CC BY
53
УДК 633.112.1 «321»
Результаты селекции яровой твердой пшеницы на адаптивность
Н.С. Васильчук, член-корр. РАСХН (НИИСХЮго-Востока)
В связи с селекцией яровой твердой пшеницы на адаптивность проанализированы тенденции изменения климатических условий в Юго-восточной части РФ с 1912 г. по настоящее время. Показано, что в период вегетации этой культуры шло постепенное усиление засушливости климата. Показан вклад селекции в увеличении урожайности новых сортов яровой твердой пшеницы. Это достижение связано, как с созданием скороспелых сортов, способных «уходить» от весенне-летних засух, так и толерантных сортов, способных выдерживать воздействие стрессоров. Приведены данные по сортам нового поколения яровой твердой пшеницы с высоким адаптивным потенциалом, созданным в ГНУ НИИСХ Юго-Востока в последние годы: Саратовской золотистой, Валентине, Людмиле, Ник, Елизаветинской и Золотой волне.
Зона юго-восточной части России относится к наиболее засушливым земледельческим районам мира, где большая часть сельскохозяйственных культур в таких условиях возделывается на богаре. Эти условия не позволяют стабильно получать богатый урожай, но создают естественный фон для оценки отбора генотипов, отличающихся очень высокой засухоустойчивостью и способностью стабильно формировать зерно высокого качества.
Анализ наблюдений за ходом важнейших метеорологических факторов в условиях Саратова, где с 1911 г. была начата селекция яровой пшеницы, свидетельствует о том, что, несмотря на значительные колебания температуры и количества осадков
350
по годам, наблюдается явная тенденция к потеплению климата и увеличению годовой суммы осадков.
Более детальный их анализ показывает, что увеличение суммы осадков произошло в осенне-зимний период. Что же касается периода вегетации ранних зерновых культур, к которым, несомненно, относится и яровая твердая пшеница, то в этот период мы наблюдаем явный тренд в сторону еще большей засушливости климата: среднесезонная температура воздуха за 95 лет повысилась с 18,1 до 19,7 оС, т. е. на 1,6 оС, а сумма осадков снизилась со 150 до 125 мм, или на 25 мм (рис.1 — 2).
<м ел
чо ел
о <м ел
<м ел
оо <м ел
<м со ел
чо со ел
о ел
ел
оо ел
<м чо ел ел
о чо ел
чо ел
оо чо ел
<м г--ел
чо г--ел
о оо ел
оо ел
оо оо ел
<м ел ел
чо ел ел
о о о <м
о о <м
Годы
Рисунок 1 - Динамика суммы осадков за май-июль в Саратове.
<м чо о оо <м чо о оо <м чо о оо <м чо о оо <м чо о
<м <м <м сл сл чо чо чо г- г- оо оо оо ел ел о о
ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел ел о о
<м <м
Годы
Рисунок 2 - Динамика температуры воздуха в Саратове (средняя за май-июль).
Характер этих изменений дает основание полагать, что и в будущем эта тенденция сохранится, а вероятность повторения всех типов засух, в том числе и жестоких, может возрасти.
Как правило, к моменту колошения яровой пшеницы запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы снижаются до 40 мм и ниже, усиливается дефицит влажности воздуха, который в это время достигает более 20 мб, что свидетельствует о наличии сочетания атмосферной и почвенной засух.
таким образом, совершенно очевидно, что засухи разных типов в зоне Поволжья, как и для всех юго-восточных районов европейской части России, были и будут закономерным явлением.
В системе адаптивного растениеводства, ориентированной на устойчивый рост урожайности, ре-сурсоэнергоэкономичности и природоохранности, в таких жестких условиях ведущая роль принадлежит селекции. П.Н. Константинов еще в 1923 г. отмечал: «Среди мер борьбы с засухами, наряду с организацией севооборотов и общим подъемом техники земледелия, селекция растений должна занимать одно из видных мест». По оценкам разных исследователей вклад селекции в рост урожайности составляет от 30 до 70% [5, 2, 1].
Благодаря тому, что в основном конкурсном испытании на одних и тех же полях селекционного севооборота НИИСХ Юго-Востока до сих пор изучается первый сорт яровой твердой пшеницы Гор-деиформе 432, созданный А.П. Шехурдиным, нам удалось оценить вклад селекции в общий рост урожайности этой культуры в условиях Саратова.
С 1920 г. общая прибавка в урожайности твердой пшеницы, как видно из таблицы 1, составила 1,19 т/га, из которой 0,74 т/га, или 62 % - за счет улучшения культуры земледелия и 0,45 т/га, или 38 % - за счет селекции. ежегодный прирост урожайности этой культуры за счет вклада только селекции составил 0,50 %.
Таблица 1 - Вклад селекции в рост урожайности яровой твердой пшеницы в условиях Саратова
Годы испытания Сорт Средняя урожайность зерна, т/га Прибавка
т/га за счет, %:
агротехники селекции
19201929 Гордеиформе 432 0,87 0 0 0
19962005 Гордеиформе 432 1,61 0,74 62 0
19962005 Новые сорта 2,06 1,19 - 38
Не исключено, что при сохранении тенденции изменения климата в сторону еще большей его засушливости вклад селекции в рост урожайности, несмотря на сильные колебания ее уровня по годам, может еще больше увеличиться (табл. 2, рис. 3).
Перед селекционером постоянно стоит задача сочетать трудно сочетаемые признаки — устойчивость и продуктивность, с одной стороны, продуктивность и качество зерна — с другой.
4,5 4,0 3,5
л 3,0 £ 2,5
* 2,0 К о а
^ 1,5
1,0
Горд.432 ■Новые сорта ■ Линейный (Новые сорта) ■Линейный (Горд.432)
0,5
0,0
О^ООГ^ЮО^ООГ^ЮО^ООГ^ЮО^ООГ^Ю
о ^
о о
о о
<м <м
Годы селекции
Рисунок 3 - Тренды урожайности первого сорта Гордеиформе 432 и 10 новых сортов в процессе яровой твердой пшеницы в Саратове
Мы также понимаем, что практически невозможно создать идеальный сорт, поскольку каждое селекционное достижение — есть временное достижение не только компромисса между продуктивностью и устойчивостью, но и между требованиями к сорту природных условий и человека, которые чаще всего на конкретном историческом этапе не совпадают. Поэтому и задачу эту мы обычно решаем поэтапно.
Например, в 70-тых - начале 80-тых годов в Поволжье остро стояла проблема производства и заготовок классной твердой пшеницы. Это было связано с тем, что основные площади в то время занимал сорт Харьковская 46, который отличался высокой пластичностью, но, к сожалению, не обладал способностью стабильно по годам формировать высокое качество клейковины.
Мы не смогли сразу создать сорт, сочетающий высокое качество зерна с продуктивностью. В 1989 г. нами был создан и внесен в государственный реестр сорт Саратовская 57, по качеству клейковины и устойчивости к пыльной головне значительно превосходящий Харьковскую 46, но по урожайности он остался на уровне Харьковской 46. Затем, для более эффективного использования орошения нами был предложен сорт Саратовская 59, по качеству клейковины одинаковый с Саратовской 57, и значительно превосходящий ее и Харьковскую 46 по устойчивости к полеганию и урожайности. Но он, как и Харьковская 46, поражался пыльной головней. Далее, для повышения конкурентоспособности на мировом рынке нами был создан и предложен производству сорт Саратовская золотистая, сочетающий и продуктивность, и качество клейковины, и высокое содержание каротиноидов. Но на этом этапе, устойчивость к полеганию и пыльной головне осталась на уровне Харьковской 46, но чуть ниже Саратовской 57. На следующем этапе, предложив сорт Людмила, мы решили проблему сочетания крупности зерна с натурой. Показатель же индекса желтизны крупки и готовых макаронных изделий хотя и остался на уровне Харьковской 46, но ниже, чем у Саратовской золотистой. У сорта Валентина удалось еще больше повысить массу 1000 зерен, сохранив хороший показатель натуры. Таким образом, благодаря методу сложной ступенчатой гибридизации мы можем постепенно решать, постоянно возникающие проблемы, связанные со стабильным производством качественного зерна твердой пшеницы. Селекционеры должны быть реалистами и всегда помнить, что при улучшении одних признаков, мы неизбежно ухудшаем или, в лучшем случае, сохраняем на уровне предыдущих сортов другие. При этом важно не допустить их ухудшение до такой степени, чтобы они могли стать лимитирующими признаками как с точки зрения адаптивности сорта в местных условиях, так и с точки зрения требований человека на конкретном историческом этапе.
тем не менее, несмотря на изменение климата в сторону еще большей засушливости в период вегетации яровой твердой пшеницы, саратовским селекционерам удалось создать уникальные сорта, способные даже в условиях жестоких засух давать повышенную урожайность по отношению к первому сорту Гордеиформе 432 (табл. 2).
Оценка экологической пластичности по методу Эберхарта-Рассела показала более высокий уровень
пластичности у новых сортов Саратовская 59 (Ь = 1,14), Людмила (Ь = 1,03), Валентина (Ь = 1,16) и Ник (Ь = 1,05), чем у Гордеиформе 432 (Ь = 0,86).
как известно, это могло быть достигнуто двумя основными путями: созданием скороспелых сортов, способных «уходить» от характерных здесь весенне-летних засух, и выведением толерантных сортов, способных за счет своих морфофизиологических особенностей выдерживать воздействие внешних факторов, вызывающих стресс у растений.
Таблица 2 - Урожай зерна сортов яровой твердой пшеницы в сухие (1995, 1998, 1999, 2002) и благоприятные (1993, 1997, 2000, 2003) годы по сравне-_нию со стандартом Гордеиформе 432_
Сорта Сухие Благоприятные
т/га % т/га %
Гордеиформе 432 81 0,85 100 2,10 100
Саратовская 57 0,90 106 2,21 105
Саратовская 59 0,95 112 2,40 115
Саратовская золотистая 1,10 129 2,43 116
Людмила 1,01 119 2,58 123
Валентина 1,10 129 3,04 145
Ник 1,20 141 2,86 136
Елизаветинская 1,19 140 2,84 135
Золотая волна 1,40 164 2,94 140
Среднее 1,07 130 2,60 126
Однако, как показывает опыт, селекция на эти признаки имеет свои ограничения и сопряжена с большими трудностями. Во-первых, твердая пшеница, как с.-х. культура, — очень требовательная к условиям возделывания и, как вид, очень трудно поддается селекционному улучшению; во-вторых, практически невозможно создать универсальный по засухоустойчивости сорт пшеницы для всех зон, которых только в Саратовской области — 7 (от полупустыни на юго-востоке до лесостепи на северо-западе); в-третьих, ультраскороспелость и гипертрофированные признаки ксероморфизма, обеспечивающих засухоустойчивость растений, неизбежно снижают продуктивность сорта [4].
При отборе на адаптивность в полевых условиях очень важно знать особенности роста и развития растений твердой пшеницы, помогающие растению не просто выжить в условиях засухи, но и дать урожай полноценного зерна (табл. 1). Зная эти особенности, мы уже в фазу
молочно-восковой спелости визуально проводим оценку (по 5-бальной шкале) и отбор ценных генотипов по общему развитию растений. Это особенно важно проводить на ранних этапах селекции — в питомниках первого и второго года, выращиваемых без повторений.
Особое внимание следует обращать на уровень депрессии ростовых функций растений под влиянием стресса. При этом важно отметить, что в засушливые годы высота растений хотя и сокращается резко у всех сортов, но благодаря повышенной адаптивности у новых сортов она снизилась все же меньше по от-
ношению к стандарту Гордеиформе 432 (табл.). Данные визуальной оценки состояния растений тесно коррелируют с данными по урожайности, особенно в сухие годы: 1995 — г = 0,61**, 1996 — г = 0,50**, 1997 — г = 0,55**, 1998 — г = 0,75**.
Более детальный анализ урожайности твердой пшеницы методом В. А. Ильина (1975) показывает, что ее увеличение в процессе селекции у новых сортов по сравнению с Гордеиформе 432 шло как за счет увеличения массы 1000 зерен, так и за счет озерненности единицы площади посева (табл. 2).
Однако в каждый конкретный год общая прибавка в урожае зерна у разных сортов складывалась по-разному. Во влажном 1993 г. она у всех сортов, кроме Саратовской золотистой, была как за счет массы 1000 зерен, так и за счет озерненности, а у Саратовской золотистой — исключительно за счет массы 1000 зерен. Во влажном 1994 г. — у всех сортов за счет озерненности, и только у Саратовской 59
— за счет массы 1000 зерен. В сухом 1995 г. — у все сортов исключительно за счет озерненности, а у Валентины — только за счет массы 1000 зерен. В среднем по погодным условиям 1996 г. — у всех сортов исключительно за счет массы 1000 зерен, а Валентины и Ник — как за счет массы 1000 зерен, так и за счет озерненности. В очень благоприятном 1997 г. прибавка в урожае зерна по отношению к Гордеиформе 432 у всех сортов была исключительно за счет массы 1000 зерен, даже в ущерб озерненности. В очень засушливом в течение всего периода вегетации пшеницы 1998 г. — у всех сортов она была за счет озерненности единицы площади посева, а у Саратовской 59, Саратовской золотистой и Валентины — как за счет озерненности, так и массы 1000 зерен. Повышенная озерненность единицы площади посева во всех случаях обеспечивалась главным образом не за счет повышенной озерненности колоса, а за счет лучшей кустистости и выживаемости растений к моменту уборки.
Как видим, из табл. 3, в процессе селекции твердой пшеницы в Саратове хотя и несколько увеличилась продуктивность колоса, но это произошло в основном за счет укрупнения зерна. Повышенное число колосков характерно для сортов Саратовская 57, Ник и Людмила, но у них снижена озерненность колоска.
Следует также отметить, что у всех сортов, за исключением Саратовской 57, достоверно уменьшилась плотность колоса — с 24,3 колосков на 10 см длины колосового стержня у Гордеиформе 432 до 22,9 — у Саратовской 59, 22,4 — у Людмилы, 22,2 — у Ник, 21,7
— Валентины и 20,7 — у Саратовской золотистой.
Общая продолжительность вегетационного периода в засушливых условиях юго-востока мало зависит от генетически обусловленных особенностей того или иного сорта. В связи с тем, что засухи во второй половине вегетации как бы «урезают» этот период, правильнее было бы говорить не о вегетационном периоде, а о периоде вегетации сорта. В благоприятные во второй половине вегетации пшеницы годы, действительно, можно с высокой степенью точности выявить генетически обусловленные различия по продолжительности вегетационного периода, но эти годы не типичны.
Скороспелость сорта мы обычно оцениваем по продолжительности периода посев-колошение или всходы-колошение. У всех новых сортов яровой твердой пшеницы саратовской селекции на 2...4 суток сократился период всходы-колошение по сравнению с Гордеиформе 432. Отбору скороспелых генотипов, по нашему мнению, способствовала частая повторяемость нарастающих весенне-летних засух.
Таким образом, анализируя результаты селекции на адаптивность, мы приходим к выводу, что в засушливых условиях положительных результатов в этом направлении трудно достичь путем кардинального изменения габитуса растений, особенно у сортов твердой пшеницы. Наиболее перспективным, на наш взгляд, является создание сортов, способных к концу вегетации сохранить большее число продуктивных побегов на единице площади посева или за счет лучшей выживаемости растений и, или за счет синхронного развития и лучшей сохранности появившихся первых боковых побегов. По крайней мере, у сорта Харьковская 46 мы часто наблюдаем явление, когда выживает и дает продуктивный колос даже побег, появившийся из узла колеоптильного листа. Здесь уместно отметить, что в благоприятных условиях сорта твердой пшеницы обладают чрезвычайно высокой способностью к кущению [7]. Для более полной реализации этих возможностей у твердой пшеницы необходима и разработка более совершенных технологий выращивания твердой пшеницы.
Неслучайно, анализ родословных показывает, что при создании почти всех новых сортов, созданных в Институте, в промежуточных циклах скрещиваний участвовали географически отдаленные формы. В свою очередь, в родословной этих форм участвовали линии, созданные от межвидовых скрещиваний с участием форм Tr. dicoccum, обладающими очень высокой способностью к кущению. кстати сказать, в создании устойчивых к стеблевой ржавчине североамериканских сортов также принимали участие линии, созданные с участием Tr. dicoccum. Правда, эти сорта, особенно созданные до 1979 г., не отличались высоким качеством клейковины [1].
Литература
1. Васильчук Н.С. Селекция яровой твердой пшеницы.— Саратов, 2001.— 124 с.
2. Жученко А.А. Адаптивное растениеводство.— Кишинев, 1990.— 431 с.
3. Ильин В. А. О методах определения структуры урожая проса // Селекция и семеноводство. - 1975
4. Ильина Л.Г. Селекция полевых культур на Юго-Востоке // Науч. тр./ НИИСХ Юго-Востока.— 1970.— вып. 27.— С. 5—126.
5. Ильина Л.Г., Васильчук Н.С. Рост культуры земледелия и селекция яровой пшеницы // Перспективные технологии воздел. зерн. и корм. культур в условиях интенсивного земледелия Сарат. обл. — Саратов, 1979. — С. 18—26.
6. Константинов П.Н. К борьбе с засухами в Поволжье. По данным работ краснокутской сельскохозяйственной станции и некоторых других юго-восточных станций. - Покровск, 1923. - 72 с.
7. Vassiltchouk N.S., Frohberg R. Drought tolerance // Annual Wheat Newsletter / Colorado State University, USA — Colorado, 1985. — V.31. — P. 172—173.
