CC BY
55
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10814 УДК 633.13:631.527:57.017.3
ПЛАСТИЧНОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ СОРТОВ И ЛИНИЙ ОВСА В УСЛОВИЯХ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
М. В. ТУЛЯКОВА1, старший научный сотрудник, зав. лабораторией (e-mail: fss.nauka@mail.ru)
Г. А. БАТАЛОВА, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, зам. директора2, профессор3 (e-mail: g.batalova@mail.ru)
С. В. ПЕРМЯКОВА1, младший научный сотрудник Е. М. ЛИСИЦЫН, доктор биологических наук, зав. отделом2, профессор3
1Фалёнская селекционная станция - филиал Федерального аграрного научного центра Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого, ул. Тимирязева, 3, пос. Фалён-ки, 612500, Кировская обл., Российская Федерация
2Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока, ул.Ленина, 166а, Киров, 610007, Российская Федерация
3Вятская государственная сельскохозяйственная академия, просп. Октябрьский, 133, Киров, 610017, Российская Федерация
Резюме. Для оценки стрессоустойчивости, пластичности (b) и стабильности (Б?) десяти включенных в Госреестр РФ сортов и перспективных линий пленчатого овса использовали показатели их урожайности в 2013-2017 гг. на опытном поле Фаленской селекционной станции (Кировская область). Агроклиматические условия в годы исследований значительно различались. В наиболее благоприятном по тепло- и влагообеспеченности 2014 г. была сформирована высокая урожайность на уровне 7,52...8,60 т/ га. Индекс условий среды имел положительное значение (1= 2,37). Неблагоприятным был 2013 г. с отрицательным индексом (1= -3,94) и пониженной урожайностью (1,37...1,93 т/га). Высокой экологической устойчивостью, определенной по разности между минимальной и максимальной в опыте урожайностью, характеризовались сорта Кречет(-5,82 т/га), Аватар (-5,75 т/га), Аргамак (-5,95 т/га). Высокая генетическая гибкость по средней урожайности в контрастных (стрессовых и не стрессовых) условиях отмечена у перспективных линий И-4592(5,00 т/га), И-4552 (5,02 т/га). Линии интенсивного типа И-4592(Ь= = 1,15), И-4600 (b = 1,10) сформировали повышенную урожайность 8,6 и 8,11 т/га соответственно при улучшении условий выращивания в 2014 г., при 1,37 т/га в 2013 г. При увеличении адаптивности изучаемых сортов и линий к наиболее благоприятным погодным условиям, уровень ихэкологической устойчивости (стрессоустойчивости) снижается. Выделена группа линий средней интенсивности (показатель bi близокк 1, а Б2к0), адаптивныхкразнообразнымусловиям среды, способных формировать стабильную урожайность в меняющихся условиях: И-4595, И-4388, И-4346 и сорт Бербер, переданный на ГСИ с 2017 г. Урожайность переданного на ГСИ сорта Бербер была больше, чем у стандарта, в условиях засухи (на 0,08 т/га) и в благоприятных условиях (на 0,23 т/га), что указывает на целесообразность его использования в производстве. Ключевые слова: овес, сорт, линия, урожайность, стрессоустой-чивость, пластичность, стабильность.
Для цитирования: Пластичность и стабильность сортов и линий овса в условиях Кировской области/М. В. Тулякова, Г. А. Баталова, С. В. Пермякова и др. //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 8. С. 54-56. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10814.
Овёс - географически широко распространенная культура, способная формировать экономически эффективные урожаи зерна в различных почвенных и климатических условиях. Нестабильность его производства в Волго-Вятском регионе связана с экстремальностью природно-климатических условий ведения земледелия, в том числе с неустойчивым по годам и территории распределением осадков и тепла[1]. В благоприятных условиях рекомендуют высевать сорта с высокой потенциальной продуктивностью,
в неблагоприятных предпочтение следует отдавать генотипам с достаточно высокой устойчивостью к экологическим стрессам [2]. Сорт - генетическая система, которая реагирует на изменение факторов окружающей среды изменением как отдельных признаков, так и комплексного показателя - урожайности. Следовательно, урожайность -результат сложного взаимодействия «генотип-среда», поэтому ценность сорта определяет не только абсолютная величина урожайности, но и его способность формировать ее на экономически значимом уровне в изменяющихся условиях выращивания [3, 4, 5]. Установлена сильная положительная зависимость варьирования урожайности от уровня пластичности сорта и отрицательная - между реализацией потенциала продуктивности и варьированием урожайности [2]. Отмечают большее влияние на формирование урожайности факторов среды (48,1 %) и меньшее -генотипа (8,0 %) [6].
Сорт характеризует совокупность свойств, определяющих его пригодность для выращивания в той или иной местности, и способность достигать определенного уровня урожайности. Задача современных селекционных программ - создание экологически пластичных сортов, обеспечивающих высокую стабильную урожайность вне зависимости от лимитов окружающие среды [7].
Цель исследований - на основе изучения экологической пластичности и стабильности по урожайности овса пленчатого выделить сорта и линии питомника конкурсного сортоиспытания, перспективные для использования в производстве.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на опытном поле Фалёнской селекционной станции - филиала ФАНЦ Северо-Востока в 2013-2017 гг. Изучали 10 перспективных линий пленчатого овса питомника конкурсного испытания и включенные в Госреестр РФ сорта Аргамак, Кречет, Аватар в соответствии с действующей методикой [8]. Влияние факторов окружающей среды на урожайность сортов овса оценивали по экологической пластичности (b,) и стабильности (S,2), а также рассчитывали индекс условий среды (I) по методу S. A. Eberhart, W. A. Russell в изложении [9], устойчивость к стрессу определяли по A. A. Rossielle, J. Hambli в изложении А. А. Гончаренко [10]. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием программ «Agros 2.07» и Microsoft Excel 2007.
Результаты и обсуждение. Годы проведения исследований различались по метеорологическим условиям в период вегетации и соответственно по уровню урожайности вследствие взаимодействия «генотип-среда». Индекс условий среды ф, рассчитанный по урожайности, варьировал по годам от отрицательного (неблагоприятные условия) до положительного (благоприятные условия). Наиболее благоприятные для формирования высокой урожайности условия среды наблюдали при максимальном в опыте положительном индексе (|=2,37) в 2014 г. (табл. 1). В период вегетации отмечали достаточное увлажнение (гидротермический коэффициент ГТК = 1,5). Сумма осадков за май составила 9 мм (19 % нормы). Большая их часть (8 мм) пришлась на первую декаду месяца, что в совокупности с запасами влаги в почве оказало положительное влияние на темпы появления всходов и начало кущения. Во второй
Таблица 1. Урожайность сортов и линий овса и индекс условий среды, т/га
Линия, сорт 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. Средняя
И-4592 1,37 8,60 6,83 4,69 6,79 5,66
И-4595 1,49 8,18 6,06 5,58 6,08 5,48
И-4388 1,59 8,10 6,52 5,82 6,50 5,71
И-4552 1,93 8,11 6,06 5,66 6,61 5,67
И-4600 1,37 8,11 6,43 5,57 7,03 5,70
И-4346 1,38 7,52 6,63 5,94 6,21 5,54
Бербер 1,69 7,79 6,51 5,84 6,04 5,57
Кречет 1,57 7,39 6,04 5,56 6,17 5,34
Аватар 1,75 7,53 6,46 5,80 5,35 5,38
Аргамак,
стандарт 1,61 7,56 5,93 5,03 5,77 5,18
Средняя 1,58 7,89 6,35 5,55 6,26 5,52
нср05 0,17 0,44 0,41 0,42 0,63 —
Индекс
условий
(I) -3,94 2,37 0,83 0,03 0,74 -
половине июня выпало 108 мм осадков (164 % нормы), которые равномерно распределились в течение периода «выход в трубку - цветение» и положительно отразились на продуктивности метелки.
В период вегетации 2013 г. отмечали засуху (ГТК=0,67), индекс условий среды имел отрицательное значение (^ = -3,94), наблюдали недостаток влаги и повышенные температуры на первых этапах онтогенеза и в последующие периоды развития растений овса. Температура в июне достигала 33 °С и в среднем за месяц составила 18,4 °С, что на 2,4 °С выше нормы, при количестве осадков 50 мм, или 75 % нормы. В первой и второй декадах июля выпало 3 и 1 мм осадков соответственно, днем температура на поверхности почвы достигала 47...56 °С, при минимальной относительной влажности почвы ниже 30 %. Это привело к ускоренному прохождению межфазных периодов «цветение - формирование зерна - созревание зерна» и негативно отразилось на урожайности овса. Средняя по сортам и линиям величина этого показателя была минимальной (1,58 т/га) за годы исследований и варьировала от 1,37 т/ га у линий И-4592, И-4600 до 1,93 т/га у линии И-4552. В наиболее благоприятных для развития овса условиях 2014 г. она была в 5 раз выше (7,89 т/га).
Условия вегетации 2015 и 2017 гг. были в целом достаточно благоприятными для развития овса (соответственно | = 0,83 и 0,74; ГТК = 1,71 и 1,86). В период «выход в трубку - цветение» в 2015 г. на посевах отмечали подгон (вторичное кущение), который сформировал полноценное зерно, в результате чего урожайность варьировала от 5,93 т/га у стандарта до 6,83 т/га у перспективной линии И-4592. Среднесуточная температура воздуха в мае, июне и первой декаде июля 2017 г. была ниже нормы соответственно на 2,8; 2,0 и 0,5 °С. В июле отмечали обильные дожди, грозы, град и сильный ветер. Количество осадков превысило норму в 2 раза, что привело к затягиванию сроков развития и созревания овса, урожайность находилась на уровне 2015 г. (от 5,35 до 7,03 т/га). В 2016 г. отмечали высокие температуры и неравномерное увлажнение (ГТК = 0,81; | = 0,03), отсутствие осадков и повышенные температуры в период «цветение - полная спелость» привели к быстрому созреванию зерна, при урожайности на уровне средней многолетней по опыту (5,55 т/га).
Важный показатель устойчивости сорта или линии к стрессу в изменяющихся климатических условиях - разность между минимальной и максимальной за период исследований урожайностью (У2-У1). Чем меньше его величина, тем выше стрессоустойчивость сорта (линии) [7, 11].
В наших исследованиях наиболее устойчивыми к засухе 2013 г. были включенные в Госреестр РФ сорта Кречет (-5,82), Аватар (-5,78) и Аргамак (-5,95) с урожайностью 1,57.1,75т/га, при среднем по сортам показателе 1,58 т/га (табл. 2). Снижение урожайности относительно благоприятного 2014 г. составило соответственно 78,8; 76,8 и 78,7 %. У этих сортов отмечен наиболее низкий показатель экологической пластичности (Ь) что указывает на их меньший отклик увеличением урожайности на улучшение условий среды относительно линий конкурсного испытания. Это может свидетельствовать о наличии отрицательной зависимости между стрессоустойчивостью и отзывчивостью генотипа на изменение условий среды.
Таблица 2. Показатели стрессоустойчивости, экологической пластичности и стабильности сортов и линий овса, 2013-2017 гг.
Линия, сорт Показатель*
У2 У1 У-У * 2* 1 (У+У)/2 Ь. 1 в2. 1
т/га
И-4592 1,37 8,60 -7,23 5,00 1,15 0,41
И-4595 1,49 8,18 -6,69 4,84 1,03 0,06
И-4388 1,59 8,10 -6,51 4,85 1,03 0,01
И-4552 1,93 8,11 -6,18 5,02 1,00 0,08
И-4600 1,37 8,11 -6,74 4,74 1,10 0,12
И-4346 1,38 7,52 -6,14 4,45 1,01 0,08
Бербер 1,69 7,79 -6,10 4,74 1,01 0,05
Кречет 1,57 7,39 -5,82 4,48 0,93 0,03
Аватар 1,75 7,53 -5,78 4,64 0,91 0,20
Аргамак 1,61 7,56 -5,95 4,59 0,93 0,03
У2 - минимальная урожайность, У1 - максимальная урожайность, У2-У1 - характеристика устойчивости к стрессу, (У+У2)/2 -генетическая гибкость в контрастных условиях среды.
Гибкость генотипа и его компенсационную способность отражает показатель средней урожайности сорта (У1 +У2)/2 в контрастных (стрессовых и не стрессовых) условиях [12]. Чем выше степень соответствия между генотипом и факторами окружающей среды (климатическими, эдафическими, биотическими и др.), тем выше величина этого показателя [6]. Высокие значения генетической гибкости отмечены у перспективных линий И-4592, И-4552, что указывает на большую степень соответствия ихгенотипов экологическим факторам точки исследований.
При оценке характеристики адаптивности перспективного сорта (линии) актуален анализ его пластичности по коэффициенту регрессии (Ь,), характеризующему отклик генотипа на изменение условий выращивания, и стабильности по показателю дисперсии (Б,2), отражающей стабильность сорта (линии) в различных условиях среды [13]. Для линий И-4592, И-4600 была характерна специфическая адаптация, их превосходство по урожайности наблюдали только в благоприятных условиях, в неблагоприятные годы оно нивелировалось. Коэффициент регрессии у этих линий был наибольшим положительным в исследованиях (Ь, = 1,15 и 1,10), показатель стабильности - максимальным в первом случае и относительно невысоким во втором. Это позволяет отнести указанные генотипы к линиям интенсивного типа, которые требуют благоприятных условий для формирования высокой урожайности. В условиях стресса (засуха) их урожайность была существенно ниже (на 0,20.0,56 т/га), чем у образцов И-4388, И-4552, переданного на государственное испытание овса Бербер, районированных сортов Аватар, Аргамак и Кречет. Следовательно, по мере увеличения адаптивности сортов и линий к благоприятным погодным условиям, уровень их экологической устойчивости (стрессоустойчивости) снижается. Результаты наших исследований свидетельствуют, что линия И-4952 менее
актуальна для использования в производстве из-за низкой стабильности урожая (Б2 =0,41).
Выделена группа линий средней интенсивности (показатель Ь, близок к 1, а Б2 к 0), адаптивных к разнообразным условиям среды: И-4595, И-4388, И-4346 и Бербер. Они способны формировать стабильную урожайность в меняющихся условиях среды. Сбор зерна овса Бербер был выше стандарта как при засухе (+0,08 т/га), так и в благоприятных условиях (+0,23 т/га).
Распространенные в производстве сорта Аргамак и Кречет отнесены по результатам исследований к полуинтенсивным генотипам, у которых показатель Ь, < 1, а Б2, близок к нулю, овес Аватар, с наиболее низким показателем регрессии (Ь, =0,91), отнесен к сортам с низкой экологической пластичностью. Указанные генотипы слабо реагировали на изменение факторов среды, а при использовании интенсивных технологий не достигали высоких результатов, но в неблагоприятных условиях меньше снижали урожайность, по сравнению с сортами интенсивного типа.
Выводы. По результатам исследований высокая стрессоустойчивость характерна для распространенных в производстве полуинтенсивных сортов овса пленчатого Кречет и Аргамак, которые уступают по урожайности интенсивным сортам в благоприятные годы, но в условиях стресса превосходят их на 0,20...0,24 т/га. Выделены линии И-4592, И-4600 интенсивного типа с урожайностью в благоприятных условиях 8,60 и 8,11 т/га соответственно, а в условиях стресса (засухи 2013 г.) -1,37 т/га. Их экологическая устойчивость (стрессоустойчивость) при повышении адаптивности к благоприятным погодным условиям снижалась. Адаптивные к разнообразным условиям среды линии И-4595, И-4388, И-4346 и Бербер отнесены в группу среднеинтенсивных (показатель Ь, близок к 1, а Б2, к 0). Урожайность переданного на ГСИ овса Бербер была выше, чем у стандарта, при засухе на 0,08 т/га, в благоприятных условиях - на 0,23 т/га, что указывает на целесообразность его использования в производстве.
Литература.
1. Methodology of Breeding Ecologically Resistant Varieties of Oats/G. A. Batalova, S. N. Shevchenko, E. M. Lisitsyn, etc. // Russian Agricultural Sciences. 2018. Vol. 44. No. 1. Pp. 3-6. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.3103/S1068367418010068 (дата обращения: 03.07.2018).
2. Сапега В. А. Урожайность, реализация ее потенциала и адаптивность сортов яровой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 10. С. 49-51.
3. Genetic, environmental and genotype x environment interaction effects on the common bean grain yield and commercial quality / H. S. Pereira, R. C. Alvares, F. C. Silva, etc. // Semina: Ciencias Agrarias, Londrina. 2017. Vol. 38. No. 3. Pp. 1241-1250. DOI: 10.5433/1679-0359.2017v38n3p1241.
4. Admas S., Tesfaye K. Genotype-by-environment interaction and yield stability analysis in sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) genotypes in North Shewa, Ethiopia //Acta Universitatis Sapientiae. Agriculture and Environment. 2017. No. 9. Pp. 82-94. DOI: 10.1515/ausae-2017-0008.
5. Gedif M., Yigzaw D., Tsige G. Genotype-environment interaction and correlation of 625 some stability parameters of total starch yield in potato in Amhara region, Ethiopia//Plant Breed. Crop Sci. 2014. No. 6 (3). Pp. 31-40. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.5897/ JPBCS2013.0426(дата обращения: 01.07.2018).
6. Пакуль В. Н., Мартынова С. В., АндросовД. Е. Оценка адаптивной способности и стабильности ярового ячменя в условиях северной лесостепи Кузнецкой котловины//Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 1. С. 32-34. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10106.
7. Вус Н. О., Кобизева Л. Н., Безугла О. М. Селекц/йна щннють зразюв нуту за посухостйкютю в умовах сх1дного лсостепу Украни // Нау^ доповд НУБП Украгни. 2017. № 4 (68). С. 943-946. D0I:10.2135/cropsci1981.0011183X002100060033x.
8. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1985. Вып. 1. 270 с.
9. Пакудин В. З., Лопатина Л. М. Оценка экологической пластичности и стабильности сортов сельскохозяйственных культур// Сельскохозяйственная биология. 1984. № 4. С. 109-113.
10. Гончаренко А. А. Об адаптивности и экологической устойчивости сортов зерновых культур // Вестник РАСХН. 2005. № 6. С. 49-53.
11. PasandiM., JanmohammadiM., Karimizadeh R. Evaluation of genotypic response ofKabulichickpea (Cicer arietinum L.) cultivars to irrigation regimes in Northwest of Iran //Agriculture (Poinohospodarstvo). 2014. Vol. 60. No. 1. Pp. 22-30. DOI: 10.2478/agri-2014-0003.
12. Des Marais D. L., Hernandez K. M., Juenger T. E. Genotype-by-Environment Interaction and Plasticity: Exploring Genomic Responses of Plants to the Abiotic Environment//Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2013. Vol. 44. Pp. 5-29. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-110512-135806(дата обращения: 01.07.2018).
13. Stability Analysis for Grain Yield and Its Attributing Traits of Rice across Locations / P. Unnati, P. Pathik, M. Lalit, etc.// Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 2017. No. 6(11). Pp. 2102-2111. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.20546/ijcmas.2017.611.248 (дата обращения: 01.07.2018).
PLASTICITY AND STABILITY OF OAT VARIETIES AND LINES UNDER CONDITIONS
OF KIROV REGION
M. V. Tulyakova1, G. A. Batalova2, 3, S. V. Permyakova1, E. M. Lisitsyn2, 3
1Falenskaya breeding station - the branch of the N. V. Rudnitsky Federal Agrarin Scientific Center of the North-East, ul. Timiryazeva, 3, pos. Falenki, 612500, Kirovskaya obl., 612500, Russian Federation
2N. V. Rudnitsky Federal Agrarin Scientific Center of the North-East, 166a, Kirov, 610007, Russian Federation 3Vyatka State Agricultural Academy, prosp. Oktyabr'skii, 133, Kirov, 610017, Russian Federation
Abstract. Parameters of yield capacity obtained in 2013-2017 at an experimental field of Falenskaya breeding station (Kirov region) were used for the evaluation of stress resistance, plasticity (bi), and stability (Si2) of ten varieties, included in the State register of breeding achievements, admitted for usage in the Russian Federation, and of perspective lines of chaffy oat. Agro-climatic conditions during the years of the study differed significantly. High yield capacity at the level of 7.52-8.60 t/ha was formed in 2014, which was the most favourable in warm and moisture supply. The index of environmental conditions had positive value (Ij = 2.37). The negative index (Ij = -3.94) and low yield capacity (1.37-1.93t/ha) were registered in 2013, which was unfavourable for oat growth. Some varieties had high ecological resistance, estimated as the difference between minimal and maximal yield capacity: Krechet (-5.82 t/ha), Avatar (-5.75 t/ha), and Argamak (-5.95 t/ha). High genetic flexibility according to the average yield under contrasting (stressful and non-stressful) conditions was in perspective lines I-4592 (5.00 t/ha) and I-4552 (5.02 t/ha). I-4592 (bi = 1.15) and I-4600 (bi = 1.10) lines of the intensive type formed increased yield capacity of 8.6 and 8.11 t/ha, respectively, in the case of improvement of growing conditions in 2014, in comparison with 1.37 t/ha in 2013. With an increase in varietal and line adaptability to the most favourable weather conditions, the level of their ecological resistance (stress resistance) decreased. It was selected a group of lines with middle intensity (bi was close to 1, Si2 was close to 0), adapted to different environmental conditions, which were able to form stable yield capacity in changing environmental conditions: I-4595, I-4388, I-4346 and Berber variety, transferred to State variety test in 2017. Yield capacity of variety Berber was higher than that of the standard both under drought conditions (by 0.08 t/ha) and under favourable conditions (by 0.23 t/ha), which is indicated the expediency of its use in production. Keywords: oat; variety; line; yield; stress resistance; plasticity; stability.
Author Details: M. V. Tulyakova, senior research fellow, head of laboratory (e-mail: fss.nauka@mail.ru); G. A. Batalova, D. Sc. (Agr.), member of the RAS, deputy director, prof. (e-mail: g.batalova@mail.ru); S. V. Permyakova, junior research fellow; E. M. Lisitsyn, D. Sc. (Biol.), head of division, prof. For citation: Tulyakova M. V., Batalova G. A., Permyakova S. V., Lisitsyn E. M. Plasticity and Stability of Oat Varieties and Lines under Conditions of Kirov Region. Dostizheniya naukiitekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 8. Pp. 54-56 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10814.
