Задачи, направления и методы селекции

4.1. Задачи и направления селекции

Пшеница поражается ржавчиной, мучнистой росой, головней, фузариозом, корневыми гнилями, вирусами и др. Наиболее действенный путь борьбы с болезнями — создание устойчивых к ним сортов, это одна из главнейших задач селекционеров. Работы по созданию устойчивых сортов могут идти в двух направлениях.

1. Вовлечение в селекционный процесс форм, проявляющих устойчивость к болезням и вредителям, распространенным в той или иной зоне. В этом случае очень важны поиски сортов, обладающих во взрослом (не проростки) состоянии широким диапазоном полевой устойчивости ко многим расам какой-либо болезни. Такая устойчивость носит более стабильный характер к изменениям рас, чем устойчивость проростков с высокочувствительными генами, обусловливающими устойчивость. При этом методе вновь создаваемые сорта превосходят районированные не только по устойчивости к определенным паразитам, но и по другим хозяйственно-ценным признакам (продуктивность, неполегаемость и т. п.).

2. Использование форм пшеницы, несущих гены устойчивости к определенным расам болезней и вредителей, чтобы методом беккроссов передать эту устойчивость высокопродуктивным районированным сортам. Блестящим примером использования этого метода служит создание сорта Биг Клаб 43 (США).

Разновидностью второго направления в селекции устойчивых к болезням и вредителям сортов является метод создания многолинейных сортов, предложенный Борлаугом и Гиблером. Он состоит в том, что в пределах районированного сорта методом беккроссов с различными источниками устойчивости к определенным болезням создаются линии, различающиеся между собой только устойчивостью к различным расам паразита. Затем, смешивая в определенных пропорциях различные линии со схожими фенотипами, но с разным типом устойчивости, можно создать большую степень устойчивости к поражению ржавчинными грибами. Такие многолинейные сорта сохраняют устойчивость к ржавчине более длительное время, чем чистолинейные. Следует иметь в виду, что второй способ можно применять только в том случае, когда к товарному качеству зерна не предъявляется высоких требований по его однородности.

4.2. Методы селекции и схема селекционного процесса.

Основные методы селекции на иммунитет - отдаленная межвидовая и межродовая гибридизация, экспериментальный мутагенез, внутривидовая гибридизация с привлечением экологически отдаленных устойчивых форм, а также методы хромосомной и генной инженерии [41].

Питомники исходного материала:

а) гибридный;

б) специальный.

б) Гибридный питомник. В этом питомнике высевают все генерации гибридов от F₁ до F₆, а иногда и более поздних поколений. Используют сажальные аппараты, обеспечивающие площадь питания растений 5 х 20, иногда 10 х 20 или даже 10 х 30 см., для размножения ранних поколений, или при отборе элитных растений, и сеялку ССФК – 7 с шириной междурядья 15 см., при посеве делянок расщепляющихся поколений гибридных популяций, предназначенных для отбора элитных колосьев.

Стандарт размещают через 10-30 номеров. Размер делянок определяется количеством семян и гибридным поколением (обычно не превышает 10 м²). Число рядков зависит от количества зерен в F₁ и отобранных элитных растений F₂ и F₃, а число делянок — от масштабов скрещивания и от числа отборов. Для гибридов F₁ наиболее удобна длина рядков 2 м, для F₂ и F₃ - 6 м.

В гибридном питомнике убирают: а) отдельные элитные растения, выделенные по тем или иным признакам; б) лучшие колосья; в) лучшие семьи старших поколений.

В гибридном питомнике указывают номер делянки, номер отбора, происхождение (комбинация скрещивания), высоту растения, количество продуктивных стеблей, ботаническую разновидность, форму колоса. После обмолота растений индивидуального отбора или отобранных семей проводят браковку по зерну: окраске, выполненности, массе 1000 зерен и т. д.

в) Специальные питомники. В связи с использованием в селекции метода мутагенеза, полиплоидии, культуры тканей и клеток возникает необходимость в специальных питомниках для выращивания мутантных форм или полиплоидов, анеуплоидов, гаплоидов и др. В группу специальных питомников относят и питомник гибридизации (питомник родительских форм).

3.1. Селекционный питомник закладывают без повторений. Материал оценивают в течение 2-х лет, в первый год формируют селекционный питомник первого года (СП-1), во второй – селекционный питомник второго года (СП-2). В СП-1 поступает селекционный материал всех отборов

Рис. 1. Схема селекционного процесса

элитных растений, колосьев и образцов, линии повторных отборов с расщепляющихся делянок, селекционных питомников предыдущих лет посева и другие материалы. Общее их число в крупных селекционных центрах достигает 5-10 тыс.

Размеры делянок в СП-1 для отдельных линий могут быть разными, т. е. с различным числом рядков, длина же самих рядков должна быть одинаковой. Посев проводят ручными сеялками (например, СПР-2 конструкции СибНИИСХа), норма высева от 10 до 40 семян на погонный метр. Линии сравнивают между собой и со стандартом, размещаемым через 10-20-40 делянок.

В период вегетации проводят фенологические наблюдения, оценку устойчивости к полеганию, поражения болезнями и вредителями. Осуществляют тщательный просмотр и браковку худших линий на корню в поле перед началом фазы полной спелости и после обмолота — по зерну. Для дальнейшей работы отбирается не более 4-5% линий.

В СП-2 высевают линии, отобранные из селекционного питомника первого года. Посев проводят сеялкой ССФК-7 или СКС-6-10, на делянках площадью 2-5м².

Наблюдения и оценки в период вегетации те же, что и в СП-1. На наиболее ценных делянках, не выровненных морфологически, проводят индивидуальные отборы для повторного посева в селекционном питомнике. Выделенные лучшие линии убирают по комбинациям, малогабаритными комбайнами. В лаборатории проводят браковку по продуктивности, зерно взвешивают, определяют массу 1000 зерен, а у лучших линий устанавливают содержание белка, сырой клейковины и с помощью микрометодов - хлебопекарные качества муки. Лучшие потомства (25-30% линий) передают в контрольный питомник.

Контрольный питомник. Количество семенного материала здесь уже достаточное и позволяет перейти к оценке и сравнению испытуемого материала с единицы площади. В связи с этим размер делянки возрастает до 2-10 м² и более. Кроме того, вводят повторность опыта. Посев проводят сеялкой ССФК-7 или СН-16П с принятой в производстве нормой высева, в двух-, четырёхкратной повторности.

Испытуемые номера оценивают как по отдельным признакам, так и по их совокупности, главный среди которых—урожайность. Дополнительно учитывают продуктивность стеблестоя на метровых отрезках двух соседних рядков на каждой делянке и высоту растений в трех местах.

Параллельно с закладкой контрольного питомника часть семян высевают на инфекционном фоне для оценки устойчиво­сти к разным видам ржавчины, головни, мучнистой росе.

Убирают лучшие линии малогабаритными комбайнами. По­сле высушивания зерна его взвешивают, определяют массу 1000 зерен, оценивают выравненность, выполненность и стекловидность зерна, определяют его технологические качества. Путем статистического анализа выделяют номера, существенно превышающие стандарт. На основании итоговых данных отби­рают ценные номера (20-25%) для следующих звеньев селек­ционного процесса.

Предварительное (малое) сортоиспытание. Здесь так же, как и в контрольном питомнике, продолжают оценивать испытуемые номера путем учета урожая с единицы площади. В предварительном сортоиспытании оценивают лучшие линии из контрольного питомника. Учетная площадь делянки, для зерновых - 10-25 м², повторность четырехкратная, расположение сортов рендомизированное или систематическое. Стандарт размещают через 5 -10 испытуемых линий, которые теперь именуют сортами. Посев проводят сеялкой СН-16П или ССФК-7 с принятой в производстве нормой высева. Число испытуемых сортов обычно 25-30, но при больших объемах работы может достигать 100. Фенологические наблюдения, оценки, выделение выключек, уборку и разбор пробных снопов осуществляют по методике государственного сортоиспытания. Как правило, весь набор сортов параллельно высевают на провокационном фоне для оценки по устойчивости к грибным болезням и в ящики с землей (озимая пшеница) для оценки в зимнее время по морозостойкости.

Уборку проводят малогабаритными комбайнами «Сампо-25» или «Сампо-130». Для полного технологического и биохимического анализов отбирают средний образец зерна каждого сорта массой 1-3 кг. Данные учета урожая и соответствующих наблюдений подвергают статистическому анализу. По результатам сравнения совокупных данных о каждом сорте и стандарте выделяют лучшие для изучения в конкурсном сортоиспытании.

Конкурсное (основное) сортоиспытание. Здесь дают основную оценку лучшим сортам, поступившим из предварительного сортоиспытания и полученным для экологического сортоиспытания из других научно-исследовательских учреждений, выделяя из них те, которые превосходят районированные сорта. Общее число испытуемых в конкурсном сортоиспытании сортов обычно 10—20, но может достигать и 40—60 Посев проводят так же, как и в предварительном сортоиспытании. Повторность четырёх-, шестикратная, с рендомизированным или систематическим размещением сортов. Площадь учетной делянки для зерновых культур 25-50 м², для пропашных —150-200 м². Как правило, сортоиспытание проводят по двум предшественникам, наиболее распространенным в конкретной зоне. Сорта изучают 2—4 года по методике государственного сортоиспытани [42].

4.3 Оценка селекционнного материала

Работа по созданию сортов любой культуры, как правило, завершается всесторонней оценкой созданных линий. Она является делом довольно сложным и длительным, так как приходится оценивать одновременно десятки тысяч растений и линий в разных питомниках, причем часто при очень ограниченном количестве семян. В силу этого требуется применять разные методики исследований, чтобы получить достоверные результаты. Селекционные линии приходится оценивать одновременно по многим признакам и свойствам, причем иногда в ограниченный промежуток времени (например, период колошения). Оценку можно подразделить условно на три группы:

- Методы полевой оценки. С помощью их учитываются и оцениваются особенности роста и развития изучаемых форм растений в полевых условиях, требование к агрохимии, продуктивность, отношение к неблагоприятным условиям среды, болезням и т.д.

- Лабораторно-полевые методы оценки. При этих методах данные полевого учета дополняются лабораторными исследованиями. Они имеют своей целью, кроме количественной оценки (размер, масса и т.д.) дать еще и качественную оценку изучаемых признаков. Например, урожайность определяется полевым методом, а качество зерна: масса 1000 зерен, крупность и т.д. - лабораторным методом.

- Лабораторные методы оценки состоят в выяснении биохимических и физиологических особенностей данной линии или растения. Такие углубленные исследования помогают вскрывать причины тех или иных качественных и количественных недостатков изучаемых форм растений и намечать их пути устранения. Например, выяснив с помощью физиологических методов причины неустойчивости растений к полеганию, болезням, можно наметить пути создания новой формы растений, устойчивой к полеганию, болезням и т.д.

Технологическая оценка качества зерна проводится также лабораторными методами с целью определения технологических и хлебопекарных свойств.

В селекции оценки проводятся в определенной последовательности, которая выражается в том, что на первых этапах работы с исходным материалом, когда стоит задача из большого количества разнообразных форм выделить лучшие растения, оценка проводится глазомерно. На этом этапе применяется большей частью полевой метод оценки.

По мере выбраковки малоценных форм, уменьшения количества линий в соответствующих питомниках, а также увеличение количества собранных семян, работа по оценке усложняется, количество оцениваемых признаков и свойств увеличивается, причем более сложными методами. При таких методах оценки, к полевому методу добавляется лабораторно-полевые и лабораторные методы. Таким образом, последовательность в оценке заключается в том, что из большого количества гибридов или линий глазомерно выделяются все лучшие формы, которые в дальнейшем подвергаются более детальной оценке сложными методами и постепенной выбраковке худших. Остаются самые лучшие формы растений, которые в заключение подвергаются всесторонней оценке по всем признакам и свойствам, характеризующим хозяйственную ценность созданной, которые выдвигаются в качестве перспективных сортов для передачи на Государственное сортоиспытание.

Полевые и лабораторно-полевые методы оценки, в свою очередь, разделяются на прямые, косвенные и провокационные.

- Прямой метод оценки состоит в том, что оценка растений по тем или иным признакам и свойствам приводится путем непосредственного осмотра растений, линий, их измерения, подсчета, взвешивания и т.д.

Например, прямой метод оценки на зимостойкость пшеницы заключается в подсчете осенью на заранее выделенной площадке и вторичном подсчете весной на той же площадке, когда растения возобновят вегетацию. Разница в подсчете, выражения в процентах, будет характеризовать зимостойкость данного сорта, линии. Такая оценка проводится по тем признакам, которые можно видеть, измерять, взвешивать, подсчитывать и т.д.

- Косвенный метод оценки — это оценка по интересующим селекционера признаку проводится не непосредственно, а с помощью другого свойства, которое коррелятивно связано с тем признаком, по которому мы хотим оценить данное растение. Например, прямой метод оценки растений на зимостойкость проводится подсчетом количества растений, погибших под действием мороза. Следовательно, здесь нужно изучаемые растения подвергнуть действию низких температур в холодильных камерах, а затем подсчитывать число погибших растений и на основании этого определить морозостойкость. Другим примером косвенной оценки является определение морозостойкости по содержанию количества сахаров в клеточном соке растений. Определяя процентное содержание в клеточном соке озимой пшеницы осенью, можно относительно предположить их зимостойкость.

- Провокационные методы оценки состоят в том, что для определения отдельных признаков и свойств растений, искусственно создаются неблагоприятные условия для изучаемых растений (низкие температуры для определения зимостойкости, избыточные азотные удобрения для выяснения устойчивости к полеганию, нанесение инфекционных фонов для определения устойчивости к болезням и др.) [48].