Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84)

УДК 631.16:631.527.5

Моделирование интенсивных идиотипов сортов ярового ячменя для Уральского региона

Ю.П. Прядун, врио директора

ФГБНУ Челябинский НИИСХ

В условиях повышенной континентальности климата на большей территории РФ особенно актуально и важно выведение сортов, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессовым факторам среды, что позволит получать зерно с необходимыми продовольственными и кормовыми качествами. Большой резерв повышения урожайности заложен в создании и внедрении сортов с высоким потенциалом урожайности и высокого качества продукции, устойчивых к поражению опасными болезнями и вредителями [1]. Площадь посевов ярового ячменя в структуре посевов зерновых культур в Челябинской области занимает 2 — е место после яровой пшеницы и достигла в 2019 г. 397 тыс. га. Зерно ячменя содержит много клетчатки и мало крахмала, что делает эту культуру перспективной диетической пищей [2]. Ячмень имеет высокие кормовые достоинства: сбалансирован питательными веществами и содержит много незаменимых аминокислот [3]. Для более полной реализации потенциала урожайности сортов в процессе отбора возникает необходимость выделить элементы структуры урожая сорта. Зерновые имеют несколько элементов структуры урожая, формирующихся последовательно один за другим в ходе онтогенеза и обнаруживающих сезонную тенденцию, что заметно при благоприятном влиянии экологических факторов на их формирование. К этим элементам относятся такие признаки, как кущение, число колосьев, число зёрен и масса зерна в колосе. На первом этапе селекции создание модели сорта, учитывающей реализацию его генетического потенциала в условиях среды того региона, для которого предназначен сорт, требует целенаправленного поиска исходного материала [4]. Оценку селекционного материала В.Н. Гудзенко, А.Л. Демидов, С.П. Васильковский, С.С. Коляденко на завершающем этапе селекции рекомендуют проводить во взаимодействии стабильного проявления урожайности с другими хозяйственно ценными признаками дифференцированно, по изменяющимся условиям годов испытаний [5].

По мнению И.Н. Щенниковой [6], получение стабильно высоких урожаев зерна ярового ячменя способны обеспечить только сорта, выполняющие, по крайней мере, три основных требования: успешно противостоят неблагоприятным (экстремальным) воздействиям внешних факторов; с максимальной эффективностью утилизируют благоприятные условия среды; имеют высокую потенциальную продуктивность. Моделирование сортов состоит не только в том, чтобы теоретически обосновать уже достигнутые результаты селекции, а в том, чтобы обосновать совершенно новую модель для конкретных почвенно-климатических условий и предложить практические пути к её осуществлению [7]. Разработка модели идеального сорта позволяет селекционеру более эффективно и экономично создавать сорта, максимально приближающиеся к идеальным [8, 9].

Цель исследования – разработать модели сортов ярового ячменя различных идиотипов для Уральского региона.

Материал и методы исследования. Челябинская область представлена четырьмя почвенно-климатическими зонами, отличающимися по продолжительности безморозного периода, температурному режиму, влагообеспеченности и т.д. Исследования проводили в северной и южной лесостепной зонах, где ячмень занимает наибольшие площади возделывания.

Объектом наблюдений служили сорта ярового ячменя. Закладка и проведение учётов и наблюдений проводились по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [10].

Для характеристики условий вегетации использован гидротермический коэффициент (по Г.Т. Селянинову) [11], и период с 2001 по 2019 г. по обеспеченности теплом и влагой можно разбить на следующие группы:

– избыточно увлажнённый (ГТК 1,6 и более) – 2007, 2011, 2014, 2018 гг.;

– влажный (1,6 – 1,3) – 2001, 2002, 2003, 2005, 2006, 2008, 2009, 2013, 2017 гг.;

– недостаточно влажный (1,3 – 1,0) – 2015, 2016, 2019 гг.;

– засушливый (1,0 – 0,7) – 2010, 2012 гг.;

– очень засушливый (0,7 – 0,4) – 2004 г..

Погодные условия в период исследований для культуры ячменя были контрастными, но 85 % лет были благоприятными и только 10 % лет – засушливыми и 5 % – очень засушливыми.

Для математической обработки данных использовалась методика дисперсионного анализа В.А. Доспехова [12] и компьютерная программа статистической обработки данных Snedekor.

Результаты исследования. Анализ детального изучения элементов структуры урожая, слагающих продуктивность растения, и изучение биологических и морфологических особенностей культуры позволяют описать идеальный сорт в определённых почвенно-климатических условиях и при определённых агротехнических приёмах возделывания. Метод корреляционного анализа количественных признаков даёт возможность выявления и объективной оценки взаимодействия между количественными признаками, находить новые закономерности и делать прогнозы эффективности отбора. Знание взаимосвязей признаков, за счёт которых формируется урожай существующих сортов, позволяет нам установить некоторые ограничения для модели перспективных кандидатов в новые сорта.

Вегетационный период. Проведённые исследования в условиях южной и северной лесостепной агроклиматических зон Челябинской области показали, что растения ячменя испытывали недостаток влаги в период прохождения фазы кущения (третья декада мая и первая декада июня) и фазы выхода в трубку (вторая и третья декада июня). Для двурядных ячменей установлено два критических периода в онтогенезе – фаза выхода в трубку и колошения, а для многорядных – три критических периода: два вышеназванных и третий – в начале фазы восковой спелости.

Учитывая частое проявление весенне-летней и продолжительной летней засух, преимущество имеют сорта с продолжительным первым периодом вегетации. За более длительный период сорта ячменя успевают сформировать хорошо развитую корневую систему и вегетативную массу растений. Во второй период вегетации всё это будет работать на урожайность зерна. В условиях лесостепи выявлена слабая положительная корреляционная зависимость (r = 0,25 – 0,36) продолжительности вегетационного периода с продуктивностью.

Высота растения – важный селекционный признак, особенно в условиях интенсивного земледелия. Проблема полегания во многих странах решается снижением высоты стебля. Устойчивость растений к полеганию зависит также от условий возделывания. В северной лесостепи средняя высота стандартного сорта колеблется от 54 до 81 см. Устойчивость к полеганию у двурядных сортов составляет 8,4 балла, у многорядных – 8,9 балла. В южной лесостепи средняя высота стандартного сорта составляет 58 – 74 см по пару и 45 – 57 см по зерновому предшественнику. Устойчивость к полеганию у двурядных сортов равна 8,6 балла, у многорядных – 9,0 балла.

Продуктивная кустистость. Максимальный урожай за годы наблюдения в конкурсном сортоиспытании в северной лесостепи получен при продуктивном стеблестое у двурядного ячменя – 550 – 650 растений на м² с коэффициентом корреляции r = 0,96, у многорядного ячменя – 450 – 550 растений на м² с коэффициентом корреляции r = 0,82. Такой продуктивный стеблестой обеспечивает норма посева, равная 5,0 млн всхожих зёрен на 1 га. Продуктивная кустистость у новых сортов двурядного ячменя составляет 1,4 – 1,5, а у многорядного ячменя – 1,1– 1,2. Корреляционная зависимость продуктивности ячменя от сильной до средней степени отмечена с продуктивной кустистостью: у двурядного ячменя с коэффициентом корреляции r = 0,96, у многорядного ячменя с коэффициентом корреляции r = 0,56.

Продуктивность колоса. Учитывая взаимосвязь количества зёрен в колосе и массы 1000 зёрен [13] и то, что эти показатели в конечном итоге определяют продуктивность колоса, необходимо найти в новых сортах наиболее благоприятное соотношение между этими компонентами. По данным конкурсного сортоиспытания, созданные в ФГБНУ «Челябинский НИИСХ» лучшие сорта многорядного ячменя при урожайности 5,40 ± 0,63 т/га формировали в среднем 31,2 ± 4,3 зерна в главном колосе и массу 1000 зёрен 43,1 ± 7,9 г при оптимальной норме высева 5,0 млн всхожих зёрен на гектар. У двурядных сортов при аналогичной норме высева урожайность составляла 5,41 ± 0,31 т / га, количество зёрен в колосе – 18,3 ± 2,1 шт., масса 1000 зёрен – 49,5 ± 4,0 г. Для двурядных сортов коэффициент корреляции урожайности с продуктивностью колоса северной и южной лесостепи составляет r = 0,50 – 0,68 и с продуктивностью растения r = 0,81 – 0,87, связь от средней до сильной степени. Для многорядных сортов коэффициент корреляции урожайности с продуктивностью колоса составляет r = 0,95 – 0,99 и с продуктивностью растения r = 0,80 – 0,98, связь сильная.

При создании сорта отбор проводят по фенотипу для конкретных почвенно-климатических условий, поэтому его целесообразно определять при помощи основных признаков и элементов структуры урожая, которые можно последовательно прослеживать в ходе онтогенетического развития, с тем чтобы установить их пределы и как конечный результат выразить в желательном генетическом потенциале продуктивности. Учитывая особенности почвенно-климатических условий Южно-Уральского региона, морфобиологические признаки и селекционно-генетические параметры районированных сортов, разработана модель двурядного и многорядного сорта ярового ячменя для северной и южной лесостепи региона (табл. 1, 2).

1. Параметры модельных сортов ярового ячменя для условий северной лесостепи Южного Урала

2. Параметры модельных сортов ярового ячменя для условий южной лесостепи Южного Урала

Следует отметить, что практическая реализация разработанной модели может внести некоторые коррективы в параметры модели сорта, но самым главным условием является оптимальное сочетание необходимых признаков в сорте для конкретных условий.

Графическую модель сорта можно представить по коэффициентам корреляции урожайности с каждым параметром сорта в различных зонах Челябинской области (рис. 1 – 3). В северной лесостепной зоне за стандарт принят сорт ярового ячменя Челябинский 99, в южной лесостепной зоне – Омский 95.

Для построения модели северной лесостепной зоны взяты следующие параметры: 1) вегетационный период, сут.; 2) высота растений, см; 3) продуктивная кустистость; 4) продуктивный стеблестой, шт/м ² ; 5) длина колоса, см; 6) количество в колосе колосков, шт.; 7) количество в колосе зёрен; 8) масса зерна колоса, г; 9) масса зерна растения, г.

На рисунках 1 – 3 чётко просматриваются изменения взаимосвязи параметров моделей с урожайностью в сравнении со стандартом.

Рис. 1 – Модели сортов в северной лесостепи по корреляционной зависимости от морфометрических параметров

Рис. 2 – Модели сортов в южной лесостепи по корреляционной зависимости от морфометрических параметров по паровому предшественнику

Рис. 3 – Модели сортов в южной лесостепи по корреляционной зависимости от морфометрических параметров по зерновому предшественнику

Урожайность сорта Челябинский 99 в северной лесостепной зоне на 92 % зависит от продуктивной кустистости и только на 8 % от других параметров модели сорта; сорт Нургуш только на 32 % зависит от продуктивной кустистости, что на 60 % меньше по сравнению с сортом Челябинский 99. Урожай сорта Челябинский 99 на 24 % сильнее зависит от продуктивного стеблестоя, чем сорт Нургуш. Установлено, что параметры модели такие, как количество в колосе колосков, количество в колосе зёрен, масса зерна, у сорта Нургуш на 89 – 99 % определяют его продуктивность, у сорта Челябинский 99 – только на 25 – 48 %. Продуктивность ярового ячменя сорта Яик на 49 – 62 % зависит от продуктивной кустистости, количества колосков в колосе, массы зерна с растения, а от остальных морфометрических параметров – на 72 – 95 %. Установлена сильная корреляционная связь этих параметров и урожайности модельного сорта Яик. Следовательно, каждый сорт будет иметь индивидуальную модель в зависимости от реакции генетического потенциала сорта на внешние условия среды.

Для построения модели южной лесостепной зоны взяты следующие параметры: 1) высота растений, см; 2) продуктивная кустистость; 3) продуктивный стеблестой, шт/м ² ; 4) длина колоса, см; 5) количество в колосе колосков, шт.; 6) количество в колосе зёрен; 7) масса зерна колоса, г; 8) масса зерна растения, г.

Анализ параметров модели сорта Омский 95 при посеве по пару в южной лесостепной зоне показывает, что только высота растения и количество в колосе колосков в сильной степени – на 71 – 80 % влияли на его продуктивность, остальные параметры – на 0,1 – 65 %. В отличие от сорта Омский 95, на продуктивность сорта Нургуш сильное влияние – на 82 – 98 % оказывают пять параметров модели. Следовательно, селекционный процесс, направленный на оптимизацию этих параметров, позволит получать устойчивую продуктивность сорта. Установлено, что сорт ярового ячменя Яик в меньшей мере подвержен влиянию морфометрических параметров на продуктивность, всего на 6 – 26 % (высота растения, длина колоса, количество зерна в колосе, масса зерна, масса зерна растения). Такие параметры модели сорта ярового ячменя Яик, как продуктивная кустистость, продуктивный стеблестой, количество колосков в колосе, оказывали сильное взаимодействие с урожаем культуры – от 51 до 86 %.

По зерновому предшественнику (рис. 3) характер изменений параметров моделей существенно меняется. Все параметры модели сорта Омский 95 в сильной степени – на 73 – 94 % оказывают влияние на его продуктивность. На продуктивность сорта многорядного ячменя Нургуш оказывают сильное влияние не все параметры модели, а длина колоса, количество в колосе зёрен, масса зерна колоса и масса зерна растения. Продуктивность сорта Нургуш находится в сильной взаимосвязи с параметрами модели – на 76 – 80 % от высоты растения, продуктивной кустистости, количества колосков в колосе.

Сорт ярового ячменя Яик настолько пластичен, что при посеве по зерновому предшественнику большинство морфометрических показателей только на 27 – 48 % определяют его продуктивность. Сильная корреляционная зависимость у сорта Яик установлена между его урожайностью и длиной колоса, количеством колосков в колосе и массой зерна с растения – от 60 до 83 %.

Построение моделей показывает, насколько сорта высокоадаптивны и пластичны к биоклиматическим ресурсам и реакцию генетического потенциала на условия внешней среды.

Выводы. Создание различных идиотипов моделей сортов в большей степени опирается на адаптивность, которая проявляется в оптимальном использовании генетического потенциала продуктивности сорта. Многолетние исследования ФГБНУ «Челябинский НИИСХ» по изучению взаимосвязей продуктивности с хозяйственно-ценными признаками показали преимущества и необходимость возделывания новых идиотипов сортов ярового ячменя не только в условиях Челябинской области, но и в других областях с аналогичными почвенно-климатическими условиями.

DOI 10.37670/2073-0853-2020-84-4-57-63

Опубликовано Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 4 (84), стр. 57-63

Аннотации