Способы отбора селекционных форм овощных растений, устойчивых к болезням и вредителям, на ранних этапах их роста и развития

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства овощных культур в 1985-2006 г.г.

 

Научный консультант – академик РАСХН, доктор с.-х. наук, профессор В.Ф. Пивоваров.

 

Официальные оппоненты:         доктор с.-х. наук Е.В. Мамонов;

                                                      доктор с.-х. наук В.И. Леунов;

                                                      доктор с.-х. наук М.С. Гинс

 

Ведущая организация – Всероссийский  научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова.

 

Защита состоится «…..»_______2007 г. в ….. часов на заседании диссертационного совета Д 220.019.01 во Всероссийском научно-исследовательском  институте селекции и семеноводства  овощных культур по адресу: 143080, Московская область, Одинцовский район, п/о Лесной городок, ВНИИССОК

Факс (095) 599-22-77                      Е-meil: VNIISSOK @ mаle. ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института селекции и семеноводства овощных культур

Автореферат разослан «…..»________2007 г.

 

Учёный секретарь

Диссертационного совета Д 220.019.01

доктор сельскохозяйственных наук                                  О.Н. Пышная

 

Общая характеристика работы

 

Актуальность  проблемы. Ещё в 30-е годы XX столетия Н.И. Вавиловым был поднят вопрос о необходимости изучения дискретности наследственности в сочетании с изучением генотипа как целостной системы.

В процессе филогенеза у  растений выработана определённая взаимосвязь  между признаками, которая характеризует растительный организм как целостную, сбалансированную систему. Отклонения в развитии одних признаков, обычно влечёт за собой изменение других. Поэтому для успешной селекционной работы важны знания о взаимосвязи между основными морфолого-биологическими и хозяйственно ценными признаками, что позволяет вести отборы на сложные физиологические, биохимические и другие свойства, которые во многом определяют ценность сорта.

Исследования по поиску новых типов ЦМС необходимы для  решения разнообразных фундаментальных и прикладных задач селекции и сельскохозяйственного производства, таких, как выведение новых стерильных линий, используемых для производства гибридов F₁, создание полиморфизма типов ЦМС и преодоление цитоплазматического единообразия возделываемых гибридов, несущего потенциальную угрозу эпифитотий. Цитоплазматические гены некоторых типов стерильных цитоплазм участвуют в генетическом контроле многих важных признаков, таких, как устойчивость к патогенам и абиотическим факторам окружающей среды, продуктивность, комбинационная способность, мутабильность, партеногенез и др. (Эльконин, Тырнов, 2000).

С помощью селекции для  изменяющихся климтических условий  РФ необходимо создавать скороспелые  и лёжкие сорта с высоким содержанием  сахаров, витаминов, биологически активных веществ и микроэлементов. Новые сорта и гибриды должны отличаться не только высокой продуктивностью и качеством, но и иметь лечебно-профилактическое значение.

Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключается в научном обосновании, разработке и практической реализации методов создания исходного материала для селекции и семеноводства овощных культур с высоким потенциалом продуктивности и вкусовых качеств, сбалансированного по биохимическому составу, устойчивого к биотическим и абиотическим факторам окружающей среды.

        Для достижения поставленной  цели были решены следующие  задачи:

- разработаны экспресс-методы  определения долговечности, селекционной  ценности семян овощных культур  и повышения их посевных качеств;

- созданы селекционные формы свёклы столовой с признаками: односемянности, ЦМС, длинноплодности, устойчивости к болезням на основании изучения их биологических особенностей и свойств;  

- разработаны способы  оценки исходного материала к  биотическим и абиотическим стрессорам на ранних стадиях роста и развития растений;

- введён в селекционный  процесс новый генофонд и расширен  ассортимент возделываемых культур  за счёт интродукции овощных  растений из Восточно-Азиатского  центра происхождения;

- на основании изучения пределов варьирования основных количественных и качественных признаков, разработаны интегрированные модели сортов свёклы столовой, капусты цветной и китайской;

- разработаны способы  ускорения селекционно-семеноводческого  процесса с помощью биотехнологических методов;

- усовершенствованы методы  семеноводства овощных культур  с целью снижения их энергоёмкости  и повышения эффективности.

Научная новизна. В результате многолетних исследований доказана схожесть филогенетических процессов у географически отдалённых сортов из родов: Raphanus L., Brassica L. и Beta L., что позволило не только осуществлять успешную интродукцию растений, но и прогнозировать возможности потенциального развития культуры на территории Российской Федерации с учётом её эколого-географического разнообразия:

- установлена возможность  преодоления преждевременного стеблевания  дайкона без потери продуктивности  в результате синтетической селекции  и адаптации к условиям Нечерноземной  зоны РФ;

- в результате инбридинга  выявлен широкий полиморфизм генотипа свёклы столовой сорта Одноростковая по форме корнеплода, раздельноплодности и наличию ЦМС;

- получена селекционная  форма свёклы столовой с цитоплазматической  мужской стерильностью оригинального  типа, маркёрным признаком которого  является пурпурная окраска пыльников. Выявлены специфические цитологические особенности протекания микроспорогенеза в андростерильных цветках;

- сделано изобретение  нового метода повышения всхожести  семян овощных культур, в том  числе и многолетних, имеющих  в своём цикле развития состояние глубокого органического покоя;

- разработан метод  досушивания семян овощных культур  до критической влажности, обеспечивающей  длительное хранение семенных  партий и селекционных форм, без  создания специальных условий  с контролем температуры и влажности;

- успешно интродуцированы  из стран Юго-Восточной Азии  дайкон, редька масличная, перилла  овощная, капуста китайская, декоративная  и включены в Государственный  реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в  Российской Федерации сорта: дайкона - Саша, Дубинушка, Фаворит; редьки масличной - Восточный экспресс, капусты китайской - Ласточка, Веснянка; капусты декоративной - Искорка, Осенний вальс, Краски Востока; периллы овощной - Росинка;

- разработаны биотехнологические методы репродуцирования в селекции овощных культур родов Beta L. и Brassica L.;

- разработаны элементы энергосберегающих технологий семеноводства дайкона, капусты кочанной, китайской и цветной.

Практическая  значимость. В результате двадцатилетних исследований разработана система непрерывного отбора селекционного материала с прогнозированием конечного результата на ранних этапах селекции. Определены основные параметры для интродуцируемых овощных культур и создаваемых сортов. С помощью интегрированных методов анализа морфологических признаков и биологических свойств растений, созданы высокопродуктивные сорта овощных культур, обладающие широкой экологической пластичностью в условиях РФ: капусты белокочанной среднепозднего срока созревания - Парус, районированного в 2004 году, являющегося элементом энергосберегающей безрассадной технологии, продукция которого обладает универсальностью использования и может долго храниться, наравне с позднеспелыми сортами и гетерозисными гибридами (по данным Госкомиссии по сортоиспытанию РФ в 2005 году он был наиболее продуктивным в своей группе спелости, при урожайности 88,6 т/га); в 2007 г. районированы два гетерозисных гибрида капусты белокочанной F₁ – Аврора (раннеспелый) и Снежинка (среднеспелый); районирован сорт свёклы столовой с генетическим контролем односемянности – Бордо односемянная; высокопродуктивные сорта капусты декоративной, имеющие овощное значение – Пальмира, Малиновка и Эстафета. В селекционную работу, в качестве исходного материала, включено более 20 перспективных сортообразцов и линий овощных культур.

Результаты исследований по разработке сортовых технологий реализованы  в четырёх методических рекомендациях  по семеноводству дайкона, капусты  цветной и китайской. В результате интродукции и создания новых  сортов в ассортимент возделываемых и используемых культур в РФ впервые вошли: дайкон, капуста китайская, перилла овощная, редька масличная.

  

На защиту выносятся следующие основные положения:

• разработанные и усовершенствованные методы получения исходного материала и селекции выделенных генисточников односемянности и цитоплазматической мужской стерильности у свёклы столовой, устойчивости к абиотическим и биотическим стрессорам, качества продукции у капустных культур;
• разработанные экспресс-методы семеноведения и энергосберегающие способы семеноводства овощных культур для повышения эффективности отбора и размножения исходного материала, для ведения первичного и товарного семеноводства в определённых эколого-географических условиях;
• научные и практические результаты, полученные на основании использования разработанных методов оценки и отбора, созданы принципиально новые сорта и исходные линии для гетерозисных

     гибридов  овощных культур.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на I, II, III, IV, V, VI Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005), научной конференции Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Москва, 1998), Всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур» (Пенза, 1998), III Международной научно-производственной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Пенза, 2000), Международном курсе «Выращивание овощей и сбыт в свежем виде» (Шфаим, Израиль, 2000), научной конференции МСХА (Москва, 2002), Международной конференции «Приоритетные направления в селекции и семеноводстве сельскохозяйственных растений в XXI веке» (Москва, 2003), Совещании специалистов и руководителей Министерства сельского хозяйства Турции (Анкара, Турция, 2005),  Международном симпозиуме «Современное состояние и перспективы развития селекции и семеноводства овощных культур» (Москва, 2005), Научно-практической конференции «Селекция и семеноводство основных сельскохозяйственных культур на Северо-Западе РФ» (Белогорка, 2006), Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в селекции и семеноводстве сельскохозяйственных культур», (Москва, 2006), Научно-практическом семинаре «Перспективы развития овощеводства и семеноводства овощных культур в Белгородской области на основе использования селекционных достижений ВНИИССОК», (Белгород, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 120 печатных работ в виде методических указаний, рекомендаций и статей. Издана монография «Капуста, её виды и разновидности (разнообразие и способы выращивания)», общим объёмом 191 стр.

Структура и  объём диссертации. Диссертация состоит из Введения, семи глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 382 страницах машинописного текста, включает 70 таблиц, 31 рисунок и 34 приложения.

        Представленная к защите работа  является составной частью плана  научно-исследовательских работ ВНИИССОК по целевой комплексной научно-технической программе.

        В выполнении работы принимали  участие сотрудники и аспиранты  лабораторий ВНИИССОК: интродукции  и семеноведения, селекции и  семеноводства столовых корнеплодов,  селекции и семеноводства капустных культур, физиологии и биохимии, иммунитета и защиты растений, а также Института питания РАМН, Института медико-биологических проблем РАН, Института биохимии им. А.Н. Баха РАН, ВНИИР.

         Все исследования проводились  автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ВНИИССОК: Голубкиной Н.А., Шмыковой Н.А., Балашовой Н.Н., Сычёвым С.М., Василевской Е.В., Масловой А.А., Заячковским В.А., Разиным О.А., Бондаревой Л.Л., Темичевым А.В., Кравченко С.Н.,

        Особую благодарность автор выражает научному консультанту, профессору, академику РАСХН В.Ф. Пивоварову, профессорам: Кононкову П.Ф., Гинс В.К., Бунину М.С., Лудилову В.А., кандидатам с.-х. наук: Парасковой О.Т.

        Материалы, методы и условия проведения исследований. Работа выполнялась в 1985-2006 г.г. в лабораториях: семеноведения, селекции и семеноводства столовых корнеплодов, селекции и семеноводства капустных культур ВНИИССОК.                       

В качестве объекта проведения исследований были взяты коллекции сортообразцов свёклы столовой, различных видов и разновидностей капусты отечественной и зарубежной селекции, поступившие из ВНИИР и полученные в лабораториях селекции и семеноводства столовых корнеплодов, селекции и семеноводства капустных культур ВНИИССОК из 14 стран в основном из Юго-восточной Азии.

         Распределение сортообразцов по таксономическим группам и оценку их качественных и количественных признаков проводили по методике Международного союза по защите новых сортов растений (UPOV), а также согласно "Методике проведения испытаний на отличимость и стабильность капусты китайской" (2002г.). Биохимические анализы проводили в лаборатории физиологии и биохимии растений ВНИИССОК, Институте питания РАМН, Геологическом институте РАН, согласно "Методам биохимического исследования растений" (Ермаков А.И. и др. 1972; АОАС, 1996) и прикладным методикам по анализу изучаемого вещества. Суммарное количество бетанина в свёкле столовой определяли спекторфотометрически на ФЭК с длиной волны 530 нм. Жизнеспособность пыльцы определяли по методике Голубинского (1974), фертильность - ацетокарминным методом по Паушевой (1988). Приготовление препаратов для изучения цитологических особенностей развития пыльников у стерильных и фертильных форм свёклы столовой проводили путём фиксации бутонов различного диаметра в уксусном алкоголе или фиксаторе Кларка. Окрашивание препаратов проводили ацетокармином.