Оренбургская область входит в число основных регионов России по производству зерна яровой твёрдой пшеницы. В последние годы её посевы здесь занимают 260 – 280 тыс. га [1].
В суммарном валовом производстве зерна этой культуры в России, оцениваемом на уровне 650 – 700 тыс. т, практически половина (до 300 тыс. т) производится в Оренбуржье. При этом в ближайшие годы прогнозируют увеличение посевных площадей под твёрдую пшеницу в России до 1,5 – 2 млн га с возможностью развития производства в европейской части страны [2].
В условиях глобального потепления, обусловленного изменениями климата, экологическая приспособленность сельскохозяйственных культур – одно из важнейших условий формирования урожая и качества полученной продукции. Вопросы качества зерна в последние годы весьма актуальны не только из-за нарастания засушливости климата, но и в связи с нарушениями в технологии возделывания и другими факторами. В Оренбургской области наблюдается возрастание аридности климата [3].
В последние годы (2017 – 2019 гг.) среднесуточная температура воздуха в период налива зерна (чаще всего июль) составляла в отдельные декады 24,2 – 27,4°С, а максимальная температура–38,0 –39,9°С. Эти условия экстремальны как для формирования урожайности, так и качества зерна. В частности, установлено, что при возрастании содержания углекислого газа в атмосфере вследствие климатических изменений нарушается скорость реутилизации азота листьев в зерно в период созревания, что может привести к уменьшению содержания белка в зерне [4]. При высокой температуре в период налива зерна изменяется соотношение глютенины: глиадины, снижается содержание высокомолекулярных полимеров в клейковине [5, 6], а при температуре свыше 30°С меняются состав белка и крахмала [7].
Экологическая приспособленность сортов по урожайности на сегодня изучена подробно, и результаты привязаны к особенностям почвенно-климатических условий регионов возделывания [8 – 11].
С учётом вышеотмеченных погодных характеристик важна оценка адаптивности сортов по показателям качества зерна.
Цель исследования состоит в выявлении сортов яровой твёрдой пшеницы с высокой экологической пластичностью по показателям качества зерна в условиях Оренбургского Приуралья для использования полученных результатов в селекционном процессе и при подборе сортов для практического возделывания.
Материал и методы исследования. Исследование выполнено в 2017 – 2019 гг. в ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН, расположенном в центральной зоне Оренбургской области.
Материалом для исследования служили семь сортов яровой твёрдой пшеницы отечественной и два сорта зарубежной селекции.
Почва – чернозём южный суглинистый карбонатный. Содержание гумуса составляет 3,8 – 4,1 % (ГОСТ 26951 – 86), подвижного фосфора – 4,0 – 4,6 мг на 100 г почвы (по Мачигину), обменного калия – 26,0 – 30,5 мг на 100 г почвы (по Мачигину), сумма обменных оснований – 30,6–33,4 мг/экв на 100 г почвы. Уровень кислотности почвы – 7,0 – 7,1 pH.
Метеорологические условия вегетационного периода в годы исследования отличались как по температурному режиму воздуха, так и по сумме выпавших осадков и показателю ГТК. В 2017 г. период от посева до колошения пшеницы отличался пониженной среднесуточной температурой воздуха (в мае – на 1,0 °С, в июне – на 2,3 °С ниже нормы) при сумме осадков, близкой к норме (май – 97 %, июнь – 98 %). Максимальная температура воздуха была 26 – 27 °С. Налив зерна проходил при близкой к оптимальной среднесуточной температуре воздуха с ростом значений максимальной температуры до 38 – 39 °С и практическом отсутствии осадков.
В 2018 г. первая половина вегетации характеризовалась ростом среднесуточной температуры воздуха в мае на 1,4°С относительно нормы, в июне – снижением в первой–второй декадах на 3,9 и 3,2 °С соответственно и резким ростом её значений в третьей декаде июня (на 2,2 °С к норме). Осадки выпали в начале вегетации (первая декада мая – 198 %) и в фазе выхода в трубку (первая декада июня – 71 % от нормы). Рост значений максимальной температуры воздуха отмечен с начала вегетации яровой пшеницы (до 29 – 32 °С). Формирование и созревание зерна проходило при экстремально высоких значениях среднесуточной (до 27,4 °С, что было выше нормы на 5,2 °С) температуры с ростом максимальных значений до 35,1 – 39,9 °С, дефиците осадков и величине ГТК, равном 0,22 ед.
Для 2019 г. характерно было резкое (на 2,9 – 3,4 °С) повышение средней температуры воздуха в начале вегетации при дефиците осадков (33,1 % от нормы). В дальнейшем (фазы кущения–выхода в трубку) отмечен перепад температурного режима воздуха (от снижения на 1,0 °С до превышения на 2,5 °С) относительно низкого (июнь–33,8 % нормы) количества осадков. В период налива отмечалась близкая к норме средняя температура воздуха с ростом максимальной температуры до 35 – 37 °С и избыточном количестве (241 % к норме) осадков.
Закладку опыта и наблюдения осуществляли согласно методике Б.А. Доспехова [12]. Площадь делянки составляла 50 м 2 , повторность четырёхкратная.
Оценивали следующие показатели качества зерна: общую стекловидность (ГОСТ 10987 – 76), содержание белка (ГОСТ 10846 – 91), натуру зерна (ГОСТ Р 54895 – 2012), содержание сырой клейковины (ГОСТ 54478 – 2011). Математический анализ ранговых корреляций выполняли по методике Спирмена [13], дисперсионный анализ–по Б.А. Доспехову [12]. Экологическую пластичность и стабильность по показателям качества зерна рассчитывали по методике Э.Г. Иванченко, В.Г. Вольфа, П.П. Литуна [14].
Результаты исследования. Качество выращенной продукции–отражение взаимодействия множества факторов биотического и абиотического характера. Но наибольшее влияние оказывают метеоусловия периода формирования зерна. При благоприятном развитии растений резкая смена температурно-влажностного режима в период генеративной фазы ограничивает возможности нормального перераспределения накопленного сухого вещества и питательных элементов между вегетативными органами и колосом, что может снижать качественные показатели полученной продукции. В нашем эксперименте налив зерна в годы исследования проходил в июле–первой декаде августа и продолжался от 28 (2018 г.) до 40 (2017 г.) дней. Погодные факторы июля в основном определяли как формирование размеров зерновок, так и ход реутилизации пластических веществ, и, как результат, качество зерна.
Показатели увлажнения по декадам июля (осадки, относительная влажность воздуха, гидротермический коэффициент) отрицательно связаны со стекловидностью зерна: коэффициенты ранговой корреляции по осадкам средние (–0,56…–0,67), с ГТК средние (–0,59…–0,69), слабые с влажностью воздуха (–0,13…–0,22) и натурой зерна: по осадкам коэффициенты корреляций изменялись от среднего (–0,48) до сильного (–0,81), по ГТК–от среднего (–0,50) до сильного (–0,85), с влажностью воздуха–от слабого (–0,09) до среднего (–0,42) (табл. 1).
С содержанием сырой клейковины степень связи количества осадков и ГТК была от средней положительной (0,34 – 0,72) до высокой (0,72). С температурным режимом воздуха связь по стекловидности зерна составляла от слабо отрицательной (–0,09) до средней (0,70 – 0,73), по натуре зерна–от слабо отрицательной (–0,40) до высокой (0,85), по содержанию сырой клейковины–от слабо отрицательной (–0,36) до средне отрицательной (–0,72). В 2017 г. все изученные сорта сформировали зерно 1-го класса согласно ГОСТу 9353 – 2016: стекловидность – 91 – 95 %, содержание сырой клейковины – 34 – 37 %, натура зерна – 791 – 825 г/л. В 2018 г. стекловидность и натура зерна у всех сортов также соответствовали требованиям 1-го класса: 88 – 96 % и 765 – 793 г/л соответственно, однако содержание сырой клейковины у отдельных сортов (Оренбургская 10, Золотая, Харьковская 46) снизилось до значений 3-го класса.
В 2019 г. только два сорта (Леукурум 6351 и Луч 25) характеризовались натурой зерна, соответствующей 1-му классу. Стекловидность зерна (85 – 91 %) и содержание сырой клейковины (37 – 44 %) соответствовали требованиям 1-го класса.
В среднем за три года сорта Оренбургская 10, Оренбургская 21, Леукурум 6351, Безенчукская степная, Золотая, Луч 25, Харьковская 46 сформировали зерно на уровне требований 1-го класса, соответствующего ГОСТу (табл. 2).
2. Показатели качества зерна сортов яровой твёрдой пшеницы в Оренбургском Приуралье (средние за 2017 – 2019 гг.)
Сорт
Стекловидность, %
Натура зерна, г/л
Содержание сыройклейковины, %
Оренбургская 10
90
777
39
Оренбургская 21
93
774
38
Леукурум 6351
91
791
35
Меляна
92
767
40
Безенчукская степная
92
770
40
Золотая
90
770
32
Луч 25
92
784
37
Рустикано
90
765
37
Харьковская 46
90
770
35
Согласно данным дисперсионного анализа доля влияния фактора «год», определяющего вклад метеоусловий в период налива, составляла: по стекловидности зерна – 65,1 %, натуре зерна–89,8 %, по содержанию клейковины – 72,5 %. Изменения качества зерна, определяемые сортовыми особенностями, составили 8,3; 5,3 и 13,1 % соответственно. Таким образом, метеоусловия периода налива доминируют в формировании качественных показателей зерна в Оренбургском Приуралье, хотя присутствие сортовых различий также необходимо учитывать.
Расчёт пластичности и стабильности сортов позволил установить сортоспецифичность показателей качества зерна (табл. 3).
3. Пластичность (R i ) и стабильность (S i2 ) сортов яровой твёрдой пшеницы по показателям качества зерна
Сорт
Стекловидность зерна
Содержание клейковины
Натура зерна
Ri>
Si2
Ri
Si2
Ri
Si2
Оренбургская 10
1,09
0,72
1,40
0,08
0,99
31,6
Оренбургская 21
1,50
2,60
1,16
4,74
1,16
42,9
Леукурум 6351
0,20
17,63
0,23
71,22
0,89
23,7
Меляна
1,09
0,36
0,83
0,03
0,79
19,5
Безенчукская степная
1,09
0,36
0,80
0,74
1,34
56,8
Золотая
0,74
6,33
0,70
2,92
0,43
5,8
Луч 25
0,95
25,18
1,16
0,41
0,81
20,7
Рустикано
1,05
1,32
0,85
2,61
1,02
33,2
Харьковская 46
1,10
9,33
1,06
0,89
1,07
36,5
Пластичным считали сорт с большей величиной Ri . Этот сорт способен улучшать рассматриваемый показатель при улучшении технологии или условий возделывания. Наиболее ценными в селекционном и практическом отношении считаются сорта, у которых Ri>1. По показателю стекловидности зерна среди изученной выборки наиболее пластичным оказался сорт Оренбургская 21. У сортов Оренбургская 10, Меляна, Безенчукская степная и Харьковская 46 величина Ri была меньше, чем у Оренбургской 21, но больше, чем у других сортов. Рустикано также можно отнести к пластичным сортам с коэффициентом пластичности 1,05. Сорта Золотая и Луч 25 оказались менее отзывчивыми на улучшение условий по росту стекловидности их коэффициент был менее 1,0, а сорт Леукурум 6351 характеризовался как слабопластичный. Характеризуя показатель стабильности, нужно иметь в виду, что более предпочтительны сорта с наименьшими значениями Si2 . Среди изученного набора сортов наибольшая стабильность по стекловидности зерна отмечена у сортов Меляна и Безенчукская степная (S i2 = 0,36 ед.), Оренбургская 10 (S i2 = 0,72 ед.), меньшая стабильность–у сортов Луч 25 (S i2 = 25,18 ед.) и Леукурум 6351 (S i2 = 17,63 ед.).
По содержанию сырой клейковины наибольшую пластичность показали сорта Оренбургская 10 (1,40 ед.), Оренбургская 21 и Луч 25 (1,16 ед.), а также сорт Харьковская 46 (1,06 ед.). Сорта Оренбургская 10, Луч 25, Меляна и Харьковская 46 по данному показателю имели высокую стабильность. Сорт Леукурум 6351 показал низкую пластичность и высокую нестабильность показателя сырой клейковины (71,22 ед.).
Высокопластичными по натуре зерна в изученном наборе оказались сорта Безенчукская степная (1,34 ед.), Оренбургская 21 (1,16 ед.), Харьковская 46 (1,07 ед.) и Рустикано (1,02 ед.). Меньшую пластичность проявил сорт Золотая (0,43 ед.), но он показал большую стабильность по натуре зерна. Нестабильными по натуре зерна оказались сорта Безенчукская степная, Оренбургская 21, Харьковская 46, Рустикано (56,8 – 33,2 ед.).
Обобщая оценку пластичности и стабильности изученных сортов, мы провели ранжирование сортов по показателям качества с общей итоговой оценкой (табл. 4).
4. Ранжирование сортов по показателям пластичности и стабильности
Сорт
Ранг по показателям качества
Сумма рангов
стекловидность зерна
натура зерна
содержание сырой клейковины
Ri
Si2
Ri
Si2
Ri
Si2
Ri
Si2
Оренбургская 10
3
2
5
6
1
2
9
10
Оренбургская 21
1
4
2
8
2
8
5
20
Леукурум 6351
7
7
6
5
8
9
21
21
Меляна
3
1
8
3
5
1
16
5
Безенчукская степная
3
1
1
9
6
4
10
14
Золотая
6
5
9
1
7
7
22
13
Луч 25
5
8
7
4
2
3
14
15
Рустикано
4
3
4
2
4
6
12
11
Харьковская 46
2
6
3
7
3
5
8
18
Наибольшую пластичность по рассмотренным признакам качества зерна показали сорта Золотая (22), Леукурум 6351 (21), Меляна (16) и Луч 25 (14). Большая стабильность по качественным показателям выявлена у сортов Меляна (5), Оренбургская 10 (10) и Рустикано (11).
Выводы. Значительный вклад в формирование стекловидности зерна, натуры зерна и содержания сырой клейковины яровой твёрдой пшеницы вносят погодные условия периода налива зерна (65,1 – 89,8 %), сортовые особенности определяют их на 5,3 – 13,1 %. Несмотря на нарастание засушливости климата, в регионе удаётся сформировать зерно, отвечающее требованиям 1-го и 2-го класса ГОСТа 9353 – 2016.
Для селекционной практики по высокой пластичности качественных показателей имеют значение сорта Золотая, Леукурум 6351, Меляна и Луч 25, а по наибольшей стабильности представляют интерес сорта Оренбургская 10, Меляна и Рустикано.
Литература
1. Заключительный отчёт ФГБУ «Оренбургский референтный центр Россельхознадзора» о посевных площадях яровых культур в хозяйствах Оренбургской области 2017 – 2019 гг.
2. Гончаров С.В., Курашов М.Ю. Перспективы развития российского рынка твёрдой пшеницы // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2018. № 2 (57). С. 66 – 75.
3. Бесалиев И.Н., Сандакова Г.Н. Урожайность яровой твёрдой пшеницы в зависимости от параметров показателя атмосферной засушливости периода вегетации в Оренбургском Предуралье и Зауралье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 4 (72). С. 62 – 65.
4. Таub D.К., Miller B., Allen N. Effects of elevated CO 2 on the protein concentration of food crops a meta-analysis // Glob. Change Biol. 2008. No. 14. Pp. 565 – 575.
5. Blumenthal C.S., Barlow E.W.R., Wrigley C.W. Growth environment and wheat quality: the effect of heat stress on dough properties and gluten proteins // J. Cereal Sci. 1993. No. 18. Pp. 3 – 21.
6. C.S. Blumenthal, P.J. Stone, P.W. Gras. Heat-shock protein 70 and dough-quality changes resulting from heat stress during grain filling in wheat // Cereal Chem. 1998. No. 75. Pp. 43 – 50.
7. Dupont F.M., Hurkman W.J., Tanaka C.K.. Bip, HSP70, NDK and PDI in wheat endosperm. I. Accumulation of mRNA and protein during grain development // PhysiologiaPlantarum. 1998. No. 103. Рp. 70 – 79.
8. Ложкин А.Г. Экологическая пластичность сортов яровой твёрдой пшеницы в условиях лесостепной зоны Чувашской Республики // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 4 (7). С. 23 – 27.
9. Мухитов Л.А. Экологическая оценка и селекционная ценность разных по происхождению сортов яровой пшеницы в условиях степи Оренбургской области // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2018. 4. 7 c. [Электр. ресурс]. URL: http://elmag.uran.ru:9673/magazine/Numbers/2018-4/Articles/MLA-2018-4.pdf. Дата обращения 11.06. 2020.
10. Адаптивный потенциал сортов твёрдой яровой пшеницы по урожайности зерна в зависимости от предшественника в южной лесостепи Западной Сибири / Н.А. Поползухина, Ю.Ю. Паршуткин, П.В. Поползухин [и др.] // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (36). С. 40 – 52.
11. Сапега В.А., Турсумбекова Г.Ш. Урожайность, экологическая пластичность и стабильность сортов яровой мягкой и твёрдой пшеницы в южной лесостепи Тюменской области // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020. № 21(2). С. 114 – 123.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования. Изд. пятое, допол. и переработанное). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
13. Корнилова А.С., Никонова Р.А., Дрягина Д.А. Метод ранговой корреляции и его применение // Современные инновации: теоретический и практический взгляд: матер. VIII Междунар. науч.-практич. конф. М.: Проблемы науки, 2018. С. 52 – 53.
14. Иванченко Э.Г., Вольф В.Г., Литун П.П. К методике изучения пластичности сортов // Селекция и семеноводство. Киев. 1978. Вып. 40. С. 16 – 25.
_________________
* Работа выполнена в рамках госзадания № 0761-2019-0004.
№ 4 (84)
