Курсовая: Особенности биологии цветения и гибридизации коллекционных ортов овса
ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИИ ЦВЕТЕНИЯ И ГИБРИДИЗАЦИИ КОЛЛЕКЦИОННЫХ СОРТОВ ОВСА
Особенности биологии цветения и гибридизации коллекционных ортов овса
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 6
1.1 Ботаническая характеристика и биологические
особенности цветения овса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .. . . . . . . . .. . . . .6
1.2 Коллекция овса из мирового генофонда ВНИИР им. Н. И.
Вавилова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Гибридизация как метод создания нового исходного
материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.15
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .17
ВЫВОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
ВВЕДЕНИЕ
Овес является ценной зернофуражной и кормовой культурой в Западной Сибири.
Зерно овса является незаменимым концентрированным кормом для лошадей,
молодняка всех видов сельскохозяйственных животных и птицы. Оно также служит
сырьем для производства круп и диетических продуктов питания. Питательная
ценность зерна овса и продуктов его переработки определяется высоким
содержанием белка и его сбалансированностью по аминокислотному составу,
высоким содержанием и хорошей перевариваемостью жира, а также некоторых
витаминов и микроэлементов. Способность к формированию мощной вегетативной
массы позволяет использовать эту культуру на зеленый корм и сенаж.
Овес обладает некоторыми преимуществами среди других зерновых культур. Он
менее требователен к почве и может произрастать даже на супесчаных и торфяных
почвах. Это обусловлено сильным развитием корневой системы с большой
поглощающей способностью. Ценным свойством овса является повышенная
устойчивость к поражению корневой гнилью и повреждениям скрыто стебельными
вредителями. Овес имеет большой потенциал продуктивности. Его средняя
урожайность составляет 1,28 т. с га., а в условиях высокой агротехники
возрастает до 5-6 т. с га.[1,2,3,4,7].
Возделываемые в Западной Сибири сорта овса обладают рядом ценных признаков и
свойств, но в тоже время не в полной мере отвечают требованиям современного
производства. Они недостаточно пластичны, полегают в условиях избыточного
увлажнения и затягивают созревание (Нарымский 943, Галоп). Некоторые из них
восприимчивы к головне и корончатой ржавчине. Сорта Алтайский крупнозерный,
Ровесник имеют высокую пленчатость. Мегион в экстремальные годы сильно
снижает крупность зерна. Из-за этого падает стабильность в получении урожая и
снижается качество продукции.[5].
В последние годы наблюдается тенденция к сокращению посевных площадей под
культурой. В период c 1991 по 2001г.г. площади под овсом в целом по
Российской Федерации уменьшились на 44% и составили 5,1 млн. га. Аналогичная
ситуация наблюдается в Западной Сибири. В частности в Кемеровской области в
начале 80-х годов овес занимал лидирующее положение Ц 41%, что составляло 365
тыс. га. Но в настоящее время на его долю в зерновом поле области приходится
лишь 110 тыс. га. Это связано с изменением структуры посевных площадей в
пользу продовольственной пшеницы и с упадком животноводческой отрасли
сельского хозяйства и, как следствие, с уменьшением потребности в овсе на
фураж и зеленый корм.[5]. Однако, В.Н.Пакерев, А.В.Заушинцина и М.В.Овчаренко
[6] сообщают о том, что потребность области в фуражном зерне остается еще
достаточно высокой и покрывается за счет завоза из других регионов страны и
зарубежья.
Главным направлением селекции овса в Западной Сибири, как и в других регионах
является создание сортов обладающих стабильной высокой продуктивностью при
оптимальной продолжительности периода вегетации с учетом природно-
климатических факторов и принятых сроков посева.
Особое внимание должно уделяться увеличению биологической пластичности
сортов. Приспособленность сорта к изменяющимся условиям окружающей среды Ц
необходимое условие получения стабильного урожая по годам.
Для Сибири характерна периодически повторяющаяся весенне-летняя засуха. Овес
Ц влаголюбивая культура. Поэтому проявление засухи в критические периоды
роста и развития растений отрицательно сказывается на формировании зерна и
зеленой массы. Следовательно, имеется необходимость селекции устойчивых к
засухе сортов с использованием отечественных и зарубежных сортов с хорошо
развитой и быстро отрастающей корневой системой.
Не менее важным направлением следует считать создание устойчивых к полеганию
образцов, что обусловлено переувлажнением почвы в период молочно-восковой
спелости в сочетании с сильными ветрами. Такая работа ведется по пути
создания сортов обладающих толстой, прочной соломиной с оптимальной высотой
(80-90 см.), хорошо развитой механической тканью и корневой системой.
Повышение устойчивости к болезням Ц также важное условие получения стабильно
высокого урожая. По данным ФАО на 1994г. потери овса от болезней составили
9,3% [1]. Наиболее распространенными и вредоносными патогенами овса в
Западной Сибири значатся головневые грибы и корневая ржавчина. Создание
иммунных сортов снижает затраты от потери урожая и применения средств
химической защиты, и в тоже время является экологически более безопасным
методом борьбы с болезнями. Известно, что толерантность устойчивых сортов
нестабильна во времени из-за постоянного появления новых вирулентных рас
возбудителей. Поэтому селекция на иммунитет должна осуществляться постоянно.
Повышенные требования современного производства к качеству фуражного и
продовольственного зерна определяет необходимость селекции на качество. В
качестве сырьевой базы преимущество имеют образцы с содержанием пленок не
выше 21%, массой 1000 зерен не менее 36 г, содержанием белка не более 12%,
натурой зерна не менее 490г/л.
Для решения поставленных проблем необходим широкий поиск генетических
источников среди многообразия мировой коллекции ВНИИР им. Н.И.Вавилова, и
надежных доноров, способных передать эти признаки и свойства по наследству.
Включение их в программы скрещиваний с учетом знаний природы изменчивости и
характера наследования селектируемых признаков, проведение целенаправленного
отбора из гибридных популяций элитных растений и метелок лежит в основе
создания сортов овса нового поколения, которые будут обеспечивать стабильное
получение достаточного количества высококачественной продукции без увеличения
посевных площадей.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Ботаническая характеристика и биологические особенности цветения овса.
Род овса Ц Avena L. принадлежит к семейству злаковых (мятликовых) Ц Gramineae
(Poaceae), классу однодольных Ц Monocotylidoneae (Liliopsida), отделу
покрытосеменных Ц Angiospermae (Magnoliophyta), царству растений -
Vegetabilia. Род включает более 70 видов. Среди культурных овсов выделяют
виды: A. sativa, A. strigosa, A. byzantina, A. abyssinica.
Овес является более молодой культурой чем пшеница и ячмень [1]. Изначально он
встречался в посевах последних как сорняк. Происхождение овса по Н. И.
Вавилову связано связано с такими древнейшими культурами, как полба,
однозернянка, ячмень. Было бы неправельным относить происхождение этой
культуры к одному конкретному географическому центру. Отдельные виды этого
рода входили в культуру независимо друг от друга. Выделяют пять
географических центров происхождения овса:
1. Северо-Западная и Западная Европа Ц А. strigosa;
2. Эфиопия, Саудовская Аравия Ц A. abyssinica, A. vaviloviana;
3. Средиземноморское побережье Ц A. hirtula, A. barbata, A. wiestii, A.
byzantina, A. sterilis;
4. Юго-Восточная Азия Ц A. sativa (крупнозерные голозерные формы);
5. Вся Европа и Азия Ц A. sativa (пленчатые формы), A. fatua, A.
ludoviciana.
Овес Ц однолетний злак. Имеет мощную корневую систему, состоящую из первичных
(зародышевых) и вторичных (узловых) корней. Стебель Ц соломина. В результате
ветвления подземной части главного побега в одном растении, как правило,
насчитывается несколько, разделенных поперечными узлами на междоузлия,
стеблей. Листья линейные или ланцетные с влагалищем, разделенным до
основания, без ушек, обычно с пленчатым язычком (редко отсутствует). Соцветие
у овса Ц метелка. Оно состоит из главной оси и боковых ветвей, которые
ветвятся и несут простые соцветия Ц колоски. В одном колоске от 1 до 6
цветков. Цветковых чешуй две. Лодикул две линейно-ланцетные, кожистые
свободные. Цветки обоеполые. Тычинок три. Пыльники линейные. Завязь сидячая,
с двумя перистыми рыльцами, столбик редуцирован. Плод Ц зерновка. Она может
быть пленчатой (плотна заключена в цветковые чешуи) либо голой (свободно
лежит в цветковых чешуях и легко от них освобождается). [1]
Цветение овса изучали многие отечественные и зарубежные ученые [2, 16, 21,
23, 25. 26, 27, 28]. В метелке цветение наступает с начала выметывания. Оно
идет сверху вниз по метелке и от периферии к центру. В колоске цветение
начинается с первого (нижнего) цветка и продолжается в восходящем порядке
[2]. По биологии цветения овес является самоопылителем. Однако возможны
случаи частичного перекрестного опыления при открытом цветении, которое, по
мнению некоторых авторов[16], в отдельные годы становится массовым Ц до 77%
всех цветков. В работах Цильке Р. А., В. А. Новикова, М. Ф. Бородина [17]
отмечено сильное влияние метеорологических условий на характер этого
процесса, который зависит от морфологических особенностей цветковых чешуй и
строения лодикул. Наблюдения В. Н.Солдатова, Г. Л. Петрова [16], В. Е.
Мережко [18], Г. А. Баталовой [2] за динамикой цветения овса в Северо-
Западном и Волго-Вятском регионах показали, что пыльники начинают
растрескиваться, и цветки открываться, когда суточная температура воздуха
достигает максимума и начинает снижаться. Время, в течение которого цветок
остается открытым, варьирует от 10 до 35 минут, а иногда даже до часа.
Наиболее благоприятна для цветения овса влажная погода с температурой воздуха
20-25 С [1, 16, 18].
1.2 Коллекция овса из мирового генофонда ВНИИР им. Н. И. Вавилова.
Для успешного решения проблем, стоящих перед селекцией, важное значение имеет
научно обоснованный подбор исходного материала [8, 9]. Исходный материал Ц
это весь материал растений, из которого предстоит вывести новые сорта [10].
Накоплением и изучением генетического фонда растений занимаются во многих
странах. Наиболее крупные коллекции культурных растений, в том числе и овса,
сосредоточены в генном центре США, в институте генетики растений и
зародышевой плазмы (США), скандинавском генном банке (Швеция). В нашей стране
все сортовое и ботаническое разнообразие овса заключено в коллекции
Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н. И.
Вавилова. Эта коллекция служит основным источником создания новых сортов
овса. В настоящее время она включает в себя более 12.5 тысяч образцов,
собранных со всего мира [1]. В Сибири центром сохранения исходного материала
является Сибирский генетический банк культурных растений, созданный при
Сибирском научно-исследовательском институте растениеводства и селекции (г.
Краснообск). Большое значение имеют живые коллекции, которые сохраняются в
научно-исследовательских учреждениях, ботанических садах путем ежегодного
пересева и посадки растений.
Любая селекционная работа, на решение каких бы проблем она не была
направлена, включает в себя изучение мирового разнообразия коллекции овса по
интересующим признакам. Это обязательный этап. Его целью является выявление
генетических источников и доноров селекционно-ценных признаков и свойств и
вовлечение их в последующие этапы работы (гибридизация, мутагенез, отбор) [1,
11, 12]. Изучение коллекции также позволяет выявлять закономерности
формирования хозяйственно ценных признаков и их взаимосвязь между собой. Это
является необходимым условием разработки стратегии и тактики селекционной
работы [2].
Изучение образцов из мировой коллекции овса по определенным признакам и
свойствам и включение их в последующие этапы селекции неразрывно связано с
проблемой доноров. Это основная проблема исходного материала для
синтетической селекции. В теории и практике селекции необходимо различать
понятия генетический источник хозяйственно ценного признака и донор. Образцы
обладающие признаками и свойствами, которые передают сорту-реципиенту, не
ухудшая остальных его параметров, называются донорами. Носители ценных
параметров не соответствующие данному условию являются генетическими
источниками [12]. А. Ф. Мережко [13] сформулированы основные требования,
которым должны соответствовать образцы-доноры:
- легко скрещиваются с улучшаемыми сортами и образуют при этом
высокофертильное потомство;
- являются достаточно универсальными, то есть обеспечивают желательный эффект
в возможно большем числе гибридных комбинаций;
- не имеют отрицательных признаков, тесно сцепленных с передаваемыми качествами.
Необходимо отметить, что вся большая и важная работа по изучению мировой
коллекции овса проводится по единым методическим указаниям, разработанным и
составленным коллективом авторов Всероссийского научно-исследовательского
института растениеводства им. Н. И. Вавилова[14]. Это позволяет объективно
оценивать сорта, используя общепринятые и апробированные методики.
1.3 Гибридизация как метод создания нового исходного материала.
Для получения нового исходного материала овса существует разнообразный спектр
методологических приемов [1, 3, 19, 20]. Проведенный анализ литературных
данных свидетельствует о том, что в мировой практике успехи в создании новых
форм с широким размахом изменчивости достигается с помощью скрещиваний [2, 8,
21, 22, 23]. Внутривидовая и отдаленная гибридизация являются основными
методами современной селекции овса.
Решающее значение при этом имеет подбор родительских пар для скрещиваний. Он
проводится по эколого-географическому принципу с учетом контрастности по
признакам и свойствам вовлекаемых в скрещивания образцов. Используют лучшие
районированные и местные сорта. Они наиболее приспособлены к почвенно-
климатическим условиям определенной зоны. Их скрещивают с образцами, у
которых селектируемый признак выражен сильнее.
В зависимости от количества вовлекаемых в гибридизацию форм применяют простые
и сложные скрещивания. Для усиления ценных признаков используются насыщающие
(возвратные) скрещивания[1].
Использование в селекции овса межвидовой гибридизации в ряде работ дало
положительные результаты [1, 24]. Благодаря межвидовой гибридизации овса
посевного с византийским создано большинство сортов США, Канады, Австралии,
Аргентины. В результате отдаленных скрещиваний создаются генетически
обогащенные гибридные популяции, где встречаются линии с новыми
трансгрессирующими признаками, отсутствующими у исходных форм. Дикие виды
используются в селекции овса для передачи культурным сортам ряда ценных
признаков и свойств: высокого содержания белка и жира в зерне (Avena magna,
A. sterilis, A. fatua), устойчивости к болезням (A. ludoviciana, A. barbata,
A. ventricosa, A. vaviloviana, A. fatua), крупнозерности (A. magna, A.
sterilis, A. murphy), повышенной засухоустойчивости (A. clauda, A. sterilis)
и морозоустойчивости (A. ludoviciana).
Гибридизация Ц технически сложный и очень трудоемкий процесс, при котором
выполняется большой объем работ по скрещиванию родительских компонентов. Н.
Н. Ефременко [25] отмечает, что ни один из этапов скрещиваний (подготовка
метелок, кастрация, сбор пыльцы и опыление) еще не механизирован. Поэтому
низкий процент завязываемости семян является одним из существенных
препятствий в получении гибридов овса. Для его преодоления необходимо
совершенствование методики скрещиваний, обеспечивающей повышение
результативности. Для этого необходимы глубокие знания биологии цветения и
причин низкой завязываемости семян.
По мнению ряда авторов [16, 18, 23, 25, 26, 27, 28] завязываемость гибридных
зерновок зависит от следующих факторов: повышенной чувствительности цветков
овса к травмированию, воздействию на генеративные органы ветра, солнечных
лучей, повышенной температуры, пониженной влажности воздуха, от качества
пыльцы морфологических особенностей цветков растений разных сортов, а также
от квалификации исполнителя.
Изучая жизнеспособность генеративных органов овса Е. В. Лызлов [23, 26]
определил, что процесс открытия цветков пинцетом и удаления по одному
пыльнику снижал завязываемость семян на 16% при температуре воздуха 16-18
