XEROPHYTISM STUDY OF WINTER WHEAT VARIETIES CONTAINED IN COLLECTIONS IN ALL-RUSSIAN INSTITUTE OF PLANT BREEDINGIN THE MIDDLE VOLGA REGION

Full Text

За 40 лет (1975-2015 гг.) наблюдений Безенчукской метеорологической станции засуха в мае отмечалась 11 лет и совпадала с критическим периодом вегетации озимой пшеницы, в июне - 6 лет и совпадала с периодом налива зерна [1]. Для оценки засухоустойчивости сорта необходимо учитывать тип засухи в связи с фазой онтогенеза растения, в которую она наступила, и охарактеризовать засуху по силе действия и продолжительности [2]. В целях уменьшения экологической зависимости сортов особый приоритет должна получить целенаправленная селекция на адаптивность, прежде всего к экстремальным условиям погоды [3, 4, 5]. Сорта нового поколения должны отличаться высокой продуктивностью, качеством зерна, засухо- и жаростойкостью, устойчивостью к полеганию, большей продолжительностью вегетационного периода. Накопление генетических ресурсов и их использование при создании новых сортообразцов пшеницы ускорит прогресс и повысит продовольственную безопасность [6]. Цель исследований - повышение засухоустойчивости новых сортов мягкой озимой пшеницы в условиях Среднего Поволжья. Задачи исследований - оценить адаптивный к засухе потенциал сортообразцов пшеницы мягкой озимой коллекции ВИР по урожайности, массе 1000 зерен, количеству колосков и зерен в колосе, массе зерна одного колоса; определить индекс экологической пластичности образцов по урожайности и стабильность признаков структуры урожая; выделить источники для селекции пшеницы мягкой озимой на засухоустойчивость в Среднем Поволжье. Материал и методы исследований. Исследования проведены в 2018-2019 гг. на экспериментальном поле Самарского НИИСХ - филиала СамНЦ РАН. Изучено 66 сортообразцов пшеницы мягкой озимой коллекции ВИР. Почва - чернозем обыкновенный с содержанием в слое почвы 0-30 см: гумуса - 3,88% (по методу Тюрина, ГОСТ 2613-91), легкогидролизуемого азота - 44,8 м2/кг почвы, обменного калия - 150 мг/кг почвы (ГОСТ 26204-91). Значения гидротермического коэффициента увлажнения (ГТК) по Г. Т. Селянинову [7] периода возобновление весенней вегетации - колошение: 0,9 (2018 г.), 0,7 (2019 г.) при норме 0,9; периода колошение - созревание: 0,1 (2018 г.), 0,2 (2019 г.) при норме 0,7. Предшественник - чистый пар. Учетная площадь делянок - 10 м2. Повторность трехкратная. Посев осуществляли 8-рядковой сеялкой СН-10Ц с нормой посева 5 млн всхожих зерен на 1 га. Урожай убран комбайном САМПО-130. Масса 1000 зерен определена по ГОСТ 10842-89. Количество колосков и зерен в колосе, масса зерна с одного колоса определена по средней выборке 20 растений. Статистическая обработка данных урожая проведена методом однофакторного дисперсионного анализа. Для оценки существенных различий между количеством колосков и зерен в колосе, массой зерна одного колоса использовали t-критерий [8]. Адаптивный к засухе потенциал сортообразцов по урожайности, массе 1000 зерен, количеству колосков и зерен в колосе, массе зерна с одного колоса определяли по A. A. Rosieele, J. Hambin [9]. Индекс экологической пластичности (lsp) определили по S. A. Eberhart, W. A. Russel [10]. lsp = Ss/Sk, где Ss - урожайность сортообразца, Sk - средняя урожайность всех сортообразцов выборки. Фактор стабильности количества колосков и зерен в колосе, массы 1000 зерен, массы зерна одного колоса (SF) рассчитывали по D. Lewis [11]. Результаты исследований. Исследование урожайности и пластичности сортообразцов озимой пшеницы коллекции ВИР в контрастные годы позволяет выделить ценные для селекции в условиях Среднего Поволжья источники продуктивности и пластичности. В 2018 г. по урожайности выделились: Станичная (К - 65373) - 3,90 т/га, Дар Зернограда (К - 65371) - 3,89 т/га, Вьюга - 3,65 т/га, Спартак (К - 65376) - 3,62 т/га, Бирюза (К - 64280) - 3,53 т/га, Безенчукская 790 - 3,50 т/га, превысив среднюю урожайность выборки сортообразцов на 0,6; 0,59; 0,35; 0,36; 0,23; 0,20 т/га соответственно (табл. 1). В 2019 г. средняя урожайность изученных сортообразцов снизилась по сравнению с 2018 г. на 0,72 т/га. Максимальную урожайность в опыте сформировали образцы: Lastivka odeska (К - 65914) - 2,80 т/га, Zhajvir (К - 65916) - 2,80 т/га, Вьюга - 2,77 т/га, Безенчукская 790 - 2,77 т/га, что на 0,28; 0,28; 0,25; 0,25 т/га выше средней урожайности изученных сортов соответственно. Таблица 1 Характеристика сортообразцов озимой пшеницы, выделившихся по урожайности и индексу экологической пластичности урожайности Название сортообразца Номер по каталогу ВИР Урожайность, т/га Индекс экологической пластичности, урожайности 2018 г. 2019 г. Среднее 2018 г. 2019 г. Безенчукская 380 К - 61966 2,75 2,36 2,56 0,83 0,94 Бирюза К - 64280 3,53 2,61 3,07 1,07 1,04 Вьюга - 3,65 2,77 3,21 1,11 1,10 Безенчукская 790 - 3,50 2,77 3,14 1,06 1,10 Станичная К - 65373 3,90 2,36 3,34 1,18 0,94 Донской простор К - 63374 2,86 2,31 2,59 0,87 0,92 Донской маяк К - 65372 3,33 2,25 2,79 1,00 0,89 Дар Зернограда К - 65371 3,89 2,23 3,06 1,18 0,88 Спартак К - 65376 3,62 2,03 2,83 1,10 0,81 Одесская 267 К - 65631 3,19 2,63 2,91 0,97 1,04 Lastivka odeska К - 65914 3,12 2,80 2,96 0,95 1,12 Knyagynya Olga К - 65913 2,72 2,66 2,69 0,82 1,06 Fantaziya odeska К - 65636 3,45 2,35 2,90 1,05 0,94 Zhajvir К - 65916 3,08 2,80 2,94 0,93 1,12 Culver К - 6553 3,18 2,65 2,92 0,96 1,06 Ignis К - 65925 2,96 2,81 2,89 0,90 1,12 НСР05 0,15 0,12 Среднее по сортообразцам выборки 3,30 2,52 2,86 По величине средней урожайности за 2018-2019 гг. выделились сортообразцы: Станичная (К - 65373) - 3,34 т/га, Вьюга - 3,21 т/га, Дар Зернограда (К - 65370) - 3,06 т/га, Бирюза (К - 64280) - 3,07 т/га, что на 0,48; 0,35; 0,20; 0,21 т/га выше средней урожайности выборки изученных сортообразцов соответственно. По индексу экологической пластичности урожайности в 2018 г. выделились: Бирюза (К - 64280) - 1,07, Вьюга - 1,11, Безенчукская 790 - 1,06, Станичная (К - 65373) - 1,18, Дар Зернограда - 1,18, Спартак (К - 65376) - 1,10, Fantaziya odeska (К - 65914) - 1,05. В условиях засухи 2019 г. по индексу экологической пластичности урожайности выделились: Бирюза (К - 64280) - 1,04, Вьюга - 1,10, Безенчукская 790 - 1,1, Одесская 267 (К - 65631) - 1,04, Lastivka odeska(К - 65914) - 1,12, Knyagynya Olga (К - 65631) - 1,06, Zhajvir (К - 65916) - 1,12, Culver (К - 65653) - 1,06, Ignis (К - 65925) - 1,12. По результатам исследований в 2018-2019 гг. выделены экологически пластичные по урожайности сортообразцы: Вьюга, Бирюза, Безенчукская 790. Масса 1000 зерен - один из основных элементов структуры урожая, определяющих его урожайность и экологическую стабильность. В 2018 г. в условиях засухи сильной интенсивности (ГТК = 0,1) в период колошение - созревание изученные сортообразцы значительно различались по массе 1000 зерен (табл. 2). Максимальную массу 1000 зерен в 2018 г. сформировали: Донской простор - 35,2 г, Станичная - 33,2 г, Дар Зернограда - 35,6 г, Culver - 33,7 г. В 2019 г. при ГТК=0,2 в период колошение - созревание сортообразцы сформировали более крупное зерно. Масса 1000 зерен сортообразцов: Донской простор - 39,4 г, Бирюза - 38,7 г, Дар Зернограда - 38,7 г, Fantazia odeska -38,8 г, что на 4,2; 6,7; 3,1; 6,4 г выше, чем в 2018 г. соответственно. По уровню устойчивости сортообразцов к стрессовым условиям формирования признака «масса 1000 зерен» выделились: Culver - разница между минимальной (min) и максимальной (max) выраженностью признака - 3,7 г, Дар Зернограда - 4,1 г, Донской простор - 4,2 г, по сравнению с 11,2 г у образца Knyagynya Olga. По средней величине признака «масса 1000 зерен» в контрастных условиях выделились: Донской простор - 37,7 г, Станичная - 36,5 г, Дар Зернограда - 37,2 г. Эти сортообразцы обладают максимальной компенсаторной способностью и генетической гибкостью при формировании признака «масса 1000 зерен». По фактору стабильности (SF) признака «масса 1000 зерен» (отношение максимальной выраженности признака к минимальной) выделились: Донской простор - 1,12, Дар Зернограда - 1,09, Culver - 1,11. Минимальная стабильность признака «масса 1000 зерен» у сортообразцов Zhajvir - 1,37, Knyagynya Olga - 1,41, Безенчукская 380 - 1,38. Таблица 2 Адаптивный потенциал сортообразцов озимой пшеницы коллекции ВИР по массе 1000 зерен Название сортообразца Масса 1000 зерен, г min (2018 г.) max (2019 г.) min - max SF Безенчукская 380 25,6 35,3 - 9,7 30,5 1,38 Бирюза 32,0 38,7 - 6,7 35,4 1,21 Вьюга 27,5 36,4 - 8,9 32,0 1,32 Безенчукская 790 30,7 38,4 - 7,7 34,6 1,25 Станичная 33,2 39,8 - 6,6 36,5 1,20 Донской простор 35,2 39,4 - 4,2 37,3 1,12 Донской маяк 32,6 39,2 - 6,6 35,9 1,12 Дар Зернограда 36,6 38,7 - 4,1 37,2 1,09 Спартак 31,6 37,7 - 6,1 34,7 1,19 Одесская 267 28,5 37,5 - 9,0 33,0 1,32 Lastivka odeska 28,3 34,8 - 6,5 31,6 1,23 Knyagynya Olga 27,2 38,4 - 11,2 32,8 1,41 Fantaziya odeska 32,4 38,8 - 6,4 35,6 1,20 Zhajvir 26,1 35,7 - 9,6 30,9 1,37 Culver 33,7 37,4 - 3,7 35,6 1,11 Ignis 30,9 36,7 - 5,8 33,8 1,19 НСР05 1,7 2,5 Примечание: min - минимальная выраженность признака, max - максимальная выраженность признака, SF - фактор стабильности признака. Количество колосков в колосе озимой пшеницы формируется в относительно благоприятных условиях в Среднем Поволжье, поэтому различия между сортообразцами определяются генетическими факторами. Максимальное количество колосков в колосе имеет Скипетр - 21 шт., минимальное - Безенчукская 790 - 15,3 шт. (табл. 3). Разница между минимальным и максимальным показателями признака характеризует устойчивость к стрессу [9]. Максимальной устойчивостью к стрессу по признаку «количество колосков в колосе» обладают: Бирюза (разница 0 шт.), Вьюга (разница 0,6 шт.), Безенчукская 790 (разница 0,5 шт.), Станичная (разница 0,2 шт.) (табл. 3). Высокую генетическую гибкость и компенсаторную способность по признаку «количество колосков в колосе» имеют: Скипетр, Zhajvir, Ignis, сформировавшие максимальное количество колосков в колосе в среднем за два года: 20,5; 19,2; 19,5 шт. соответственно (табл. 3). По фактору стабильности признака «количество колосков в колосе» выделились: Бирюза (SF= 1,0), Станичная (SF= 1,01) (табл. 3). Таблица 3 Адаптивный потенциал сортообразцов озимой пшеницы по количеству колосков в колосе Название сортообразца Количество колосков в колосе, шт. min (2018 г.) max (2019 г.) min - max SF Безенчукская 380 17,8 ± 0,3 19,2 ± 0,2 -1,4+++ 18,5 1,08 Бирюза 17,9 ± 0,2 17,9 ± 0,2 0,0 17,9 1,00 Вьюга 18,0 ± 0,2 18,6 ± 0,3 -0,6 18,3 1,03 Безенчукская 790 14,8 ± 0,3 15,3 ± 0,3 -0,5 15,1 1,03 Скипетр 20,0 ± 0,3 21,0 ± 0,4 -1,0+ 20,5 1,05 Станичная 16,9 ± 0,2 17,1 ± 0,2 -0,2 17,0 1,01 Zhajvir 18,8 ± 0,3 19,6 ± 0,2 -0,8+ 19,2 1,04 Ignis 19,0 ± 0,2 19,9± 0,2 -0,9+ 19,5 1,05 Примечания : «+» - разница достоверна при Р≥ 0,05, «+++» - разница достоверна при Р≥0,001, min - минимальная выраженность признака, max - максимальная выраженность признака, SF - фактор стабильности признака. Адаптивный потенциал образцов озимой пшеницы по количеству зерен в колосе показан в таблице 4. Количество зерен в колосе - один из важнейших показателей продуктивности. Признак формируется под влиянием генетических и экологических факторов. Максимальное количество зерен в колосе у образцов: Вьюга - 51,2 шт., Скипетр - 50,0 шт., Ignis - 49,9 шт. Разница между минимальным и максимальным показателями признака «количество зерен в колосе» у сортообразцов Безенчукская 380, Вьюга, Безенчукская 790, Скипетр, Базис, Станичная недостоверная ( 0,0-2,0 шт.), что характеризует высокую устойчивость сортообразцов к абиотическому стрессу и их приспособительные возможности при формировании признака «количество зерен в колосе». Максимальное количество зерен в колосе в среднем за два года имеют: Вьюга - 50,6 шт., Скипетр - 49,0 шт., что характеризует их высокую компенсаторную способность и генетическую гибкость. По фактору стабильности признака «количество колосков в колосе» выделяются: Бирюза (SF =1,0), Вьюга (SF = 1,02). Таблица 4 Адаптивный потенциал сортообразцов озимой пшеницы по количеству зерен в колосе Название сортообразца Количество колосков в колосе, шт. min (2018 г.) max (2019 г.) min - max SF Безенчукская 380 38,4 ± 1,0 39,5 ± 1,7 -1,1 39,0 1,03 Бирюза 43,8 ± 1.,4 43,8 ± 1,4 0,0 43,8 1,00 Вьюга 50,0 ± 1,5 51,2 ± 1,9 -1,2 50,6 1,02 Безенчукская 790 38,0 ± 1,3 39,2 ± 1,4 -1,2 38,6 1,03 Скипетр 48,0 ± 1,1 50,0 ± 1,1 -2,0 49,0 1,04 Базис 38,0 ± 1,7 39,7 ± 1,7 -1,7 38,9 1,04 Станичная 42,0 ± 1,2 44,0 ± 2,0 -2,0 43,0 1,05 Zhajvir 43,7± 1,4 47,7 ± 1,9 -4,0 45,7 1,11 Ignis 44,0 ± 1,3 49,9 ± 1,3 -5,9++ 47,0 1,13 Примечания : «+» - разница достоверна при Р≥ 0,05, «++» - разница достоверна при Р≥0,01, min - минимальная выраженность признака, max - максимальная выраженность признака, SF - фактор стабильности признака. Масса зерна одного колоса - производная от количества зерен в колосе и массы 1000 зерен, формируется под влиянием генетических и экологических факторов. Максимальная масса зерна одного колоса у сортообразца Скипетр - 2,3 г, минимальная - у сортообразца Бирюза - 1,5 г (табл. 5). Максимальную устойчивость к стрессу по признаку «масса зерна одного колоса» имеют: Бирюза и Безенчукская 790 (табл. 5). Высокой генетической гибкостью и компенсаторной способностью при формировании признака «масса зерна одного колоса» обладают: Скипетр, Базис, Станичная, сформировавшие максимальную в среднем за два года массу зерна одного колоса - 2,2; 1,9; 1,9 г соответственно (табл. 5). В селекции на засухоустойчивость важен фактор стабильности признака, минимальная зависимость от варьирующих условий среды. Сортообразцы Бирюза, Базис, Станичная, Безенчукская 790 имеют минимальный в опыте показатель SF = 1,0-1,11, что объективно характеризует их способность противостоять абиотическому стрессу при формировании признака «масса зерна одного колоса». Таблица 5 Адаптивный потенциал сортообразцов озимой пшеницы по массе зерна одного колоса Название сортообразца Масса зерна одного колоса, г min (2018 г.) max (2019 г.) min - max SF Безенчукская 380 1,3± 0,05 1,8± 0,08 - 0,5+++ 1,6 1,38 Бирюза 1,5± 0,06 1,5 ± 0,06 0,0 1,5 1,00 Вьюга 1,5 ± 0,07 2,1 ± 0,16 -0,6+++ 1,8 1,40 Безенчукская 790 1,5± 0,06 1,6 ± 0,07 -0,1 1,6 1,07 Скипетр 2,0 ± 0,05 2,3 ± 0,09 -0,3++ 2,2 1,15 Базис 1,8 ± 0,12 2,0 ± 0,07 -0,2+ 1,9 1,11 Станичная 1,8 ±0,10 2,0 ± 0,07 -0,2+ 1,9 1,11 Zhajvir 1,7 ± 0,05 2,1 ± 0,09 -0,4++ 1,9 1,24 Ignis 1,02 ± 0,12 2,0 ± 0,08 -0,8+++ 1,6 1,66 Примечания : «+» - разница достоверна при Р≥ 0,05, «++» - разница достоверна при Р≥0,01, «+++» - разница достоверна при Р≥0,001, min - минимальная выраженность признака, max - максимальная выраженность признака, SF - фактор стабильности признака. Заключение. В результате исследований выделены сортообразцы мягкой озимой пшеницы - источники, ценные для использования в селекции на засухоустойчивость в условиях Среднего Поволжья: Станичная, Дар Зернограда, Бирюза, Вьюга, Безенчукская 790.

About the authors

A. F. Sukhorukov

Samara Scientific Research Institute of Agriculture - Branch of Samara Research Center of Russian Academy of Sciences

Email: samniish@mail.ru
Doctor of Agricultural Sciences, Chief Scientific Samara region, Bezenchuk

A. A. Sukhorukov

Samara Scientific Research Institute of Agriculture - Branch of Samara Research Center of Russian Academy of Sciences

Email: samniish@mail.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher Samara region, Bezenchuk

References

Supplementary files