Глава 10 организация, техника и методика селекционного процесса

 

Для того, чтобы новые выведенные сорта объективно проявляли свои преимущества перед стандартным сортом по урожайности, качеству продукции, продолжительности вегетационного периода, устойчивости к болезням, вредителям, полеганию и другим факторам окружающей среды необходимо уделять внимание тщательности соблюдения методики полевого опыта на протяжении всех этапов селекционного процесса.

Только строгое соблюдение правил постановки опытов с селекционным материалом даст возможность получить такие сорта, которые будут подтверждать свои высокие качества в государственном испытании и производственных условиях определенной почвенно-климатической зоны будущего их районирования. Для достижения таких результатов необходимо, прежде всего, обеспечить типичность и точность опыта, соблюдать принцип единственного различия.

Условия изучения и испытания селекционного материала и создаваемых сортов должны быть типичными для той зоны, в которой планируется районировать и внедрять в производство будущие сорта. В селекционном научно-исследовательском учреждении должна быть подобрана характерная для зоны деятельности почвенная разность с определенным уровнем плодородия, уровнем залегания грунтовых вод, особенностями микроклимата, рельефа и т.п. Типичными должны быть также предшественники, нормы и способы посева, виды и способы применения микро- и макроудобрений, механизация возделывания. Для получения сортов интенсивного типа параллельно с закладкой испытаний в типичных оптимальных условиях изучение проводится на перспективу в условиях более высокого питания, иногда с применением орошения. Во всех условиях селекционные посевы должны выращиваться при соблюдении рекомендуемых технологий возделывания изучаемой культуры.

Достоверность полученных различий между испытываемыми образцами зависит от правильности выбора участка под все опыты и делянок для каждого повторения всех вариантов. Однако практически одинаковые делянки для всех образцов и повторения подобрать нельзя. Любой, даже методически правильно организованный опыт будет характеризоваться наличием ошибок опыта. От степени проявления этих ошибок будет зависеть точность опыта и наименьшая существенная разница. Для повышения точности опыта лучшим считается рендомизированный способ размещения испытываемых сортов в 4–6 повторениях. При закладке коллекционных и селекционных питомников следует пользоваться методикой Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова, а при проведении сравнительного испытания новых номеров и лучших сортообразцов – методикой Государственной инспекции по испытанию и охране сортов растений. Площадь учетной делянки рекомендуется иметь при закладке контрольного питомника от 3–5 до 10 м², при конкурсном испытании от 10–25 до 100 м², а в производственном испытании 0,5–1,0 га в двукратном повторении.

При испытании сортов и другого селекционного материала всегда необходимо придерживаться принципа единственного различия, т.е. почвенные условия, все агротехнические мероприятия и прочие факторы внешней среды должны быть одинаковыми. Единственным различием в опыте должны являться изучаемые сорта, их генотипы, норма реакции на одинаковые окружающие биотические и абиотические факторы. При соблюдении принципа единственного различия и достижения высокой точности опыта можно достичь высокоэффективных результатов не только для науки, но и для практики, т.е. лучшие созданные сорта будут превышать стандарт по урожайности и другим показателям в производственных условиях примерно на такую же величину, как и при стационарном сравнении в опыте. Правильность проведения опытов зависит от выбора, изучения и подготовки участка для селекционных посевов и испытаний. Поле, где будут проводиться испытания сортов и изучение селекционного материала должно быть характерным для данной зоны по гранулометрическому составу почвы, реакции среды, рельефу, предшествующей обработке, уровню почвенного плодородия и т.д. По всем этим и другим показателям массив опытного участка должен быть выровненным. Весьма нежелательным является наличие на опытном поле участков с различным плодородием почвы, засоренности, мест бывших строений, засыпанных канав, траншей, оврагов. До закладки опытов по сортоиспытанию участок следует тщательно изучить по механическому составу, кислотности, наличию гумуса, фосфора, калия, степени засоренности, глубине пахотного горизонта. С целью получения достоверной картины, кроме этих анализов, проводятся рекогносцировочные (разведывательные) посевы путем возделывания сплошным способом одной культуры, которая хорошо реагирует на неоднородность почвенных условий. Для этой цели чаще всего используют овес или ячмень. Во время вегетации на таких посевах осуществляют тщательное наблюдение. Все отклонения в развитии растений, очаги засоренных мест и другие особенности, выявленные при этом, заносятся на план участка. Перед уборкой весь участок разделяется на элементарные делянки, с которых убирается и учитывается урожай отдельно, т.е. проводится так называемый дробный учет. Все примыкающие друг к другу делянки, характеризующиеся примерно одинаковым урожаем и сходными по другим показателям предшествующих обследований объединяются в одну связанную площадку. Эти связанные площадки должны иметь форму прямоугольника или квадрата.

Имея такие полные данные и план расположения связанных площадок, можно приступать к закладке намеченных опытов. При этом все варианты одного опыта, весь изучаемый материал одного питомника или сортоиспытания должен быть размещен на такой однородной площадке. В таком случае будет выдержан принцип единственного различия, получена высокая точность опыта и достоверность полученной разницы между подопытными семьями, формами, образцами и сортами.

Для уменьшения пестроты опытного поля при освоении участка под опыты, а также через определенное количество лет постановки опытов каждое поле поочередно занимается уравнительными посевами одной культуры. При необходимости уравнительные посевы размещаются на одном и том же поле 2-3 года подряд, что в значительной степени повышает однородность участка, а тем более связанных площадок.

На опытном поле с особой тщательностью следует относиться к равномерности внесения удобрений, нельзя допускать оставления соломы, мякины и других послеуборочных остатков. Опытные посевы должны содержаться в чистоте, чтобы не снижать урожайности в опыте и не допускать засорения почвы сорняками. При пахоте нельзя допускать глубоких развальных борозд и свальных гребней, их размещение следует осуществлять между связанными площадками или применять поворотные плуги. Для выравнивания микрорельефа поля хорошие результаты дает предпосевная обработка с применением комбинированных агрегатов типа АКШ-3,6, АКШ-7,2 и других почвообрабатывающих орудий.

Закладка селекционных посевов осуществляется по хорошо обработанной, выровненной и удобренной почве согласно установленных специальных методик. Еще до посева составляются посевные ленты, где указывается очередность расположения изучаемых образцов, сортов и стандарта, записывается количество высеваемых семян или норма высева, число рядков или размер делянки, количество повторений. До выхода в поле на бумаге расчерчивается план расположения и размеры полос, дорожек и защиток, определяют форму и размеры посевной, учетной и неучетной площади каждой делянки.

Образцы, номера и сорта коллекционного питомника, внутривидовые и отдаленные гибриды, мутанты первого и второго поколений высеваются обычно на метровых полосах под маркер с раскладкой семян, с помощью посевных досок, ручных сеялок СР-1, самоходных сеялок "Шагающий штамп", кассетных сеялок ССК-1, высокопроизводительной сеялкой ССФК-7М, навешиваемой на тракторное шасси.

Размер делянки (количество рядков) в питомнике исходного материала зависит от количества имеющихся семян. Через каждые 9–19 образцов высевается лучший районированный сорт в качестве стандарта. Для контроля в питомниках гибридов и мутантов, кроме стандарта, высевают родительские сорта и исходные сорта, подвергавшиеся мутагенезу. Площадь питания составляет 15 ´ 15 или 20 ´ 5 см. Гибриды первого поколения с целью увеличения коэффициента размножения и получения большего количества семян высевают с увеличенной площадью питания. С таким же расположением рядков и семян в рядке высевают стандарт и родительские сорта для получения сравнимых данных. Сорта коллекционного питомника при достаточном количестве семян высевают на делянках размером 1 м², лучше в двух повторениях, одно из которых используется для наблюдений, измерений, взятия пыльцы, различных проб и проведения анализов, а второе – для размножения и сбора семян.

В контрольном питомнике, предварительном и конкурсном испытаниях с целью повышения точности опыта всегда каждый из изучаемых сортов высевается в нескольких повторностях, т.е. закладывается на 4-6 делянках в разных местах опытного участка. Площадь, включающая стандарт и полный набор изучаемых сортов, называется повторением. Размещение сортов в пределах каждого повторения осуществляют с помощью трех основных методов: систематического, стандартного (парного) и случайного (рендомизированного).

Систематический метод размещения сортов по делянкам заключается в последовательном их расположении во всех повторениях в один ярус или шахматном порядке в 3–4 яруса. Этот метод приемлем при изучении небольшого количества (6–8) сортов на хорошо выровненном по плодородию участке. При размещении сортов этим методом необходимо, чтобы соседние делянки соприкасались между собой длинными сторонами, делянки одного и того же сорта не должны соприкасаться ни в горизонтальном, ни в вертикальном направлении, сорта одного повторения должны располагаться в одном ярусе.

Правильность проведения испытания сортов зависит также от размера и формы делянок. Долгое время для культур сплошного посева размер делянок считался 50–100 м². В настоящее время с созданием малогабаритной селекционной техники в большинстве научных учреждения сортоиспытание успешно проводят на делянках с учетной площадью в 10 м² по яровым и 25 м² по озимым культурам. В контрольном питомнике размер делянок 3–5 м² оказывается достаточным, а в предварительном испытании размер делянок составляет 5–10 м².

По форме делянки должны быть в виде вытянутого прямоугольника, где длина превышает ширину в несколько раз (1:5 – 1:20). Такая вытянутая форма позволяет охватить каждым сортом как можно больше разнообразие почвенной разности в пределах участка.

Стандартный или процентный парный метод размещения сортов по делянкам был разработан и применен впервые академиком П.Н. Константиновым. Он способствует повышению точности опыта и заключается в том, что каждый испытываемый сорт может сравниваться со своим рядом расположенным стандартом, который высевается через каждые два изучаемые сорта. Урожай стандарта всегда принимается за 100%, по отношению к нему вычисляют урожай и рядом расположенного испытываемого сорта в процентах. Отсюда и получил свое название этот метод. Он применяется до сих пор многими научно-исследовательскими учреждениями, является простым, удобным и методически обоснованным. Единственным его недостатком является наличие большого количества стандартов, что увеличивает объем работы.

Рендомизированный метод размещения сортов по делянкам иначе называется случайным. Изучаемые сорта объединяются в несколько блоков, которые соответствуют повторениям. В каждом таком блоке (повторении) сорта размещаются не в определенном порядке, а путем случайного размещения (по таблицам случайных чисел или путем жеребьевки). Блоки размещаются на площади в несколько ярусов, количество которых зависит от числа изучаемых сортов и блоков. При недостаточной выравненности опытного участка блоки можно размещать группами или даже поодиночке. Каждый блок разделяется на столько делянок, сколько испытывается сортов вместе со стандартом. В каждом блоке проводится своя рендомизация сортов по делянкам. Случайный метод позволяет устранить субъективный подход к размещению сортов, повышает точность опыта и достоверность получаемых различий между сортами. Этот метод является основным в сортоиспытании США, Германии, Италии, Чехии, России и Беларуси.

Для повышения эффективности селекционной работы, улучшения плодородия и правильной обработки почвы, снижения засоренности опытных участков, а также во избежание распространения специфических для определенных культур болезней и вредителей, одностороннего истощения почвы отдельными элементами питания на селекционных полях вводятся севообороты, в которых предусмотрено определенное чередование культур в селекционных и уравнительных посевах. В лучшем случае каждое поле должно быть разделено на две части, на одной из которых размещают селекционные, на другой уравнительные (размножение лучших сортов) посевы одной и той же культуры. На следующий год селекционные и уравнительные посевы другой культуры меняются местами, т.е. на той половине поля, где размещалось размножение сорта высевают селекционные посевы, а на второй – после селекционных посевов проводят размножение нового сорта.

После надлежащей подготовки почвы к посеву и ее выравнивания приступают к разбивке поля, которая заключается в выделении общего участка правильной прямоугольной или квадратной формы под каждый конкретный опыт. Внутри такого участка отбивают защитные полосы, дорожки, метровые полосы для закладки питомников исходного материала и селекционных питомников, ярусы более широких полос для размещения делянок сортоиспытания. Только после полной разбивки поля, т.е. вынесения составленного плана в натуру приступают непосредственно к посеву согласно посевной ленты всех звеньев селекционного процесса.

При посеве вручную под маркер или с помощью различного рода селекционных сеялок всегда нужно добиваться, чтобы семена ложились во влажную почву равномерно и на одинаковую глубину, без чего нельзя получить своевременных, дружных всходов.

Для достижения полной сравнимости изучаемого исходного материала и испытываемых сортов посев, рыхление, прополка и другие агротехнический мероприятия необходимо проводить одновременно и высококачественно. Посев, приемы ухода, например, одного питомника или сортоиспытания должны быть осуществлены в один день. Это же касается проведения наблюдений, взятия проб для анализов, осуществления измерений, подсчетов и т.п.

При осуществлении внесения удобрений, подготовки почвы, посева, ухода за растениями, уборки, обмолота и очистки семян необходимо максимально использовать средства механизации, позволяющие значительно снизить затраты труда, ускорить проведение необходимых работ и повысить их качество. Обработка посевов – поперек делянок (подкормка, защита, прополка и т.п.).

Только научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ВИМ) разработал и изготовил на Московском заводе опытных конструкций (МЗОК) целую систему машин для механизации селекционно-семеноводческой работы с зерновыми, зернобобовыми, крупяными культурами, подсолнечником и сахарной свеклой. Эта система машин включает около 200 наименований различных малогабаритных машин, многие из которых пущены в серийное производство и поступили в распоряжение селекционеров.

Однако, до сих пор, наибольший дефицит составляют такие ценные и исключительно необходимые машины, как селекционные малогабаритные комбайны. В основном все селекционные учреждения используют для уборки мелко деляночных опытов импортные селекционные комбайны «Сид-мастер», «Сампо», «Хеге», «Классик».

Вся организация селекционного процесса проводится в соответствии с установленными типовыми схемами, включающими ряд последовательных звеньев. По отдельным культурам в зависимости от их биологии цветения, способов опыления и размножения разработаны и применяются свои конкретные схемы, но принцип их разработки и назначения отдельных питомников остаются общими для всех культур (рисунок 22).

Питомник исходного материала объединяет несколько типов питомников. Прежде всего в него входит вся коллекция имеющихся видов, сортов и образцов, гибриды и мутанты искусственного и естественного происхождения.

Коллекционный питомник служит для изучения уже имеющегося разнообразия в пределах данной культуры, отбора лучших образцов в целях их использования в гибридизации как источников (носителей или доноров) отдельных положительных признаков и свойств. Из коллекционного материала

Рисунок 22 – Схема селекционного процесса

иногда удается непосредственно выделить ценные экземпляры растений, потомство которых высевается для дальнейшей селекционной работы. За растениями образцов этого питомника проводят фенологические наблюдения, подсчитывают выживаемость, поражаемость вредителями и болезнями, определяют их отношение к неблагоприятным условиям окружающей среды, дают оценку по основным элементам структуры урожая и другим количественным и качественным показателям. На основании полученных данных делают вывод о селекционной ценности каждого образца и намечают пути их дальнейшего использования.

В питомнике гибридов изучаются гибриды первого и второго поколений. Размеры делянок зависят от наличия семян. В качестве контроля для сравнения высевают стандарт и родительские образцы. Стандартный сорт высевается через 10–20 комбинаций, а родительские образцы возле каждой комбинации или через родственную группу комбинаций гибридов. С целью увеличения коэффициента размножения площадь питания для гибридных растений может быть значительно увеличена. В этом случае семена контрольных и родительских сортов высевают таким же образом. Кроме тех наблюдений, учетов и анализов, которые были перечислены для коллекционного питомника, по гибридам первого поколения определяется показатель доминирования, степень гетерозиса, выявляется комбинационная способность родительских сортов. В гибридах второго и старших поколений F₂ - F₅ проводится изучение степени проявления комбинационной изменчивости, характера расщепления гибридов и осуществляется отбор с соответствующей оценкой выщепившихся форм для дальнейшего их использования в селекционном питомнике. Такой подход к изучению гибридного материала с селекционно-генетической точки зрения позволяет раскрыть характер наследования хозяйственно-ценных признаков, выявить потенциальные возможности комбинационной изменчивости и использовать ее для повышения эффективности и ускорения селекционного процесса.

Аналогичная работа проводится и в питомнике мутантов первого и второго поколений, конечный результат которой сводится к нахождению и выделению новых появившихся форм, представляющих определенный интерес для селекции.

Селекционный питомник включает потомства отобранных растений (семьи) из всех видов питомников исходного материала. Каждая семья высевается отдельно, размер делянки при этом зависит от количества семян, собранных с выделенных растений. Через каждые 10–20 семей в обязательном порядке высевается лучший районированный сорт, принятый в данной зоне за стандарт. Площадь питания в селекционном питомнике целесообразно приближать к производственной. При изучении материала селекционного питомника всегда следует иметь в виду гетерозиготность отобранных (особенно гибридных) растений. В связи с этим задача заключается в том, чтобы уже в селекционном питомнике первого года выделить константные (нерасщепляющиеся) семьи, дать им полную оценку и вынести решение о целесообразности их дальнейшего использования. Из расщепляющихся семей проводится повторный отбор выщепившихся форм для посева их семян опять в селекционном питомнике на следующий год.

Контрольный питомник предназначен для оценки константных номеров, отобранных и размноженных в селекционном питомнике. В зависимости от наличия семян закладку контрольного питомника проводят на делянках 3–5 до 10 м² в 2–4-х повторениях. Стандарт высевают через 5–10 номеров или используют процентный (парный) метод. После всесторонней оценки изучаемых номеров по скороспелости, выравненности, урожайности и другим показателям лучшие из них переводятся для дальнейшего изучения в предварительное испытание.

В предварительном испытании они уже именуются как сортообразцы и закладываются в 4-х кратной повторности, с большей площадью учетных делянок. После успешного испытания лучшие сортообразцы, существенно превысившие по урожайности или другим показателям сорт-стандарт переводятся в следующее звено селекционного процесса – конкурсное испытание.

Конкурсное испытание завершает создание сортов, дает возможность на основании 3-летних данных сделать окончательную оценку и решить вопрос о возможности передачи самых лучших из них в Государственную инспекцию по испытанию и охране сортов растений. При передаче сорта в госсортоиспытание испытанию составляются соответствующие документы, в которых дается подробная его характеристика о методе выведения, результатах конкурсного испытания, производственной проверке, дается ботаническое описание, прилагаются фотографии зрелых растений, семян, соцветий, плодов. На основании представленных документов Госинспекция по сортоиспытанию выносит решение о включении сорта в испытание. При положительном решении сорт заносится в специальную сортовую книгу, включается в мировую коллекцию ВИРа и коллекцию Республиканского генофонда. Для проведения госиспытания нового сорта на ГСУ и сортоиспытательных станциях учреждение–оригинатов рассылает его семена согласно разнарядки Госинспекции по испытанию и охране сортов растений.

Чтобы обеспечить выполнение разнарядок, по наиболее перспективным сортообразцам параллельно с их оценкой и испытанием, начиная уже с контрольного питомника, а тем более с предварительного испытания, приступают к предварительному их размножению. Размножение целесообразно проводить по полной схеме оригинального семеноводства, в основе которого лежит метод индивидуального отбора, проведение прочисток и негативного отбора. В процессе этой работы осуществляется доработка и размножение создаваемого сорта. К моменту передачи его в Госсортсеть выращивается необходимое количество семян для проведения конкурсного и производственного испытаний на сортоучастках и сортоиспытательных станциях. Благодаря заранее организованному оригинальному семеноводству ко времени признания сорта перспективным или занесения в реестр создается хорошая возможность для дальнейшего более быстрого его размножения, организации оригинального и элитного семеноводства в зоне районирования и внедрения в производство.

Таким образом, при выведении нового сорта по существующей схеме селекционного процесса в лучшем случае уходит не менее 12 лет. В последнее время в связи с развитием научно-технического прогресса появилась возможность значительно ускорить селекционный процесс и сократить период создания сортов почти в два раза. Для этой цели во всех крупных селекционных учреждениях построены селекционные комплексы, которые позволяют получить 2–3 урожая озимых и 3–4 урожая яровых культур в год в теплицах с регулируемым климатом и климатических камерах.

В целях повышения эффективности и надежности селекционной работы весь исходный материал и изучаемые номера и образцы одновременно с выращиванием в обычных условиях следует изучать на провокационных фонах, где проводится искусственное заражение почвы или растений наиболее вредоносными заболеваниями и вредителями, создается дефицит влаги (засушники), низкие температуры (морозильники) и т.д. Испытание на провокационных фонах и в других специально организованных опытах (высокие дозы удобрений, орошение) позволяют также ускорить селекционный процесс за счет более быстрого и уверенного отбора нужных источников для гибридизации или непосредственных форм для дальнейшей селекционной работы. Ускорению процесса создания новых сортов способствуют не только умелое использование достижение селекционной науки, но и комплексность работы селекционеров с учеными других смежных биологических и сельскохозяйственных наук.

В процессе проведения селекционной работы каждый исследователь составляет и пользуется на протяжении всей своей деятельности определенными видами документации. Основными документами являются: программа исследований, календарный план работы и журнал полевого опыта. В программе исследований изложены цели и задачи селекционной работы по созданию необходимого исходного материала, проведению необходимых оценок и отборов создаваемых образцов и сортов. Описывается техника и методика проведения опытов, обосновывается экономическое значение ожидаемых результатов, определяется форма отчетности.

Календарный план предусматривает порядок выполнения намеченной программы по кварталам с указанием видов работ, объемов затрат и вида отчетности.

В журнале полевого опыта фиксируются все виды исследований во время вегетации и уборки посевов. Он систематически заполняется во время подсчета полевой всхожести, выживаемости, поражаемости различными заболеваниями и вредителями, учета полегаемости, на всем протяжении проведения фенологических наблюдений, анализа образцов по основным элементам структуры урожайности, оценки испытываемых сортов по урожайности с единицы площади. Для записей результатов лабораторных исследований должен быть отдельный журнал.

В целях определения доказуемости полученных различий между изучаемыми образцами или сортами, для подтверждения или опровержения выставленной гипотезы, установления корреляционной зависимости между признаками, комбинационной способности сортов, появления гетерозиса и степени доминирования, а также для выявления многих других обстоятельств необходимых для решения селекционных задач широко используются различные методы статистической обработки полученных данных.