RESEARCH OF DEPENDENCE WATER-RETENTIVE CAPABILITY FOR LEAVES OF TRITICUM AESTIVUM L. FROM THEIR LINEAR DIMENSIONS AND THE AREA

Боме Н.А. ¹, Ушакова Т.Ф. ², Моденова Е.А.³, Боме А.Я.⁴

¹ ORCID: 0000-0002-5467-6538, Профессор, доктор сельскохозяйственных наук, Тюменский государственный университет, ² ORCID: 0000-0003-3263-6655,  Магистрант, Тюменский государственный университет, ³ ORCID: 0000-0002-4630-4144, Бакалавр, Тюменский государственный университет, ⁴ ORCID: 0000-0001-6999-8997, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР), Россия

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВОДОУДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛИСТЬЕВ TRITICUM AESTIVUM L. ОТ ИХ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ И ПЛОЩАДИ

Аннотация

В статье представлены результаты изучения 16 сортов яровой  мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения из мировой коллекции ВИР по водоудерживающей способности листьев в условиях вегетационных периодов 2013-2015 гг. На основании выявленных различий, по данному показателю, изученные сорта разделены на 3 группы с высокой, средней и низкой устойчивостью к недостатку влаги. Стабильным проявлением признака за весь период исследований характеризовались сорта: Челяба 2 (Россия), Тюменская 25 (Россия), Biтка (Украина), Herold (Германия). Установлена сильная корреляция водоудерживающей способности с длиной листовой пластинки (r  = - 0,9 -1,0).

Ключевые слова: сорт, устойчивость, корреляция, условия выращивания.

Bome N.А.¹, Ushakova T.F.², Modenova Е.А.³, Bome A.Y.⁴

¹ ORCID: 0000-0002-5467-6538, Professor, PhD in Agriculture, Tyumen State University, ² ORCID: 0000-0003-3263-6655, Undergraduate, Tyumen State University, ³ ORCID: 0000-0002-4630-4144, A candidate for a bachelor degree, Tyumen State University, ⁴ORCID: 0000-0001-6999-8997, PhD in Agriculture, N.I.Vavilov Institute of Plant Genetic Resources (VIR)

RESEARCH OF DEPENDENCE WATER-RETENTIVE CAPABILITY FOR LEAVES OF TRITICUM AESTIVUM L. FROM THEIR LINEAR DIMENSIONS AND THE AREA

Abstract

The article presented results of the research of 16 varieties of spring wheat from different ecological and geographical place of origin of the world collection of VIR for water-retentive capability of leaves in growing seasons 2013-2015. Based on the identified differences in this indicator, varieties are divided into 3 groups with high, medium and low resistance to moisture deficiency. A stable demonstration of the characteristic for the entire research period characterized by varieties: Chelyaba 2 (Russia), Tyumenskaya 25 (Russia), Vitka (Ukraine), and Herold (Germany). Determined a strong correlation of the leaf water-holding capacity with laminae length (r = - 0,9 -1,0).

Keywords: variety, tolerance, correlation, growing conditions.

Актуальность

Территория России значительно различается по количеству выпадающих осадков: регионы неустойчивого увлажнения – 250-500 мм и засушливые – менее 350 мм в год при испаряемости более 1000 мм. Наибольший вред засуха причиняет в весеннее и летнее время, когда  идёт процесс образования генеративных органов, так как для формирования урожая необходимо относительно равномерное распределение осадков, особенно в период активного роста растений [1].

В естественных условиях сочетание почвенно-климатических, агрометеорологических и других факторов редко бывает наиболее благоприятным во все периоды онтогенеза растительного организма. Поэтому проблема засухоустойчивости сельскохозяйственных растений актуальна для многих регионов нашей страны [2].

Устойчивость растений к засухе во многом определяется водным режимом, присущим данному сорту. Как известно, чем больше относительное содержание оставшейся воды в листьях, тем выше водоудерживающая способность растительной ткани и тем лучше растение противостоит обезвоживанию [3].

Цель исследования – оценка сортов яровой мягкой пшеницы по водоудерживающей способности листьев в различных условиях выращивания, выявление связи между водоудерживающей способностью и морфометрическими параметрами листовой пластинки.

Материалы и методы исследования

В качестве исходного материала были взяты 16 сортов яровой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения из мировой коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР). Предварительную оценку по комплексу селекционно-ценных признаков сорта прошли в Тюменском опорном пункте ВИР.

По происхождению 8 сортов были из регионов Российской Федерации (Тюменская, Ульяновская, Самарская, Новосибирская, Челябинская области), 8 сортов – из других стран мира (Казахстан, Украина, Беларусь, Мексика, Китай, Аргентина, Германия).

Сорта различаются по морфологическим признакам (окраска колоса и зерновок, наличие или отсутствие остей, опушенность и др.) и относятся к пяти разновидностям: lutescens (СКЭНТ 1, Лютесценс 70, Тюменская 25, Новосибирская 15, Симбирцит, Biтка), graecum (Варяг, Bacanora 88), eritrospermum (Челяба 2, к-38111, Long 98-5501, Prointa Calidat, Cooperacion Nanihue), pirothrix (Икар) и milturum (Иргина). Из них  4 сорта районированы по сельскохозяйственной зоне Тюменской области в 2015 году (Лютесценс 70, Икар, Тюменская 25, Новосибирская 15) [4].

Комплексная оценка сортов яровой пшеницы осуществлялась в полевом опыте на экспериментальном участке  биостанции «Озеро Кучак» Тюменского государственного университета, расположенном в Нижнетавдинском районе Тюменской области. Почва дерново-подзолистая, окультуренная, супесчаная по гранулометрическому составу, содержание гумуса  - 3,67%, pH – 6,6.

Фенологические наблюдения и морфологическое описание признаков проводили согласно Методическим указаниям по изучению мировой коллекции пшеницы [5], Международному классификатору СЭВ рода Triticum L. [6], Методическим указаниям (Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале, 1999) [7].

Для определения водоудерживающей способности в фазе колошения с растений яровой пшеницы был проведён отбор вторых листьев в период с 9 до 10 часов. Отбирали по 3 вторых листа на стебле разных растений каждого сорта в 4-х кратной повторности. Срезанные листья были помещены в полиэтиленовые пакеты, а затем перенесены в лабораторию. После взвешивания на весах (Shimadzu UX22OH) листья оставляли на стеллажах на 3 часа для завядания. По истечении этого времени исследуемый материал повторно взвешивали и высушивали в течение 4-х суток для определения сухой массы навески. Водоудерживающую способность листьев рассчитывается по формуле [8]:

,                                                                                       (1)

где А - абсолютное содержание воды, Б - сырая масса до завядания, б – сырая масса после завядания.

Абсолютное содержание воды (А) определялось как разность между сырой (Б) и сухой (В) массой листьев.

Математическая обработка экспериментальных данных выполнена по стандартным методикам [9] с использованием программы для статистической обработки данных Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ данных по водоудерживающей способности листьев 16 сортов яровой пшеницы, оцениваемых в полевых условиях вегетационных периодов 2013-2015 гг.,  показал, что этот показатель изменялся в широких пределах.

В 2013 году недостаточная влагообеспеченность отмечена в июне и августе, когда количество выпавших осадков по отношению к норме составило 62,0% и 62,7% соответственно. Развитие всходов, кущение растений, формирование генеративных органов яровой пшеницы сопровождалось недостатком влаги в почве. Число дней с осадками за месяц  не превышало 7, из них во второй и третьей декадах - 1 и 2 дня соответственно. На фоне дефицита осадков отмечались жаркие периоды, в которые среднесуточная температура воздуха достигала 32,0⁰С в первой декаде и 31,7⁰С – во второй декаде.

Минимальной водоудерживающей способностью (61,0%) в сложившихся условиях характеризовался  сорт Herold из Германии, а максимальной -  93,4% сорт Челяба 2  из Россиия (Челябинская область), при среднем значении по всем сортам - 78,3%.

В 2014 году период  посев – колошение растений яровой пшеницы можно характеризовать как засушливый (гидротермический коэффициент составил 0,75).  Резкий недостаток влаги по отношению к среднемноголетним значениям, отмечен в июне (46,40%) и первой декаде июля – 4,10 мм. Среднесуточная температура воздуха только в мае была выше нормы на 1,6⁰С. Самая высокая дневная температура в данный месяц составила 31,9°С, в то время как минимальная температура ночью опускалась до -0,2°C. В другие месяцы (июнь, июль, сентябрь) рост и развитие растений протекали при недостатке тепла, так как отклонения среднесуточной температуры воздуха от нормы составили 0,5⁰С (июнь) – 4,1⁰С (июль).

Водоудерживающая способность листьев изменялась от 40,9% (Bacanora 88, Мексика) до 81,9% (СКЭНТ 1, Россия, Тюменская область), при среднем значении признака 68,2%.

Вегетационный период 2015 года был теплее по сравнению со средними многолетними значениями в мае и июне (на 2,1⁰С и 2,9⁰С соответственно) и прохладнее в июле и августе (на 2,4⁰С и 2,7⁰С соответственно). Условия для прорастания семян и формирования всходов складывались благоприятно по температурному режиму, но при недостаточной влагообеспеченности (во второй декаде осадки наблюдались только в течение 2-х суток в количестве 5,3 мм). В третьей декаде отмечалось колебание среднесуточной температуры воздуха от 7,8⁰С (22 мая) до 24,4⁰С (31 мая). В течение 7 суток температура воздуха была выше нормы на 1,2-9,8⁰С. Дожди зарегистрированы только 29 и 30 мая – 2,3 мм. Рост и развитие растений в июне проходили в условиях повышенного температурного режима на фоне дефицита влаги во второй и третьей декадах.  Последующие  месяцы вегетационного периода характеризовались достаточной влагообеспеченностью на фоне пониженной среднесуточной температуры воздуха.

В  2015 году было отмечено максимальное среднее значение водоудерживающей способности листьев - 83,6%, при варьировании по сортам от 61,8% (Икар, Россия, Тюменская область.) до 97,7%  (Новосибирская 15, Россия, Новосибирская область).

На основании средних значений водоудерживающей способности листьев сорта яровой пшеницы дифференцированы на три группы: с высокой, средней и низкой засухоустойчивостью (табл. 1).

Таблица 1 - Водоудерживающая способность листьев сортов яровой мягкой пшеницы в различных условиях выращивания, %, фаза колошения растений

Для понимания взаимосвязи признаков определяют как они изменяются - самостоятельно, независимо друг от друга, или вариация одного в какой-то степени связана с вариацией другого [11].

           

    

Рис. 1. Графическое изображение корреляционных связей между водоудерживающей способностью листьев, их линейными размерами и площадью.

Примечание: r < 0,3 – слабая корреляция: r = 0,3-0,7 – средняя корреляция;     r > 0,7 – сильная корреляция [10].

1 - водоудерживающая способность листьев; 2 - длина листа (высокоустойчивая группа); 3 - длина листа (среднеустойчивая группа); 4 – длина листа (низкоустойчивая группа); 5 - ширина листа (высокоустойчивая группа); 6 - ширина листа (среднеустойчивая группа); 7 - ширина листа (низкоустойчивая группа); 8 - площадь листа (высокоустойчивая группа); 9 - площадь листа (среднеустойчивая группа); 10 - площадь листа (низкоустойчивая группа).

В ходе исследования нами была изучена зависимость водоудерживающей способности листьев от их линейных размеров и площади. В 2013 году у засухоустойчивых сортов водоудерживающая способность листьев находилась в прямой зависимости от длины листовой пластики (r= 1,0). Во всех трех группах сортов преимущество имели растения с узкими листьями, о чем свидетельствует обратная корреляция между данным признаком и водоудерживающей способностью (r= -0,6; -0,3; -0,4 соответственно).

В 2014 года ярко выраженная обратная связь водоудерживающей способности  с длиной, шириной и площадью листовой пластинки отмечена в группе сортов с низкой засухоустойчивостью (r= -0,8, r= -0,7,  r= -0,8, соответственно). В группах с высокой и низкой устойчивостью растений к недостатку влаги подобной зависимости не установлено.

В условиях вегетационного периода 2015 года отмечено существенное влияние на показатель водоудерживающей способности длины листьев в высоко- и среднеустойчивых группах сортов (связь обратная, r= -0,9, r= -0,8). Средняя корреляция наблюдалась с шириной листьев у сортов, характеризовавшихся  высокой и низкой засухоустойчивостью (прямая связь r= 0,4, r= 0,4), у среднеустойчивых сортов связь также была средней, но обратной (r = -0,4).

В среднем за 3 года исследований (2013-2015) сильной корреляции между изучаемыми признаками не установлено. Средняя обратная связь водоудерживающей способности была в группах с высокой и средней устойчивостью  с длиной, шириной и площадью листовой пластинки, в низкоустойчивой группе отмечена средняя прямая связь с длиной и площадью листьев.

Заключение

Сорта яровой  мягкой пшеницы, созданные для разных эколого-географических зон, отличались по водоудерживающей способности листьев. Этот показатель находился в зависимости от сортовых особенностей яровой пшеницы и метеорологических факторов вегетационных периодов 2013-2015 гг. Относительно высокую и стабильную по годам водоудерживающую способность сохраняли сорта  из регионов России: Челяба 2, Тюменская 25, СКЭНТ 1, Иргина. В среднем за годы исследования отмечалась средней силы связь водоудерживающей способности с длиной, шириной и площадью листьев.

Литература

1. Третьяков, Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Н.Н. Третьяков [и др.]. – М.: Колос, 2000. – 640 с.
2. Жолкевич, В.Н. Водный обмен растений / В.Н. Жолкевич [и др.]. – М.: Наука, 1989. – 256 с.
3. Полевой, В.В. Практикум по росту и устойчивости растений / В.В. Полевой [и др.]. - Спб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2001. – 212 с.
4. Сортовое районирование сельскохозяйственных культур и результаты сортоиспытания по Тюменской области за 2015 год. Тюмень: ОАО Тюменский издательский дом, 2015. – 91 с.
5. Градчанинова, О.Д. Изучение мировой коллекции пшеницы / О.Д. Градчанинова, А.А. Филатенко, М.И. Руденко. - Методические указания. - Л., 1984. - 26 с.
6. Международный классификатор СЭВ рода Triticum L. Ленинград, 1984. - 84 с.
7. Мережко, А.Ф. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале / А.Ф. Мережко [и др.]. - Методические указания. -  Санкт-Петербург: ВИР, 1999. -  82 с.
8. Христофорова, Г.А. Определение засухоустойчивости зерновых культур по изменению параметров водного режима / Г.А. Христофорова // Методические указания. - Ленинград: ВИР, 1982. – 74 с.
9. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. – М.: Высш. шк., 1990. – 352 с.
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов. – М.: Агропроиздат, 1985. - 351 с.
11. Рокицкий, П.Ф. Биологическая статистика / П.Ф. Рокицкий. – М.: Высшая школа, 1964. – 328 с.

References

1. Tret'jakov, N.N. Fiziologija i biohimija sel'skohozjajstvennyh rastenij / N.N. Tret'jakov [i dr]. – M.: Kolos, 2000. – 640 s.
2. Zholkevich, V.N. Vodnyj obmen rastenij / V.N. Zholkevich [i dr.]. – M.: Nauka, 1989. – 256 s.
3. Polevoj, V.V. Praktikum po rostu i ustojchivosti rastenij / V.V. Polevoj [i dr.]. - Spb.: Izd-vo S.-Peterb. Un-ta, 2001. – 212 s.
4. Sortovoe rajonirovanie sel'skohozjajstvennyh kul'tur i rezul'taty sortoispytanija po Tjumenskoj oblasti za 2015 god. Tjumen': OAO Tjumenskij izdatel'skij dom, 2015. – 91 s.
5. Gradchaninova, O.D. Izuchenie mirovoj kollekcii pshenicy / O.D. Gradchaninova, A.A. Filatenko, M.I. Rudenko. - Metodicheskie ukazanija. - L., 1984. - 26 s.
6. Mezhdunarodnyj klassifikator SJeV roda Triticum L. Leningrad, 1984. – 84 s.
7. Merezhko, A.F. Popolnenie, sohranenie v zhivom vide i izuchenie mirovoj kollekcii pshenicy, jegilopsa i tritikale / A.F. Merezhko [i dr.]. - Metodicheskie ukazanija. -  Sankt-Peterburg: VIR, 1999. -  82 s.
8. Lakin, G.F. Biometrija / G.F. Lakin. – M.: Vyssh. shk., 1990. – 352 s.
9. Hristoforova, G.A. Opredelenie zasuhoustojchivosti zernovyh kul'tur po izmeneniju parametrov vodnogo rezhima / G.A. Hristoforova // Metodicheskie ukazanija. - Leningrad: VIR, 1982. – 74 s.
10. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij) / B.A. Dospehov. – M.: Agroproizdat, 1985. -351 s.
11. Rokickij, P.F. Biologicheskaja statistika / P.F. Rokickij. – M.: Vysshaja shkola, 1964. – 328 s.