Селекции и семеноводства картофеля в горной зоне таджикистана

На правах рукописи

ПАРТОЕВ КУРБОНАЛИ

ОСОБЕННОСТИ СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВА

КАРТОФЕЛЯ В ГОРНОЙ ЗОНЕ ТАДЖИКИСТАНА

06.01.05 – селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Казань-2013

Работа выполнена в Институте садоводства и овощеводства Таджикской академии сельскохозяйственных наук (ТАСХН) (1984-2007 гг.) и в Институте ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан (2008-2012 гг.)

Научный консультант:	член – корр. АН Республики Таджикистан, доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Республики Таджикистан Алиев Курбон Алиевич
Официальные оппоненты:	доктор сельскохозяйственных наук Замалиева Фания Файзрахмановна;
	доктор сельскохозяйственных наук, профессор
	Авдеев Владимир Иванович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Муминджанов Хафиз Абдувахобович
Ведущая организация:	Таджикский аграрный университет им. Ш. Шотемур

Защита состоится « 16 » октября 2013 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 220.035.01 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, д.65, зал заседаний.

Тел. 8(843) 567-47-17, факс 8(843) 567-47-04

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «____»____________ 2013 г. и размещен на официальном сайте Министерства образования и науки Российской Федерации и ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» http:/www.kazgau.ru/ 12 июля 2013 года.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 420011, г. Казань, ул. Ферма 2, д. 53, агрономический факультет

e-mail: info@kazgau.com

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кадырова Ф.З.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По оценкам ФАО ООН (2010) в настоящее время только 30 сельскохозяйственных культур обеспечивают 95% потребностей человечества в калорийной пище, четыре из них – рис, пшеница, кукуруза и картофель – обеспечивают более 60%, причем картофель считается одной из ведущих и наиболее ценных продовольственных культур в мире (Росс, 1989). В условиях Таджикистана картофель является одной из наиболее важных сельскохозяйственных культур, а картофелеводство играет особую роль в обеспечении продовольственной безопасности населения. В связи с этим в 2012 г. в республике принята Программа по развитию картофелеводства на период с 2012 по 2016 год. Поэтому возникает необходимость в дальнейшей интенсификации картофелеводства, как одного из важных секторов сельского хозяйства, на основе новых достижений биологической науки – современных селекционно-генетических разработках с применением методов биотехнологии. Дальнейшая интенсификация картофелеводства в Таджикистане тесно связана с выведением новых сортов картофеля, организацией семеноводства в горной зоне на основе оздоровленного посадочного материала и налаживанием рынка сертифицированного посадочного материала.

Благодаря агроэкологическим факторам и изолированности массивов от проникновения болезней и вредителей, в горной зоне Таджикистана можно поддерживать биологический потенциал новых сортов картофеля в течение долгого времени. По нашему мнению у культуры картофеля есть ещё много неиспользованных биологических резервов, которые могут быть реализованы путем рационального сочетания методов традиционной селекции с современной биотехнологией.

Исследования, проведенные в условиях Таджикистана (Насыров, 1979; Алиев, 1996, 2012; Каримов, 1988; Партоев, 1989; Давлятназарова, 1996; Анварова, 1998; Бобохонов, 1999; Муминджанов, 2003; Назарова, 2006; Салимов, 2007; Бободжанов, 2009), показали возможность улучшения результатов семеноводческой работы путем использования оздоровленного методом биотехнологии семенного материала картофеля. Наша работа посвящена изучению вопросов особенностей роста и развития картофеля, научно-практическому использованию традиционных методов селекции и биотехнологии при создании и ускоренном размножении новых гибридов и сортов картофеля в агроэкологических условиях Таджикистана.

Цель и задачи исследований. Целью работы являлось выявление биологических особенностей роста и развития растений, создание и изучение новых перспективных гибридов и сортов картофеля, устойчивых к болезням, адаптированных к условиям возделывания на основе использования методов традиционной селекции и биотехнологических методов оздоровления исходного семенного материала.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить особенности формирования генеративных органов и фертильности пыльцевых зёрен сортов и гибридов картофеля в горной зоне и подобрать исходный материал для гибридизации.

2. Провести внутривидовую гибридизацию картофеля, определить характер проявления гетерозиса у гибридов F1, расщепление качественных признаков, комбинационную способность при гибридизации, частоту отбора и характер проявления ряда хозяйственно полезных признаков у гибридов F1С1-7 картофеля.

3. Изучить корреляционные связи между признаками у сортообразцов, проявление истинного, гипотетического гетерозиса и коэффициента доминирования признаков у гибридов F1С1 (первое клубневое поколение) картофеля.

4. Разработать способы сочетания методов традиционной селекции с биотехнологией, создать на этой основе новые перспективные гибриды и сорта картофеля, а также обосновать систему получения элитного семенного материала картофеля, оздоровленного методами биотехнологии.

5. Изучить и рекомендовать оптимальные сроки посадки семенного картофеля в горной зоне.

6. Оценить пищевую ценность и экономическую эффективность возделывания новых гибридов и сортов картофеля.

7. Создать банк здоровых сортообразцов картофеля в горной зоне (на высоте 2700 метров над уровнем моря) и обеспечить сохранность коллекционного материала в условиях in-situ и ex-situ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований, нами установлены: особенности формирования генеративных органов картофеля в горной зоне, параметры варьирования признаков фертильности пыльцевых зёрен и изменчивости формы цветков и тычиночной колонки у сортообразцов, корреляция между фертильностью пыльцевых зёрен и формированием семян в ягоде, установлено снижение фертильности пыльцевых зёрен при вирусном заболевании растений.

В результате внутривидовых скрещиваний получены перспективные гибриды картофеля. Установлена эффективность отбора, корреляция между полезными признаками у сортообразцов картофеля, уровень истинного (Гист), гипотетического (Ггип) гетерозиса и коэффициента доминирования (Н) у гибридов F1C1 картофеля. Доказано, что в горной зоне урожайность оздоровленного семенного картофеля значительно выше, чем у семенного материала, полученного методами клонового отбора. Установлено влияние агроэкологических условий выращивания семенного материала на рост, развитие и продуктивность сортов картофеля. Для повышения эффективности селекционно-семеноводческой работы разработан комплексный способ сочетания традиционных методов селекции (подбор родительских форм, скрещивание и отбор клонов) с методами биотехнологии. Дана оценка биохимическому составу клубней и их вкусовым качествам, экономической эффективности выращивания новых гибридов и сортов картофеля в условиях Таджикистана.

Практическая ценность работы. Создано три новых сорта картофеля, допущенных к возделыванию в Республике Таджикистан (Зарина – патент № 48 от 16 марта 2007, Дусти – патент № 94 от 25 апреля 2013 года, Файзабад – патент № 95 от 25 апреля 2013 года). Сорта Таджикистан и Рашт переданы в 2011 г. на Государственное сортоиспытание для изучения в различных зонах республики. Получено 8 новых перспективных гибридных комбинации (Дусти х Кондор, Файзабад х Пикассо, Клон- 48 х Дусти, Клон -23 х Пикассо, Дусти х Пикассо, Клон 48 х Кондор, Кардинал х Кондор, Клон - 66 х Файзабад), рекомендованных для использования в селекционном процессе. Часть семян гибридов F1 предоставлена и зарегистрирована в отделе генетических ресурсов картофеля ВНИР, в Национальном центре генетических ресурсов Таджикской Академии сельскохозяйственных наук, Синьцзянском аграрном университете (Китай, Урумчи), Институте цитологии и генетики НАН Республики Беларусь, как источник ценных признаков при выполнении селекционных программ. Рекомендованы эффективные схемы скрещивания картофеля, оптимальные сроки посадки семенного картофеля в горной зоне Таджикистана, ускоренная схема производства элитного семенного картофеля на оздоровленной основе.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Особенности формирования генеративных органов картофеля и фертильности пыльцевых зёрен, расщепления качественных признаков, проявление гетерозиса (истинного и гипотетического) и коэффициента доминирования (Н) у гибридов картофеля в условиях горной зоне Таджикистана.

2. Комплексная методика проведения селекционно-семеновод-ческой работы на основе использования традиционных методов селекции и оздоровленного методами биотехнологии исходного материала;

3. Система производства суперэлитного и элитного семенного материала, экономическая эффективность возделывания новых сортов картофеля;

4. Результаты реализации селекционно-семеноводческой программы создания и размножения новых высокоурожайных сортов и гибридов картофеля в разных агроэкологических условиях Таджикистана, основанной на биологических особенностях роста и развития растений.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на научных, научно-практических, производственных и международных конференциях Академии наук Республики Таджикистан (Душанбе, 1998, 2007, 2011, 2012); на II Вавиловской международной конференции – «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2007); на международной конференции – «Год картофеля» (Индия, Дели, 2008)»; на международной конференции «Актуальные направления развития научных исследований по картофелеводству и овощеводству» (Алма-Ата, Кайнар - 2008); на международном семинаре «Сохранение биоразнообразия и народных традиций» (Международный центр картофеля, Перу, Лима, 2010); на III Вавиловской Международной Конференции – «Идеи Н.И. Вавилова в современном мире» (Санкт- Петербург, 2012); на республиканской конференции, посвященный 80-летию образования научно - исследовательского института садоводства и овощеводства ТАСХН (Душанбе, 2012); на четвертой международной научно-практической конференции «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (Оренбург, 2013).

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 66 научных статьях (15 из них в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ), том числе двух монографиях, четырех рекомендациях и четырех методических пособиях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 340 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа иллюстрирована 55 таблицами и 69 рисунками. Список литературы включает 310 наименований, в том числе 84 – зарубежных авторов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились согласно планам НИР Института садоводства и овощеводства ТАСХН (№ ГР 01821024423; № ГР 01890003132) (1984-2007 гг.) и Института ботаники, физиологии генетики растений Академии наук Республики Таджикистан (№ ГР 0106ТД304; № ГР 0102ТД912) в период с 2008 по 2012 годы.

2.1. Агроэкологические условия места проведения исследований. Работа выполнялась в различных агроэкологических условиях республики Таджикистан, благоприятных для роста и развития картофеля. Наши эксперименты в основном проводились в условиях Гиссарской долины (800 метров над уровнем моря) и Раштской горной зоны (2700 метров над уровнем моря) Таджикистана. Основные климатические показатели – среднесуточная температура и сумма эффективных температур воздуха (выше 100С), сумма осадков в Гиссарской долине в течение 2002-2010 гг. были, соответственно, 15,20С; 40000С и 560 мм. Эти показатели по Раштской долине – соответственно составили 7,00С; 23000С и 400 мм, что соответствует требованиям объекта исследований.

2.2. Объекты исследований. Объектами исследований служили клубни элитные и I-II-ой семенной репродукций различных сортов, гибридов и клонов картофеля из коллекций Института садоводства и овощеводства ТАСХН, Института ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан, Института биотехнологии ТАУ и Общественной организации «Тухмипарвар». Также, в качестве исходного материала были использованы гибридные семена, семенные клубни, оздоровленные пробирочные растения и микроклубни из Института картофельного хозяйства им. Лорх и ВНИР им. Вавилова Российской Федерации, из Международного центра картофеля (СИП, Перу).

2.3. Методы исследований. Опыты выполнялись с использованием общепринятых методов проведения лабораторно-полевых работ.

Учёт количества образовавшихся бутонов, цветков, ягод и опавших бутонов у сортообразцов картофеля проводили в начале фазы бутонизации, когда растения достигли высоты 20-30 см. В расчётах использованы рекомендации, изложенные в книге «Методика исследований по культуре картофеля» (1967) и рекомендации Е.М. Успенского (1935). Осенью, после сбора образовавшихся ягод у сортообразцов картофеля, их в течение месяца подвергали дозреванию. После этого из них извлекали семена, затем подсчитывали их количество и устанавливали число семян в расчёте на один опыленный цветок и ягоду.

Фертильность пыльцевых зёрен проводили по методике В.С. Шардаковой (1968). Посадку пробирочных растений и микроклубней проводили в грунт по схеме 10х4 см, с последующей пересадкой, а также в грунту теплицы без пересадки по схеме 45х15-20 см. Для снятия периода покоя свежеубранных тепличных клубней использовали регуляторы роста – гиббереллин и тиомочевину, из расчета, соответственно, 15 мг и 200 г на 10 литров воды. Предварительно 15 мг порошка гиббереллина растворяли в 3 мл спирта. Свежеубранные клубни картофеля выдерживали в рабочем растворе этих регуляторов роста в течение 2-3 часов.

2.4. Методика проведения скрещиваний и изучения гибридов картофеля. Для получения гибридов F1 в горной зоне (на экспериментальной станции в Джиргитальском районе на высоте 2700 м над уровнем моря) были проведены прямые и обратные скрещивания различных сортов картофеля. Через 40-50 дней сформировавшиеся гибридные ягоды картофеля собрали и получали гибридные семена (F1C0). Полученные нами гибриды картофеля от внутривидовых скрещиваний (Solanum tuberosum L) были изучены в 2010 г. в условиях Файзабадского района (2500 м над уровнем моря), в течение 2011-2012 гг. в условиях Джиргитальского района (на высоте 2700 м над уровнем моря) в следующих селекционных питомниках:

а) 2010 г. - гибридные клубни (F1) – сеянцы (севок), выращенные из гибридных семян (F1C0), с проведением клоновых и массовых отборов;

б) 2011 г. - первое клубневое поколение – гибриды 1-го года с проведением клоновых и массовых отборов (F1C1);

в) 2012 г. - второе клубневое поколение - гибриды 2 года с проведением клоновых и массовых отборов (F1C2).

В условиях Файзабадского района в начале мая 2005 г. гибридные семена (F1C0) из 40 гибридных комбинаций, полученные из Международного центра картофеля (CIP, Перу), были высеяны в пластмассовые стаканчики (по 50 семян из каждой гибридной комбинации), затем рассада была пересажена в марлевые теплицы. В последующие годы эти гибриды были изучены в следующих клубнёвых поколениях и селекционных питомниках:

1. 2005 г. - гибридные клубни (F1) – сеянцы (севок), выращенные из гибридных семян (F1C0);
2. 2006 г.- первое клубневое поколение – гибриды 1-го года с проведением клоновых и массовых отборов (F1C1);
3. 2007 г. - второе клубневое поколение - гибриды 2 года (F1C2);
4. 2008 г.- третье клубневое поколение - питомник предварительного испытания (F1C3);
5. 2009 г. - четвертое клубневое поколение - питомник основного испытания (F1C4);
6. 2010 г. - пятое клубневое поколение - питомник основного испытания (F1C5);
7. 2011 г. - шестое клубневое поколение - питомник конкурсного испытания I года (F1C6).
8. 2012 г. - седьмое клубневое поколение - питомник конкурсного испытания II года (F1C7).

Установлен гипотетический, истинный гетерозис и коэффициент доминирования признаков по методике З.В. Абрамовой (1985):

1. Истинный гетерозис (Гист) – способность гибридов F1 превосходить по данному признаку лучшую из родительских форм (Рл) – определяли по формуле: Гист.

2. Гипотетический гетерозис (Ггип) - способность гибридов F1 превосходить по данному признаку средние показатели данного признака у родительских форм (РСР) – определяли по формуле: Ггип.

3. Коэффициент доминирования признака продуктивности у гибридов F1C1 картофеля определяли по формуле: Н.

Учёт урожайности велся по опытным делянкам. Определяли количество клубней, их массу и урожайность сортов.

Полученные данные подвергали дисперсионному и корреляционному анализу по Б.А. Доспехову (1985). Агротехника возделывания картофеля состояла из проведения двукратного рыхления рядов, внесения органоминеральных удобрений (N100P150K80кг/га + органическое удобрение -10 т/га) и 8-12-ти разового вегетационного полива.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ГЕНЕРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ КАРТОФЕЛЯ В ГОРНОЙ ЗОНЕ

Многолетние исследования показали, что в прохладных горных условиях Таджикистана на высоте более 2000 м над уровнем моря наблюдаются различия в формировании генеративных органов картофеля в зависимости от генотипа сортообразцов. По данным многих исследователей в условиях горной зоны картофель мало подвергается заболеваниям, интенсивно цветет, формирует много ягод, что представляет особый интерес для выполнения селекционно - генетических работ (Перлова, 1939, 1940, 1945,1958; Будин, 1965; Бакиева, 1955; Джонгиров, 1995; Киру, 2007, 2009; Подгаецкий, 2008; Carli, еt al., 2008; Симаков, 2010; Ермишин и др., 2010; Партоев., и др. 2009, 2010, 2011). Ряд авторов считают, что степень формирования генеративных органов картофеля зависит как от условий выращивания растений, так и от таких факторов среды, как температура, влажность воздуха, плодородие почвы и высота над уровнем моря (Luthra, 2006; Frankel, 1977; Gopal, 1994; Pandey, 1997; Partoev, 2008).