин В. В., Шеломенцева Т. В. Рост урожайности яровой мягкой пшеницы в Северном Зауралье. М.: Вестник РАСХН. 2014. № 4. С. 14-17.
13. Строна И. Г. Промышленное семеноводство. М.: Колос. 1980. 286 с.
14. Бабушкина Т. Д., Фомина М. Н., Ярославцев А. А. Обоснование норм использования оригинальных и репродукционных семян зерновых и зернобобовых культур в Тюменской области // Научное обеспечение национального проекта развития АПК Тюменской области: состояние и перспективы» (26-27 февраля 2009 года, г. Тюмень): Сборник научных трудов международной научно-практической конференции. Тюмень: Ризограф, 2009. С. 190-194.
15. Черемха Б. М., Макрушин Н. М. Отбор биологически ценных семян зерновых растений в процессе сепарации // Науков'1 прац'1 Пiвденного фл. «Кримський агротехнол. ун-т» Нац. аграр. ун-ту. 2009. № 127. С. 265-267.
16. Гончаров П. Л. Селекция зерновых и кормовых культур на засухоустойчивость в Сибири // Селекция зерновых и кормовых культур для районов недостаточного увлажнения: сб. Новосибирск, 1985. С. 3-17.
17. Лисицын П. И. Семеноводство и сортосмена // Селекция и семеноводство. 1935. № 4. С. 25-31.
18. Жученко А. А. Адаптивный потенциал культурных растений (экологические основы). Кишинев: Штиинца, 1988. 766 с.
19. Северцев А. Н. Морфологические закономерности эволюции. М.-Л., 1939. 302 с.
20. Малецкий С. И. Групповые признаки у растений // Популяционно-генетические аспекты продуктивности растений. Новосибирск: Наука, 1982. С. 5-27.
21. Молчан И. М. Биоценогенетические принципы создания пластичного сорта пшеницы в процессах селекции и семеноводства // Сельскохозяйственная биология. 1987. № 2. С. 87-96.
22. The ecology and evolution of seed dispersal: a theoretical perspective / S. A. Levin, H. C. Muller-Landau, R. Nathan, etc. //Annu. Rev. Ecol. Syst. 2003. Vol. 34. Рp. 575-604.
23. Новохатин В. В. Обоснование генетического потенциала у интенсивных сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) // Сельскохозяйственная биология. 2016. № 5. С. 627-634.
24. Ruilin G., Qiufang Wu, Yafei L. Single-plant similarity-difference selection in wheat breeding // Advance Journal of Food Science and Technology. 2013. Vol. 5. No. 11. Рp. 1413-1417.
25. Oberforster M. Trockenheit-Herausforderungen fur die Zuchtung und den Anbau von Getreide // AGES Wien 4. Klimaseminar, LFZ Raumberg-Gumpenstein, 10. September 2009. Рр. 23-28.
26. Podolska G., Sulek A. Effect of cultivation intensity on grain yield and yield components of winter wheat cultivars. Polish Journal of Agronomy. 2012. Vol. 11. Рp. 41-46.
27. Scheifinger H., Koch E. Klimaimpakt am Beispiel der Phanologie// GES Wien 4. Klimaseminar, LFZ Raumberg-Gumpenstein, 10. September 2009. Рp.15-20.
28. Fukushima A. Effects of Global Warming on Growth and Yield of Wheat in Japan: Data Analysis of Field Experiments // Japan. J. Crop Sc. 2012. Vol. 81. No. 1. Рp. 83-88.
29. Dimitrov N., Durakova A., Bozadjiev B. Relation between major quality characteristics of wheat (Triticum aestivum L.) // Аграрни науки. 2013. Vol. 4. No. 12. Рp. 5-11.
30. Бурлака В. В. Растениеводство Северного Зауралья // Тр. НИИСХ Сев. Зауралья. 1975. Вып. 11. 434 с.
31. Най П. Х., Тинкер П. Б. Движение растворов в системе почва-растение. М.: Колос, 1980. 365.
32. Лукьяненко П. П. Избранные труды. М.: Колос, 1973. 446 с.
33. Новохатин В. В., РеутскихЛ. В. Влияние глубины заделки семян сортов яровой мягкой пшеницы на урожай и качество зерна в условиях северной лесостепи Зауралья //Аграрная наука развитию и стабилизации агропромышленного комплекса Тюменской области. Тюмень, 2006. С. 186-200.
34. Яровая пшеница в Восточной Сибири // Н. Г. Ведров, В. Е. Дмитриев, Е. М. Нестеренко и др. Красноярск: Красноярский ГАУ, 1998. 311 с.
35. Harasim E., Wesolowski M. Yield and some quality traits of winter wheat (Triticum aestivum L.) grain as influenced by the application of different rates of nitrogen//Acta agrobotanica. 2013. Vol .66. (3). Рр. 67-72.
36. Новохатин В. В. Полегание яровой пшеницы и селекция на устойчивость к нему в Северном Зауралье: дис.... канд. с.-х. наук. Тюмень, 1977. 139 с.
37.Comparative effect of lodging on seed yield of flax and wheat / C. L.Vera, S. D. Duguid, S. X. Fox, etc. // Canad. J. Plant Sc. 2012. Vol. 92. No. 1. Pp. 39-43.
38. Реймерс Ф. Э., Илли И. Э. Физиология семян культурных растений Сибири. Новосибирск: Наука, 1974. 142 с.
39. Клиновицкая З. Ф. Травмирование семян плёнчатых зерновых культур и приёмы повышения их качества: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Пермь, 1975. 17с.
40. Кулешов Н. Н. Агрономическое семеноводство. М.: Сельхозиздат, 1963. 303 с.
41. Экология семян пшеницы /Л. К. Сечняк, Н. А. Киндрук, О. К. Слюсаренко и др. М.: Колос, 1981. 349 с.
42. Фирсова М. К., Попова Е. П. Оценка качества зерна и семян. М.: Колос, 1981. 223 с.
43. Grzywacz P., Qrzeszko-Rywka A. Traditional and modern methods of seed vigour testing // Postepy Nauk Rolniczych. 2007. Vol. 59. No. 5. Pp. 79-89.
44. Веллингтон П. Методика оценки проростков семян. М.: Колос, 1973. 174 с.
45. Heege H. Saverfahren für Getreide // Kali Briefe (Buntehof). Hanover. 1982. Vol. 16. No. 1. Pp.13-25.
46. Неттевич Э. Д. Яровая пшеница в Нечерноземной зоне. М.: Россельхозиздат, 1976. 220 с.
47. Никитенко Г. Ф. Биологические основы семеноводства зерновых культур: некоторые вопросы теории и практики. М.: Колос, 1968. 230 с.
48. Ведров Н. Г. Биологическое засорение сорта при репродуцировании // Сел. и сем-во. 1980. № 11. С. 36-37.
49. Дубинин Н. П. Эволюция популяций и радиация. М.: Атомиздат, 1966. 126 с.
50. Ларионов Ю. С. Вопросы семеноводства зерновых культур. Курган: Зауралье, 1992. 160 с.
51. Сурин Н. А. Адаптивный потенциал зерновых культур Сибирской селекции и пути его совершенствования (пшеница, ячмень, овёс). Новосибирск, 2011. 707 с.
52. Рюб В. К. О природе формообразования у яровой пшеницы в условиях Южного Зауралья // Агробиология. № 5. 1962. С. 692-693.
53. Жученко А. А. Экологическая генетика культурных растений: адаптация, рекомбиногенез, агробиоценоз. Кишинев: Штиинца, 1980. 586 с.
54. Дубинин Н. П., Глембоцкий Я. Л. Генетика популяций и селекция. М.: Наука, 1967. 591 с.
55. Мюнцинг А. Генетика. М.: Мир, 1967. 219 с.
56. Уильямс У. Генетические основы и селекция растений. М.: Колос, 1968. 448 с.
57. Recurrent selection for kernel weight in spring wheat // J. J. Wiersma, R. H. Busch, G. G. Fulcher, etc. // Crop Sc. 2001. Vol. 41. No. 4. Pp. 999-1005.
58. Овчаров К. Е., Кизилов Е. Г. Разнокачественность семян и продуктивность растений. М.: Колос, 1966. 159 с.
59. Чазов С. А., Симонов Ю. А. Семеноводство на промышленной основе. М.: Россельхозиздат, 1978. 197 с.
60. Коновалов Ю. Б. Формирование продуктивности колоса яровой пшеницы и ячменя. М.: Колос, 1981. 175 с.
61. Налобина З. И. Агрономическое обоснование сроков посева и норм высева яровой пшеницы в северной лесостепи Тюменской области: дис. ... канд. с.-х. наук. Тюмень, 1977. 220 с.
62. Новохатин В. В. Модель сорта яровой пшеницы для Северного Зауралья // Сельскохозяйственная наука - развитию АПК Тюменской области: сб. тр. науч.-практ. конф., 15-17 февраля 2000 г. Тюмень, 2000. С. 50-56.
63. Новохатин В. В. Биоклиматические ресурсы Северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2015. № 8 (138). С. 22-27.
64. Wu J., Carver В. F. Sprout damage and preharvest sprout resistance in hard white winter wheat // Crop Sc. 1999. Vol. 39. No. 2. Pp. 441-447.
65. Новохатин В. В. Устойчивость яровой мягкой пшеницы к предуборочному прорастанию зерна // Тюменское обеспечение агропромышленного комплекса Тюменской области. Новосибирск, 2003. С. 152-172.
66. Binek A., Mos M. Zaleznosc pomiedzy spoczynkiem ziarniakow pszenicy ozimej a liczba opadania // Biul. Inst. Hodowli Aklimat. Rosl. 2003. Vol. 230. Pp. 71-80.
67. Кузьмин В. П. Селекция и семеноводство зерновых культур в целинном крае Казахстана. Москва-Целиноград: Колос, 1965. 199 с.
68. Гуляев Г. В. О развитии идей в семеноводстве // Селекция и семеноводство. 1995. № 2. С. 47-50.
69. Методические рекомендации по производству семян элиты, зерновых, зернобобовых и крупяных культур. М.: ВАСХНИЛ, 1990. 39 с.
70. Программа комплексного селекционно-семеноводческого центра по растениеводству ГНУ НИИСХ Северного Зауралья на период 2011-2030 гг. /под редакцией В. В. Новохатина. Тюмень. 2011. 98 с.
71. Бабушкина Т. Д., Губарева Н. К. Использование метода электрофореза запасных белков семян зерновых культур в первичном семеноводстве // Семеноводство и питомниководство сельскохозяйственных растений в Сибири: мат. науч.-мет. конф., посв. 50-летию АНИИЗиС(г. Барнаул, 2000 г.). Новосибирск, 2000. С. 29-30.
SCIENTIFIC SUBSTANTIATION OF PRIMARY AND ELITE SEED-GROWING OF CEREALS
V. V. Novokhatin
Research Agricultural Institute of the Northern Trans-Urals - the branch of the Federal Research Center of Tyumen' Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, ul. Burlaki, 2, pos. Moskovskii, Tyumenskii r-n, Tyumenskaya obl., 625501, Russian Federation
Abstract. Variety is one of the main elements of crop production, and accelerated distribution of breeding achievements is possible only through an established system of seed production. Modern agricultural technologies make it possible to use breeding reserves to increase yields of cereals. The yield is an integrated indicator of quantitative characteristics, the manifestation of which is largely conditioned by limiting factors. In industry, seed crops are infested with weeds, varietal and species impurities, are affected by diseases and pests. Due to the mutating effect of disinfectants and herbicides, atypical morphotypes accumulate in populations of varieties, which pollute the structural composition of the variety populations, which leads to a change in the interaction of the genotype with the environment and then causes a decrease in its productivity. All these problems are solved by well-established elite and, especially, primary (original) seed production, which ensures the preservation of genetic and yielding properties of the variety. Maintaining the original seed production provides an evolutionary-analog approach aimed at preserving the conjugate genetic inheritance of polygenic characteristics of the variety. An important factor in the primary links of seed production is selection: mass selection, individual-family selection, controlled reseeding, and method of genetic markers (electrophoresis). By the example of Tyumen region, where grain and leguminous cultures occupy more than 750,000 hectares and the fourth reproduction of seeds is considered as a mass one, the organizational aspects of the management of original and elite seed production are shown.
Keywords: variety; seeds; nursery; reproduction; selection; population; biotype; yield; germination energy; germination capacity; varietal purity.
Author Details: V. V. Novokhatin, Cand. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Novokhatin V. V. Scientific Substantiation of Primary and Elite Seed-Growing of Cereals. Dostizheniya naukii tekhniki
APK. 2018. Vol. 32. No. 9. Pp. 40-47 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10910.
