Russian Federation
Russian Federation
Kazan, Russian Federation
Russian Federation
UDK 631.527.1 Искусственный и естественный отбор
The research was carried out to evaluate the effectiveness of using fasciated buckwheat morphobiotypes in the breeding process when creating varieties for the conditions of the Middle Volga region. The single-factor experiment was laid in 2018-2023 on gray forest soils of the Republic of Tatarstan. The soil of the experimental plot contained 3.2...4.4% humus (according to Tyurin), 110...123 mg/kg of potassium and 145...377 mg/kg of phosphorus (according to Kirsanov), pH - 5.3...6.6. The objects of the study were Batyr variety, which in plant habit corresponds to “Krasnostreletskiy” variety, Yashlek variety and the hybrid population of K-990, with a predominance of forms with fasciations of the stem and generative zone in the population. The inclusion of fasciated genotypes with reduced branching in hybrid populations forms a compact plant habit, compared to the “Krasnostreletskiy” variety, due to a decrease in plant height by 5.6...9.1%, a 1.3...1.6 times reduction in the number of laterals first order branches. At the same time, due to an increase in the number of inflorescences on the main stem by 25...30%, the productivity of the plant increases by 1.2 times. The grain yield of the hybrid population K-990 was the highest in both unfavorable and favorable years (1.68 t/ha and 2.17 t/ha, respectively). As for Batyr variety, it directly depended on the amount of precipitation that fell during the interphase period “the beginning of fruit formation - the beginning of fruit browning” (r = 0.77) and had a strong inverse relationship with the average daily temperature during the period of grain ripening (r = -0.77). The productivity and grain size of Yashlek variety depended on average daily temperatures, while in the hybrid population K-990 there was a direct strong relationship between the yield and the amount of precipitation that fell in the initial growing season (r = 0.93).
buckwheat (Fagopyrum esculentum, M.), variety, hybrid population, morphobiotype, drought resistance, productivity, soil-atmospheric drought
Введение. Среднее Поволжье относят к зоне неустойчивого, рискованного земледелия. Повышение среднесуточных температур воздуха в Республике Татарстан в теплый период за последние 100 лет составило 10,0 0С, при этом отмечают уменьшение количества осадков в период «май–август» в среднем на 6 %, по сравнению с многолетними значениями [1]. В этой зоне часто складываются экстремальные условия для вегетации сельскохозяйственных культур, обусловленные весенними и весенне-летними засухами, резкими перепадами суточных температур в период формирования плодов и другими природными аномалиями [2, 3, 4].
Гречиха обыкновенная (Fagopyrum esculentum, M.) – влаголюбивая культура. На образование единицы сухого вещества ее растениям требуется в среднем 530 единиц воды, что значительно превышает величину этого показателя у других сельскохозяйственных культур [5]. При недостаточной влагообеспеченности ингибируются синтетические процессы в растении, происходит резкое снижение биомассы и продуктивности [6].
Для ряда культур эти проблемы решаются методами интенсификации ростовых процессов и использования антистрессовых препаратов [7, 8, 9]. На гречихе, наряду с таким подходом [10], одним из основных методов увеличения урожайности остается создание новых адаптивных сортов с использованием морфогенетического метода селекции. Изменение габитуса растения позволяет достичь более высокой продуктивности, сохраняя морфологический потенциал растений [11, 12, 13].
За годы культурной эволюции был выделен ряд селекционно значимых морфотипов гречихи, которые значительно изменили габитус и физиологию развития современных сортов, в сравнении с ранее созданными местными сортами [14, 15].
Цель исследования – оценить эффективность использования в селекционном процессе фасциированных морфобиотипов гречихи в селекции сортов для условий Среднего Поволжья.
Условия, материалы и методы. Работу проводили на экспериментальных полях Татарского научно-исследовательского института сельского хозяйства и Казанского государственного аграрного университета в Лаишевском муниципальном районе Республики Татарстан в 2018–2023 гг. Почва – серая лесная среднесуглинистая. Содержание в пахотном слое гумуса (по Тюрину) составляло 3,2…4,4 %, подвижных форм калия и фосфора (по Кирсанову) – 110…123 мг/кг и 145…377 мг/кг соответственно. Кислотность почвенного раствора в солевой вытяжке – 5,3…6,6 ед. pH.
Посев осуществяли сеялкой Wintersteiger рядовым способом с нормой высева 2,0 млн всхожих семян на 1 га, при прогревании почвы на глубине заделки семян 10 0С и при стабильных суточных температурах воздуха. Технология обработки почвы и ухода за посевами – общепринятая для Республики Татарстан [16].
Объектами исследования были сорт Батыр, по габитусу растения соответствующий сортотипу «краснострелецкий», а также сорт Яшьлек и гибридная популяция К-990, с преобладанием в составе популяций форм с фасциациями стебля и генеративной зоны.
В период посев–всходы среднесуточная температура в 2018–2020 гг. была ниже оптимальных значений на 5,0…8,1 0С, что способствовало увеличению его продолжительности. В 2021–2022 гг. среднесуточная температура была выше оптимума на 3,8…4,3 0С, что привело к формированию дружных всходов. Количество выпавших осадков в этот период варьировало от 7,7 % до 56 % от оптимального значения (58 мм).
В годы исследований термические условия в межфазный период «бутонизация – начало цветения» находились на оптимальном уровне. Количество выпавших осадков по годам исследования было значительно ниже нормы. Гидротермический коэффициент в период «всходы – бутонизация» колебался в диапазоне от 0,60 до 0,89, что соответствует засушливым условиям. Дефицит почвенной влаги в этот период подавляет ростовые процессы, ограничивая закладку метамеров.
В период «бутонизация – начало цветения» ГТК варьировал от 0,11 до 0,35, что по классификации Селянинова соответствует критерию сильной засухи.
Наиболее критические условия в обеспечении растений гречихи элементами питания и влагой складываются в межфазный период. Практически во все годы наблюдений среднесуточная температура периода «начало цветения – начало плодообразования» превосходила оптимальные на 0,9…5,3 0С, «начало плодообразования – начало побурения плодов» – на 2,0…3,5 0С. В 2019 и 2023 гг. среднесуточная температура в период цветения была ниже оптимума и составила 16,5 0С и 17,3 0С соответственно. Одним из важнейших термических параметров для этого периода считают количество дней с температурой выше 25 0С. При такой температуре концентрация сахара в нектарниках повышается, а нектар становится вязким, что делает его не доступным для пчел. Наименьшее количество дней с температурой выше 25 0С было в 2019 и в 2023 гг. (10 дней), что увеличило продолжительность межфазного периода «начало цветения – начало побурения плодов» до 30 и 31 дня соответственно. В остальные годы исследования количество дней с критически высокими температурами захватили практически весь межфазный период «начало цветения – начало побурения плодов». Количество атмосферных осадков в этот период в исследуемые годы не достигало оптимальных значений многолетней нормы и варьировало от 10 мм в 2020 г. до 86,8 мм в 2019 г.
Среднесуточная температура периода «начало побурения плодов – созревание» в 2019 г. была ниже оптимальной на 1,2 0С. В 2020 г. она была на уровне среднемноголетней (18,3 0С), в остальные годы исследования наблюдали увеличение среднесуточной температуры на 1,0…2,4 0С, по сравнению с оптимумом. В 2018 и 2019 гг. в этот период отмечали дни с большим перепадом суточных температур. При снижении ночных температур до +8 0С в растениях замедляются процессы метаболизма и прекращается отток ассимилятов к плодам, что приводит к гибели молодой завязи.
Обильными были осадки в этот период в 2019 г. (109 мм), достаточными – в 2020 и 2023 гг. (87 и 52 мм соответственно). В остальные годы количество выпавших осадков было не больше 28 % от среднемноголетней нормы.
Относительно благоприятными для роста и развития растений гречихи были 2019 и 2020 гг., остальные годы были в той или иной степени засушливыми. В критические периоды формирования урожайности прослеживался острый недостаток почвенной влаги с высокими среднесуточными температурами, которые не позволили полностью реализовать продуктивный потенциал объектов изучения.
Качественные показатели урожая определяли согласно ГОСТам: натуру плодов по ГОСТ 10840-2017, массу тысячи семян – по ГОСТ 12042-80, пленчатость плодов – по ГОСТ 10843-76.
Полученные в ходе исследования данные были статистически обработаны методами дисперсионного, корреляционного анализов и описательной статистики [17].
Результаты и обсуждение. В среднем за годы исследования растения сортотипа «краснострелецкий» оказались наиболее высокорослыми (66,8 см) (табл. 1). Включение в состав популяции фасциированных форм уменьшило высоту растений на 4,4…8,9 %. Одновременно с уменьшением высоты растений сократилось число узлов на растении. Количество узлов в зоне ветвления стебля уменьшилось для сорта Яшьлек на 30,5 %, а для гибридной популяции К-990 на 24,1 %, по сравнению с сортом Батыр. Сократилось и число узлов в зоне плодоношения. При этом следует отметить, что генеративная зона новой гибридной популяции К-990 стала еще более компактной, из-за уменьшения количества узлов в зоне плодоношения, по сравнению с сортом Батыр на 25 %.
Таблица 1 – Элементы структуры урожая растений гречихи
(среднее за 2018–2023 гг.)
|
Образец |
Высота растения, см |
Количество узлов в зоне ветвления |
Количество узлов в зоне плодоношения |
Количество ветвей 1-го порядка, шт. |
Количество ветвей 2-го порядка и выше, шт. |
|
Батыр |
66,80 |
3,44 |
4,21 |
3,32 |
0,17 |
|
Яшьлек |
63,90 |
2,39 |
3,59 |
2,43 |
0,07 |
|
К-990 |
60,90 |
2,61 |
3,14 |
2,48 |
0,04 |
|
НСР05 |
4,30 |
0,39 |
0,43 |
0,34 |
Fф˂Fт |
Сортотип «краснострелецкий», к которому мы относим сорт Батыр, характеризуется физиологической детерминацией побегообразования. Количество ветвей второго порядка за время нашего исследования у сорта Батыр составило 0,17 шт./растение. На сортах Яшьлек и К-990 отмечена практически полная редукция ветвления второго порядка, а также снижение числа ветвей первого порядка, по сравнению с сортом Батыр, на 0,84…0,89 шт.
Детерминация ветвления у фасциированных форм отразилась и на особенностях формирования генеративной зоны сортов. В процессе увеличения фасциированных биотипов в популяции сократилось в 1,5 раза среднее количество соцветий на главном стебле и в два раза количество соцветий на боковых побегах, по сравнению с сортом Батыр.
При этом увеличилась продуктивность соцветий главного стебля фасциированных генотипов на 24 %, по сравнению с «краснострелецким» морфобиотипом (табл. 2).
Таблица 2 – Параметры продуктивности растений гречихи обыкновенной (среднее за 2018–2023 гг.)
|
Образец |
Количество соцветий на растении, шт. |
Количество плодов в соцветиях, шт. |
||
|
на главном стебле |
на боковых ветвях |
главного стебле |
боковых побегов |
|
|
Батыр |
4,5 |
4,8 |
37,9 |
19,1 |
|
Яшьлек |
3,6 |
2,9 |
47,3 |
18,5 |
|
К-990 |
3,3 |
2,2 |
46,5 |
15,7 |
|
НСР05 |
0,5 |
1,0 |
6,7 |
2,6 |
Фасциированные биотипы обладают повышенной засухоустойчивостью растений, проявляющейся в увеличении семенной продуктивности растений. Соответственно урожайность зерна сорта Яшьлек в неблагоприятные годы была выше на 0,15 т/га, по сравнению с сортом Батыр, а у популяции К-990 – на 0,60 т/га (табл. 3). Климатические условия вегетационного периода 2020 г. нивелировали сортовые различия по урожайности зерна, поэтому между вариантами не выявлено существенных различий.
Таблица 3 – Урожайность зерна сортов гречихи, т/га
|
Год |
Батыр |
Яшьлек |
К-990 |
НСР05 |
|
2018 г. |
0,80 |
1,00 |
1,30 |
0,30 |
|
2019 г. |
2,93 |
1,80 |
3,13 |
0,43 |
|
2020 г. |
1,25 |
1,17 |
1,21 |
0,02 |
|
2021 г. |
0,14 |
0,27 |
0,32 |
0,12 |
|
2022 г. |
2,25 |
1,86 |
2,50 |
0,28 |
|
2023 г. |
1,15 |
1,83 |
1,61 |
0,32 |
|
Средняя за неблагоприятные годы (2018, 2021–2023 гг.) |
1,08 |
1,23 |
1,68 |
- |
|
Средняя за благоприятные годы (2019, 2020 гг.) |
2,09 |
1,49 |
2,17 |
- |
В благоприятные по гидротермическим условиям годы наименьшую урожайность сформировал сорт Яшьлек (1,49 т/га). У сорта Батыр величина этого показателя достигала 2,09 т/га, что на 40 % выше урожайности сорта Яшьлек. Наибольший сбор зерна был у популяции К-990 и составил 2,17 т/га.
Анализ коэффициентов корреляции Пирсона (табл. 4) показал, что у сорта Батыр существует высокая зависимость величины урожая от количества осадков в межфазный период от начала плодообразования и до начала побурения плодов (r = 0,77). На урожайность гибридной популяции К-990 влияло количество осадков на этапе одновременного формирования вегетативной сферы растений и начала цветения (r = 0,93), а осадки в период от начала цветения до начала плодообразования значимо влияли на крупность плодов (r = 0,73).
Высокие среднесуточные температуры в период налива плодов отрицательно влияли на урожайность сорта Батыр (r = -0,77), что указывает на низкую норму реакции продуктивной системы данного генотипа к этому фактору. У нового генотипа К 990 в период плодообразования выявлена положительная корреляция к температурному режиму. Сорт Яшьлек обнаружил отрицательную зависимость величины урожая от температурного режима в межфазный период бутонизация – начало цветения и отрицательное влияние высоких среднесуточных температур на формирование крупности плодов.
Таблица 4 – Наиболее тесные корреляции урожайности сортообразцов гречихи и массы тысячи плодов с гидротермическими условиями периодов вегетации растений в годы исследований (2018–2023 гг.)
|
Образец |
Гидротермический фактор |
Межфазный период |
Коэффициент корреляция с признаками* |
|
|
урожайности |
масса 1000 плодов |
|||
|
Батыр |
количество осадков |
начало плодообразования - начало побурения плодов |
0,77 |
– |
|
среднесуточная температура воздуха |
начало побурения плодов – созревание |
-0,77 |
– |
|
|
Яшьлек |
среднесуточная температура |
бутонизация – начало цветения |
– 0,70 |
– |
|
начало плодообразования – начало побурения плодов |
– |
-0,78 |
||
|
К 990 |
количество осадков |
бутонизация – начало цветения |
0,93 |
– |
|
начало цветения – начало плодообразования |
– |
0,73 |
||
*все коэффициенты корреляции значимы на уровне α=0,1.
Гидротермические условия в годы проведения исследования имели влияние на формирование технологических показателей плодов гречихи. Так, в неблагоприятные годы средняя масса тысячи плодов составляла от 29,1 г у сорта Батыр до 31,3 г у морфобиотипа К-990 (табл. 5). В благоприятные 2019 и 2020 гг. масса тысячи плодов была максимальной у варианта Яшьлек (32,2 г).
Натурная масса всех образцов в неблагоприятные годы была выше, чем в благоприятные. Это связано с тем, что в годы, лимитированные по количеству осадков, формируются более мелкие плоды с менее выраженной крылатостью. Наиболее вариабельным этот признак оказался у вариантов Батыр (531…612 г/л) и Яшьлек (555…619 г/л). У морфобиотипа К-990 натурная масса была более стабильна в течении всего периода исследования (529…580 г/л).
Главным технологическим показателем для крупяного производства является пленчатость плодов, которая непосредственно влияет на выход крупы. В среднем за шесть лет наиболее низкопленчатым морфобиотипом оказался вариант К-990 (22,7 %) (табл. 5).
. Наиболее вариабельным данный параметр был у сорта Батыр, так в годы с сильным дефицитом осадков доля пленка увеличилась до 27,4 %, а в благоприятные снизилась до 18,3 %. У вариантов Яшьлек и К-990 пленчатость плодов была более стабильна по годам и варьировалась в пределах 20,9…24,9 %.
Таблица 5 – Технологические параметры качества плодов гречихи (среднее за 2018–2023 гг.)
|
Образец |
Масса 1000 плодов, г |
Пленчатость, % |
Натурная масса, г/л |
|
Батыр |
29,1 |
23,8 |
586 |
|
Яшьлек |
30,7 |
22,3 |
563 |
|
К-990 |
31,3 |
22,7 |
558 |
|
НСР05 |
0,8 |
0,3 |
3 |
Выводы. Таким образом, включение в состав гибридных популяций фасциированных генотипов с редуцированным ветвлением формирует более компактный габитус растений, по сравнению с «краснострелецким» сортотипом, из-за уменьшения высоты растения на 5,6…9,1 %, количества боковых ветвей первого порядка – в 1,3…1,6 раза.
Редукция бокового ветвления второго и третьего порядка увеличивает количество соцветий на главном стебе на 25…30 % и продуктивность растения в 1,2 раза, по сравнению с сортом Батыр.
Урожайность, сформировавшаяся в годы с различной степенью обеспеченности влагой, свидетельствует о повышенной устойчивости генеративной сферы фасциированных генотипов гречихи к засушливым условиям. Результаты корреляционного анализа свидетельствуют, что урожайность сорта Батыр напрямую зависит от количества выпавших осадков в межфазный период «начало плодообразования – начало побурения плодов» (r=0,77) и имеет сильную обратную связь со среднесуточной температурой в период созревания зерна (r=-0,77). Урожайность и крупность зерна сорта Яшьлек зависит от среднесуточных температур, тогда как у гибридной популяции К-990 имеется прямая сильная связь между урожайностью и количеством выпавших осадков в начальный период вегетации (r=0,93)
Вовлечение в состав гибридных популяций фасциированных морфобиотипов, наряду с изменением архитектоники растений способствует повышению засухоустойчивости и стабильности урожаев в условиях Среднего Поволжья.
1. Shaytanov OL, Nizamov RM, Zakharova EI. [Assessment of the impact of global warming on the climate of Tatarstan]. Zernobobovye i krupyanye kultury. 2021; 4 (40). 102-112 p. doi:https://doi.org/10.24412/2309-348X-2021-4-102-112.
2. Kadyrova FZ, Kadyrova LR, Khusnutdinova AT. [New varieties of buckwheat for the arid conditions of the Middle Volga region]. Zernovoe khozyaystvo Rossii. 2014; 2. 54-57 p.
3. Kadyrova FZ, Kadyrova LR, Khusnutdinova AT. [On new achievements in buckwheat breeding]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018; Vol.13. 4 (51). 35-39 p. doi:https://doi.org/10.12737/article_5c3de480b68b41.05234576.
4. Amirov MF, Shaykhutdinov FSh, Serzhanov IM. [Agrobiological basis for the formation of high-quality grain yield of spring wheat species in the forest-steppe of the Middle Volga region]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; Vol.14. S4-1(55). 5-9 p. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-5-9.
5. Amelin AV, Fesenko AN, Zaikin VV. [Efficiency of water use by leaves of Fagopyrum esculentum Moench under the influence of exogenous and endogenous factors]. Selskokhozyaystvennaya biologiya. 2023; Vol.58. 1. 75-86 p. doi:https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.1.75rus.
6. Lakhanov AP. [On the assessment of buckwheat for drought resistance]. Selektsiya i semenovodstvo. 1991; 6. 9-10 p.
7. Safiollin RR, Lukmanov AA, Suleymanov SR. [Theoretical foundations and practical methods of using Agrobalsam on sunflower crops in the soil and climatic conditions of the Republic of Tatarstan]. Agrokhimicheskiy vestnik. 2024; 2. 22-27 p. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2024-2-004.
8. Mikhaylova MYu, Minikaev RV, Amirov MF. [The influence of foliar fertilizing on the formation of generative organs in corn]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2024; Vol.19. 1 (73). 12-17 p. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2024-12-17.
9. Vafin IKh, Safin RI, Minikaev RV. [Features of the influence of foliar feeding with liquid fertilizers on mineral nutrition, productivity and quality of winter wheat seeds]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 2(70). 13-18 p. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-13-18.
10. Breskina GM, Chuyan NA. [The role of biological products and nitrogen fertilizers in the formation of buckwheat productivity in the conditions of Kursk region]. Rossiyskaya selskokhozyaystvennaya nauka. 2021; 2. 39-42 p. doi:https://doi.org/10.31857/S2500262721020083
11. Fesenko AN, Amelin AV, Zaikin VV. [Species and varietal features of fruit formation and seed productivity in buckwheat plants]. Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020; 85. 260-265 p. doi:https://doi.org/10.21515/1999-1703-85-260-265.
12. Fesenko AN, Biryukova OV, Fesenko IN. [Morphobiological features of the main morphotypes of buckwheat cultivated in Russia]. Zemledelie. 2019; 4. 36-39 p. doi:https://doi.org/10.24411/0044-3913-2019-10409.
13. Klykov A, Murugova G, Timoshinova O. Adaptability of determinate and indeterminate varieties of Fagopyrum Esculentum Monch in a Monsoon. Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East: Agricultural Innovation Systems. Ussuriysk: Springer. 2022; Vol.353. 174-184 p. doi:https://doi.org/10.1007/978-3-030-91402-8_21.
14. Kadyrova LR, Potapov KO, Fadeeva AN. Morphology and reproductive biology of perennial buckwheat Fagopyrum Cymosum Meissn. Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018; Vol.5. 9. 9306-9310 p. doi:https://doi.org/10.5281/zenodo.1439320.
15. Potapov KO, Kadyrova LR, Kadyrova FZ. Evalution of resistance to lodging of buckwheat varieties on the basis of anatomical features. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016; 7 (6). 3207-3213 p.
16. Amirov MF, Valeev IR, Valiev AR. [Agricultural technologies of leguminous crops and cereal crops]. Sistema zemledeliya Respubliki Tatarstan. Kazan: Kazanskiy gosudarstvennuy agrarnuy universitet. 2014; Ch.2. 141-177 p.
17. Dospekhov BA. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy). [Methodology of field experience (with the basics of statistical processing of research results)]. 6th edition. Moscow: Alyans. 2014; 352 p.
