Эффективность использования ассимилятов на налив семян у сортообразцов гречихи разных периодов селекции

Сравнительное изучение сортов различных этапов селекции является одним из информативных подходов в разработке стратегии селекционного улучшения сельскохозяйственных культур. В ходе таких исследований было в частности показано, что в результате селекции рост уро^айности ряда зерновых и зернобобовых культур связан не с повышением общей продуктивности растений, а с более эффективным использованием ассимилятов на образование генеративных органов [1,2,3,4]. В результате величина уборочного индекса выросла в 2-3 раза и стала составлять у современных сортов более 50% [5]. В силу этого многие ученые предлагают использовать данный показатель в селекции для отбора перспективного исходного материала [6,7]. Но, в настоящее время возмо^ности данного пути селекции у зерновых и зернобобовых культур во многом ограничены, так как значение уборочного индекса приблизилось к оптимуму [2,8,9,10]. Поэтому ставится задача по созданию сортов нового поколения, способных осуществлять биосинтез сухого вещества растений на более высоком уровне, обеспечивающим дальнейший рост уро^ая зерна.

На гречихе целенаправленное изучение особенностей продукционного процесса у сортов разных периодов селекции не проводилось. В связи с этим, нами были выполнены специальные полевые исследования по выявлению характера использования ассимилятов на формирование надземных органов у растений примитивных форм и селекционных сортов. В данной статье представлены основные результаты этих экспериментов.

Исследования проводились в рамках тематического плана по совместной программе с селекционерами ФГБНУ ВНИИЗБК, составленной в соответствии с тематическим заданием Министерства сельского хозяйства РФ «Разработка физиологических способов и методов селекции зернобобовых и крупяных культур (горох, гречиха) на основе инновационных технологий».

Объектами исследований являлись 11 сортообразцов гречихи, которые условно были разделены на 3 группы: местные сортопопуляции (Орловские) – К–406 и К–1709; старые сорта (селекции 1930 – 1960 гг.) – Калининская, Богатырь и Шатиловская 5; и современные сорта (селекции 1990-2010 гг.) – Деметра, До^дик, Дикуль, Инзерская, Девятка и Дизайн.

Опыты закладывались в селекционном севообороте ВНИИЗБК. Почва опытного участка – серая лесная, среднесуглинистая.

Посев выполняли селекционной сеялкой СКС-6-10, рядовым способом с нормой высева 3 млн. всхо^их семян на га. Площадь делянки составляла 10 м2, размещение рендомизированное, повторность 4-х кратная. Уход за посевами и уборка выполнялись в соответствии с методическими рекомендациями для региона [11].

Погодные условия роста и развития растений в годы исследований были контрастными. Вегетационный период 2010 года характеризовался выра^енными признаками засухи: в период вегетации растений осадков выпало на 54,9% меньше среднемноголетнего их количества, а температура воздуха была на 5,4°С выше обычной нормы и составила 21,9°С.

Метеорологические условия 2011 года в целом были менее экстремальными для культуры гречихи: сумма атмосферных осадков за вегетационный период равнялась 207,3мм (77,4% среднемноголетней нормы), а средняя температура воздуха находилась на уровне 18,9°С при среднемноголетнем значении 16,5°С.

Более благоприятными для развития растений были погодные условия вегетационного периода 2012 и 2013 годов, хотя в отдельные фазы роста в 2013 году они носили выра^енный экстремальный характер. В частности, в этот год за генеративный период развития растений (июль и август) осадков выпало на 44,3% меньше многолетней нормы, при средней температуре воздуха 18,90С, что существенно сказалось на формировании семенной продуктивности. Вегетационный период 2014 и 2015 годов отличался неравномерным распределение осадков и резким колебанием температуры воздуха относительно среднемноголетних данных.

Лабораторные анализы выполнялись с использованием материальнотехнической базы ЦКП Орловского Г^У «Генетические ресурсы растений и их использование». Учет накопления сухого вещества по органам растения осуществляли методом взятия растительных проб в количестве 20 растений с ка^дой делянки сорта с последующим высушиванием сырой массы органов при температуре 105^оС в сушильном шкафу марки СМ 50/250 – 1000 ШС компании «СМ Климат» (Россия). Повторность 3–х кратная. Уборочный индекс (К хоз ) рассчитывали отношением сухой массы семян к общей массе растения, выра^енное в процентах.

Полученные экспериментальные данные обработаны с помощью современных компьютерных программ с учетом методических рекомендаций Б.^. Доспехова [12].

Результаты исследований показали, что по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами (пшеница, ячмень, горох), гречиха отличается сравнительно невысокой эффективностью использования ассимилянтов на формирование хозяйственно полезной части уро^ая: у растений большая часть (58%) сухих веществ расходуется на формирование стебля, ветвей и листьев, а не семена (рис. 1).

Рисунок 1 – Доля органа в накоплении сухого вещества растением гречихи, среднее за 2010 – 2015 гг.

Совокупные затраты ассимилянтов на формирование генеративных органов (соцветия с семенами) в полтора раза меньше и составляли 42%. При этом на налив семян их использовалось лишь 26%, что в 2,2 раза меньше, чем на формирование стебля и листьев.

Особенно резко падает эффективность использования ассимилятов на формирование семян в экстремальных погодных условиях произрастания растений. В 2010 году, когда на протя^ении почти всего вегетационного периода развития отмечалась сухая и ^аркая погода, величина уборочного индекса составила у растений всего 16,1%, что в 1,7 раза было меньше, чем в более благополучных по увла^нению и температурному ре^иму 2011 – 2015 годах (рис.2).

Низкая эффективность использования ассимилятов на формирование плодов отмечается у гречихи несмотря на то, что за последние 30-50 лет селекции — это ва^ное свойство растений существенно улучшилось. Величина уборочного индекса у современных сортов культуры в настоящее время в среднем на 22,6% больше, по сравнению с предшественниками – местными сортопопуляциями и сортами селекции 1930-1960 гг. (рис.3).

Но, по сравнению с зерновыми (пшеница, ячмень, овес, ро^ь и др.) и зернобобовыми (горох), значение данного показателя у современных сортов гречихи существенно ни^е – почти в 2 раза [2,3,4,5]. Это свидетельствует о том, что данное направление селекции культуры имеет огромные еще неиспользованные резервы.

Рисунок 2 – Значение уборочного индекса (%) у растений гречихи в разные годы исследований

Рисунок 3 – Величина уборочного индекса у сортов гречихи разных периодов селекции, среднее за 2010 – 2015 гг.

По нашему мнению, увеличение степени использования имеющихся резервов следует добиваться, пре^де всего, за счет ограничения вегетативного роста и количества у растений соцветий, большинство цветков которых не завязываются – до 85-90% [13]. При этом особое внимание необходимо уделить повышению устойчивости репродукционного процесса растений. Показано, что в экстремальных погодных условиях эффективность использования ассимилятов на налив плодов у современных сортов гречихи сни^ается сильнее, чем у предковых форм. В 2010 засушливом году значение у них уборочного индекса составляло в среднем всего 14,7%, что находилось на уровне местных сортопопуляций и старых сортов, тогда как в более благополучные по метеоусловиям 2011 – 2015 годы величина данного показателя у современных сортов равнялась 31,3%, что было в 1,4 раза больше, чем у их предшественников (рис. 4).

Из изученных сортообразцов культуры в годы исследований наиболее стабильно и эффективно использовались ассимиляты на налив плодов у современного сорта Деметра, который мо^ет слу^ить ценным исходным селекционным материалом в создании адаптивных сортов.

Таким образом, результаты исследований показали, что растения гречихи отличаются большим расходом ассимилятов (в совокупности 42% от всего объема) на формирование генеративных органов (соцветий и плодов), но низкой эффективностью их использования на налив плодов, особенно в экстремальных условиях – в засуху уборочный индекс составляет в среднем 16,1%.

• ■    Местные сортопопуляцпп (Орловские)

• ■    Старые сорта (селекщш 1930-1960 гг)

• ■    Современные сорта (селекщш 1990-2010 гг.)

Рисунок 4 – Величина уборочного индекса (%) у сортов гречихи в разные годы исследований

Низкая эффективность использования ассимилятов на формирование плодов у растений гречихи отмечается, несмотря на то, что в ходе селекции данное свойство культуры существенно улучшается. Это дает основание заключить, что данное направление селекции культуры имеет еще огромные резервы, для дальнейшего использования которых усилия селекционеров необходимо направить, пре^де всего, на ограничение вегетативного роста и количества у растений соцветий, большинство цветков которых не завязываются [14,15]. При этом особое внимание следует уделить повышению гомеостаза плодообразования у растений, который в результате селекции слабо поддается значимым поло^ительным изменениям [16]. В экстремальных погодных условиях эффективность использования ассимилятов на налив плодов у современных сортов гречихи сни^ается сильнее, чем у предковых форм.