CC BY
123
УДК 633.111 (571.14) З.В. Андреева, Р.А. Цильке
ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РЕАЛИЗАЦИЮ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА СОРТОВ МЯГКОЙ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
В статье рассмотрены многолетние данные по урожайности зерна сортов мягкой яровой пшеницы в производственных условиях и на государственных сортоучастках в Алтайском крае, Новосибирской и Томской областях. Показано, что регионы различаются по уровню реализации генетического потенциала возделываемых сортов.
Разнообразие климатических условий, их суровость и изменчивость во времени и в пространстве ставят исключительно сложные проблемы перед сибирским земледелием. Для Западной Сибири, прежде всего, характерна широтная зональная изменчивость по основным природным факторам, обусловливающим уровень продуктивности сельскохозяйственных растений (тепло, влага, почвенное плодородие). Особенность климата заключается еще и в том, что по количеству и характеру распределения осадков и тепла по годам и в течение вегетационного периода проявляется значительная нестабильность, а почвенный покров характеризуется разнообразием и выраженной комплексностью [1].
В Западной Сибири северная граница возделывания яровой пшеницы совпадает со средней многолетней суммой активных температур - 1500оС, южная граница - 2400оС. Средние многолетние суммы активных температур в пределах этих границ колеблются в Томской области от 1500 до 1800оС, в Новосибирской области - от 1600 до 2200, в Алтайском крае - от 1300 до 2400оС.
Важным показателем температурного режима служат продолжительность периода с активными температурами и безморозного периода. Средняя многолетняя продолжительность периода с активными температурами в зависимости от агроклиматического района колеблется в Томской области от 100 до 115 дней, в Новосибирской области - от 110 до 135, в Алтайском крае - от 115 до 145 дней, а продолжительность безморозного периода соответственно 65-125, 95-125, 90-135 дней [2-4].
В.В. Орлова [5] полагает, что обилие света и тепла в течение вегетационного периода в значительной степени компенсирует краткость периода с активными температурами и ускоряет развитие растений.
Многолетние наблюдения показывают, что теплом обеспечиваются на 90-100% в таежных и подтаежных районах раннеспелые сорта с длиной вегетационного периода 75-90 дней, в лесостепных - среднеспелые сорта с длиной вегетационного периода 90-105 дней и в степных - позднеспелые сорта с длиной вегетационного периода 105-120 дней [2-4].
В связи с тем, что на огромной территории в основном возделываются среднеспелые и среднепоздние сорта, незначительно различающиеся по длине вегетационного периода, в южных лесостепных и степных районах после уборки урожая неиспользованным остается тепло: в Новосибирской и Томской областях до 150-600 оС в Алтайском крае - 200-800оС [6].
Вторым, еще более лимитирующим природным фактором, является вода. В северных таежных и подтаежных районах ощущается некоторый избыток влаги относительно энергетических ресурсов испарения, а в лесостепных и степных районах - её недостаток. К показателям влагообеспеченности относятся запасы продуктивной влаги в почве во все фазы вегетации растений и влагоудерживающая способность почвы. Потребность растений во влаге для формирования высокого урожая удовлетворяется при весенних запасах продуктивной влаги в метровом слое 160-200 мм и влагоудерживающей способности почвы 50-60% [7].
Продуктивность климата для возделывания сельскохозяйственных культур оценивается либо величиной фактических урожаев, либо расчетами, исходя из ресурсов тепла и влаги. Д.И. Шашко [8] установил два уровня потенциальной продуктивности климата для зерновых культур: первый - при обычном увлажнении и среднем уровне агротехники, второй - при оптимальном увлажнении и агротехнике, позволяющей в полной
мере использовать ресурсы тепла. В агроклиматических районах подтайги и северной лесостепи уровень потенциальной продуктивности при оптимальном увлажнении составляет 28 ц/га, а южной лесостепи и степи - 40 ц/га. Фактическая продуктивность климата или использование его ресурсов определялись по полученной урожайности в производственных условиях и по водному балансу поля за 20 лет (1951-1970 гг.). В южных лесостепных районах при водном балансе 160-180 мм на транспирацию расходовалось 100-140 мм влаги (60-75 %), что обеспечивало урожайность зерновых в пределах 8-12 ц/га. Характерно, что в этих же агроклиматических районах и при том же количестве осадков на Госсортоучастках и опытных полях научноисследовательских учреждений и учебных заведений при более высокой культуре земледелия, обеспечивающей соответственно более высокий водный баланс, урожайность зерновых культур за тот же период колебалась от 18 до 25 ц/га. Эти данные говорят о том, что в лесостепной зоне ресурсы тепла и влаги используются на 50 % [7].
Основной бич сибирского земледелия - часто повторяющаяся засуха - проявляется с разной интенсивностью, охватывая в одни годы отдельные районы или зоны, а в другие - несколько областей или регион в целом. Вероятность лет с проявлением засухи слабой интенсивности во всех агроклиматических регионах Западной Сибири составляет 100%. Засуха средней интенсивности в северных районах проявляется с вероятностью 60-80%, в центральных - 80-90 и в южных - 90-100%, а засуха интенсивного типа соответственно 15-25, 25-50, 50-75%, засуха очень интенсивного типа - 0-5, 5-35, 35-65 %. Например, в Кулундинской степи за последние 85 лет засуха интенсивного и очень интенсивного типа проявилась 19 раз (29,2 %), средней интенсивности 37 раз, (57 %) и только 9 раз (13,8 %) вегетационный период характеризовался достаточным увлажнением.
Если значительный недобор урожая пшеницы в южных лесостепных и степных районах в 40-60 % случаев (лет) вызван засухой, то в таежных, подтаежных и северных лесостепных районах он обусловлен в 40 % случаев сырой и холодной погодой, складывающейся в период созревания зерна и уборки урожая.
Говоря о влагообеспеченности растений в регионе, следует отметить ту особенность, что из годового количества осадков большая часть (60-70 %) выпадает в летний период, но распределяется крайне неравномерно в течение вегетационного периода. Как правило, дефицит влаги в засушливые годы особенно остро ощущается в первой половине лета (июнь). При этом недостаток влаги сочетается обычно с высокими температурами воздуха (40-45°С), поверхности почвы (50-60°С), с низкой относительной влажностью воздуха (20-30 %) и сильными ветрами (суховеями), что оказывает отрицательное влияние на растение в фазы кущения и выхода в трубку, когда закладываются элементы колоса, обусловливающие его продуктивность. Именно в этот период сорт должен обладать исключительно высокой устойчивостью к длительному перегреву и обезвоживанию, но и сохранить способность к быстрому росту и интенсивному использованию осадков второй половины лета (июль-август). Реакция на водный и температурный стресс у растений имеет неспецифический характер и зависит от генотипа и степени выраженности неблагоприятного фактора. Чем выше адаптационные способности сорта, тем активнее протекают синтетические процессы в период последействия неблагоприятного фактора. Поэтому степень адаптации сорта к засухе лучше всего проявляется в интенсивности репарационных процессов [9].
В южной лесостепи и степи преимущество имеют сорта пшеницы, характеризующиеся замедленным ритмом развития до выхода в трубку. На Западно-Сибирской равнине после засушливого периода (май-июнь), который наблюдается с высокой частотой (95%), но с различной интенсивностью, обычно активизируется циклоническая деятельность в атмосфере, что приводит к выпадению ливневых дождей, сопровождающихся нередко шквальными ветрами, вызывающими полегание пшеницы на больших массивах в фазы налива и созревания зерна.
Термические и водные ресурсы региона не могут быть рассмотрены без общей характеристики почвенного покрова, который является не только основным источником минерального питания растений, но и важнейшим фактором регуляции водного и температурного режима. В таежной и подтаежной зонах в основном распространены подзолы, подзолисто-глеевые, сильно-, средне- и слабоподзолистые, темно-серые, серые лесные оподзоленные, осолоделые, луговые и другие типы почвы; в лесостепи - обыкновенные, выщелоченные, оподзоленные, солонцеватые черноземы, темно-серые лесные, серые лесные почвы, солонцы разных типов, солончаки, солоди, луговые почвы и другие; в степи - обыкновенные, выщелоченные, южные, карбонатные и солонцеватые черноземы, каштановые и серые лесные почвы [5; 10-11].
Характеризуя в целом климат Западной Сибири, можно заключить, что потенциальные ресурсы по влаге, теплу, свету и почвенному плодородию позволяют значительно повысить производительность земли. Для этого необходимо, прежде всего, снизить непроизводительные потери влаги и тепла. Эту сложную задачу можно решать путем радикального совершенствования системы ведения земледелия, которая должна быть
направлена на максимальное использование возделываемыми растениями природных факторов, обусловливающих их продуктивность. В решении этой задачи центральное место принадлежит сорту, как динамической биологической системе, обладающей способностью реализовать генетический потенциал продуктивности при самом разнообразном сочетании и сложном взаимодействии многочисленных факторов внешней среды.
Учитывая исключительное разнообразие природных факторов Западной Сибири, их суровость, изменчивость во времени и пространстве, первостепенной задачей селекции должно стать значительное расширение набора сортов по общей длине вегетационного периода, продолжительности отдельных межфазных периодов, ритму развития на разных этапах онтогенеза, обусловливающих реакцию генотипа на комплекс экологических факторов, по реакции на водный, пищевой, световой и температурный режим.
Вместе с тем сорта, наряду с высоким генетическим потенциалом продуктивности, должны характеризоваться: устойчивостью к неблагоприятным факторам климата, обеспечивающей при их экстремальном проявлении минимальное повреждающее действие в процессе новообразования элементов структуры; отзывчивостью на интенсивный агрофон; устойчивостью к полеганию, осыпанию зерна, прорастанию зерна на корню, к болезням и вредителям; высокими технологическими и хлебопекарными качествами зерна.
В настоящей статье сделана попытка охарактеризовать наиболее важные экологические факторы (осадки и температура) в Алтайском крае, Новосибирской и Томской областях за пять лет и выявить их связь с урожайностью основной продовольственной культурой Западной Сибири - мягкой яровой пшеницы. Подробно методы исследований изложены в статье [13].
Таблица 1
Изменчивость экологических факторов в трёх регионах за пять лет за период май-сентябрь (1996-2000 гг.)
ГСУ Осадки, мм Средняя температура, 0С
Х ит Х ит
Алтайский край
Краснощёковский 252 181-282 17,8 17,0-18,5
Кытмановский 280 161-394 17,2 16,1-17,8
Егорьевский 174 99-279 18,4 17,7-18,8
Каменский 182 105-285 17,4 16,4-18,4
Михайловский 161 80-268 17,9 17,1-18,6
Смоленский 233 158-322 17,6 16,9-18,2
Средняя по краю 214 80-394 17,7 16,1-18,8
Новосибирская область
Северный 253 167-485 13,7 12,9-14,5
Маслянинский 316 165-333 14,2 13,7-14,6
Венгеровский 235 96-247 14,7 13,5-15,6
Новосибирский 271 19-403 15,0 14,3-15,5
Мошковский 288 153-386 14,2 13,6-15,0
Барабинской 251 126-393 14,7 13,7-15,3
Доволенский 220 139-311 15,0 14,0-15,6
Чистозёрный 216 134-242 15,8 15,1-16,4
Карасукский 204 98-239 16,1 14,3-17,2
Средняя по области 278 19-485 14,8 12,9-17,2
омская область
Асиновский 282 184-456 14,0 13,0-14,7
Шегарский 277 149-489 14,3 13,4-15,0
Томский 276 144-416 14,0 13,0-14,8
Парабельский 297 245-333 13,1 11,9-13,2
Средняя по области 283 144-489 13,8 11,9-15,0
Общая средняя 258 19-489 15,4 11,9-18,8
Как видно из табл. 1, в Алтайском крае значительно меньше выпадает осадков, чем в Новосибирской и Томской областях. Причём в Новосибирской области их выпадает за вегетационный период на 30%, а в Томской - на 32 % больше, чем в Алтайском крае. При этом среднесуточная температура воздуха за этот период в Томской области на 3,9оС, а в Новосибирской области на 2,9оС ниже, чем в Алтайском крае. Но особое внимание обращает на себя то, что в этих трёх регионах очень сильно колеблется количество осадков по годам. Например, в Алтайском крае минимальное количество осадков выпало в Михайловском районе в 1997 г. и составило всего за вегетационный период 80 мм, тогда как в Кытмановском районе в 2000 г. выпало за этот период 394 мм. Ещё более значительные колебания по количеству осадков наблюдались в Новосибирской области, где в Новосибирском районе в 1999 г. выпало всего 19 мм осадков, а наибольшее количество осадков выпало в Северном районе в 1996 г. - 485 мм. Значительные колебания по годам наблюдались также по среднесуточной температуре воздуха: в Алтайском крае от 16,1 до 18,8оС, в Новосибирской области - от 12,9 до 17,2оС, в Томской области - от 11,9 до 15,0оС.
Понятно, что при такой изменчивости двух важнейших экологических факторов, влияющих непосредственно на продукционный процесс пшеничного растения, урожайность зерна в сильной степени варьирует по годам и агроклиматическим зонам.
Данные табл. 2 показывают, что урожайность зерна сильно варьирует не только в условиях производства, но и на государственных сортоучастках. Так, средняя урожайность зерна за пять лет в Алтайском крае в условиях производства составила 9,3 ц/га, варьируя по районам от 7,4 до 12,7 ц/га, в Новосибирской области соответственно 15,3 ц/га, варьируя от 10,0 до 17,2 ц/га, и в Томской области 12,1 ц/га, варьируя от 10,4 до 13,3 ц/га. Хотя на сортоучастках средняя урожайность значительно выше, чем в производственных условиях, она также сильно варьирует по районам. Средняя урожайность в Алтайском крае на сортоучастках составила 16,4 ц/га, варьируя от 10,9 до 21,0 ц/га, в Новосибирской области - 28,1 ц/га, варьируя от 15,2 до 37 ц/га, а в Томской области - 31,9 ц/га, варьируя от 18,3 до 54,3 ц/га. Если в производственных условиях наиболее высокая урожайность получена в среднем за пять лет в Новосибирской области (15,3 ц/га), то на сортоучастках она наиболее высокая была в Томской области (31,9 ц/га). На сортоучастках Новосибирской области урожайность зерна в 1,7 раза и в Томской области в 1,9 раза (в производстве соответственно в 1,6 и 1,3 раза) выше, чем в Алтайском крае.
Более низкая урожайность зерна, полученная в производственных условиях, по сравнению с таковой на сортоучастках объясняется тем, что во-первых, технология выращивания пшеницы в производственных условиях заметно уступает технологии на сортоучастках. Во-вторых, на больших площадях сложнее соблюдать все требования к технологии, чем на относительно небольших площадях сортоучастков.
И всё же сам факт, что уровень снижения урожайности в производственных условиях по сравнению с сортоучастками в среднем по регионам значительно различается и составляет по Алтайскому краю 43,3%, по Новосибирской области - 45,6, по Томской области - 62,1 %, говорит о том, что основной причиной более низкой урожайности в производственных условиях по сравнению с сортоучастками является несоблюдение требований технологии, что не позволяет реализовать генетический потенциал возделываемых сортов.
Таблица 2
Изменчивость урожайности зерна мягкой яровой пшеницы за пять лет
(1996-2000 гг.)
Район, сортоучасток Средняя урожайность зерна за пять лет на ГСУ, ц/га Средняя урожайность зерна по району, ц/га Снижение урожайности в производстве по сравнению с ГСУ, %
1 2 3 4
Алтайский край
Краснощёковский 14,0 10,5 25,0
Кытмановский 14,9 7,5 49,7
Егорьевский 20,9 8,2 60,8
Каменский 16,7 9,6 42,5
Михайловский 10,9 7,4 32,1
Смоленский 21,0 12,7 39,5
Средняя по краю 16,4 9,3 43,3
Окончание табл. 2
1 2 3 4
Новосибирская область
Северный 27,6 16,2 41,5
Маслянинский 36,8 15,4 58,3
Венгеровский 27,3 12,1 55,5
Новосибирский 32,3 17,2 46,6
Мошковский 29,5 11,8 59,8
Барабинской 35,0 14,6 58,2
Доволенский 37,0 13,0 65,0
Чистозёрный 15,2 11,2 26,2
Карасукский 19,3 10,0 48,0
Средняя по области 28,1 15,3 45,6
Томская область
Асиновский 18,3 12,8 30,0
Шегарский 31,0 11,7 62,3
Томский 36,0 13,3 66,0
Парабельский 54,3 10,4 80,8
Средняя по обасти 31,9 12,1 62,1
Общая средняя 25,5 12,2 52,2
Надо отметить, что регионы существенно различаются по уровню реализации генетического потенциала. Так, в Алтайском крае уровень снижения урожайности зерна в производстве по сравнению с сортоучастками варьирует от 25 до 60,8%, в Новосибирской области - от 26,2 до 65,0, в Томской области от 30 до 80,8 %.
Попытки корреляционным анализом выявить связь между урожайностью зерна на госсортоучастках и в производственных условиях, с одной стороны, и количеством осадков, выпавших за вегетационный период, и средней температурой за этот же период, оказались очень противоречивыми. Только по Новосибирской области получены положительные коэффициенты корреляции между количеством осадков и средней урожайностью зерна на сортоучастках и в производственных условиях (соответственно г = 0,517, г = 0,650), которые из-за малой выборки недостоверны. По Алтайскому краю и Томской области коэффициенты корреляции низки и недостоверны из-за отсутствия нормального распределения данных и малых выборок.
Выводы
1. Административные регионы значительно различаются по уровню реализации генетического потенциала сортов мягкой яровой пшеницы по урожайности зерна. Уровень снижения урожайности в производстве по сравнению с государственными сортоучастками составляет в Алтайском крае 43,3%, в Новосибирской области - 45,6, в Томской области - 62,1 %.
2. Анализ полученных данных показывает, что основной причиной более низкой урожайности в производственных условиях по сравнению с сортоучастками является несоблюдение требований технологии, что не позволяет реализовать генетический потенциал возделываемых сортов.
Литература
1. Цильке, Р.А. Генетические основы селекции мягкой яровой пшеницы на продуктивность в Западной
Сибири: дис. ... д-ра биол. наук / Р.А. Цильке. - Новосибирск, 1983. - 505 с.
2. Агроклиматические ресурсы Алтайского края. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 155 с.
3. Агроклиматические ресурсы Новосибирской области. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 155 с.
4. Агроклиматические ресурсы Томской области. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 147 с.
5. Орлова, В.В. Западная Сибирь / В.В. Орлова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1962. - 360 с.
6. Справочник агронома Сибири. - М.: Колос, 1978. - 527 с.
7. Сляднев, А.П. Климатические ресурсы сельского хозяйства Западной Сибири / А.П. Сляднев // Географические проблемы. - Новосибирск: Наука, 1972. - С.107 - 143.
8. Шашко, Д.И. Климатические ресурсы сельского хозяйства СССР / Д.И. Шашко // Почвенноклиматическое районирование СССР. - М., 1962. - С.336 - 380.
9. Кожушко, Н.Н. Значение репарационных процессов в диагностике сортовой засухоустойчивости пшеницы / Н.Н. Кожушко, А.М. Волкова // Генетические ресурсы и селекция растений на устойчивость: тез. докл. 9-го конгресса EUCARPIA. - М., 1980. - С. 22.
10. Ковалёв, Р.В. Географические закономерности распределения почвенного покрова Западной Сибири / Р.В. Ковалёв, С.С. Трофимов // Географические проблемы Сибири. - Новосибирск: Наука, 1972.
11. Градобоев, Н.Д. Почвы Омской области / Н.Д. Градобоев, В.М. Прудникова, И.С. Сметанин. - Омск: ОмГИЗ, 1960. - 375 с.
12. Почвенная климатология Сибири. - Новосибирск: Наука, 1973. - 291 с.
13. Андреева, З.В. Изменчивость урожайности зерна мягкой яровой пшеницы на сортоучастках Новосибирской области / З.В. Андреева, Р.А. Цильке // Сиб. вестн. с.- х. науки. - 2005. - № 6. - С. 20 - 26.
---------♦'-----------
УДК 631.16:631.527:631.524.5 А.В. Заушинцена, Л.Н. Ковригина,
Г.Я. Степанюк, О.М. Ольшевская
ХАРАКТЕР НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ «РАДИУС СТЕНКИ» И «ДИАМЕТР СТЕБЛЯ» ЯЧМЕНЯ
Авторами статьи проведен анализ наследования признаков строения соломины ячменя. Показано, что наследование диаметра стебля и радиуса его стенки несет преимущественно доминантный характер и определяется не только генотипом, но и условиями среды. Полученные данные представляют научный и практический интерес в селекции ячменя на устойчивость к полеганию.
Устойчивость растений к полеганию определяется комплексом факторов внешней среды и особенностей архитектоники, в том числе морфо-анатомических параметров стебля [1; 5; 7]. При селекции устойчивых сортов необходимы знания о генетической детерминации признаков, влияющих на вертикальную устойчивость стебля. Для большинства форм с прочной соломиной характерно формирование широких нижних междоузлий с более толстой стенкой [3-4].
Цель исследований - определить особенности генетического контроля признаков «радиус стенки» и «диаметр стебля» у ячменя.
Материал и методы исследований. Объекты исследования - 4 сорта ярового ячменя (Brenda, Ба-ган, Эльф и Неполегающий) и гибриды первого и второго поколений, полученные в результате скрещивания по полной диаллельной схеме.
Экспериментальная работа (гибридизация, выращивание сортов и гибридов) проведена на опытном поле Кемеровского научно-исследовательского института сельского хозяйства в 1999-2000 гг. по общепринятым методикам. Анализ растительного материала осуществлялся на кафедре ботаники Кемеровского госуни-верситета. Постоянные препараты изготавливали из средней части первого префлорального междоузлия (в соответствии со схемой, предложенной Н.А. Ламаном с соавторами [2]). Всего проанализировано 3413 растений. Обработку данных проводили с использованием базовой статистики и дисперсионного анализа. При генетическом анализе использовали программу «ДИАС 4x4», разработанную ведущим научным сотрудником СибНИИРС СО РАСХН П.И. Степочкиным на основе методических рекомендаций Р.А. Цильке и др. [6]. Годы исследований были различными по гидротермическому режиму.
Результаты исследований и их обсуждение. Анализ групповых средних (табл. 1-2) показал, что диаметр междоузлия у гибридов F1 и F2 сильнее зависит от погодных условий (доля влияния фактора - 30,35 -30,38 %), чем у родительских сортов (2,85 %). В 1999 г. у образцов сформировалась более толстая соломина, чем в 2000 г. Причем в 1999 г. у родительских сортов диаметр нижнего междоузлия был меньше, а в 2000 г. (из-за более резкого уменьшения признака у рекомбинантов), наоборот, больше, чем у гибридов F1, F2.
