CC BY
181
УДК 631.527:004.4: 004.032.26
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА «АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР»
А.Ф. ЧЕШКОВА, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
И. Г. ГРЕБЕННИКОВА, зав. лабораторией А.Ф. АЛЕЙНИКОВ, доктор технических наук, зам. директора
СибФТИ Россельхозакадемии П.И. СТЁПОЧКИН, доктор сельскохозяйственных наук, зав. отделом.
СибНИИРС Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью разработки компьютерной программы, предназначенной для расчёта параметров, определяющих стабильность сортов и линий в различных условиях среды, с последующим использованием созданного программного обеспечения при оценке и отборе лучших сортов и линий яровой тритикале по адаптивности, экологической пластичности и урожайности для дальнейшей селекционной работы. На основе алгоритмов Р.А. Удачина разработана программа, которая позволяет определять показатели интенсивности и устойчивости индекса стабильности, а также классифицировать исследуемые формы по реакции на условия возделывания. Тестирование программы проводили на экспериментальных данных, полученных в результате многофакторного полевого опыта по селекции яровой тритикале, в котором на трёх агрофонах, различающихся по срокам сева и почвенным условиям, осуществляли экологическое испытание четырех форм культуры разного географического происхождения, различающихся по хозяйственно-ценным признакам. Дисперсионный анализ с 95 %-ным уровнем вероятности выявил достоверные различия между сортами, условиями вегетационного периода и эффектом их взаимодействия. В результате оценки сортов и линий по степени отзывчивости на благоприятный агрофон выделены полуинтенсивные, интенсивные и экстенсивные сорта. Анализ
классификации по степени устойчивости индекса стабильности на разных агрофонах показал, что все изучаемые сорта попали в группу стабильных. Разработанное программное обеспечение -удобный инструмент для обработки результатов полевого опыта и анализа экологической пластичности сельскохозяйственных культур. Проведённое дифференцирование исходных форм яровой тритикале по их реакции на условия возделывания дает возможность использовать изученные образцы в дальнейшем селекционном процессе.
Ключевые слова: экологическая пластичность, индекс стабильности, селекция тритикале, компьютерная программа.
Результативность селекционной работы во многом определяется экологической приспособленностью перспективных форм и линий [1]. Поэтому важная задача селекции - создание сортов, сочетающих высокую урожайность с относительно высокой устойчивостью к неблагоприятным почвенно-климатическим факторам и обладающих наибольшей степенью приспособленности к условиям произрастания [2...7].
В сложных природно-климатических условиях Западной Сибири результативность селекционной работы в решающей степени определяется экологической пластичностью перспективных форм и линий, под которой понимают степень приспособляемости (адаптации) растений к изменениям факторов окружающей среды [8]. Существуют различные подходы к количественной оценке ее параметров. В работе Удачина Р.А. [9] предложена методика, позволяющая определять экологическую пластичность образцов на разных этапах селекционного процесса при испытании их минимум на двух агрофонах методом случайных повторений, используя для этого
показатели интенсивности и устойчивости индекса стабильности.
Цель наших исследований заключалась в разработке компьютерной программы по анализу экологической пластичности сельскохозяйственных культур на основе методики Удачина Р.А., с последующей оценкой и отбором для дальнейшей селекционной работы лучших по адаптивности, экологической пластичности и урожайности сортов и линий яровой тритикале.
Условия, материалы и методы. Согласно выбранной методике, в основу работы программы положен следующий алгоритм (рис.1):
в базу данных заносятся результаты полевых испытаний по нескольким контрастным агрофонам, не менее чем в 3-х повторностях;
рассчитываются показатели интенсивности(И )и
' сорта'
Достижения науки и техники АПК, №8-2013
Рис. 1. Алгоритм проведения оценки экологической пластичности сортов и линий.
74
Таблица 1. Характеристика земельных участков полевого опыта
Участок Срок сева Характеристика почвы Полив, удобрения
Биополигон СибФТИ СибНИИРС 16.05 2012 Выщелоченный среднемощ- На богаре, без внесения 21.05 2012 ный чернозем. Среднее со- удобрений держание гумуса до глубины 30 см - 3,8 %. Величина рН гумусового горизонта - 5,3. 14.05 2012 Выщелоченный чернозем, С орошением, в период ку- перемешанный с торфом и щения вносили аммиачную растительным перегноем в со- селитру и суперфосфат; в отношении 20:70:10. Величина период начала выхода в рН гумусового горизонта - 5,8. трубку - аммиачную селитру
устойчивости индекса стабильности (Усорта)для каждого из сортов, а также усредненные значения (И, У) по всем сортам, вошедшим в эксперимент;
для определения достоверного отклонения сорта по величине показателей интенсивности и коэффициента устойчивости от таковых у гипотетического усреднен-
существенная разность коэффициентов интенсивности (НСРИ) и устойчивости (НСРУ);
выполняется классификация сортов по степени отзывчивости на оптимальный агрофон через показатель интенсивности и по степени устойчивости индекса стабильности.
Для экологического испытания использовали четыре формы яровой тритикале, имеющие разное географическое происхождение и отличающиеся по хозяйственно-ценным признакам: Габо (К-3722), Сокол Киевский (К-3542), Укро (К-3644) и К-3881.
Исследования проводили на трёх агрофонах, различающихся по срокам сева и почвенным условиям (табл. 1).
Максимальная продуктивность исследуемых образцов наблюдалась на участке СибНИИРС при сроке посева 14 мая. В расчётах этот участок принят как оптимальный. Низкий адаптационный потенциал изучаемых сортов проявился на участке СибФТИ при посеве 21 мая (лимитированный).
Результаты и обсуждение. В соответствии с изложенным алгоритмом оценки экологической пластичности форм тритикале в СибФТИ Россельхозака-демии совместно с СибНИИРС Россельхозакадемии разработана компьютерная программа «Анализ экологической пластичности сельскохозяйственных культур» [11, 12], которая включает в себя следующие блоки:
блок исходных данных, предназначенный для ввода сведений о сортах и линиях, их урожайности, числе повторений опытов и агрофонов (рис. 2);
блок проведения однофакторного и многофакторного дисперсионногоанали-за для оценки наименьшей существенной разности индексов стабильности и частных средних урожайности (рис. 3);
блок классификации сортов и линий по степени отзывчивости на благоприятный агрофон через показатель интенсивности и классификации по степени устойчивости индекса стабильности на разных агрофонах (рис. 4).
Рис. 2. Исходные данные по продуктивности растений.
ного сорта проводится одно- и двухфакторный дисперсионный анализ [10]. Определяется наименьшая
Исходные данные Результаты дисперсионного анализа | Анализ экологической пластичности |
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа для оценки урожайности и коэффициента интенсивности
Дисперсия 1 г Степень свободы Средний квадрат I Критерий Фишера факт.І Критерий Фишера табл.
Общая 106.805 35 " Г г
Агрофон А 34,045 2 17,023 ! 20,193 3,42
Родительские формы В 32.768 3 10,923 12,957 3.03
Взаимодействия АВ 19,761 6 3.294 3,907 2.53
Ошибка 20,23 24 0,843 - I-
Достоверность различий между выборками
Между исследуемыми линиями с 95% уровнем вероятности имеются различия по величине признака значимые на фоне случайных ошибок опыта.
Ошибка разности средних урожайности Э(1 = 0.75
Наименьшая существенная разность средних урожайности НСР = 1.54
Наименьшая существенная разность средних козф. интенсивности НСРи = 24.39 %
Результаты однофакторного дисперсионного анализа для оценки индекса стабильности и коэффициента устойчивости
Дисперсия Сумма квадратов Степень свободы | Средний квадрат Критерий Фишера факт. Критерий Фишера табл. |
Общая
Вариантов 19283,228 3 6427,743 7.715 4,07
Ошибка 6665,582 8 833,198
Ошибка разности средних индекса стабильности и.с. = 23.57
Наименьшая существенная разность средних индекса стабильности НСР и.с. = 54.4'
Наименьшая существенная разность средних козф. устойчивости НСРу = 68.42 %
Рис. 3. Результаты дисперсионного анализа. Достижения науки и техники АПК, №8-2013
модействия факторов А и В свидетельствует о том, что дальнейшее повышение урожайности возможно путем использования высокопродуктивных адаптивных сортов.
В результате оценки сортов и линий тритикале по степени отзывчивости на благоприятный агрофон в группу полуинтенсивных Рис. 4. Результаты оценки экологической пластичности четырёх сортов яровой тритикале. сортов вошли Габо и Сокол,
Исходные данные ] Результаты дисперсионного анализа Анализ экологической пластичности |
Оценка экологической пластичности
Сорт И нгенсивность,% | Классификация сортов по интенсивности | У стойчивость,% Классификация сортов по устойчивости |
Сокол Полуинтенсивный 10,038 Стабильный
Укро 6,001 Экстенсивный 73,35 Стабильный
Габо 25,9 Полуинтенсиеный 44,357 Стабильный
К-3881 75,648 Интенсивный 181,09 Стабильный
При экспериментальной проверке эффективности работы программы результаты двухфакторного дисперсионного анализа, проведенного для установления существенности вкладов генотипа (сорта), внешних условий (агрофон) и взаимодействия между ними в фенотипической изменчивости популяции, выражаемой в количественном признаке «продуктивность», с 95 %-ным уровнем вероятности выявили достоверное влияние изучаемых показателей и эффекта их взаимодействия (см. рис. 3).
Анализ доли вклада отдельных факторов показал, что наибольшее влияние на продуктивность оказывает «Агрофон» (А). Роль сорта как отдельного фактора в формировании продуктивности тритикале невелика. Это говорит о преобладающей доле средовых эффектов и о значимости их влияния на фенотипическую изменчивость урожая. В то же время уровень взаи-
сорт Укро показал себя как экстенсивный, К-3881 -интенсивный.
Анализ классификации по степени устойчивости индекса стабильности на разных агрофонах свидетельствует, что все изучаемые сорта попали в группу стабильных. Наибольшие величины индексов отмечены у сортообразцов Укро и К-3881, из чего следует, что они лучше приспособлены к условиям произрастания (см. рис. 4).
Выводы. В ходе исследований разработан удобный инструмент для обработки результатов полевого опыта и анализа экологической пластичности сельскохозяйственных культур. Проведённое с использованием программы дифференцирование исходных форм яровой тритикале по их реакции на условия возделывания дает возможность использовать их в дальнейшей селекционной работе.
Литература.
1. Гуляев Г.В., Гужов Ю.Л. Селекция и семеноводство полевых культур: учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений. - М.: Агропромиздат, 1987. - 447с.
2. Гребенникова И. Г. Алейников А. Ф., Стёпочкин П. И. Компьютерная программа обеспечения селекционного процесса зерновых культур (на примере тритикале) //Ползуновский вестник. - 2011. - №.2,2 - С. 128-133.
3. Гребенникова И. Г. Алейников А. Ф., Стёпочкин П. И. Информационные технологии в исследовании генетической системы контроля признаков тритикале // Сборник научных докладов ВИМ. - 2011. - Т. 2. - С. 290-295.
4. Grebennikova I. G., Aleynikov A. F., Stepochkin P. I. Diallel Analysis of the Number of Spikelets per Spike in Spring Triticale // Bulgarian Journal of Agricultural Science. - 2011. - Vol. 17. - №. 6 - р. 755-759.
5. Гребенникова И. Г. Алейников А. Ф., Стёпочкин П. И. Информационное обеспечение селекционного процесса тритикале // Вестник НГАУ. - 2011. - №4 (20). - С.10-15.
6. Гребенникова И. Г. Алейников А. Ф., Стёпочкин П. И. Диаллельный анализ числа колосков в колосе яровой тритикале // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2011. - №7,8. - С.77-85.
7. Гребенникова И. Г. Алейников А. Ф., Стёпочкин П. И. Диаллельный анализ длины колоса у яровой тритикале // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2010. - №12. - С. 103-109.
8. Зыкин В.А. Параметры экологической пластичности сельскохозяйственных растений, их расчет и анализ: метод. рекомендации - Новосибирск, 1984. - 24 с.
9. Удачин Р.А. Методика оценки экологической пластичности сортов пшеницы // Селекция и семеноводство.- 1990.-№ 5. - С. 2-6.
10. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416с.
11. Алейников А.Ф., Стёпочкин П.И., Гребенникова И.Г., Чешкова А.Ф. Компьютерная программа «Анализ экологической пластичности сельскохозяйственных культур»: Свидетельство № 2013611494 об официальной регистрации программы для ЭВМ. - М.: ФИПС, 2013. - 1 с.
12. Гребенникова И. Г., Алейников А. Ф., Стёпочкин П. И.Компьютерные технологии оценки селекционного материала яровых тритикале //Достижения науки и техники АПК. - 2012. - № 9. - С. 79-82.
COMPUTER PROGRAM FOR THE ANALYSIS OF ECOLOGICAL PLASTICITY OF AGRICULTURAL
CROPS
I.G. Grebennikova, A.F. Cheshkova, A.F. Aleynikov, P.I. Stepochkin
Summary. The purpose of the study is to develop a computer program that deals with the calculation of stability of varieties and lines studied under different environmental conditions, then using the created software to evaluate and select the best varieties and lines of spring triticale on adaptability, ecological plasticity and yield. As a result of the research the program is developed based on R.A. Udachin’s algorithms. The program allows you to calculate indicators of the intensity and index of stability, as well as to classify the studied forms according responses to growing conditions . The program was tested on the experimental data received from multifactorial field experiment with spring triticale forms. Four forms of spring triticale with different geographical origin and differ in economically valuable attributes were used in the environmental test. The experiment was carried out on three agricultural background, which differ in dates of sowing and soil conditions. Analysis of variance revealed significant differences between the varieties, the terms of the growing and the effect of their interaction with the 95% probability level. The studied varieties were marked as semi-intensive, intensive and extensive, depending on the degree of responsiveness to the favorable agricultural background. Analysis of the index of stability in different agricultural backgrounds showed that all the varieties were in a group of stable. Completed studies suggest that the de-veloped software is an easy tool for processing the results of field experiments and analysis of ecological plasticity of crops. Conducted differentiation of initial forms of spring triticale on their reaction to the growing conditions allows to use these samples in the future selection process. Keywords: ecological plasticity, stability index, triticale selection, computer program.
7В
Достижения науки и техники АПК, №8-2013
