CC BY
76
УДК 633.85:631:526.32
DOI: 10.24411/2587-6740-2020-12032
ОЦЕНКА СОРТОВ КОНОПЛИ ПОСЕВНОЙ ПО ПРОДУКТИВНОСТИ И ПАРАМЕТРАМ АДАПТИВНОСТИ
Т.Я. Прахова, И.В. Бакулова, А.Е. Мустюков
ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур», Пензенская область, Россия
Цель исследований заключалась в оценке сортов конопли посевной по продуктивности и параметрам адаптивности в контрастных климатических условиях Пензенской области в 2014-2019 гг. Объектом исследований являлись современные сорта конопли Сурская, Вера, Надежда. Наиболее оптимальные условия для развития культуры сложились в 2017 и 2019 гг., индекс условий среды составил 0,37 и 1,84 соответственно. Жесткие условия вегетации отмечались в 2014 г., индекс условий среды здесь был отрицательным и составил -1,16. За годы исследований наиболее благоприятные условия складывались для сорта Сурская, значение индекса условий среды составило 1,31. Данный сорт сформировал высокую урожайность — 5,80 ц/га. Сорт Сурская был лучшим по экологической адаптивности и стабильности (Ы=0,98). Эффект взаимодействия между генотипом и условиями среды у данного сорта высокий — 6,30. Сорт Сурская имеет высокие значения индекса стабильности (0,20) и высокую способность противостоять стрессовым факторам. Менее благоприятные условия среды (у= -0,09) складывались для сорта Надежда. Урожайность сорта имела значительную вариабельность — от 1,8 до 8,2 ц/га, коэффициент вариации составил 35,60%%. Сорт Надежда характеризуется недостаточной гомеостатичностью (6,67) и незначительной стабильностью (Ы=2,20). Эффект взаимодействия «генотип-среда» у сорта Надежда составляет 5,01. Сорт Вера обладает невысоким уровнем урожайности (3,28 ц/га), имеет более высокую гомеостатичность (10,67) и относительно не высокие значения вариабельности урожая по годам (17,59%%). Это определяет способность сорта реа-лизовывать свой потенциал продуктивности за счет генетических особенностей, и в меньшей степени за счет отзывчивости на изменения условий среды. Ключевые слова: конопля посевная, сорт, продуктивность, адаптивность, стабильность, экологическая устойчивость, гомеостатичность.
В настоящее время в России стал все больше возрастать интерес к возрождению отечественного коноплеводства, и увеличение объемов возделывания конопли на основе сортов, не обладающих наркотической активностью, приобрело чрезвычайную актуальность. Наметилась положительная динамика ежегодного увеличения посевных площадей культуры. Если в 2016 г. общая площадь посевов была 2,6 тыс. га, в 2017 г. превысила 4 тыс. га, в 2018 г. составила 6,65 тыс. га, то в 2019 г. площадь под посевами конопли достигала уже 9,5 тыс. га [1, 2].
Конопля посевная (Cannabis sativa L.) принадлежит к важнейшим техническим культурам, имеющим большое народнохозяйственное значение. Современное использование конопли можно дифференцировать на три основных направления: конопляное волокно (пенька), целлюлоза и масло из семян конопли. В стеблях новых сортов конопли содержится порядка 31-33% волокна, 48-55% целлюлозы, в семенах — 32-35% масла с уникальным жирнокислотным составом [3, 4, 5].
В последние годы все большее распространение получает возделывание конопли на медицинские цели, в качестве источника ценнейшего фармакологического сырья — каннабидиола [6, 7].
Несмотря на динамичное развитие возделывания конопли, особенности формирования потенциала ее урожайности изучены еще недостаточно. Для более успешной интродукции культуры ее сорта должны формировать стабильный урожай в различные годы и в различных климатических регионах возделывания.
Как известно, в повышении урожайности той или иной культуры ведущая роль принадлежит сорту. Поэтому следует развивать концепцию селекции и внедрения сортов, которые способны эффективно использовать агроэкологиче-ские условия их произрастания, обладать широкой адаптивной способностью и устойчивостью к стрессогенным факторам. Эта способность зависит, в свою очередь, от нормы реакции генотипа сорта на различные факторы внешней среды (климатические, эдафические, биотические) [8].
Адаптивность сорта характеризуется экологической пластичностью, стабильностью и приспособленностью не только к оптимальным условиям среды, но и к проявлению как минимальных, так и максимальных внешних факторов [9].
Цель исследований
Целью исследований являлась оценка основных параметров адаптивности, экологической пластичности и устойчивости районированных сортов конопли посевной в контрастных климатических условиях Пензенской области, используя статистический анализ урожайных данных.
Методы исследований
Объектом исследований являлись современные сорта конопли посевной среднерусского экотипа Сурская, Вера, Надежда, селектированные в Пензенском НИИСХ. Сортоиспытание конопли проводили на полях Пензенского ИСХ — филиала ФГБНУ ФНЦ ЛК в 2014-2019 гг.
Экологические условия, наблюдавшиеся в пределах каждого года, носили контрастный характер и определялись различным спектром взаимодействия экологических факторов, о чем говорят положительные и отрицательные индексы условий среды.
Наиболее жесткие условия вегетации отмечались в 2014 г., индекс условий среды здесь был отрицательным и составил -1,16 единицы. Условия роста и развития конопли в 2015, 2016 и 2018 гг. были более благоприятны для развития культуры и формирования продуктивности семян, хотя условия среды здесь также характеризовались отрицательными значениями индекса условий среды: -0,42, -0,56 и -0,06 единиц соответственно. Наиболее оптимальными по гидротермальному режиму были 2017 и 2019 гг. Индекс условий среды вегетационного периода культуры здесь имел положительные значения и составил 0,37 и 1,84 соответственно.
Учет урожайности сортов конопли и определение ее изменчивости (коэффициент вари-
ации) проводили по методике Б.А. Доспехова [10]. Параметры адаптивности и экологической пластичности сортов рассчитывали по методике S.A. Eberhart и W.A. Russell с помощью дисперсионного и регрессионного анализов [11]. Индекс условий среды определяли по методике S.A. Eberhart и W.A. Russel, эффект взаимодействия условий среды и сорта оценивали по методике G.C. Tai, в изложении В.А. Зыкина и др. [12]. Индекс стабильности (ИС) и показатель уровня стабильности сорта (ПУСС) определяли по методике, описанной Э.Д. Неттевичем [13]. Экологическую устойчивость сортов определяли по методике A.A. Rossielle и J. Hamblin (по уравнению Y. -Y ) [14]. Показатель гомеостатичности
min max'
определяется по методике В.В. Хангильдина [15].
Результаты исследований
За годы исследований абиотические условия среды сильно варьировали, в соответствии с этим варьировала и среднесортовая урожайность конопли.
Наиболее оптимальные условия складывались для сорта Сурская, значение индекса условий среды составило 1,31, что выразилось формированием большей урожайности (5,80 ц/га) по сравнению с другими сортами (табл. 1).
Менее благоприятные условия среды (Ij= -0,09) для роста и развития конопли складывались для сорта Надежда, урожайность которого имела значительную вариацию от 1,8 до 8,2 ц/га, коэффициент вариации составил 35,60%. Это может указывать на худшие условия роста и развития сорта и формирования урожайности.
Отрицательными меньшими значениями индекса условий среды (-1,21) характеризовались средовые эффекты для сорта Вера. В среднем за 2014-2019 гг. урожайность сорта составила 2,5-4,0 ц/га. При этом урожайность семян имела среднюю изменчивость, коэффициент вариации составил 17,59%. Это говорит о более стабильном проявлении данного признака за годы изучения и показывает сравнительно высокую генетическую защищенность в отношении
60 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (374) / 2020
www.mshj.ru
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
Ш
Таблица 1
Параметры формирования и изменчивости урожайности сортов конопли (среднее за 2014-2019 гг.)
Сорт Урожайность, ц/га Индекс условий среды (Ij) Изменчивость урожайности (Cv), % Гомеостатичность (Hom)
средняя лимиты
Вера 3,28 2,5-4,0 -1,21 17,59 10,67
Сурская 5,80 4,3-8,3 1,31 28,73 3,97
Надежда 4,40 1,8-8,2 -0,09 35,60 6,67
НСР05 1,70
Таблица 2
Параметры адаптивности, стабильности и устойчивости сортов конопли (среднее за 2014-2019 гг.)
Показатель Сорт
Вера Сурская Надежда
Экологическая адаптивность (Ы) 0,37 0,98 2,20
Стабильность (Б2^) 0,24 2,19 0,99
Показатель уровня стабильности сорта (ПУСС) 0,62 1,16 0,35
Экологическая устойчивость -1,5 -4,0 -6,4
Индекс стабильности (ИС) 0,19 0,20 0,08
Коэффициент адаптивности 0,73 1,29 0,98
Эффект взаимодействия «генотип-среда» 3,25 6,30 5,01
отмечен у сорта Вера (-1,5), что показывает более широкий диапазон его приспособленности к различным условиям произрастания. Средняя стрессоустойчивость отмечена у сорта Сурская (-4,0). Менее устойчивым к стрессу оказался сорт Надежда (-6,4).
Другим важным параметром, характеризующим устойчивость проявления реакций сорта в разных условиях среды, является показатель индекса стабильности. Наиболее высокие значения данного признака имели сорта Вера и Сурская (ИС=0,19-0,20), что показывает их толерантность ко всем стрессорам и большую приспособленность к конкретным условиям.
Средняя урожайность сортов в контрастных (стрессовых и не стрессовых) условиях характеризует их генетическую гибкость. Высокие значения этого показателя указывают на большую степень взаимодействия между факторами среды и сортом. Максимальное соотношение между генотипом и условиями среды отмечено у сорта Сур-ская (6,30), минимальное — у сорта Вера (3,25).
Заключение
Таким образом, комплексная оценка сортов конопли посевной показала, что лучшим по экологической адаптивности и стабильности в контрастных условиях Пензенской области был сорт Сурская, параметры адаптивности которой составили Ы=0,98; о<^г2=2,19 при средней урожайности семян 5,80 ц/га. Данный сорт характеризуется высокой отзывчивостью на изменения условий среды. Эффект взаимодействия между генотипом и условиями среды высокий и составляет 6,30. Сорт Сурская имеет высокие значения индекса стабильности и высокую способность противостоять стрессовым факторам.
Сорт Вера обладает невысоким уровнем уро-
действия климатических факторов, несмотря на то что средняя урожайность семян не отличалась высокими значениями (3,28 ц/га).
В местных условиях, отличающихся различной степенью выраженности условий среды, одним из важных показателей, характеризующих устойчивость растений к воздействию неблагоприятных факторов, является их гомеостатич-ность (Нот). Более высокую гомеостатичность проявил сорт Вера, о чем свидетельствуют повышенные значения данного показателя (10,67) и относительно не высокие значения коэффициента вариации. Данный сорт проявляет способность поддерживать низкую вариабельность признаков продуктивности при воздействии неблагоприятных факторов среды.
Сорт Надежда, коэффициент регрессии у которого выше единицы (Ы=2,20), дает высокие урожаи только при оптимальных условиях. При воздействии неблагоприятных и стрессовых факторов продуктивность его снижается (табл. 2).
Полное соответствие уровня урожайности изменению условий среды отмечалось у сорта Сурская, у которого значения Ы=0,98, что достоверно близко к единице. Этот сорт относится к сортам с высокой экологической пластичностью и определяет его стабильность при меняющихся факторах среды. Низкими параметрами адаптивности отличается сорт Вера (Ы=0,37; о<^г2=0,24), что показывает его слабую реакцию на неодинаковую степень проявления стресс-фактора.
Оценка сортов по уровню стабильности сорта показала, что высоким значением данного признака отличался сорт Сурская, показатель ПУСС которого составил 1,16. Сорта Вера и Надежда по уровню стабильности были практически одинаковые, данный показатель у них составил 0,62 и 0,35 соответственно. При этом самый
низкий показатель экологической устойчивости жайности (3,28 ц/га), но имеет более высокую го-Об авторах:
Прахова Татьяна Яковлевна, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник лаборатории селекционных технологий, ORGD: http://orcid.org/0000-0002-7063-4784, prakhova.tanya@yandex.ru
Бакулова Ирина Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории агротехнологий, irinabakulova@yandex.ru Мустюков Артем Ереевич, директор Пензенского института сельского хозяйства — филиала ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур», a.mustyukov.pnz@fnclk.ru
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ №2 (374)/2020
меостатичность (10,67) и относительно не высокие значения вариабельности урожая по годам (17,59%). Это определяет способность сорта ре-ализовывать свой потенциал продуктивности за счет генетических особенностей, а не за счет отзывчивости на средовые условия.
Сорт Надежда хорошо отзывается на улучшение агротехнических условий выращивания и дает достаточно высокие урожаи — до 8,2 ц/га. Эффект взаимодействия «генотип-среда» у него составляет 5,01, коэффициент адаптивности — 0,98, гомеостатичность — 6,67.
Отличительной особенностью любого сорта является совокупность свойств, определяющих его пригодность для той или иной местности, и поэтому правильный выбор сорта имеет первостепенное значение при выращивании культуры.
Литература
1. Серков В.А., Бакулова И.В., Плужникова И.И., Криу-шин Н.В. Новые направления селекции и совершенствование технологии семеноводства конопли посевной. Пенза: РИО ПГАУ, 2019. 155 с.
2. Бакулова И.В. Организация первичного семеноводства однодомной конопли посевной в условиях Среднего Поволжья // Сурский вестник. 2019. № 2 (6). С. 18-22.
3. Попов Р.А. Состояние, проблемы и возможности для развития отечественного коноплеводства // Агротехника и энергообеспечение. 2019. № 4 (25). С. 42-52.
4. Zuk-Golaszewska K., Golaszewski J. Cannabis sativa L. — cultivation and quality of raw material. Journal of Elementology. 2018. No. 23 (3). Pp. 971-984. doi: 10.5601/ jelem.2017.22.3.1500
5. Oomah B.D., Busson M., Godfrey D., Drover J. Characteristics of hemp (Cannabis sativa L.) seed oil. Food Chemistry. 2002. No. 76 (1). Pp. 33-43. doi: 10.1016/ S0308-8146(01)00245-X
6. Potter DJ. A review of the cultivation and processing of cannabis (Cannabis sativa L.) for production of prescription medicines in the UK. Drug testing and analysis. 2014. Vol. 6 (1-2). Pp. 31-38. doi: 10.1002/dta.1531
7. Григорьев С.В., Илларионова К.В. Результаты селекции промышленной конопли текстильного, масличного и лекарственного направлений использования в РФ // Труды Кубанского ГАУ. 2015. № 55. С. 44-48.
8. Гончаренко А.А. Экологическая устойчивость сортов зерновых культур и задачи селекции // Зерновое хозяйство России. 2016. № (3). С. 31-37.
9. Жученко А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические основы). М.: Изд-во РУДН, 2001. Т. 1. 780 с.
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
11. Eberhart S.A., Russel W.A. Stability parameters for comparing varieties. Crop Science. 1966. No. 6. Pp. 36-40.
12. Зыкин В.А., Белан И.А., Юсов В.С., Недорезков В.Д., Исмагилов Р.Р., Кадиков Р.К., Исламгулов Д.Р. Методика расчета и оценки параметров экологической пластичности сельскохозяйственных растений. Уфа, 2015. 100 с.
13. Неттевич ЭД. Потенциал урожайности рекомендованных для возделывания в Центральном районе РФ сортов яровой пшеницы и ячменя и его реализация в условиях производства // Доклады РАСХН. 2001. № 3. С. 50-55.
14. Rossielle A.A., Hamblin J. Theoretical aspects of selection for yield in stress and no stress environments. Crop Science. 1981. No. 6. Pp. 12-23.
15. Хангильдин В.В., Бирюков С.В. Проблема гомео-стаза в генетико-селекционных исследованиях // Гене-тико-цитологические аспекты в селекции сельскохозяйственных растений. Одесса, 1984. С. 67-76.
EVALUATION OF VARIETIES THE CANNABIS SATIVA BY PRODUCTIVITY AND ADAPTIVITY PARAMETERS
T.Ya. Prakhova, I.V. Bakulova, A.E. Mustyukov
Federal research center for bast fiber crops, Penza region, Russia
The aim of the research was to assess the cannabis sativa varieties of seed according by productivity and adaptability parameters in contrasting climatic conditions of the Penza region in 2014-2019. The object of research was the modern cannabis varieties Surskaya, Vera, Nadezhda. The most optimal conditions for the development of culture were formed in 2017 and 2019, the index of environmental conditions was 0.37 and 1.84. Severe vegetation conditions were noted in 2014, the index of environmental conditions here was negative and amounted to -1.16 units. Over the years of research, the most favorable conditions developed for the variety Surskaya, the value of the index of environmental conditions was 1.31. This variety has formed a high yield of 5.80 c/ha. The variety Surskaya was the best in environmental adaptability and stability (bi=0.98). The effect of the interaction between the genotype and environmental conditions in this variety is high and amounts to 6.30. The variety Surskaya has high values of the stability index (0.20) and a high ability to withstand stress factors. Less favorable environmental conditions (Ij= -0.09) were formed for the variety Nadezhda. The yield of the variety had significant variability from 1.8 to 8.2 c/ha, the coefficient of variation was 35.60%. Variety Nadezhda is characterized by insufficient homeostaticity (6.67) and insignificant stability (bi=2.20). The effect of the genotype-environment interaction in the variety Nadezhda is 5.01. Variety Vera has a low level of productivity (3.28 c/ha), has a higher homeostaticity (10.67) and relatively low values of crop variability by year (17.59%). This determines the ability of the variety to realize its potential for productivity due to genetic characteristics, and to a lesser extent due to responsiveness to changes in environmental conditions.
Keywords: cannabis sativa, variety, productivity, adaptability, stability, environmental sustainability, homeostatic.
References
1. Serkov, V.A., Bakulova, I.V., Pluzhnikova, I.I., Kriushin, N.V. (2019). Novye napravleniya selektsii i sovershenstvovanie tekhnologii semenovodstva konopli posevnoi [New areas of selection and improvement of cannabis sativa seed technology]. Penza, RIO PGAU, 155 p.
2. Bakulova, I.V. (2019). Organizatsiya pervichnogo se-menovodstva odnodomnoi konopli posevnoi v usloviyakh Srednego Povolzh'ya [Organization of primary seed production of monoecious hemp in the Middle Volga region]. Surskii vestnik [Sursky Vestnik], no. 2 (6), pp. 18-22.
3. Popov, R.A. (2019). Sostoyanie, problemy i vozmozh-nosti dlya razvitiya otechestvennogo konoplevodstva [Status, problems and opportunities for the development of domestic hemp breeding]. Agrotekhnika i ehnergoobespechenie [Agrotechnics and energy supply], no. 4 (25), pp. 42-52.
4. Zuk-Golaszewska, K., Golaszewski, J. (2018). Cannabis sativa L. — cultivation and quality of raw material. Journal of Elementology, no. 23 (3), pp. 971-984. doi: 10.5601/ jelem.2017.22.3.1500
5. Oomah, B.D., Busson, M., Godfrey, D., Drover, J. (2002). Characteristics of hemp (Cannabis sativa L.) seed oil. Food Chemistry, no. 76 (1), pp. 33-43. doi: 10.1016/ S0308-8146(01)00245-X
6. Potter, DJ. (2014). A review of the cultivation and processing of cannabis (Cannabis sativa L.) for production of prescription medicines in the UK. Drug testing and analysis, vol. 6 (1-2), pp. 31-38. doi: 10.1002/dta.1531
7. Grigor'ev, S.V., Illarionova, K.V. (2015). Rezul'taty selektsii promyshlennoi konopli tekstil'nogo, maslichnogo i lekarstvennogo napravlenii ispol'zovaniya v RF [The results of the selection of industrial hemp in the textile, oilseed and medicinal areas of use in the Russian Federation]. Trudy Kubanskogo GAU [Works of the Kuban state university], no. 55, pp. 44-48.
8. Goncharenko, A.A. (2016). Ehkologicheskaya ustoichi-vost' sortov zernovykh kul'tur i zadachi selektsii [Ecological sustainability of cereal varieties and selection tasks]. Zer-novoe khozyaistvo Rossii [Grain economy of Russia], no. (3), pp. 31-37.
9. Zhuchenko, A.A. (2001). Adaptivnaya sistema selektsii rastenii (ehkologo-geneticheskie osnovy) [Adaptive system of plant breeding (ecological and genetic basis)]. Moscow, PFUR Publishing house, vol. 1, 780 p.
10. Dospekhov, B.A. (1985). Metodika polevogo opyta s osnovami statisticheskoi obrabotki rezul'tatov issledovanii [The methodology of field experience with the basics of statistical processing of research results]. Moscow, Agropromizdat Publ., 351 p.
11. Eberhart, S.A., Russel, W.A. (1966). Stability parameters for comparing varieties. Crop Science, no. 6, pp. 36-40.
12. Zykin,V.A., Belan, I.A., Yusov, V.S., Nedorezkov, V.D., Is-magilov, R.R., Kadikov, R.K., Islamgulov, D.R. (2015). Metodika rascheta i otsenki parametrov ehkologicheskoi plastichnosti sel'skokhozyaistvennykh rastenii [Methodology for calculating and evaluating the parameters of ecological plasticity of agricultural plants]. Ufa, 100 p.
13. Nettevich, Eh.D. (2001). Potentsial urozhainosti reko-mendovannykh dlya vozdelyvaniya v Tsentral'nom raione RF sortov yarovoi pshenitsy i yachmenya i ego realizatsiya v usloviyakh proizvodstva [The potential yield recommended for cultivation in the Central region of the Russian Federation varieties of spring wheat and barley and its implementation in the conditions of production]. Doklady RASKHN [Reports of RAAS], no. 3, pp. 50-55.
14. Rossielle, A.A., Hamblin, J. (1981). Theoretical aspects of selection for yield in stress and no stress environments. Crop Science, no. 6, pp. 12-23.
15. Khangil'din,V.V., Biryukov, S.V. (1984). Problema go-meostaza v genetiko-selektsionnykh issledovaniyakh [The problem of homeostasis in genetic selection studies]. Gene-tiko-tsitologicheskie aspekty v selektsii sel'skokhozyaistvennykh rastenii [Genetic and cytological aspects in the selection of agricultural crops]. Odessa, pp. 67-76.
About the authors:
Tatyana Ya. Prakhova, doctor of agricultural sciences, chief researcher of the laboratory of selection technologies, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7063-4784, prakhova. tanya@yandex.ru
Irina V. Bakulova, candidate of agricultural sciences, leading researcher of the laboratory of agricultural technologies, irinabakulova@yandex.ru Artem E. Mustyukov, director of the Penza institute of agriculture — branch of the Federal research center for bast fiber crops, a.mustyukov.pnz@fnclk.ru
prakhova.tanya@yandex.ru
AGROSALON
МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА СЕЛЬХОЗТЕХНИКИ
В-Э ОКТЯБРИ 2020
б2
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (374) / 2020
www.mshj.ru
