Результаты использования химического мутагенеза при селекции яровой твердой пшеницы

УДК 633.11.112.1:631.527

результаты использования химического мутагенеза при селекции яровой твердой пшеницы

B.П. КАДУШКИНА, старший научный сотрудник

А.И. ГРАБОВЕЦ, член-корреспондент РАН, доктор

сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник

C.А. КОВАЛЕНКО, младший научный сотрудник

Донской зональный научно-исследовательский

институт сельского хозяйства, ул. Институтская, 1, пос. Рассвет, Аксайский р-н, Ростовская обл., 346735, Российская Федерация

Резюме. Исследования проведены в 2013-2015 гг. в северозападной зоне Ростовской области в селекционном севообороте (черный пар, озимые зерновые, зернобобовые, озимые + яровые зерновые) научно-исследовательского центра ФГБНУ «ДЗНИИСХ» с целью демонстрации значимости применения химического мутагенеза в создании новых генотипов при селекции яровой твердой пшеницы в условиях усиления аридности климата Ростовской области. Почва опытного участка представлена среднемощным южным карбонатным черноземом. Материалом исследований служили более 500 новых линий му-тантного происхождения, наиболее адаптированных к условиям региона, с ценными хозяйственно-биологическими признаками, созданных в результате обработки семян сортов Донская элегия (Российская Федерация) и СД4353(США) 0,1 %-нымраствором мутагена 1,4-бисдиазоацетилбутана. В условиях острой засухи генотипы формировали стабильный урожай зерна (25,8-28,3 ц/ га) и на 2,0-4,5 ц/га превосходили стандарт Вольнодонская. Увеличение урожайности тесно связано с продуктивным кущением (r=0,72±0,13), массой зерна в колосе (r=0,52±0,28) и его озер-ненностью (r = 0,61±0,24). Содержание белка в зерне изучаемых линий находилось на уровне 14,5-17,8%, клейковины - 26,838,6%. Макаронные изделия из муки опытных образцов характеризовались янтарно-жёлтым цветом, они были устойчивы к переварке и имели отличное качество. Среди исследуемого материала выделена линия Горд. 5033/12, которая отличается высоким содержанием каротиноидных пигментов в зерне (3,6 мг/кг), высокой урожайностью (56,8 ц/га) и хорошими технологическими качествами (содержание белка в зерне 15,1%, клейковины - 31,4%). В 2015 г. ее передали в государственное сортоиспытание под названием Донэла М. Ключевые слова: селекция, яровая твердая пшеница, мутагенез, сорт, макароны, спагетти, каротиноиды Для цитирования: Кадушкина В.П., Грабовец А.И., Коваленко С.А. Результаты использования химического мутагенеза при селекции яровой твердой пшеницы в Ростовской области //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 2. С. 82-84.

Создание скороспелых сортов, обладающих высокой засухоустойчивостью, комплексной устойчивостью к наиболее распространенным болезням, высоким урожайным потенциалом и качеством зерна, способных наиболее полно реализовать свои возможности в сложных гидротермических условиях Ростовской области - основные направления селекции яровой твердой пшеницы в регионе [1-3]. Однако в связи с нарастанием аридности климата возникла необходимость в существенной корректировке ряда параметров модели сорта. В первую очередь это касается преодоления общеизвестной биологической закономерности «продолжительный вегетационный период - большой урожай» и сокращения вегетации с 115 дн. до 90 с одновременным ростом потенциала продуктивности. Для решения поставленной задачи был использован разнообразный исходный материал. Помимо яровых генотипов различного происхождения привлекали озимые твердые и мягкие пшеницы, тритикале [3]. Наряду с гибридизацией применяли экологический и химический мутагенез.

Оказалось, что вегетационный период яровой твердой пшеницы на Дону можно весомо сократить с помощью химического мутагенеза [3].

Этим методом созданы новые высокопродуктивные генотипы с продолжительностью вегетации 90 дн. При использовании обычной гибридизации таких результатов получить не удавалось как раньше, так и сейчас. Формы были скороспелыми, но низкоурожайными. Применение мутагена 1 -4 бис диазоацетилбутана (ДАБ) позволило создать ряд высокопродуктивных, высококачественных сортов, допущенных к использованию на территории РФ (Новодонская, Вольнодонская, Донская элегия и Мелодия Дона) [3]. Однако следует решить еще ряд вопросов по поиску путей дальнейшего увеличения потенциала продуктивности, повышения адаптации к меняющимся условиям среды, устойчивости новых генотипов к болезням, обеспечения должного уровня качества зерна.

Цель наших исследований - демонстрация эффективности химического мутагенеза при создании новых генотипов яровой твердой пшеницы в условиях засушливой степи Ростовской области.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2013-2015 гг. в северо-западной зоне Ростовской области в селекционном севообороте научно-исследовательского центра ФГБНУ «ДЗНИИСХ» (черный пар, озимые зерновые, зернобобовые, озимые + яровые зерновые). Обработка почвы - общепринятая зональная [4].

Почва опытного участка представлена среднемощ-ным южным карбонатным черноземом. Мощность гумусового горизонта 55-65 см, содержание гумуса в пахотном слое - 3-4%, общего азота - 0,25%, валового фосфора - 0,17%. Сумма поглощенных оснований 37,6 мг-экв./100 г почвы [4].

Климат региона умеренно континентальный, засушливый. Среднее количество осадков за вегетационный период яровой твердой пшеницы в 2013-2015 гг. составило 129 мм (среднегодовая норма 199), их распределение, как по годам, так и по фенологическим фазам было крайне неравномерным. Выпадение или отсутствие осадков особенно значимо для урожайности в период «всходы -выход в трубку» и «всходы - колошение» (г=0,63 и 0,53, соответственно) [1]. Метеоусловия вегетации 2014-2015 гг. можно считать относительно благоприятными для роста и развития яровой пшеницы (ГТК за период посев - полная спелость 0,54-0,62), 2013 г. - неблагоприятными (ГТК =0,42, причем основная часть осадков выпала перед полной спелостью, а в наиболее значимые межфазные периоды ГТК был равен 0-0,1).

Объектом исследований послужил селекционный материал, созданный в результате обработки семян сортов Донская элегия (Российская Федерация) и СД 4353 (США) 0,1 %-ным раствором мутагена 1,4-бисдиазоацетилбутана. Семена, предварительно замоченные в воде (в течение 6 ч), обрабатывали раствором мутагена с экспозицией 10 ч. После чего их промывали проточной водой (1 ч), подсушивали на открытом воздухе до сыпучести и высевали. Методика и техника обработки общепринятые [5]. Контролем служили семена, замоченные в воде в течение 20 ч. В каждом

Таблица 1. Схема ведения исследований по популяции М донская элегия

Год Поколение Питомник Изучение и отбор Объем отбора

2006 M1 оценка по комплексу признаков -

2007 М2 популя- индивидуальный отбор, педигри 800 колосьев

ция

2008 М3 СП* отбор константных семей 54 семьи

2009 М4 КП 2 повторный индивидуальный отбор 100 колосьев

2010 М5 СП отбор семей 18 семей

2011 М6 КП 2 отбор линий 11 линий

2012 М7 КП 1 11 линий, в том числе 5032/12, 5033/12, 3 линии

5036/12

2013 М8 КСИ 2 5032/12, 5033/12, 5036/12 -

2014 М9 КСИ 2 5033/12 , 5033/12, 5036/12 -

2015 М10 КСИ 1 сорт Донэла, передача в ГСИ (5033/12) -

СП, КП1, тания

КП2 - селекционный и контрольные питомники, кСИ - конкурсные сортоиспы-

варианте обрабатывали по 1000 зерен, контроль высевали по 80 зерен.

Мутанты М1 высевали вручную. Материал М2 и последующих генераций высевали в виде необмолоченных колосьев механизировано специально сконструированной сеялкой на базе СН-16. Контрольный питомник и конкурсные испытания закладывали сеялками СКС 6 и «Клён» (делянки площадью 22 м2 в четырех повторениях, норма высева 450 всхожих зерен/м2, расположение со-

сти, устойчивости к засухе и др. Было выделено по 600800 колосьев каждой му-тантной формы. У мутантов на основе СД 4354 спектр изменчивости оказался заметно уже. Отобрали только по 150-200 колосьев.

Гетерогенность по продуктивности и засухоустойчивости у популяции М Донская элегия была довольно высокой. В этом плане она не отличалась от материала гибридного происхождения.

Отборы проводили в М2-М5 (табл. 1). При давлении негативного фактора засухи и постоянном отборе только высокопродуктивных форм коадаптация аллелей генов проходила поэтапно. Только в М5 было выделено 18 константных семей, после изучения которых в контрольных питомниках и конкурсных испытаниях оставили три линии - Горд. 5032/12, Горд. 5033/12 и Горд. 5036/12. Из популяции М СД 4354, в которой формообразовательный процесс продолжался только до третьего поколения, по аналогичной методике выделили

ртов в блоках рендомезированное). В качестве стандарта использовали сорт Вольно-донская. Оценки, наблюдения и учёт урожая проводили в соответствии с методикой [6]. Определение качества макаронных изделий выполняли усовершенствованным методом, разработанным в НИИСХ Юго-Востока [2].

Статистическую обработку данных осуществляли по Б.А. Доспехову [7] с использованием программы «Excel 2007».

результаты и обсуждение. После воздействия мутагеном ДАБ у мутантов M1 выколашивание растений наступало несколько раньше контроля. Это позволило закрепить ранее полученные результаты по созданию генотипов с 90-дневным вегетационным периодом. Кроме того, было отмечено меньшее поражение мутантов мучнистой росой и бурой ржавчиной, по сравнению с контролем. При этом по урожайности они превосходили контроль на 113-128% (благодаря удлиненному колосу и лучшей озерненности).

При изучении в питомнике M2 мутантов, созданных на базе сорта Донская элегия, выявлена высокая гетерогенность популяции по признакам продуктивно-

две линии - Горд. 5055/12 и Горд. 5057/12. Таблица 2. Урожайность зерна перспективных линий яровой твёрдой пшеницы в конкурсном сортоиспытании №1, 2013-2015 гг., ц/га

Сорт, линия 2013 г. 2014 г. 2015 г. Среднее ± к стандарту

Вольнодонская, стандарт 16,4 26,1 28,8 23,8 0

Горд. 5032/12 М Донская элегия 23,5 28,7 31,6 27,9 +4,1

Горд. 5033/12 М Донская элегия 23,5 29,4 31,9 28,3 +4,5

Горд. 5036/12 М Донская элегия 23,6 28,6 32,0 28,1 +4,3

Горд. 5055/12 М СД 4354 19,3 29,3 29,9 26,2 +2,4

Горд. 5057/12 М СД 4354 18,9 28,5 29,9 25,8 +2,0

НСР05 2,8 1,9 2,9 2,5

За годы изучения в КСИ все пять отобранных генотипов в условиях воздействия различных стрессовых факторов стабильно формировали урожай зерна от среднего до высокого и превосходили стандартный сорт Вольно-донская на 2,0-4,5 ц/га (табл. 2). При этом достоверные различия по хозяйственно-биологическим признакам отмечены только у линий, выделенных из популяции М Донская элегия (табл. 3).

Они характеризовались лучшей засухоустойчивостью (водопотребление на синтез единицы сухого вещества), устойчивостью к поражению мучнистой росой. Несмотря на большее продуктивное кущение (табл. 4), эти линии обладали удлиненными колосом и высотой стебля даже в условиях засухи, что свидетельствует о большей массе Таблица 3. Хозяйственно-биологическая характеристика мутантных линий яровой твёрдой пшеницы, 2013-2015 гг.

Сорт, линия Дата колошения (2015 г.) Поражение мучнистой росой, % Засухоустойчивость, балл Устойчивость, балл Высота растения, см Длина колоса, см Содержание

вирус полосатой мозаики пшеницы по-лега-ние белка, % клей-кови- ны, % каротинои-дов (20132014 гг.), мг/кг

Вольнодонская,

стандарт 8VI 17 3,0 8 7 83,1 6,1 15,8 31,0 3,87

Горд. 5032/12 9VI 12 3,7 7 8 84,5 6,5 15,3 32,4 3,29

Горд. 5033/12 9VI 10 4,5 7 8 87,3 6,7 15,2 31,4 3,65

Горд. 5036/12 9VI 12 3,5 7 7 85,9 6,9 15,4 31,8 3,15

Горд. 5055/12 8VI 15 4,0 7 8 86,7 7,2 15,5 28,5 2,98

Горд. 5057/12 9VI 10 4,0 8 8 87,3 6,7 15,4 30,5 3,03

Стандартное

отклонение 3 0,4 0,5 0,5 1,7 0,3 0,2 1,4 0,3

Таблица 4. некоторые элементы структуры урожая выделенных сортов яровой твердой пшеницы в кСи 1, 2013-2015 гг.

Образец Продуктивная кустистость Масса зерна колоса, г Число зерен в колосе, шт. Масса 1000 зерен, г Уборочный индекс, %

Вольнодонская 1,6 0,45 12,2 37,6 27,1

Горд. 5032/12 2,0 0,58 15,0 41,2 28,5

Горд. 5033/12 2,4 0,67 14,5 40,2 32,1

Горд. 5036/12 2,2 0,70 21,3 44,8 30,6

Горд. 5055/12 1,8 0,57 15,2 40,0 31,7

Горд. 5057/12 1,7 0,55 16,8 40,6 31,4

надземных органов растений. Это положительно сказалось на депонировании синтезированных метаболитов в процессе фотосинтеза. Зерно новых линий практически не отличалось от стандарта по технологическим показателям, уступая лишь по содержанию каротиноидов. Исследования по улучшению этого признака продолжаются.

Линии-сибсы Горд. 5032/12, Горд. 5033/12 и Горд. 5036/12 характеризуются неопушённым широким плотным колосом цилиндрической формы красного цвета с белым зерном и массой 1000 семян - 40,2-44,8 г. Растения среднерослые (74-95 см), устойчивы к полеганию (7-8 баллов), по вегетационному и межфазным периодам относятся к группе раннеспелых. Прибавка урожайности к сорту-стандарту обусловлена большей густотой продуктивного стеблестоя к уборке (440-528 стебл./м2) и зерновой продуктивностью колоса (см. табл. 4).

Не менее важны такие параметры, как число и масса зерен в колосе, что подтверждает их коэффициент корреляции с урожайностью - г=0,61±0,24 и г=0,52±0,28, соответственно. Наибольшим индексом урожая в опыте характеризовалась линия 5033/12.

Изучаемые образцы сочетали высокую урожайность с повышенной белковостью и питательностью зерна. Содержание белка находилось на уровне 14,5-17,8%, клейковины - 31,0-38,6% (табл. 5). Макаронные изделия были отличного качества, отличались приятным жёлтым цветом и устойчивостью к переварке. По содержанию кароти-

ноидных пигментов в зерне среди изучавшихся линий выделялась Горд. 5033/12 -3,6 мг/кг. Она сочетала в себе высокую продуктивность с хорошими технологическими качествами и в 2015 г. была передана в государственное сортоиспытание под названием Донэла М.

Линии-сибсы Горд. 5055/12 и Горд. 5057/12, выделенные из популяции М СД 4354, представляют определенный интерес для использования в дальнейшей работе при проведении ступенчатой гибридизации. Они устойчивы к полеганию (8,0 баллов), имеют высокую полевую резистентность к мучнистой росе - 1-15%, засухоустойчивы, формируют крупное зерно с высокими физическими и технологическими свойствами. Горд. 5055/12 отличается от Горд. 5057/12 высоким накоплением белка (до 17,9%). Содержание клейковины в зерне этих линий находилось на уровне 26,8-32,4%. Макаронные изделия имели янтарно-жёлтый цвет и обладали высокой устойчивостью к переварке. Спагетти были отличного качества.

Все выделенные линии мутантного происхождения характеризуются полевой устойчивостью к мучнистой росе, бурой ржавчине, пыльной головне, обладают хорошей экологической пластичностью, формируют высокий урожай по различным предшественникам и при разном уровне плодородия.

выводы. Применение индуцированного мутагенеза позволяет решать проблему создания высокопродуктивных сортов яровой твёрдой пшеницы с высоким качеством зерна, которые могут служить донорами и источниками ценных признаков в селекционной программе. Создание нового высокопродуктивного, засухоустойчивого сорта Донэла М подтверждает перспективность использования химического мутагенеза в условиях Дона.

Литература.

1. Кадушкина В.П., Грабовец А.И., Бондарь Р.И. Взаимосвязи между урожайностью яровой твердой пшеницы и агрометеорологическими факторами в степной зоне Ростовской области // Зерновое хозяйство России. №6 (30). 2013. С. 6-8.

2. Васильчук Н.С. Селекция яровой твердой пшеницы. Саратов: изд-во «Новая газета», 2001. 119 с.

3. Kadushkina V.P, Grabovets A.I. Methods of reception of an initial material of spring durum wheat and results of its selection on Don // Russian Agricultural Sciences. 2009. Vol. 35. No. 6. Pp. 363-366

4. Листопадов И.Н. Производство зерна в интенсивных севооборотах/ М.: Росельхозиздат, 1980. 204 с.

5. Зоз Н.Н. Мутационная селекция. М.: «Наука», 1968. 217 с.

6. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М.: Госагропром СССР, 1985. Вып. 1. 270 с.

7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Россельхозиздат, 1985. 351 с.

results of chemical mutagenesis in breeding of spring durum wheat

V.P. Kadushkina, A.I. Grabovets, S.A. Kovalenko

Don Zonal Research Institute of Agriculture, ul. Institutskaya, 1, pos. Rassvet, Aksay r-n, Rostovskaya obl., 346735, Russian Federation

Summary. The investigations were carried out in 2013-2015 in the northwest zone of Rostov region in a breeding crop rotation (bare fallow, winter cereals, leguminous plants, winter + spring cereals) at the research center of FGBNU Don Zonal Research Institute of Agriculture. The aim of the research was to demonstrate the importance of chemical mutagenesis in the creation of new genotypes during breeding of spring durum wheat under conditions of deepening aridity of the climate of Rostov region. Soil of the experimental plot is represented by middle thick southern calcareous chernozem. The material for the research was more than 500 new lines of the mutant origin with valuable economic and biological characteristics, which were the most adapted for the conditions of the region. These lines were developed as a result of seed treatment by the 0.1% solution of 1,4-bisdiazoacetylbutane. Varieties Donskaya Elegiya (Russian Federation) and SD 4353 (USA) were used. Under conditions of severe drought these genotypes formed stable yield (from 2.58 to 2.83 t/ha) and surpassed the standard cultivar Volgodonskaya by 2.0 to 4.5 t/ha. The increase in productivity is closely linked to the productive tillering (r = 0.72 ± 0.13), grain weight in spike (r = 0.52 ± 0.28) and number of grains in spike (r = 0.61 ± 0.24). The content of protein in grain of studied lines was at the level of 14.5-17.8%, of gluten-26.8-38.6%. The pasta, made from the flour of the experimental samples, was characterized by amber color, was resistant to overcooking and had an excellent quality. The Gord. 5033/12 line was distinguished among studied material by high content of carotenoid pigments in grain (3.6 mg/kg), high productivity (5.68 t/ha) and good technological quality (the content of protein in grain is 15.1%, of gluten-31.4%). In 2015 it was transferred to the state variety test under the name Donela M. Keywords: breeding, spring durum wheat, mutagenesis, variety, pasta, spaghetti, carotenoids.

Author Details: V.P. Kadushkina, senior research fellow (e-mail: kadushkina1964@mail.ru); A.I. Grabovets, corresponding member of the RAS, D. Sc. (Agr.), chief research fellow; S.A. Kovalenko, junior research fellow.

For citation: Kadushkina V.P., Grabovets A.I., Kovalenko S.A. Results of Chemical Mutagenesis in Breeding of Spring Durum Wheat. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V. 30. № 2. Pp. 82-84 (In Russ.).