Селекция зерновых культур на повышение продуктивности и устойчивости к абиотическим факторам и вредным организмам

Селекция зерновых культур на повышение продуктивности

и устойчивости к абиотическим факторам

и вредным  организмам

Результаты практической селекции растений

В 50—60-е годы прошлого столетия достижения биологической и сельскохозяйственной науки обеспечили в экономически развитых странах увеличение урожайности зерновых культур в 2—3 раза и более. При этом в среднем треть прироста урожайности была получена за счет внедрения короткостебельных сортов, повышения устойчивости растений к болезням и вредителям, отзывчивости на факторы интенсификации земледелия (Касаева. Ковалев, 1989).

В развивающихся странах (Индия, Мексика) быстрый рост в 60—70-х годах урожайности  зерновых связывают с сортосменой. В экономически развитых странах, где  темпы роста урожайности в  этот период были не менее значительными, а абсолютные приросты — намного выше (табл. 3.5), ведущая роль в увеличении производства зерна отводилась интенсификации земледелия, которая требовала создания более отзывчивых на данные факторы сортов. Так, в ФРГ в период с 1952 по 1975 год ежегодный прирост урожайности озимой пшеницы составил 92 кг/га, в том числе 62% обусловило совершенствование технологии и 38% — внедрение новых сортов: яровой пшеницы — соответственно 82 кг/га, 68 и 32%; озимого ячменя — 93 кг/га, 81 и 19%; ярового ячменя — 59 кг/га, 49 и 51%; овса — 58 кг/га, 59 и 41%; кукурузы на зерно — 196 кг/га, 66 и 34%; озимой ржи — 62 кг/га. 13 и 87% (Schuster, 1978).

По данным Национального института  агроботаники Великобритании, до 1957 года основную роль в росте урожайности зерновых в стране играли гербициды и удобрения, в последующее десятилетие—повышение норм азота при возделывании новых, устойчивых к полеганию сортов, после 1967 года — сортосмена. Удельный вес селекции в приросте урожайности пшеницы по этим периодам составлял соответственно 38, 42 и 60% (Silvey, 1978). Созданные в Великобритании в 70—80-е годы короткостебельные высокопродуктивные сорта озимой пшеницы позволили полностью обновить сортимент культуры. Потенциал продуктивности современных сортов английской селекции достиг 140 ц/га. Они толерантны к повышению уровня азотного питания, высокой плотности стеблестоя и практически не нуждаются в применении ретардантов. Уборочный индекс английских пшениц (0,6) приблизился, по мнению специалистов, к максимально возможному (Austin, 1982).

3.6. Средняя урожайность  зерновых культур в мире и  ряде стран, ц/га (по Назаренко,1996)

Созданные в мире селекционерами сорта  и гибриды зерновых культур обладают потенциалом продуктивности, который  еще не реализован в производстве. Потолок продуктивности зерновых не только не достигнут, но даже и не установлен. Он повышается по мере селекционного улучшения сортов и оптимизации условий возделывания.

Селекционные сорта зерновых в  нашей стране также обладают высоким  потенциалом продуктивности: по озимой пшенице — 80—100 ц/га, озимой ржи — 60—70, яровой пшенице —50— 60, яровому ячменю — 60—80, рису —70—110 ц/га. Однако в производственных условиях уровень продуктивности реализуется на одну треть, а в некоторых случаях — лишь на 10—20%. Главная причина недоборов урожая — несоответствие сорта технологии и экономическим ресурсам поля, и наоборот — несоответствие технологии биологическим особенностям сорта и экономическим ресурсам (Неттевич, 1986; Гурьев, Литун, Вовкодов и др., 1988).

Высокий уровень использования в зарубежных технологиях химических средств, механизация и мелиорация приводят к загрязнению биосферы, засолению почв, развитию эрозионных процессов, увеличению затрат на единицу продукции, росту цен на средства труда, дефициту водных и энергетических ресурсов. Эти издержки интенсивной технологии возделывания зерновых находят отражение в снижении приростов их урожайности, наблюдающемся в ряде развитых стран (Маркарьян, 1987). Поэтому, если базироваться только на существующих технологиях, вряд ли можно надеяться на получение в дальнейшем более высоких приростов урожайности, чем в 60—70-е годы XX века. Обеспечить необходимые темпы роста продуктивности зерновых культур позволит лишь перевод технологии их возделывания на качественно новый уровень. По мнению зарубежных специалистов. в условиях снижения на мировом рынке цен на зерно и возрастания требований к охране окружающей среды необходимо расширение применения интегрированных ресурсосберегающих технологий (Ковалев, Касаева, Семенова и др., 1989).

Сейчас стало очевидным, что роль селекции в решении этих вопросов будет все больше возрастать. Сорт является наиболее надежным и экономически выгодным фактором повышения уровня урожайности и ее стабильности.

Хотя селекция зерновых культур  во всех странах сходна по своим стратегическим целям (создание высокопродуктивных сортов, устойчивых к болезням и вредителям, действию неблагоприятных условий окружающей среды, имеющих высокое качество зерна), ее приоритетные направления в разных странах существенно различаются и во многом зависят от природно-климатических условий. Так, в странах Западной Европы с высоким биоклиматическим потенциалом производства, высокой культурой земледелия достигнуты наибольшие успехи в селекции зерновых на повышение продуктивности. Наряду с высокой продуктивностью, многие западно-европейские сорта пшеницы отличаются хорошей устойчивостью к фитопатогенам.

В нашей стране созданы наиболее зимостойкие и засухоустойчивые сорта, ряд высокопластичных сортов, хорошо приспособленных к самым  различным почвенно-климатическим условиям. Повышение экологической устойчивости сортов, как важнейшего биологического фактора интенсификации технологий, особенно важно в связи с тем, что большая часть земельной площади нашей страны характеризуется либо крайне холодным, либо крайне засушливым климатом (Жученко, 1990; Рыбакова и др., 1994; Кумаков, 1995).

Представляет значительный интерес  направление селекции по созданию агрохимически  эффективных сортов (АЭС), обеспечивающих снижение расхода минеральных удобрений  на 30—40% и более. АЭС растений являются, как правило, устойчивыми к экстремальным условиям. Модель сортов этого типа включает физиологические признаки, характеризующие устойчивость растений к полеганию, толерантность к стрессовым факторам (абиотическим и биологическим), а также показатели, коррелирующие с активным поглощением и рациональным расходом элементов питания (Климашевский, 1995). Главное значение в повышении отзывчивости сорта на удобрения имеет не только мощное развитие корневой системы, но прежде всего активная ее физиологическая деятельность: повышенный приток углеводов к корням, более длительное функционирование зародышевых и придаточных корней, повышенное содержание физиологически активных метаболитов и др.

Среди сортов более поздней селекции выделялись:

— зимо- и морозостойкие сорта пшеницы: Мироновская 808, Заря, Ахтырчанка, Краснодарская 39, Одесская 51, Олимпия, Тарасовская 29; ржи — Восход 2, Чулпан 3, Харьковская 78, Крона, Короткостебельная 69, Орловская 9, Саратовская 5;

— засухоустойчивые, с хорошим уровнем продуктивности сорта озимой пшеницы: Донская безостая, Тарасовская 29, Донская остистая, Донская полукарликовая, Одесская 51, Краснодарская 39, Обрий: яровой пшеницы — Саратовская 29, Саратовская 46, Саратовская 55, Саратовская 57, Целинная 20, Целинная 26, Карагандинская 2, Алтайка; ячменя — Одесский 100, Одесский 111, Зерноградский 73, Харьковский 60, Целинный 5;

— раннеспелые и среднеспелые сорта  яровой пшеницы: Ир-тышанка 10, Тюменская  ранняя, Омская 17, Альбидум 28, Воронежская 6, Алтайская 81, Новосибирская 81;

— сорта с повышенной экологической  пластичностью: Безостая 1, Мироновская 808, Саратовская 29, Одесская 51, Омская 9, Краснодарская 39 (пшеница); Московский 121 (ячмень); Чулпан (рожь). Сорт Безостая 1 по устойчивости формирования высокого качества зерна не уступает пока ни одному из новых сортов сильных пшениц;

— солонцеустойчивые сорта яровой пшеницы: Сибаковская 3, Целинная 20, Омская 11, ячменя — Нутанс 106, Южный.

За  последние годы, несмотря на большие  трудности с финансированием  исследований, селекционерами страны созданы и районированы ряд новых сортов зерновых культур, сочетающих повышенную устойчивость к стрессовым факторам среды, особо опасным патогенам, с улучшенной технологичностью, адаптивностью и экологической пластичностью (Шевелуха и др., 1995,1997).

Перспективны  созданные и включенные в ГСИ  в 1993-1994 гг. сорта яровой мягкой и  твердой пшеницы: Омская 26. Омская 28, Россиянка, Саратовская 60, Л—505, Кинельская 60. Тулайковская белозерная, Тулайковская степная, Лада, Алтайский простор и Варяг. В 1995 г. дополнительно передано в ГСИ 13 новых сортов. Отличительной их особенностью является повышенная устойчивость к весенне-летней засухе и полеганию растений, поражению бурой и пыльной головней, улучшенное качество зерна. В 1991—1995 гг. в Госреестр РФ включены сорта яровой мягкой и твердой пшеницы: Алтайская 88, Альбидум 29, Башкирская 24, Диас 2, Крестьянка, Красноуфимская 90, Л-503, Саратовская 58, Омская 18, Омская 20, Алтайская Нива, Саратовская золотистая, Кинельская 59, Алтайская 92, Саратовская 60, Терция, Приленская 19, Безенчукский янтарь, Людмила, Харьковская 23 и Дамсинская 90.

С 1997 г. в Госреестр РФ включены сорта мягкой яровой пшеницы: Омская 28, Росинка, Саратовская 62, Алтайский простор. Валерия, Варяг, Ильинская, Крепыш, Курская 2038, Лада, Нива 2 и сорт яровой твердой пшеницы Ангел. Однако ни один из этих сортов не обладает комплексной устойчивостью к наиболее распространенным болезням, не высок удельный вес сильных сортов. Требуется усиление селекции этой культуры на устойчивость к корневым гнилям и головне, на жаро- и засухоустойчивость.

Селекционная  работа с озимой рожью проводилась в направлении улучшения технологических и хлебопекарных качеств, повышения устойчивости к полеганию, прорастанию зерна в колосе, болезням (снежная плесень и др.). Созданы и переданы в ГСИ сорта Валдай, Фаленская 4,Чулпан 7 и др. В Госреестр РФв 1991— 1995 гг. включены следующие сорта этой культуры: Пурга, Бе-зенчукская 87, Кировская 89, Сибирская 82, Енисейка, Дымка, Таловская 29, Татарская 1. В 1997 г. передано на ГСИ 12 новых, высокоурожайных сортов.

В 1991—1995 гг. в Госреестр РФ включено 37 новых сортов ярового и озимого ячменя, из них 26 создано селекционерами России. Селекционная работа была направлена на повышение устойчивости растений к полеганию, неблагоприятным условиям среды, болезням и получению стабильных урожаев. По овсу наиболее результативными оказались селекционные работы, в которых проводили скрещивание высокопродуктивных с прочным стеблем сортов европейской селекции с лучшими сортообразцами американского континента, обладающими устойчивостью к грибным болезням, повышенной засуховыносливостью и хорошим качеством зерна. За пять лет внесено в Госреестр РФ 26 сортов, в том числе 21 сорт — российской селекции.

Всего за 1992—1996 гг. сепекционно-опытными учреждениями Российской Федерации создано и  принято на государственные испытания 285 сортов колосовых зерновых культур. За этот период 279 сортов и гибридов зерновых культур включено в Госреестр, в том числе 35 сортов за 1996 год (Гуляев, 1998).

При создании указанных сортов зерновых культур использовался основной метод практической селекции — гибридизация (межсортовая, межвидовая), в ряде случаев — методы мутагенеза, культуры тканей и клеток.

Большим резервом роста продуктивности и  стабильности урожая зерновых культур  является селекция на гетерозис. Наибольшего по своей продолжительности успеха удалось добиться в селекции гибридной кукурузы в США. В целом в производство введены гибридные сорта почти для 40 продовольственных культур (Майо, 1984). Исследования в этом направлении уже привели к коммерческому использованию гибридов пшеницы в США, Франции и Австралии, ржи в ФРГ, риса в КНР и Японии.

В Китае первые гибриды риса поступили  в производство в 1975 г. Сейчас их число  измеряется десятками. Уже в 1980 г. гибриды  риса выращивались на 17% площади, отведенной под эту культуру. Дополнительный сбор зерна при посеве гибридного риса составляет 10—15% по сравнению с обычными сортами (Sollenberger, 1985). Семеноводство гибридного риса в КНР базируется на использовании цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), источником которой послужило единичное мужскистерильное растение — спонтанный гибрид между дикорастущим и культурным рисом. В 1983 г. из мировой коллекции риса выделили достаточно эффективные восстановители фертиль-ности, наибольшее применение среди которых получили корот-костебельные сорта интенсивного типа IR-24, IR-26 и IR-661 селекции Международного института риса на Филлипинах. Китайские селекционеры-генетики обнаружили, что ядра клеток некоторых видов риса изменяют свою способность к делению под воздействием света или температуры. Были установлены хромосомы, ответственные за явление фотосенсорной стерильности. Это явление было использовано на практике, в работах по гибридному рису (Цинь Ши, 1997).

В Японии в 1984 г. был создан первый гибрид риса Акэнокоси, который на 13% превосходил  по урожайности самые продуктивные сорта. В 1986 г. появился еще более продуктивный гибрид Акитикара (Маркарьян, 1987). В дальнейшем исследования были направлены на повышение пыльцевой продуктивности отцовских линий, устойчивости гибридов к вредным организмам, снижение затрат ручного труда и т.п. По мере решения этих вопросов роль гибридного рисоводства в основных рисосеющих странах мира будет возрастать.

Коммерческие  гибриды озимой ржи впервые в  мире поступили в производство в  ФРГ. Семеноводство их базируется на ЦМС типа Пампа. В качестве материнской формы используют мужскистерильный простой гибрид, а в качестве отцовской — синтетический сорт — восстановитель. В сортоиспытаниях гибриды ржи превышали среднюю урожайность лучших сортов на 10— 19%(Касаева,Ковалев, 1989).

В НИИСХ ЦРИЗ совместно с немецкой фирмой Лохов-Пет-кус начаты работы по созданию высокогетерозисных гибридов F₁ озимой ржи, рентабельных для возделывания в условиях Центрального Нечерноземья России. В 1997 г. получены семена 16 гибридов F₁ на основе ЦМС и организовано их экологическое испытание. Один из этих гибридов (материнская форма — немецкая, отцовская — российская) дал урожайность 82,1 ц/га, превысив сорт Пургу на 8,7 ц/га (или на 11,8%). Остальные гибриды уступали стандарту из-за слабой их перезимовки.