ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ СЕЛЕКЦИОННЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ КУЗНЕЦКОЙ КОТЛОВИНЫ

Пакуль В.Н.¹, Плиско Л.Г.²

¹ ORCID:0000-0003-0681-6273, Доктор сельскохозяйственных наук, ² ORCID: 0000-0001-7094-9746, младший научный сотрудник, научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Кемеровский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ СЕЛЕКЦИОННЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ КУЗНЕЦКОЙ КОТЛОВИНЫ

Аннотация

Проблема соотношения потенциальной продуктивности и экологической устойчивости сортов имеет теоретическое и практическое значение.  В статье представлены результаты научно-исследовательской работы по изучению экологической пластичности селекционных линий яровой мягкой пшеницы в условиях рискованного земледелия Кузнецкой котловины. Исследования проведены в ФГБНУ «Кемеровский НИИСХ» в лаборатории селекции и агротехники полевых культур. По результатам исследований выявлены генотипы с различным типом экологической пластичности. Отобраны селекционные линии яровой мягкой пшеницы с высокой отзывчивостью к условиям среды (bi =1,16) и стабильно высокой урожайностью, S_i² = 0,0002 и 0,0018 – Лютесценс 105/4 (селекции ФГБНУ Алтайский НИИСХ) и ПМ-82 (селекции ФГБНУ «Кемеровский НИИСХ»). Данные линии целесообразно использовать как источники в селекционном процессе для получения новых генотипов с высокими адаптивными свойствами.                                                                                                                                 

Ключевые слова: яровая пшеница, селекционные линии, генотип, коэффициент регрессии, индекс условий среды, экологическая пластичность, стабильность.

Pakul  V.N.¹, Plisko L.G.²

¹ ORCID:0000-0003-0681-6273, PhD in Agriculture,  ² ORCID: 0000-0001-7094-9746,  junior researcher, research associate, Federal Public Budgetary Scientific Institution "Kemerovo Research Institute of Agriculture"

ASSESSMENT OF ECOLOGICAL PLASTICITY OF SELECTION LINES OF SPRING-SOWN SOFT FIELD IN THE CONDITIONS OF THE FOREST-STEPPE OF KUZNETSK DEPRESSION

Abstract

The problem of a ratio of potential efficiency and ecological stability of grades has theoretical and practical value. Results of research work on studying of ecological plasticity of selection lines of spring-sown soft field in the conditions of risky agriculture of Kuznetsk Depression are presented in article. Researches are conducted in FGBNU "the Kemerovo NIISH" in laboratory of selection and an agrotechnology of field cultures. By results of researches genotypes with various type of ecological plasticity are revealed. Selection lines of spring-sown soft field with high responsiveness to conditions of the environment (bi =1,16) and steadily high productivity, Si2 = 0,0002 and 0,0018 – the Lutescent 105/4 (selections of FGBNU the Altai NIISH) and PM-82 are selected (selections of FGBNU "the Kemerovo NIISH"). These lines it is expedient to use as sources in selection process for receiving new genotypes with high adaptive properties. 

Keywords: spring-sown field, selection lines, genotype, regression coefficient, index of conditions of the environment, ecological plasticity, stability.

В получении высоких урожаев важнейшая роль отводится использованию в растениеводстве адаптивных форм, способных реализовать свой генетический потенциал продуктивности при нестабильных условиях произрастания [1].

Существование какого-либо генотипа немыслимо вне определенной среды. Генотип может существовать в конкретной среде и, более того, взаимодействовать с нею. Растения в течение онтогенеза и филогенеза соприкасаются со сложными по сочетанию, интенсивности и времени проявления абиотическими и биотическими факторами. При этом устанавливается взаимодействие в цепи генотип-среда [2].

Из ряда требований, предъявляемых к сортам, на первый план выдвигается устойчивость к экологическим факторам среды, лимитирующим формирование потенциально возможной продуктивности. Эта проблема особенно актуальна в районах с резким проявлением неблагоприятных для растений элементов климата. В этом плане изучение и оценка экологической пластичности сортов, сферы их применения и адаптации к реальным природно-климатическим ситуациям является актуальным вопросом современного процесса производства сельскохозяйственной продукции  [3].

Для создания новых адаптивных сортов  необходимо иметь чёткую прогнозируемую величину индивидуальной реакции разных генотипов на окружающие условия. [4].

Селекция с учётом параметров адаптивности сорта имеет особое значение и для условий рискованного земледелия Кузнецкой котловины, где урожайность и другие хозяйственно-полезные признаки подвержены сильной изменчивости по годам, вследствие,  периодической засухи в мае и июне, поздних весенних и ранних осенних заморозков.

Цель исследования заключается в проведении оценки адаптивных свойств селекционных линий яровой мягкой пшеницы на урожайность в условиях лесостепной зоны Кузнецкой котловины.

Исследования проведены в 2012-2015 гг. в лаборатории селекции и агротехники полевых культур в ФГБНУ «Кемеровский НИИСХ». Объекты исследований – селекционные линии яровой мягкой пшеницы, созданные в ФГБНУ «Кемеровский НИИСХ» - ПМ-82, ПМ-80-11, ПМ-81-11 и  ФГБНУ Алтайский НИИСХ (Лютесценс 724, Лютесценс 757/6, Лютесценс 105/4), сорт стандарт – Сибирский Альянс (ФГБНУ Алтайский НИИСХ, ФГБНУ «Кемеровский НИИСХ»).

Оценка по показателям экологической пластичности и стабильности проведена по методу S.A. Eberchart и  W.A. Russel, 1966 [5]. Математическая и статистическая обработки данных проведены по методике Б.А. Доспехова  [6]  с использованием компьютерных программ О.Д. Сорокина [7].

Метеорологические условия в годы проведения исследований имеют контрастные  показатели в период вегетации яровой мягкой пшеницы,  как по количеству осадков, так и по термическому режиму, которые отличаются от среднемноголетней нормы.

Так как разработано много методических подходов и параметров к оценке экологической пластичности и стабильности генотипов существует различное понимание этих терминов. Так в понимании Мамонтовой В.Н. (1980), Пакудина В.З., Лопатина Л.М. (1984) экологическая пластичность – это способность генотипов формировать высокую урожайность в различных условиях среды в течение вегетационного периода, проявлять способность к её увеличению на интенсивных и полуинтенсивных фонах выращивания [8, 9].  Но в большинстве случаев, при оценке генотипов по экологической пластичности, предпочтение имеет методика, разработанная Eberchart S.A. и  Russel W.A. (1966), которые в данное понятие вкладывают положительный отклик генотипа на улучшение условий выращивания [5].

В первую очередь по результатам дисперсионного анализа определено влияние генотипа и среды (условия года) на урожайность селекционных линий яровой мягкой пшеницы (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты дисперсионного анализа двухфакторного опыта

Значительное  влияние на урожайность яровой мягкой пшеницы оказали условия года (фактор В, среда) – 91,5%,  в меньшей степени повлиял фактор А (селекционные линии) и взаимодействие ^«селекционные линии-среда^».  Неблагоприятные  условия по уровню влагообеспеченности и температурному режиму сложились в 2012 г., средняя урожайность селекционных линий составила 0,51 т/га (рисунок). Преимущество по урожайности в условиях жёсткой засухи 2012 г. имели три селекционные линии: ПМ-82, ПМ-81-11 и Лютесценс 105/4.

Данные селекционные линии изменяли свою урожайность при изменении условий выращивания, но более высокую продуктивность зерна имели  только две линии – Лютесценс 105/4 и ПМ-82, в сравнении со средней урожайностью (Y_i) по опыту – 1,38 т/га. Превышение составило 0,16 и 0,22 т/га соответственно (таблица 2). Общую характеристику условий выращивания можно получить при сравнении индексов условий среды – Ij.

Рис. Урожайность селекционных линий яровой пшеницы

Y_i ^*- урожайность сорта, линии;  У^** - средняя урожайность в питомнике по году.

Наиболее благоприятные условия сложились в 2014 г., Ij = +0,47. Урожайность селекционных линий варьировала от 1,41 до 2,12 т/га.  Важным показателем при оценке селекционного материала является коэффициент регрессии  –  b_i .

Таблица 2 – Влияние условий выращивания на продуктивность  селекционных линий яровой пшеницы

В основу такого метода оценки положено предположение о корректности линейной регрессии в отношении отклика генотипов на экологические условия. В этом случае сам коэффициент регрессии может служить мерилом степени реакции генотипа на изменения условий среды. Как следует из модели расчёта Eberhart S.A., Russel W.A. (1966), наиболее ценны те сорта, у которых bi >1, а Si² (коэффициент стабильности) стремится к нулю. Такие сорта относятся к высокоинтенсивным. Они отзывчивы на улучшение условий и характеризуются стабильной урожайностью. Сорта с высокими показателями bi и Si² менее ценны, так как их высокая отзывчивость сочетается с низкой стабильностью урожая. Те генотипы, у которых bi < 1 и близкий к нулю показатель Si², слабо реагируют на улучшение внешних условий (полуинтенсивные), но имеют достаточно высокую стабильность урожайности [3].     Для определения коэффициента стабильности  Si² рассчитана теоретическая урожайность и отклонения от фактического показателя (таблица 3).

Таблица 3 – Теоретическая урожайность   селекционных линий яровой пшеницы

По оценке экологической пластичности – bi и стабильности – S_i² селекционные яровой мягкой пшеницы линии распределены на 4 группы.  В первую группу вошёл сорт стандарт – Сибирский Альянс, который среди изучаемого набора имеет наиболее высокую отзывчивость на условия среды, bi = 2,70,  и средней стабильностью урожайности зерна, S_i² = 1,45  (таблица 4).

Таблица 4 – Характеристика селекционных линий яровой мягкой пшеницы по параметрам пластичности и стабильности урожайности зерна, 2012-2015 гг.

Для того, чтобы сорт  яровой мягкой пшеницы Сибирский Альянс смог раскрыть свои потенциальные возможности, его  необходимо возделывать в более благоприятных условиях.

Во вторую группу вошли селекционные линии Лютесценс 757/6 и Лютесценс 724 со средней пластичностью, bi = 1,02 и 1,09, высокой стабильностью, S_i² = 0,090 и 0,0005. Урожайность данных селекционных линий находится на уровне средней урожайности по опыту, 1,37 и 1,44 т/га соответственно.

Слабо реагировали на улучшение условий среды селекционные линии   в третьей группе: ПМ-81-11и ПМ-80-11, bi = 0,76 и 0,79, стабильно имели низкую урожайность,  S_i² = 0,072 и 0,058.

В четвёртую группу входят селекционные линии: Лютесценс 105/4 и ПМ-82 с высокой пластичностью, bi = 1,16 и высокой стабильностью урожайности зерна, S_i² = 0,0002 и 0,0018.

Наибольшую ценность представляет селекционная линия ПМ-82, при хорошей отзывчивости на улучшение условий внешней среды, она характеризуется наиболее высокой, стабильной  урожайностью в годы проводимых исследований (1,60-2,12 т/га), как в сравнении с стандартом Сибирский Альянс, так и другими изучаемыми линиями.

Таким образом, селекционная линия ПМ-82 является экологически пластичной, что говорит о целесообразности подготовки материала, как нового адаптивного сорта для передачи на государственное сортоиспытание.  Высокая вероятность при использовании в селекционном процессе селекционных линий Лютесценс 105/4 и ПМ-82 в получении новых генотипов с высоким  адаптивным потенциалом.

Литература

1. Гончаров П.Л. Растениеводство на рубеже веков / Сибирские учёные - агропромышленному комплексу: тез. докл. конф. учёных сибирского региона, посвящённой 30-летию селекционного центра сибирского НИИ сельского хозяйства. – Омск. – 2002. – С. 14-15.
2. Куркова И.В., Терехин М.В. Оценка экологической пластичности сортов яровой мягкой пшеницы селекции Дальнего Востока / Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2008. – № 7. – С. 8-11.
3. Корзун О.С., Бруйло А.С. Адаптивные особенности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений: пособие. – Гродно. – 2011. – С. 45-67.
4. Анисков Н.И., Калашник Н.А., Козлова Г.Я., Поползухин П.В. Голозёрный ячмень в Западной Сибири. – Омск. – 2007. – 158 с.
5. Eberchart S.A. и  Russel W.A. Stability parameters for comparing varieties // Crop Sci. – 1966. – Vol. 6. - № 1. – P. 36-40.
6. Доспехов Б.А. Методика  полевого  опыта: монография.  – М.: Колос. –1979. – 415 с.
7. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. – Краснообск: ГУПРПО СЩ РАСХН. – 2004. – 162 с.
8. Мамонтова, В.Н. Селекция и семеноводство яровой пшеницы. – М.: Колос. – 1980. – 286 с.
9. Пакудин  В.З.,  Лопатина Л.М. Оценка экологической пластичности и стабильности сортов сельскохозяйственных культур // Сельскохозяйственная биология. – 1984. – № 4. – С.109-113.

References

1. Goncharov P.L. Rasteniyevodstvo's potters at the turn of the century / the Siberian scientists - to agro-industrial complex: тез. докл. конф. scientists of the Siberian region, devoted to the 30 anniversary of the selection center of the Siberian scientific research institute of agriculture. – Omsk. – 2002. – P. 14-15.
2. Kurkova I.V., Terekhin M. V. Otsenka of ecological plasticity of grades of spring-sown soft field of selection of the Far East / Bulletin of the Altai state agricultural university. – 2008. – No. 7. – P. 8-11.
3. Korzun O. S., Bruylo Ampere-second. Adaptive features of selection and seed farming of agricultural plants: grant. – Grodno. – 2011. – P. 45-67.
4. Aniskov N. I., Kalashnik N. A., Kozlova G. Ya., Popolzukhin P. V. Golozyorny barley in Western Siberia. – Omsk. – 2007. – 158 p.
5. Eberchart S.A. and Russel W.A. Stability parameters for comparing varieties//Crop Sci. – 1966. – Vol. 6. - No. 1. – P. 36-40
6. Dospehov B.A. Metodik's armor of a field experiment: monograph. – M.: Ear. –1979. – 415 p.
7. Sorokin O. D. Applied statistics on the computer. – Krasnoobsk: GUPRPO SShch RASHN. – 2004. – 162 p.
8. Mamontova, V. N. Selection and seed farming of a spring-sown field. – M.: Ear. – 1980. – 286 p.
9.  Pakudin V. Z., Lopatina L.M. Otsenka of ecological plasticity and stability of grades of crops//Agricultural biology. – 1984. – No. 4. – P. 109-113.