ОТБОР ПО КРУПНОСТИ СЕМЯН ПРОСА ПОСЕВНОГО НА РАННИХ ЭТАПАХ СЕЛЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

УДК 633.17:631.527.1/.4:631.531

Отбор по крупности семян проса посевного на ранних этапах селекционного процесса

Шукис Е. Р., доктор сельскохозяйственных наук

Шукис С. К., кандидат сельскохозяйственных наук

ФГБНУ «Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий»

656910, Россия, Алтайский край, г. Барнаул, Научный городок, д. 35

E-mail: aniish@mail.ru, shukis_sk@mail.ru

Просо посевное — одна из ценных продовольственных и кормовых культур. Его активное внедрение невозможно без научного сопровождения в области селекции. Особый интерес вызывают отборы по крупности семян, что существенно влияет на продуктивность. С целью выяснения результативности отбора крупнозёрных форм на ранних этапах селекционного процесса были заложены специальные опыты. В результате исследований выявлено, что в гибридных популяциях третьего поколения (F₃) продолжалось расщепление по массе 1000 зёрен. У отдельных популяций этот признак по величине превосходил родительские формы. То же самое наблюдалось при анализе таких элементов структуры урожая, как размеры и озернённость метёлки, а также масса зерна. В первом поколении эти показатели, благодаря реализации эффекта гетерозиса, имели более высокие значения, во втором и в меньшей степени — в третьем поколении показатели продуктивности несколько снижались, и значительно возрастало разнообразие гибридов. В качестве объектов изучения использовались три гибридных популяции: Саратовское 10 × Барнаульское 80М, Саратовское 10 × Тувинское и Барнаульское 98П × Кр.з.кф. Разделение семян по фракциям на крупную и мелкую осуществляли с помощью продолговатых сит размером 1,5–1,7 мм, при этом соотношение фракций составляло 50:50 %, а масса 1000 семян у крупной фракции — от 7,1 до 7,9 г, у мелкой — от 6,3 до 6,9 г. В последующих поколениях проводили отборы линий, их оценку и браковку. После достижения относительной константности выделившиеся линии подлежали испытанию. В ходе исследований выявлено, что выделение крупной фракции в F₃ позволяло сконцентрировать в гибридной популяции ценные генотипы и тем самым повысить эффективность отборов. Лучшей гибридной комбинацией при реализации селекционной программы оказалась комбинация Саратовское 10 × Барнаульское 80М. В её крупной фракции были выделены перспективные линии, сочетающие высокую продуктивность с крупнозёрностью, устойчивостью к пыльной головне и хорошим качеством крупы.

Ключевые слова: сорт, селекционный материал, продуктивность, зелёная масса, сухое вещество, семена.

Просо посевное (Panicummiliaceum. L.) — ценная продовольственная и кормовая культура (Горбачёва, 2014). Его зерно используют для производства крупы, просяной муки, применяемой в хлебопечении, а также для пищевых целей. Просо является неплохим сырьём для крахмального и спирто-водочного производства. Просяной солод отличается высокой активностью амилазы, превосходит ячменный по энергичности осахаривания декстрина. Весьма существенна фуражная ценность зерна (Елагин, 1981; Сапрыкин, 1997). В раздробленном состоянии оно охотно поедается многими животными и особенно птицей.

Важными достоинствами проса следует считать его высокую засухоустойчивость, жаростойкость, солевыносливость. Неслучайно основные площади посевов культуры сосредоточены в районах с засушливым климатом (Лысов, 1968).

Алтайский край с его огромной территорией вполне пригоден для возделывания проса. Здесь возможно получение высоких урожаев. На Алтае хорошо зарекомендовали себя многочисленные просяно-бобовые и просяно-крестоцветные агроценозы, формирующие высококачественные и сбалансированные травостои.

Практика показывает, что основным методом создания исходного и селекционного материала является гибридизация, сочетающаяся с отборами. Успех в работе зависит от многих факторов. Непоследнюю роль играет правильная стратегия проработки материала в расщепляющихся поколениях.

Из всех признаков, вносящих вклад в продуктивность проса, наиболее удобный для использования в селекции — масса 1000 зёрен (Котляр, 2013). Повышенная крупность семян является не только важным элементом структуры урожая, но и носителем ряда других положительных свойств. Крупнозёрные сорта характеризуются более высокими технологическими качествами (Антимонов, 1976). Они отличаются, как правило, интенсивным начальным ростом и более быстрым образованием ассимиляционного аппарата (Ильин, 1976). Крупносемянные сорта выдерживают увеличенную глубину заделки в почву, что важно для получения полных всходов в засушливые годы. Преимуществом также является более надёжная их очистка от примеси сорнополевого проса и мелкосемянных сорняков.

Отбор по крупности семян легко осуществим с помощью сит. Можно предположить, что за счёт проведённых отборов в гибридных популяциях крупнозёрных генотипов должен сократиться объём прорабатываемого материала и улучшиться идентификация ценных линий.

Цель исследований — выявление эффективности отбора по крупности семян в гибридных популяциях проса посевного на ранних этапах селекционного процесса.

Методика исследований. Закладка полевых экспериментов осуществлялась в 2007–2015 годах на стационарном опытном участке ФГБНУ ФАНЦА, расположенном в типичных условиях Приобской лесостепи Алтайского края. Почва — чернозём выщелоченный, среднемощный, среднегумусный, среднесуглинистый. Обеспеченность нитратным азотом средняя, подвижным фосфором — средняя, обменным калием — высокая.

За год выпадает в среднем 409 мм осадков, из них в мае‒августе — 203 мм. По влагообеспеченности вегетационного периода 2009, 2010, 2011, 2012 годы отнесены к засушливым, а 2007, 2008, 2013, 2014, 2015 годы — к относительно благоприятным.

В качестве объектов изучения использовали три гибридных популяции: Саратовское 10 × Барнаульское 80М, Саратовское 10 × Тувинское и Барнаульское 98П × Кр.з.кф. Материнские формы были представлены лучшими районированными сортами, отцовские — линиями, с помощью которых предполагалось улучшить гибридное потомство.

При обосновании подходов к проработке материала исходили из того, что отбор гибридов в селекции на продуктивность в F₁‒F₂ неэффективен из-за значительного влияния паратипической изменчивости, а также эффектов доминирования и эпистаза, исчезающих в более поздних поколениях (Яшовский, 1987). Данное заключение в полной мере относится к массе 1000 зёрен. Это наиболее стабильный показатель, мало изменяющийся под влиянием условий среды и больше зависящий от генотипических факторов. Поскольку крупнозёрность контролируется рецессивными аллелями нескольких генов, отбор по данному признаку в F₁‒F₂ нерезультативен. Учитывая изложенное, а также то, что вероятность отбора константных форм в ранних поколениях (F₁‒F₂) мала из-за гетерозиготности гибридных популяций, решение о выделении крупной фракции, начиная с F₃, следует считать оптимальным.

Разделение семян по фракциям на крупную и мелкую осуществляли с помощью продолговатых сит размером 1,8–2,0 мм, при этом соотношение фракций составляло 50:50 %, а масса 1000 семян у крупной фракции — от 7,1 до 7,9 г, у мелкой — от 6,3 до 6,9 г. В последующих поколениях проводили отборы линий, их оценку и браковку. После достижения относительной константности выделившиеся линии подлежали испытанию. Посев проводили сеялкой ССФК-7 на делянках площадью 10 м², повторность четырёхкратная. Учёт урожая осуществляли с помощью комбайна «Сампо 130».

Основные и сопутствующие наблюдения, оценки, браковки и отборы проводили в соответствии с «Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур» (1985). Достоверность различий по вариантам опытов устанавливали статистически, методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1968).

Результаты исследований. При анализе расщепляющихся гибридных поколений интересно было проследить, как меняется масса 1000 зёрен в первых трёх из них. Исследования показали, что средние значения массы 1000 зёрен у популяций гибридов в F₂ ниже, чем у гибридов в F_1, и занимают промежуточное положение между родительскими формами (табл. 1).

1. Масса 1000 зёрен разных поколений гибридов проса

В гибридных популяциях третьего поколения (F₃) продолжалось расщепление по массе 1000 зёрен. В отдельных популяциях этот признак по величине превосходил родителей. То же самое наблюдалось при анализе таких элементов структуры урожая, как размеры и озернённость метёлки, а также масса зерна с метёлки. В первом поколении эти показатели, благодаря реализации эффекта гетерозиса, имели более высокие значения, во втором и в меньшей степени — в третьем поколении показатели продуктивности несколько снижались, и значительно нарастало разнообразие гибридов.

После разделения гибридов в F₃ по крупности зерна на две равные группы селекционная работа с каждой из них была продолжена по стандартной схеме. Для этого из всех исследуемых вариантов, включая мелкозёрные, было отобрано по 100 лучших метёлок, семена которых высеяны в СП-I. После проведения глазомерных оценок для дальнейшего изучения в СП-II от каждой комбинации оставляли по 40 линий. Выбраковке подлежали низкопродуктивные мелкозёрные светлоокрашенные формы, неустойчивые к грибным болезням, полеганию и осыпанию зерна. При оценке материала предпочтение отдавалось линиям с более интенсивной ритмикой роста, лучше противостоящих сорным ценозам.

В СП-II, где наряду с глазомерной осуществлялась и инструментальная оценка, продолжена выбраковка линий. Для изучения в контрольном питомнике из каждого варианта оставлено по 10 лучших номеров. В процессе продвижения материала по поколениям повышался уровень его гомозиготности, возрастала однородность и выравненность. Наиболее интересными с точки зрения разнообразия были популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М и Саратовское 10 × Тувинское. Отобранные из них линии выделялись более крупными, хорошо озернёнными метёлками, плотным стеблестоем и повышенным выходом продукции. Как и следовало ожидать, мелкозёрная фракция гибридных популяций по содержанию ценных генотипов по всем комбинациям уступала крупнозёрной. В ней доминировали тугорослые линии с менее яркой окраской и более мелким зерном. С целью получения сравнимых результатов и оптимизации объёмов прорабатываемого материала на каждом этапе изучения оставлялось равное, но одновременно уменьшенное количество форм. Так, если в контрольном питомнике оценивалось по 10 линий из каждого варианта, то в конкурсном испытании первого года оставлено пять, а в конкурсном испытании третьего года — три линии.

Анализ результатов контрольного питомника подтвердил преимущество крупнозёрной фракции во всех трёх исследуемых комбинациях скрещиваний. Лучшие линии из крупносемянных отборов устойчиво превышали по продуктивности аналогичные из мелкозёрных фракций на 0,35–0,87 т/га. Наиболее урожайными оказались линии из гибридной популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М. По сбору продукции с единицы площади они превосходили отборы из комбинации Саратовское 10 × Тувинское на 0,28–0,46 т/га, а Барнаульское 98П × Кр.з.кф — на 0,58–1,61 т/га.

Результаты конкурсного испытания лучших линий, отобранных в различных по крупности семян гибридных популяциях, представлены в табл. 2. Выделение крупных фракций в гибридных популяциях на этапе F₃ является вполне оправданным решением в селекции на крупнозёрность и продуктивность. Повышение концентрации ценных генотипов в популяциях облегчало проведение отборов, делало их более результативными. Так, лучшая линия под номером 4/1, отобранная из крупнозёрной фракции гибридной популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М, имела массу 1000 семян 8,1 г, а урожайность зерна — 3,39 т/га. У лидера этой же комбинации, отобранной из мелкой фракции, масса 1000 семян составляла 7,3 г, а урожайность зерна — 2,98 т/га. Аналогичные результаты, указывающие на преимущество крупнозёрной фракции, получены и из отборов в других популяциях.

С точки зрения селекционной ценности наиболее интересной оказалась гибридная популяция Саратовское 10 × Барнаульское 80М. Среди её отборов выделялись высокоурожайные среднепоздние линии со сжатой, хорошо озернённой метёлкой, устойчивые к полеганию и осыпанию зерна.

Ряд интересных форм выделен из крупной фракции гибридной популяции Саратовское 10 × Тувинское. Они выглядели лучше стандартных сортов, однако по совокупности хозяйственных параметров уступали линиям из популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М. С точки зрения зернового использования к наименее перспективным комбинациям следует отнести родительскую пару Барнаульское 98П × Кр.з.кф. По урожайности зерна отборы из обеих фракций занимали последнее место. Между тем отдельные формы выделялись мощным высокорослым стеблестоем, имели длинный вегетационный период и повышенную облиственность, а потому могут представлять интерес для укосного использования.

2. Характеристика лучших линий проса посевного, отобранных в гибридных популяциях различных по крупности семян (в среднем за 2013–2015 гг.)

Одним из важных критериев хозяйственной ценности линий является устойчивость к пыльной головне. Существенное преимущество по данному признаку показали линии из гибридной популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М. Имея происхождение от иммунных родителей, они не поражались местными расами пыльной головни. Этого нельзя сказать о линиях из двух других популяций, которые оказались неустойчивыми к данному патогену.

Оценка качества зерна селекционных линий свидетельствует о том, что наиболее высокие параметры имели отборы из крупнозёрной фракции гибридной популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М. Они выделялись и по крупности зерна, и по выходу крупы, и по яркости ядра (табл. 3).

Следует подчеркнуть, что отборы и в других популяциях крупнозёрных фракций выглядели предпочтительнее, чем отборы в мелкозёрных фракциях. Это подтверждает целесообразность выделения крупнозёрных форм гибридов на этапе F₃, которые содержат в своём составе большее количество хозяйственно ценных генотипов.

3. Качество зерна линий проса посевного, отобранных в гибридных популяциях различных по крупности семян (в среднем за 2013–2015 гг.)

Заключение. Важным показателем, от которого зависит зерновая продуктивность проса посевного и качество продукции, является масса 1000 зёрен. В этой связи весьма логичным является выделение крупнозёрной фракции в F₃, позволяющей сконцентрировать в гибридной популяции ценные генотипы и повысить эффективность отборов.

Наиболее совершенными по основным хозяйственным параметрам являются линии из крупнозёрной части гибридной популяции Саратовское 10 × Барнаульское 80М.

Литература

1. Создание зерноукосных сортов проса в институте растениеводства им. В. Я. Юрьева / С. Н. Горбачёва, Л. Н. Кобызева, О. В. Горлачёва и др. // Зернобобовые и крупяные культуры. — 2014. — № 1 (9). — С.67–72.
2. Елагин И. Н. Агротехника проса / И. Н. Елагин. — М.: Россельхозиздат, 1981. — 158 с.
3. Сапрыкин В. С. Просо в Сибири / В. С. Сапрыкин. — Новосибирск, 1997. — 182 с.
4. Лысов В. Н. Просо / В. Н. Лысов. — Л.: Колос, 1968. — 224 с.
5. Влияние окраски и крупности зерна на показатели качества у проса посевного / А. И. Котляр, В. С. Сидоренко, С. В. Бобков и др. // Зернобобовые и крупяные культуры. — 2013. — № 3 (7). — С.26–34.
6. Антимонов К. А. Селекция проса на качество зерна на Кинельской селекционной станции / К. А. Антимонов. — М.: Колос, 1976. — С.96–100.
7. Ильин В. А. Селекция проса на качество зерна / В. А. Ильин, Ю. Я. Михайлова. — М.: Колос, 1976. — С.41–54.
8. Яшовский И. В. Селекция и семеноводство проса / И. В. Яшовский. — М.: Агропромиздат, 1987. — 256 с.
9. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. — М., 1985. — 269 с.
10. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. — М.: Колос, 1968. — 336 с.

Seed size selection of common millet at the early breeding stage

Shukis E. R., Dr. Agr. Sc.

Shukis S. K., PhD Agr. Sc.

Altai Federal Research Center of Agrobiotechnology

656910, Russia, the Altai Territory, Barnaul, Science Town, 35

E-mail: aniish@mail.ru, shukis_sk@mail.ru

Wide cultivation of common millet — valuable food and fodder crop —requires preliminary breeding data. Seed size selection is of great interest, since it is closely connected to productivity. The investigation evaluated the selection effectiveness of large-kernel genotypes at the early breeding time. Hybrid F₃ populations showed segregation of 1000 kernel weight. Some populations exceeded their parental lines in this trait as well as in grain size, weight and content in crop head. F₁ population gave higher trait values due to heterosis. F₂ and F₃ populations showed slight reduction in those values, and hybrid diversity significantly grew. Three hybrid populations were studied: “Saratovskoe 10” × “Barnaulskoe 80M”, “Saratovskoe 10” × “Tuvinskoe” and “Barnaulskoe 98P” × “Kr.z.kf.”. Seed fractionation into large and small seeds resulted in fraction ratio of 50:50 %. 1000 kernel weight of large grain varied from 7.1 to 7.9 g, the small one — from 6.3 to 6.9 g. Relatively stable lines of further generations were selected and tested. Large grains, chosen in F₃ gave valuable hybrid genotypes, improving selection efficacy. The best hybrid combination was “Saratovskoe 10” × “Barnaulskoe 80M”. It produced promising lines, having high productivity, large kernels, resistance to kernel smut and good grain quality.

Keywords: variety, breeding material, productivity, green mass, dry matter, seed.

References

1. Sozdanie zernoukosnykh sortov prosa v institute rastenievodstva im. V. Ya. Yureva / S. N. Gorbacheva, L. N. Kobyzeva, O. V. Gorlacheva et al. // Zernobobovye i krupyanye kultury. — 2014. — No. 1 (9). — P.67–72.

2. Elagin I. N. Agrotekhnika prosa / I. N. Elagin. — Moscow: Rosselkhozizdat, 1981. — 158 p.

3. Saprykin V. S. Proso v Sibiri / V. S. Saprykin. — Novosibirsk, 1997. — 182 p.

4. Lysov V. N. Proso / V. N. Lysov. — Leningrad: Kolos, 1968. — 224 p.

5. Vliyanie okraski i krupnosti zerna na pokazateli kachestva u prosa posevnogo / A. I. Kotlyar, V. S. Sidorenko, S. V. Bobkov et al. // Zernobobovye i krupyanye kultury. — 2013. — No. 3 (7). — P.26–34.

6. Antimonov K. A. Selektsiya prosa na kachestvo zerna na Kinelskoy selektsionnoy stantsii / K. A. Antimonov. — Moscow: Kolos, 1976. — P.96–100.

7. Ilin V. A. Selektsiya prosa na kachestvo zerna / V. A. Ilin, Yu. Ya. Mikhaylova. — Moscow: Kolos, 1976. — P.41–54.

8. Yashovskiy I. V. Selektsiya i semenovodstvo prosa / I. V. Yashovskiy. — Moscow: Agropromizdat, 1987. — 256 p.

9. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur. — Moscow, 1985. — 269 p.

10. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta / B. A. Dospekhov. — Moscow: Kolos, 1968. — 336 p.