CC BY
23
УДК 633.111 «321»: 631.52
ДИВЕРСИФИЦИРОВАННАЯ СИСТЕМА СОРТОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ АГРОЭКОСИСТЕМ РАЗЛИЧНОГО УРОВНЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
В.В. СЮКОВ, доктор биологических наук, главный научный сотрудник
Н.В. ГУЛАЕВА, научный сотрудник Самарский НИИСХ, ул. Карла Маркса, 41, Безенчук, Самарская обл., 446254, Россия E-mail: samniish@mail.ru
Резюме. В статье изложены теоретические основы формирования диверсифицированных систем сортов для адаптивного растениеводства. В условиях засушливой степи Среднего Поволжья в 2009-2014 гг. проведено экологическое испытание десяти сортов яровой мягкой пшеницы, рекомендованных для возделывания в Средневолжском регионе РФ. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднесуглинистый, переходный к южному, содержание гумуса - 3,9%, подвижных фосфатов -175 мг/кг, обменного калия - 180 мг/кг почвы, рН - 6,8-7,0. Годы исследования различались по комплексу природноклиматических факторов и сформировали естественный экологический градиент. Колебание урожайности по сортам и годам составило от 0,39 до 2,87 т/га. Самым засушливым (средняя урожайность 0,57 т/га) выдался 2010 г., а наиболее благоприятными по гидротермическим показателям - 2011 и 2014 гг. (2,51 и 2,19 т/га соответственно) На основе анализа урожайных данных с использованием метода многомерного шкалирования (би-плотанализ) представлена асимилярность отклика генотипов на смену факторов внешней среды и проведена диверсификация опытных образцов по специфике отклика «генотип-среда». В результате исследований выявлены следующие три кластера сортов: степного типа для юга Самарской области - Тулайковская степная, Тулайковская золотистая; полуинтенсивного типа для севера области - Кинельская нива, Юго-Восточная 2, Тулайковская 108, Тулайковская 110; полуинтенсивного типа для центральной зоны - Тулайковская 5, Тулайковская 10, Тулайковская 100, Волгоуральская.
Ключевые слова: яровая пшеница, селекция, генетика, сорта, взаимодействие «генотип-среда», метод главных компонент
Для цитирования: Сюков В.В., Гулаева Н.В. Диверсифицированная система сортов яровой мягкой пшеницы для создания высокопродуктивных агроэкосистем различного уровня интенсификации //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 8. С. 55-57.
В последние десятилетия всё большее внимание учёных и практиков уделяется вопросам «биологи-зации» устойчивого сельского хозяйства (sustainable agriculture) [1]. В нашей стране эти идеи отражены в работах А.А. Жученко [2], Л.А.Беспаловой и А.А.Романенко [3, 4], В.И.Кирюшина [5], П.А.Чекмарёва [6], Е.Я. Чебочакова [7] и др., и заключаются в создании сортов и гибридов, сочетающих высокую потенциальную продуктивность с экологической устойчивостью; конструировании агроэкосистем и агроландшафтов на основе эволюционно-аналогового подхода (уве-
личение разнообразия культивируемых видов, их агроэкологическая специализация, использование механизмов и структур биоценотической саморегуляции); оптимизации пространтвенно-временной организации агрофитоценозов, адаптивного размещения сельскохозяйственных культур в макро-, мезо- и микрозонах, адаптивном землеустройстве; применении адаптивно-интегрированной системы защиты растений; переходе к стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства [2-4].
Сорта и гибриды, предназначенные для использования в системе адаптивного растениеводства должны удовлетворять ряду требований, в частности, таких как устойчивость к наиболее характерным для агроэколо-гической зоны абиотическим стрессам с учётом особенностей естественных природно-климатических зон; резистентность к биотическим факторам среды и минимальная потребность в химических средствах борьбы с сорняками, болезнями и вредителями; широкая норма реакции на флюктуирующие природно-климатические факторы (гомеоадаптивность); максимальная утилизация техногенных факторов (в первую очередь удобрений); стабильное формирование экологически безопасной продукции для целей потребления.
Для каждого конкретного сочетания почвенных, гидротермических, инсоляционных, биотических факторов в идеале должны быть комплементарные морфо-биотипы.То есть цель современной селекции - формирование системы сортов каждой сельскохозяйственной культуры, а не просто создание суммы сортов.
Для оценки пригодности генотипов к конкретному сочетанию факторов среды могут быть использованы как методы прямого полевого многофакторного опыта с созданием искусственного экологического градиента (разные предшественники, сочетание факторов интенсификации и др.) на последних стадиях селекционного процесса, так и данные многолетних испытаний с применением специальных статистических методов. Методы статистики второго порядка, в том числе многомерного шкалирования, позволяют не только более глубоко проанализировать комплексы данных, но и визуализировать результаты анализа. В США и Канаде метод многомерного шкалирования на основе факторного анализа (метод главных компонент) широко используют в селекции растений под названием Biplot analysis [8, 9].
Цель нашего исследования - ранжирование сортов яровой мягкой пшеницы по генотип-средовой реакции для последующего создания их системы, обеспечивающей максимально эффективное использование почвен-
Таблица 1. Результаты двухфакторного дисперсионного анализа серии опытов
Вид рассеивания SS df ms F
Общее 24,8788 59
Генотипы (А) 0,8273 9 0,0919 3 42***
Среды (годы, В) 22,8435 5 4,5687 170,19***
Взаимодействие (АхВ) 1,2080 45 0,0268 1,45*
Остаточное 270 0,0115
* - различия достоверны при p=0,05; *** - различия достоверны при p=0,001.
Таблица 2. Урожайность зерна сортов яровой мягкой пшеницы (Безенчук, 2009-2014 гг.)
Сорт Урожайность т/га
2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. среднее
Кинельская нива 1,69 0,59 2,87 1,71 2,05 2,05 1,83 23,3
Юго-Восточная 2 1,54 0,40 2,36 0,99 1,67 1,78 1,46 29,8
Тулайковская степная 1,48 0,44 2,46 1,21 1,69 2,53 1,64 26,8
Тулайковская 5 1,12 0,39 2,55 1,09 1,50 2,02 1,45 34,2
Волгоуральская 1,57 0,59 2,48 1,20 1,71 2,13 1,61 26,3
Тулайковская 10 1,57 0,70 2,32 1,46 1,66 2,15 1,64 20,9
Тулайковская золотистая 1,34 0,73 2,50 1,48 1,69 2,49 1,71 26,4
Тулайковская 100 1,57 0,70 2,65 1,54 1,83 2,37 1,78 24,4
Тулайковская 108 1,88 0,39 2,52 1,47 1,70 2,29 1,71 26,2
Тулайковская 110 1,85 0,78 2,38 1,51 1,65 2,07 1,71 19,7
НСР0,05 0,132 0,202 0,248 0,187 0,184 0,393 0,112
ного, биоклиматического и техногенного потенциала лесостепной и степной зон Среднего Поволжья.
Условия, материалы, методы. Исследования проводили в течение 2009-2014 гг. на базе лаборатории генетики и селекции яровой мягкой пшеницы
Совокупность сформированных числовых рядов подвергли корреляционному анализу, а матрицу коэффициентов корреляции - факторному, методом главных компонент с алгоритмом варимакс-вращения [11]. Для визуализации полученных данных исполь-
Таблица 3. нагрузки двух главных компонент на сорта яровой мягкой пшеницы
Сорт Нагрузка
1 компонента 2 компонента
Кинельская нива -0,868 0,430
Юго-Восточная 2 -0,912 0,400
Тулайковская степная -0,426 0,876
Тулайковская 5 -0,517 0,792
Волгоуральская -0,666 0,667
Тулайковская 10 -0,601 0,730
Тулайковская золотистая -0,249 1,025
Тулайковская 100 -0,545 0,784
Тулайковская 108 -0,799 0,521
Тулайковская 110 -0,838 0,480
Дисперсия, % 45,4 48,8
Самарского НИИСХ. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднесуглинистый, переходный к южному, с содержанием гумуса - 3,9%, подвижных фосфатов - 175 мг/кг и обменного калия - 180 мг/кг почвы, рН - 6,8-7,0.
В качестве объекта исследований взяты десять сортов яровой мягкой пшеницы, рекомендованных для возделывания в Сред-неволжском регионе РФ по результатам Государственного испытания (Кинель-ская нива, Юго-Восточная 2, Тулайковская степная, Тулайковская 5, Волгоу-ральская, Тулайковская 10, Тулайковская золотистая, Тулайковская 100, Тулайковская 108, Тулайковская 110). Опыты закладывали в четырёхкратной повтор-ности сеялкой СН-10Ц, площадь делянки 25 м2, Предшественник - горох на зерно. Уборку осуществляли селекционным комбайном «Сампо-130». Учёт урожая проводили по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур [10].
зовали графическое размещение нагрузок сортов в координатах двух первых главных компонент.
рисунок. Размещение точек «сорта» в системе координат двух главных компонент: 1 - Кинельская нива; 2 - Юго-Восточная 2; 3 - Тулайковская степная; 4 - Тулайковская 5; 5 - Волгоуральская; 6 - Тулайковская 10; 7 - Тулайковская золотистая; 8 - Тулайковская 100; 9 - Тулайковская 108; 10 - Тулайковская 110.
Статистическую обработку проводили с использованием пакета прикладных программ «Агрос 2.13».
результаты и обсуждение. С помощью дисперсионного анализа результатов исследования установлены различия по экологическим фонам (годам) и между сортами, а также достоверность взаимодействия «генотип-среда» (табл. 1). При этом наибольший вклад в формирование фенотипической изменчивости вносили условия среды (годы исследований).
Годы испытания сформировали естественный экологический градиент, поскольку различались по комплексу природно-климатических факторов. Колебание урожайности по сортам и годам составило от 0,39 до 2,87 т/га (табл.2). Самым засушливым (средняя урожайность 0,57т/га) был 2010 г., а наиболее благоприятными по гидротермическим показателям 2011 и 2014 гг. (2,51 и 2,19 т/га соответственно). Самой высокой продуктивностью обладал сорт Кинельская нива, наименьшей - Тулайковская 5, вместе с тем последний демонстрировал наибольшую вариабельность по годам = 34,2%). Самым стабильным был сорт Тулайковская 110 (СУ% = 19,7%).
Используя метод факторного анализа (главных компонент) урожайных данных за шесть последних лет, удалось провести диверсификацию десяти сортов яровой мягкой пшеницы по специфике отклика
«генотип-среда» (табл.3). Несмотря на то, что нагрузки сортов на первую главную компоненту, охватывающую более 45% всей изменчивости, были со знаком минус, а на вторую (почти 49% вариации) - со знаком плюс, всё-таки наблюдалась относительная асимилярность в откликах на факторы.
С помощью визуализации многомерного шкалирования (би-плот анализ)выявлено три кластера сортов: степного типа для юга Самарской области - Тулайковская степная, Тулайковская золотистая; полуинтенсивного типа для севера области - Кинельская нива, Юго-Восточная 2, Тулайковская 108, Тулайковская 110; полуинтенсивного типа для центральной зоны -Тулайковская 5, Тулайковская 10, Тулайковская 100, Волгоуральская (см. рисунок).
выводы. Установлена асимилярность отклика генотипов на смену факторов внешней среды (F=1,45) и проведена диверсификация десяти сортов яровой мягкой пшеницы по специфике отклика «генотип-среда». Выделено три кластера сортов: степного типа для юга Самарской области - Тулайковская степная, Тулайковская золотистая; полуинтенсивного типа для севера области - Кинельская нива, Юго-Восточная 2, Тулайковская 108, Тулайковская 110; полуинтенсивного типа для центральной зоны -Тулайковская 5,Тулайковская 10, Тулайковская 100, Волгоуральская.
Литература.
1. El Bassam N. Fundamentals of sustainability in agriculture production systems and global food security// Sustainable agriculture for food, energy and industry. London, 1998. Vol.1. P.3-11.
2. Жученко А.А. Фундаментальные и прикладные научные приоритеты адаптивной интенсификации растениеводства в XXI веке. Саратов: ООО «Новая газета», 2000. 275 с
3. Новая сортовая политика и сортовая агротехника озимой пшеницы /A.A. Романенко, Л.А. Беспалова, И.Н. Кудряшов, И.Б. Аблова. Краснодар: Эдви, 2005. 224 с
4. Сортовые структуры - системный фактор интенсификации селекции и производства зерна пшеницы/Л.А. Беспалова, И.Н. Кудряшов, А.Н. Аулов, Д.А. Пономарев, Е.А. Команов//Земледелие. 2014. № 5. С. 41-43.
5. Кирюшин, В.И. О Белгородской модели модернизации сельского хозяйства и биологизации земледелия // Земледелие. 2013. №1. С. 3-6.
6. Чекмарев П.А., Лукин С.В. Система удобрения в условиях биологизации земледелия // Достижения науки и техники АПК, 2012. № 12. С. 10-12
7. Дифференцированное использование приемов биологизации земледелия в различных природных зонах средней Сибири /Е.Я. Чебочаков, Ю.Ф. Едимеичев, А.М. Берзин, В.Н. Романов//Земледелие. 2013. № 5. С. 6-8.
8. Gabriel K.R. The biplot graphic display of matrices with application to principal component analysis // Biometrica. 1971. Vol.38. Iss. 3. P.453-467.
9. Yan W., Tinker N.A. Biplot analysis of multi-environment trial data: Principles and applications // Canad. J.Plant Sci. 2006. Vol. 86. №3. P.623-645
10. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1985. 263 с.
11. Андрукович П. Ф. Применение метода главных компонент в практических исследованиях. М. : «Изд-во МГУ», 1973. 123 с.
DIVERSIFIED SYSTEM OF VARIETIES OF SPRING wHEAT FOR CREATION OF HIGHLY PRODuCTIVE AGRO-ECOSYSTEMS wITH DIFFERENT LEVELS OF INTENSIFICATION
V.V.Syukov, N.V.Gulayeva
Samara Research Scientific Institute of Agriculture, K. Marx-Street, 41, Bezenchuk, Samara region, 446254, Russia Summary. The article describes the theoretical basis for the formation of diversified systems of varieties for adaptive crop production. In 2009-2014 under conditions of arid steppe of the Middle Volga region the ecological test of 10 varieties of spring soft wheat, recommended for cultivation in this region, was carried out. The soil of test plot was ordinary black soil middle loamy, transitional to the south one; content of humus was 3.9%, mobile phosphates-175 mg/kg, exchange potassium-180 mg/kg of soil; pH was 6.8-7.0. Years of the investigation varied in the complex of natural factors and formed a natural ecological gradient. Yield variation between varieties and years was from 0.39 to 2.87 t/ha. The weather was the most arid in 2010 (the average yield was 0.57 t/ha), and it was the most favorable according to hydrothermal indicators in 2011 and 2014 (2.51 t/ ha and 2.19 t/ha, correspondingly). On the basis of the analysis of yield with the method of multidimensional scaling (bi-plot analysis) it is presented the dissimilitude of genotype responses to changes of environmental factors and conducted the diversification of test varieties according to the specificity of the response "genotype-environment". As a result of investigations we formed three clusters of varieties: varieties of steppe type for the south of Samara region (Tulajkovskaya stepnaya, Tulajkovskaya zolotistaya), varieties of semi-intensive type for the north of the region (Kinelskaya Niva, Yugovostochnaya 2, Tulajkovskaya 108, Tulajkovskaya 110), varieties of semi-intensive type for the central zone (Tulajkovskaya 5, Tulajkovskaya 10, Tulajkovskaya 100, Volgouralskaya).
Keywords: spring wheat, breeding, genetics, varieties, interaction "genotype-environment", principal components method. Author Details: V.V. Syukov, Dr. Sc. (Biol.), Senior Researcher (e-mail: samniish@mail.ru), N.V. Gulayeva, Researcher. For citation: Syukov V.V., Gulayeva N .V. Diversified system of varieties of spring wheat for creation of highly productive agro-ecosystems with different levels of intensification. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V. 29. № 8. pp. 55-57 (In Russ).
