IMPACT OF ENVIRONMENTAL FACTORS ON THE FORMATION OF QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF SEEDS OF SPRING BARLEY VARIETIES IN THE PREDKAMSK ZONE REPUBLIC OF TATARSTAN
Rubrics: AGRONOMY
Abstract and keywords
Abstract (English):
The article presents the results of studies of the influence of agroecological factors on the formation of qualitative characteristics of spring barley varieties. Spring barley (Hordeum vulgare L.) is widely cultivated as a fodder, industrial and food crop. The aim of the work is to study the features of the formation of some qualitative characteristics (laboratory germination, weight of 1000 seeds, bulk weight) of seeds of various varieties of spring barley, depending on the agro-climatic conditions of the growing season during the years of their formation. The objects of the study are 14 varieties of spring barley of domestic and foreign breeding, grown in 2020 and 2021, in the Arsk variety plot of the Predkama zone of the Republic of Tatarstan. The seeds of these varieties obtained in 2020 and 2021 were used for the study. At the same time, in 2020, the weather conditions were quite favorable for the growth and development of barley plants, and the conditions of 2021 were characterized by severely dry phenomena. Field experiments were laid in 2022 in the fields at Agrobiotechnopark LLC of Kazan State Agrarian University. At the same time, seeds of spring barley of the studied varieties of the harvest of 2020 and 2021 were sown. All seeds met the requirements of the standard for seed material. Presowing treatment of seeds was not carried out. Seeding rate - 5 million viable seeds per 1 ha. The growing season of 2022 was characterized by relatively moderate temperatures and sufficient precipitation to form a high yield. Agro-climatic conditions during the years of formation of the seed material (2020 and 2021) significantly affected the quality characteristics of the seeds of the 2022 crop. It was found that the seeds of the 2020 offspring varieties (Kamashevsky, Endan, Cornet resistant, Guzel, Zhivago) had low laboratory germination - 76%, 84%, 76%, 18%, and 68%, respectively. For the seeds of the 2021 harvest, the germination rate of the Kamashevsky and Kornet resistant varieties increased by 16%, the Guzel variety - by 58%, and the Zhivago variety - by 32%. Soratnik and Zhivago varieties showed the maximum laboratory germination from the seeds of the 2021 crop, their germination was 100%. The mass of 1000 grains of the harvest of 2022 of the variants of sowing with seeds of 2020 varied in the range from 45.9 to 59.3 g. The Nord 17/2645 variety turned out to be the most coarse - 66.5 g. Sorcerer (679 g/l). The volumetric weight of the crop obtained from the seeds of 2021 for varieties varied in the range from 640 to 690 g/l. The varieties Tevkech, Rafael, Soratnik, Eifel and Nord 17/2645 showed relatively high stability of these traits over the years.

Keywords:
agroecological conditions, spring barley, seeds, variety, bulk density (nature), germination, weight of 1000 seeds
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. В Татарстане ячмень обыкновенный (Hordeum, vulgare L.) – это одна из самых широко возделываемых зерновых культур, востребованная как в продовольственной, кормовой, так и в перерабатывающей отрасли АПК [1, 2].

Как полевая культура ячмень обладает коротким периодом вегетации, раннеспелостью и экономным расходом запасов влаги, что позволяет рационально планировать агротехнические мероприятия [3, 4]. Яровой ячмень отличается стабильными и высокими показателями урожайности. В Республике Татарстан средняя урожайность в 2019-2020 годах составила 3,3 т/га, а в острозасушливом 2021 году – 1,5 т/га [5, 6].

Опыт передовых хозяйств свидетельствует, что при грамотно организованной технологии, учитывающей природно-климатические особенности зоны и биологические особенности сорта, эта культура способна обеспечить до 7 тонн зерна с гектара [7, 8, 9].

В настоящее время в сельскохозяйственном производстве большое внимание уделяется новым сортам, способным заменить старые менее урожайные и не устойчивые к стрессовым факторам среды [10, 11]. Обоснованный выбор сорта, учитывающий зональные почвенно-климатические ресурсы, позволяет в полной мере использовать потенциал современных сортов [12, 13].

Ограниченность природных ресурсов многих сельскохозяйственных регионов, вероятность потерь урожая от влияния неблагоприятных экологических факторов (биотических и абиотических) требует вовлечения в технологию возделывания дорогостоящих техногенных ресурсов, что снижает экономическую эффективность возделывания, влияет на экологическую безопасность среды и качество получаемой продукции [14, 15, 16]. В этой связи устойчивость современных сортов к стрессовым факторам должна быть сопряжена и с высокими показатели урожайных свойств семян, что особенно актуально для семенных посевов.

Целью наших исследований стало изучение влияния агроклиматических факторов на формирование семенных качеств урожая ярового ячменя в Предкамской зоне Республики Татарстан и выявление сортов, способных сохранять качественные характеристики на уровне, обусловленном сортовыми особенностями.

Условия, материалы и методы. Объектами исследования были семена 14 новых сортов ярового ячменя различного эколого-географического происхождения с урожая 2020 и 2021 года, репродуцированные на Арском сортоучастке Предкамской зоны Республики Татарстан. Семена для посева в 2022 году были отобраны с опытов конкурсного сортоиспытания 2020 и 2021 года, где были созданы одинаковые для всех сортов условия роста, развития и формирования урожая.

Опыты по сравнительному изучению качественных характеристик семян сортов ярового ячменя были заложены в ООО «Агробиотехнопарк» Казанского государственного аграрного университета, на территории Лаишевского муниципального района. Определение семенных качеств проводили на кафедре общего земледелия, защиты растений и селекции Института агробиотехнологий и землепользования.

По данным метеопоста Арского сортоучастка, в период налива зерна урожая 2020 года отмечался дефицит осадков, который составил относительно нормы 27 % в июне и 50% в июле. В 2021 г весь период вегетации ярового ячменя характеризовался как острозасушливый. В мае дефицит осадков составил 25% при среднесуточной температуре выше многолетней нормы на 4,3 градуса, в июне дефицит осадков относительно многолетней нормы составил 50%, а температура воздуха превышала норму на 4,0 градуса, в августе осадков выпало меньше нормы на 58% при среднесуточной температуре выше нормы на 3,8 градусов.

Вегетационный период 2022 года на территории ООО «Агробиотехнопарк» отличался сравнительно умеренными температурами и достаточным количеством атмосферных осадков для формирования высокого урожая. Температура воздуха в июле и в августе несколько превысила норму и составила 21,3 °C и 22,5 °C соответственно. Обильные осадки в мае месяце сменились дефицитом атмосферной влаги до 70% к норме в июне, в июле дожди выпадали регулярно, август был острозасушливым. В результате посевы, выполненные в более поздние сроки, пострадали от влияния почвенной засухи в период налива зерна.  Сорта, фаза налива и созревания которых проходила в критических по влагообеспеченности условиях сформировали зерно с низкой натурной массой

Результаты и обсуждения. Исследования проводились на сортах, выведенных в селекционно-семеноводческих учреждениях, территориально находящихся в различных эколого-географических зонах. Происхождение сортов и их ботаническая характеристика представлены в таблице 1.

 

Таблица 1–Ботаническая характеристика сортов ярового ячменя и их происхождение

№ п/п

Сорт

Учреждение - оригинатор

Ботаническая характеристика

подвид

разновидность

1

Финист st

ФГБУН «Самарский ФИЦ РАН»

distichum

submedicum

2

Камашевский

ТатНИИСХ ФИЦ КАЗНЦ РАН

distichum

nutans

3

Эндан

distichum

submedicum

4

Тевкеч

vulgare

ricotense

5

Рафаэль

ФГБНУ «ФИЦ Немчиновка»

distichum

nutans

6

Поволжский-49

ФГБУН «Самарский ФИЦ РАН»

distichum

submedikum

7

Орда

ФГБНУ «Челябинский НИИСХ»

distichum

nutans

8

Соратник

ООО «Кургансемена»

distichum

nutans

9

Корнет стойкий

РУП «НПЦ НАН Беларуси по земледелию»

distichum

deficienc

10

Колдун

distichum

deficienc

11

Ейфель

SECOBRA RECHERCHES S.A.S, Франция

distichum

nutans

12

Гузель

distichum

deficienc

13

Норд 17/2645

Германия ГСА

distichum

-

14

Живаго

distichum

deficienc

 

Неблагоприятные климатические и почвенные условия отрицательно влияют на посевные качества семян, а впоследствии и на их урожайность [17]. Из качественных характеристик семян нами были определены лабораторная всхожесть, масса 1000 семян и натура зерна.

Данные по лабораторной всхожести семян сортов, представленных в таблице 1, определяли рулонным методом (ГОСТ 12038-84).

 

Таблица 2 – Влияние семенных качеств материнских растений ярового ячменя различных лет урожая на всхожесть семян 2022 г.

№ п/п

Сорт

Всхожесть семян, %

Отклонение от уровня 2020 года, %

с урожая материнских растений посева 2020 г.

с урожая материнских растений посева 2021 г.

1

Финист- st

94

94

0

2

Камашевский

76

80

16

3

Эндан

84

84

0

4

Тевкеч

100

90

-10

5

Рафаэль

94

92

-2

6

Орда

98

98

0

7

Соратник

94

100

6

8

Корнет стойкий

76

92

16

9

Колдун

98

92

-6

10

Ейфель

90

94

4

11

Гузель

18

76

58

12

Норд 17/2645

96

92

-4

13

Живаго

68

100

32

 

Всхожесть семян с урожая 2020 года у сортов Камашевский, Эндан, Корнет стойкий, Гузель, Живаго была ниже уровня, установленного ГОСТом. В относительно благоприятном по гидротермическим показателям 2020 году (в сравнении с 2021 годом) их лабораторная всхожесть составила 76, 84, 76, 18, и 68 процентов соответственно.

Столь большие различия по всхожесть, могут быть связаны с эпигенетической реакцией сортов в связи с новыми для них агропочвенными и гидротермическими условиями при которых формировалось новое поколение семян. В следующем поколении семян, от высева родительского урожая 2020 года, у сорта Камашевский и Корнет стойкий всхожесть повысилась на 16%, у сорта Гузель – на 58%, у сорта Живаго на 32%. Таким образом, не смотря на довольно жесткие засушливые условия, при которых формировался урожай 2021 года, всхожесть семян следующего поколения, в следствии адаптации, повысилась. Сорт многорядного ячменя Тевкеч, снизил всхожесть на 10 % по сравнению с предыдущим годом. Можно предположить, что для реализации более мощного потенциала колоса этого сорта в засушливых условиях 2021 года было недостаточно фотосинтетических ресурсов.

Лабораторная всхожесть сортов Финист, Эндан, Рафаэль, Орда, Соратник, Колдун, Норд 17/2645 за 2020 и 2021 года имела сходные значения, что свидетельствует о стабильности этого признака у сортов.

Максимальную лабораторную всхожесть потомства семян 2021 года урожая имели сорта Соратник и Живаго, их всхожесть составила 100%, что превысило стандарт на 6%.

Обобщая этот анализ, можно сказать, что на формирование такого признака, как всхожесть семян, влияют условия роста и развития исходных материнских растений. Варьирование этого признака по годам, при прочих равных условиях, может быть связано с экологической устойчивостью сортов.

Даты начала фенологических фаз развития растений в 2022 году представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 - Даты начала фенологических фаз развития растений ярового ячменя в 2022 году

Фенологическая фаза

Дата начала фазы

Всходы

7 июня

Кущение

15 июня

Выход в трубку

29 июня

Колошение

11 июля

Молочная спелость

20 июля

Полная спелость

15 августа

 

Засушливые условия периода налива зерна нивелировали сортовые различия по срокам созревания. Продолжительность вегетационного периода изученных сортов ярового ячменя в условиях Предкамской зоны Республики Татарстан в 2022 году составила 69 дней.

Потенциальная продуктивность культурных растений зависит от множества факторов, в том числе от их устойчивости к экологическим воздействиям, характерным для данной местности [19, 20, 21].

Наиболее характерным и стабильным показателем урожайности является масса 1000 семян, степень выраженности которой влияет и на величину урожая.

Определение массы 1000 семян проводили по принятой методике (ГОСТ 12042-80). Для этого, урожай зерна был предварительно откалиброван на лабораторных решетах и для анализа была использована семенная фракция сходом с решет 2,5 × 20 мм. По данным исследований, масса 1000 семян значительно зависит от биологических особенностей сортов и климатических условий формирования семян (табл. 4).

Известно, что крупность семян у сортов обусловлена генетическими факторами, на степень реализации которой влияют условия роста и развития материнских растений, а также агроклиматические условия года формирования урожая. Реакцию сортов на процесс формирования свойств материнских растений мы оценили путем сравнения данных массы 1000 семян с урожая 2020 и 2021 гг.

 

Таблица 4– Технологические характеристики сортов ярового ячменя при посеве семенами различных лет репродукции  (Казанский ГАУ, 2022 г.)

№ п/п

Сорт

Масса 1000 зерен, г

Натура зерна, г/л

Семена  Арской репродукции

2020 г.

Семена Арской репродукции

2021 г.

Семена  Арской репродукции

2020 г.

 Семена  Арской репродукции

2021 г.

1

Финист-st

46,7

56,8

670,0

674,5

2

Камашевский

52,9

60,4

668,0

677,0

3

Эндан

50,9

53,1

668,0

679,0

4

Тевкеч

49,9

46,8

657,5

655,5

5

Рафаэль

48,9

47,0

677,0

659,5

6

Орда

45,9

56,5

670,0

690,0

7

Соратник

59,3

52,4

679,0

668,0

8

Корнет стойкий

58,7

55,7

679,0

659,5

9

Колдун

54,9

49,7

655,0

672,5

10

Ейфель

54,7

49,4

670,5

666,0

11

Гузель

53,9

50,1

597,0

640,5

12

Норд 17/2645

56,7

66,5

653,0

646,5

13

Живаго

57,5

45,5

633,5

664,0

НСР05

3,49

2,19

-

-

 

Как свидетельствуют данные таблицы 4, масса 1000 семян урожая с посева семенами 2020 года варьировала в диапазоне от 45,9 до 59,3 г. Большинство сортов достоверно превышали стандартный сорт по массе 1000 зерен. В их числе были сорта местной селекции Камашевский и Эндан, сорт Соратник ООО «Кургансемена» и все сорта зарубежной селекции включая и белорусские. К числу наиболее крупнозерных, с массой 1000 зерен от 54 до 59 г можно отнести сорта курганской селекции – Соратник, Республики Беларусь – Корнет стойкий и Колдун, сорта Франции и Германии – Ейфель, Гузель, Норд, Живаго. Многорядный сорт Тевкеч, и двурядные сорта отечественной селекции имели крупность зерна на уровне стандартного сорта.

Семена с урожая 2021 в условиях 2022 года дали более крупнозерное потомство у сорта стандарта (56,8 г). В допустимых пределах точности опыта в одной группе со стандартом были сорта Камашевский и Эндан, Орда, Корнет стойкий. Наиболее крупнозерным в опыте был сорт немецкой селекции Норд 17/2645 с массой 1000 семян 66,5 г, достоверно, как и в предыдущем году превысивший на 9,7 г стандарт Финист.

Объемная масса (натура) зерна потомства с урожая 2020 года у изучаемых сортов варьировала в узком интервале (от 633 до 679 г/л). Наиболее тяжеловесным было зерно у сортов Соратник, Колдун (679 г/л). Близкие к ним значения имели все сорта отечественной селекции, за исключением многорядного сорта Тевкеч и сорт Ейфель (Франция). В этом варианте крупнозерные сорта зарубежной селекции имели более низкую натуру зерна, в сравнении со стандартом.

Объемная масса зерна потомства с урожая засушливого 2021 года у сортов варьировала в интервале от 640 до 690 г/л.

Сорта отечественной селекции в 2022 году не обнаружили существенных различий в формировании выполненности зерна в зависимости от условий роста и развития материнских растений различных лет урожая. Сорта зарубежной селекции Гузель, и Живаго, высеянные семенами 2021 года несколько повысили объемную массу зерна.

Таким образом, по нашим данным признак массы 1000 семян сильнее варьирует в зависимости от условий формирования материнских растений в отличии от объемной массы зерна.

Обобщая проведенный анализ следует отметить, что агроклиматические условия формирования урожая обнаружили сортовую специфичность как при формировании всхожести семян материнских растений, так и при формировании крупности и выполненности зерна урожая следующего поколения. Изменения в особенностях роста и формирования качества семян у сортов в опыте, высеянном авторскими семенами в первый год испытаний, могут дать не объективные данные о возможном потенциале сортов в условиях зоны испытаний. На стабильность формирование таких признаков, как всхожесть семян и масса 1000 зерен, влияют агроклиматические условия роста и развития материнского растения, а степень варьирования этих признаков зависит от уровня экологической устойчивости  сорта. Относительно высокую стабильность этих признаков проявили сорта Тевкеч, Рафаэль, Соратник, Эйфель и Норд 17/2645.

References

1. Medvedev N. A., Safin R. I. Assessment of the impact of pre-sowing seed treatment with humic fertilizers and a biological product on the development of spring barley plants at the germination stage // Collection of scientific papers based on the materials of the International scientific and practical conference dedicated to the 100th anniversary of Kazan State Agrarian University, Kazan, March 26-27, 2022. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2022. - P. 165-171.

2. Efficiency of experimental organomineral fertilizer with biological agents on spring barley / I. Kh. Vafin, N. A. Medvedev, Z. R. Karimova, R. I. Safin // Biological protection of plants using genomic technologies: Collection of scientific papers based on materials I All-Russian Scientific and Practical Conference, Kazan, October 26-27, 2022. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2022. P. 8

3. Amirov M. F. Improving agricultural technologies for the production of agricultural crops // Global challenges for food security: risks and opportunities: Scientific proceedings of the international scientific and practical conference, Kazan, July 01-03, 2021. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2021. - P. 32-38.

4. Responsiveness of the spring barley variety Kamashevsky to the seeding rate / V. I. Blokhin, I. M. Serzhanov, M. A. Lanochkina, et al. // Achievements of science and technology of the APK. 2019. V. 33. No. 5. S. 39-41.

5. Yield and grain quality of spring wheat depending on the timing of sowing, the depth of seed placement and background nutrition in the northern part of the Middle Volga region / F. Sh. Shaikhutdinov, I. M. Serzhanov, A. R. Serzhanova [and others] // Agrobiotechnologies and digital farming. 2022. No. 2. S. 28-32. DOIhttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2022-22-26.

6. Influence of spring wheat seeding rates on the yield and quality of grain in the conditions of the Cis-Kama region of the Republic of Tatarstan / R. I. Garaev, F. Sh. Shaikhutdinov, I. M. Serzhanov, A. R. Mukhametshina // Biological protection of plants using genomic technologies: Collection scientific papers based on the materials of the I All-Russian Scientific and Practical Conference, Kazan, October 26-27, 2022. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2022. P. 133-139.

7. Influence of various biological agents on the yield and quality of spring wheat grain in the conditions of gray forest soils of the Kama region of the Republic of Tatarstan / M. F. Amirov, I. M. Serzhanov, R. I. Garaev, P. G. Semenov // Reproduction of soil fertility and food security in modern conditions. : Proceedings of the international scientific and practical conference dedicated to the 100th anniversary of the Department of Agrochemistry and Soil Science of the Kazan State Agrarian University and the 80th anniversary of the Corresponding Member of the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan, Doctor of Agricultural Sciences, Professor Ilshat Akhatovich Gaisin, Kazan, March 17, 2021. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2021. P. 80-87.

8. Kadyrova, L. R. Kadyrova F. Z. Comparative morphology of the reproductive organs and seed productivity of cultivated buckwheat species // 125 years of applied botany in Russia: collection of abstracts, St. Petersburg, November 25-28, 2019. All-Russian Institute of Plant Genetic Resources named after N.I. Vavilov", 2019. P. 40. - DOI 10.30901 / 978-5-907145-39-9.

9. Kolesar V. A. Ecological plasticity and productivity of various varieties of soybeans of foreign selection // Current state and prospects for the development of the technical base of the agro-industrial complex: Scientific proceedings of the International scientific and practical conference dedicated to the memory of Doctor of Technical Sciences, Professor P. G. Mudrov ., Kazan, October 28-29, 2021. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2021. P. 421-428

10. Effect of foliar application of organomineral fertilizer Agris brand Azotkaliy on the productivity and quality of spring barley / L.Z. Vakhitova, L.Z. Karimova, L.S. Nizhegorodtseva, et al. // Fertility. 2020. No. 3(114). P. 15-17. DOIhttps://doi.org/10.25680/S19948603.2020.114.04.

11. Breeding and genetic potential of spring common wheat varieties in the Kama region / R. I. Garaev, I. M. Serzhanov, R. T. Sharipova, et al. // Biological protection of plants using genomic technologies: Collection of scientific papers based on materials I All-Russian Scientific and Practical Conference, Kazan, October 26-27, 2022. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2022. P. 140-147.

12. Nikitin S. N., Sharipova R. B. Assessment of changes in the agro-climatic potential of the Ulyanovsk region for the production of crop production // Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2022. No. 3(59). S. 36-42. DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-3-36-42.

13. Sabirova R. M. Influence of weather conditions on the yield of spring triticale // Current state and prospects for the development of the technical base of the agro-industrial complex : Scientific proceedings of the International scientific and practical conference dedicated to the memory of Professor Mudrov P.G., Kazan, October 28-29, 2021 of the year. - Kazan: Kazan State Agrarian University, 2021. P. 471-475.

14. Vakhitova L. Z., Karimova L. Z., Safin R. I. Evaluation of the effectiveness of foliar top dressing of spring barley with Agris nitrogen fertilizer // Bulletin of the Kazan State Agrarian University. 2019. T. 14. No. S4-1 (55). S. 15-20. DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-15-20.

15. Karaulova L. N. Evaluation of barley yield based on meteorological information on different agricultural backgrounds // Agroecological problems of soil science and agriculture: Collection of reports of the XVI International Scientific and Practical Conference of the Kursk branch of the International Public Organization “Society of Soil Scientists named after V.V. Dokuchaev”, dedicated to the 175th anniversary of the birth of V.V. Dokuchaeva, Kursk, April 28-29, 2021. - Kursk: Federal State Budgetary Scientific Institution "Kursk Federal Agrarian Research Center", 2021. P. 178-182.

16. Paramonov A. V., Fedyushkin A. V., Tseluiko O. A. Influence of meteorological conditions on the yield and grain quality of spring barley in the Azov zone of the Rostov region // Scientific journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation Problems. 2020. No. 2 (38). pp. 151-162. doi:https://doi.org/10.31774/2222-1816-2020-2-151-162. 5-9.

17. Bagan, A. V., Barat Yu. M. Ecological plasticity of spring barley varieties in terms of yield and grain quality // Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy. 2019. No. 4. P. 56-59.

18. Amirov M. F., Shaikhutdinov F. Sh, Serzhanov I. M. Agrobiological foundations for the formation of a high-quality grain crop of spring wheat species in the forest-steppe of the middle Volga region // Bulletin of the Kazan State Agrarian University. 2019. T. 14. No. S4-1 (55).

19. Evaluation of quality indicators of grain varieties and lines of spring barley / L.M. Eroshenko, M.M. Romakhin, A.N. Eroshenko, et al. // Agrarian science of the Euro-North-East. 2019. No. 20 (2). pp. 126-133.

20. Evaluation of different varieties of barley by endophytic microflora of seeds / D.S. Afanas'eva, A.A. Abramova, P.A. Dmitrieva, et al. // Agrobiotechnologies and digital agriculture. 2022. No. 1. P. 12-17. DOIhttps://doi.org/10.12737/-2022-1-1-12-17.

21. GOST 12042-80 - Seeds of agricultural crops. Methods for determining the mass of 1000 seeds.

Login or Create
* Forgot password?