CC BY
14
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК / UDC 633.111.1+ 631.671.3
АДАПТИВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
ADAPTIVE CAPABILITIES OF MODERN SPRING WHEAT VARIETIES
Амелин A.B.*, доктор сельскохозяйственных наук, руководитель ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование»
Amelin A.V., Doctor of Agricultural Sciences, Head of the Center for Collective Use "Plant Genetic Resources and Their Use" Икусов P.A., младший научный сотрудник Ikusov R.A., Junior Researcher Чекалин Е.И., кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Chekalin E.I., Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher Заикин В. В., кандидат сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник Zaikin V.V., Candidate of Agricultural Sciences, Junior Researcher
Шишкин A.C., аспирант Shishkin A.S., Postgraduate Student ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет
имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia Мазалов В.И., доктор сельскохозяйственных наук Mazalov V.I., Doctor of Agricultural Sciences ФГБНУ «Шатиловская сельскохозяйственная опытная станция» Федеральный научный центр зернобобовых и крупяных культур»,
Орловская область, Россия "Shatilovo Agricultural Experiment Station" Federal Scientific Center of Legumes and Groat Crops, Orel region, Russia
*E-mail: amelin 100@mail.ru
Проведены полевые исследования по сравнительному изучению адаптивных возможностей 20 современных сортов яровой пшеницы. Экспериментальные данные показали, что в условиях Центрально-Черноземного региона РФ яровая пшеница не всегда может быть надежной страховой культурой, ввиду низких адаптивных возможностей возделываемых сортов. В 2018 году, с ярко выраженной засушливой погодой на протяжении, почти, всего периода вегетации, сухая масса растений культуры была на 48,8% ниже, чем в 2019 году, на 36,0% - по сравнению 2020 годом и на 15,9% - по сравнению с 2017 годом. Засуха особенно негативно влияла на репродуктивный процесс растений культуры. В годы исследований количество образующихся зерновок в колосе изменялась от 21,8 до 37,3 шт. на растение. Причем, современные сорта яровой пшеницы имели низкую устойчивость к засухе не только на поздних, но и на ранних этапах развития. По данным лабораторной оценки, их относительная засухоустойчивость составляет в среднем 32,4%. Интервал генотипического варьирования показателя находится в диапазоне от 17,5 до 56,3%. Невысокой засухоустойчивостью характеризуются и их проростки. Из изученных сортов наиболее выраженной способностью в возобновлении начального линейного роста стебля после действия стрессовых условий отличались Лиза, Рима, Мелодия Дона и Безенчукская Нива, которые могут быть использованы в селекции культуры в качестве ценных источников данного свойства растений.
Ключевые слова: яровая пшеница, селекция, сорт, урожайность, засухоустойчивость, осмотический раствор, адаптивные возможности.
Field studies were carried out on to compare adaptive capabilities of 20 modern varieties of spring wheat. The experimental data have shown that in the conditions of the Central Black Earth region of the Russian Federation, spring wheat may not always be a reliable insurance crop, due to the low adaptive capabilities of cultivated varieties. In 2018, with the distinct drought throughout almost the entire growing season, the dry weight of crop plants was 48.8% lower than in 2019, by 36.0% compared to 2020 and by 15.9 % compared to 2017. The drought had a particularly negative effect on the reproductive process of crop plants. During the years of research, the number of grains formed in the ear varied from 21.8 to 37.3 pcs. on a plant. Moreover, modern varieties of spring wheat had low resistance to drought, not only in the late stages of development, but also in the early stages. According to laboratory evaluation, their relative drought tolerance averages 32.4%. The interval of genotypic variation of the indicator is in the range from 17.5 to 56.3%. Their seedlings are also characterized by low drought tolerance. Liza, Rima, Melodiya Dona and Bezenchukskaya Niva from the varieties under the study were distinguished by the most distinct ability to resume the initial linear growth of the stem after stress conditions. This can be used in crop breeding as valuable sources of this plant property.
Key words: winter wheat, breeding, variety, yield, drought resistance, osmotic solution, adaptive capabilities.
Введение. Одним из важных стресс-факторов, сильно лимитирующих урожайность сельскохозяйственных культур, является засуха, вследствие значимого влияния ее на экспрессию генов, активность фотосинтеза, рост и развитие растений [1]. Для решения этой проблемы предлагается существенно повысить адаптивные возможности новых сортов [2], которые в результате селекции на высокую урожайность имеют выраженную тенденцию к снижению [3]. Для этого важно проводить оценку генетических ресурсов сельскохозяйственных культур по устойчивости к засухе и выделять ценные источники этого важного свойства растений для селекции. Весьма актуальна эта работа и для яровой пшеницы, являющейся важной продовольственной, технической и кормовой культурой [2, 4, 5].
Цель исследований - провести оценку адаптивных возможностей современных сортов яровой пшеницы и выделить ценные источники засухоустойчивости растений для использования в селекции.
Условия, материалы и методы. Исследования проводились на базе ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ в рамках совместного проекта с Шатиловской СХОС ФГБНУ ФНЦ ЗБК.
Объектом исследований являлись 20 генотипов яровой пшеницы из разных селекционных центров России. Лабораторную оценку опытного материала на засухоустойчивость проводили в чашках Петри и рулонным методом, адаптированным к яровой пшенице по ГОСТ 12038-84. Относительную засухоустойчивость рассчитывали отношением нормально проросших семян на осмотическом растворе маннита и воде [6]. Осмотическое давление раствора составляло 18 атм., повторность по сорту 8-кратная. В условиях полевого опыта адаптивные возможности сортов к засухе оценивали по урожайности зерна, сформированной в годы с благоприятными и стрессовыми погодными условиями вегетации. Площадь делянки составляла 25 м2, размещение - систематическое со смещением, повторность 4-кратная, технология выращивания -общепринятая для региона.
Метеорологические условия вегетации растений в годы исследований были разными, что проявлялось в неравномерном распределении осадков и температуры воздуха по фазам роста и периодам развития. Наиболее жесткие погодные условия вегетации растений отмечались в 2018 году и, в определенной степени, в 2017 году, тогда как в 2019 и 2020 годы они были относительно благоприятные для формирования высокого урожая культурой (табл. 1).
Математическая и статистическая обработка экспериментальных данных проведена с помощью современных компьютерных программ.
Таблица 1 - Метеорологические условия вегетации растений в годы проведения исследований, по данным ОГМС при ФГБНУ ФНЦ ЗБК_
Год/ месяц Температура, °С (отклонение от ср. многолетней нормы)
Апрель Май Июнь Июль Среднее
2016 9,1 (+2,9) 14,3(+0,5) 18,1 (+1,3) 20,9(+2,9) 15,6(+1,9)
2017 7,7 (+1,5) 12,6(-1,2) 15,8 (-1,0) 18,2(+0,2) 13,6(-0,1)
2018 8,3 (+2,1) 17,0(+3,2) 18,0 (+1,2) 20,4(+2,4) 15,9(+2,2)
2019 8,7 (+3,0) 16,2 (+2,4) 20,7 (+3,9) 17,3 (-0,7) 15,7 (+2,0)
2020 6,3 (+0,1) 11,1 (-2,7) 20,0 (+3,2) 18,7 (+0,7) 14,0 (+0,3)
Ср. мн. 6,2 13,8 16,8 18,0 13,7
Осадки, мм всего
2016 74,6 (+32,6) 63,2(+12,2) 68,4 (-4,6) 127,6(+46,6) 333,8(+86,8)
2017 8,7 (-33,3) 54,0 (+3,0) 59,8 (-13,2) 142,2(+61,2) 264,7(+17,7)
2018 32,0 (-10,0) 32,0 (-19,0) 17,0 (-56,0) 109,0(+28,0) 190,0 (-57,0)
2019 23,5(-18,5) 105,9 (+54,9) 37,6 (-35,4) 85,9 (+4,9) 252,9 (+5,9)
2020 18,0 (-24,0) 74,6 (+23,6) 74,2(+1,2) 120,9 (+39,9) 287,7 (+40,7)
Ср. мн. 42,0 51,0 73,0 81,0 247,0
Результаты и обсуждение. Результаты исследований показали, что в настоящее время яровая пшеница не всегда может быть надежной страховой культурой в Центрально-Черноземном регионе РФ, из-за существенного влияния погодных условий вегетации на продукционный процесс растений возделываемых сортов. В 2018 году, с ярко выраженной засушливой погодой на протяжении, почти, всего периода вегетации, сухая масса растений культуры была на 48,8% ниже, чем в 2019 году, на 36,0% - по сравнению 2020 годом и на 15,9% - по сравнению с 2017 годом (рис. 1).
3,44
4,0
2,0
0,0
1 "5
Л 2,75
=1
2017 г.
2018 г.
2019 г.
2020 г.
Рисунок 1 - Сухая масса растений яровой пшеницы на период уборки в разные годы исследований, в среднем по всем опытным сортам.
Особенно негативно влияла засуха на репродуктивный процесс растений яровой пшеницы. В годы исследований количество образующихся зерновок в колосе изменялась от 21,8 до 37,3 шт. на растение. В экстремальных метеоусловиях во время формирования генеративных органов в 2017 и 2018 годах, озерненность колоса у растений современных сортов культуры была в среднем на 39,0 % меньше, чем в другие годы вегетации (рис. 2).
40 30 20 10
21,8
21,8
1 1
37,3 34,5
2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г.
Рисунок 2 - Озерненность колоса растений у современных сортов яровой пшеницы в разные годы вегетации, в среднем по изученным сортам
Причем, у сортов культуры с различным уровнем урожайности негативное влияние экстремальных погодных условий на озерненность колоса было приблизительно одинаковым. В 2017 и 2018 годах количество зерен в колосе у высокоурожайных сортов было на 35,5%, а у низкоурожайных на 35,3% меньше, чем в 2019 и 2020 годах (рис. 3).
н 3
40 30 20 10 0
35,9^^372
22,0
23,5
21,3
23,1
32,7/
,34,9
2017 г.
□ Высокоурожайные сорта
2018 г. 2019 г. 2020 г.
□ Среднеурожайные сорта □ Низкоурожайные сорта
Рисунок 3 - Озерненность колоса у изученных современных сортов яровой пшеницы, различающихся по урожайности в годы исследований
Установлено, что современные сорта яровой пшеницы характеризуются низкими адаптивными способностями и на ранних этапах развития. Проведенная лабораторная оценка прорастания семян на осмотическом растворе манита показала, что их относительная засухоустойчивость составляет в среднем 32,4%. По сравнению с контролем, количество нормально проросших зерновок на манните в среднем по всем сортам было в 3 раза меньше (рис. 4).
Рисунок 4 - Относительная засухоустойчивость прорастающих семян современных сортов яровой пшеницы на 7-е сутки развития, в среднем по 2-м сериям
лабораторных опытов
Интервал генотипического варьирования показателя составлял 17,5-56,3%. Между группами генотипов, различающихся уровнем урожайности, существенных различий не наблюдалось. Проявляется лишь небольшая тенденция превосходства сортов с более низкой урожайностью. В каждой группе имелись сорта как с относительно высокой (от 40,0 до 56,3%), так и низкой (от 17,5 до 40,0%) засухоустойчивостью на ранних этапах развития. Среди изученных сортов высокой засухоустойчивостью характеризовались в основном сорта мягкой яровой пшеницы: Аль Варис, Хуторянка, Тулайковская Надежда и Воронежская 20 - всхожесть их семян на растворе маннита находилась в пределах 42,1 -56,3%, по сравнению с прорастанием на воде. Данные сорта могут быть использованы в качестве ценных источников для селекции яровой пшеницы на засухоустойчивость.
Невысокой засухоустойчивостью характеризуются и проростки современных сортов яровой пшеницы. При выращивании в рулонах на осмотическом растворе маннита, имитирующим физиологическую сухость, длина их стебля на 14-е сутки была меньше по отношению к контролю в среднем на 13,0%, а длина корешка - в среднем на 20,0% (рис. 5).
с;
21,6 24,8 18,1 22,6
Росток
□ опыт в контроль
Корешок
Рисунок 5 - Длина стебля и корешка у 2-х недельных проростков яровой пшеницы на осмотическом растворе маннита (опыт) и дистиллированной воде (контроль), среднее по 2-м сериям лабораторных опытов
Современные сорта яровой пшеницы характеризовались и небольшой восстановительной способностью ростовых процессов после действия стрессора. Спустя 7 дней, после перевода 14-и суточных проростков из экстремальных в оптимальные условия развития, длина их ростка увеличилась всего на 13,6%, а корешка - на 8,1%, по сравнению с опытом (учет проводился на 21-е сутки развития). Из них наиболее выраженной способностью в возобновлении активного начального роста после действия стрессовых условий отличались сорта Лиза и Рима, Мелодия Дона и Безенчукская Нива, которые так же могут быть использованы в селекции культуры в качестве ценных источников данного биологического свойства растений (табл. 2).
Таблица 2 - Длина ростка и корешка на 14-е (раствор маннита 18 атм) и 21-е сутки развития проростков (дистиллированная вода) у современных сортов яровой пшеницы, различающихся по урожайности
Сорт 14-е сутки 21-е сутки
Длина, см
корешка ростка корешка ростка
Высокоурожайные
Бурлак 18,70 22,42 18,83 24,83
Воронежская 13 19,04 19,94 19,82 22,90
Воронежская 18 17,73 20,20 18,78 23,50
Донэла М* 18,50 23,40 18,80 26,60
Мелодия Дона* 18,01 20,00 23,25 24,32
РИМА 18,25 22,55 20,70 26,00
Ульяновская 105 19,25 23,25 23,55 24,52
Черноземноуральская 2 18,50 24,65 19,19 25,05
Среднеурожайные
Безенчукская 210* 17,91 17,02 18,78 26,77
Воронежская 20 16,45 20,43 16,69 22,67
Донская Элегия* 18,60 23,50 18,90 26,70
Лиза 19,00 20,24 21,65 25,60
Тулайковская Надежда 17,00 23,03 18,80 24,00
Хуторянка 13,30 16,90 18,32 26,52
Юбилейная 80 19,00 19,82 19,94 23,15
Низкоурожайные
Аль Варис 18,00 23,05 18,50 25,80
Арсея 18,60 23,21 18,90 24,32
Безенчукская Нива* 19,25 22,90 20,90 26,50
Злата 18,10 24,35 19,00 25,45
Радмира 19,25 20,80 19,78 25,48
НСРса 0,37 0,43 0,27 0,34
Примечание. *Сорта твердой яровой пшеницы.
Известно, что поступление воды из почвы и засухоустойчивость пшеницы во многом зависят от морфофизиологических параметров корней, в частности, от поглотительной их способности и глубины проникновения в почву [7]. Исходя из этого, ряд ученых предлагает отбор генотипов на засухоустойчивость проводить по количеству формируемых зародышевых корней, рассматривая данное свойство в качестве селекционного показателя [7, 8].
Выводы. Проведенные исследования позволяют заключить, что современные сорта яровой пшеницы, прежде всего, формирующие повышенную урожайность зерна, характеризуются относительно низкими адаптивными возможностями к засухе как на ранних, так и на поздних этапах развития. Однако, наличие в генофонде культуры отдельных генотипов, формирующих относительно высокий урожай и в жестких погодных условиях, дает основание рассчитывать на создание более засухоустойчивых сортов по сравнению с районированными. Для этого важно проводить отбор исходного материала не только по количеству формируемых зародышевых корней, но и по отношению длины корешка к длине проростка, считая перспективными те образцы, у которых это отношение более высокое.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Keeping positive carbon balance under adverse conditions: responses of photosynthesis and respiration to water stress / J. Flexas, J. Bota, J. Galmés [et al.] // Physiologia Plantarum. 2006. V. 127. P. 343-352.
2. Жученко A.A. Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория и практика). М.: ООО «Издательство Агрорус», 2004. 1109 с.
3. Молчан И.М., Ильина Л.Г., Кубарев П.И. Спорные вопросы в селекции растений // Селекция и семеноводство. 1996. № 1-2. С. 36-51.
4. Макаренко Е.В. Перспективы применения зерна яровой пшеницы Иркутской области в прикладной биотехнологии // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2011. № 1 (1). С. 177-178.
5. Смирнов H.A., Суслов С.А. Диверсификация отраслей сельского хозяйства - основа эффективности в условиях рыночной экономики // Вестник НГИЭИ. 2013. №5 (24). С. 56-69.
6. Крупнов В.А. Засуха и селекция пшеницы: системный подход // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 1. С. 12-23.
7. Осипов Ю.Ф. Физиолого-биохимические и агрофитоценотические особенности формирования продуктивности, зимозасухоустойчивости и качества зерна озимой пшеницы в условиях Северного Кавказа: автореф. дис. ... докт. биол. наук в виде науч. доклада. Москва, 2000. 61 с.
8. Сидоров A.B., Федосенко Д.Ф. Результаты селекции яровой пшеницы на увеличение числа и степени развития зародышевых корней // Вестник КрасГАУ. 2015. № 3 (102). С. 77-82.
REFERENCES
1. Keeping positive carbon balance under adverse conditions: responses of photosynthesis and respiration to water stress / J. Flexas, J. Bota, J. Galmés [et al.] // Physiologia Plantarum. 2006. V. 127. P. 343-352. Doi: doi.org/10.1111/j.1399-3054.2006.00621.x
2. Zhuchenko A.A. Resursniy potentsial proizvodstva zerna v Rossii (teoriya i praktika). M.: OOO «Izdatel'stvo Agrorus», 2004. 1109 s.
3. Molchan I.M., Il'ina L.G., Kubarev P.I. Spornye voprosy v selektsii rasteniy // Selektsiya i semenovodstvo. 1996. № 1-2. S. 36-51.
4. Makarenko E.V. Perspektivy primeneniya zerna yarovoy pshenitsy Irkutskoy oblasti v prikladnoy biotekhnologii // Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya. 2011. № 1 (1). S. 177-178.
5. Smirnov N.A., Suslov S.A. Diversifikatsiya otrasley sel'skogo khozyaystva - osnova effektivnosti v usloviyakh rynochnoy ekonomiki // Vestnik NGIEI. 2013. №5 (24). S. 56-69.
6. Krupnov V.A. Zasukha i selektsiya pshenitsy: sistemniy podkhod // Sel'skokhozyaystvennaya biologiya. 2011. № 1. S. 12-23.
7. Osipov Yu.F. Fiziologo-biokhimicheskie i agrofitotsenoticheskie osobennosti formirovaniya produktivnosti, zimozasukhoustoychivosti i kachestva zerna ozimoy pshenitsy v usloviyakh Severnogo Kavkaza: avtoref. dis. ... dokt. biol. nauk v vide nauch. doklada. Moskva, 2000. 61 s.
8. Sidorov A.V., Fedosenko D.F. Rezul'taty selektsii yarovoy pshenitsy na uvelichenie chisla i stepeni razvitiya zarodyshevykh korney // Vestnik KrasGAU. 2015. № 3 (102). S. 77-82.
