Создание адаптивных сортов яровой пшеницы для условий сухостепных зон Казахстана Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Создание адаптивных сортов яровой пшеницы для условий сухостепных зон Казахстана

В.И. Цыганков, к.с.-х.н., ТОО «Актюбинская с.-х. опытная станция» АО «КазАгроИнновация»

Зерновой пояс Республики Казахстан имеет большую протяженность с запада на восток и с севера на юг, что создаёт возможность получать удовлетворительные валовые сборы зерна в любые годы, благодаря взаимной подстраховке регионов. Географическое положение административных областей Западного и Центрального Казахстана (ЗКО, Актюбинская, Карагандинская области), расположенных, главным образом, в сухостепных зонах страны, формируют условия рискованного земледелия, когда засуха проявляется в 30—40% случаев при резких колебаниях гидротермических условий вегетации по годам и среднегодовой сумме осадков 200—300 мм. Угнетающее действие засухи происходит из-за

несоответствия потребности растения во влаге и поступления её из почвы. Степень этого несоответствия отражает напряжённость засухи, вплоть до экстремальной. Так, по данным метеопоста Актюбинской СХОС, за последнее десятилетие величина гидротермического коэффициента первой половины вегетации яровой пшеницы колебалась от 0,01 (2010 г.) до 0,77—1,26 мм/град. (2001, 2003 гг.); второй — от 0,05—0,06 (2002, 2008-2010 гг.) до 0,40-0,64 мм/град. (2003-2004, 2007 гг.).

Исследования, проведённые в различных регионах России и Казахстана, показали, что по мере повышения потенциальной продуктивности увеличивается разрыв между минимальной и максимальной урожайностью и усиливается экологическая зависимость создаваемых сортов [1-3]. Возделывание новых селекционных

сортов пшеницы достоверно эффективнее, чем старых или устаревших. Однако потенциал новых сортов реализуется лишь на 50-60%. Проблема заключается в адаптивности создаваемых сортов, их способности обеспечивать высокую и устойчивую продуктивность в различных условиях районирования [4].

Объектами наших многолетних исследований (1990-2010 гг.) служили сорта, линии, образцы яровой мягкой и твёрдой пшеницы на фоне полномасштабного селекционного процесса, осуществляемого в отделе селекции и первичного семеноводства Актюбинской СХОС с ежегодным объёмом питомников более 20000 номеров. Все питомники располагались в селекционносеменоводческом севообороте по чистому пару. Почва - каштановая, тёмно-каштановая от среднесуглинистой до супесчаной с содержанием гумуса в слое 0-20 см 2,2%, в слое 20-40 см -1,8%. Полевые наблюдения, оценки, учёты проводились по методикам ВИР (Ленинград, 1985) и ГКСИСК МСХ РК (Алматы, 2002).

При оценке сортимента яровой пшеницы с помощью морфофизиологических и фотосинте-тических тестов использовали методики учёных НИИСХ Юго-Востока [5], а также собственные оригинальные методики [6]. Широкое экологическое испытание перспективного селекционного материала проводили в рамках регионального и международного сотрудничества (КазахстаноСибирский питомник, «Степная Экада» и др.) по единой схеме и методике [7]. Использование

на фоне селекционного процесса принципов и методов челночной селекции (Казахстан ^ Таджикистан, Казахстан ^ ^rkey, Казахстан/ Россия ^ Меxico, Казахстан/Россия ^ Кеnya) осуществлялось под эгидой международного центра CIMMYT-Mexico [8].

Полный цикл селекционного процесса, проводимый Актюбинской СХОС, обеспечивает создание агроэкологически адресных сортов яровой пшеницы, что является важнейшей задачей селекции. Формирование и расширение генофонда культуры в Актюбинской СХОС осуществляется не только за счёт собственного селекционного процесса, но и благодаря привлечению новой гермоплазмы в рамках многочисленных творческих связей на дву- и многосторонней основе с НИУ РК, стран СНГ и дальнего зарубежья (всего — более 40).

В Актюбинской СХОС на протяжении последних 10 лет (2001—2010) проведено экологическое испытание современных сортов яровой мягкой пшеницы, относящихся к различным агроэкотипам: Западно-Казахстанскому, СевероКазахстанскому, Западно-Сибирскому, степному Волжскому. Исследования показали, что сорта местного экотипа более стабильно формируют урожай зерна в благоприятные и засушливые годы. Урожай сортов мягкой пшеницы местного экотипа в сухие годы составляет 50—60% от урожая в благоприятные годы. Сорта инорайонной селекции в сухие годы формируют урожай зерна в пределах 24—43% от урожая, полученного во

1. Реакция сортов мягкой пшеницы различных экотипов на изменение влагообеспеченности в условиях Западного Казахстана (Актюбинская СХОС)

Урожай, ц/га Соотношение Масса 1000 зёрен, г Снижение массы 1000 зёрен в сухие годы, г

Сорта влажные годы сухие годы уровня урожайности в сухие годы к влажным, % влажные годы сухие годы

Северо-Казахстанский и Западно-Сибирский экотипы (сорта селекции НПЦЗХ им. Бараева, Павлодарского НИИСХ, Сибирского НИИСХ,

НПФ «Фитон», Омского ГАУ, Сибирского НИИРиС, Курганского НИИСХ)

Целинная юбилейная 17,8 6,5 36,5 32,9 24,7 8,2

Павлодарская 93 15,0 5,5 36,6 32,8 25,6 7,2

Омская 35 18,4 5,7 30,9 33,6 28,0 5,6

Омская 33 15,1 6,5 43,0 32,6 24,0 8,4

Любава 15,4 5,7 37,0 32,4 25,1 7,3

Нива 17,5 4,6 26,2 30,9 27,4 3,5

Новосибирская 67 16,9 5,3 31,4 31,5 25,3 6,2

Новосибирская 29 17,8 4,5 25,3 33,7 25,4 7,2

Терция 16,9 4,2 24,8 31,3 24,0 7,3

Западно-Казахстанский и степной Волжский экотипы (сорта селекции Актюбинской и Уральской СХОС, НИИСХ Юго-Востока, Самарского НИИСХ)

Саратовская 42 18,4 9,4 51,1 31,7 27,6 4,1

Актюбе 39 20,5 11,2 54,6 33,4 29,5 3,9

Степная 2 22,3 11,5 51,5 34,1 32,5 1,6

Степная 50 23,8 12,5 52,5 33,0 28,3 4,7

Степная 60 24,1 13,0 53,9 32,8 29,0 3,8

Степная 62 19,8 12,4 62,6 31,9 27,4 4,5

Асар (Актобе-Саратов) 22,0 10,9 49,5 33,5 29,7 3,8

Саратовская 70 21,5 10,1 46,9 32,3 29,6 2,7

Волгоуральская 18,5 8,6 46,5 30,8 26,5 4,3

влажные годы. В засушливые годы наибольшее снижение массы 1000 зёрен проявляется у сортов с продолжительным периодом колошения-созревания на 4-8 г; у сортов местного происхождения - на 2-4 г (табл. 1).

Важную роль в выборе стратегии и тактики селекционной работы с яровой пшеницей в Западном Казахстане имеют разработанные параметры и критерии моделей (идеатипов) будущих сортов. Разработка основных требований к моделям сортов яровой мягкой и твёрдой пшеницы для Западного Казахстана была осуществлена в результате многолетних исследований Актюбинской СХОС, анализа данных ГСУ и республиканской лаборатории ГКСИСК, результатов широкого экологического испытания перспективных сортов и линий по регионам РК и РФ (АСХОС - НИИСХ Ю.-В.; АСХОС - Московский НИИСХ; питомник «Степная Экада» - 4 НИУ по географическому вектору Самара-Уральск-Актобе-Шалкар; Казахстано-Сибирский питомник (КАСИБ) -15-17 НИУ из всех регионов РК, а также Южного Урала, Западной Сибири, Алтайского края РФ), проведения производственных опытов в семеноводческих и товарных хозяйствах, а также на основе ретроспективного анализа селекционного прогресса по культуре яровой пшеницы в регионе за период 1960-2010 гг. Параметры моделей по мере накопления экспериментальных данных постоянно дополняются и совершенствуются. В настоящее время перечень таких параметров для условий Западного Казахстана включает 35-40 наименований признаков (табл. 2).

Исследования показали, что для создания сортов яровой пшеницы, обладающих высокой засухоустойчивостью и жаростойкостью, в селекционный процесс необходимо привлекать формы степной волжской, степной восточной, среднеазиатской богарной, андийской экологических групп с преобладающим отбором среднеранних и среднеспелых форм, которые гарантируют повышенную продуктивность в благоприятные и засушливые годы в сравнении со скороспелыми и позднеспелыми. При оценке линий в селекционных питомниках особое внимание уделяется продолжительности периода всхо-дов-колошения, как менее зависимому от условий среды количественному признаку. В Западном Казахстане коэффициент корреляции урожайности с продолжительностью периода всходов-колошения отрицательный: г = -0,321+0,021; а с продолжительностью периода колошение-созревание (полная спелость) - положительный: г = 0,252+0,013. Переход от отрицательной корреляции в первой половине вегетации к положительной во второй объясняется тем, что засухоустойчивые сорта быстрее завершают вегетационный период, что

приводит к сокращению времени для налива зерна.

Оптимальная высота растений мягкой пшеницы 70-75 см, твёрдой - 75-85 см. Сорта и линии, обладающие повышенной кустистостью, имеют продуктивность ниже, чем формы со средней кустистостью, особенно на фоне засухи. Не обнаружено коррелятивной связи между площадью листьев растения и продуктивностью колоса, что свидетельствует о малой вероятности отбора в этом направлении. Наиболее тесной связью с урожайностью обладает масса зерна с колоса (г = 0,81***+0,02). Для условий Западного Казахстана приспособленными являются формы с высокой продуктивностью колоса и небольшим фотосинтетическим аппаратом. В исследованиях подтвердилась связь стекловидности зерна с выходом муки (г = 0,89**+0,03). Не выявлено связи между количеством белка в зерне и массой 1000 зёрен (г = 0,050+0,037).

В исследованиях установлена высокая корреляционная зависимость между корнеобеспе-ченностью и продуктивностью: от 0,70**±0,19 до 0,96***+0,04. В селекционном процессе Актю-бинской СХОС используется метод косвенной оценки степени развития корневой системы, заключающийся в учёте способности растений яровой пшеницы восстанавливать структурные элементы продуктивности после скашивания её надземной массы. У более засухоустойчивых со-ртолиний отрастание надземной массы и восстановление продуктивности идёт быстрее и полнее. Этот показатель коррелирует с количественными признаками развития корневой системы и продуктивностью растений, что подтвердилось при прямом наблюдении за динамикой развития вторичной корневой системы (отбор монолитов). Так, в 2008-2009 гг. среди сортимента мягкой пшеницы различного происхождения на 20-е сутки после начала отрастания по числу и глубине проникновения узловых корней лидировали сорта селекции АСХОС Актюбе 39 и Степная 2: 19,2 и 15,6 корней; 17,8 и 18,0 см соответственно.

Впервые в селекционной практике Казахстана внедрён экспресс-метод определения жаростойкости пшеницы с использованием тургоромера. С его помощью об устойчивости генотипов к полуденной жаре судят по толщине листа до (Т;) и после (Т2) воздействия стрессового фактора (засухи). Наблюдения показали, что стабильной толщиной листовой пластинки отличаются сорта мягкой пшеницы отечественной селекции (Актюбе 39, Степная 2, 50, 60), у которых разница Т;-Т2 не превышает 40-50 мкм. Сортам инорайонного происхождения свойственен более широкий размах этого показателя по срокам посева - 60-75 мкм. Коэффициент стабильности признака (К = Т;/Т2), характеризующий степень

2. Разработанные параметры моделей (идеатипов) сортов яровой пшеницы для условий Западного Казахстана

Наименование признаков Состояние признаков

у сортов мягкой пшеницы у сортов твёрдой пшеницы

районированных: Саратовская 42, 55 селекции АСХОС: Актюбе 39, Степная 2, 50, Степная 60 согласно требованиям научно обоснованной модели районированного: Оренбургская 10 селекции АСХОС: Каргала 9, 69, Каргала 70 согласно требованиям научно обоснованной модели

Потенциальная урожайность, ц/га 14-18 18-20 20-25 12-15 15-20 20-25

Содержание белка, не менее % 13-15 15-16 16-17 13-14 14-16 16-18

Содерж. клейковины в муке 1 сорта, % 26-33 33-37 33—40 25-28 28-30 28-30

Устойчивость к полеганию Средняя Выше средней Высокая средняя выше средней высокая

Устойчивость к осыпанию зерна Средняя Выше средней Высокая высокая высокая высокая

Засухоустойчиво сть Средняя Выше средней Высокая средняя выше средней высокая

Общая кустистость, стеблей 4-5 3^1 3^1 3-5 3^1 3^1

Продуктивная кустистость, стеблей 2-4 2-3 2-3 2-4 2-3 2-3

Количество зародышевых корней, шт. 3-5 5-6 5-7 3^1 4-5 5-6

Количество узловых корней, шт 8-9 10-12 12-14 6-8 9-11 12-14

Высота стебля, см 70-90 70-80 70-75 80-95 80-90 75-85

Масса 1000 зёрен, г 26-32 33-37 35—40 32-36 35^10 40^15

Число зёрен главного колоса, шт. 14-16 18-22 23-27 80-95 80-90 75-85

Масса зёрна с главного колоса, г. 0,5-0,6 0,7-0,9 0,9-1,2 32-36 35^10 40^15

Вегетативная масса главного побега в фазу полного формир. зерна, г 1,2-1,4 1,5-1,6 1,6-1,8 1,3-1,5 1,5-1,8 1,7-2,0

Коэффициент использования массы побега (масса зерна/ масса побега) 0,40-0,45 0,45-0,55 0,55-0,60 0,30-0,35 0,40-0,45 0,50-0,55

Период всходов-колошения, суток 50-53 45-50 45-50 50-55 45-50 45-50

Период колошения-созревания, суток 35-38 32-35 32-35 40^15 38^12 35^10

Темп развития средний высокий высокий средний высокий высокий

Выравненность стеблестоя средняя высокая высокая средняя выше средней высокая

Площадь двух верхних листьев, см2 10-12 12-14 14-16 11-13 13-15 16-18

Фотосинтетический потенциал (ФП), дм2 • сутки 4,7^1,9 5,0-5,5 5,3-5,6 4,9-5,1 5,1-5,5 5,5-6,0

Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), г/ дм2 • сутки 0,25-0,28 0,28-0,32 0,32-0,40 0,25-0,30 0,30-0,35 0,35-0,45

Водоудерживающая способность верхних листьев средняя выше средней всокая средняя выше средней высокая

Регенеративная способность растений после скашивания, в % к контролю 40-50 50-70 70-80 20-30 30-50 50-60

Плотность колоса

Характер остей (у мягкой пшеницы - при их наличии) средняя выше средней плотный средняя выше средней плотный

- - грубые нежные грубые грубые

Поражение болезнями и вредителями, % не более (искусственный фон - ИФ):

Бурая ржавчина 80-100 ЗО^Ю 10 60-80 20-30 10

Стеблевая ржавчина 80-100 20-25 40 - - -

Мучнистая роса 60 40 10 - - -

Пыльная головня 50 20 5 50 20 5

Корневые гнили 50-60 20-30 20 40-50 15-20 10

Скрытостебельные вредители 50-60 25-30 15 - - -

Сила муки, е.а. 300-350 320-350 320-380 - - -

Объем хлеба, см3 700 800 800 - - -

Качество макарон, балл - - - 3,5^1,0 4-5 4,5-5

Отзывчивость на удобрения средняя выше средней высокая средняя выше средней высокая

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

3. Сорта яровой пшеницы селекции АСХОС, включённые в Госреестр РК

Культура, сорт НИУ-оригинатор Год допуска Регионы допуска

Яровая мягкая пшеница

Актюбе 39 АСХОС 2008 Актюбинская область

Степная 2 АСХОС 2010 Актюбинская область

Степная 50 АСХОС, КНИИЗиР 2011 Актюбинская область

Степная б0 АСХОС, CIMMYT 2011 Карагандинская область

Яровая твёрдая пшеница

Каргала 9 АСХОС, КНИИЗиР 2005 Актюбинская, Атырауская обл.

Наурыз 6 КНИИЗиР, АСХОС 2006 Алматинская область

Каргала б9 АСХОС 2012 Западно-Казахстанская обл.

жаростойкости генотипа, значительно выше у сортов местной селекции (К = 0,65-0,75), в сравнении с сортами инорайонной селекции (К = 0,40-0,55). Полученные результаты позволяют ранжировать оценённый сортимент по степени его жаростойкости. В зависимости от условий года корреляционная взаимосвязь продуктивности колоса с показателем разницы Т; — Т2 составляет: г = 0,34 - 0,80***, а с коэффициентом стабильности (Т2/Т;) г = 0,26-0,86***.

Важное значение при создании сортов пшеницы для сухостепных зон придётся качеству формируемого зерна. Качество зерна оценивалось стандартными методами в лабораториях АСХОС, Карабалыкской СХОС, КазНИИЗиР. За последние годы (2004-2009) размах изменчивости основных качественных характеристик по сортименту мягкой пшеницы селекции АСХОС составил: по твёрдозёрности - 68-102 ед., содержанию белка - 15,5-18,2%, содержанию клейковины - 30-44%, седиментации - 50-80 мл, хлебопекарной оценке - 4,3-4,8 баллов. По сортименту твёрдой пшеницы аналогичные показатели, соответственно, составили: 100-119 ед.; 16,2-19,5%; 27-40%; 20-40 мл; 4,2-5,0 баллов (качество макарон). Это демонстрирует потенциальные возможности создаваемых сортов местных экотипов по качеству зерна, муки, хлеба, макарон.

Таким образом, можно выделить следующие основные признаки сортов яровой мягкой и твёрдой пшеницы для сухостепной зоны Западного Казахстана: сорта должны быть среднераннеспелыми или среднеспелыми; иметь мощную, хорошо развитую первичную и вторичную корневую систему; невысокий, устойчивый к полеганию стебель; сравнительно небольшую, умеренно развитую надземную массу с высокой эффективностью фотосинтетической деятельности; остистые сорта мягкой пшеницы должны обладать грубыми остями; темп развития у сортов обоих видов пшеницы должен быть высоким с энергичной реутилизацией пластических веществ в основную часть урожая - зерно; продуктивная кустистость может колебаться от 1 до 3 стеблей, не намного уступая общей кустистости; стеблестой выравненный по высоте.

В засуху сорта должны формировать урожай 8-10 ц/га, в благоприятные годы - 20-25 ц/га.

Сорта мягкой пшеницы должны иметь высокую хлебопекарную оценку, сорта твёрдой — высокую оценку пастопродуктов (макарон, спагетти) на фоне различных погодных условий; быть отзывчивыми на хороший агрофон; обладать устойчивостью к основным болезням и вредителям.

Многолетний научный задел, накопленный в Актюбинской СХОС по генофонду, физиологии, селекции и семеноводству, сортовой технологии, позволил за последнее десятилетие создать и передать в ГСИ целый ряд конкурентоспособных сортов яровой пшеницы, из которых семь допущены к использованию по пяти областям Казахстана (табл. 3). Ещё пять сортов проходят госиспытания по регионам РК.

Созданные в Актюбинской СХОС сорта яровой пшеницы во многом отвечают современным требованиям производства, экологическим условиям сухостепных зон Казахстана и по основным параметрам приближаются к разработанным требованиям региональных моделей.

Литература

1. Гончаренко А.А. Сравнительная оценка экологической устойчивости сортов зерновых культур // Сб. науч. тр. / НИИСХ ЦРНЗ. Немчиновка, 2006. С. 28-41.

2. Неттевич Э.Д. Потенциал урожайности рекомендованных для возделывания в центральном районе РФ сортов яровой пшеницы и ячменя и его реализация в условиях производства // Доклады РАСХН. 2001. №3.

3. Цыганков И.Г., Цыганков В.И. Реакция различных генотипов яровой пшеницы на экологические условия сухостепной зоны // Известия МОН РК, НАН РК. Сер. биол. и мед. 2003. №1. С. 84-89.

4. Цыганков В.И., Цыганков И.Г., Шанинов Т.С. и др. Селекция засухоустойчивых сортов яровой пшеницы для аридных условий Западного Казахстана // Мат. межд. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию Краснокутской СОС / РАСХН, ГНУ НИИСХ Юго-Востока. Саратов, 2009. С. 54-64.

5. Некоторые приёмы и методы физиологического изучения сортов зерновых культур в полевых условиях / под ред.

B.А. Кумакова; РАСХН, НИИСХ Юго-Востока. Саратов, 2000. 54 с.

6. Цыганков В.И. Использование морфофизиологических тестов в селекции яровой пшеницы на продуктивность и устойчивость к абиотическим факторам // Сб. докл. между-нар. конф. / КазНИИЗХ им. Бараева. Шортанды, 2001.

C. 122-130.

7. Morgounov AI, Abdullayev K, ... Tsygankov V. et. al. Breeding strategies to improve grain yield and quality of shortseason spring wheat for the steppe of Kazakhstan and Siberia /In: Apells R., R. Eastwood, E. Lagudah, P. Lagridge, M. Mackay, L. McIntyre, P. Sharp, eds. /Proceedings of the 11th International Wheat Genetics Symposium, 24-29 August, Brisbane, Australia, 2008. P. 53.

8. Gomez-Bessera H.F., Abugalieva A.I., Morgounov A., ... Tsygankov V., et. al. Phenotypic correlations, GxE interactions and broad sense heritability analysis of grain and flour quality characteristics in high latitude spring bread wheats from Kazakhstan and Siberia. // Euphytica, 2010. V. 171. DOI 10.1007/ s10681-009-9984-6, 02 July 2009. P. 23-38.

sc