CC BY
18
УДК 633. 11: 631. 52
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ АДАПТИВНОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ СОРТОВ ОЗИМОЙ ТРИТИКАЛЕ В УСЛОВИЯХ ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА
И. Р. Манукян, кандидат б. н., доцент; М. А. Басиева, кандидат с.-х. н.; Е. С. Мирошникова, кандидат с.-х. н.
Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного сельского хозяйства - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального научного центра «Владикавказский научный центр Российской академии наук», с. Михайловское, РСО-Алания, Россия, т. (88672) 23-04-20 e-mail: miririna.61@mail.ru
Дана оценка адаптивных свойств сортообразцов озимой тритикале в агроэкологических условиях предгорной зоны Центрального Кавказа по урожайности. Исследования проведены в 2016-2018 гг. на полях СКНИИГПСХ ВНЦ РАН. Материалом для исследований послужили семь сортообразцов озимой тритикале из мировой коллекции ВИР. Для комплексной оценки и отбора ценного исходного материала при селекции на адаптивность использовали набор методик, позволяющих установить достоверность наблюдаемых различий и получить необходимую информацию о потенциальной продуктивности и экологической пластичности. В работе использовали наиболее популярные в селекционной практике индексы; мексиканский, канадский, линейной плотности колоса, а также новую модификацию индекса - индекс продуктивности растений (ИПР). Высокая устойчивость к стрессовым факторам окружающей среды установлена у сортов Легион, Сотник и Алмаз, максимальное соответствие условиям среды региона - у сортов Завет, Горка, Рамзай и Гор. Сорта высокоинтенсивного типа Завет и Гор отзывчивы на улучшение условий и характеризуются стабильной урожайностью.
Ключевые слова: озимая тритикале, урожайность, адаптивность, устойчивость к стрессу, индексы условий среды, экологическая пластичность, стабильность.
Введение
Селекция высокопродуктивных и высококачественных сортов озимых зерновых культур является приоритетным направлением, обеспечивающим устойчивое развитие агропромышленного комплекса России. Перед селекционерами всегда стояла сложная задача - повышая урожайность сорта, сочетать ее с адаптивностью к различным почвенно-климатическим условиям региона и различного рода стрессам [4, 10].
Адаптированным сортам отводится решающая роль при эффективном использовании природных и техногенных ресурсов в обеспечении энергосбережения и рентабельности. Целенаправленный подбор и создание исходного селекционного материала лежит в основе адаптивной селекции [6, 7].
Адаптивные сорта должны обладать экологической пластичностью, т. е. способностью в широком диапазоне почвенно-климатических условий формировать продуктивность, близкую к потенциальной, обладать устойчивостью к болезням и повреждениям вредителями, способностью быстро реагировать на улучшение условий
выращивания. Фенотипическая стабильность проявляется в сохранении фенотипа при изменении условий среды, она обусловливается нормой реакции генотипа, способностью сохранять относительное постоянство признаков. Показатели степени реакции генотипов на изменение условий среды характеризуют свойства сорта, его стрессоустойчивость, генетическую гибкость и гомеостатичность [9, 11].
Цель настоящей работы - дать оценку экологической пластичности и стабильности сортов озимой тритикале в условиях предгорной зоны Центрального Кавказа, рассчитанным по признаку «урожайность зерна».
Методы и материалы
Исследования проводились в 20162018 гг. в лаборатории селекции и семеноводства зерновых культур СКНИИГПСХ ВНЦ РАН. Целью исследования являлось изучение продуктивности и экологической пластичности различных сортов озимой тритикале в условиях предгорной зоны Центрального Кавказа по двум предшественникам.
Нива Поволжья № 3 (52) август 2019 139
Средняя урожайность и параметры адаптивности выделившихся сортов озимой тритикале по предшественнику
Сорт Урожайность, т/га Среднее, Xi Показатели адаптивности
Hom ИС Sc bi
по кукурузе по бобовым
Сотник 7,2 7,6 7,4 25,8 20,3 7,01 0,3
Горка 6,2 10,7 8,4 2,2 11,2 3,91 1,8
Рамзай 6,0 10,8 8,4 2,8 13,3 4,7 1,7
Завет 10,0 11,6 10,8 4,6 34,9 4,8 2,7
Алмаз 8,0 8,8 8,4 16,6 13,3 7,6 0,4
Легион 8,4 9,0 8,7 39,8 14,3 8,1 0,4
Гор 9,2 11,6 10,4 7,56 20,4 8,9 1,3
Среднее, ХЦ 7,8 10,0 8,9
Индекс условий, Ц -1,48 1,57
Адаптивные свойства, параметры стабильности и экологической пластичности оценивали по методу S. A. Eberhart, W. A. Russell в изложении В. А. Зыкина [5]. Данный метод основан на расчете коэффициента линейной регрессии (bi), характеризующего экологическую пластичность сорта в различных условиях среды. Гомео-статичность (Hom) и селекционную ценность (Sc) рассчитывали по В. В. Хангиль-дину и Н. А Литвиненко [13], адаптивная способность (Yi) вычислена по методике Л. А. Животкова с соавторами [3]. При оценке генотип-средового взаимодействия использовали различные селекционные индексы [1, 8, 12]: индекс линейной плотности колоса (ЛПК) - число зерен в колосе/длина колоса; канадский индекс (Ki) -масса зерна с колоса/длина колоса, индекс продуктивности растений ИПР = (ЧЗ * ВЗ) / ДК, где: ЧЗ - число зерен, шт., ВЗ - вес зерна с колоса, г, ДК - длина колоса, см. Математическая обработка экспериментальных данных (дисперсионный и корреляционный анализ) была проведена по Б. А. Доспехову [2].
Результаты
Для успешной работы в селекции при определении реакции выводимых сортов на условия среды и при внедрении их в сельскохозяйственное производство необходимо использовать определение нормы реакции генотипа на условия среды.
Для проведения расчетов параметров экологической пластичности с помощью дисперсионного анализа было установлено наличие взаимодействия «генотип - среда». Определено, что преобладающий вклад в общей изменчивости продуктивности принадлежит генотипам изучаемых сортов (фактор «сорт»), их доля составила 50 %. Доля изменчивости, вызванная влиянием условий среды (фактор «год»), со-
ставила 26,5 %. Доля других факторов составила 23,5 %.
Для выявления реакции на изменения условий выращивания рассчитаны коэффициенты регрессии (Ы), характеризующие среднюю реакцию сортов на изменение условий среды и показывающие их пластичность, а также показатели стрессо-устойчивости, генетической гибкости сорта, гомеостатичности и вариансы стабильности сортов (табл. 1).
Высокогомеостатичными, то есть обладающими генетическим механизмом, способным сводить к минимуму последствия неблагоприятных условий внешней среды, характеризовались сорта Легион, Сотник и Алмаз (Нот = 39,8, 25,8 и 16,6) (табл. 1). Самым нестабильным поведением по показателям гомеостатичности отмечен сорт озимой тритикале Горка (Нот = 2,2).
Индекс стабильности (ИС) - важная характеристика сорта. Сорта с высоким индексом стабильности характеризуются как более стабильные, более приспособленные к данным условиям. Самый высокий индекс стабильности отмечен у сортов Завет - 34,9, Гор - 20,4 и Сотник - 20,3.
Вычисляли средние значения урожайности по гибридам (ХО и по условиям возделывания (ХЦ). Кроме того, рассчитывали индексы условий испытания (Ц). Отклонение средней урожайности всех гибридов при данном условии от среднего его значения в опыте определяется как Ц=ХЦ-х.
Совокупность индексов характеризует изменчивость условий, в которых выращивали сорта в данном опыте (табл. 1). Индексы условий среды могут принимать положительные и отрицательные значения. Лучшие условия для роста и развития генотипов складываются при положительном значении индекса среды, худшие - при отрицательном.
По результатам наиболее благоприятные условия сложились по предшественнику бобовые у = 1,57. Худшие условия для произрастания сортов сложились по предшественнику кукуруза у = -1,48.
Далее вычисляли коэффициенты регрессии урожайности каждого гибрида на изменение условий среды:
Ы = I Ху у / I у2,
где I Yij у - сумма произведения урожайности нго сорта за у-й год на соответствующую величину индекса условий среды;
I у - сумма квадратов индексов условий среды.
Коэффициент линейной регрессии урожайности сортов Ы показывает их реакцию на изменение условий выращивания. Чем выше значение коэффициента Ы > 1, тем большей отзывчивостью обладает данный сорт.
Такие сорта требовательны к высокому уровню агротехники, так как только в этом случае они дадут максимум отдачи. В случае Ы < 1 сорт реагирует слабее на изме-
нение условий среды. Такие сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они дадут максимум отдачи при минимуме затрат. При условии Ы = 1 имеется полное соответствие изменения урожайности сорта изменению условий выращивания.
В нашем опыте большей отзывчивостью на улучшение условий выращивания обладали сорта Завет, Горка, Рамзай и Гор, Ы > 1. Эти сорта требовательны к высокому уровню агротехники, так как только в этом случае они дадут максимум отдачи. В случае Ы < 1 сорта реагируют слабее на изменение условий среды, чем в среднем весь набор изучаемых сортов, к ним относятся сорта: Легион, Алмаз, Сотник. Эти сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они дадут максимум отдачи при минимуме затрат.
Величина наклона линий регрессии дает наглядную информацию о поведении сортов относительно друг друга и в сравнении со средней реакцией сортов на изменение условий выращивания (рисунок).
4
2 3
7
Линии регрессии по признаку урожайности (X) для сортов озимой тритикале на индексы среды (X)); 1 - Сотник; 2 - Горка; 3 - Рамзай; 4 - Завет; 5 - Алмаз; 6 - Легион; 7 - Гор
1
Нива Поволжья № 3 (52) август 2019 141
Продуктивность и адаптивность сортов озимой тритикале в условиях предгорной зоны Центрального Кавказа
КА или У|, % ИПР ЛПК Ю
Сорт по куку- по бобо- по куку- по бобо- по куку- по бобо- по куку- по бобо-
рузе вым рузе вым рузе вым рузе вым
Сотник 92,3 76,0 7,3 8,6 4,0 4,5 0,18 0,2
Горка 79,5 107,0 5,4 12,4 3,4 4,3 0,12 0,22
Рамзай 77,0 108,0 4,7 11,4 3,1 4,2 0,14 0,23
Завет 128,2 116,0 10,8 12,0 3,6 4,1 0,20 0,21
Алмаз 102,5 88,0 7,5 8,1 4,1 4,0 0,24 0,18
Легион 107,7 90,0 7,7 8,4 3,6 4,2 0,18 0,19
Гор 118,0 116,0 9,0 13,4 3,9 4,6 0,18 0,24
Практический интерес представляют те сорта, линии регрессии которых высоко поднимаются в правой части графика (благоприятные условия), что характеризует их высокую отзывчивость на улучшение условий и незначительно снижаются в левой части (жесткие условия), что свидетельствуют о буферности генотипов в неблагоприятных условиях возделывания.
Дополнительные сведения по адаптивным свойствам сортов зерновых культур можно получить, используя различные коэффициенты и селекционные индексы. Известным способом расчета адаптивности сортов к условиям выращивания является метод Л. А. Животкова [3], основанный на сравнении продуктивности сорта со сред-несортовой, выраженной в процентах. Продуктивность озимой тритикале по предшественнику бобовые во все годы исследований была выше, чем по кукурузе. Величина прибавки сильно варьировала в диапазоне от 0,4 т/га у Сотника до 4,8 т/га у Рамзая. Оценка пластичности генотипов и их отзывчивости на улучшение условий возделывания с помощью селекционных индексов и коэффициента адаптивности приведена в табл. 2.
Коэффициент адаптивности (КА) свыше 100 % по предшественнику кукуруза имели сорта: Завет, Алмаз, Легион и Гор. По предшественнику бобовые травы КА выше 100 % показали сорта: Горка, Рам-зай, Завет, Гор.
По индексу ИПР лучший результат показал сорт Завет по обоим предшественникам. Высокую отзывчивость на улучшение условий возделывания показали сорта:
Горка, Рамзай, Завет, Гор. К сортам экстенсивного типа относятся: Сотник, Алмаз, Легион.
По индексу линейной плотности колоса ЛПК и канадскому индексу К к интенсивному типу можно отнести все сорта, за исключением сорта Алмаз. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что более информативными методами при оценке адаптивных свойств генотипов являются: метод регрессионного анализа продуктивности, метод Л. А. Животкова и индекс продуктивности растений ИПР. Для предгорной зоны Центрального Кавказа хорошо адаптированы сорта: Завет, Горка, Рамзай, Гор.
Заключение
Таким образом, проведенная оценка количественных признаков на адаптивные свойства сорта с использованием уже известных селекционных индексов, а также результаты исследований позволяют рекомендовать для селекционного отбора индекс продуктивности растений (ИПР). Анализ адаптивного потенциала, экологической пластичности и стабильности сортов озимой тритикале позволил выделить наиболее адаптивные сорта при возделывании в агроэкологических условиях Центрального Кавказа. Высокая устойчивость к стрессовым факторам окружающей среды установлена у сортов Легион, Сотник и Алмаз, максимальное соответствие условиям среды региона - у сортов Завет, Горка, Рамзай и Гор. Сорта высокоинтенсивного типа Завет и Гор отзывчивы на улучшение условий и характеризуются стабильной урожайностью.
Литература
1. Селекционные индексы в оценке ячменно-пшеничных гибридов / Н. С. Вертий, А. В. Тита-ренко, Л. П. Титаренко, А. А. Козлов // Нива Поволжья. - 2016. - № 2(39). - С. 9-15.
2. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. - Москва: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
3. Животков, Л. А. Методика выявления потенциальной продуктивности и адаптивности сортов и селекционных форм озимой пшеницы по показателю урожайности / Л. А. Животков, З. А. Морозова, Л. И. Секатуева // Селекция и семеноводство. - 1994. - № 2. - С. 3-6.
4. Жученко, А. А. Роль адаптивной системы селекции в растениеводстве XXI века / А. А. Жу-ченко // Коммерческие сорта полевых культур Российской Федерации. - Москва: ИКАР, 2003. -С. 10-15.
5. Зыкин, В. А. Параметры экологической пластичности сельскохозяйственных растений, их расчет и анализ: методические рекомендации / В. А. Зыкин, В. В. Мешков, В. А. Сапега. - Новосибирск, 1984. - 24 с.
6. Корзун, А. С. Адаптивные особенности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений: пособие. / А. С. Корзун, А. С. Бруйло. - Гродно: ГГАУ, 2011. - 140 с.
7. Кшникаткина, А. Н. Основные факторы продуктивности озимого тритикале / А. Н. Кшникат-кина, А. В. Коваленко // Нива Поволжья. - 2009. - № 3 (12). - С. 73-79
8. Манукян, И. Р. Использование селекционных индексов для оценки адаптивного потенциала коллекционных образцов озимой тритикале к условиям предгорной зоны Центрального Кавказа / И. Р. Манукян, М. А. Басиева // Горное сельское хозяйство. - 2018. - № 2. - С. 33-37.
9. Манукян, И. Р. Оценка продуктивности селекционных образцов озимой пшеницы в условиях предгорной зоны Центрального Кавказа / И. Р. Манукян, М. А. Басиева, В. Б. Абиев // Нива Поволжья. - 2018. - № 4(49). - С. 78-83.
10. Назранов, Х. М. Комплексная оценка адаптивного потенциала озимого тритикале в условиях вертикальной зональности центральной части Северного Кавказа / Х. М. Назранов, Ф. Х. Нагудова, А. М. Калмыков // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 11. - С. 71-75.
11. Пакудин, В. З. Оценка экологической пластичности и стабильности сортов сельскохозяйственных культур / В. З. Пакудин, Л. М. Лопатина // Сельскохозяйственная биология. - 1984. -№ 4. - С. 109-113.
12. Удачин, Р. А. Методика оценки экологической пластичности сортов пшеницы / Р. А. Уда-чин, А. П. Головченко // Селекция и семеноводство. - 1990. - № 5. - С. 2-6.
13. Хангильдин, В. В. Гомеостатичность и адаптивность сортов озимой пшеницы / В. В. Хан-гильдин, Н. А. Литвиненко // Научно-технический бюллетень ВСГИ. - 1981. - № 1. - С. 8-14.
UDK 633. 11: 631. 52
ECOLOGICAL ADAPTABILITY AND STABILITY OF WINTER TRITICALE VARIETIES IN THE FOOTHILLS OF THE CENTRAL CAUCASUS
I. R. Manukyan, candidate of biological sciences, assistant professor;
M. A. Basiyeva, candidate of agricultural sciences; Ye. S. Miroshnikova, candidate of agricultural sciences
North Caucasusscientific- research institute of mountain and foothill agriculture -branch of the Federal state budgetary institution of science of the Federal scientific center "Vladikavkaz scientific center of the Russian Academy of Sciences", Mikhailovskoye village, RSO-Alania, Russia, t. (88672) 23-04-20 e-mail: miririna.61@mail.ru
The article deals with the estimation of adaptive properties of winter triticale varieties in agro-ecological conditions of the foothill zone of the Central Caucasus according to yield productivity. The research was conducted in 2016-2018 in the fields of North Caucasus scientific center of Russian Academy of Sciences. Seven varieties of winter triticale from the world collection of VIR served as a material for research. For a comprehensive assessment and selection of valuable source material in the selection of adaptability the authors used a set of techniques to establish the validity of the observed differences and obtain the necessary information about the potential productivity and environmental plasticity. The most popular indexes in breeding practice were used in the research: mexican, canadian, linear ear density, as well as a new modification of the index - the index of plant productivity (IPP). High resistance to stress factors of the environment belongs to the varieties Legion, Sotnik, and Almaz, the maximum compliance with the environmental conditions of the region - the varieties Zavet, Gorka, Ramsay, and Gor. High intensity varieties of type Zavet and Gor are responsive to improved conditions and characterized by a stable yields.
Key words: winter triticale, yield productivity, adaptability, resistance to stress, indices of environmental conditions, environmental plasticity, stability.
Нива Поволжья № 3 (52) август 2019 143
References:
1. Selection indexes in the assessment of barley-wheat hybrids / N.S. Vertiy, A. V. Titarenko, L.P. Titarenko, A.A. Kozlov, // Niva Povolzhya. - 2016. - № 2(39). - P. 9-15.
2. Dospekhov, B. A. Methods of field experience (with the basics of statistical processing of research results) / B. A. Dospekhov. - Moscow: Agropromizdat, 1985. - 351 p.
3. Zhivotkov, L. A. Methods of identification of the potential productivity and adaptability of the varieties and breeding forms of winter wheat according to yield productivity / L.A. Zhivotkov, Z. A. Morozova, L. I. Sekatuyeva // Selektsiya I semenovodstvo. - 1994. - No. 2. - P. 3-6.
4. Zhuchenko, A. A. Role of adaptive breeding system in crop production of the XXI century / A. A. Zhuchenko / / Commercial varieties of field crops of the Russian Federation. - Moscow: IKAR, 2003. -P. 10-15.
5. Zykin, V. A. Parameters of ecological plasticity of agricultural plants, their calculation and analysis: methodical recommendations / V. A. Zykin, V. V. Meshkov, V. A. Sapega. - Novosibirsk, 1984. -24 p.
6. Korzun, A. S. Adaptive features of breeding and seed production of agricultural plants: textbook / A. S. Korzun, A. S. Bruilo. - Grodno: GGAU, 2011. - 140 p.
7. Kshnikatkina, A. N. The main factors of productivity of winter triticale / A. N. Kshnikatkina, A. V. Kovalenko // Niva Povolzhya. - 2009. - № 3 (12). - P. 73-79
8. Manukyan, I. R. the Use of selection indices for evaluating the adaptive capacity of collection samples of winter triticale to the conditions of a foothill zone of the Central Caucasus / I. R. Manukyan, A. M. Basiyeva // Mining agriculture. - 2018. - No. 2. P. 33-37.
9. Manukyan, I. R. Assessing the productivity of breeding specimens of winter wheat in the conditions of a foothill zone of the Central Caucasus / I. R. Manukyan, M. A., Basiyeva, V. B. Abiyev // Niva Povolzhya. - 2018. - No. 4(49). - P. 78-83.
10. Nazranov, Kh. M. Complex assessment of adaptive capacity of winter triticale in the conditions of a vertical zonality of the Central part of Northern Caucasus / Kh. M. Nazranov, F. Kh. Negudova, A. M. Kalmykov // Vestnik of KrasSAU. - 2011. - No. 11. - P. 71-75.
11. Pakudin, V. Z. Evaluation of the ecological plasticity and stability of varieties of agricultural crops / V. Z. Pakudin, L.M. Lopatina, // Agricultural biology. - 1984. - No. 4. - P. 109-113.
12. Udachin, R. A. Methods for assessing the ecological plasticity of wheat varieties / R. A. Udachin, A. P. Golovchenko / / Selection and seed production. - 1990. - No. 5. - P. 2-6.
13. Khangildin, V. V. Homeostaticity and adaptability of varieties of winter wheat / V. V. Khangildin, N. A. Litvinenko // Scientific and technical bulletin of WSGI. - 1981. - No. 1. - P. 8-14.
