Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 633.111 Гексаплоидные виды
The research was carried out in order to isolate the initial material of winter soft wheat for crop breeding for high productivity, low stems and their combination in the conditions of the forest-steppe of the Middle Volga region. The work was carried out in 2011-2013 in Ulyanovsk region. The soil of the experimental field is leached chernozem, the predecessor is pure fallow. The material for the study was 102 varieties of winter wheat of various geographical origins. The weather conditions during the experiment were contrasting. Stress factors of the environment, typical for the forest-steppe of the Middle Volga region, did not allow to realize the production potential of most of the winter wheat varieties of the world collection. Varieties from Germany, Hungary, Bulgaria, Serbia, Moldova, China, USA, Japan, Estonia, Latvia formed a yield below the Volzhskaya K standard (in 2011 - 630 g/m2, in 2012 - 367 g/m2, in 2013 - 162 g/m2) by 10 ... 93%. Due to the often developing dry conditions, significant positive correlation-regression dependences of the yield of winter soft wheat on plant height (R2>0.08) were established. High-yielding sources of Poema, Biyskaya ozimaya cultivars, which annually exceeded the standard by 16...205%, were identified and recommended as the starting material for crop breeding. Dwarf and semi-dwarf wheats Donskaya lira, Zamozhnist, Yasnogorka, which have generated yields at or above the Volzhskaya K standard (499 g/m2 on average for 2011–2012 and 264 g/m2 on average for 2012–2013), are breeding value as sources of a combination of low stalks and productivity.
winter soft wheat (Triticum aestivum L.), initial material, variety, selection, productivity, plant height, low stem
Введение. Озимая мягкая пшеница – ведущая экономически значимая культура во многих регионах Среднего Поволжья. В последнее десятилетие площадь её посевов в Ульяновской области превышает 250 тыс. га, что составляет более 1/4 от площади пашни [1]. Возделываемые в современных агроэкологических условиях области сорта не всегда реализуют возможный уровень урожайности зерна и её стабильности. Это обусловлено, главным образом, недостаточной адаптивностью сортимента озимых пшениц к стрессовым факторам внешней среды. Для создания новых генотипов, сочетающих высокие продукционные и адаптивные возможности, необходим разнообразный исходный материал, изученный в конкретных условиях среды [2, 3, 4]. К числу важных показателей озимой мягкой пшеницы, имеющих адаптивное значение, относят высоту растений [5, 6, 7].
Цель исследования – выделить исходный материал озимой мягкой пшеницы для селекции культуры на высокую продуктивность, низкостебельность и их сочетание в условиях лесостепи Среднего Поволжья.
Условия, материал и методы. Работу проводили на опытном поле ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ в 2011–2013 гг.
Почва опытного поля – чернозем выщелоченный, среднемощный, по гранулометрическому составу среднесуглинистый. Содержание гумуса (по Тюрину) – 4,71 %, обеспеченность подвижным фосфором (Р205) и калием (К20) (по Чирикову) – 214 мг/кг и 133 мг/кг почвы соответственно. Реакция почвенного раствора близкая к нейтральной (рН 6,3…6,7). Сумма поглощенных оснований в верхнем горизонте составила 28,8…39,0 мг-экв./100 г почвы, степень насыщенности основаниями – 94,2…98,2 %.
Предпосевной период в 2010 г. характеризовался недостаточным увлажнением (ГТК = 0,7). Результатом резкого перепада температур в конце ноября стала притертая ледяная корка, что в дальнейшем вызвало повреждение и гибель растений некоторых сортообразцов озимой пшеницы. Весенне-летний период вегетации 2011 г. оказался влажным (ГТК = 1,5), что положительно сказалось на уровне урожайности исследуемой культуры.
Условия увлажнения в осенний период вегетации озимой пшеницы в 2011 г. сложились благоприятно (ГТК = 1,1). Повреждения растений зимой 2011–2012 гг. были вызваны выпреванием. После возобновления весенней вегетации теплая засушливая погода способствовала развитию шведской мухи (Oscinella frit. L.), что также послужило причиной формирования низкой урожайности.
Осень в 2012 г. была теплой, влажной (ГТК >1,3) и затяжной. Растения озимой пшеницы ушли в зиму переросшими, что спровоцировало их сильное выпревание. Неравномерное и недостаточное увлажнение в весенне-летнюю вегетацию культуры (ГТК = 0,8), не способствовали формированию высокой урожайности исследуемой культуры.
Материалом для исследований служили два набора сортообразцов озимой мягкой пшеницы из 12 стран мира из коллекции ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт растениеводства (ВИР). Образцы из России в зависимости от региона выведения были дополнительно разделены на 2 группы – Северный Кавказ и Сибирь. В 2010/11 и 2011/12 сельскохозяйственных годах изучали 49 генотипов, в 2012/13 и 2012/13 – 53 шт. Стандарт – сорт Волжская К.
Посев ручной, по предшественнику – чистый пар. Размер делянки – 0,9 м2.
Оценку сортообразцов озимой пшеницы по высоте растений, урожайности и другим хозяйственно-ценным показателям проводили согласно методикам, разработанным в ФГБНУ «ФИЦ ВИР им. Н. И. Вавилова» [8]. Группы по высоте растений выделяли по В.Ф. Дорофееву [9].
Статистическую обработку результатов исследований проводили методами дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализов с использованием компьютерной программы «Microsoft Office Excel 2007» по Б. А. Доспехову [10].
Результаты и обсуждение. Урожайность – важная характеристика сорта, которая зависит от сочетания многих его морфобиологических показателей [11, 12, 13]. В реализации урожайности большую роль играют факторы среды. В наших исследованиях в разнообразно сложившихся условиях среды отмечена межсортовая дифференциация пшениц из разных стран мира по урожайности. Стрессовые факторы внешней среды, характерные для лесостепи Среднего Поволжья, не позволили реализовать продукционные возможности большинству изучаемых сортообразцов озимой мягкой пшеницы. Генотипы из Германии, Венгрии, Болгарии, Сербии, Молдавии, Китая, США, Японии, Эстонии, Латвии формировали урожайность ниже стандарта Волжская К (в 2011 г. – 630 г/м2, в 2012 г. – 367 г/м2, в 2013 гг. – 162 г/м2) на 10…93 %. Пшеницы из северокавказского региона России уступали стандарту по урожайности на 34 %. Значительную дифференциацию наблюдали среди пшениц из Украины (в 2011 г. урожайность варьировала в диапазоне 40…976 г/м2, в 2012 г. – 78…507 г/м2, в 2013 г. – 5…261 г/м2) и сибирского региона России (в 2012 г. – 60…505 г/м2, в 2013 г. – 25…264 г/м2). Изученные сорта западноевропейских и некоторых других зарубежных стран часто были выведены в условиях мягких зим, влажного климата, поэтому их адаптивный потенциал в зоне проведения исследований оказался недостаточным. Об этом свидетельствует низкая средняя урожайность по сортоиспытаниям разных лет (2011 г. – 328±32 г/м2, 2012 г. – 222±16 и 239±6 г/м2, 1-й и 2-й наборы соответственно, 2013 г. – 126 ±15 г/м2), в сравнении со стандартом Волжская К (табл. 1).
Таблица 1 – Урожайность сортообразцов озимой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения, г/м2
|
2011 г. |
2012 г. |
|||||
|
среднее |
min |
max |
среднее |
min |
max |
|
|
Волжская К, стандарт |
630 |
605 |
658 |
367 |
355 |
380 |
|
Украина |
383 |
40 |
976 |
248 |
78 |
498 |
|
Молдавия |
483 |
483 |
483 |
300 |
300 |
300 |
|
Германия |
222 |
20 |
423 |
202 |
171 |
233 |
|
Венгрия |
41 |
22 |
59 |
244 |
244 |
244 |
|
Болгария |
469 |
276 |
606 |
200 |
153 |
282 |
|
Сербия |
251 |
40 |
670 |
99 |
54 |
149 |
|
Китай |
219 |
13 |
535 |
176 |
22 |
458 |
|
Среднее |
328±32 |
13 |
976 |
222±16 |
22 |
498 |
|
|
2012 г. |
2013 г. |
||||
|
Волжская К, стандарт |
367 |
355 |
380 |
162 |
155 |
180 |
|
Россия, Северный Кавказ |
241 |
59 |
348 |
107 |
42 |
172 |
|
Россия, Сибирь |
302 |
60 |
505 |
146 |
25 |
264 |
|
Украина |
307 |
126 |
507 |
114 |
5 |
261 |
|
США |
171 |
71 |
253 |
50 |
10 |
97 |
|
Япония |
179 |
87 |
240 |
143 |
125 |
161 |
|
Эстония |
240 |
230 |
250 |
49 |
6 |
91 |
|
Латвия |
220 |
118 |
322 |
20 |
18 |
22 |
|
Среднее |
239±16 |
59 |
507 |
126±15 |
5 |
264 |
Среди сортообразцов 1-го набора в 2011 г. урожайность выше среднего по сортоиспытанию, наряду со стандартом (630 г/м2), сформировали сорта Zamozhnist, Lytavinka, Manzheliya, Dashenka, Kalyanova (Украина) и Mina (Сербия), превзошедшие стандартный сорт на 6…55 %. В 2012 г. у них, за исключением сорта Mina (Сербия), сбор зерна с единицы площади превысил средний по опыту на 35…58 %, но уступала стандарту на 5…18 % (табл. 2). В среднем за 2011–2012 гг. урожайность сортов озимой пшеницы Zamozhnist, Dashenka, Kalyanova достоверно (НСР05=33 г/м2) превысила величину этого показателя у стандарт Волжская К (499 г/м2), а у сортов Lytavinka, Manzheliya сбор зерна находился на его уровне (467…484 г/м2).
Среди сортообразцов 2-го набора высокой урожайностью в оба года исследований характеризовались Виктория 95, Поэма, Кулундинка, Бийская озимая, Донская лира (Россия), Ясногорка (Украина). Так, в 2012 г. она составила 330…505 г/м2, что больше среднего по сортоиспытанию на 38…111 %, в 2013 г. – 167…626 г/м2, что превысило среднюю в опыте на 33…396 %. При этом сорта озимой пшеницы Поэма, Бийская озимая в исследуемые годы превзошли по урожайности и высокопродуктивный стандарт (367 г/м2 в 2012 г. и 162 г/м2 в 2013 г.) на 16…205 %. В среднем за 2012–2013 гг. достоверно (НСР05=26 г/м2) превысили стандарт по урожайности (264 г/м2) сорта Виктория 95, Поэма, Бийская озимая (Россия), Ясногорка (Украина) на 20…87 %. Сбор зерна сортов озимой мягкой пшеницы отечественной селекции Донская лира и Кулундинка находился на уровне стандарта – 256 и 258 г/м2 соответственно.
Таблица 2 – Урожайность высокопродуктивных сортов озимой мягкой пшеницы в контрастные по условиям среды годы, г/м2
Во влажных условиях среды 2011 г. (ГТК мая и июня > 2,0) в коллекционном питомнике доминировала группа полукарликовых пшениц (78 %) с высотой растений 61…85 см (рис. 1). На короткостебельные (86…105 см) и карликовые (41…60 см) сортообразцы приходилось по 10 %. В условиях дефицита влаги в летний период вегетации культуры 2012 г. (ГТК июня 0,6) преобладали карликовые генотипы (84 и 48 % сортообразцов в 1-м и 2-м наборах соответственно). Суперкарликовых (до 40 см) образцов было больше, чем в другие годы исследований, – 10 и 9 % соответственно. В 2013 г. с засушливыми явлениями в мае и июне (ГТК 0,8 и 0,7, соответственно) по численности карликовые лидировали (45 %) и полукарликовые (36 %) пшеницы.
|
а)
|
б)
|
|
в) |
г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Распределение (%) сортообразцов озимой пшеницы по высоте
растений (1-й набор: а – 2011 г., б – 2012 г.; 2-й набор: в – 2012 г., г – 2013 г.)
Большинство исследованных сортообразцов озимой пшеницы мировой коллекции уступало стандарту по высоте растений (в 2011 – 104 см, в 2012 г. – 71 см, в 2013 гг. – 72 см) на 2…65 см (табл. 3). Так, во влажных условиях 2011 г. высота растений стандарта Волжская К составила 104 см, средняя величина этого показателя в сортоиспытании – 72±2 см. При этом высота растений генотипов из Германии, Венгрии, Болгарии, Сербии, Украины, Молдавии и Китая варьировала от 34 до 94 см. У этого же набора пшениц в 2012 г. в связи с недостатком увлажнения она изменялась в меньших пределах – от 30 до 59 см. Меньшей, в сравнении с 2011 г., была высота растений стандарта (71 см) и в среднем по опыту (49±1 см).
Таблица 3 – Высота растений сортообразцов озимой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения
|
Страна |
2011 г. |
2012 г. |
||||
|
среднее |
min |
max |
среднее |
min |
max |
|
|
Волжская К, стандарт |
104 |
101 |
105 |
71 |
68 |
74 |
|
Украина |
73 |
63 |
94 |
48 |
36 |
58 |
|
Молдавия |
70 |
70 |
70 |
53 |
53 |
53 |
|
Германия |
82 |
75 |
88 |
54 |
48 |
59 |
|
Венгрия |
49 |
48 |
50 |
48 |
47 |
49 |
|
Болгария |
78 |
76 |
80 |
48 |
47 |
50 |
|
Сербия |
70 |
60 |
80 |
44 |
37 |
53 |
|
Китай |
67 |
34 |
85 |
48 |
30 |
56 |
|
Среднее |
34 |
105 |
49±1 |
30 |
74 |
|
|
|
2012 г. |
2013 г. |
||||
|
Волжская К, стандарт |
71 |
68 |
74 |
72 |
70 |
73 |
|
Россия, Северный Кавказ |
45 |
33 |
54 |
53 |
43 |
63 |
|
Россия, Сибирь |
85 |
62 |
98 |
89 |
60 |
104 |
|
Украина |
53 |
43 |
65 |
55 |
38 |
81 |
|
США |
44 |
36 |
53 |
57 |
33 |
78 |
|
Япония |
52 |
48 |
58 |
72 |
65 |
78 |
|
Эстония |
69 |
63 |
75 |
63 |
62 |
63 |
|
Латвия |
67 |
62 |
73 |
54 |
50 |
58 |
|
Среднее |
59±2 |
33 |
98 |
66±2 |
33 |
104 |
Сравнительная высокорослость в 2012 г. (79…98 см, что соответствует полукарликовым и короткостебельным генотипам) отмечена у сортов озимой пшеницы, выведенных в научных учреждениях Сибири – Багратионовская, Новосибирская 32, Новосибирская 51, Новосибирская 40, Филатовка, Кулундинка, Бийская озимая. В 2013 г. также наблюдали их относительную высокорослость (86…104 см, что соответствует короткостебельным пшеницам), в результате чего они превосходили стандарт (72 см) на 14…32 см и среднюю по опыту (66 +2 см) на 20…38 см. Самыми низкими в зоне проведения исследований были растения сорта Новосибирская 9 – 60…62 см (группа карликовых-полукарликовых пшениц).
В 2013 г. превзошли стандарт высоте растений на 6…9 см сорта озимой пшеницы, происходящие из других стран и регионов Российская Федерация – Виктория 95 (Россия, Поволжье), Krassen (Украина), Orienta (США), Kitami 46 (Япония). Суперкарликовая группа (до 40 см) в этом году исследований была представлена пшеницами Камея (Россия), Ninka (Украина), Ji Mai 18 (Китай), Kitami 35 (Япония).
Проведенный корреляционно-регрессионный анализ позволил установить рост урожайности исследуемой культуры с увеличением высоты растений при отсутствии полегания в контрастных по увлажнённости условиях среды Коэффициент корреляции между высотой растений озимой пшеницы и урожайностью в 2011 г. составил 0,58±0,11, в 2012 г. (1-й набор) – 0,53±0,11 (связи положительные, достоверные на 0,1 %-ном уровне значимости), в 2012 г. (2-й набор) – 0,31±0,13, в 2013 г. – 0,34±0,13 (связи положительные, достоверные на 5 %-ном уровне значимости). Отмечена тенденции изменения урожайности сортообразцов озимой пшеницы в зависимости от высоты их растений во все годы исследований (рис. 2).
Рис. 2 – Зависимость урожайности сортообразцов озимой пшеницы от высоты их растений.
Установленные положительные корреляционные связи между анализируемыми показателями не функциональны. То есть низкостебельные сорта пшеницы могут формировать высокую урожайность. Это может быть обеспечено, например, хорошей облиственностью, продолжительно работающим фотосинтетическим аппаратом растений, хорошей аттракцией в период налива зерна [5, 6].
Среди сортимента изученных пшениц различного эколого-географического происхождения выделены карликовые и полукарликовые сорта Донская лира (Россия), Zamozhnist, Ясногорка (Украина), сформировавшие урожайность на уровне или выше стандарта Волжская К (499 г/м2 в среднем за 2011–2012 гг. и 264 г/м2 в среднем за 2012–2013 гг.). Они могут быть ценным исходным материалом для селекции озимой мягкой пшеницы на сочетание низкостебельности и высокой урожайности в условиях Среднего Поволжья.
Выводы. Для селекции озимой мягкой пшеницы на высокую урожайность в условиях лесостепи Среднего Поволжья рекомендуются сорта Поэма, Бийская озимая (Россия), ежегодно превосходившие стандарт Волжская К по урожайности (264 г/м2) на 16…205 % (НСР05=26 г/м2) Ценными источниками сочетания продуктивности и низкостебельности оказались карликовые и полукарликовые сорта Донская лира (Россия) и Zamozhnist, Ясногорка (Украина), формировавшие урожайность на уровне или выше стандарта (499 г/м2 в среднем за 2011–2012 гг. и 264 г/м2 в среднем за 2012–2013 гг.).
1. Zakharova NN, Zakharov NG, Garanin MN. [New variety of winter soft wheat “Studencheskaya Niva”]. Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2022; 4(60). 85-90 p.
2. Borovik AN, Bespalova LA, Kolesnikov FA. [Klassika - a new variety of soft winter wheat]. Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; 91. 32-35 p.
3. Sandukhadze BI, Mamedov RZ, Krakhmaleva MS. [Scientific breeding of winter soft wheat in the Nonchernozem zone of Russia: history, methods and results]. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2021; Vol.25. 4. 367-373 p.
4. Fadeeva ID, Gazizov IN, Khakimova AG. [Source material for winter soft wheat selection in the north of the Middle Volga]. Trudy po prikladnoi botanike, genetike i selektsii. 2020; Vol.181. 4. 71-82 p.
5. Gordey SI, Satsyuk IV, Urban EP. [Directions and main results of breeding winter wheat (Triticum aestivum L.) in the Republic of Belarus. Vestsі Natsyyanal'nai akademіі navuk Belarusі. Seryya agrarnykh navuk. 2019; Vol.57. 4. 444-453 p.
6. Lyfenko SF. Polukarlikovye sorta ozimoi pshenitsy. [Semi-dwarf varieties of winter wheat]. Kiev: Urozhay. 1987; 192 p.
7. Dorokhov BA, Vasil'eva NM. [Selection of winter wheat and resistance to lodging]. Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2021; 3(55). 96-101 p.
8. Merezhko AF, Udachin RA, Zuev EV. Popolnenie, sokhranenie v zhivom vide i izuchenie mirovoi kollektsii pshenitsy, egilopsa i tritikale: metod. ukazaniya. [Replenishment, preservation in living form and study of the world collection of wheat, aegilops and triticale: method. Instructions]. SPb.: VIR. 1999; 81 p.
9. Dorofeev VF, Udachin RA, Semenova LV. Pshenitsy mira: vidovoi sostav, dostizheniya selektsii, sovremennye problemy i iskhodnyi material: 2-e izd., pererab. i dop. [World’s wheats: species composition, selection achievements, modern problems and source material: 2nd edition, revised and added]. Leningrad: VO Agropromizdat. 1987; 560 p.
10. Dospekhov BA. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoi obrabotki rezul'tatov issledovanii): 5-e izd., dop. i pererab. [Methods of field experience (with the basics of statistical processing of research results): 5th edition, revised and added]. Moscow: Agropromizdat. 1985; 351 p.
11. Araus JL, Slafer GA, Royo C. Breeding for yield potential and stress. Critical reviews in plant science. 2008; Vol.27. 377-412 p.
12. Blum A. Plant breeding for stress environments. Boca Raton: CRC Press. 2018; 231 p.
13. Lozada DN, Ward BP, Carter AH. Gains through selection for grain yield in a winter wheat breeding program. [Internet]. PLoS One. 2020; Vol.15. 4. Article e0221603. [cited 2021, June 1]. Available from: https://journals.plos.org/plosone/article?idhttps://doi.org/10.1371/journal.pone.0221603. doi:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221603.
