Адаптивность сортов озимой пшеницы в Среднем Поволжье

В современных условиях резко изменяющегося климата урожайность и качество зерна современных сортов сельскохозяйственных культур зависит в основном от использования восприимчивых к окружающей среде сортов. Наиболее приспособленными к соответствующим условиям внешней среды являются местные сорта с комплексной групповой устойчивостью [1].

Взаимодействие генотип-среда являются основным фактором, определяющим потенциал урожайности культуры в месте её возделывания. Это предопределяет оценку селекционного ма- Маслова Галина Яковлевна, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией селекции и семеноводства озимой пшеницы.

териала в адаптивном и экологическом направлении. Труд селекционера должен быть направлен на выявление экологически устойчивых и стабильных генотипов, не снижающих урожайность и качество конечной продукции.

Цель исследования – определение стабильности и пластичности урожайности зерна у различных генотипов озимой мягкой пшеницы в условиях Среднего Поволжья с использованием различных методик адаптивности и выявление сортов озимой пшеницы, как с высокой урожайностью, так и стабильностью.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2012-2018 гг. в Поволжском НИИСС – филиале СамНЦ РАН. Полевые опыты закладывались по типу конкурсного сортоиспытания по стандартной агротехнике, принятой в регионе, а также по основным методикам [2]. Площадь делянки – 25 м2 в четырёхкратной повторности с систематическим расположением. Изучение проводилось на 11 сортах, созданных в лаборатории селекции и семеноводства института. В качестве стандарта использовали сорт Поволжская 86. Для анализа адаптивности использовались следующие статистические показатели : коэффициент вариации (CV), показатель гомеостатичности (Hom) по В.В. Хангильдину [3], отклонение от обычного среднего квадрата регрессии Eberhart and Russell [4], регрессионная модель G.C.C. Tai [5] с использованием α (альфа) и λ (лямбда) мер и пластичность по С.П. Мартынову [6].

Среднее Поволжье отличается контрастностью погодных условий. С заметной периодичностью случаются как засушливые, так и острозасушливые годы. Снижение урожайности сортов озимой пшеницы непосредственно связано с майской засухой 2012, июньской засухой 2013 г., а также июльской засухой, 2012 и 2014 гг. Низкая продуктивность 2015 г. объясняется довольно сильно засухой, как перед посевом, так и после него. Наиболее благоприятным периодом вегетации за исследуемые годы оказался 2017 год.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для определения достоверного влияния среды, генотипа и взаимодействия генотип-среда на урожайность зерна сортов озимой пшеницы был проведён двухфакторный дисперсионный анализ. Результаты дисперсионного анализа показывают значительное влияние на изменчивость урожайности как фактора среды (7 лет испытаний) – 96,89%, так и сорта (11 генотипов) – 2,45%. Взаимодействие между генотипом и средой значительно ниже, но также достоверно – 0,65%, на 5%-ном уровне значимости.

В результате проведённых нами исследований урожайность озимой мягкой пшеницы сильно варьировала в зависимости от условий выращивания и сорта от 13,7 ц/га (Кинельская 4, 2015 г.) до 62,4 ц/га (Эритроспермум 3730, 2017 г.). Достоверно превысили стандарт сорта Эритроспермум 3730, Поволжская нива и Константиновская, соответственно 37,4, 35,8 и 34,9 ц/га. Наименьший уровень варьирования отмечен у сортов Велютинум 3611

и Велютинум 3751, показатель гомеостатичности также оказался высоким, что говорит о стабильности генотипа, его способности реализовать свой потенциал в различных условиях среды. Максимальное значение гомеостатичности оказалось у сорта Поволжская нива, при сочетании высокой урожайности и низкого уровня коэффициента вариации, что характеризует сорт как высокостабильный.

Урожайность зерна как количественный признак – результат разных процессов, проходящих в процессе онтогенеза растений. Чем выше степень взаимодействия генотип-среда, тем разнообразнее генетические системы, контролирующие физиологические процессы, обеспечивающие адаптивность растений к разным средам. Относительные вклады эффектов взаимодействия генотип-среда, полученные нами, коррелируют с другими исследованиями [7].

Используя метод расчёта Эберхарта и Рассела, на основе вычисления двух параметров коэффициента линейной регрессии (bi) и дисперсии ( σ 2d) можно в определённом смысле судить о линейном оклике генотипа на средовые эффекты. Коэффициент линейной регрессии урожайности сортов bi указывает реакцию генотипа на изменение условий внешней среды. Значением коэффициента больше единицы обладают сорта с большей отзывчивостью к высокому уровню агротехники. Такими сортами являются Кинельская 4, Эритроспермум 3730, Лютесценс 3585 Лютесценс 3645 и Константиновская. При значении показателя пластичности меньше 1 делается вывод, что такие сорта можно возделывать лишь при низком агрофоне и неблагоприятных условиях среды. В случае значений регрессии близким к нулю делается вывод о том, что сорт не реагирует на условия внешней среды.

В дополнение к коэффициенту регрессии рассчитывается дисперсия (среднеквадратическое отклонение) σ 2d. Этот показатель характеризует стабильность генотипа в разных условиях среды. Максимально стабильными являются сорта

Таблица 1. Урожайность и адаптивные свойства сортов озимой мягкой пшеницы конкурсного сортоиспытания за 2012 – 2018 гг.

Фактор A (сорт)	Х ср, ц/га	min–max	CV,%	Hom
Поволжская 86	32,6	21,0÷50,9	28,3	11,5
Кинельская 4	29,8	13,7÷49,7	35,6	3,6
Лютесценс 3585	32,6	18,8÷50,0	32,3	8,8
Кинельская 8	33,0	20,0÷51,9	28,9	5,6
Поволжская нива	35,8	22,5÷50,4	29,2	31,2
Лютесценс 3645	32,6	19,0÷47,6	31,5	5,7
Лютесценс 3285	31,8	18,4÷43,4	29,6	2,7
Велютинум 3611	33,6	23,0÷50,0	25,3	14,8
Велютинум 3751	33,4	23,0÷46,0	24,0	14,6
Константиновская	34,9	21,6÷56,8	30,5	9,3
Эритроспермум 3730	37,4	22,3÷62,4	35,2	7,7
Х ср	33,4

Таблица 2. Показатели стабильности сортов озимой пшеницы

Сорт Eberhart, S.A., W.A. Russell, Tai, G.C.C. Стабильность, по С.П. Мартынову bi оd2 а X Hi Поволжская 86 0,948 3,76 -0,052 2,741 -0,549 Кинельская 4 1,197 7,53 0,197 7,978 -1,901 Лютесценс 3585 1,088 4,57 0,088 3,572 -0,137 Кинельская 8 0,958 7,04 -0,042 4,822 -0,223 Поволжская нива 0,983 1,68 -0,017 1,145 1,596 Лютесценс 3645 1,063 7,40 0,063 5,152 -0,410 Лютесценс 3285 0,937 19,96 -0,063 13,533 -1,003 Велютинум 3611 0,822 4,36 -0,178 5,591 0,043 Велютинум 3751 0,794 3,82 -0,206 6,151 0,189 Константиновская 1,024 4,84 0,024 3,222 0,612 Эритроспермум 3730 1,187 6,19 0,187 6,770 1,779 с числовыми значениями дисперсии близкими к нулю. Наиболее экологичными считаются сорта с невысокой, но стабильной урожайностью зерна в независимости от условий выращивания. Среди изучаемого нами набора сортов озимой мягкой пшеницы наиболее стабильными оказались сорта Поволжская нива (o2d=1,68), Поволжская 86 (c2d=3,76) и Велютинум 3751 (o2d=3,82).

Расчёт параметров адаптивности по G.C.C. Tai включает в себя изучение генотипической стабильности на основе анализа структурных взаимосвязей. Рассчитываются два параметра: а - линейный отклик сорта на средовые эффекты и X - оклонение от линейного отклика. Как и при использовании метода Eberhart and Russell стабильными считаются сорта при близких значениях а = -1, X = 1, способные формировать урожай в контрастных условиях среды, конкурентноспособные в жёстких экономических условиях. Такими сортами в наших исследованиях оказались сорта Велютинум 3751, Поволжская 86 и Поволжская нива. Следует отметить, из этих трёх сортов наибольшая урожайность за годы проведённых испытаний была отмечена у сорта Поволжская нива. Наибольшее значение показателя а = 0,187, оказалось у сорта Эритроспермум 3730, который по методу по G.C.C. Tai считается более требовательным к высокому агрофону.

При отборе максимально адаптированных сортов к разным условиям среды, опираясь только на меры стабильности, предлагаемые Eberhart and Russell и G.C.C. Tai, существует вероятность выбраковки генотипа с максимальной урожайностью и высокой стабильностью среди нестабильных генотипов, но близкими значениями нормы реакции на среду, вносящим значительный вклад во взаимодействие генотип-среда [8]. Для объективной оценки нами применялся метод экологической пластичности по С.П. Мартынову. В основу метода положен расчёт меры стабильности генотипа, т.е. взвешенной суммы ценности признака от значения его в каждом испытании.

Это даёт возможность оценить стабильность генотипа, способного дать высокий потенциальный урожай с минимальным его снижением при возделывании в неблагоприятных условиях. К сортам с высокой стабильностью относятся сорта Лютесценс 3585, Поволжская нива, Велютинум 3611, Велютинум 3751, Константиновская и Эри-троспермум 3730. Наивысшей стабильностью из них обладает Эритроспермум 3730.

ВЫВОДЫ

Комплекс показателей, полученных в наших исследованиях, в достаточно полном объёме характеризует адаптивность селекционного материала, созданного в условиях Среднего Поволжья. Выделены три группы сортов по отношению к стандарту Поволжская 86. В первую группу вошёл сорт Кинельская 4, который в среднем за годы изучения уступил стандарту по урожайности, 29,8 и 32,6 ц/га. При этом он оказался самым пластичным по S.A. Eberhart и W.A. Russell среди всего изучаемого набора сортов, bi=1,197. Показатель а по G.C.C. Tai также оказался максимальным, а = 0,197. Данный сорт был районирован в 1985 году, до сих пор возделывается в северных районах Оренбургской области. Отличается высокой зимостойкостью. Однако менее стабилен по сравнению с Поволжской 86, о чём свидетельствует максимальное значение коэффициента вариации CV = 35,6% и низкий показатель гомеостатичности Hom = 3,58.

Ко второй группе сортов были отнесены Лютесценс 3585, Кинельская 8, Лютесценс 3645, Лютесценс 3285, Велютинум 3611, Велютинум 3751, по урожайности достоверно не превышающие стандарт. Следует отметить, что Велюти-нум 3611, Велютинум 3751, уступая стандарту по пластичности, превзошли его по стабильности признака по всем изучаемым параметрам. Вариабельность этих сортов оказалась самой низкой, по сравнению с другими, 25,3 и 24,0% соот- ветственно. Сортообразцы отличаются лучшим качеством зерна по сравнению со стандартом.

Третью группу составили сорта Константиновская, Поволжская нива и Эритроспермум 3730, достоверно превысившие сорт-стандарт по урожайности за все 7 лет испытаний. Относительно низкий коэффициент вариации среди них (29,2%) отмечен у Поволжской нивы. У сорта оказался самый высокий в опыте уровень гомеостатичности (31,22), что характеризует сорт как высокостабильный. Высокие значения коэффициента линейной регрессии у сортообразцов Константиновская и Эритроспермум 3730, 1,024 и 1,187 соответственно, говорит о высокой отзывчивости сорта к высокому уровню агротехники и его пластичности. Однако, минимальное значение дисперсии в опыте делает сорт Поволжская нива максимально стабильным к различным условиям возделывания. Максимум по методике С.П. Мартынова был отмечен у сортов Поволжская нива (Hi = 1,596) и Эритроспермум 3730 (Hi = 1,779), что свидетельствует о высоком потенциале продуктивности при создании оптимальных условий возделывания.

Для определения экологических параметров

• 1.

• 2.

• 3.

• 4.

• 5.

• 6.

• 7.

создаваемых сортов нами предлагается использовать метод S. A. Eberhart, W. A. Russell с определённым допущением и обязательным применением 8 дополнительных методик расчёта адаптивности, в частности методики С.П. Мартынова.