CC BY
120
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10909 УДК 633.115631.52
РОЛЬ СЕЛЕКЦИОННЫХ ИНДЕКСОВ В ОЦЕНКЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
В. А. ВОРОБЬЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник (e-mail: [email protected])
А. В. ВОРОБЬЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Уральский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал Уральского Федерального аграрного научного центра Уральского отделения РАН, ул. Главная, 21, Исток, Екатеринбург, 620061, Российская Федерация
Резюме. Опыты проводили в Красноуфимском селекционном центре в2008-2016гг. с целью изучения селекционных индексов у наиболее распространенных в Волго-Вятском регионе сортов яровой пшеницы и их роли в повышении урожайности. Рассматривали величины следующих индексов: мексиканский (отношение массы зерна с колоса к высоте растения), аттракции (масса зерна с колоса к массе соломы главного стебля), интенсивности (масса стебля к высоте растения), продуктивности колоса (масса зерна с колоса к массе колоса с семенами и мякиной), налива зерна (масса 1000зерен кмассе стебля), от которых зависит ранг сорта от самого высокого (первого) до низкого (седьмого). Материалом служили сорта различных групп спелости Иргина, Ирень, Горноуральская, Екатерина, Красноуфимская 100. Раннеспелый сорт Ирень, среднеранний Екатерина, среднеспелый Красноуфимская 100 были урожайнее стандартов (Иргина, Красноуфимская 90, Стрела) на 9,9...19,0 %. Превышение подтверждают более высокие величины показателей селекционных индексов. В среднем по пяти индексам самые высокие ранги (1,6.2,6) отмечены у Ирени, Екатерины, Красноуфимской 100, низкие (3,8.5,0) - у Горноуральской, Иргины, Красноуфимской 90, Стрелы. Урожайность в большей степени связана с индексами мексиканским, интенсивности и налива зерна (dyx=5,08...65,8 %). Корреляция с индексами аттракции и продуктивности колоса была ниже (dyx=18,8...41,7%). В процессе селекции у новых сортов увеличились индексы, ранги и урожайность, по сравнению с родителями. Ирень (средний ранг 2,6) превышает материнский родитель Иргину (3,8) по сбору зерна на 0,28 т/га, по величине индексов -на 4,8.7,1 %. Екатерина (1,6) имеет преимущество над Иренью (мать) на 0,71 т/га и 3,1...7,0 % соответственно и равноценна по рангу и индексам с Красноуфимской 100 (1,6). Красноуфимская 100 урожайнее отцовского родителя Красноуфимской 90 (4,8) на 0,25 т/га и превышает его по величине четырех индексов на 8,3.21,8 %. Горноуральская (4,2) превышает отцовский родитель Стрелу (5,0) по урожайности на 0,30 т/га, индексам мексиканскому и интенсивности на 11,5.14,3 %.
Ключевые слова: яровая пшеница, селекция, сорт, продуктивность, генетико-физиологические системы, аттракция, индекс, ранг.
Для цитирования: Воробьев В. А., Воробьев А. В. Роль селекционных индексов в оценке продуктивности яровой пшеницы //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 9. С. 37-39. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10909.
Один из способов решения экономических и экологических проблем в сельскохозяйственном производстве -создание и распространение сортов, обладающих высокой адаптивной способностью, стабильностью и устойчивостью к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам внешней среды, способных более полно использовать почвенно-климатические ресурсы региона [1].
В селекционной практике при создании сортов актуален поиск новых подходов, которые позволили бы значительно увеличить урожайность культуры [2]. При этом задачи и методы селекции должны быть максимально адаптированы к почвенно-климатическим особенностям конкретного региона [3]. Традиционные генетические механизмы аналитической и синтетической селекции могут
повысить урожайность в конкретном регионе не более чем на 5.. .10 %. В то же время самый мощный вклад в эколого-генетическое увеличение урожайности до 1000 % может дать эффект взаимодействия «генотип-среда» [4].
В связи с этим, в селекции стали обращать внимание на роль генетико-физиологических систем [5], каждая из которых вносит свой вклад в признаки продуктивности и может быть изучена в виде индексов [6]. При этом в селекционных программах и их результатах практически отсутствуют сведения о роли селекционных индексов при создании новых сортов яровой пшеницы.
Цель исследований - оценка селекционных индексов наиболее распространенных в Волго-Вятском регионе сортов яровой пшеницы и их роли в повышении урожайности.
Условия, материалы и методы. Опыты проводили в Красноуфимском селекционном центре Уральского научно-исследовательского института сельского хозяйства ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН в рамках Государственного задания ФАНО России Программы ФНИ Государственных академий наук подразделу 4.12 по теме № 0772-2014-0008 «Создать новый сорт яровой пшеницы, высокоурожайный, устойчивый к полеганию и основным болезням, с высокими хлебопекарными свойствами зерна».
В период исследований отмечали засушливые (2010, 2012, 2013, 2016 гг. - осадки 60.100 мм, среднесуточная температура воздуха 16.18 °С) и влагообеспеченные (2008, 2009, 2011, 2014, 2015 гг. - осадки 235.448 мм, среднесуточная температура воздуха 14.16 °С) годы.
Материалом для исследования служили включенные в Госреестр селекционных достижений по Волго-Вятскому региону сорта пшеницы различных групп спелости: раннеспелые Иргина (в Госреестре с 1991 г.) и Ирень (в Госреестре с 1988 г.), среднеранние Горноуральская (с 2009 г.), Екатерина (с 2015 г.), среднеспелый Красноуфимская 100 (с 2003 г.) и их родительские формы - сорта Стрела (в Госреестре с 1962 по 2010 гг.) и Красноуфимская 90 (в Госреестре с 1993 по 2010 гг.).
Конкурсное испытание проводили в сравнении со стандартами Иргина, Красноуфимская 90, Стрела. Площадь делянки 19 м2, повторность четырехкратная, норма высева 7 млн всхожих семян на 1 га, рекомендованная для Предуралья доза минеральных удобрений ^0Р60К60 [7], предшественник - горох на зерно.
Почва - характерная для Среднего Урала - серая лесная и темно-серая лесная, рНсол 5,7.7,0, гидролитическая кислотность - 4,13.5,19 мг-экв /100 г почвы, содержание гумуса - 6,7.11,3 % (по Тюрину), легкоги-дролизуемого азота - 86.160 мг/кг/га (по Корнфилду), подвижного калия и фосфора - 119.185 мг/100 г и 290.410 мг/кг (по Кирсанову).
Фенологические наблюдения осуществляли в соответствии с общепринятой методикой [8]. На каждой делянке определяли элементы структуры урожая для последующего изучения селекционных индексов [9]: «мексиканского» - отношение массы зерен в колосе к высоте растения, «интенсивности» - отношение массы стебля к высоте растений, «аттракции» - отношение массы зерна с колоса к массе соломы главного стебля, «продуктивности колоса» - отношение массы зерна с колоса к массе колоса с семенами
и мякиной, а также предложенный нами индекс «налива зерна» - отношение массы 1000 зерен к массе стебля.
Связь урожайности зерна с величиной индексов рассчитывали по коэффициентам корреляции и детерминации [10]. Определяли ранг сортов по каждому индексу от более высокой величины (ранг 1) до более низкой (ранги 2...7). По занимаемому рангу индексов выстраивали линию ранжирования сорта.
Результаты и обсуждение. В среднем за годы исследования каждый вновь созданный и включенный в Госреестр сорт селекции Красноуфимского селекцентра был урожайнее предыдущего в его группе спелости (см. табл.). Сбор зерна сорта Ирень был выше, чем у Иргины, на 0,28 т/га, или 9,9 %. В среднеранней группе спелости Горноуральская превысила стандарт Красноуфимскую 90 незначительно, а Екатерина - существенно - на 0,61 т/ га, или на 19 %. Преимущество Екатерины над Горноуральской составило 16,5 %. Среди сортов среднеспелой группы спелости Красноуфимская 100 была урожайнее Стрелы на 0,48 т/га, или 16,1 %.
Таблица. Урожайность и распределение сортов 2008-2016 гг.)
количества проводящих пучков. В наших исследованиях средняя масса 1 см стебля у сорта Ирень достигала 9,4 мг, что выше, чем у Иргины, на 8,0 %. Преимущество Горноуральской и Екатерины над Красноуфимской 90 составляло 1,6.1,7 мг, или 19,0.20,2 %; Красноуфимской 100 над Стрелой - 1,6 мг, или 18,0 %.
По индексу продуктивность колоса выделились сорта Ирень, Екатерина, Красноуфимская 100, превысившие свои стандарты на 5,7 %, 20,3 % и 6,8 % соответственно. Этот индекс отражает «работу» мякины по перекачке пластических веществ из нее в зерновки. Для селекционера его определение очень затратно и требует много времени, особенно при массовом анализе. Поэтому такой индекс может быть использован в ограниченном объеме исследований и на конечном этапе селекции.
Индекс налива зерна отражает возможность увеличения крупности зерна под влиянием интенсивности процессов перемещения пластических веществ из стебля в зерновку. В конечном итоге это отражается на массе зерна с колоса. Наибольшая его величина отме-
по величине селекционных индексов (среднее за
Урожай- Величина индекса (ранг сорта) Средний
Сорт ность, мексикан- аттрак- интен- продуктив- налива ранг со-
т/га ский ции сивности ности колоса зерна рта
Раннеспелые сорта (64.94 суток)
Иргина (в1) 2,83 0,0055 (4) 0,62 (3) 0,014 (4) 0,70 (3) 45,0 (5) 3,8
Ирень 3,11 0,0058 (3) 0,65 (2) 0,015 (3) 0,74 (3) 47,4 (2) 2,6
Среднеранние сорта (70.99 суток)
Красноуфимская 90 ф.) 3,21 0,0052 (5) 0,60(4) 0,014 (4) 0,64 (7) 45,9 (4) 4,8
Горноуральская 3,28 0,0058 (3) 0,60(4) 0,016 (2) 0,66 (6) 44,7 (6) 4,2
Екатерина 3,82 0,0062 (2) 0,67(1) 0,016 (2) 0,77 (2) 49,6 (1) 1,6
Среднеспелые сорта (73.102 суток)
Стрела ф.) 2,98 0,0052 (5) 0,59(5) 0,014 (4) 0,73 (4) 44,4 (7) 5,0
Красноуфимская 100 3,46 0,0065 (1) 0,65(2) 0,017 (1) 0,78 (1) 46,7 (3) 1,6
НСР05 0,26 0,0003 0,03 0,002 0,03 1,6
Рост урожайности подтверждают величины селекцион-ныхиндексов. По мексиканскомуиндексу Ирень превышала Иргинуна 5,4 %; Горноуральская и Екатерина - Красноуфимскую 90 на 11,5 и 19,2 % соответственно; Красноуфимская 100 превысила Стрелу на 25,0 %. Наибольшую величину этого показателя отмечали у самых урожайных сортов -Екатерина и Красноуфимская 100. По нашему мнению, для улучшения этого индекса следует вести селекционный процесс в направлении увеличения продуктивности колоса путем его лучшей аттрагирующей способности.
Преимущество по индексу аттракции над стандартами у Ирени, Екатерины и Красноуфимской 100 составило 4,8 %, 11,2 % и 10,2 % соответственно. Этот индекс подразумевает оценку способности растений использовать для налива питательные вещества из соломы и листьев в колос.
По величине индекса интенсивности преимущество, по сравнению с соответствующими стандартами, у сорта Ирень составляло 7,1 %, Горноуральская, Екатерина, Красноуфимская 100 - 20,0.21,4 %. Для улучшения этого индекса следует увеличивать массу стебля (или массу 1 см стебля) за счет его толщины и
чена у самого урожайного сорта Екатерина (49,6), что выше, чем у Красноуфимской 90 и Горноуральской, на 8,1 %...11,0 %. Преимущество Ирени и Красноуфимской 100 над своими стандартами составило 5,2.5,3 %.
В среднем по пяти индексам самый высокий средний ранг отмечен у сортов Екатерина и Красноуфимская 100 (см. рисунок). По индексу аттракции Ирень отнесена ко второму рангу, по другим - к третьему. У Горноуральской и Иргины величины индексов изменялись соответственно от второго до шестого и от третьего до шестого рангов. Самые низкие средние оценки
Рисунок. Ранжирование сортов яровой пшеницы по их индексам (среднее за 2008-2016 гг.): М -мексиканский; А - аттракцин; И - интенсивности; П - продуктивности колоса; Н - налива зерна.
рангов отмечены у Красноуфимской 90 и Стрелы при величинах индексов от четвертого до седьмого.
Практический интерес представляет связь селекционных индексов с урожайностью, хотя в некоторых исследованиях на ячменно-пшеничных гибридах тесной и стабильной зависимости между ними в условиях разных лет не обнаружено [10].
В наших исследованиях отмечали среднеположи-тельную связь между урожайностью и изучаемыми индексами: мексиканским (г=0,713), аттракции (г=0,646), продуктивности колоса (г=0,434) и сильноположительную - индексами интенсивности (г=0,739) и налива зерна (г=0,811). Детерминация, более прямой и точный способ выражения зависимости, показала, что урожайность в большей степени (50,8.65,8 %) находилась в связи с индексами мексиканским, интенсивности и налива зерна и в меньшей (на 18,8.41,7 %) - с индексами аттракции и продуктивности колоса.
У новых сортов возросли показатели индексов и средние ранги, по сравнению с их родителями. Ирень превосходила Иргину (мать) и Красноуфимскую 90 (отец) по всем индексам и среднему рангу. У Горноуральской величины этих показателей были выше, чем у Стрелы (отец), Екатерина имела преимущество над Иренью (мать) и такие же значения, как у Красноуфимской 100 (отец). В то же время Красноуфимская 100 превосходила Красноуфимскую 90 (отец) по величинам индексов и рангов.
Выводы. Таким образом, изучение селекционных индексов расширяет информацию о сорте. Положительная
связь индексов с урожайностью, особенно «мексиканского» (r=0,713), «интенсивности» (r=0,739) и «налива зерна» (r=0,811), повышает эффективность селекции на конечном этапе. С помощью оценки одного или нескольких индексов и применения метода ранжирования сортов по их индексам можно выделить наиболее урожайные и исключить из испытания менее продуктивные.
Раннеспелый сорт Ирень, среднеранний Екатерина, среднеспелый Красноуфимская 100 были урожайнее стандартов (Иргина, Красноуфимская 90, Стрела) на 9,9.19,0 %. Превышение подтверждается более высокими показателями селекционных индексов. В среднем по пяти индексам самые высокие ранги (1,6.2,6) отмечены у Ирени, Екатерины, Красноуфимской 100, низкие (3,8.5,0) - у Горноуральской, Иргины, Красноуфимской 90, Стрелы.
В процессе селекции у новых сортов увеличились индексы, ранги и урожайность, по сравнению с родителями. Ирень (средний ранг 2,6) превышает материнский родитель Иргину (3,8) по урожайности на 0,28 т/га и по величине индексов на 4,8.7,1 %. Екатерина (1,6) имеет преимущество над Иренью (мать) соответственно на 0,71 т/га и 3,1... 7,0 % и равноценна по рангу и индексам с Красноуфимской 100 (1,6). Красноуфимская 100 урожайнее отцовского родителя Красноуфимской 90 (4,8) на 0,25 т/га и превышает его по величине четырех индексов на 8,3.21,8 %. Горноуральская (4,2) превышает отцовский родитель Стрелу (5,0) по урожайности на 0,30 т/га, по индексам мексиканскому и интенсивности - на 11,5.14,3 %.
Литература.
1. Жученко А. А. Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория и практика): монография. М: «Агрорус», 2004. 1109 с..
2. Шумный В. К., Салина Е. А. Улучшение пшеницы - актуальная задача генетиков и селекционеров// Вавиловский журнал генетики и селекции. Генетические ресурсы пшеницы. 2012. Т. 16 № 1. С. 8.
3. Рыбась И. А. Повышение адаптивности в селекции зерновых культур // Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51. № 5. С. 617-626.
4. Драгавцев В. А. Какие технологии селекции растений на повышение урожая - транегеноз или управление взаимодействием «генотип-среда» будут доминировать в будущем?//Труды конференции: Трансгенные растения. Технологии создания. М.: ФГБУНИФР им. Тимирязева, 2016. С. 47-50.
5. Михайленко И. М., Драгавцев В. А. Основные принципы математического моделирования системы «генотип-среда»//Сельскохозяйственная биология. 2010. № 3. С. 31-34.
6. Новые подходы кэкспрессной оценке генотипической и генетической (адаптивной) дисперсий свойств продуктивности растений / В. А. Драгавцев, Г. А. Макарова, А. А. Кочетов и др. // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012. Т. 16. № 2. С. 427-436.
7. Косолапова А. И., Попова С. И. Экологические вопросы устойчивости агроэкосистемы в Предуралье. Пермь: Издательско-полиграфический комплекс «ОТ и ДО», 2012.231 с.
8. Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып.2. М.: Сельхозиздат, 1963. 304 с.
9. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта, 5-е изд., переработанное и дополненное. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
10. Кочерина Н. В., Драгавцев В. А. Введение в теорию эколого-генетической организации полигенных признаков растений и теорию селекционных индексов. Санкт-Петербург: СЦДБ: «Дон Боско», 2008. 86 с.
ROLE OF SELECTION INDICES IN EVALUATION OF SPRING WHEAT PRODUCTIVITY
V. A. Vorob'ev, A. V. Vorob'ev
Ural Agricultural Research Institute - the branch of the Ural Federal Agrarian Scientific Center of the Ural branch of the RAS, ul. Glavnaya, 21, Istok, Ekaterinburg, 620061, Russian Federation
Abstract. Field experiments were carried out in Krasnoufimsk Breeding Center in 2008-2016 in order to study selection indices ofthe most widespread varieties of spring wheat in the Volga-Vyatka region and their role in the growth of yield. The values of the following indices were examined: the Mexican index (the ratio of grain weight per ear to stem height), the index of attraction (the ratio of grain weight per ear to the weight of straw of the main stem), the index of intensity (the ratio of stem weight to its height), the index of ear productivity (the ratio of grain weight per ear to the weight of the ear with seeds and glume), the index of grain filling (the ratio of1000 grain weight to the stem weight). A variety rank from the highest (the first) to the lowest (the seventh) depends on these indices. The material was varieties from different ripeness groups: Irgina, Iren', Gornoural'skaya, Ekaterina, Krasnoufimskaya 100. The early maturing variety 'Iren', middle-early variety'Ekaterina' and mid-season variety 'Krasnoufimskaya 100' were more productive than standards (Irgina, Krasnoufimskaya 90, Strela) by 9.9-19.0%. The excess was confirmed by higher values of selection indices. On average over five indices, the highest ranks (1.6-2.6) were registered in varieties Iren', Ekaterina, Krasnoufimskaya100, low ranks (3.8-5.0) were in varieties Gornoural'skaya, Irgina, Krasnoufimskaya 90, Strela. The yield is more closely related to the Mexican index and the indices of intensity and grain filling (dyx=50.8-65.8%) than the indices of attraction and ear productivity (dyx = 18.8-41.7%). In breeding process values of indices, grade of ranks and yield increased in the new varieties in comparison with their parents. Iren' (the rank is 2.6) exceeds maternal variety Irgina (the rank is 3.8) by 0.28 t/ha and by 4.8-7.1% in the value of indices. Ekaterina (the rank is 1.6) leads over Iren' (maternal plant) in productivity by 0.71 t/ha, in quantity indices - from 3.1 to 7.0%, and it is equivalent in rank and indices to Krasnoufimskaya100 (the rank is1.6). Krasnoufimskaya100 is more productive than the paternal varietyKrasnoufimskaya 90 (the rank is 4.8) by 0.25 t/ha and exceeds it in the value of four indices by 8.3-21.8%. Gornoural'skaya (the rank is 4.2) exceeds the paternal variety Strela (the rank is 5.0) in productivity by 0.30 t/ha, in the Mexican index and that of intensity by 11.5-14.3%. Keywords: spring wheat; breeding; variety; productivity; genetic-physiological systems; attraction; index; rank.
Author Details: V. A. Vorob'ev, Cand. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: [email protected]); A. V. Vorob'ev, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow.
For citation: Vorob'ev V. A., Vorob'ev A. V. Role of Selection Indices in Evaluation of Spring Wheat Productivity. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 9. Pp. 37-39 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10909.
