Влияние фотопериодической реакции на качество волокна хлопчатника

Аннотация
Приведены данные многолетних исследований хлопчатника по определению и влиянию фотопериодизма на растения и реакция на качество волокна сортов и гибридов Gossypium hirsutum. Основой глубокого изучения стало выявление, отбор, создание родительских форм и донорского материала, устойчивого к биотическим и абиотическим факторам. На основе 10-летних исследований по определению комбинационной способности сортов и тестеров хлопчатника дана оценка по признакам определяющих качество волокна, эффект и вариансы СКС по признаку относительной разрывной длины. Исходным материалом в исследованиях служили сорта и линии узбекской, российской и зарубежной селекции, а также дикие и полудикие виды хлопчатника. Для более подробного изучения были отобраны три сорта и три тестера.
Глобальные изменения климата, как теперь доказано новейшими исследованиями, вызваны исключительно антропогенными факторами. К настоящему времени мировым научным сообществом получены неопровержимые доказательства векового тренда глобального потепления, которое служит индикатором изменения климата на Земле. И только мировое сообщество может исправить ту ошибку, которую допускало на протяжении многих веков, или же хотя бы постарается адаптироваться к новым условиям современного мира.

Учеными Республики Узбекистан и Российской Федерации впервые в 2013 году были проведены опыты по определению самой удаленной на сегодняшний день территории возделывания нетрадиционных культур в условиях, географически – отдаленных от ареала произрастания. В частности, речь шла о культивируемых, диких и полудиких видах хлопчатника. Условное название проекта – «Определение северной точки мирового хлопкосеяния и создание сортов с высоким качеством волокна в условиях измененного фотопериодизма» [1].
Так как хлопчатник относится к культурам короткого светового дня, основной задачей исследований, проведенных в 2006 – 2017 годах, стало определение чувствительности культивируемых, диких и полудиких видов хлопчатника к фотопериодизму.
Первые исследования по определению и влиянию фотопериодизма на растения были описаны американскими учеными в 1920 г. В. Гарнером и Н. Аллардом во время селекционной работы с табаком. Они обнаружили, что один из сортов, который цвел весной и осенью в теплице, не зацветает летом в открытом грунте. В связи с тем, что летние условия практически не отличались от тепличных, было сделано предположение, что цветению препятствует длинный летний день. Предположение подтвердилось, когда удалось получить цветение табака летом при искусственно укороченном дне. В дальнейшем установлено, что фотопериодическая реакция свойственна растениям разных таксономических групп и жизненных форм. Позднее такая реакция организмов на длину дня получила название фотопериодической реакции (ФПР).

Есть предположение того, что данная реакция была открыта еще в 1910 году, но, к сожалению, тогда была не дана четкая формулировка этому процессу [2].
В последующем многие исследователи изучали реакцию фотопериодизма на различных культурах и определили три основные группы растений. Первая группа – это растения короткого дня. Зацветание и плодоношение наступает при 8–12-часовом освещении (например, хлопчатник, табак, перилла). Вторая группа – это растения длинного дня. Для цветения им нужна продолжительность дня 12 ч и более (картофель, пшеница, шпинат). И третья группа – это нейтральные к длине дня растения. Для них длина фотопериода безразлична. Цветение наступает при любой длине дня (кроме очень короткой, означающей для растений световое голодание). Таковы горчица, одуванчик, томат [1].
В изучении фотопериодизма не стал исключением и хлопчатник, впервые исследования в этой области были подробно описаны 1934 году Н.Н. Константиновым в монографии «Фотопериодизм хлопчатника». Конечно же, до и после Н.Н. Константинова эту тему в своих исследования освещали такие ученые, как Н.И.Вавилов, Р.Р.Шредор, Ф.М. Мауер Г.С. Зайцев, С.С.Канаш, А.И. Белов, М.Х. Чайлахян, М.В. Мухамеджанов, А.И. Автономов, Л.В. Румшевич, Л.А. Турке, 
Е.Л. Навродцкий, Н.Н. Назиров, С.С. Садиков, А.М. Мальцев, 
Однако, несмотря на то, что ФПР регулируется на генетическом уровне, конкретного описания и результатов по качеству волокна, его физико-механические свойства, в условиях измененного фотопериодизма не были изучены и освещены по сей день. Многие исследователи изучали фенологическую изменчивость и процесс ускорения вегетационного развития, но ведь конечным продуктом хлопчатника является волокно, которое востребовано в производстве, а от качества волокна зависит рентабельность того или иного производства. Поэтому данные исследования носили как фундаментальный, так и инновационный характер [4].
В соответствии с вышеизложенным перед селекционерами была поставлена задача изучить более 100 современных сортов зарубежной и отечественной селекции, а также 20 диких и полудиких видов хлопчатника, которые в дальнейшем могут быть привлечены к процессу гибридизации и созданию селекционно-генетического материала [4].
Основной целью глубокого изучения данной работы стало выявление, отбор, создание родительских форм и донорского материала, устойчивого к биотическим и абиотическим факторам.
Однако для отбора наиболее привлекательных форм, необходимо было выявить и определить гибкие селекционные материалы, адаптированные к условиям длинного светового дня, а также изучить генетическую наследуемость и изменчивость некоторых хозяйственно-ценных признаков по качеству волокна у гибридов первого и последующих поколений в условиях Юга России, на светло-каштановых почвах [4].

Исследования проводились в 2006 – 2012 годы в Узбекском научно исследовательском институте селекции и семеноводства хлопчатника, расположенном в 3 км к северо-востоку от Ташкента с координатами 41037' с.ш. и 69035΄ в.д., на территории поселкового совета Салар, Кибрайского района, Ташкентской области [5].
Почвы опытного участка УзНИИССХ – типичные сероземы склонов и предгорий западного Тянь-Шаня, на лесовидных суглинках, не засоленные, с глубоким залеганием грунтовых вод (более 6 – 10 м.). Высота над уровнем моря 584 м. Рельеф ровный, с водостоками на северо-востоке. Источниками водоснабжения являются (2006-2012) канал Боз-Су, из устья реки Чирчик [5].
В 2006 году исследования параллельно проводились и на опытной станции Ташкентского государственного аграрного университета. Территория опытной станции расположена на северо-восточной окраине города Ташкента между реками Бос-сув и Салар. По географическому положению станция имеет следующие координаты: 41036' с.ш. и 69033΄ в.д. Высота над уровнем моря 481 м [5].
Почвы опытного участка ТашГАУ – типичный серозем с небольшим содержанием гумуса (1.0%) и глубоким залеганием грунтовых вод (более 8 м.) Рельеф ровный, с водостоками на юго-западе. Источниками водоснабжения являются постоянные оросительные лоточные устройства, имеющие те же начала, что и предыдущее хозяйство [5].
С 2013 года по 2017 год исследования были перенесены в Российскую Федерацию, на опытные поля УНПЦ «Горная Поляна» и в Центре прикладной генетики, селекции и семеноводства хлопчатника ФГБОУ ВО Волгоградского государственного аграрного университета.
Экспериментальный участок находился в Советском районе, Волгоградской области в 25 километрах на северо-востоке от административного центра города Волгоград, между поселками Горная Поляна и Майский, а также в 200 метрах от Волго-Донского канала и Варваровского водохранилища, координаты УНПЦ «Горная Поляна» 48055' с.ш. и 44020΄ в.д., высота над уровнем моря 127 м [4].
Почвы опытного участка УНПЦ «Горная Поляна» – светло-каштановые, с глубоким залеганием грунтовых вод (более 8-10 м.). Более подробное описание физико-химического состава почв на опытном участке приведены в таблице 1.

В 2015 году к опытам был привлечены специалисты ФГБУН Института биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук, для более детального изучения наследственных признаков у гибридов раннего поколения в лабораторных условиях [5].
Исследования проводились под руководством доктора биологических наук, профессора Б.Р. Кулиева и его группы специалистов Е.В. Михайловой и Э.А. Баймухаметовой [5].
Исходным материалом для проведения эксперимента служили сорта и линии узбекской, российской и зарубежной селекции, а также дикие и полудикие виды хлопчатника [6].
Расчеты и первичный анализ проводились по методике Б.А. Доспехова (1985г.), а для глубокого анализа качества и зрелости волокна использовалось лабораторное оборудование Uster HVI 1000 (USA) и MESDAN (Italy) любезно предоставленное ООО Камышинский текстиль, Камышинский текстильным комбинатом и ЗАО Tirоtex, Тираспольской текстильной компанией. Результаты по качеству волокна у исходного материала, были подтверждены с помощью независимой экспертизы Узбекского центра «SIFAT» при Кабинете Министров Республики Узбекистан [6].
В опытах 2006 – 2017 г.г. по определению комбинационной способности сортов и тестеров хлопчатника по признакам, определяющим качество волокна, участвовали все выше перечисленные сорта. Однако для более подробного изучения были отобраны три сорта и три тестера.
В дальнейшем на опытных полях УНПЦ «Горная Поляна» были проведены исследования, и дана была характеристика сортов и линий хлопчатника по скороспелости, массе одной коробочки, выходу волокна, таких как сорта: Наманган-102, С-6541, Дустлик-2, Андижан-35, Жаргурган, С-8290, ПГССХ-1, Максад (Казахская селекция), Линия-2013 х Восход – 493 x Линия-204. Данные по продуктивности сортов и линий хлопчатника представлены в таблице 2.

Данные таблицы 2 показывают, что наилучший результат достигнут по массе одной коробочки у таких сортов и линий, как Жаргурган – 6,5-7,5г, Султан – 7,0-8,1г, ПГССХ-1 – 6,6-6,8г и Линия-2013 х Восход-493 x Линия-204 – 7,0-7,3г, на остальных масса коробочек в среднем составляла от 5,4-6,5г, по выходу волокна наилучший результат показал хлопчатник Линия-2013 х Восход-493 x Линия-204, где составил 37,4-38,6%, у остальных выход волокна в среднем составлял 35-36,8%. Для юга России основным хозяйственно-ценным признаком является вегетационный период хлопчатника, для успешного созревания раскрытия коробочек и здесь мы видим, что самый короткий вегетационный период был отмечен на сорте ПГССХ-1 и линии Линия-2013 х Восход-493 x Линия-204, где они составляли 105-109/105-107 дней соответственно и тип волокна составлял IV класс, что показывает наилучший результат для возделывания хлопчатника на светло-каштановых почвах УНПЦ «Горная Поляна» Волгоградской области.
По признаку «относительная разрывная длина» по эффектам ОКС, как среди сортов, так и среди сортов-тестеров, каких-либо заметных отличий не отмечено, они представлены в таблице 3.

Сорта и сорта-тестеры используемые для изучения в данном опыте отличаются качеством волокна IV-V типов.
Из таблицы 3 следует, что определенную перспективу по эффекту ОКС признака относительная разрывная длина, представляли следующие сорта Омад-2,66, С-6524 – 0,30 и С-6530 – 0,61, среди сортов-тестеров С-2609 – 0,69 и Аккурган-2 – 6,93. По вариансам ОКС все величины признака имеют ярко выраженное среднее значение, при этом наибольшие показатели имеют сорта С-6530 и С-6532, которые равны соответственно величинам 6,31 и 6,07. Среди сортов-тестеров интерес представляют С-9070 и Аккурган-2, где вариансы ОКС равны величинам 8,42 и 3,16 соответственно.
Исходя из средних показателей признаков приведенных в таблице, особый интерес представляют следующие гибридные комбинации С-6524 х С-2609, Наманган 77 х С-2609, С-6530 х С-2609, С-6530 х С-9070, С-6524 х Истиклол, С-6524 х Аккурган-2, С-6530 х Аккурган-2, средние показатели которых (г.с./текс.) равны соответственно величинам 27,70, 27,17, 28,03, 27,90, 27,37, 28,07 и 27,0.
В дальнейшем сравнивались эффекты СКС по удельной разрывной длине(Str.g/tex. – гс/текс.) у гибридов F1 представленные в таблице 4.

Из таблицы следует, что все показатели эффекта и вариансы СКС по признаку относительной разрывной длины характеризуются положительными значениями, величины которых менее единицы. Исключение составляет сорт С-6524, у которого данная величина более единицы и равна 1,16. Исходя из анализа эффектов СКС, наибольшей перспективой обладают следующие гибридные комбинации: С-6532 х С-5621, С-6530 х С-9070, С-6524 х Аккурган-2, Омад х С-9070, где эффекты СКС равны соответственно величинам 1,49, 1,11, 1,25, 5,07.
По признаку относительная разрывная длина гетерозис отмечен также в 5 случаях из 25, а именно у следующих гибридных комбинаций С-6532 х С-5621 (hp=1.46), С-6530 х С-5621 (hp=8.60), Наманган 77 хС-2609 (hp=3.0), Наманган 77 х С-9070 (hp=2.8), С-6524 х Истиклол (hp=3.57). Среди сортов и сортов-тестеров, используемых в качестве родителей, лучшими по признакам определяющих качество волокна стали Наманган 77, С-6530, С-6532, С-2609 и С-5621.
Полученные результаты по удельной разрывной нагрузке волокна 2006-2013 г.г. 
был изменены в 2014-2017 г.г. в сторону улучшения по некоторым физико-механическим свойствам. Это дает основание полагать, что, несмотря на измененный фотопериодизм и географически отдаленный ареал произрастания, наследственные показатели по качеству волокна у некоторых сортов хлопчатника могут проявлять ярко выраженный гетерозис.
Подтверждением этому служат данные по физико-механическим показателям хлопчатника, проведенные в лабораторных условиях на ООО «Камышинский Текстиль» приведены в таблицах 5.

Кимсанбаев О.Х. д. с.-х. наук, профессор Волгоградского ГАУ,
Намозов Ш.Э. д. с.-х. наук, профессор Узбекский НИИ селекции семеноводства и агротехнологии выращивания хлопка,
Кулиев Б.Р. д. б. наук, профессор Башкирского ГУ,
Конотопская Т.М. к. с.-х. наук, доцент Волгоградского ГАУ,
Симонов Е.А. соискатель Центра прикладной генетики, селекции и семеноводства хлопчатника ФГБОУ ВО Волгоградского ГАУ.