YIELD AND PARAMETERS ADAPTABILITY OF PROMISING VARIETIES OF MILLET IN THE CONDITIONS OF FOREST-STEPPE OF THE SAMARA REGION

Full Text

ВВЕДЕНИЕ Одним из основных направлений в экологической селекции является создание сортов проса посевного, способных обеспечить стабильно высокий урожай в любые годы в достаточно разных почвенно-климатических условиях. И чем эти условия хуже, тем должна быть выше роль генетической защищенности признаков потенциальной продуктивности и экологической устойчивости, т. е адаптивности сортов [1]. Экологическая стабильность сортов, их устойчивость к лимитирующим факторам среды и способность давать высокие и стабильные урожай привлекают все больше внимание селекционеров [2]. По утверждению академика А.А. Жученко [1], к числу главных приоритетов и критериев селекции, сортоиспытания и семеноводства в нынешнем столетии следует отнести сочетание высокой потенциальной продуктивности и качества урожая с устойчивостью к действию абиотических и биотических стрессов на уровне сорта, агроценоза, агроэкосистемы и агроландшафта. На территории Самарской области преобладает высокая контрастность погодных условий не только по годам, но и в течение вегетационного периода культуры. По результатам дисперсионного анализа, существенный вклад в изменчивость признака вносит фактор «год». Создание стабильных, стрессовоустойчивых сортов проса посевного снизит их зависимость от погодных факторов, что повлечет за собой повышение урожая и качества продукции [3, 4]. Просо посевное относится к культуре позднего срока сева, когда лимитирующая зимне - весенняя влагозарядка в почве зачастую заканчивается. Гидротермический коэффициент в последние годы в критическую фазу растений проса «всходы - кущение» как правило низкий и равен 0,3 - 0,4. Местные формы проса обладают высокой экологической приспособленностью и вовлеченные в селекционный процесс в качестве родительских форм они обеспечивают общую и специфическую адаптивность гибридному материалу. Поэтому главная задача селекционера - определить влияние метеоусловий на формирование урожайности растений проса, выявить их адаптивные свойства в селекционном процессе. Цель исследований - дать оценку районированным и перспективным сортам проса посевного по параметрам экологической пластичности и стабильности, используя статистический анализ урожайных данных в питомнике конкурсного испытания (КСИ). МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ Изучение сортов проводилось на базе Поволжского научно - исследовательского института селекции и семеноводства имени П.Н. Константинова - филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Самарского федерального исследовательского центра Российской академии наук в питомнике конкурсного сортоиспытания в 2014 - 2018 гг. Посев проводился в оптимальные сроки - начало третьей декады мая согласно зональной технологии. Опыт закладывался по Методике Государственного сортоиспытания [5], общая площадь делянок - 25 м2, учетная - 23 м2, повторность - четырехкратная, предшественник - яровой ячмень. Норма высева 3,5 млн. шт./га. Стандарт - районированный по Самарской области сорт проса Саратовское 6. В качестве объекта исследований нами было взято 5 перспективных сортов собственной селекции: Константа, Л-55, Л-3800, Л-3957, Л-3993. Оценка адаптивного потенциала сортов была рассчитана по вкладу фактора «год», по признаку «урожайность зерна». Для оценки сортов по пластичности и стабильности урожайности использовали метод S.A. Eberharta и W.A.Rassellа [6] основанный на расчёте коэффициента линейной регрессии (bi), (показатель реакции генотипа на изменение реакции среды), характеризующего экологическую пластичность сорта, и среднего квадратичного отклонения от линии регрессии (S2d), определяющего стабильность сорта в различных условиях среды (годы). Показатель гомеостатичности (Hom) вычисляли по В.В. Хангильдину [7]. Для статистической обработки использовали пакет программ Statistika 10.0 и Microsoft Excel 2010. Математическая обработка урожайности проса в КСИ проведена методом дисперсионного анализа, достоверность различий оценивали по наименьшей существенной разности на уровне значимости 5 % (НСР0,05) [8]. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Агрометеорологические условия в годы исследований носили разнообразный характер, что позволило дать более объективную оценку изучаемым сортам, исходя из сложившихся внешних условий среды, обусловленных гидротермическим режимом. Графическое изображение гидротермического коэффициента (ГТК) показывает контрастные изменения значений по месяцам во все годы исследований (рис. 1). Погодные условия в 2014 г. на протяжении всего вегетационного периода проса сложились достаточно жесткими. В большинстве дней в мае месяце наблюдалась очень теплая, с дефицитом осадков погода. Запасы осеннее - зимней продуктивной влаги в почве быстро терялись и к моменту посева культур позднего срока сева были весьма недостаточными (в мае ГТК = 0,4). В первой декаде июня отсутствие осадков на фоне высоких температур, достигающих до 320С, отрицательно влияли на развитие корневой системы и всего растения проса в целом. Но дождевые осадки в июне, близкие к среднемноголетним значениям (ГТК = 0,8), выправили положение и способствовали формированию сильных здоровых растений проса. Самым жарким и сухим характеризовался июль месяц, знойными были почти все дни, особенно в его первой и второй декаде (ГТК = 0,09). Август отмечался так же жарким и сухим (ГТК = 0,4) (рис.1). В целом за вегетацию проса выпала половинная норма осадков на фоне повышенных температур воздуха. Сорта проса сформировали высокую урожайность зерна и год можно характеризовать благоприятным. В большинстве дней в мае месяце 2015 года наблюдалась очень теплая, с достаточным количеством осадков погода. Осадки выпали в пределах нормы, причем большая их часть пришлась на первые две декады мая (ГТК = 0,8). В июне месяце на фоне высоких температур воздуха наблюдался резкий дефицит осадков (ГТК = 0), но растениям проса хватило влагозарядки с мая месяца. Июль месяц характеризовался полной противоположностью июня по воднотемпературному режиму, прохладный и дождливый (ГТК = 1,3). В августе продолжался недобор положительных температур, а также осадков (ГТК = 0,4) (рис.1). Июльские осадки и умеренная температура позволили сформировать растениям проса хороший урожай. Учитывая физиологические особенности культуры, для проса 2015 год следует считать благоприятным. В большинстве дней в мае месяце 2016 года наблюдалась очень теплая, с достаточным количеством осадков погода (ГТК = 0,6), но в июне месяце на фоне высоких температур воздуха наблюдался резкий дефицит влаги (ГТК = 0,2), растения проса долгое время не могли сформировать вторичную корневую систему из-за чего многие погибли. Июль был так же жарким, но дождливым (ГТК = 0,7). В августе продолжалось нарастание положительных активных температур в сочетании с недобором осадков (ГТК = 0) (рис. 1). Метеорологические условия вегетационного периода 2016 года оказались неблагоприятными для проса. Май и июнь месяцы 2017 года отличались изобилием осадков и пониженным температурным режимом. Возможность произвести посев появилась лишь 9 - 10 июня, после чего снова пошли обильные дожди. Пониженный температурный режим сохранился и в июле месяце, но с меньшим количеством осадков. Август характеризовался почти полным отсутствием дождей на фоне повышенных температур воздуха (ГТК= 0,02) (рис.1). Метеорологические условия вегетационного периода 2017 года сложились крайне неблагоприятно для проса. Весна 2018 года выдалась холодная и продолжительная, с обилием осадков в 2,2 нормы от среднемноголетней. Май отличался дефицитом осадков и повышенным температурным фоном (ГТК = 0,4). В начале июня было холодно и сухо, с затяжными суховейными ветрами, что крайне неблагоприятно для проса (ГТК = 0,3). Повышенный температурный режим в сочетании с обильными осадками отмечался в июле месяце (ГТК = 1,0). В августе просо созревало на фоне повышенных температур воздуха с острым дефицитом дождей (ГТК = 0,2) (рис.1). Такие крайне жесткие и шаткие погодные условия сформировали 2018 год не благоприятным для проса. Таким образом, за 5 лет испытаний два года (2014 и 2015) охарактеризовались благоприятными для роста и развития проса с положительным знаком индекса условий среды (в 2014 г. Ij = 7,8, 2015 г. Ij = 6,7) и три года (2016 - 2018) - не благоприятными. Индексы условий среды (Ij) принимали отрицательные значения (Ij = - 7,5; - 5,6; - 1,6 соответственно). Наличие или отсутствие взаимодействия «генотип - среда» для всей совокупности изучаемых сортов устанавливали методом 2-х факторного дисперсионного анализа данных конкурсного сортоиспытания проса посевного. По критерию Фишера нами выявлены значимые эффекты среды, генотипов и их взаимодействия по показателю урожайности зерна (табл. 1). Значительное влияние на урожайность проса оказали условия года (фактор В, среда) - 92,4 %, в меньшей степени повлиял фактор А (сорта) - на 2,5 %. Взаимодействие факторов А х Б (сорт х год) внесло вклад в общую изменчивость урожайности 1,5 %. Оценку пластичности и стабильности урожайности сортов проса проводили по двум показателям - коэффициенту регрессии bi, который показывает их реакцию на изменение условий выращивания (пластичность) и стабильности S2d - среднеквадратичному отклонению от линии регрессии (табл. 2). Наглядное представление о характере связи между условиями выращивания и урожайностью показывает график (рис. 2). Если bi > 1, сорт обладает большей отзывчивостью на улучшение условий выращивания и считается высокопластичным. Такие сорта требовательны к высокому уровню агротехники, так как только в этом случае они дадут максимальный урожай. При ухудшении условий среды продуктивность их резко снижается (сорта интенсивного типа). В нашем примере это перспективный сорт проса Л-55 (bi = 1,16). К сортам средней интенсивности и пластичности (bi < 1), способных давать высокую, но более стабильную и выше средней по опыту урожайность мы отнесли перспективные линии Л-3957 (bi = 0,85) и Л-3993 (bi = 0,96). Если bi = 1, сорт хорошо адаптирован к разным условиям среды, т.е. наиболее пластичен. К таким сортам мы отнесли сорта Константа и Л-3800. Сорт-стандарт Саратовское 6 экстенсивного типа, слабо пластичен, так как характеризуется слабой отзывчивостью на изменения условий выращивания и формирует урожайность ниже средней по опыту. Чем меньше среднеквадратическое отклонение фактической урожайности от теоретически ожидаемой, тем стабильнее сорт. В изучаемом спектре сортов наиболее стабильными характеризовались Саратовское 6, Константа и Л-3957 с коэффициентом стабильности 0,73 - 0,83. По результатам оценки урожайности сортов проса в среднем по годам она составила 21,5 ц/га и находилась в интервале 19,8 - 23,2 ц/га. Характер ее изменчивости принято выражать через коэффициент вариации (V), который по нашим расчетам колеблется в пределах 21,7 - 25,5%, что говорит об неоднородности совокупности данных. Одним из важных показателей, характеризующих устойчивость растений к воздействию неблагоприятных факторов среды, является гомеостаз, являющийся универсальным свойством в системе взаимоотношения генотипа и внешней среды. Гомеостаз - не что иное, как способность генотипа сводить к минимуму последствия воздействия неблагоприятных внешних условий. Критерием гомеостатичности сортов можно считать их способность поддерживать низкую вариабельность признаков продуктивности. Таким образом, связь гомеостатичности (Hom) с коэффициентом вариации (V) характеризует устойчивость признака в изменяющихся условиях среды [7]. В связи с этим, наиболее оптимальное сочетание этих двух признаков отмечалось у перспективных сортов проса Константа (V = 23,4%, Hom = 37,2) и Л-3957 (V = 22,9%, Hom = 35,9). Следует отметить, что показатели высокой урожайности и гомеостатичности не всегда совпадают. Так, в нашем эксперименте самый высокоурожайный сорт проса Л-3993 (23,2 ц/га) по гомеостатичности (Hom = 30,8) оказался слабее низкоурожайного (19,8 ц/га) сорта-стандарта Саратовское 6 (Hom = 34,1). Коэффициент агрономической стабильности (As) характеризует хозяйственную ценность сорта. Наиболее ценными для производства являются сорта, у которых коэффициент стабильности более 70%. В наших исследованиях все сорта обладают хозяйственной ценностью (As = 74,5 - 78,3%). ВЫВОДЫ Таким образом, на основании наших исследований следует сделать вывод, что оценка перспективным сортам проса посевного по параметрам экологической пластичности и стабильности проведена в полной мере. Сорт проса Л-55 характеризуется высокопластичным сортом интенсивного типа. Сорта Л-3957 и Л-3993 - среднепластичные и полуинтенсивные; сорт-стандарт Саратовское 6 экстенсивного типа, слабо пластичен. Сорта Константа и Л-3800 хорошо адаптированы к разным условиям среды, т.е. наиболее пластичны. По результатам дисперсионного анализа, существенный вклад в изменчивость признака вносит фактор «год». Создание стабильных, стрессовоустойчивых сортов проса посевного снизит их зависимость от погодных факторов, что повлечет за собой повышение урожая и качества продукции. Наиболее оптимальное сочетание гомеостатичности с коэффициентом вариации отмечалось у перспективных сортов проса Константа и Л-3957. Все сорта нашей селекции обладают высокой хозяйственной ценностью. Сорт проса Константа, сочетающий в себе высокую продуктивность и экологическую стабильность, передан, а перспективный сорт Л-3993 рекомендуется к передаче в Государственное сортоиспытание в 2020 году. Рис. 1. Изменения ГТК по месяцам в 2014-2018 гг. Таблица 1. Результаты дисперсионного анализа и влияние генотипа и среды (условия года) на урожайность зерна сортов проса Таблица 2. Урожайность ц/га, пластичность, стабильность, коэффициент вариации %, гомеостатичность, коэффициент агрономической стабильности %, 2014 - 2018 гг. Примечание: Yi - средняя урожайность по годам, bi - коэффициент регрессии (пластичность), S2di - среднеквадратическое отклонение стабильность), V - коэффициент вариации, Hom - гомеостатичность, As - коэффициент агрономической стабильности Рис. 2. Линии регрессии урожайности перспективных сортов проса на изменение условий выращивания (2014 - 2018) гг.: 1 - Саратовское 6; 2 - Константа; 3 - Л-55, 4 - Л-3800, 5 - Л-3957; 6 - Л-3993; 7 - средняя

About the authors

Olga Nikolaevna Antimonova

Volga Research Institute of Breeding and Seed Production named after P.N. Konstantinov of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: antimonovaolga@list.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Selection and Seed Production of Cereals and Sorghum Crops Kinel

Alexander Konstantinovich Antimonov

Volga Research Institute of Breeding and Seed Production named after P.N. Konstantinov of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: antimonov.63@mail.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Head of the Laboratory of Selection and Seed Production of Cereals and Sorghum Crops Kinel

Larisa Aleksandrovna Kosykh

Volga Research Institute of Breeding and Seed Production named after P.N. Konstantinov of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: nti.gnu_pniiss@mail.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher of the Laboratory of Selection and Seed Production of Cereals and Sorghum Crops Kinel

Lyubov Fedorovna Syrkina

Volga Research Institute of Breeding and Seed Production named after P.N. Konstantinov of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: nti.gnu_pniiss@mail.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher of the Laboratory of Selection and Seed Production of Cereals and Sorghum Crops Kinel

References

Supplementary files