Возможности повышения генетического потенциала продуктивности
Основная задача селекции, заключающаяся в создании новых сортов с максимальным урожаем соответствующего качества, зависит от особенностей видов растений и потребностей рынка. В целом же селекционеры заняты поисками наиболее подходящих путей и методов, с помощью которых можно повышать генетический потенциал продуктивности растений и животных. Этого настоятельно требует чрезмерно увеличивающаяся численность населения земного шара, а также сокращение посевных площадей под сельскохозяйственными культурами.
Каковы возможности дальнейшего повышения генетического потенциала продуктивности растений? Если учесть, что более 90% органического вещества растения создается в процессе фотосинтеза и только 8% сухого вещества растения приходится на неорганическое вещество, и допустив при этом оптимальное снабжение растений водой и элементами питания и отсутствие поражения болезнями и вредителями, можно оценить максимальную продуктивность любого посева растений на единице посевной площади в единицу времени. По данным ряда авторов, при благоприятных солнечной радиации, концентрации СO2 и температуре чистая продуктивность сухого вещества в посеве потенциально может составлять 67 г/м2 в сутки, или 670 кг/га в сутки. Из расчета урожая сухого вещества на 100 дней периода вегетации это составит 67 т/га. Урожай зерна 12%-ной влажности при соотношении зерно : солома : корневая система, равном 5:3:2, потенциально был бы равен 37,5 т/га (табл. 15.5).
Такова оценка урожая сухого вещества и особенно урожая зерна при идеальных условиях. Естественно, создать их весьма трудно, однако следует подчеркнуть, что рекордные урожаи сухого вещества, достигнутые в контролируемых условиях, очень близки к теоретически рассчитанным максимальным урожаям.
Максимальные урожаи растений с типом фотосинтеза С4 (кукуруза, суданская трава) в тропических и центральных регионах земного шара составляли 52, точнее 51 г/м2/сут по надземной массе (табл. 15.6). Если к этому добавить 20% сухого вещества, произведенного корнями, то получится около 60 г/м2/сут, что очень близко к теоретически рассчитанным 67 г/м2/сут (см. табл. 15.5). У растений с типом фотосинтеза С3 продуктивность ниже, но интересно отметить, что рис достигал 55 г/м2/сут (табл. 15.6), и это является отражением способа возделывания данной культуры в очень благоприятных условиях влажности и температуры. Того же удавалось достичь в контролируемых условиях влажности, освещенности, СO2 и температуры, где растения были полностью защищены от поражения патогенными организмами. Проведенные исследования показывают, что некоторые современные сорта и гибриды обладают очень высоким генетическим потенциалом продуктивности.
Каким же образом удалось реализовать такой потенциал продуктивности на практике? Наилучшим образом это отражают рекордные урожаи. За последнее десятилетие в литературе приведены примеры следующих урожаев, достигнутых в условиях обычного производства: кукуруза - 23,9 т/га, сорго - 21,5, рис - 14,4, пшеница - 14,1, соя - 7,4, картофель - 94,1 т/га и т.д. Это, конечно, очень высокие урожаи, в 2-7 раз превышающие средние показатели по данным культурам в соответствии с годом возделывания и страной, однако они составляют только половину (или еще меньше) теоретически возможных урожаев сухого вещества. В условиях массового производства любые попытки создать оптимальные условия с целью полной фенотипической выраженности данного генотипа оказывались неудачными, и этому мешали такие факторы, как значительная неизученность самой почвы, невозможность контролирования температуры, освещенности, концентрации CO2, осадков, а также полного подавления патогенных организмов (пестицидами можно помешать нападению паразита, но остается вопрос вредного влияния самих пестицидов и т.д.). И тем не менее все это показывает, что достигнутые к настоящему времени рекордные урожаи - это не предел и что с существующим сортиментом можно двигаться дальше, не говоря уже о новых сортах, которые будут созданы в будущем.
Здесь стоило бы привести данные об условиях, при которых получены рекордные урожаи кукурузы и пшеницы, согласно данным, опубликованным в «Proceedings Plant Growth Regulator Working Groups» (9-11 августа, 1977, США).
Кукуруза - 21,1 т/га. Этот урожай получен Г. Ворсо в округе Маклин штата Иллинойс (США) в 1975 г. С 1963 г: поле, на котором был поставлен данный рекорд, подвергалось качественной обработке, регулярно вносились органические и минеральные удобрения (только одного азота ежегодно 228 кг/га). В 11975 г. при pH 6,2 на участке было внесено 56 кг N, 260 кг Р и 326 кг К, а также 50 т свиного перепревшего навоза на 1 га. Плотность посева составила 82 500 растений/га. К сожалению, в публикации не приведены сведения ни о гибриде, давшем такой урожай, ни о размерах посевной площади.
Пшеница - 14,1 т/га. Урожай был получен Р. Хагеманом с площади 2 га при посеве сорта Gaines на ферме Кликитат в штате Вашингтон в 1965 г. На окультуренных целинных землях предшественником пшеницы в течение двух лет служила сахарная кукуруза, под которую внесли 121 кг/га азота. Содержание гумуса в почве составляло 2-4%. Посев проведен в октябре при норме высева семян 95 кг/га. Из минеральных удобрений внесено 135 кг/га N, 25 кг/га Р2О5 и 55 кг/га К2O. С апреля по июль семь раз провели орошение, что было выше обычной нормы. Климат в данной местности характеризуется сильной солнечной освещенностью, безоблачным небом и прохладными ночами.
Сорт Gaines относится к первым полукарликовым сортам с продуктивным колосом, которому было отведено немалое место во всей мексиканской программе доктора Н. Борлауга. Особое значение для получения такого рекордного урожая в США имели климатические факторы, обусловившие длительность периода налива зерна (около 55 суток) в условиях интенсивного солнечного освещения и продолжительного светового дня. В Югославии период налива зерна колеблется от 35 до 40 суток при слабой освещенности, коротком дне и теплых ночах, поэтому эффективность фотосинтеза здесь меньше.
В Югославии и Чехословакии получение рекордных урожаев пшеницы, хотя и более низких, имело свои особые трудности, связанные с относительно большими посевными площадями в условиях широкого производства. Поэтому ниже приведена характеристика тех условий, в которых урожай сорта Sava составил 10,9 т/га (табл. 15.7).
Сорт пшеницы Sava - 10,9 т/га. Этот урожай получен с площади 30 га в кооперативном хозяйстве «Шала» района Таланта (ЧССР) в 1976 г. (см. табл. 15.7). Почвы аллювиальные, содержание гумуса 2,7 %, грунтовые воды залегают на глубине 120 см от поверхности почвы. Вначале предшественником была сахарная свекла, под которую внесено 60 т/га перепревшего навоза, затем лук и мак, под которые внесено 80 кг/га N, 90 кг Р2O5 и 120 кг/га К2О, а также 45 кг/га мочевины в феврале; в целом это составило 135 кг/га N. Под посев проведено предварительное орошение с 1 по 8 октября 1975 г. при норме поливной воды 30 мм и 20 апреля 1976 г. с количеством поливной воды 30 мм. В результате удалось добиться очень хорошего развития посева (в среднем 797 колосьев на 1 м2). Колошение отмечено 25 мая, уборку провели 17 июля. Период налива зерна, т.е. период от цветения до полной зрелости, составил 50 дней.
Приведенные примеры показывают, что еще ни один вид растений не достиг генетического предела урожайности. Конечно, этот предел есть, он определен самим существованием вида. Triticum aestivum ssp. vulgare едва ли достигнет урожая 30,0 т/га, но для некоторых новых синтетических видов, созданных человеком, например тритикале или гибрида между Triticum и Elymusa, эти пределы могут быть раздвинуты.
Можно привести ряд новых возможностей дальнейшего повышения генетического потенциала продуктивности и качества, которые в селекции растений следовало бы использовать в большей мере, чем до настоящего времени.