Формирование адаптивного сортимента яблони на основе устойчивых и иммунных к парше сортов

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный консультант Ведущая организация Общая характеристика работы Цель исследований Задачи исследований. Научная концепция Научная новизна работы. Основные положения, выносимые на защиту Теоретическая значимость работы. Практическая ценность и реализация результатов исследований. Апробация работы. Публикация результатов исследований. Структура и объем диссертации. Содержание работы 1. Аналитический обзор. 2. Методология, объекты и условия проведения исследований. Результаты исследований Оптимальные и лимитирующие природные факторы, влияющие на растение яблони. Закономерности прохождения фенологических фаз в годичном цикле развития растения яблони. 3.3. Оценка устойчивости растений яблони разной плоидности к абиотическим и биотическим стрессорам среды в условиях юга России ... Полное содержание

Подобный материал:

• Формирование адаптивного сортимента облепихи ( Hippophae rhamnoides L.) В условиях, 365.27kb.
• Тема опыта, 200.37kb.
• «Разработка адаптивного метода робастного понимания слитной речи на основе интегральной, 87.18kb.
• А. О. Долгова Лексикографирование устойчивых сравнений (к проекту составления словаря, 98.56kb.
• Моделирование и автоматизация, 133.04kb.
• Работа на конкурс классных руководителей «Воспитать человека» по теме: «Формирование, 569.48kb.
• Формирование адаптивного поведения старших подростков в межличностных конфликтах, 403.99kb.
• Формирование адаптивного механизма корпоративного управления в машиностроении, 386.84kb.
• С. П. Дударов, А. С. Фарфоров dudarov@hotbox, 36.83kb.
• Формирование адаптивного механизма корпоративного управления в отраслях пищевой промышленности, 676.35kb.

На правах рукописи

УЛЬЯНОВСКАЯ Елена Владимировна


ФОРМИРОВАНИЕ АДАПТИВНОГО СОРТИМЕНТА ЯБЛОНИ

НА ОСНОВЕ УСТОЙЧИВЫХ И ИММУННЫХ К ПАРШЕ СОРТОВ


Специальность 06.01.07 – плодоводство, виноградарство


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук


Краснодар 2009


Работа выполнена в Государственном научном учреждении Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Российской академии сельскохозяйственных наук в 1996 – 2009 гг.


Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, академик Россельхозакадемии

Седов Евгений Николаевич


Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Драгавцева Ирина Александровна;

доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Бандурко Ирина Анатольевна;

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Расулов Абдулабек Расулович


Ведущая организация – Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский

институт садоводства им. И.В. Мичурина


Защита состоится 15 декабря 2009 г. в 10⁰⁰ на заседании диссертационного совета Д 006.056.01 в Северо-Кавказском зональном НИИ садоводства и виноградарства по адресу: 350901, г. Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39.

факс (861) 257-57-02

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского
зонального НИИ садоводства и виноградарства.


Автореферат разослан ________________ 2009 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор с.-х. наук В.П. Попова


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Яблоня – основная промышленная культура садоводства России, отличающаяся адаптивностью, рен­табельностью, отзывчивостью на интенсивные технологии ведения садов, возможностью возделывания по ре­сурсо-энергосберегающим технологиям, круглогодичным использованием и популярностью плодов у населения.

Основные природные стресс-факторы южного региона, влияющие на плодовое растение: ранние морозы, морозы в середине зимы, во время и после оттепелей, весенние заморозки, засуха, эпифитотии основных грибных заболеваний яблони. Потери урожая от действия стрессовых факторов среды у яблони могут достигать до 60-100% (Кашин, 1998). Снижение урожайности сортов яблони обусловлено и участившимися в последнее время эпифитотиями грибных заболеваний (Савельев, 1998). Современные проблемы экологии и новые экономические отношения предполагают ведение адаптивного, устойчивого садоводства с использованием сортов, обладающих полигенной устойчивостью или иммунитетом к основным абиотическим и биотическим стрессорам окружающей среды.

Нестабильные погодные условия, изменение экологической обстановки и экономических условий, уникальность южного региона в плане курортного отдыха ведут к необходимости оптимизации существующего сортимента яблони, пополнения его более цен­ными адаптивными сортами. Достаточно благоприятные климатические условия региона способствуют возникновению и отбору ценных генотипов по качеству плодов, а периодически возникающие стрессовые ситуации (засуха, повреждающие факторы зимнего периода) дают возможность провести отбор по устойчивости к неблагоприятным абиотическим факторам среды (Еремин, 2002, 2004).

Большинство интродуцированных сортов, культивируемых в Западном Предкавказье, проявляют недостаточную адаптивность, нередко страдают от эпифитотий основных грибных заболеваний, от ранних морозов осенью или в начале зимы, резких колебаний температуры в зимние и ранневесенние месяцы, поздневесенних возвратных заморозков, недостатка почвенной влаги, воздушной засухи и, как следствие, снижают продуктивность и качество плодов. Необходимо введение в сортимент яблони новых перспективных сортов местной селекции, наиболее приспособленных к постоянно изменяющимся условиям внешней среды, обладающих олигогенным, полигенным или на комплексной олигогено-полигенной основе типом устойчивости к основным грибным заболеваниям.

Актуальность научного направления подтверждается включением его в критические технологии федерального уровня по направлениям: «Растениеводство и селекция», «Производство и переработка сельскохозяйственного сырья», в ГНТП РАСХН «Плоды и ягоды» и «Научные основы формирования эффективного агропромышленного производства». Научные исследования были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований, гранты: № 03-04-96507 р2003юг_а; № 08-04-99035 р_офи; № 09-04-99134 р_офи; № 09-04-99139 р_офи.

Цель исследований – формирование адаптивного сортимента яблони южного региона России на основе устойчивых и иммунных к парше сортов разной плоидности.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• развитие методологических подходов к оценке адаптивного потенциала сортов яблони;
  

• выявление особенностей взаимоотношений в системе «генотип – среда», изучение влияния факторов внешней среды на степень реализации адаптивного потенциала яблони в южном регионе России, физиолого-биохимических особенностей генотипов яблони разной плоидности в годичном цикле развития;
  
• анализ влияния плоидности на степень совместимости при опылении, завязывание, развитие, количество и качество плодов, продуктивность, периодичность плодоношения, закладку урожая следующего года, рост и развитие вегетативных органов растения;
  

• создание оптимальной «модели» сорта яблони для эколого-адаптивных насаждений южного региона;
  

• совершенствование сортимента яблони для южного плодоводства на основе сортов нового поколения с комплексом хозяйственных и адаптивно-значимых признаков;
  

• оценка экономической эффективности технологии производства плодов яблони, основанной на адаптивном сортименте, определяющем продуктивность и устойчивость промышленных насаждений.
  

Научная концепция диссертационной работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании формирования адаптивных насаждений яблони на основе комплексного использования биологических особенностей устойчивых к абио- и биотическим стрессорам среды генотипов и биоклиматических ресурсов среды.

Научная новизна работы. Впервые в условиях юга России:

• уточнены методологические подходы к оценке адаптивного потенциала сортов яблони разной плоидности в условиях воздействия стрессовых абиотических и биотических факторов среды региона на основе комплекса методов оценки устойчивости, продуктивности, качества плодов сортов яблони, оценки сходства новых сортов с «моделью»;
  

• выявлены особенности взаимосвязей в системе «генотип – среда» на основе оценки реализации адаптивного потенциала 167 сортов и форм яблони разной плоидности и эколого-географического происхождения в нестабильных условиях среды;
  

• установлены нормы реакции на влияние абиотических и биотических стрессоров среды полиплоидных сортов яблони в сравнении с их диплоидными сортами-аналогами, а также перспективных сортов яблони, в том числе физиолого-биохимические особенности генотипов, определяющие адаптацию растения, позволяющие выделить устойчивые сорта яблони для адаптивной технологии возделывания;
  

• выявлены особенности и закономерности развития, роста и плодоношения сортов яблони разной плоидности, в том числе сортов нового поколения; выделены генотипы с комплексной устойчивостью к стрессовым факторам среды для формирования зональных адаптивных сортиментов;
  

• разработана оптимальная «модель» сорта яблони для эколого-адаптивных насаждений южного региона на основе комплекса лучших признаков основных районированных и перспективных сортов;
  

• обосновано размещение сортов яблони по различным экологическим зонам с учетом специфики отношений в системе «генотип-среда» и предложен адаптивный сортимент яблони для степной, прикубанской, предгорной и черноморской зон садоводства Краснодарского края на основе 17 иммунных и высокоустойчивых к парше сортов разной плоидности;
  

• создано 20 сортов яблони нового поколения, сочетающих иммунитет или высокую устойчивость к парше с комплексом хозяйственно-ценных признаков.
  

Новизна научных исследований подтверждена 11 авторскими свидетельствами и 11 патентами РФ на новые сорта яблони.

Основные положения, выносимые на защиту:

• методологические подходы к оценке адаптивного потенциала сортов яблони разной плоидности, оптимальная «модель» сорта с комплексом хозяйственно-ценных и адаптивно-значимых признаков;
  
• биологические особенности сортов яблони разной плоидности с учетом воздействия стресс-факторов среды; закономерности роста, развития и плодоношения яблони в нестабильных условиях возделывания;
  

• зональные адаптивные сортименты яблони, обеспечивающие создание высокопродуктивных, экологически устойчивых и рентабельных агроценозов в нестабильных условиях окружающей среды.
  

Теоретическая значимость работы. Теоретическую основу диссертации составили биологические и экологические особенности взаимосвязей в системе «генотип – среда» у различных по хозяйственным признакам и свойствам сортов яблони разной плоидности, а также раскрытые механизмы поддержания устойчивости и стабильности насаждений яблони, позволяющие обосновывать для конкретных почвенно-климатических условий зональные сортименты, максимально реализующие свой биологический потенциал.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Научные разработки настоящей диссертационной работы доведены до практической реализации. В Государственное сортоиспытание принято 20 новых сортов яблони разной плоидности, автором и соавтором которых является диссертант, 5 из которых в настоящее время по результатам госсортоиспытания включены в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Северо-Кавказскому (6) региону. Новые сорта и элитные формы яблони разной плоидности, созданные и выделенные в результате проведенных исследований, испытываются на 7 государственных сортоиспытательных участках Северного Кавказа и внедряются в плодовых хозяйствах Краснодарского и Ставропольского края, в республиках Северная Осетия-Алания и Кабардино-Балкария, в Чеченской республике, в Ростовской области на площади более 500 га. Сорта скороплодны, продуктивны, обладают иммунитетом и (или) полигенной устойчивостью к основным грибным заболеваниям, высоким качеством плодов.

В практическом плане:

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в работе научных конференций молодых ученых (Анапа, 1997, 1999; Краснодар, 1998; 1999); на научных совещаниях (Мичуринск, 1999; Санкт-Петербург, 2001); на международных научно-практических конференциях (Орел, 2000, 2001, 2003, 2005; Крымск, 2000; Краснодар, 2001, 2005; Москва, 2002, 2004; Новосибирск, 2005; Кишинев, 2005); на научно-практических конференциях по приоритетным проблемам научного обеспечения развития отрасли (Краснодар, 2001, 2002, 2003, 2006; Анапа, 2004), а также ежегодно заслушаны и одобрены на заседаниях ученого совета и центра селекции СКЗНИИСиВ (1996-2008 гг.).

Публикация результатов исследований. Основные теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований опубликованы в 88 печатных работах, в том числе: 13 – в реферируемых журналах, 6 – в монографиях. Общий объем – 26,7 печатных листов. 20 новых сортов яблони разной плоидности, созданных с участием диссертанта, переданы в Госкомиссию РФ по испытанию и охране селекционных достижений, по результатам госсортоиспытания 5 из них включены в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Северо-Кавказскому (6) региону. Получено 11 патентов и 11 авторских свидетельств на новые сорта яблони.

Структура и объем диссертации. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены при непосредственном личном участии диссертанта или под его руководством. За период работы изучен сортовой и гибридный фонд яблони разной плоидности, созданный до 1995 г. кандидатом сельскохозяйственных наук Л.И. Дутовой, с 1996 г. – совместно с соискателем, с 2003 г. – соискателем. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов и рекомендаций для селекции и производства, списка использованных источников и приложений. Объем работы составляет 342 страницы текста, включает 109 иллюстраций, 55 таблиц, 9 приложений, 484 библиографические ссылки отечественных и иностранных источников.

Исследования, положенные в основу диссертации, обобщены соискателем при научных консультациях д-ра с.-х. наук, профессора, академика Россельхозакадемии Е.Н. Седова, д-ра техн. наук, профессора И.А. Ильиной, которым автор выражает глубокую благодарность. Автор выражает признательность канд. с.-х. наук Л.И. Дутовой, д-ру с.-х. наук Т.Г. Причко, д-ру с.-х. наук, профессору Т.Н. Дорошенко, д-ру с.-х. наук С.Н. Щеглову, канд. биол. наук И.В.Хвостовой, канд. техн. наук Ю.Ф.Якуба, канд. экон. наук Ж.А. Шадриной, Т.В. Рагулиной, Л.В. Махно за участие и помощь в выполнении отдельных этапов научных исследований по данной работе.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Дано обоснование актуальности работы, определены цель, задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

1. Аналитический обзор. Представлен анализ исследований биологии яблони (Malus Mill.) во взаимодействии с основными лимитирующими факторами среды южного региона. Показано значение полиплоидии в эволюции, формообразовании и адаптивности растений и, в частности, яблони. Определена роль иммунных и высокоустойчивых к парше сортов яблони в формировании устойчивого агроценоза. Выявлено, что возможности реализации адаптивного потенциала сортов яблони разной плоидности при взаимодействии с нестабильными условиями окружающей среды, а также перспективы использования иммунных и высокоустойчивых к парше сортов яблони нового поколения в интенсивных технологиях южного плодоводства изучены не полностью, что вызвало необходимость дополнительных исследований.

2. Методология, объекты и условия проведения исследований. Методология проведения исследований основана на принципах системного анализа в изучении взаимоотношений в системе «генотип – среда». Схема выполнения диссертационной работы приведена на рисунке 1.

В изучаемой системе «генотип» – объекты исследования: 167 сортов, элитных и отборных форм яблони разной плоидности, генетического и эколого-географического происхождения.

В системе «среда» изучены основные природные факторы южного региона, влияющие на плодовое растение (ранние морозы, морозы в середине зимы, во время и после оттепелей, весенние заморозки, засуха, эпифитотии основных грибных заболеваний яблони).

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства Российской сельскохозяйственной академии наук (ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии) в период с 1996 по 2009 гг. в соответствии с тематическим планом НИР № 01200309460.

Полевые исследования проводили в садах яблони гибридного, первичного, коллекционного, производственного изучения со схемой посадки 4х1; 5х1,5; 5х2; 7х4; 7х5, подвой М9, ММ106, на площади более 80 га, а также в селекционной школке и в питомнике.

Территория, на которой проводились полевые исследования, находится в центральной подзоне прикубанской зоны садоводства, расположенного в южной части западно - предкавказской равнины (30-35 метров над уровнем моря), поверхность которой полого-волнистая с впадинами и лощинами, пересекающими подзону с запада на восток.





Рисунок 1 – Схема выполнения диссертационной работы

Почвообразующими породами являются лессовидные легкие глины, почвенный покров представлен в разной степени выщелоченными предкавказскими черноземами. Небольшое распространение имеют луговочерноземные уплотненные слабовыщелочнные почвы. Содержание гумуса – до 3,5 %. Агрофизические и физико-химические свойства почвы на опытных участках являются благоприятными для культуры яблони.

Природные условия зоны благоприятны для развития плодоводства. Отрицательными факторами для произрастания плодовых культур в этой зоне являются возможные морозы до минус 37ºС, резкие колебания температуры в зимние и ранневесенние месяцы, весенние заморозки, ранние осенние морозы, засуха, неустойчивый режим естественного увлажнения, неравномерно распределение осадков в течение вегетации. Характерны сильные годовые колебания температуры. Амплитуда колебания температуры в течении года возможна в пределах от минус 37°С до +40°С. Среднегодовое количество осадков от 630 до 760 мм. Средняя годовая температура составляет 10,4…10,8°С. Зима с частыми, порой продолжительными оттепелями. Снеговой покров неустойчив. Лето жаркое, сухое. Среднегодовая сумма активных температур воздуха выше +10°С составляет 3300…3600°С, длительность безморозного периода 185…195 дней.

В работе использованы полевые, лабораторные, статистические методы исследования. Исследования проводили согласно: «Программе и методике сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур» (1999), «Программе и методике селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур» (1995), «Комплексной программе по селекции семечковых культур в России на 2001-2020 гг.» (2001), «Программе селекционных работ по плодовым, ягодным, цветочно-декоративным культурам и винограду Союза селекционеров Северного Кавказа на период до 2010 г.» (2005).

Лабораторную оценку морозоустойчивости сортов и гибридов яблони разной плоидности проводили на годичных приростах косвенным методом (Дорошенко, Ляшок, 1996). Привезенные из сада образцы промораживали без предварительного закаливания при температуре минус 10 ^± 2 ⁰С в конце ноября и минус 20~2⁰С в конце февраля - начале марта. О степени морозоустойчивости судили по накоплению фруктозы в органах и тканях изучаемых сортов и гибридов после промораживания. Содержание углеводов определяли методом Н.В. Воробьева (Воробьев, 1985), сухого вещества - путем высушивания изучаемых образцов до постоянной массы при температуре +105 ⁰С (Баславская, Трубецкова, 1964). Нуклеиновые кислоты выделяли из материала, фиксированного кипящим этанолом по методу Шмидта-Таннгаузера. Концентрацию нуклеиновых кислот определяли спектрофотометрическим методом по А.С. Спирину (Георгиев, 1968). Повторностъ анализов двукратная.

Засухоустойчивость определяли по методике М.Д. Кушниренко (Кушниренко, 1984); пигменты – по Т.Н. Годневу (1963), В.Ф. Гавриленко (1975), состояние водного режима растений – по М.Д. Кушниренко с сотр. (1970), жаростойкость – на приборе Агат-2 М по выходу электролитов (Кожушко, 1976), углеводы – по методу Н.В. Воробьева (1985). Определение органических кислот и ионов металлов выполнялось на приборе жидкостного электрофореза Капель 103 Р (Якуба, 2004; Комарова, 2008).

Жизнеспособность пыльцы определяли путем проращивания ее в растворах сахарозы (Паушева, 1980). Биологию совместимости сортов и гибридов яблони определяли с помощью метода люминесцентной микроскопии (Литвак, 1978). Подсчет хромосом проводили в точках роста с помощью пропионово-лакмоидной методики, разработанной К.С. Руденко и Г.Д. Дудукал для плодовых культур (Руденко, Дудукал, 1971). В работе были использованы микроскопы МЛ-4, МБИ-15, МБИ-3.

Определение технических показателей, отбор проб для исследований, органолептическую оценку осуществляли по общепринятой методике (Орел, 1999).

Основные данные обработаны методами дисперсионного, корреляционного, кластерного анализов, методом главных компонент (Доспехов, 1985; Масюкова, 1979; Масюкова, Букарчук, 2005). Для обработки данных на компьютере применяли программы Microsoft Office Excel 2003; Microsoft Office Excel 2007; Statistica 5.5; Statistica 6.0; Statistica 7.0.


РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ


3. Влияние факторов внешней среды на степень реализации адаптивного потенциала яблони в южном регионе

Методологические подходы к оценке адаптивного потенциала сортов яблони представляют собой совокупность взаимоувязанных, последовательных действий, базирующихся на принципах, методах и способах всесторонней оценки защитно-приспособительных возможностей многолетних растений (рис. 2).

В их основе лежат следующие принципы: структурной функциональности (сохранение основных свойств объекта при различных внутренних и внешних изменениях); интегрированности (упорядоченность, согласование структур и функций в системе «генотип-среда»); целостности (обобщенная характеристика объектов со сложной внутренней структурой); двойственности взаимодействия генетических систем онто- и филогенетической адаптации (совмещение высокой приспособленности в онтогенезе и сохранении генетической гибкости в филогенезе).

Основными способами достижения цели являются:

- изучение ответных физиолого-биохимических реакций иммунных и высокоустойчивых к парше сортов на изменчивость и нестабильность условий среды;

- изучение биологических особенностей и проявления адаптивных свойств генотипов разной плоидности;

- изучение взаимосвязи продуктивности и устойчивости к стрессорам среды растений яблони разной плоидности;

- создание оптимальной «модели» сорта, формирование зональных адаптивных сортиментов.

Базовыми методами оценки адаптационного потенциала являются методы оценки устойчивости, продуктивности и качества плодов сортов яблони, оценки сходства сортов разной плоидности с «моделью».




Рисунок 2 – Методологические подходы к оценке адаптивного потенциала сортов яблони


В основе управления продуктивностью плодовых культур в системе «генотип – среда» лежит принцип оптимизации факторов внешней среды. Одним из важных моментов в управлении и оптимизации условий жизнедеятельности плодового растения в агроценозе является изучение влияния факторов природной среды на растительный организм.

Факторы внешней среды действуют на растение одновременно и комплексно. Живые системы находятся в устойчивом неравновесии, связанном с оптимальным соотношением меры дезорганизации и упорядоченности (Р.Ф. Абдеев, 1994; Е.А. Егоров, 2006). С учетом состояния устойчивого неравновесия живых систем и теории В.Р. Вильямса о равнозначности и незаменимости факторов внешней среды, нами предложена гипотеза о том, что нестабильность и изменчивость воздействия на растительный организм природных стрессоров вызывает ответную приспособительную (адаптивную) реакцию растений в виде изменения характера проявления генетически обусловленных свойств.

Поскольку организм развивается в результате взаимодействия генетических факторов и условий существования, наследственность может реализоваться в различных вариантах в зависимости от особенностей генотипа и внешних условий. При этом наследственность определяет границы изменчивости в нестабильных условиях внешней среды. Таким образом, для достижения равновесия в системе «генотип – среда», изменение элемента системы «среда», в виде увеличения частоты и силы воздействия стрессов, ведет к изменению элемента системы «генотип», в виде возникновения устойчивых генотипов яблони разной плоидности (рис. 3).


Абио- и биотические стрессовые факторы среды





Антропогенные факторы среды









Рисунок 3 – Схема формирования устойчивых генотипов яблони разной плоидности в результате воздействия абио- и биотических стрессоров среды


Нами выдвинута гипотеза о том, что поддерживать равновесие в системе «генотип – среда» при возрастающем давлении стрессовых абиотических и биотических факторов среды возможно за счет создания и выявления устойчивых генотипов яблони разной плоидности, способных адаптироваться к нестабильным (изменяющимся) условиям среды.

Изучение биологических особенностей и механизмов адаптации растений яблони в нестабильных условиях окружающей среды позволит выявить разнохромосомные генотипы, сочетающие устойчивость к био- и абиотическим стрессорам среды с высокой продуктивностью и качеством плодов, что даст возможность эффективного управления системой «генотип – среда».