Физиолого-биохимические свойства, комбинационная способность и адаптированность высокобелковых линий яровой мягкой пшеницы в связи с селекцией

Создание сортов пшеницы, сочетающих высокое содержание белка с повышенной урожайностью и хорошим качеством клейковины является одной из главных задач современной селекции. В связи с этим необходимо создавать новые доноры высокой белковости зерна, вовлечение в гибридизацию которых позволило бы существенно повысить питательную ценность зерна и продуктов его переработки. Практика показывает, что привлечение в скрещивания слабо изученных источников повышенного содержания белка, как правило, не дает положительных результатов. И не случайно, что результаты отечественной селекции на повышение белковости зерна более чем скромные. Основные трудности лежат в совмещении продуктивности и содержания белка на высоком или хотя бы на повышенном уровне. Не менее проблематично и сочетание в одном генотипе белковости зерна и высокого качества клейковины. По-видимому, эти проблемы целесообразнее решать поэтапно. Надо полагать, что все источники и доноры белка, вовлеченные в скрещивания, должны быть прежде всего изучены на предмет их селекционной ценности. Заслуживает особого внимания и изучение у высокобелковых генотипов особенностей накопления и распределения азотистых веществ в вегетативных и генеративных органах растений. Важно также знать и вклад факторов внешней среды в накопление белка, определить приоритеты в решении затронутой проблемы. В свете этого представлялось необходимым подвергнуть физиолого-биохимической и селекционной оценке созданные в НИИСХ Юго-Востока (Сайфуллин Р.Г., Бебякин В.М.) линии Pro, формирующие зерно с повышенным содержанием белка.

Цель и задачи исследований.

Целью исследований являлось изучение комбинационных и адаптивных свойств, а также особенностей накопления и распределения азота в вегетативных органах и зерне у высокобелковых линий яровой мягкой пшеницы, как исходного материала для селекции.

В связи с этим в задачу исследований входило:

— изучить физиолого-биохимические свойства линий Pro в контрастных условиях среды при разном уровне азотного питания;

— выявить характер накопления и распределения азота в вегетативных и генеративных органах растений у некоторых из линий в сравнении с районированными сортами;

— изучить взаимосвязь между показателями, определяющими содержание азота в органах растений и количество белка в зерне на генотипическом уровне;

— оценить комбинационную способность высокобелковых линий в топкросс-ных скрещиваниях с высокопродуктивными сортами по показателям, обусловливающим урожай и качество зерна;

— оценить пластичность, стабильность и гомеостаз у высокобелковых линий по физиолого-биохимическим индексам и содержанию азота в вегетативных органах, и зерне;

— определить степень (долю) влияния фиксированных факторов (генотип, год, агрофон) на показатели, обусловливающие накопление белка в зерне. Научная новизна.

Изучены физиолого-биохимические свойства, накопление и распределение азота в вегетативных и генеративных органах у новых линий, формирующих зерно с повышенным содержанием белка. Протестирована комбинационная способность по составляющим урожая и качества зерна, а также пластичность, стабильность и гомеостаз по накоплению азота в растениях у 12 линий Pro. Выявлены носители ценных аддитивных комплексов генов по качеству зерна и линии, с повышенным содержанием белка, не уступающие по урожаю Саратовской 29. Впервые показана доля влияния генотипа и условий среды на накопление азота в вегетативных и генеративных органах пшеницы.

Практическая ценность работы.

Отдельные линии могут быть использованы в программах селекции как доноры повышенного содержания белка. Выявлены генотипы, обладающие повышенной комбинационной способностью по качеству зерна и адаптивные генотипы по физиолого-биохимическим свойствам. Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на научно-практической конференции (Саратов-Красный Кут, 1999 г.) и V Всероссийской научно-практической конференции «Селекция и семеноводство полевых культур» (Пенза, 2001 г.). Публикация результатов.

По результатам исследований опубликованы 4 работы.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 50 таблиц. Состоит из введения, пяти глав, общих выводов, предложений и рекомендаций для селекционной практики, списка литературы, который включает 134 источника, в том числе 43 на иностранных языках, и 25 приложений.

Общие выводы.

1. Высокобелковые линии уступают базовым сортам (Саратовская 55, Саратовская 58) или значимо не отличаются от них по содержанию азотистых веществ в органах растений. Каких-либо особенностей по накоплению валового азота в листьях, стеблях, и элементах колосьев у них в сравнении с районированными сортами не проявляется. Максимальное количество валового азота в надземных органах накапливает линия F12-i3(A5xim4).

2. По содержанию азота (%) в надземных органах большинство линий Pro превосходит стандартные сорта (Саратовская 55, Саратовская 58). Линии F9. io (C55×358 АА5В), Fi2-i3(A5xEQI4) и Р9. ю (Лютесценс 62хА5) накапливают. наибольшее количество азота.

3. Обеспеченность зерна азотом (03N) у высокобелковых генотипов на удобренных a30TOM (N6o, Ni2o) фонах выше по сравнению с базовыми сортами. Количество азотистых веществ в надземных органах, приходящееся на единицу массы зерна, зависит в основном от удельного веса зерна в биологическом урожае (ЗУИ).

4. По отношению массы азота в зерне к массе азотистых веществ в надземных органах (АУИ) линии Pro, как правило, уступают лучшему сорту-стандарту. По оттоку азотистых веществ из надземных органов в зерно и поступлению экзогенного азота в растения в период налива зерна высокои низкобелковые генотипы не различаются между собой. При высокой обеспеченности растений азотом и влагой реутилизация азота у линий Pro идет интенсивнее по сравнению с базовыми сортами.

5. Ценными источниками белка являются линии F9io (C55×358AA5B), F12−13 (А5хПП4) и F9.10 (Лютесценс 62хА5), отзывчивые на улучшение азотного питания по концентрации азота в органах растений. В благоприятные годы они сочетают урожай и содержание белка в зерне на повышенном уровне.

6. Содержание азота в зерне (%) независимо от уровня азотного питания, хотя и не во все годы, но все же отрицательно взаимосвязано с продуктивностью. Тесная взаимосвязь между содержанием белка и обеспеченностью зерна азотом на генотипическом уровне проявляется независимо от условий года и уровня азотного питания.

7. Линия Р8(Саратовская 55 х Festival) является носителем ценных аддитивных комплексов генов по компонентам структуры урожая и физико-химическим свойствам клейковины. Высокие эффекты ОКС у этой линии сочетаются с низкой вариансой СКС, что свидетельствует о ее селекционной ценности.

8. Повышенной комбинационной способностью (ОКС) по стекловидности зерна обладает линия Fn (A5 х ПП4), содержанию клейковины в муке — р8(Саратовская 29 х Domaka), показателю SDSседиментации Fn (A5 х ПП4) и качеству клейковины — Fg (CapaTOB-ская 55 х Red River 68).

9. Условия года оказывают существенное влияние на поступление азота в наливающееся зерно в период после цветения, которое резко снижается при дефиците осадков. Содержание реутилизованного из надземных органов азота не зависит от уровня азотного питания. Максимальное его количество приходится на засушливые годы.

10. Доля влияния фактора «год» в общей сумме влияния всех действующих факторов по массе зерна с растения, зерновому и азотному уборочным индексам составляет около 2/3. Вклад условий года в определение величины и изменчивости содержания азота в надземных органах и азота, поглощенного растениями из почвы в период после цветения, составляет примерно 30%. Факторы «генотип» и «агрофон» определяют от 2 до 33% фенотипической выраженности данных признаков.

— 115.

Количество азота, потребленного за период от цветения до полной спелости, и азотный уборочный индекс определяются главным образом условиями года (31,4 — 61,0%). На долю же агрофона приходится соответственно 3,1 и 2,7%, генотипа — 4,9 и 13,3%. Доля влияния факторов «год» и «генотип» на содержание азота, реутилизованного из надземных органов, составляет 28,5%. В целом же суммарное действие фиксированных факторов и взаимодействие их градаций в зависимости от признака составляют от 61 до 96%, остальная же часть приходится на действие случайных или неучтенных в экспериментах факторов.

11 .Пластичность, устойчивость и гомеостатичность сортоспецифичны. По количеству реутилизованного из вегетативных и генеративных органов азота, азотному уборочному индексу и содержанию белка в зерне наиболее адаптированы линии F12 (А6 х ПП4) и Fio (C55×358 АА5В).

Предложения и рекомендации для селекционной практики.

В программах, связанных с повышением содержания белка в зерне, использовать линии Рю (Саратовская 55×358 АА5В), F13 (А5 х ПП4) и Рю (Лютесценс 62хА5).