Селекция кукурузы

Цели современных селекционных программ – повышение урожайности кукурузы и ее устойчивости к болезням и вредителям, приспособление растений к специфическим почвенно-климатическим условиям и разработка более эффективных методов самой селекции.

Самые известные болезни кукурузы – пыльная и пузырчатая головня, поражающие початок и стебель. Кукуруза страдает также от стеблевой гнили, фузариоза, нигроспороза и бели початков. Главные меры борьбы – профилактические, в частности подбор оптимальных сроков сева и схемы севооборота, не позволяющей накапливаться в почве болезнетворным агентам, выведение устойчивых гибридов, использование сертифицированных (проверенных на отсутствие патогенов) семян и их предпосевная фунгицидная обработка. Создаются сорта с повышенным выходом зеленой массы (на силос) и облегчающие механизированную уборку урожая. Растения с мощной корневой системой, прочными стеблями и початками, расположенными примерно на одной высоте у всех экземпляров, позволяют использовать многорядные кукурузоуборочные комбайны и свести к минимуму полевые потери зерна (Циков, 2003).

3. Методы и результаты генетического анализа.

 В селекции кукурузы огромную роль играет генетика. Использование инбридинга и гетерозиса, цитоплазматической мужской стерильности, спонтанного и индуцированного мутагенеза и гаплоидии позволило существенно увеличить урожайность и улучшить качество зерна кукурузы (Сатарова, 2002).

Спонтанный мутагенез.

Определяется природными факторами окружающей среды: светом, радиацией, химическими реагентами, которые постоянно присутствуют в разной концентрации в окружающей среде. У кукурузы выделены и классифицированы 6 типов спонтанных естественных мутаций, которые имеют рецессивный характер проявления:

• мутации генов структуры эндосперма и зародыша;
• хлорофильные мутации;
• мутации коричневой жилки листа Вт;
• мутации структуры листа, стебли, корни;
• мутации дихотомического разветвления стебля;
• мутации половых признаков кукурузы.

С мутаций генов структуры эндосперма в селекционной практике наиболее широко используют мутации мучнистого и непрозрачного эндосперма (fl1, fl2, opaque endosperm), сахарного (sh - shrunken endosperm), воскообразного (wx - waxy endosperm), амилозного (ae - amylose extender) . Известны также мутации, которые вызывают прорастание семян в початках в поле (vp) и другие.

Селекционная работа с мутациями мучнистого и непрозрачного эндосперма (fl1, fl2, opaque) позволила селекционерам создать высоколизиновые самоопыленные линии, гибриды кукурузы с содержанием в эндосперме незаменимых аминокислот лизина в 0,45-0,48%, триптофана в 0,18-0,20 %. Такие высоколизиновые гибриды кукурузы необходимые для животноводства, птичницы ¬ тельства, так как позволяют при кормлении животных значительно повысить их вес и удои молока. Содержание сахаров в зерне кукурузы увеличивается до 14-15%, в зеленой массе - до%. Таким образом открывается путь к селекционного создания сахарных и сверхсахарных гибридов кукурузы.

Мутации waxy и amylose extender позволили селекционерам вести дивергентного доборы по созданию высокоамилозных и амилопектиновых гибридов кукурузы. Первые такие гибриды созданы и для промышленного производства крахмалов, биоутилизуемого сырья, упаковочных материалов, они не имеют сегодня альтернативы.

Мутация гена bm коричневой прожилки листа представляет большой интерес для селекции низколигниновых линий и гибридов, содержание которого в зеленых листьях и стеблях кукурузы определяет качество и переваримость силосной массы животными. Впервые эта мутация была найдена и описана в 1934 году Н. И. Хаджиновым.

Среди последних спонтанных мутаций следует отметить одну из наиболее важных мутаций половых признаков кукурузы - мужскую стерильность. По фенотипу мутация мужской стерильности проявляется в отсутствии пыльников. В стерильных растений пыльцу в пыльники дегенерирует и пыльники часто вообще не выходят из колосовых чешуек. Признак мужской стерильности контролируется рецессивными аллелями ms, а восстановление фертильности осуществляется доминантнимы аллелями Ms. Стерильность, обусловленная ядерными генами, не используется в селекции из-за неустойчивости проявления стерильности в потомстве.

Наряду со стерильностью у кукурузы, которая контролируется генами, М. И. Хаджинов в СССР и М. М. Rhoades в США одновременно открыта цитоплазматическая мужская стерильность. ЦМС - стерильность, которая обусловлена отношением особого типа (стерильной) цитоплазмы и рецессивными ядерными генами rf. Восстановление такой стерильности осуществляется доминантными генами Rf. На сегодня известно четыре типа ЦМС: техасский (Т-тип), молдавский (М-тип), боливийский (С-тип), парагвайский (S-тип). Второй и третий типы широко используются для производства гибридных семян.

Наиболее глубокие исследования генетики типов ЦМС, использования в селекции и семеноводстве кукурузы были проведены Т. С. Чалыком, В. А. Гонтаровским.

Указанные типы ЦМС идентифицируются генами восстановителями Rf. Установлено, что восстановление техасского типа ЦМС контролируется двумя генами Rf1, Rf 2, молдавского типа Rf3 и боливийского и парагвайского-генами Rf4, Rf5.

Искусственный мутагенез

Впервые искусственный мутагенез на кукурузе был применен L. J. Stadler в 30-х годах прошлого столетия. Для получения первых искусственных мутаций у кукурузы использовались различные виды радиации, но в основном это были гамма-лучи, лазерное облучение. В 70 - х годах прошлого столетия проведены широкие исследования воздействия химических мутагенов для получения наследственных изменений. Было установлено, что обработка семян рядом химических соединений (нитрозоэтилмочевина, нитрозометилмочевина) приводит к мутационным изменениям многих наследственных признаков кукурузы. На сегодня разработаны и применяются в селекционной практике на других культурах (ячмень, соя, подсолнечник, кукуруза) оптимизированные технологии химического мутагенеза с использованием хемо-и радиопротекторов (биологически активных соединений, экстрактов проросших семян и др.), что позволяет получать в спектре мутаций намного больше НЕ хромосомных, а "точечных" генных мутаций. Такие технологии широко используются и очень эффективны при создании нового исходного материала для селекции на полигенные признаки: устойчивость к болезням и вредителям, жирнокислотный, углеводный, белковый состав зерна. При участии мутантных линий, полученные под воздействием химических мутагенов, созданы широко известные гибриды кукурузы Юбилейный 60 МВ, юбилейный 70 МВ, Коллективный 210 ТВ, Коллективный 244 МВ, Коллективный 100 СВ ( Домашнев, 1992).

 Наиболее эффективным методом селекции кукурузы является метод межлинейной гибридизации. Путем создания новых самоопыляющихся линий достигается наследственное улучшение кукурузы по разнообразно-ценным признаками растения и початка. При скрещивании линий получают гибриды с повышенной производительностью. Создание линий и гибридов на их основе составляют основное содержание метода селекции кукурузы на гетерозис, предусматривающий долгий процесс инбридинга для получения гомозиготных линий(Стрельчук,2000). Прелесть самоопыляющихся линий и сортов для селекции на гетерозис определяется их комбинационной способностью - биологическим свойством, обеспечивающим эффект гетерозиса при скрещивании. Комбинационную способность линий и сортов определяют методами диаллельных скрещиваний, топкроса и поликросса (Макрушина, 1996). Использование гаплоидии позволяет в два - три раза ускорить процесс инбридинга. О возможности использования гаплоидии в селекционных программах по кукурузе сообщалось неоднократно.

Большое значение в селекции гибридной кукурузы имело открытие цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС). Практической целью использования цитоплазматической мужской стерильности является перевод линии на стерильную основу с восстановлением мужской фертильности. Это предполагает создание стерильного аналога материнского отца и аналога-восстановителя родительского. Селекция кукурузы на гетерозис с использованием ЦМС осуществляется в следующей последовательности:

1. создание самоопыляющихся линий и их оценка;
2. создание и испытание гибридов;
3. перевод перспективных гибридов на стерильную основу с восстановлением мужской фертильности;
4. размножение исходных форм гибридов.

Использование цитоплазматической мужской стерильности в семеноводстве кукурузы позволяет осуществлять получение гибридных семян на больших площадях без трудоемкой операции с обрыва метелок (Сатарова, 2002).

Селекция самоопыляющихся линий базируется на проведении самоопыления и отбора растений и початков по внешним признакам на протяжении нескольких лет, что считается стандартным методом (в основном это три, четыре последовательных генерации самоопыления).

Для получения более высокого процента ценных линий целесообразно применять кумулятивную селекцию кукурузы, которая включает получение инбредных линий по стандартному методу и повторение цикла самоопыления гибридных растений от скрещивания выделенных в первом цикле лучших линий.

Еще одним эффективным методом селекции самоопыляющихся линий кукурузы является метод периодического отбора на специфическую комбинационную способность.

Создание межлинейных гибридов кукурузы осуществляется по различным программам, в зависимости от количества линий, имеющихся в наличии, изученности их по ценным признакам и итогов предыдущей селекции. На сегодня, когда прогнозирование урожайности гибридов по признакам их родительских линий невозможно, приходится применять скрещивание в массовых масштабах. При этом результативность селекции в основном зависит от выбора линий-тестеров для скрещивания с другими линиями. Гибриды получают путем скрещивания самоопыляющихся линий с тестерами, затем идет испытание межлинейных гибридов и выделение лучших комбинаций и, наконец, новые гибриды изучаются в питомнике конкурсного сортоиспытания. Одной из проблем в селекции кукурузы является проблема создания нового исходного материала.Достижениям в области селекции скороспелых гибридов является создание и внедрение в производство таких новых раннеспелых и среднеранних высокоурожайных гибридов, как Харьковский 18, Днепровский 203, Днепровский 273М, Коллективный 101ТВ, Коллективный 150ТВ, Коллективный 210АТВ, Саратовский 16, Коллективный 244МВ, Молдавский 251, Юбилейный 60 МВ, обеспечивающих урожайность зерна 60-80 ц / га, хотя и они не все отвечают требованиям производства, относительно стабильности урожаев зерна, влажности (35-40%) и устойчивости к болезням. И это в значительной степени обусловлено тем, что некоторые из них создавались на основе старых отечественных и зарубежных линий и сортов (ВИР 26, ВИР 27, W75, F 2, F 7, Ч21, Шиндельмайзер и другие), в процессе создания которых не выдвигались те требования, которые в наше время определяют ценность гибридов. Такие гибриды как: Днепровский 141, Днепровский 179, Днепровский 203, Молдавский 214, Молдавский 215, Молдавский 258, Коллективный 247, Коллективный 248, Коллективный 160, Черкасский 30, Буковинский 12, Краснодарский 203, Краснодарский 326, Харьковский 18Т, Харьковский 19Т, Харьковский 125, характеризуются высокой устойчивостью к поражению наиболее вредными болезнями, устойчивостью к полеганию и высоким потенциалом урожая зерна (Домашнев,1992).

Достижениям в области селекции гибридов кукурузы устойчивых к биотическим и абиотическим факторам является создание новых линий с сочетаннем устойчивости к жаре, засухе и холоду: СЛФ 5-9, СЛФ 9, СЛФ 17-2, СКФ 55, СКФ 86, СКФ 116, ДЖК 16 , ДЖК 35, ДЖК 40, ДЖК 140. Также, с участием новых линий были созданы высокопроизводительные жаро-и засухоустойчивые гибриды Эллада 420 СВ и Криничанский 257 СВ, полученные путем самоопыления семей кукурузы различных циклов отбора зародышевых плазм Ланкастер и Айодент. Эти гибриды превосходят стандарты по урожайности зерна на 0,35 - 0,47 и 0,53 - 0,74 т / га соответственно. Они переданы на Государственное сортоиспытание сельскохозяйственных культур в 2003 и 2005 годах (Гаркава, 2006).

4 Заключение

Различия направлений сельскохозяйственного использования и специфика климатических условий зон сева современной кукурузы требуют от практической селекции и биотехнологии разработки соответствующих методов создания скороспелых и среднеранних, холодостойких и энергично выращиваемых гибридов для обширной северной зоны Степи, среднеспелых и среднепоздних засухоустойчивых гибридов для сева на зерно в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, а также гибридов для орошения. Основной проблемой селекции кукурузы остается нехватка и трудности при создании исходного материала, так как в основном ведутся работы по созданию новых продуктивных гибридов, а накопление массы посевного материала продолжается годами. Следовательно, перспективным направлением в области селекции кукурузы является сокращение селекционного процесса путем использования биотехнологических методов и технологий.

5 Список литературы.

1) Гаркава О.М. Оценка и отбор селекционного материала кукурузы на жаро- и сухостойкость/ О.М. Гаркава // Автореф.дис Институт зернового хозяйства. – Днепропетровск, 2006. – 20с.

2) Домашнев П.П Селекция кукурузы / П.П. Домашнев// М.: Агропромиздат, 1992. – 208 с.

3) Макрушина М.М Генетика сельскохозяйственных растений / М.М.. Макрушина//– К.: Урожай. – 1996. – 225с

4) Сатарова Т.М. Андрогенез и эмбриокультура у кукурузы in vitro. / Т. М. Сатарова // Дис… доктора биол. наук. – Днепропетровск, 2002. – 537 с.

5) Стрельчук С.И.., Генетика с основами селекции./ C.И. Стрельчук// – Киев: Фитосоциоцентр, 2000. – 292с.

6) Циков В.С. Кукуруза: технология, гибриды, семена / В.С.Циков// Научно-практическое издание. - Днепропетровск: Зоря, 2003. - 296 с.: ил.

7) Евстратов И.Н., Рекомендации по возделыванию кукурузы в Ростовской области / И. Н. Евстратов // Ростов-На-Дону: ООО "АгроЗемИнвест", 2007. 70 с.

8) Шиндин А.П. Кукуруза. Современная технология возделывания / А.П. Шиндин // Монография. - Москва: «ГНУ ВНИИ Кукурузы», 2009. - 127 с.