AN EVALUATION OF THE RELATIONSHIP OF GRAIN YIELD WITH PLANT HEIGHT OF MUTANT POPULATIONS OF SPRING SOFT WHEAT (Triticum aestivum L.) IN CONDITIONS OF NORTHERN TRANS-URALS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2024.140.29
Issue: № 2 (140), 2024
Suggested:
31.01.2024
Accepted:
08.02.2024
Published:
16.02.2024
207
4
XML
PDF

Abstract

Differences between mutant forms of the fifth (M5), sixth (M6), seventh (M7) generations and standard varieties of spring soft wheat on variability of plant height at the earing phase and grain yield during three growing seasons 2021-2023 under the influence of climatic conditions of the Northern Trans-Urals have been determined. It is demonstrated that the chemical mutagen phosphemide causes beneficial mutations that increase the adaptation of plants to meteorological factors (average daily air temperature, precipitation). The positive effect of fosfemide mutagen is also confirmed by a wide range of variability of the studied traits. A direct relationship between the yield of the studied samples and plant height was found, the degree of which depends on environmental factors and genotype. The dependence of yield on plant height increases under insufficient moisture supply and high air temperature.

1. Введение

В связи с климатическими изменениями существует необходимость в разработке для селекционных программ исходного материала с повышенным потенциалом урожайности и устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам. Описано успешное использование химических мутагенов для улучшения агрономических показателей пшеницы (высота растений, урожайность, качество продукции, устойчивость к стресс-факторам)

,
,
. Обработка семян мутагеном позволяет получить популяции, состоящие из отдельных линий, несущих различные мутации, в том числе с интересующими и ценными для отбора признаками. Мутации, индуцированные с помощью различных мутагенов, рассматриваются как возможность получения исходного материала для селекции
. Создание качественно новых форм растений с высокой устойчивостью к внешним неблагоприятным факторам во многом зависит от понимания процессов адаптации растительного организма.

Цель исследования: определение изменчивости признака высоты растений мутантных образцов М5, М6, М7 поколений яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) во взаимосвязи с урожайностьюв условиях Северного Зауралья в течение трех вегетационных периодов 2021-2023 гг.

2. Методы и принципы исследования

Семена двух сортов яровой мягкой пшеницы Cara (Мексика), Скэнт 3 (Россия) и гибрида четвертого поколения (F4), полученного после скрещивания этих сортов (Cara х Скант 3), обрабатывали раствором фосфемида (ди-(этиленимид)-пиримидил-2-амидофосфорная кислота) в концентрациях 0,002 и 0,01% (экспозиция 3 часа). Начиная со второго поколения (М2) выполняли отбор растений, отличающихся от исходных форм по морфологическим признакам и биологическим свойствам. После подтверждения обнаруженных изменений в третьем поколении (М3) осуществляли оценку по комплексу признаков с отбором лучших мутантных образцов. В статье представлены результаты полевой оценки 29 мутантов пятого (М5), шестого (М6) и седьмого (М7) поколений, отобранных по следующим признакам: крупный колос, пирамидальный колос, спельтоидный колос, окраска соломины ярко желтая и антоциановая, прочная соломина, широкий флаговый лист, высокорослые, позднеспелые, раннеспелые.

Исследование проведено в вегетационные периоды 2021-2023 годов на экспериментальном участке биостанции Тюменского государственного университета «Озеро Кучак» (57°20'57.3"N 66°03'21.8"E, Тюменская область, Нижнетавдинский район). Метеоданные получали с датчиков профессиональной локальной метеостанции IMetos IMT300. Гидротермический коэффициент (ГТК) рассчитывали согласно Г.Т. Селянинову (1930) 

.

Почва участка дерново-подзолистая, супесчаная, содержание гумуса составляет 3,67%, рН 6,6. Посев выполняли во второй декаде мая, площадь каждой делянки 1 м2, стандарты – сорта, рекомендованные для Тюменской области Тюменская 25, Тюменская 29, Новосибирская 31, повторность опыта 3-кратная. Высоту растений определяли в фазе колошения измерением от поверхности почвы до самой верхней части колоса в 5 точках на делянке, урожайность – взвешиванием зерна после ручной уборки растений, обмолота и очистки.

Для статистической обработки полученных данных использовали апробированные методики

, табличный процессор Microsoft Excel и программное обеспечение STATISTICA 6.0 («StatSoft», Inc., США).

3. Основные результаты

Вегетационные периоды 2021-2023 годов существенно отличались по температурному режиму, количеству выпавших осадков, что подтверждается значениями гидротермического коэффициента (ГТК) (табл. 1).

Таблица 1 - Метеорологические условия вегетационных периодов в годы проведения исследования

Месяц

Осадки, ср. многолетнее, мм

2021 г.

2022 г.

2023 г.

осадки, мм

ГТК

осадки, мм

ГТК

осадки, мм

ГТК

Май

44,0

4,6

0,1

46,2

1,1

7,6

0,2

Июнь

61,0

22,4

0,4

42,4

0,8

105,8

0,5

Июль

86,0

49,6

0,9

78,6

1,3

116,2

1,7

Август

60,0

20,0

0,3

28,0

0,5

38,8

0,8

Сумма

251,0

96,6

 -

195,2

268,4

 -

Для прорастания семян и формирования всходов условия сложились крайне неблагоприятно в мае 2021 и 2023 годов. Этот период можно характеризовать как сухой, доля осадков от общей суммы за вегетационный период составила 4,8 и 2,8% соответственно. Отмечено неравномерное распределение осадков и в другие месяцы. Значительная часть осадков – 51,3% в 2021 году, 40,3% в 2022 году и 43,3% в 2023 году приходится на июль. Рост и развитие растений пшеницы в 2022 году сопровождался достаточной влагообеспеченностью, что помогло избежать водного стресса. В июне 2023 года отмечена большая месячная сумма осадков (105,8 мм) за 11 суток, при этом основная часть (95,8 мм) выпала в течение 5 суток. Июль также характеризовался обильным количеством осадков (116,2 мм), но большая часть (103,8 мм) их зарегистрирована в течение 3 суток. В связи с этим, несмотря на высокий гидротермический коэффициент (ГТК=1,7) позволяющий отнести данный месяц к избыточно-влажному, отмечен сильный расход влаги за короткий промежуток времени на фоне высоких среднесуточных температур воздуха (на 3,20С выше среднего многолетнего значения, максимальная температура достигала 380С). В этих контрастных условиях было важно определить биологический потенциал мутантных образцов.

Одним из признаков, характеризующим способность генотипов пшеницы адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды, является высота растений

. По нашим данным, варьирование высоты растений у мутантов, исходных форм и сортов-стандартов яровой пшеницы наблюдалось как по годам исследования, так и в пределах каждого вегетационного периода (табл. 2). По усредненным данным растения мутантных популяций уступали стандартным сортам по данному признаку, что мы объясняем присутствием в коллекции образцов, созданных на основе низкорослого сорта Cara из Мексики. Вместе с тем, пределы варьирования признака указывают на наличие образцов, которые находились на уровне стандартов или превосходили их. Реакция на водный и тепловой стресс проявлялась в снижении признака у мутантных образцов и районированных сортов. Среди стандартов наибольшей чувствительностью к неблагоприятным факторам характеризовался сорт Новосибирская 31, у мутантов самые низкие средние значения отмечены в 2021 году.

Таблица 2 - Изменчивость высоты растений мутантов в сравнении со стандартными сортами яровой мягкой пшеницы в различных условиях вегетации

Год

Мутанты (среднее)

Тюменская 25

Тюменская 29

Новосибирская 31

Высота растений, см (x±Sx)

2021

55,7±2,12*

72,4±0,86

70,7±0,73

67,3±1,50

2022

76,3±2,35*

92,2±1,53

90,5±1,16

91,0±1,88

2023

68,5±2,49*

78,3±1,08

80,0±2,39

66,8±0,97

Примечание: *различия статистически достоверны при сравнении мутантов с лучшим стандартом (p < 0,05)

Корреляционный анализ позволил выявить тесную взаимосвязь между урожайностью и высотой растений яровой пшеницы (рис. 1). Необходимо отметить, что сила связи усиливалась, когда рост и развитие растений проходили при недостатке влаги на фоне повышенных среднесуточных температур воздуха. Сильная прямая взаимосвязь отмечена в 2021 году (r=0,82*), средняя – в 2023 году (r=0,62*) и слабая обратная – в 2022 году (r=-0,31*). Другие исследователи
также сообщают о высокой корреляции (r=0,71) урожайности зерна у генотипов пшеницы с высотой растений. В работе
отмечено увеличение вклада высоты растений в урожайность в раннеспелой группе сортов яровой пшеницы в условиях засухи в лесостепной зоне Курганской области.
Корреляция урожайности с высотой растений яровой мягкой пшеницы в 2021-2023 гг

Рисунок 1 - Корреляция урожайности с высотой растений яровой мягкой пшеницы в 2021-2023 гг

Урожайность по усредненным данным изученных мутантов самой низкой была в засушливом 2021 году и составила 138,1±4,88 г/м2. Несмотря на недостаток влаги и аномально высокие температуры воздуха в 2023 году, зерновая продуктивность была выше 235,5±14,12 г/м2. Анализ и сопоставление метеоданных с фенологическими фазами растений показал, что в 2023 году период формирования зерновок совпал с относительно благоприятными гидротермическими условиями. В 2022 году получена самая высокая урожайность 279,4±7,75 г/м2. У стандартных сортов урожайность изменялась от 163,3 г/м2 (Тюменская 25, 2021 г.) до 424,3 г/м2 (Тюменская 25, 2022 г.).

В работах других авторов также установлено, что неравномерное выпадение осадков и высокие температуры воздуха приводят к нарушению процессов формирования и налива зерна

,
и снижению урожайности
.

Особую ценность для практического применения в селекции могут иметь мутантные формы с повышенными адаптивными и продуктивными свойствами. В таблице 3 приведены данные по некоторым из них по признаку высоты растений и урожайности, но следует отметить, что при отборе перспективных мутантов учитывали еще по ряд других хозяйственно ценных признаков.

Таблица 3 - Сравнительная оценка мутантных образцов яровой пшеницы по высоте растений и урожайности зерна с сортами-стандартами, среднее 2021-2023 гг

Образец

Высота растений, см

Урожайность, г/м2

2021 г.

2022 г.

2023 г.

2021 г.

2022 г.

2023 г.

Среднее

(4) F4 (0,01%) Cara х Cкэнт 3

46,4±1,36*

62,2±2,24*

60,0±0,55*

115,6

518,2

342,7

325,5

(5) F4 (0,01%) Cara х Cкэнт 3

51,6±1,57*

66,5±1,80*

59,4±1,40*

123,7

425,3

379,7

309,6

(17) P2 (0,002%) Cкэнт 3

60,8±1,03

91,7±1,86

91,4±1,36

157,3

396,1

375,2

309,5

(20) P2 (0,002%) Cкэнт 3

62,1±1,33

81,9±1,60

85,1±2,10

155,8

405,3

358,2

306,4

(32) F4 (0,002%) Cara х Cкэнт 3

53,3±0,64*

68,4±1,17*

52,7±2,56*

86,2

414,2

297,9

266,1

Тюменская 25

72,3±0,86

92,5±1,53

78,3±1,08

163,3

424,5

364,3

317,0

Тюменская 29

70,7±0,73

90,5±1,16

80,0±2,39

194,3

356,3

279,4

276,7

Новосибирская 31

67,3±1,50

91,0±1,88

66,8±0,97

174,0

355,0

259,0

262,6

Примечание: *различия статистически достоверны при сравнении мутантов с лучшим стандартом (p < 0,05)

Максимальная реализация биологического потенциала мутантов и сортов отмечена по показателям урожайности в условиях 2022 года. Растения характеризовались более активным ростом в высоту, и в фазе колошения имели преимущество по этому признаку по сравнению с 2021 годом. В 2023 году реакция на тепловой стресс у образцов была неоднозначной. Мутанты (17) P2 (0,002%) Cкэнт 3 и (20) P2 (0,002%) Cкэнт 3 были наиболее высокорослыми. В то же время у мутантов (5) F4 (0,01%) Cara х Cкэнт 3; (32) F4 (0,002%) Cara х Cкэнт 3 и сорта Новосибирская 31 наблюдалось уменьшение высоты по сравнению с 2022 годом. У большинства образцов за весь период изучения отмечена высокая устойчивость к полеганию (5 баллов) и только у двух мутантов, созданных на основе сорта Скэнт 3 (концентрация фосфемида 0,002%), в 2022 году было полегание растений, в среднем за 3 года устойчивость составила 4,3 балла.

4. Заключение

Значительные корреляции, наблюдаемые между урожайностью и высотой растений, широкий диапазон фенотипической изменчивости подтверждают биологический эффект химического мутагена фосфемида, зависят от гидротермических условий вегетационного периода и позволяют предположить, что признаки являются взаимозависимыми и полезными для отбора хозяйственно ценных форм.

Мутанты с благоприятными агротехническими показателями могут быть рекомендованы в качестве родительских форм для создания исходного материала для практической селекции. Результаты, полученные после обработки семян фосфемидом гибрида Cara х Cкэнт 3, позволяют говорить о перспективе комплексного использования мутационной и рекомбинационной изменчивости.

Article metrics

Views:207
Downloads:4
Views
Total:
Views:207