Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии

Морфогенетические закономерности формирования продуктивности озимой ржи (Secale cereale L.)

Автореферат докторской диссертации по биологии

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |

 

Научная новизна исследований. Оригинальный экспериментальный материал по селекции озимой ржи в ЦЧР впервые рассмотрен с позиций современных статистических методов. Установлено, что в результате 50-летней селекции произошли существенные изменения в архитектонике ржаного растения, обеспечившие повышенную продуктивность на 62,1 % и устойчивость к полеганию на 59,9 - 78,9 %. Ретроспективный анализ сортов выявил, что данные показатели обусловлены укорочением на одну треть длины побега, увеличением массы зерна с колоса, количества зёрен в колосе и массы 1000 зёрен. Эти изменения привели к существенному росту урожайности надземной биомассы, зерна и уборочного индекса. Показано, что процесс сортосмены сопровождался постепенным уменьшением стабильности достигнутого уровня урожайности и адаптивности и связан с усилением в популяциях процессов дестабилизации и ослаблением процессов компенсации. При этом нижний предел урожайности в процессе сортосмены увеличивался. Полученные результаты исследований имеют принципиальное значение для разработки перспективной модели сорта озимой ржи и теоретических основ селекции этой культуры на продуктивность и устойчивость к неблагоприятным условиям среды.

Впервые установлено, что признаки продуктивности по характеру генетической организации относятся к классу мультипликативных. Это является причиной многовариантности значений одних и тех же признаков в популяции, а так же изменчивости и неоднозначности фенотипических коэффициентов корреляции между отдельными элементами продуктивности и между ними и урожайностью. Процессы, связанные с реализацией продуктивности популяции в значительной степени зависят не только от её генотипного состава, но и от условий среды, т.е. всегда опосредованы и динамичны.

Экспериментально установлено, что элементы продуктивности озимой ржи объединены в три группы (плеяды). Характер связей между членами плеяд всегда устойчив, что говорит об их жестком генетическом контроле. Различия между отдельными морфотипами и сортами связаны только с ёмкостью отдельных плеяд.

Впервые проведена группировка признаков продуктивности по степени зависимости от генотипа и среды. На основании этого обосновано различие в подходах к их селекционному улучшению.

Проведённый анализ модуля продуктивности растения озимой ржи позволил впервые установить, что основной причиной её изменчивости является изменение продуктивной кустистости.

Установлены неизвестные ранее особенности ростовых и морфогенетических процессов вида SecalecerealeL. Показано, что одной из главных причин относительно низкого потенциала продуктивности озимой ржи является слабая интенсивность морфогенеза в период формирования и налива зерна.

Обоснована необходимость реконструкции ржаного растения для дальнейшего повышения потенциала продуктивности этой культуры и указаны направления этой работы. Разработаны способы (патенты РФ №№2371912; 2368132; 2382549) и экспериментально доказана возможность одновременного существенного повышения потенциала продуктивности и устойчивости ржи и других зерновых колосовых культур к неблагоприятным факторам среды.

Впервые определены показатели общей и специфической адаптивной способности, селекционной ценности, пластичности и стабильности новых морфотипов озимой ржи и их отдельных признаков. Выделены морфотипы, отличающиеся комплексом ценных признаков и свойств, в том числе: крупнолистые, с эректоидной ориентацией листьев, полукарлики и прочностебельные.

Создан принципиально новый морфотип озимой ржи с оригинальной архитектоникой, короткой (не ниже 1м) прочной соломиной, крупным колосом и крупными верхними листьями с эректоидной ориентацией, отличающийся высоким (более 9 т/га) потенциалом продуктивности и высокой, на уровне лучших сортов, засухоустойчивостью. На основе данного морфотипа создан и проходит Государственное сортоиспытание перспективный сорт озимой ржи Таловская 44 (2009 г.)

Практическая ценность работы заключается в решении важной народнохозяйственной проблемы - создании при участии автора нового ценного исходного материала с измененной архитектоникой и сортов озимой ржи, обеспечивающих получение стабильно высокой урожайности, устойчивых к биотическим и абиотическим факторам среды. а

Полученные результаты исследований являются основанием для разработки перспективной модели сорта озимой ржи для условий ЦЧР, подбора и создания исходного материала для её практической реализации при создании новых сортов с высоким потенциалом продуктивности и адаптивности.

Предложенные новые способы селекции пригодны для использования в селекции ржи и других зерновых колосовых культур. К настоящему времени с их применением в Воронежском НИИСХ создан оригинальный по архитектонике ценный селекционный материал и новые сорта. Один из них (Таловская 41), с потенциалом продуктивности более 9 т/га, рекомендован Госкомиссией по испытанию и охране селекционных достижений для возделывания в трёх регионах страны, а второй (Таловская 44) проходит Государственное испытание.

Выявленные в результате проведённых исследований биологические особенности современных сортов использованы при разработке научно обоснованной технологии выращивания озимой ржи в условиях ЦЧР.

Обоснован принцип моделирования параметров сорта: улучшение результирующего признака легче осуществить путем улучшения только одного из компонентных признаков. Улучшение же обоих компонентных признаков проблематично.

Предложенные критерии согласованности процессов морфогенеза, а также признаки-индикаторы продуктивности колоса, растения и популяции апробированы на конкретном селекционном материале. Их использование облегчает браковку и повышает её эффективность в процессе работы с популяциями и на заключительном этапе селекции.

Предложенный способ формирования пробного снопа для структурного анализа позволяет существенно повысить его точность, а упрощённый способ структурного анализа по эффективности не уступает используемому в настоящее время.

Разработанные в процессе исследований методические подходы могут использоваться в различных областях биологии и селекции, а также в учебных программах высших и средних учебных заведений по биологии и селекции растений.

Положения, выносимые на защиту: а

1. Сортосмена озимой ржи сопровождается изменением архитектоники растения, влиянием элементов структуры урожайности на формирование её уровня, повышением урожайности и снижением адаптивности.
2. Потенциальные возможности морфотипов ржи определяют морфогенетические особенности формирования их урожайности, включающие следующие признаки: количество сохранившихся к уборке продуктивных побегов, массу зерна с колоса и урожайность надземной биомассы.
3. Процессы, связанные с реализацией продуктивности популяций всегда опосредованы и динамичны, поэтому признаки продуктивности по характеру генетической организации относятся к классу мультипликативных.
4. Элементы продуктивности озимой ржи объединены в три группы (плеяды), связи амежду которыми находятся под жёстким генетическим контролем. В каждой плеяде существуют признаки-индикаторы, позволяющие определять продуктивность на разных уровнях её формирования - побега, растения, популяции.
5. Реконструкция ржаного растения, направленная на изменение архитектоники и увеличение фотосинтезирующей поверхности верхней части растения, способствует повышению уровня продуктивности.
6. Способы одновременного повышения потенциала продуктивности и устойчивости к неблагоприятным условиям среды.

Организация исследований и вклад автора. Исследования проводились в соответствии с тематическими планами НИР института на 1996-2000 гг. по разделу 02.04: "Создать и внедрить сорта и гибриды озимой ржи с генетической защитой против основных неблагоприятных факторов среды с урожайностью 6,0 - 6,5 т/га",а на 2001-2005 гг. по разделу 08.04.04: "Создать и внедрить сорта и гибриды озимой ржи с генетической защитой против основных неблагоприятных факторов среды с урожайностью 6,5 - 7,0 т/га" и на 2006-2010 гг. по разделу 04.05.04: "Создать на основе комплексного изучения генофонда новые сорта озимой ржи, обладающие высокой и стабильной урожайностью, повышенным качеством зерна, устойчивостью к влиянию абиотических и биотических стрессов.

В работе проанализированы накопленные в институте первичные данные многолетних анализов структуры урожая озимой ржи. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка программы и методики исследований, проведение ряда полевых исследований, статистическая обработка экспериментальных данных, систематизация, теоретическое обобщение, интерпретация полученных данных, формулировка выводов и предложений.

Доля личного участия диссертанта в получении и обобщении результатов исследования составляет 80 %.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-методических совещаниях по селекции, семеноводству и агротехнике озимой ржи (Казань, 1997; Безенчук, 2000; Киров, 2003; Саратов, 2006; Уфа, 2009); Всероссийской н.-п. конференции "Теоретические и прикладные проблемы генетики, селекции и семеноводства зерновых культур" (Немчиновка, 1998); международных конференциях молодых ученых (Воронеж, 1999, 2003, 2005); Международной н.-п. конференции Закономерности формирования хозяйственно ценных признаков и новые методы селекции озимых колосовых культур (Уфа, 2001); Всероссийской н.-м. конференции Физиологические аспекты продуктивности растений (Орёл, 2004); Международной н.-п.а конференции Стратегии адаптивной селекции полевых культур в связи с глобальным изменением климата (Саратов, 2004); заседаниях Территориального координационного совета Проблемы земледелия ЦЧЗ (Каменная Степь,а 2005, 2007, 2010); международном симпозиуме ЭУКАРПИА по селекции и генетике ржи (Гросс-Люзевиц (Германия), 2006; Жодино (Беларусь), 2010); заседании Координационного совещания по селекции, семеноводству и технологии возделывания зерновых культур (Зерноград, 2010); заседаниях Учёногоа совета НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева и научно-методического совета Центрально-Чернозёмного селекцентра (1998Ц2010 гг.); заседаниях Учёного совета НИИСХ ЦРНЗ и научно-методического совета Московского селекцентра (2005-2010гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 49 научных работ. Основное содержание диссертации изложено в 12 работах, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено 3 патента РФ на способы селекции.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 395 страницах машинописного текста, содержит 69 таблиц, иллюстрирована 32 рисунками; состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций для практической селекции и приложения. Список использованной литературы включает 637 наименований, в т.ч. 124 на иностранных языках.

Благодарности. Автор считает своей обязанностью и приятным долгом выразить благодарность за предоставленный материал для исследований и помощь при их проведении заведующему лабораторией селекции озимой ржи Воронежского НИИСХ им. В.В. Докучаева (бывший НИИСХ ЦЧП им. В.В Докучаева) В.В. Чайкину, сотрудникам этой лаборатории:а А.А. Торопу, А.И. Юрину, Г.В. Чевердиной, Г.В. Гончаровой, а также сотрудникам Митрофановского опорного пункта этого института М.С. Казимагомедову и Л.Н. Мандрыкиной.а Их участиеа в проведении исследований отражено в совместных публикациях.

Особо автор благодарен бывшему руководителю Центрально-Чернозёмного селекцентра Н.С. Агафонову, в значительной мере определившему направление исследований, а также академику РАСХН А.А. Гончаренко за помощь, оказанную в осмысливании результатов исследований, ценные советы и предложения.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии