Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84)

УДК 633.11.112.1:631.527

Экологическая пластичность и продуктивность сортов и линий яровой твёрдой пшеницы в условиях Дона

В.П. Кадушкина, ст. науч. сотрудник; А.И. Грабовец, чл.-кор. РАН, д-р с.-х. наук, профессор; С.А. Коваленко, магистрант

ФГБНУ ФРАНЦ

Из ряда требований, предъявляемых к сортам и лимитирующих формирование стабильной продуктивности, на первый план выдвигается устойчивость к экологическим факторам среды. В этом плане оценки экологической пластичности сортов, сферы их применения и адаптации к реальным природно-климатическим ситуациям являются актуальными для производства.

Селекционеры особое внимание уделяют изучению экологической пластичности сорта, и в частности поиску статистических параметров её выражения. Оценка экологической пластичности и стабильности различных сортов и линий представлена во многих работах по селекции озимой и яровой мягкой пшеницы, яровой и озимой тритикале, ярового ячменя [1 – 4] и других культур. Но очень мало приводится результатов исследований по яровой твёрдой пшенице [5]. Селекция по этой культуре с учётом параметров адаптивности сорта имеет особое значение и для условий Дона, особенно в связи с частыми засухами в вегетационный период (с мая по июль).

В Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию, по 6-му региону включено семь сортов яровой твёрдой пшеницы, из них четыре селекции ФГБНУ ФРАНЦ: Новодонская, Вольнодонская, Донская элегия и Мелодия Дона. Сорт Донская элегия является государственным стандартом по 6-му региону. Эти сорта сочетают в себе такие трудносовместимые признаки, как скороспелость, высокая урожайность и качество зерна, засухоустойчивость, устойчивость к полеганию наряду с устойчивостью к ряду заболеваний [6]. Несмотря на ценность этих признаков, сочетаемых в сортах, предстоит дальнейший поиск способов создания более продуктивных и адаптивных генотипов с целью увеличения урожайности в различных экологических условиях.

Для свойства адаптивности (приспособленности), отражающей всё многообразие отношений с окружающей средой, характерно единство таких противоположностей, как пластичность и стабильность. Пластичность–это реакция сорта на различные условия среды. Стабильность–способность сорта сохранять относительное постоянство признаков при изменении условий среды. Среди изучаемого набора сортов наиболее ценными будут формы с высокой урожайностью и с меньшим размахом колебаний признака в меняющихся условиях выращивания. Неотъемлемым свойством адаптивности считается также гомеостатичность–неспецифическая устойчивость сортов и генотипов к неблагоприятным воздействиям внешней среды, в частности к дефициту водообеспеченности, жаре, плохим предшественникам и т.д. [7].

Цель настоящего исследования заключается в проведении оценки адаптивных свойств и урожайности сортов и селекционных линий яровой твёрдой пшеницы в условиях Дона.

Материал и методы исследования. Экспериментальную работу проводили в течение 2016 – 2019 гг. в ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр» на полях, расположенных в северо-западной зоне Ростовской области. Почва опытных участков–чернозём среднемощный южный карбонатный; предшественник–зернобобовые культуры. Климат региона умеренно континентальный, засушливый.

Изучали 4 сорта и 7 новых селекционных линий яровой твёрдой пшеницы, высевавшихся в конкурсном сортоиспытании. Агротехника проведения опыта–общепринятая для северо-западной зоны Ростовской области. Площадь делянки была равна 22,5 м ² , повторность четырёхкратная, расположение сортов–систематическое. Норма высева составляла 4,5 млн всхожих зёрен на гектар. Полевые опыты проводили по Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1989). Для расчёта индекса условий среды, параметров пластичности и стабильности использовали методику S.A. Eberchart и W.A. Russel, 1966 [8], в интерпретации В.З. Пакудина и Л.М. Лопатиной [9], гомеостатичности–по В.В. Хангильдину и Н.А Литвиненко [10].

Показатели гидротермического коэффициента (ГТК) определяли за периоды вегетации согласно методике Г.Т. Селянинова, по данным метеопоста «Тарасовское опытное поле» отделения «Северо-Донецкой СХОС» ФРАНЦ.

Результаты исследования. Метеорологические условия в годы исследования варьировали от близких к среднемноголетним значениям до засушливых и увлажнённых, отличались нестабильностью в период вегетации.

Наиболее благоприятные условия для формирования урожайности яровой твёрдой пшеницы сложились в 2016 и 2017 гг., неблагоприятные – в 2018 и 2019 гг. Количество осадков за период вегетации в 2016 г. составляло 185 мм, в 2017 г. – 243, среднегодовая норма – 199. В 2018 и 2019 гг. выпал большой объём осадков (всего за вегетационный период 238 и 287,6 мм соответственно), но основное их количество пришлось на время уборки урожая, когда закончился процесс созревания зерна. До этого налив зерна проходил в условиях жесточайшей засухи.

В 2016 и в 2017 гг. в период формирования зерновки ГТК был высоким (1,67 – 2,0), что оказало существенное влияние на закладку будущего урожая зерна. Средняя урожайность составила соответственно по годам 4,14 и 3,64 т/га (табл. 1). В неблагоприятные 2018 и в 2019 гг. показатель ГТК за эти же периоды был очень низким (от 0,29 до 0,44), растения испытывали недостаток влаги в период формирования и налива зерна, и урожайность в итоге составила 2,07 и 1,57 т / га соответственно.

1. Урожайность, экологическая пластичность сортов и линий яровой твёрдой пшеницы, 2016 – 2019 гг.

Индекс условий среды Ij определяет изменчивость условий выращивания и может принимать положительное или отрицательное значение. Лучшие условия складываются в годы с положительным знаком индекса, худшие–с отрицательным. Благоприятные условия для роста и развития сортов и линий яровой пшеницы сложились в 2016 г., когда индекс среды имел наибольшее положительное значение (Ij = 1,29). Самая высокая средняя урожайность–5,44 т/га была у линии 4215/17. Худшие условия среды были в 2019 г. (Ij = –1,29). Урожайность при этом варьировала от 1,42 до 1,72 т/га. Вследствие различий погодных условий по годам удалось получить наиболее полную оценку реакции сортов и генотипов на изменение факторов среды.

Для оценки адаптивной способности генотипов существует много методов. Наиболее распространённый метод С.А. Эберхарта и В.А. Расселла (1966), при помощи которого определяли коэффициент линейной регрессии (b _i ) и дисперсию отклонений от линии регрессии (S _i² ). Первый показатель характеризует отзывчивость сорта на изменение условий выращивания (пластичность), а второй–стабильность сорта в различных условиях среды.

Чем выше значение коэффициента b_i (>1), тем большей отзывчивостью на высокий агрофон обладает сорт. Такие сорта требовательны к высокому уровню агротехники, и только в этом случае они дадут максимальный урожай зерна. К селекционным линиям интенсивного типа можно отнести 4158/17 (Дончанка × Новодонская) × Донская элегия; 4192/17 [(Sellicoppa × Новодонская) × Д-2093] × к. 44428 13355 США; 4193/17 [(Sellicoppa × Новодонская) × Д-2093] × к. 59187 СД-4354 США; 4215/17 (к. 44421 Lakota США × Донская элегия) (b _i = 1,14 – 1,33; табл. 1).

Эти линии за годы исследования выделялись по урожайности, значения которой варьировали от 1,5 до 5,44 т/га. Лидером по этому признаку была линия 4193/17. Высокая урожайность у неё была обусловлена большей продуктивной кустистостью (1,6 против 1,4 у стандарта), количеством зёрен в колосе (15,9 шт.), массой зерна с 1 растения (0,73 г) (табл. 2). Линия характеризовалась высокой засухоустойчивостью. Превышение над сортом Донская элегия по урожайности составляло 0,59 т/га.

Вольнодонская и линия 4125/17 (М3 Оренбургская 10 ДАБ-0,1 % × Харьковская 11) × <{[(Харьковская 7 × Актюбинская 2) × (Гиоргио × Лазоревая)] × Новодонская} × Степь 3> слабее реагировали на изменение условий среды (b _i = 0,77 – 0,79). Их урожайность варьировала от 2,70 до 2,73 т/га, превышение сорта-стандарта составляло 0,12 – 0,15 т/га. Эти сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они продемонстрируют максимум отдачи при минимуме затрат.

Сорта Донская элегия, Мелодия Дона, Донэла М и линии: 4783/15 <{[(Харьковская 7 × Актюбинская 2) × (Гиоргио × Лазоревая)] × Новодонская} × Степь 3> × Донская элегия; 4185/17 (Вольнодонская × Тарасовская остистая) × М3 СД 4354 ДАБ-0,1 % можно отнести к пластичным. Их коэффициенты регрессии по среде b_i близки к 1,0 (b _i от 0,85 до 0,96). Эти сорта хорошо адаптированы к разнообразным условиям среды. Урожайность у этих сортов и линий варьировала от 1,42 до 4,05 т/га.

Перспективная линия 4783/15 находится в питомнике селекционного размножения с целью передачи её в 2020 г. на государственное сортоиспытание. Разновидность leucurum. Колос белый, средней крупности – 6,3 – 7,9 см, широкий, плотный. Масса 1000 зёрен в среднем за годы изучения составляла 36,7 г, в благоприятные годы достигала 43 г. Стебель прочный. Новая линия несколько выше, чем Донская элегия. В среднем за 2014 – 2019 гг. длина стебля составила 95,5 см, в благоприятные годы – 129 см против 125 см у стандарта. Линия 4783/15 устойчива к полеганию (8,5 балла), практически не поражалась пыльной головнёй, среднеустойчива к грибным заболеваниям (мучнистой росе, бурой и жёлтой ржавчине). Характеризовалась повышенной засухоустойчивостью. Линия среднеспелая, созревала одновременно со стандартом. За годы изучения в конкурсных сортоиспытаниях (2016 – 2019 гг.) урожайность составляла 1,6 – 3,94 т/га, что превысило стандартный сорт Донская элегия на 0,03 – 0,34 т/га.

Коэффициент стабильности признака (S _i² ) показывает, насколько сорт соответствует пластичности, которую рассчитали посредством коэффициента регрессии. Чем ближе значение S_i² к нулю, тем ближе эмпирические значения урожайности к теоретическим и тем стабильнее сорт. В изучаемом наборе сортов и линий к высокостабильным по урожайности можно отнести Вольнодонскую, Донскую элегию, 4125/17, 4158/17, 4185/17 (S _i² = 0,057 – 0,296).

Наиболее стабильной по урожайности среди изучаемых сортов и линий была 4185/17. Урожайность у этой линии варьировала от 1,63 до 4,05 т/га. По элементам структуры урожая линия характеризовалась большей массой зерна с одного растения, чем у стандарта Донская элегия, количеством зёрен в колосе (12,9 и 12,3 соответственно) и имела более высокий индекс урожая (табл. 2).

2. Структура урожая сортов и линий яровой твёрдой пшеницы, 2018 – 2019 гг.

По результатам исследования была выделена линия 4158/17, у которой высокая пластичность сочеталась одновременно с высокой стабильностью (b _i = 1,14; S_i² = 0,057). Эта линия характеризовалась стабильной урожайностью по годам изучения. Разновидность hordeiforme. Длина колоса 6,5 – 10,0 см. Зерно белое, средней крупности, удлинённой формы с коротким хохолком. Масса 1000 зёрен в среднем за 2016 – 2019 гг. составляла 33,2 г. Высота соломины от 67 до 120 см, устойчива к полеганию (7 баллов). Генотип среднеспелый, созревает на один день позже или одновременно со стандартом. Характеризуется высокой полевой устойчивостью к мучнистой росе (0 – 15 %), жёлтой ржавчине (от 10 до 15 % в 2016 г.), к пыльной головне. За годы изучения в конкурсных сортоиспытаниях урожайность составила 1,52 – 4,51 т/га, что превышало стандартный сорт Донская элегия на 0,1 – 1,05 т/га.

Линии 4192/17 и 4215/17 имели низкий коэффициент стабильности (S _i² = 0,633 – 0,708) по сравнению с изученными сортами и линиями, но они характеризовались высокой продуктивностью. Это было обусловлено большей массой зерна с растения (0,52 – 0,64 г против 0,49 у стандарта) и количеством зёрен в колосе (14,7 – 15,9) (табл. 2).

Сорт Донская элегия хорошо себя зарекомендовал в условиях юго-востока ЦЧЗ [5]. По результатам исследований Е.И. Малокостовой (2019), этот сорт за 2013 – 2016 гг. выделялся по урожайности среди изученного набора сортов и линий яровой пшеницы и превысил сорт - стандарт Воронежская 7 на 0,33 т/га. Донская элегия имела наиболее высокую отзывчивость на условия среды (b _i = 1,12) и стабильность по урожайности (S _i² = 0,05 против 0,11 у стандарта). Эти данные ещё раз подтверждают высокую адаптивность этого сорта.

Гомеостатичность сорта является одним из показателей его адаптивности. В.В. Хангильдин (1981) связывает проявление высокой гомеостатичности (Hom) с меньшей вариабельностью урожайности в изменяющихся условиях среды. По результатам нашего исследования максимальная гомеостатичность (от 28,05 до 52,69) была отмечена у линий 4125/17, 4158/17 и 4185/17, которые меньше других реагировали на изменения среды. Урожайность варьировала от 1,52 до 4,51 т/га, коэффициент вариации составил 1,9 – 4,6 %.

Наименьший показатель гомеостатичности был у генотипов 4192/17 и 4215/17 (3,91 и 3,46 соответственно). Эти сорта характеризовались наибольшей вариабильностью урожайности (21,0 – 22,8 %) и имели самый высокий коэффициент регрессии по среде (1,27 и 1,33), т.е. они были наиболее отзывчивы на изменения условий внешней среды и в то же время более требовательны к агрофону.

Выводы. Селекционные линии 4158/17, 4192/17, 4193/17 и 4215/17 показали отзывчивость на улучшение условий выращивания. Сорта Вольнодонская, Донская элегия и линии 4185/17 и 4125/17 характеризовались высокой стабильностью, имели и будут иметь преимущество на низких агрофонах.

Наиболее ценными среди испытанных сортов и линий по комплексу параметров были Донская элегия, Мелодия Дона, Донэла М, 4125/17, 4158/17 и 4185/17, объединяющие адаптивную способность и продуктивность. Подтверждением этому служит широкий ареал допуска наших сортов при включении их в Госреестр селекционных достижений РФ: Донская элегия (районирован по 5-му, 6-му, 7-му, 8-му, 9-му регионам), Мелодия Дона (6-й , 7-й и 9-й регионы).

Лучшей линией, сочетающей высокую продуктивность, пластичность, стабильность и показатель гомеостатичности, была 4158/17 (Дончанка × Новодонская) × Донская элегия (b _i = 1,14; S_i² = 0,01; Hom = 10,25). Она способна давать высокую и при этом стабильную урожайность не только в благоприятных, но и в контрастных условиях. Её рекомендуется использовать в селекционном процессе в получении новых генотипов с высоким адаптивным потенциалом.

Результаты исследования экологической пластичности и стабильности линий яровой твёрдой пшеницы, их реакция на гидротермические условия могут быть использованы селекционерами при создании новых сортов.

DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-34-38

Опубликовано Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84), стр. 34-38

Аннотация