Методические основы и техника селекции многолетних трав в Северном Казахстане

---

На ближайшие годы поставлена задача по развитию агропромышленного комплекса Казахстана, с тем, чтобы страна стала мировым и региональным поставщиком продовольствия, что возможно при производстве в достаточном количестве, высококачественной и конкурентноспособной сельскохозяйственной продукции, в том числе и животноводческой.

Реальное решение данной задачи состоит в том, что необходимо увеличить выход сельскохозяйственной продукции с одного гектара. Для этого нужно обеспечить животноводство полноценными и дешевыми кормами, это возможно только при внедрении в производство новых высокобелковых многолетних трав.

Дальнейшее развитие животноводства в Казахстане в первую очередь зависит от производства кормов их количества и качества. Многолетние бобовые травы в разных зонах Казахстана возделываются в полевых и кормовых севооборотах, на долголетних культурных пастбищах, сенокосах и других кормовых угодьях. В систему мероприятий по увеличению производства кормов входит внедрение новых сортов многолетних трав, отвечающих современному уровню развития сельского хозяйства. В сопочно-равнинной зоне Северного Казахстана значительно отводится место люцерне и доннику, как источникам получения белкового корма. В структуре посевных площадей многолетних трав в пашне люцерна занимает незначительные объемы. Это обусловлено слабой урожайностью кормовой массы, неустойчивой семенной продуктивностью, и отсутствием сортов люцерны, в полной мере отвечающих требованиям интенсивного земледелия.

Основными признаками и свойствами, определяющими перспективность сортов люцерны в районах Северного Казахстана является высокая урожайность кормовой массы (40/50 ц/га сена без орошения и до 100 ц/га при орошении) в сочетании с высоким содержанием белка (17-19%), достаточно высоким (3-4 ц/га) и устойчивым уровнем семенной продуктивности.

Сорта должны иметь также высокую зимостойкость и засухоустойчивость, долголетие в использовании, интенсивное послеукосное отрастание, устойчивость к основным болезням и вредителям.

В Северном Казахстане особое распространение получил сорт местной селекции Кокше. Кроме данного сорта также возделываются: Карабалыкская 18, Карагандинская 1, Флора, Омская 8893, Шортандинская 2, Семиречинская местная и другие. Однако из-за слабой зимостойкости и засухоустойчивости, поражаемости вредителями и болезнями эти сорта не получили большого распространения. Поэтому нужны новые интенсивные сорта со стабильно высокой семенной продуктивностью.

Уникальность и универсальность хозяйственного использования культуры донника обуславливается на редкость ценным и благоприятным сочетанием для земледелия и растениеводства комплексом биологических свойств и хозяйственных признаков. Он является незаменимой, единственной высокобелковой кормовой культурой, богатой протеином, каротином незаменимыми аминокислотами и минеральными солями, способный разрешить проблему дефицита растительного белка в сопочно-равнинной зоне Северного Казахстана с комплексами засоленных земель.

Ценен донник, как хороший бобовый предшественник зерновых культур, сидерат, эффективная парозанимающая и интенсивная культура для возделывания в кормовых севооборотах, лучший медонос. Внедрение донника в производство сдерживается недостатком сортов, приспособленных к почвенно-климатическим условиям региона его возделывания и для различных целей хозяйственного использования.

В Северном Казахстане в основном выращивают сорт донника желтого Альшеевский (Башкирия, 1958), донника белого Сретенский (Читинская ОС, 1969), которые по многим параметрам не удовлетворяют запросам сельскохозяйственного производства. Поэтому ставится задача создания новых сортов донника, с параметрами заданных в целях исследований.

Основной целью исследований является: создание сортов многолетних трав с высокой продуктивностью кормовой массы и улучшенным качеством, устойчивые к неблагоприятным погодным условиям, особенно зимостойкостью, засухоустойчивостью, устойчивостью к болезням и вредителям.

1. Методика и условия проведения исследований

1.1 Метеорологические условия за годы исследований

Климат горно-сопочной зоны Акмолинской области резкоконтинентальный, характерной чертой которого является продолжительная холодная зима и сравнительно короткое лето. В 2009-2011 сельскохозяйственном году выпало 210,7 мм атмосферных осадков, что ниже на 91,8 мм средней многолетней нормы и на 86 мм ниже по сравнению 2009 годом. Осень была сухая, а зима малоснежной. Отличительной чертой осенне-зимнего периода является высокий температурный режим (за исключением ноября месяца минус 5,2^оС) воздуха. Весна в отчетный период выдалась холодной. В марте месяце средняя температура воздуха была ниже на -2,6^оС. Выпавшие атмосферные осадки в марте месяце (23,6 мм) на фоне дефицита предзимних и зимних осадков не оказали ощутимого влияния на влагонакопление. В силу сложившихся обстоятельств посев и фаза полных всходов многолетних трав проходили в жестких условиях по уровню влагообеспеченности, который впоследствии оказал отрицательное влияние на формирование урожая. Количество выпавших атмосферных осадков в период вегетации многолетних трав было намного ниже, чем среднемноголетняя норма и составили 94,0 мм на против 195,4 мм (таблица 16).

Осадки, выпавшие за весь вегетационный период не смогли компенсировать дефицит влагонакопления, который сложился перед посевом, из-за недостаточного количества предзимних и зимних осадков. Метеорологические условия отчетного года в целом за вегетационный период были не благоприятные. Влияние резких перепадов температур при недостаточном количестве атмосферных осадков за весь период развития растений в дальнейшем оказали отрицательное влияние при формировании урожая многолетних трав (таблица 16).

Таблица 16 – Показатели метеоусловий (Чаглинский метеопост)

2009-2011 гг

В 2010-2011 гг. были, наоборот, благоприятны как по количеству выпавших осадков, так и по температурному режиму. За вегетацию (апрель-сентябрь 2011 г.) выпало 260,9 мм осадков, что выше среднемноголетнего значения на 84,1 мм при средней температуре воздуха 12,6^оС, что в свою очередь ниже среднемноголетней температуры воздуха на 4,1^оС.

1.2 Почвы опытного участка

Селекционные питомники по выведению новых сортов многолетних трав закладываются на опытном поле ТОО «Северо-Казахстанский НИИ сельского хозяйства (с.Чаглинка). Почва представлена черноземом обыкновенным средне гумусным с глубиной гумусового горизонта 25-27 см и средним содержанием гумуса 4,01%. В пахотном слое почвы нитратного азота – 3,21 мг: калия – 35,0 мг на 100 гр. почвы. Следовательно, по содержанию азота обеспеченность высокая, по фосфору средняя, калию высокая. По механическому составу почва тяжелосуглинистая, объемный вес в пахотном горизонте 1,19 г/см³, в метровом слое в среднем – 1,30 г/см³. Влажность устойчивого завядания -12-13%.

1.3 Схема опытов

Разнообразие природных условий региона создает необходимость выведения адаптированных для условий Северного Казахстана сортов многолетних трав, отличающихся высокой кормовой и семенной продуктивностью, а также зимостойкостью и засухоустойчивостью. Эффективным методом сочетания этих признаков является гибридизация географически отдаленных экотипов и сортов. Проводится она путем принудительного (искусственного) скрещивания, подбором родительских пар при полусвободном и свободном переопылении.

В селекционной работе с многолетними травами применяются методики, разработанные Всеросcийским институтом кормов /18/ и Всеросcийским институтом растениеводства /19/. Подбор исходного материала проводится не только по комплексу хозяйственных признаков, но и с учетом оценок комбинационной способности.

1. Питомник исходного материала – ПИМ

2. Питомник гибридизации – ПГ

3. Первый селекционный питомник – СП-1

4. Второй селекционный питомник – СП-2

5. Третий селекционный питомник – СП-3

6. Контрольный питомник – КП

7. Питомник предварительного размножения – ППР

8. Конкурсное сортоиспытание – КСИ

Это позволит использовать для создания сортов многолетних трав, наряду с общепринятой схемой селекционного процесса схему, предусматривающую получение синтетических популяций /4,20,21/. Главное преимущество схемы, предусматривающей получение синтетических популяций, значительное сокращение продолжительности селекции, поскольку в первом случае она составляет 18-20, а во втором 12-14 лет

1. Питомник исходного материала – ПИМ

2. Питомник поликросса – ПП

3. Питомник оценки потомств – ПОП

4. Биомеханическая смесь – СГП

5. Контрольное испытание и предварительное размножение

6. Конкурсное сортоиспытание

Основной метод отбора в гибридных популяциях – массовый и семейственно групповой. Ежегодно по двум схемам селекционного процесса будут получать оценку по комплексу признаков 600-800 номеров.

Стандарты в СП-1, СП-2 размещались через 10 номеров, в СП-3 – через 20. В КП все номера закладывались в 6-ти кратной повторности, в КСИ – 8-ми кратной. Площадь делянок в КП – 10 м², КСИ – 25 м². Боковые защитные полосы 0,7 м, концевые – 10 м.

Общая площадь селекционных посевов 2,3 га, предварительное размножение перспективных номеров – 2,9 га.

1.4 Методика и техника закладки селекционных опытов

Все питомники закладываются по чистому пару беспокровно в весенние и летние сроки вручную. Способ посева: в коллекционном, первом и в третьем селекционном питомнике, оценки потомств – квадратно-гнездовой.

Во втором селекционном питомнике – широкорядный (междурядья 70 см), в контрольном и конкурсном питомнике на семена – широкорядный, на зеленую массу – рядовой (15 см), в питомниках размножения – широкорядный. Уход за растениями осуществляется как ручным, так и механизированным способом.

Уборка отобранных номеров СП-1, СП-2, СП-3 и учет урожая в контрольном и конкурсном питомниках будет проводиться вручную, уборка питомника размножения комбайном САМПО – 130.

Обмолот отобранных снопов проводился на стационарных лабораторных молотилках.

За период вегетации растений проводятся 2 полевые и 1 лабораторная браковки. Для оценки изучаемых форм, в питомниках проводят следующие учеты и наблюдения:

- в питомниках отмечаются фенологические фазы развития; всходы, отрастания (весной и после укосов), бутонизация, цветение, созревание;

- высота растений измерялась на 20-й день после отрастания, перед скашиванием и в фазу полной спелости семян;

- урожайность зеленой массы учитывали прямым взвешиванием растений с делянки, скашивание травы проводится в фазу бутонизации – начало цветения;

- урожайность сена проводится по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур /22/ отбираемым пробным снопом (1кг);

- для определения облиственности перед учетом урожая проводится разборка на фракции, взвешиваются листья и стебли, облиственность ( выход листьев) определяют в % m листьев х 100%

m листьев и стеблей;

- структурный анализ проводился перед укосом, анализируя пробу массой 0,5-1 кг;

- учет семенной продуктивности проводили прямым взвешиванием с делянки после высушивания и обмолота;

- визуальная оценка по 5-и бальной шкале проводится по следующим признакам:

- общее развитие и плотность травостоя проводился весной и перед уходом в зиму осенью;

- зимостойкость определяется путем подсчета растений осенью и весной или глазомерно по 5-ти бальной шкале;

- засухоустойчивость определяли в период максимального проявления засухи, % зеленых листочков или в баллах;

- устойчивость к болезням и вредителям в период проявления болезни в баллах;

- содержание белка и клетчатки в растительной массе определяли по общепринятой методике;

- содержание азота определяется методом Кьельдаля с пересчетом содержания общего азота в сырой протеин, используя коэффициент 6,27. Определение сырой клетчатки по методу Ганнеберга – Штокмана.

Экспериментальные данные урожайности подвергались математической обработке дисперсионным анализом в изложении Б.А. Доспехова /23/.

2. Результаты исследований

2.1 Результаты селекционной работы с люцерной

Селекция люцерны в Северо-Казахстанском НИИСХ имеет солидную историю. Еще в 1958 году на бывшей Кокшетауской опытной станции кандидатом с-х. наук, первым ученым-селекционером Северного Казахстана Хасеновым У.Х. была организована лаборатория селекции многолетних трав. В 1968 году был районирован первый сорт люцерны местной селекции Кокше, который получил широкое распространение по всему Северному Казахстану /6/.

Затем селекция люцерны возобновилась только в 1994 году с переходом заведующего этой лаборатории Сагалбекова У.М. К этому времени Сагалбеков У.М. во время работы в Сибирском НИИСХ был уже соавтором следующих сортов люцерны: Флора 2, Омская 7, и Флора 4 /24,25,26/. С 1994 года по настоящее время собрана коллекция и экспериментально создан генофонд культуры люцерны, включая мировую коллекцию из ВИР, селекционные сорта Европы, РФ и РК, особенно из прилегающих областей РФ (Западная Сибирь и Зауралье). Общий объем генофонда составляет 2250 сортообразцов и селекционных номеров /27/.

С 1994 по 2011 годы на основе данного генофонда были созданы следующие сорта:

- люцерна Нуриля /28/

- люцерна Памяти Хасенова /29/

- люцерна Северо-Казахстанская 8 /30/

Для выполнения задач, поставленных выше, создания и оценки исходного материала и выведения новых сортов, общий объем селекционных номеров составил за 2009-2011 гг. 952 сортообразца, номеров, биотипов и гибридных комбинаций (таблица 16).

2.1.1 Коллекционный питомник

Питомник исходного материала высевался периодически по мере накопления новых поступлений из других НИУ и экспедиций по сбору дикорастущих форм. С 1994 года коллекционный питомник закладывался четырежды: в 1994 году – 127, 2001 году – 94, 2008 году – 64, в 2009 году – 30 и 2011 году – 25 образцов.

Были выделены перспективные образцы по выраженности отдельных признаков и их комплексу для включения в селекционную программу гибридизации и поликросса.

По зимостойкости (перезимовка 90-100%) – Кокше, Желтогибридная 191, Флора 4, Забайкальская, Таежная, Тулунская гибридная, Нуриля, Иртышская, Омская 7.

По засухоустойчивости (в период засухи доля зеленых листочков составляет 86-92%) – Памяти Хасенова, Нуриля, Оранжевая 115, Желтогибридная 55, Айсулу, местные (Индия, К – 6940, Турция, К – 41422), Флора, Райхан, Фестивальная.

По структуре вегетативной массы (облиственность, ветвистость, высота растения, кустистость, мощность роста и др.) – Флора 4, Нуриля, Райхан, Жайнак 96, Карабалыкская 18, Омская 7, местные из РФ (К – 46588), Португалии (К – 41311) и Дании (К – 43833), Памяти Хасенова.

По структуре семенной продуктивности, дружности цветения, устойчивости к израстанию, самофиртильности и завязываемости бобов – Рамблер, Дю-Пюи, Даусон, Нуриля, Памяти Хасенова, Флора 2, Таежная, Тулунская гибридная, Капчагайская 80, Жайнак 96, Радуга, Райхан, местные из Англии (К – 39931) и Австралии (К – 21921).

По устойчивости к комплексу болезней – местные из США (К – 502), Канады (К – 920), Италии (К – 41340), Швеции (К – 39112), Рамблер, Айсулу, Даусон, Кокорай, Венгерская 101, Дархан 90.

Всего выделено для дальнейшей селекционной работы 19 сортов и образцов.

2.1.2 Питомник поликросса (ПП)

В питомник поликросса для ограниченно-свободному переопылению включены перспективные биотипы из сортов Кокше, Омская 7, Нуриля, Памяти Хасенова, Рамблер, Райхан, Флора 4, Тулунская гибридная, Желтогибридная 55, Оранжевая 115, Капчагайская 80, Жайнак 96, Радуга и Айсулу.

Ежегодно испытывались (2009-2011 гг.) всего 24 биотипа

В результате переопыления выделено 180 поликроссных гибридов по комплексу селектируемых признаков согласно модели будущих сортов.

В 2011 году для этих целей заложен новый цикл питомника в количестве 12 номеров.

2.1.3 Питомник оценки потомств (ПОП)

По поликросс-методике с шахматным расположением родительских форм и гибридов получили оценку по общей комбинационной способности в питомнике 2009-2010 гг. посева 130 поликросных потомств и 2009 года посева – 65. Оценка проведена по всему комплексу биологических свойств и хозяйственно ценных признаков.

В 2011 году заложен новый цикл питомника оценки потомств по 65 поликросных гибридов.

2.1.4 Питомник сложно-гибридных популяций (СГП)

В данном питомнике проходит формирование популяций в биомеханическую смесь, как завершающий этап отбора перед сортоиспытанием. Сложно-гибридная популяция из биотипов, обладающих высокой общей комбинационной способностью и биоморфологически соответствующей модели как по длине вегетации, так и по комплексу ценных хозяйственных признаков составляют основу сорта – популяций.

Прошли предварительное испытание по 12 СГП ежегодно (2009 и 2010 года посева) и новый цикл (2011 год).

Характеристика СГП по основным признакам представлена в таблице 18 и 19.

По результатам испытания и оценки в питомнике 2009 года посева выделились как наиболее перспективные для включения в сортоиспытание СГП – 2, СГП – 6, СГП – 10, СГП – 12.

СГП – 2011 года посева получат оценку в 2012-2013 годы.

2.1.5 Питомник гибридизации (ПГ)

Для селекционной работы по традиционной классической схеме заложены питомники гибридизации. Родительские формы подбирались из эколого-географических отдаленных образцов с учетом выраженности признаков по результатам изучения их в коллекции и оценки общей комбинационной способности методом поликросса.

Каждая комбинация высевается на изолированном участке, что очень сложно для люцерны как перекрестно опыляемой культуры с трудноконтролируемым опылением с мелкими цветками для искусственного скрещивания. Поэтому применялись изоляционные экраны со следующей технологией: каждая комбинация высевается по три рядка (в середине материнская форма, а по краям слева и права отцовская) и отделяется от следующей комбинации высокостебельной культурой.

В отчетном году получены гибридные семена (F1) по 45 комбинациям 2010 года посева, также по 46 комбинациям 2009 года посева. В 2011 году заложен новый ПГ по 23 комбинациям.

В качестве опылителей в основном использованы сорта местной селекции Кокше, Нуриля, Памяти Хасенова и Северо-Казахстанская 8. Результаты гибридизации представлены в таблице 20.

По остальным комбинациям завязываемость бобов не превышала 20-30%.