CC BY
1
4.1.2. Селекция, семеноводство и биотехнология растений (Сельскохозяйственные науки)
УДК 581.14:633.283 DOI: 10.34736/FNC.2023.123.4.015.100-104
Оценка водного режима сортообразцов чумизы в условиях
Нижнего Поволжья
Татьяна Владимировна Родина™, e-mail: rodina008@mail.ru к.с.-х.н., с.н.с., ORCID: 0000-0002-6670-417X Александр Николаевич Асташов, к.с.-х.н., г.н.с., ORCID: 0000-0002-2744-9428 Ольга Валерьевна Киреева, к.с.-х.н., м.н.с., ORCID: 0000-0002-2091-4729 Галина Андреевна Маслова, м.н.с., ORCID: 0009-0000-7714-5804 «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы», e-mail: rossorgo@yandex.ru, 410050, 1-й Институтский проезд, 4, г. Саратов, Россия
со
IN О
см
Аннотация. Актуальность проводимых исследований обусловлена глобальными изменениями климатических условий, что приводит к частому проявлению неблагоприятных факторов и, как следствие, снижению продуктивности сельскохозяйственных растений. В складывающихся условиях создание и подбор адаптированных сортов для аридных территорий РФ весьма актуальны. Чумиза является перспективной культурой кормового и пищевого использования. В статье представлены результаты оценки параметров водного режима листьев чумизы в фазу цветения растений в условиях Саратовской области. В годы проведения эксперимента погодные условия были характерными для этого региона, что позволило полноценно оценить степень устойчивости образцов чумизы к воздействию высоких температур. Исследование особенностей водного режима листьев показало достаточно высокий уровень засухоустойчивости чумизы при выращивании в условиях Саратовского правобережья. По результатам трехлетних исследований выделены сортообразцы чумизы к-73 и Фиеста по параметрам, наиболее приближенным к высокой оценке засухоустойчивости: оводненность тканей листьев - 67,3 и 66,3%, водный дефицит - 11,1 и 13,3% соответственно. Полученные данные позволили выделить образцы для формирования нового генофонда и дальнейшего включения в селекционный процесс с целью создания новых сортов.
Ключевые слова: чумиза, оводненность тканей, водный режим листьев, засуха.
Финансирование. Работа выполнена в рамках темы государственного задания Министерства сельского хозяйства Российской Федерации № НИОКТР 123011200032-3 «Физиологические особенности адаптации исходного материала в условиях абиотического стресса для использования в селекции на повышение засухоустойчивости».
Цитирование: Родина Т.В, Асташов А.Н., Киреева О.В., Маслова Г.А. Оценка водного режима сортообразцов чумизы в условиях Нижнего Поволжья // Научно-агрономический журнал. 2023. 4(123). С. 100-104. DOI: 10.34736^МС.2023.123.4.015.100-104
Поступила в редакцию: 27.10.2023 Принята к печати: 07.12.2023
Е
га <
ш о W
II
со
IN О CN
РТ
CN
И
га X
Введение. Погодно-климатические условия в регионе проведения эксперимента отличаются нерегулярным выпадением осадков и изменением температуры воздуха в течение года и вегетационного периода растений [1; 5]. При этом благоприятные годы сменяются засушливыми и острозасушливыми. Засуха, как природный фактор, влияет на продуктивность всех видов сельскохозяйственных культур и приводит к значительным экономическим ущербам по всему миру [3; 5]. Учитывая текущие изменения климата, изучение реакции растений на различные природные стрессоры, является особенно актуальным для современной селекции [4; 8]. В связи с этим большое значение при подборе исходного и изучении селекционного материала имеет оценка его засухоустойчивости [11]. Она необходима также для более рационально размещения сортов в аридных условиях. Для засушливых условий Нижнего Поволжья чумиза является перспективной культурой различного направления использования: кормовое и пищевое (не содержит глютен) [15]. В этой связи значение чумизы, формирующей при правильном использовании высо-
кие урожаи зеленой массы и зерна, имеет большое практическое значение, а разработка засухоустойчивых сортов чумизы имеет особое значение для науки. Поэтому очень важно подбирать исходный материал обладающий комплексом адаптивных свойств [6; 7; 9].
Атмосферную и почвенную засуху тяжело регулировать, и нужно время, чтобы такой тип водного дефицита начал явно влиять на растения [2; 13]. Помимо прямых методов оценки засухоустойчивости существует много косвенных, которые, хотя и имеют ряд недостатков и иногда дают сравнительно относительные результаты, все же представляют интерес для предварительной оценки отбора коллекционного материала [10; 14]. Некоторые авторы особую роль в устойчивости растений отводят водоудерживающей способности листьев в связи с чем изучение особенностей водного режима листьев является актуальным [12; 16]. При этом сведения по данному направлению фрагментарны и недостаточно полно изучены. Цель исследований - оценка засухоустойчивости образцов чумизы по параметрам водного режима листьев.
™ - Для контактов / Corresponding author
100
Материал и методы исследования. Лабора-торно-полевые опыты проводили в 2021, 2022 и 2023 годах в условиях засушливого климата Саратовской области. Объекты исследований: сорта и сортообразцы чумизы Розанна, Рубиновая, Фиеста, Стачуми 1, к-73, к-982, к-1074, к-2029, которые высевали на опытном поле института, расположенном в пригородной микрозоне Саратовского района, которое территориально размещено в южной части чернозёмной зоны Поволжья в третьей декаде мая. Годы выращивания чумизы различались в период вегетации по погодным условиям. Так, гидротермический коэффициент составил в 2021 г. 0,77; 2022 г. - 0,79; 2023 г. - 0,63, что относит регион к засушливым территориям.
Оценку засухоустойчивости по показателям водного режима листьев проводили в соответствии методическим указаниям ВИР (под ред. Удо-венко Г.В. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство. Ленинград: ВИР, 1988. 228 с.). Пробы листьев отбирали в фазу цветения (в нашем эксперименте у чумизы фаза наступала во второй декаде августа) по 5 листьев каждого сортообразца в двукратной повторности. Образцы срезали в утренние часы, помещали в полиэтиленовые пакеты и доставляли в лабораторию.
Оводненность тканей (ОТ) определяли в процентах от сырой массы навески по формуле:
ОТ = (а-б) х100 /(а), где а - масса сырой навески, г; б - масса сухой навески, г.
Водный дефицит (ВД) в листьях (процентное содержание поступившей воды от общего количе-
ства воды в состоянии полного насыщения] вычисляли по формуле:
ВД = (М2-М1] х100 /(М2-М3), где М1 - исходная сырая масса навески, г; М2 - сырая масса после 24-часового насыщения, г; М3 - масса сухой навески, г.
Классификация сортообразцов чумизы по относительной засухоустойчивости проведена согласно шкале оценки параметров водного режима листьев: ОТ, %: низкая <59,9; средняя - 60,0-69,9; высокая - 70,0;
ВД, %: низкая - 20,1; средняя - 10,1-20,0%; высокая до 10,0.
Статистическая обработка экспериментальных данных выполнена с помощью программы «AGROS 2.09» методом дисперсионного многофакторного анализа.
Результаты и обсуждение. При отборе растений для проведения опыта ориентировались на длину вегетационного периода. Пробы листьев отбирали в один этап морфогенеза, наиболее критическую фазу развития сельскохозяйственных растений, в фазу цветения. Погодные условия в годы проведения эксперимента были типичными для Саратовской области и характеризовались жаркими условиями летних периодов, что позволило оценить устойчивость сортообразцов чумизы к высоким температурам.
На рисунке 1 представлены данные погодно-климатических условий за 10 дней до цветения растений чумизы, которые отражают, что цветение растений проходило в условиях жесточайшей засухи, о чем свидетельствует низкий гидротермический коэффициент.
I
ш у
г
* у
тз
I
ш л
К) о К) GO
ся о
> (О
о о
3 y
Рисунок 1. Климатические условия за «десять дней» до цветения чумизы
м о м
GO
^05(Л) =2,61*; НСР05(Л) = 1,84 ^(ВГ150,76*; НСР05(В) =1,13; ^5(ЛВ) =3,46*; НСР05(ЛВ)=3,19
Рисунок 2. Оводненность тканей листьев чумизы в зависимости от климатических условий вегетации,
среднее за 2021-2023 гг.
Водный дефицит в среднем по опыту, % 17,6 е
17,2 ае
16,9 сс!е
Водный дефицит в разные годы, %
23,61 с
Розанна Фиеста Стачуми 1 к-73 к-982 к-1074 к-2029 Рубиновая
■ фактор А(генотип)
■ фактор В {условия года)
■ взаимодействие АВ - остаточное
2021 2022 2023
Р05(А =10,97*; НСР05(А)=1,93; Р05(В)=349,14*; НСР05(В) = 1,18; Р05(АВ) =6,37*; НСР05(АВ =3,34
Рисунок 3. Водный дефицит листьев чумизы в зависимости от климатических условий вегетации,
среднее за 2021-2023 гг.
3 2 0 2
Е
<
си 'о ш
=
3 2 0 2
со
2
и
га
Н
Стоит отметить, что за период проведения исследований согласно шкале оценки по параметрам водного режима листьев все сортообразцы чумизы отнесены к группе средней засухоустойчивости. При этом у сортообразца к-73 получены показатели, наиболее приближенные для получения оценки с высокой засухоустойчивостью, как по параметрам оводненности тканей листьев - 67,3%, так и по параметрам водного режима - 11,1%, а при проведении исследований в 2022 г. данный сорто-образец выделен как засухоустойчивый по данной методике (рисунок 1, 2). Полученные данные подтверждаются результатами двухфакторного дисперсионного анализа.
Установлено, что в период проведения эксперимента в формирование признака оводненности тканей листьев наибольший вклад внес фактор В «условия среды», а вклад генотипического фактора оказался наименьшим (рисунок 2). Необходимо отметить, что условия года однозначно повлияли на оводненность тканей листьев: так, наибольшая засухоустойчивость растений чумизы по данной методике установлена в 2023 г., что скорее всего объясняется тем, что в течение вегетационного периода растения испытывали наибольший стресс, и погодные условия года отмечены неравномерным распределением осадков и резкими перепадами
дневных температур, хотя в период за «десять дней» до цветения гидротермический коэффициент оказался самым высоким за годы проведения исследований. По показателю «водный дефицит» листьев, т.е. того недостатка воды, который имеет место в растении при засухе, в среднем за период исследований сорта чумизы характеризовались средней засухоустойчивостью (рисунок 3).
При этом вклад генотипического фактора в проявление изучаемого признака составил менее 10%, а наибольшее влияние в формировании признака оказал фактор В - условия года проведения эксперимента. Установлено, что наименьший водный дефицит листьев наблюдался в условиях 2023 года, а в 2022 и 2021 г. данный показатель увеличился на 36,3 и 136,7% соответственно.
Заключение. В работе представлены итоги трехлетних испытаний методом диагностики основных параметров водного режима листьев при оценке чумизы на устойчивость к абиотическим факторам в период цветения культуры.
В целом 2023 год был более засушливым, отмечены резкие перепады температур и неравномерное выпадение осадков в течение вегетационного периода. Однако в сложившихся условиях отмечены наилучшие показатели засухоустойчивости чумизы как по параметрам оводненности тканей,
так и по водному дефициту листьев чумизы, хотя в период за «десять дней до цветения» гидротермический коэффициент был выше, чем в 2021 и 2022 гг., что в целом характеризует чумизу как засухоустойчивую культуру с высокой способностью к адаптации и регуляции своего водного обмена. Наилучшие адаптационные способности по параметрам, наиболее приближенным к высокой оценке засухоустойчивости, установлены у сорто-образцов чумизы к-73 и Фиеста. Данные образцы рекомендуется включать в дальнейший селекционный процесс.
Литература:
1. Головина Е.В., Зайцев В.Н. Влияние погодных условий на водный режим, пигментный комплекс и продуктивность сои // Зернобобовые и крупяные культуры. 2016. № 2 (18). С. 111-116. EDN: WDCRUP
2. Гурин А. Г., Резвякова С. В. Оводненность и транспи-рация листьев саженцев плодовых и декоративных пород в зависимости от условий выращивания // Современное садоводство. 2014. №. 1 (9). С. 45-51. EDN: SEIFLD
3. Ионова Е.В. Засуха и засухоустойчивость зерновых колосовых // Зерновое хозяйство России. 2011. № 2. С. 37-41. EDN: NYBHYZ
4. Кибальник О.П., Ларина Т.В., Каменева О.Б., Семин Д.С. Оценка засухоустойчивости ЦМС-линий сорго на основе различных источников стерильности // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021. №182(4). С. 9-17. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-9-17
5. Кибальник О.П., Ларина Т.В., Каменева О.Б. Особенности потери воды листьями ЦМС-линий зернового сорго в засушливых регионах России // Agriculture and Enviromnent. 2021. №4(20). DOI: 10.23649/jae.2021.4.20.2
6. Кибальник О.П., Ларина Т.В., Каменева О.Б. Кластерный анализ ЦМС-линий сорго в селекции на повышение засухоустойчивости // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. 2022. №30 (193). С.28-39. EDN: WEDUPK
7. Кибальник О.П., Ларина Т.В., Каменева О.Б. Селекционная ценность засухоустойчивых стерильных линий сорго // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2023. №24 (2). С. 187-193. DOI: 10.30766/2072-9081.2023.24.2.187193
8. Кочубей А.А., Заремук Р.Ш. Исследование засухоустойчивости гибридного материала сливы домашней в условиях юга России // Аграрная наука. 2020. № 6. С. 9498. DOI:10.32634/0869-8155-2020-339-6-94-98
9. Лохова А.И., Бескопыльная В.В. Водный режим ин-тродуцированных сортов рода Pyrus L. в условиях степной зоны южного Урала // Научные труды Северо-Кавказского Федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия. 2020. Т. 29. С. 154-159. DOI: 10.30679/2587-9847-2020-29-154-159
10. Мельник С.В., Жолобова О.О. Оценка влияния осмотического стресса на прорастание семян кустарниковых растений в культуре in vitro // Научно-агрономический журнал. 2023. № 1 (120). С. 10-15. DOI: 10.34736/ FNC.2023.120.1.002.10-15
11. Ожерельева З.Е., Красова Н.Г., Галашева А.М. Изменение водного режима листьев яблони в течение вегетации // Современное садоводство. 2015. № 1 (13). С. 87-92. EDN: TPYBTB
12. Ожерельева З. Е., Богомолова Н. И. Изучение водного режима листьев малины красной в условиях Орловской области // Современное садоводство. 2014. №. 2 (10). С. 70-75. EDN: SHPKDV
13. Ожерельева З. Е., Гуляева А. А. Изучение параметров водного режима вишни в условиях засухи и теплового шока // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 8. С. 46-48. EDN: ZHRFWN
14. Родина Т.В., Асташов А.Н., Сафронов А.А. Оценка засухоустойчивости пайзы по набуханию семян в условиях осмотического стресса // Зернобобовые и крупяные культуры. 2023. № 3 (47). С. 108-113. DOI: 10.24412/2309-348X-2023-3-108-113
15. Садыгова М.К., Шьюрова Н.А., Башинская О.С., Кузнецова Л.И., Асташов А.Н., Родина Т.В. Технологический потенциал зерна чумизы: расширение ресурсного потенциала и ассортимента продуктов повышенной пищевой ценности: монография. ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ», ФГБНУ РосНИИСК «Россорго». Саратов: ООО «Ами-рит», 2022. 206 с. EDN: WGUXQQ
16. Emendack Y., Burke J., Sanchez J., Laza H.E., Hayes C. Agro-morphological characterization of diverse sorghum lines for pre- and post-flowering drought tolerance // Australian Journal of Crop Science. 2018; 12(01). P. 135-150. D0I:10.21475/ajcs.18.12.01.pne790
DOI: 10.34736/FNC.2023.123.4.015.100-104
Assessment of the Setaria Italics Subsp. Italics Cultivars Water Regime in the Lower Volga Region Conditions
Tatiana V. Rodina™, Cand. Sci. (Agr.), e-mail: rodina008@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-6670-417X Alexander N. Astashov, Cand. Sci. (Agr.), ORCID ID: 0000-0002-2744-9428 Olga V. Kireeva, Cand. Sci. (Agr.), ORCID ID: 0000-0002-2091-4729 Galina A. Maslova, ORCID ID: 0009-0000-7714-5804 Russian Research, Design and Technology Institute of Sorghum and Corn Federal State Government-Funded Scientific Institution, e-mail: rossorgo@yandex.ru ,410050, 1-st Institutsky proezd, 4, Saratov, Russia
i
ю у
N у
M ) 2
0
M со
1 I
S i
> (Q
Abstract. The relevance of the research is due to global changes in climatic conditions, which leads to the frequent manifestation of adverse factors and, as a result, a decrease in the productivity of agricultural plants. Creation and selection of adapted varieties for arid territories of the Russian Federation is very relevant in the current conditions. Setaria italica subsp.
italica is a promising crop for forage and food use. The article presents the results of the Setaria italica subsp. italica leaves water regime parameters assessment in the flowering phase of plants in the Saratov Region conditions. During the years of the experiment, weather conditions were typical for this region, which made it possible to fully assess the of Setaria
3 y
M
о
M со
со
IN О CN
E
га <
ш о w
II
со
IN О ГЧ
m
CN
И
italica subsp. italica samples resistance degree to high temperatures. The study of the leaves water regime characteristics showed a fairly high level of Setaria italica subsp. italica drought resistance when grown in the Volga river right bank near Saratov conditions. According to the results of three-year studies, k-73 and Fiesta Setaria italica subsp. italica cultivars were identified according to the parameters closest to a high drought resistance: leaf tissue hydration -67.3 and 66.3%, water deficiency - 11.1 and 13.3%, respectively. The data obtained made it possible to identify samples for the formation of a new gene pool and further inclusion in the breeding process in order to create new varieties.
Keywords: Setaria italica subsp. italica, tissues hydration, water regime of leaves, drought
Funding. The work was carried out within the framework of the topic of the state task of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation No. 123011200032-3 ''Physiological features of adaptation of the source material under conditions of abiotic stress for use in breeding to increase drought resistance''.
Citation: Rodina T.V., Astashov A.N., Kireeva O.V., Maslova G.A. Assessment of the Setaria Italica Subsp. Italica Cultivars Water Regime in the Lower Volga Region Conditions. Scientific Agronomy Journal. 2023;4(123):100-104. DOI: 10.34736/ FNC.2023.123.4.015.100-104
Received: 27.10.2023 Accepted: 07.12.2023
References:
1. Golovina E.V., Zajcev V.N. The influence of weather conditions on the soybean water regime, pigment complex and productivity. Zernobobovye i krupyanye kul'tury = Legumes and groat crops. 2016;2(18):111-116. (In Russ.) EDN: WDCRUP
2. Gurin A.G., Rezvyakova S.V. Hydration and transpiration of fruit and ornamental species seedlings leaves depending on growing conditions. Sovremennoe sadovodstvo = Contemporary horticulture. 2014;1(9):45-51. (In Russ.) EDN: SEIFLD
3. Ionova E.V. Drought and drought resistance of grain spikes. Zernovoe hozyajstvo Rossii = Grain farming of Russia. 2011;2:37-41. (In Russ.) EDN: NYBHYZ
4. Kibal'nik O.P., Larina T.V., Kameneva O.B., Semin D.S. Assessment of drought resistance of CMS sorghum lines based on various sources of sterility. Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii = Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2021;182(4):9-17. (In Russ.) DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-9-17
5. Kibal'nik O.P., Larina T.V., Kameneva O.B. Features of water loss by leaves of CMS-lines of grain sorghum in arid regions of Russia. Agriculture and Enviromnent. 2021;4(20).
(In Russ.) DOI: 10.23649/jae.2021.4.20.2
6. Kibal'nik O.P., Larina T.V., Kameneva O.B. Cluster analysis of CMS sorghum lines in breeding for increasing the drought resistance. Izvestiya sel'skohozyajstvennoj nauki Tavridy = Transactions of Taurida Agricultural Science. 2022;30(193):28-39. (In Russ.) EDN: WEDUPK
7. Kibal'nik O.P., Larina T.V., Kameneva O.B. Breeding value of drought-resistant sterile sorghum lines. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-NorthEast. 2023;24(2):187-193. (In Russ.) DOI: 10.30766/20729081.2023.24.2.187-193
8. Kochubej A.A., Zaremuk R.Sh. Study of domestic plum hybrid material drought resistance in the South of Russia conditions. Agrarnaa nauka = Agrarian science. 2020;6:94-98. (In Russ.) DOI:10.32634/0869-8155-2020-339-6-94-98
9. Lohova A.I., Beskopyl'naya V.V. Water regime of introduced varieties of the Pyrus L. genus in the conditions of the steppe zone of the southern Urals. Nauchnye trudy Severo-Kavkazskogo Federal'nogo nauchnogo centra sadovodstva, vinogradarstva, vinodeliya = Scientific works of the North Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture, winemaking. 2020;29:154-159. (In Russ.) DOI: 10.30679/2587-9847-2020-29-154-159
10. Mel'nik S.V., Zholobova O.O. Assessment of the osmotic stress effect on the shrub plant seeds germination in «in vitro» culture. Nauchno-agronomicheskij zhurnal = Scientific Agronomy Journal. 2023;1(120):10-15. (In Russ.) DOI: 10.34736/FNC.2023.120.1.002.10-15
11. Ozherel'eva Z.E., Krasova N.G., Galasheva A.M. Changing the water regime of apple leaves during the growing season. Sovremennoe sadovodstvo = Contemporary horticulture. 2015;1 (13):87-92. (In Russ.) EDN: TPYBTB
12. Ozherel'eva Z. E., Bogomolova N. I. Studying the water regime of red raspberry leaves in the conditions of the Orel region. Sovremennoe sadovodstvo = Contemporary horticulture. 2014;2(10):70-75. (In Russ.) EDN: SHPKDV
13. Ozherel'eva Z. E., Gulyaeva A. A. Studying the parameters of the water regime of cherries in conditions of drought and heat shock. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of science and technology of the agro-industrial Complex. 2017;31(8):46-48. (In Russ.) EDN: ZHRFWN
14. Rodina T.V., Astashov A.N., Safronov A.A. Assessment of Echinochloa frumentacea drought resistance by seed swelling under osmotic stress. Zernobobovye i krupyanye kul'tury = Legumes and groat crops. 2023;3(47):108-113. (In Russ.) DOI: 10.24412/2309-348X-2023-3-108-113
15. Sadygova M.K., Shyurova N.A., Bashinskaya O.S., Kuznetsova L.I., Astashov A.N., Rodina T.V. Technological potential of Setaria italica subsp. italica grain: expansion of resource potential and increased nutritional value products assortment: monograph. Saratov. «Amirit» Publ. house; 2022, 206 p. (In Russ.) EDN: WGUXQQ
16. Emendack Y., Burke J., Sanchez J., Laza H.E., Hayes C. Agro-morphological characterization of diverse sorghum lines for pre- and post-flowering drought tolerance. Australian Journal of Crop Science. 2018;12(01):135-150. DOI:10.21475/ajcs.18.12.01.pne790
ra X
Авторский вклад. Авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования, ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. Authors of this research paper have directly participated in the planning, execution and analysis of this study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. Authors declare no conflict of interest.
