CC BY
57
materials with randomization into repetition. Elements of the yield structure were determined on the basis of analysis of 30 plants of every cultivar. Criterion drought resistance varieties performed yield on a background of natural drought, which was calculated correlation coefficients for the height of the plant and the length of the upper internode. A statistically significant correlations of values of these characteristics with the yield varieties and productivity of the main spike in dry conditions were detected (0,30-0,72 - plant height - yield; 0,29-0,76 - plant height - weight of productivity of the main spike; 0,28-0,66 - length of upper internode - yield; 0,38-0,64 - length of upper internode - productivity of the main spike. Groups varieties, significantly different from each other along the length of the upper internode, in fewer cases there were significant differences in elements yields than those allocated to the height of the plant (50% of cases to 78%). The most suitable feature assessment of drought resistance varieties of soft wheat of the two considered is the height of the plants.
Keywords: spring soft wheat, drought resistance, plant height, the length of the upper internode.
УДК 631.5275 (571.1)
МНОГОБИОТИПНЫЕ СОРТА - РЕЗЕРВ УСТОЙЧИВОГО ПРОИЗВОДСТВА ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В СИБИРИ
Ю.П. ЛОГИНОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
А.А. КАЗАК, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
ГАУ Северного Зауралья
А.А. ЮДИН, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий сотрудник
Иркутский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
телен к фону питания. В разные по метеоусловиям годы и на разных фонах питания биотипы дополняют один другой, что обеспечивает получение устойчивой урожайности на уровне 3...4 т/га (максимальная 6,4 т/га). Семеноводство многобио-типных сортов пшеницы необходимо вести с использованием метода электрофореза запасных белков зерновки. Для сорта Тюменская 80 оптимальное соотношение первого биотипа ко второму составляет 35:65.
Ключевые слова: Сибирь, яровая пшеница, сорт однотипный, сорт многобиотипный, электрофорез, семеноводство, урожайность, качество зерна, сорт Тюменская 80.
Резюме. В зависимости отвлагообеспеченности и плодородия полей сбор зерна яровой пшеницы в Сибири варьирует от 1,5 до 4,0 т/га и более. При современном уровне культуры земледелия устойчивое получение урожайности на уровне 2,5.3,0 т/га во многом зависит от сорта. Исследования проводили в 1985-2008 гг. с целью изучения продуктивности многобиотипных и однобиотипных сортов яровой пшеницы во влажные и сухие годы, а также определения их соотношения при производстве элитных семян. Почва опытного участка -чернозём выщелолченный тяжелосуглинистый по механическому составу. Содержание гумуса 7,6 %, азота, фосфора и калия - среднее, реакция почвенного раствора - 6,7. Использование метода электрофореза в изучении спектрального анализа запасных белков зерновки пшеницы показало, что сорта Тюменская 80, Омская 9, Сибаковская 3, Курганская 1 относятся к числу многобио-типных, а Тулунская 12, Бурятская 34, Шадринская, Вера - к однобиотипным. В засушливые годы многобиотипные сорта устойчиво формировали урожай на уровне 2,4.3,2 т/га и превосходили однобиотипные сорта. Во влажные годы урожайность однобитипных сортов интенсивного типа была выше, чем у многобиотипных, и составляла 4,3.5,5 т/га. Сорт Тюменская 80 состоит из трёх биотипов в соотношении 61,3:35,5:3,2. Его стабильность поддерживается благодаря первому и второму биотипу. По качеству зерна оба они отвечают требованиям к сильной пшенице, а по реакции на засуху и по устойчивости к болезням первый биотип уступает второму. Кроме того, первый биотип более требова-
Сибирь - экономически важный регион России. Её природно-климатические условия позволяют выращивать широкий набор сельскохозяйственных культур, хотя значительная часть территории относится к зоне рискованного земледелия [1].
Сибирь занимает площадь 5500 тыс. км2, которая простирается с севера на юг на 2000 км, а с запада на восток - на 4000 км. Климат резко континентальный, продолжительность безморозного периода - от 74 (Восточная Сибирь) до 120 (Западная Сибирь) сут.
1995-2000 гг. 2001-2005 гг. 2006-2010 гг. 1995-2000 гг. 2001-2005 гг. 2006-2010 гг.
Рис. 1. Урожайность однолинейных и многолинейных сортов яровой пшеницы в разные по увлажнению годы: А - многолинейные сорта; Б - однолинейные сорта: □ - засушливые годы; ■ - влажные годы.
1 3
>5 ™ ~
X 2 о о. > 1
11111
1 биотип
2 биотип
соотношение соотношение соотношение биотипов 65:35% биотипов 50:50% 35:65%
3,5 -г
3
га
> 2,5
л" и 2
о
>5 СО 1,5
56
о а 1
>
0,5
0
а)
I II
1 биотип
Агроклиматический потенциал региона составляет 50.. .60 % от его величины в европейской части страны [2, 3]. Наличие разных типов почв, в том числе бедных по плодородию дерново-подзолистых, светло-серых лесных, кислых и солонцовых, частое проявление весеннее-летней и продолжительной летней засухи затрудняет ведение растениеводства. Несмотря на отмеченные сложности, в Сибири выращивают около 20 % зерна, картофеля и овощей от общего их производства в стране [4]. При этом значительная часть зерна пшеницы пригодна для хлебопечения.
Средняя урожайность зерновых культур в регионе за 2001-2009 гг. составила 1,54 т/га [3]. Урожайность пшеницы сильно варьирует не только между субъектами Федерации, но и в пределах районов, хозяйств и полей. Стабилизировать ее и одновременно увеличить продуктивность сибирских полей можно, но для этого потребуются значительные финансовые вложения. Экономически выгодный путь решения этой проблемы - создание и внедрение в производство хорошо адаптированных местному климату многолинейных сортов [5...9].
До сих пор в Сибири не сложилось чёткого направления селекции пшеницы и других зерновых культур по созданию многолинейных
сортов, хотя отдельные работы по их изучению существуют [6, 9...11].
Большинство сортов пшеницы в регионе возделывают в производстве 15. 20 лет и более, поэтому их достоинства поддерживаются благодаря семеноводству, вести которое по многолинейным сортам сложнее, чем по однолинейным. Используемые при этом методы не гарантируют сохранения генотипа многолинейных сортов. Визуальный отбор элитных растений по морфологическим признакам через 10.15 лет заметно ухудшает сорт. Поэтому для семеноводства сортов яровой пшеницы нужны более современные методы, к числу которых относится электрофорез запасных белков зерновок [12].
Цель наших исследований - обосновать перспективы использования многолинейных сортов в условиях Сибири, изучить хозяйственную ценность биотипов сорта Тюменская 80, их соотношение в зависимости от выращивания в различных экологических условиях и возможность регулирования соотношения биотипов при производстве семян.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 1985-2008 гг. на опытных полях Тюменской ГСХА и Тулунской селекционной станции (бывшей), а также в научных лабораториях Института физиологии и биохимии растений и Тюменской ГСХА.
Почва - чернозём выщелоченный тяжелосуглинистый по механическому составу. Содержание гумуса 7,6 %, азота, фосфора и калия - среднее, реакция почвенного раствора близка к нейтральной. Предшественник - чистый пар, озимая рожь, горохо-овсянная смесь на зелёную массу.
Объект изучения - сорта яровой мягкой пшеницы. В 1995-2010 гг. мы провели сравнительное исследование многолинейных (Омская 9, Сибаковская 3, Курганская
Таблица 1. Качество зерна биотипов и их смесей сорта Тюменская 80 на высоком фоне питания, 1988-2007 гг.
2 биотип
сотношение
биотипов 65:35 %
соотношение 50:50 %
соотношение 35:65%
б)
Рис. 2. Урожайность биотипов сорта Тюменская 80 и их смесей в различном процентном соотношении, в разные по влагообеспеченности годы (1988-2007 гг.): а) на высоком фоне питания; б) на низком фоне питания: □ - засушливые годы; ■ - влажные годы.
Биотипы и их соотношение Содержание клейковины, % Качество клейковины, ед. ИДК Сила муки, Дж Объём хлеба, см3 Общая хлебопекарная оценка, балл
Засушливые годы
Первый 28,0±2,4 72±3 310±12 1174±41 4,6±0,4
Второй 31,9±3,7 68±5 362±16 1238±36 4,7±0,6
Смесь: 65:35 30,1±2,9 74±2 290±14 985±45 4,5±0,3
50:50 29,8±1,6 57±4 315±19 1079±32 4,4±0,4
35:65 30,6±2,1 63±6 341±21 1306±50 4,7±0,5
Влажные годы
Первый 27,8±1,9 78±5 294±11 1052±39 4,4±0,3
Второй 29,6±3,2 62±3 301±15 977±27 4,2±0,5
Смесь: 65:35 28,2±2,5 79±3 276±13 894±32 4,5±0,7
50:50 28,9±2,2 73±6 284±10 1120±46 4,3±0,4
35:65 29,4±2,7 60±4 269±18 996±31 4,4±0,5
Таблица 2. Качество зерна биотипов и их смесей сорта Тюменская 80 на низком фоне питания, 1988-2007 гг.
Биотипы и их соотношение Содержание клейковины, % Качество клейковины, ед. ИДК Сила муки, Дж Объём хлеба, см3 Общая хлебопекарная оценка, балл
Засушливые годы
Первый 24,1±1,7 83±5 252±13 840±26 4,1 ±0,4
Второй 25,3±2,4 74±4 270±11 913±34 3,8±0,3
Смесь: 65:35 23,7±3,1 90±7 234±17 796±29 3,9±0,3
50:50 24,5±2,6 81±5 261±12 809±40 4,2±0,6
35:65 25,0±3,4 76±3 240±20 851±37 3,7±0,4
Влажные годы
Первый 23,2±2,5 94±6 195±8 768±28 3,9±0,3
Второй 24,9±2,8 87±3 208±14 794±35 3,7±0,4
Смесь: 65:35 22,5±1,6 79±5 231±10 857±43 3,6±0,4
50:50 24,8±2,3 73±4 189±16 785±26 4,0±0,6
35:65 23,6±1,9 82±3 214±9 810±30 3,6±0,5
1, Тюменская 80) и однолинейных (Тулунская 12, Бурятская 34, Шадринская, Вера) сортов яровой пшеницы, полученных с использованием в гибридизации озимого сорта Безостая 1.
Кроме того, в 1988-2007 гг. осуществлялось изучение хозяйственной ценности биотипов сорта Тюменская 80 при различном их соотношении.
Электрофореграммы оригинальных зерновок сорта Тюменская 80 были получены методом электрофореза в полиакриламидном геле в 1985 г. Проведённые исследования показали, что его электрофоретический спектр состоял из 22 компонентов. Распределение их по зонам в элекрофореграммах было различным. Сравнительный анализ выявил полиморфизм глиа-дина по трём типам со следующим соотношением в сорте: первый тип - 61,3 % зерновок, второй - 35,5 и третий - 3,2 %.
Отличие первого типа от второго наблюдалось в п-зоне. У первого типа в спектре отсутствовал компонент п-5, наличие которого в спектре второго типа указывало на изменения по хромосоме 1В. Следовательно, у второго типа присутствовал другой локус, контролирующий блок совместно наследуемых компонентов глиадина ВП.Третий тип отличался от первого отсутствием в спектре компонента п-3 и присутствием п-5. Изменения касались двух хромосом - 1В Ю.
Оставшиеся после анализа зерновки в соответствии с биотипным составом с 1985 г. высевали в поле с использованием изоляторов из марли для изучения морфологических признаков и биологических свойств, а также проводили размножение семян с соблюдением пространственной изоляции.
Изучив хозяйственную ценность биотипов сорта Тюменская 80, мы решили изменить их соотношение и проследить, как это повлияет на урожайность и качество зерна.
Площадь делянок в семеноводстве от 1 м2 до 1 га, в опыте сравнительного изучения биотипов и их смесей - 25 м2, повторность четырёхкратная, размещение делянок рендомизированное. Норма высева 6 млн всхожих зёрен/га, глубина посева 6...7 см, срок посева оптимальный (18-25 мая).
Учёты и наблюдения выполнены по методике Государственного сортоиспытания [13]. Уборку в первичных питомниках проводили вручную, в остальных питомниках, а также в опыте по сравнительному изучению биотипов и их смесей - комбайном Батро 130. Электрофорез осуществляли по методике [14]. Качество зерна определяли по общепринятым методикам. Результаты по урожайности обрабатывали статистическим методом по Б.А. Доспехову [15].
Результаты и обсуждение. Сравнительное изучение многолинейных и однолинейных сортов яровой пшеницы, полученных на основе использования в гибридизации озимого сорта Безостая 1, в 1995-2010 гг. показало, что в засушливые годы неоспоримое преимущество по урожайности остаётся за многолинейными сортами, во влажные, напротив, более продуктивны однолинейные сорта интенсивного типа (рис. 1). В условиях Восточной Сибири на Тулунском опытном поле отмеченная разница проявлялась ещё сильнее. За годы исследований стабильность урожайности у многолинейных сортов была выше, коэффициент вариации составил 27,9.32,6 %, тогда как у однолинейных - 44,1.63,7 %.
По результатам предварительного изучения биотипов сорта Тюменская 80 было установлено, что третий биотип склонен к осыпанию зерна и поражению болезнями, поэтому из дальнейшей работы его исключили.
По реакции на засуху первый биотип уступал второму, а во влажные годы наблюдалась противоположная ситуация. Второй биотип играет решающую роль в поддержании хозяйственной ценности сорта. Он удачно сочетается с первым, дополняя его по устойчивости к засухе и болезням (бурая ржавчина, корневая гниль). По морфологическим признакам и качеству зерна второй биотип сходен с первым. Первый биотип по устойчивости к болезням уступает второму, но в совместном посеве это нивелируется и сорт Тюменская 80 характеризуется достаточно высоким иммунитетом. Необходимо отметить высокую устойчивость первого биотипа к полеганию. Второй биотип на высоком фоне минерального питания уступает первому по этому признаку, однако совместный их посев оценивается высоким баллом.
В засушливые годы на высоком фоне питания урожайность первого биотипа составила 2,37 т/га, второго - 3,42, или на 1,05 т/га выше (рис. 2). Во влажные годы первый биотип при урожайности 5,12 т/га превзошёл второй на 0,31 т/га. В засушливый год более урожайной (3,49 т/га) была смесь с соотношением первого биотипа ко второму как 35:65, а во влажный -65:35 (5,52 т/га).
На низком фоне питания в засушливые и влажные годы преимущество оставалось за вторым биотипом с урожайностью 2,14.3,29 т/га, а из смесей наилучший результат (2,23.3,08 т/га) отмечен в варианте с соотношением первого биотипа ко второму как 35:65.
Качество зерна биотипов и их смесей по основным показателям на высоком фоне питания (табл. 1) в засушливые годы отвечало требованиям к сильной пшенице. Стабильность формирования качества зерна у сорта Тюменская 80 высокая.
На низком фоне питания (табл. 2) качество зерна ухудшилось, хотя в отдельных вариантах сохранялась возможность для заготовки продовольственной пшеницы.
Сравнительное изучение биотипов сорта Тюменская 80 в чистом виде, а также в смеси в различных соотношениях показало, что оба биотипа могут дать
начало новым сортам. Новый сорт, полученный на основе второго биотипа, будет представлять наибольший практический интерес для предприятий с любым уровнем культуры земледелия в засушливые годы. В хозяйствах с низким уровнем культуры земледелия нужен сорт Тюменская 80 с обоими биотипами в соотношении первого ко второму как 35:65. Предприятиям с высоким уровнем культуры земледелия во влажные годы лучше выращивать сорт Тюменская 80 с обоими биотипами в соотношении первого ко второму как 65:35.
Урожайность биотипов в чистом виде варьировала по годам сильнее ^=47,1...59,3 %), чем их смесей ^=24,6...35,2 %). Кроме того, сорта, созданные на основе размножения одного биотипа, быстрее накапливали болезни, снижали густоту всходов и сохранность растений к уборке.
При традиционном методе ведения семеноводства многолинейных сортов в зависимости от погодных условий и других факторов визуальный отбор элитных растений может пойти в пользу одного биотипа. Так, в НИИСХ Северного Зауралья в процессе семеноводства через 15 лет в сорте Тюменская 80 остался только первый биотип. Сорт потерял прежнюю стабильность и начал уступать по урожайности другим сортам, со-
храняя при этом качество зерна на высоком уровне. Выращивание сорта Тюменская 80 в более жёстких природно-климатических условиях Восточной Сибири привело через 13 лет к потере первого биотипа. В последующем сравнительное изучение в условиях Тюменской области сорта Тюменская 80 из Восточной Сибири и местной репродукции показало, что они сильно различались по урожайности, а по качеству зерна значительных отличий не установлено.
Выводы. Многолетние исследования с одно- и мно-гобиотипными сортами показали, что в экстремальных условиях Сибири, особенно в хозяйствах со средним и низким уровнем культуры земледелия, более предпочтительно выращивание многобиотипных сортов.
В зависимости от уровня культуры земледелия хозяйств можно регулировать соотношение биотипов сорта Тюменская 80 при производстве элитных семян, что позволит полнее реализовать его потенциальные возможности.
На примере сорта Тюменская 80 установлено, что для сохранения генетической основы многобиотипных сортов их семеноводство необходимо организовать с использованием новых методов, в том числе электрофореза запасных белков зерновки.
Литература.
1. Гончаров П.А. Перспективы селекции в Сибири. Проблемы селекции с.-х. растений. Новосибирск, 1985. С. 3 - 11.
2. Сурин Н.А. Селекция с.-х. растений на устойчивость к биотическим и абиотическим факторам среды Восточной Сибири // Селекция на устойчивость. Новосибирск, 2006. С. 11 - 12.
3. Сурин Н.А. Зерно Сибири // Перспективы инновационного развития АПК: сб. матер. межд. науч.-практ. конор., посве-щённой 420-летию земледелия Зауралья. Тюмень, 2010. С. 68 - 75.
4. Сурин Н.А. Адаптивный потенциал сортов зерновых культур Сибирской селекции и пути его совершенствования (пшеница, ячмень, овёс). Новосибирск, 2011. 707 С.
5. Вавилов Н.И. Теоретические основы селекции. М.: Наука, 1987. 506 с.
6. Ведров Н.Г. Селекция и семеноводство яровой пшеницы в экстремальных условиях. Красноярск: Издательство кгУ, 1984. 240 с.
7. Жученко А.А. Проблемы адаптации в сельском хозяйстве XXI века //Адаптивное растениеводство. М.: «Агрорус», 2008. С. 36 - 185.
8. Кривобочек И.И. Современное состояние селекции адаптивных сортов зерновых культур // Вопросы совершенствования сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. Пенз. НИИСХ. Пенза, 1995. Ч.2. С. 20 - 29.
9. Лубнин А.Н. Селекция Яровой мягкой пшеницы в Сибири. Новосибирск, 2006. 371 с.
10. Перуанский Ю.В., Абугалиева А.И. Множественность глиадиновых биотипов у сортов пшеницы// Селекция и семеноводство. 1985. № 3. С. 23 - 24.
11. Перуанский Ю.В., Абугалиева А.И. Разнокачественность глиадиновых биотипов пшеницы // Селекция и семеноводство. 1984. № 2. С. 30 - 31.
12. Созинов А.А., Метаковский Е.В., Поморцев А.А. Проблемы использования блоков компонентов проламина в качестве генетических маркеров пшеницы и ячменя // С.-х. биология. 1987. № 1. С.12 - 15.
13. Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1985. 263 с.
14. Bushuk W., Zillman R.R. Wheat cultivaz indentification by gliadin electrophozograms// Canad. G. Plant. Sci. 1978. № 2. Vol.
58.
15. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985. 336 с.
MNOGOBIOTIPNYE OF THE GRADE - THE RESERVE OF STEADY PRODUCTION OF GRAIN OF THE
SPRING-SOWN FIELD IN SIBERIA Yu.P. Loginov, A.A. Kazak, A.A. Yudin
Summary. Depending on moisture security and fertility of fields productivity of a spring-sown field in Siberia varies from 1,5 to 4 t/ hectare and more. At modern level of the standard of farming steady obtaining productivity of wheat at the level of 2,5-3 t/hectare in many respects depends on a grade. Use of a method of an electrophoresis in studying of the spectral analysis of spare proteins of a zernovka of wheat allowed to establish biotipny structure of grades. Thus Tyumen 80, Omsk 9, Sibakovsky 3, Kurgan 1 grades Tulunsky 12, Buryat 34, Shadrinsk, Belief and others - to odnobiotipny belong to mnogobiotipny, and. Purpose of researches: to study efficiency of mnogobiotipny and odnobiotipny grades of a spring-sown field in damp and dry years, and environmental conditions and to establish their ratio by production of elite seeds. Researches are conducted in 1985-2008 years. The soil - the chernozem vyshchelolchenny tyazhelosuglinisty on mechanical structure. Maintenance of a humus of 7,6 %, nitrogen, phosphorus and potassium average, reaction of soil solution 6,7. Results of researches showed that in droughty years mnogobiotipny grades steadily created productivity of 2,4-3,2 t/hectare and had advantage before odnobiotipny grades. In damp years productivity of odnobitipny grades of intensive type was higher in comparison with mnogobiotipny and made 4,3-5,5 t/hectare.
The grade Tyumen 80 consists of three biotypes in the ratio 61,3:35,5:3,2%. Stability of a grade is maintained at the expense of the first and second biotypes. On quality of grain both biotypes meet the requirements on strong wheat, and on reaction to a drought and on resistance to diseases the first biotype concedes to the second. Besides, the first biotype is more exacting to a food background. In years different in weather conditions and on different backgrounds of a food biotypes supplement each other that provides obtaining steady productivity at the level of 3-4 t/hectare, the maximum productivity of a grade - 6,4 t/hectare.
Seed farming of mnogobiotipny grades of wheat needs to be conducted with use of a method of an electrophoresis of spare proteins of a zernovka. For a grade the Tyumen 80 optimum ratio of the first biotype to the second has to make 35:65.
Keywords: Siberia, spring-sown field, grade same, grade mnogobiotipny, electrophoresis, seed farming, productivity, quality of grain, grade Tyumen 80.
