CC BY
57
УДК / UDC 633.34:069.5:631.559.2
ИЗУЧЕНИЕ СКОРОСПЕЛОСТИ У КОЛЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СОИ
THE STUDY OF EARLY MATURITY OF SOYBEAN COLLECTION MATERIAL
Шафигуллин Д.Р.1'2, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства овощных бобовых культур Shafigullin D.R.12, Postgraduate Student, Junior Research Worker of Laboratory of Breeding and Seed Production of Vegetable Legumes E-mail: [email protected] Гинс М.СЛ2, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией интродукции, физиологии и биохимии и биотехнологии функциональных продуктов Gins M.S.12, Doctor of Biological Sciences, Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Head of Laboratory of Introduction, Physiology and Biochemistry and Biotechnology of Functional Products E-mail: [email protected] Романова Е.В.1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Romanova E.V.1, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
E-mail: [email protected] Бородин Д.Б.3, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Borodin D.B.3, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
E-mail: [email protected] 1ФГАОУ ВО «Российский государственный университет дружбы народов,
Москва, Россия
''Federal State Autonomous Educational Establishment of Higher Education "Peoples' Friendship University of Russia", Moscow, Russia 2ФГБНУ «Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур»,
Московская область, Россия 2Federal State Budgetary Scientific Research Institution "All-Russian Scientific Research
Institute of vegetable breeding and seed production", Moscow region, Russia 3ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет им. Н.В.
Парахина»Орел, Россия 3Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
Скороспелость сои в условиях короткого вегетационного сезона Московской области играет важнейшую роль в сельскохозяйственном производстве. Она зависит от генетических факторов, условий выращивания, особенностей погодных условий периода вегетации. Исследование признаков скороспелости (вегетативный, генеративный периоды, период вегетации, межфазные периоды развития) велось на коллекционном материале сои, являющимся 190 сортами и линиями российской и иностранной селекции разнообразного происхождения, очень ранней и ранней групп спелости в условиях Московской области. Коллекционные образцы испытывались в различных климатических условиях 2015-2016 гг., что дало возможность провести исследование влияния погодных условий на степень и скорость созревания вегетативных и генеративных органов растений. Изучена изменчивость и длительность следующих периодов развития сои: «всходы-цветение», «цветение-созревание», «всходы-созревание». Продолжительность периода вегетации дана в суммах активных температур (САТ). Описана изменчивость межфазных периодов развития сои: от посева до массовых всходов, от массовых всходов до начала бутонизации, от начала бутонизации до начала цветения, от начала цветения до начала образования бобов, от начала образования бобов до начала технической спелости, от начала технической спелости до массовой биологической спелости. Определены их особенности, зависимость от погодных условий, средние показатели,
соответствие среднемноголетним агроклиматическим показателям. Найдены самые скороспелые сорта и линии сои (1520-1710°С) в условиях 55° с.ш. Было обнаружено, что коллекционные образцы сои характеризуются низкой изменчивостью вегетативного, генеративного и вегетационного периодов. Межфазные периоды развития были склонны также к слабой вариабельности, за исключением периодов «от начала бутонизации до начала цветения» и «от начала цветения до начала образования бобов», что необходимо иметь в виду в селекционной практике.
Ключевые слова: соя, изменчивость, скороспелость, период вегетации, фаза развития, межфазный период развития.
The soybean early ripeness plays very important role in the crop production in the conditions of the short growing season of the Moscow Region. It depends on genetic factors, growing conditions, features of weather conditions during the growing season. The study of traits of early maturity (vegetative, generative periods, vegetation period, interphase development periods) was conducted on the soybean collection material, which are 190 varieties and lines of Russian and foreign breeding of various origins, very early and early ripening groups in the Moscow Region. Collection samples were tested in different climatic conditions of 2015-2016, which made it possible to carry out a study of the influence of weather conditions on the degree and rate of maturation of vegetative and generative plant organs. We described the variability and duration of the following periods of soybean development: "sprouting-flowering", "flowering-maturation", "sprouting-ripening". The duration of the vegetation period is given in the sums of active temperatures. We determined the variability of the interfacial periods of soybean development: from sowing to mass sprouting, from mass sprouting to the beginning of budding, from the beginning of budding to the beginning of flowering, from the beginning of flowering to the beginning of the formation of beans, from the beginning of the formation of beans to the beginning of technical ripeness, from the beginning of technical ripeness to mass biological ripeness. We indicated specific features, dependence on the weather conditions, the average indicators, compliance with the average annual climatic indicators. We found the most early-ripening soybean varieties and breeding lines (SAT=1520-1710°C) in conditions of 55° N. It was found that soybean collection samples are characterized by low variability of the vegetative, generative and vegetative periods. The interphase periods of development also tended to weak variability, excepting the periods "from the beginning of budding to the beginning of flowering" and "from the beginning of flowering to the beginning of the formation of beans", which should be considered in breeding practice.
Key words: soybean, variability, early maturity, vegetation period, development phase, interphase development period.
Введение. Среди сельскохозяйственных культур, которые выращиваются в России, соя отличается повышенным содержанием белка и жира. Соевый белок является полноценным, близким по своему составу к белкам животного происхождения. Большая часть посевов культуры в нашей стране сосредоточена на Дальнем Востоке. Продвижение ее в другие регионы было затруднено из-за отсутствия адаптированных к местным условиям сортов и недостаточной изученности агротехники её выращивания. С появлением новых скороспелых, среднеранних и продуктивных сортов посевные площади под соей стали расти и в других регионах России [1, 2, 3, 4].
Соя является теплолюбивым растением, но она сравнительно легко поддается селекции в направлении создания сортов для более холодного климата [5]. Расширение зоны возделывания сои уже более 100 лет связано с продвижением ее в более северные регионы [6, 7, 8].
Интродукция сои в Центральной зоне Европейской части России требует выведения новых сортов, адаптированных к местным агроклиматическим условиям возделывания. Для каждой зоны необходимо создавать свои скороспелые сорта с учетом экологических условий. Особую актуальность
приобретают исследования, связанные с поиском и введением в селекцию образцов, быстро формирующих вегетативные и генеративные органы и созревающие до наступления низких температур [9, 10, 11, 12].
Целью работы являлось изучение признаков скороспелости у перспективного коллекционного материала сои по периодам вегетативного и генеративного развития, в целом длительности вегетации, его межфазным периодам развития.
Условия, материалы и методы. Объектом исследований являлись коллекционные образцы сои: 48 коллекционных образцов отечественной селекции, 142 - иностранной селекции: Австрия, Белоруссия, Бурунди, Великобритания, Германия, Ирак, Канада, Китай, Молдавия, Нидерланды, Польша, Сербия, США, Украина, Франция, Чехия, Швеция, Япония. Всего в опыте изучалось 190 образцов. Большая часть коллекционного материала предоставлена Федеральным исследовательским центром «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова».
Сортом-стандартом был выбран зарегистрированный для Центрального региона России (3) сорт Окская (селекции Рязанского НИИСХ).
Исследования селекционных образцов сои велись в 2015 и 2016 гг. на опытном поле лаборатории селекции и семеноводства овощных бобовых культур ВНИИССОК (Одинцовский район, Московская область) согласно методике оценки коллекционного материала [13].
Анализ вариабельности признаков скороспелости сои проводился в программе Microsoft Office Excel по следующим показателям:
1. Средняя арифметическая:
X =SfL, (1)
n
где xi - значение признака, варианты;
n - число всех вариантов (объем выборки).
2. Ошибка выборки:
а
s> =-г,
Ып
где G - среднее квадратическое отклонение. 3. Коэффициент вариации:
(2)
Vg= ° x 100%. (3)
ÍG-
X
4. Коэффициент осцилляции:
Vr= R x 100%, (4)
X
где R - размах вариации.
Градации признаков были описаны исходя из дискрипторов международного классификатора СЭВ для рода Glycine Willd. [14].
Метеорологические особенности периода вегетации, 2015-2016 гг. В период вегетации в 2015 и 2016 гг. практически по всем месяцам температура воздуха была выше, чем средняя многолетняя (за исключением июля в 2015 г.). При этом 2016 г. отличался повышенной температурой воздуха, и его данные были выше температуры воздуха предыдущего года по всем месяцам (рис.1).
Осадки в период вегетации отличались своей неравномерностью. Май был значительно более влагообеспечен, особенно в 2015 году: в 3,3 раза, между тем в июне в 2016 году сумма осадков составила ниже многолетних данных. В июле данные за 2 года были выше среднемноголетней. Август 2015 года характеризовался сухостью, сумма осадков была меньше среднемноголетней в 3,4 раза, в то время как в августе 2016 года превышение суммы осадков над многолетними значениями составило 2,5 раза (рис.2).
Рисунок 1 - Температура воздуха в период вегетации, 2015-2016 гг., °С
Рисунок 2 - Осадки в период вегетации, 2015-2016 гг., мм
Результаты и обсуждение. Изменчивость признаков скороспелости. Были изучены показатели скороспелости - продолжительности периодов: всходы-цветение (вегетативное развитие растений), цветение-созревание (генеративное развитие), всходы-созревание (период вегетации).
Длительность вегетативного развития растений, как составная часть общего периода вегетации, в 2015 и 2016 гг. практически не изменялась; имела низкие показатели изменчивости как по годам, так и в среднем (Va=11%, Vr=46%); в целом она составила 42,2 дня - короткая по описанию из международного классификатора СЭВ для рода Glycine Willd.
Из самых ранних по этой фазе с продолжительностью 36-40 дней важно отметить следующие образцы: 1040-4-2 (Швеция), 740-1 (Швеция), 766-2 (Швеция), 840-2-7 (Швеция), Kenchawol (Великобритания), Окская, стандарт (Россия), Алтом (Россия), ПЭП 27 (Россия), СибНИИСХОЗ 6 (Россия).
Продолжительность генеративного периода, как вторая часть периода всходы-созревание, по годам была такой же, как и предыдущая, и характеризовалась также слабой вариабельностью: Va=11%, Vr=65%, за 2 года. Данный период характеризовался высокой скоростью формирования генеративных органов и плодов (61,7 дня, в среднем за 2 года). Самыми быстрыми по своему развитию «цветение-созревание» (47-55 дней) были: Алтом (Россия), Касатка (Россия), СибНИИСХОЗ 6 (Россия), Окская, стандарт (Россия), Соер-5 (Россия), 1040-4-2 (Швеция), Hidaka (Япония), Arctic (Польша).
Продолжительность вегетационного периода коллекционных образцов сои в 2016 году была более короткой (на 139,9°С), поскольку посев сортообразцов был проведен почти на 2 недели раньше запланированного срока (06 мая) по причине более раннего наступления потепления и физической спелости почвы
(рис.1). За 2015-2016 гг. сумма активных температур у сортообразцов сои составила 1818,8°С (106,9 дней) - короткий период по классификатору СЭВ для рода Glycine Willd. По годам изменчивость была минимальна, и в среднем за 2 года длительность периода показала самую слабую вариабельность (Va=7%, Vr=38%) (табл.1). Наиболее скороспелыми по итогам двухлетних исследований с длиной вегетационного периода 87-95 дней оказались: Алтом (Россия), СибнИИСХОЗ 6 (Россия), Соер-5 (Россия), Окская, стандарт (Россия), Kenchawol (Великобритания), 1040-4-2 (Швеция), Arctic (Польша), 740-1 (Швеция), Fiskeby V (Швеция), Hidaka (Япония).
Таблица 1 - Изменчивость признаков скороспелости коллекционных образцов сои (вегетативного, генеративного и вегетационного периодов)_
Показатель 2015 г. 2016 г. Среднее за 2 года
X±Sx Va, % Vr, % X±Sx Va, % Vr, % X Va, % Vr, %
Продолжительность периода всходы-цветение, дней 43,3±0,6 13 51 41,1 ±0,3 9 41 42,2 11 46
Продолжительность периода цветение-созревание, дней 67,8±0,9 12 74 55,7±0,5 10 56 61,7 11 65
Продолжительность периода всходы-созревание, САТ°С 1888,7±19,9 9 47 1748,8±10,4 6 30 1818,8 7 38
Изменчивость межфазных периодов развития. Межфазный период «от посева до массовых всходов» по годам имел значительные различия. В 2015 г. всходы были равномерными, дружными и имели массовый характер (75%) по всем сортообразцам одинаково уже на 12-й день после посева, вследствие чего изменчивость отсутствовала. В 2016 г. этот период был почти в 2 раза длиннее, чем в предыдущем (21 день), с минимальной изменчивостью (Va=11%, Vr=43%), поскольку неблагоприятные погодные условия 2016 г. (отсутствие осадков после посева) негативно сказались на длительности массовых всходов (рис. 2); в то же время некоторые образцы показали более ранние всходы (на 16-18 дней), в силу более лучшей приспособленности к ранним срокам посева, и, как следствие, к устойчивости к абиотическим факторам среды: Miharu daizu (Япония), Лидия (Россия), СибНИИСХОЗ 6 (Россия), Tundra (Канада), Соер-5 (Россия), Окская, стандарт (Россия). В среднем за 2 года продолжительность периода от посева до массовых всходов составила 16,5 дня. Показатели изменчивости как по годам, так и в среднем, были самыми слабыми среди всех межфазных периодов развития (Va=6%, Vr=21%, в среднем, за 2 года).
Межфазный период «от массовых всходов до начала бутонизации» в 2016 г. был короче на 7 дней, чем в 2015 г., поскольку предыдущий межфазный период был более протяжённым. Изменчивость сортообразцов была низкой как по осцилляции (Vr=54%, в среднем, за 2 года), так и по вариабельности (Va=12%, в среднем, за 2 года). Длина межфазного периода составила 36,9 дней (в среднем, за 2 года), что говорит о быстром переходе к стадии формирования генеративных органов. Наиболее скороспелыми сортообразцами по этому межфазному периоду (28-33 дней) являются: Major (Франция), ПЭП 27 (Россия), Чера 1 (Россия), 856-3-3 (Швеция), Окская, стандарт (Россия), Kenchawol (Великобритания).
Периоды «от начала бутонизации до начала цветения» и «от начала цветения до начала образования бобов» имели самую высокую степень изменчивости как по годам, так и в целом (Va=61%, 62%; Vr=409%, 369%, в среднем, за 2 года, соответственно). Между тем длительность формирования бутонов и цветков в 2016 г. была более затянутой, ибо в это время наблюдалась дождливая и пасмурная погода
(рис. 2). В среднем, продолжительность периода «от начала бутонизации до начала цветения» и периода «от начала цветения до начала образования бобов» составила 2,1 и 5,8 дней, соответственно, что подтверждается данными из литературных источников. Однако, по периоду «от начала цветения до начала образования бобов» осцилляция была значительно больше в 2016 г. (Vr=451%), чем в предшествующем году (Vr=286%), и, в отличие от предыдущего периода, поскольку несколько образцов из-за худших погодных условий удлинили свой период относительно средней по популяции, так как фаза цветения более чутко реагирует на изменения оптимальных погодных условий (рис. 2). Примеры раннеспелых коллекционных образцов (2-5 дней) по данным фазам: 840-2-7 (Швеция), Fiskeby V (Швеция), 1040-4-2 (Швеция), Arctic (Польша), СибНИИК 315 (Россия), Sito (Германия), УСХИ-6 (Россия), Fiskeby III (Швеция), Окская, стандарт (Россия).
В межфазный период «от начала образования бобов до начала технической спелости» у показателей изменчивости по годам значимых отличий выявлено не было; в целом за 2015-2016 гг. период имел невысокую вариабельность (Va=16%, Vr=113%, в среднем, за 2 года). Вместе с тем, длительность периода в 2015 г. была выше на 9,4 дней, так как вегетационный сезон характеризовался меньшими суммами активных температур (рис. 1); в среднем составила 36,9 дней. Представители ранних сортообразцов (27-32 дней): Окская, стандарт (Россия), Shinsei (Япония), Takii's Extra Early (Япония), 740-1 (Швеция), 766-2 (Швеция), Hidaka (Япония), Miharu daizu (Япония).
Заключительный межфазный период - от начала технической спелости до массовой биологической спелости - был в большей степени подвержен влиянию внешней среды (Va=24%, Vr=118%, в среднем, за 2 года), но по годам различия были минимальны. Длина периода, также как и предыдущего, была выше в 2015 г., по причине, как уже указывалось, менее благоприятного вегетационного периода в фазу налива семян (рис.1, рис.2, табл. 2). Из самых ранних по этой фазе с продолжительностью 14-20 дней важно отметить следующие образцы: УСХИ-6 (Россия), 840-2-7 (Швеция), Fiskeby V (Швеция), 1040-4-2 (Швеция), Соер-5 (Россия), Ланцетная (Россия).
Таблица 2 - Изменчивость межфазных периодов развития коллекционных образцов сои____
Межфазный период 2015 г. 2016 г. Среднее за 2 года
X±Sx Va, % Vr, % X±Sx Va, % Vr, % X Va, % Vr, %
От посева до массовых всходов, дней 12±0,0 0 0 21,0±0,2 11 43 16,5 6 21
От массовых всходов до начала бутонизации, дней 40,4±0,5 13 52 33,4±0,3 11 57 36,9 12 54
От начала бутонизации до начала цветения, дней 1,8±0,1 85 656 2,4±0,0 36 161 2,1 61 409
От начала цветения до начала образования бобов, 4,1±0,2 60 286 7,5±0,4 64 451 5,8 62 369
дней
От начала образования бобов до начала технической 41,6±0,7 15 94 32,2±0,5 17 133 36,9 16 113
спелости, дней
От начала технической
спелости до массовой биологической спелости, 20,9±0,6 26 124 16,1±0,3 23 111 18,5 24 118
дней
Выводы.
1. Наиболее скороспелыми сортами (88-98 дней, 1520-1710°С) по итогам двухлетних исследований были: 1040-4-2 (Швеция), Алтом (Россия), Соер-5 (Россия), Arctic (Польша), СибНИИСХОЗ 6 (Россия), 740-1 (Швеция), 766-2 (Швеция), Fiskeby V (Швеция), Hidaka (Япония), Kenchawol (Великобритания).
2. Была отмечена низкая вариабельность длины вегетативного, генеративного и вегетационного периодов, с низким размахом крайних значений популяции.
3. Продолжительность длины вегетативного, генеративного и вегетационного периодов у отобранных образцов была короткой, с общей суммой активных температур (САТ) периода вегетации 1818,8°С (в среднем, за 2 года), соответствующей среднемноголетним САТ Московской области, что необходимо учитывать в дальнейшей селекционной работе.
4. Межфазные периоды развития характеризовались низкой изменчивостью, за исключением периодов формирования генеративных органов, что важно иметь в виду при подборе пар для скрещиваний с оптимальным сочетанием межфазных периодов для создания скороспелых форм сои в условиях 55° с.ш.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Бирюлина Т.Н., Нышонкова К.В., Корягин Ю.В. Землеудобрительные препараты и продуктивность сои // Научное обеспечение развития АПК России: сб. статей V Всероссийской научно-практической конференции. Пенза, 2015. С. 9-13.
2. Аминокислотный состав запасных белков современных сортов сои / С.В. Бобков [и др.] // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2013. № 1 (40). С. 66-69.
3. Особенности корреляционных связей между количественными признаками селекционных образцов сои / Д.Р. Шафигуллин [и др.] // Овощи России. 2017. № 2. С. 20-23.
4. Has photosynthetic capacity increased with 80 years of soybean breeding? An examination of historical soybean cultivars / R.P. Koester et al. // Plant, cell & environment. 2015. V. 39. N 5. P. 1058-1067.
5. Лещенко А.К. Соя. М.: Сельхозгиз, 1948. 272 с.
6. Сеферова И.В. Соя в условиях северо-запада Российской Федерации // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2016. №3 (167). С. 101-105.
7. Оценка и подбор исходного материала для селекции сои на хозяйственно ценные признаки в условиях Центрального района Европейской части России / Д.Р. Шафигуллин [и др.] // Овощи России. 2016. № 2. С. 28-32.
8. Изменение биохимического состава семян сои сортов Соната и Гармония при различных условиях выращивания / М.С. Гинс [и др.] // Российская сельскохозяйственная наука. 2005. № 5. С. 10-12.
9. Герасимова Т.В. Биологические особенности и селекционная ценность скороспелых образцов сои в условиях Северо-Запада РФ: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Санкт-Петербург, 2009. 22 с.
10. Aslan H. Using remote sensing in soybean breeding: estimating soybean grain yield and soybean cyst nematode populations: PhD dissertation. Kansas, 2015. 128 p.
11. Sun M. Efficiency study of testing and selection in progeny-row yield trials and multiple-environment yield trials in soybean breeding: PhD dissertation. Ames, 2014. 138 p.
12. Variability of yield and chemical composition in soybean genotypes grown under different agroecological conditions of Serbia / V. Popovic et al. // Romanian Agricultural Research. 2016. V. 33. P. 29-39.
13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. 412 с.
14. Международный классификатор СЭВ рода Glycine Willd. Л.: ВИР, 1990. 40 с.
