ADAPTABILITY OF WINTER WHEAT VARIETIES IN THE MIDDLE VOLGA REGION

Full Text

ВВЕДЕНИЕ В современных условиях резко изменяющегося климата урожайность и качество зерна современных сортов сельскохозяйственных культур зависит в основном от использования восприимчивых к окружающей среде сортов. Наиболее приспособленными к соответствующим условиям внешней среды являются местные сорта с комплексной групповой устойчивостью [1]. Взаимодействие генотип-среда являются основным фактором, определяющим потенциал урожайности культуры в месте её возделывания. Это предопределяет оценку селекционного материала в адаптивном и экологическом направлении. Труд селекционера должен быть направлен на выявление экологически устойчивых и стабильных генотипов, не снижающих урожайность и качество конечной продукции. Цель исследования - определение стабильности и пластичности урожайности зерна у различных генотипов озимой мягкой пшеницы в условиях Среднего Поволжья с использованием различных методик адаптивности и выявление сортов озимой пшеницы, как с высокой урожайностью, так и стабильностью. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследования проводились в 2012-2018 гг. в Поволжском НИИСС - филиале СамНЦ РАН. Полевые опыты закладывались по типу конкурсного сортоиспытания по стандартной агротехнике, принятой в регионе, а также по основным методикам [2]. Площадь делянки - 25 м2 в четырёхкратной повторности с систематическим расположением. Изучение проводилось на 11 сортах, созданных в лаборатории селекции и семеноводства института. В качестве стандарта использовали сорт Поволжская 86. Для анализа адаптивности использовались следующие статистические показатели: коэффициент вариации (CV), показатель гомеостатичности (Hom) по В.В. Хангильдину [3], отклонение от обычного среднего квадрата регрессии Eberhart and Russell [4], регрессионная модель G.C.C. Tai [5] с использованием α (альфа) и λ (лямбда) мер и пластичность по С.П. Мартынову [6]. Среднее Поволжье отличается контрастностью погодных условий. С заметной периодичностью случаются как засушливые, так и острозасушливые годы. Снижение урожайности сортов озимой пшеницы непосредственно связано с майской засухой 2012, июньской засухой 2013 г., а также июльской засухой, 2012 и 2014 гг. Низкая продуктивность 2015 г. объясняется довольно сильно засухой, как перед посевом, так и после него. Наиболее благоприятным периодом вегетации за исследуемые годы оказался 2017 год. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Для определения достоверного влияния среды, генотипа и взаимодействия генотип-среда на урожайность зерна сортов озимой пшеницы был проведён двухфакторный дисперсионный анализ. Результаты дисперсионного анализа показывают значительное влияние на изменчивость урожайности как фактора среды (7 лет испытаний) - 96,89%, так и сорта (11 генотипов) - 2,45%. Взаимодействие между генотипом и средой значительно ниже, но также достоверно - 0,65%, на 5%-ном уровне значимости. В результате проведённых нами исследований урожайность озимой мягкой пшеницы сильно варьировала в зависимости от условий выращивания и сорта от 13,7 ц/га (Кинельская 4, 2015 г.) до 62,4 ц/га (Эритроспермум 3730, 2017 г.). Достоверно превысили стандарт сорта Эритроспермум 3730, Поволжская нива и Константиновская, соответственно 37,4, 35,8 и 34,9 ц/га. Наименьший уровень варьирования отмечен у сортов Велютинум 3611 и Велютинум 3751, показатель гомеостатичности также оказался высоким, что говорит о стабильности генотипа, его способности реализовать свой потенциал в различных условиях среды. Максимальное значение гомеостатичности оказалось у сорта Поволжская нива, при сочетании высокой урожайности и низкого уровня коэффициента вариации, что характеризует сорт как высокостабильный. Урожайность зерна как количественный признак - результат разных процессов, проходящих в процессе онтогенеза растений. Чем выше степень взаимодействия генотип-среда, тем разнообразнее генетические системы, контролирующие физиологические процессы, обеспечивающие адаптивность растений к разным средам. Относительные вклады эффектов взаимодействия генотип-среда, полученные нами, коррелируют с другими исследованиями [7]. Используя метод расчёта Эберхарта и Рассела, на основе вычисления двух параметров коэффициента линейной регрессии (bi) и дисперсии (σ2d) можно в определённом смысле судить о линейном оклике генотипа на средовые эффекты. Коэффициент линейной регрессии урожайности сортов bi указывает реакцию генотипа на изменение условий внешней среды. Значением коэффициента больше единицы обладают сорта с большей отзывчивостью к высокому уровню агротехники. Такими сортами являются Кинельская 4, Эритроспермум 3730, Лютесценс 3585 Лютесценс 3645 и Константиновская. При значении показателя пластичности меньше 1 делается вывод, что такие сорта можно возделывать лишь при низком агрофоне и неблагоприятных условиях среды. В случае значений регрессии близким к нулю делается вывод о том, что сорт не реагирует на условия внешней среды. В дополнение к коэффициенту регрессии рассчитывается дисперсия (среднеквадратическое отклонение) σ2d. Этот показатель характеризует стабильность генотипа в разных условиях среды. Максимально стабильными являются сорта с числовыми значениями дисперсии близкими к нулю. Наиболее экологичными считаются сорта с невысокой, но стабильной урожайностью зерна в независимости от условий выращивания. Среди изучаемого нами набора сортов озимой мягкой пшеницы наиболее стабильными оказались сорта Поволжская нива (σ2d=1,68), Поволжская 86 (σ2d=3,76) и Велютинум 3751 (σ2d=3,82). Расчёт параметров адаптивности по G.C.C. Tai включает в себя изучение генотипической стабильности на основе анализа структурных взаимосвязей. Рассчитываются два параметра: α - линейный отклик сорта на средовые эффекты и λ - оклонение от линейного отклика. Как и при использовании метода Eberhart and Russell стабильными считаются сорта при близких значениях α = -1, λ = 1, способные формировать урожай в контрастных условиях среды, конкурентноспособные в жёстких экономических условиях. Такими сортами в наших исследованиях оказались сорта Велютинум 3751, Поволжская 86 и Поволжская нива. Следует отметить, из этих трёх сортов наибольшая урожайность за годы проведённых испытаний была отмечена у сорта Поволжская нива. Наибольшее значение показателя α = 0,187, оказалось у сорта Эритроспермум 3730, который по методу по G.C.C. Tai считается более требовательным к высокому агрофону. При отборе максимально адаптированных сортов к разным условиям среды, опираясь только на меры стабильности, предлагаемые Eberhart and Russell и G.C.C. Tai, существует вероятность выбраковки генотипа с максимальной урожайностью и высокой стабильностью среди нестабильных генотипов, но близкими значениями нормы реакции на среду, вносящим значительный вклад во взаимодействие генотип-среда [8]. Для объективной оценки нами применялся метод экологической пластичности по С.П. Мартынову. В основу метода положен расчёт меры стабильности генотипа, т.е. взвешенной суммы ценности признака от значения его в каждом испытании. Это даёт возможность оценить стабильность генотипа, способного дать высокий потенциальный урожай с минимальным его снижением при возделывании в неблагоприятных условиях. К сортам с высокой стабильностью относятся сорта Лютесценс 3585, Поволжская нива, Велютинум 3611, Велютинум 3751, Константиновская и Эритроспермум 3730. Наивысшей стабильностью из них обладает Эритроспермум 3730. ВЫВОДЫ Комплекс показателей, полученных в наших исследованиях, в достаточно полном объёме характеризует адаптивность селекционного материала, созданного в условиях Среднего Поволжья. Выделены три группы сортов по отношению к стандарту Поволжская 86. В первую группу вошёл сорт Кинельская 4, который в среднем за годы изучения уступил стандарту по урожайности, 29,8 и 32,6 ц/га. При этом он оказался самым пластичным по S.A. Eberhart и W.A. Russell среди всего изучаемого набора сортов, bi=1,197. Показатель α по G.C.C. Tai также оказался максимальным, α = 0,197. Данный сорт был районирован в 1985 году, до сих пор возделывается в северных районах Оренбургской области. Отличается высокой зимостойкостью. Однако менее стабилен по сравнению с Поволжской 86, о чём свидетельствует максимальное значение коэффициента вариации CV = 35,6% и низкий показатель гомеостатичности Hom = 3,58. Ко второй группе сортов были отнесены Лютесценс 3585, Кинельская 8, Лютесценс 3645, Лютесценс 3285, Велютинум 3611, Велютинум 3751, по урожайности достоверно не превышающие стандарт. Следует отметить, что Велютинум 3611, Велютинум 3751, уступая стандарту по пластичности, превзошли его по стабильности признака по всем изучаемым параметрам. Вариабельность этих сортов оказалась самой низкой, по сравнению с другими, 25,3 и 24,0% соответственно. Сортообразцы отличаются лучшим качеством зерна по сравнению со стандартом. Третью группу составили сорта Константиновская, Поволжская нива и Эритроспермум 3730, достоверно превысившие сорт-стандарт по урожайности за все 7 лет испытаний. Относительно низкий коэффициент вариации среди них (29,2%) отмечен у Поволжской нивы. У сорта оказался самый высокий в опыте уровень гомеостатичности (31,22), что характеризует сорт как высокостабильный. Высокие значения коэффициента линейной регрессии у сортообразцов Константиновская и Эритроспермум 3730, 1,024 и 1,187 соответственно, говорит о высокой отзывчивости сорта к высокому уровню агротехники и его пластичности. Однако, минимальное значение дисперсии в опыте делает сорт Поволжская нива максимально стабильным к различным условиям возделывания. Максимум по методике С.П. Мартынова был отмечен у сортов Поволжская нива (Hi = 1,596) и Эритроспермум 3730 (Hi = 1,779), что свидетельствует о высоком потенциале продуктивности при создании оптимальных условий возделывания. Для определения экологических параметров создаваемых сортов нами предлагается использовать метод S. A. Eberhart, W. A. Russell с определённым допущением и обязательным применением дополнительных методик расчёта адаптивности, в частности методики С.П. Мартынова. Таблица 1. Урожайность и адаптивные свойства сортов озимой мягкой пшеницы конкурсного сортоиспытания за 2012 - 2018 гг. Таблица 2. Показатели стабильности сортов озимой пшеницы

About the authors

Galina Yakovlevna Maslova

Volga Scientific Research Institute of Selection and Seed-Growing named after P. N. Konstantinov - Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science Samara Federal Research Scientific Center of Russian Academy of Sciences

Leading Researcher, Head of the Laboratory of Breeding and Seed Production of Winter Wheat Kinel

Mansur Ravilovich Abdryaev

Volga Scientific Research Institute of Selection and Seed-Growing named after P. N. Konstantinov - Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science Samara Federal Research Scientific Center of Russian Academy of Sciences

Email: alcasar@rambler.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Head of the Laboratory of Innovative Technologies in Breeding, Seed Production and Seed Science Kinel

Ivan Ivanovich Sharapov

Volga Scientific Research Institute of Selection and Seed-Growing named after P. N. Konstantinov - Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science Samara Federal Research Scientific Center of Russian Academy of Sciences

Email: scharapov86@mail.ru
Junior Researcher of the Laboratory of Breeding and Seed Production of Winter Wheat Kinel

Yulia Andreevna Sharapova

Volga Scientific Research Institute of Selection and Seed-Growing named after P. N. Konstantinov - Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science Samara Federal Research Scientific Center of Russian Academy of Sciences

Email: belyaeva.u.a@yandex.ru
Agronomist-Researcher of Laboratory of Selection and Seed Growing of Winter Wheat Kinel

References

Supplementary files