Экологическая пластичность и стабильность яровой мягкой пшеницы из Казахстанско-Сибирского питомника (КАСИБ-18)

Важнейшим показателем эффективности селекционных программ является увеличение потенциальной урожайности новых сортов. Только при сочетании в генотипе высокой потенциальной продуктивности и устойчивости к неблагоприятным экологическим факторам может быть достигнута высокая и стабильная урожайность [1; 2].

Урожайность зерна – комплексный показатель, она определяется числом продуктивных стеблей на единице площади и зависит от продуктивности одного колоса. В свою очередь, основным условием образования оптимального числа колосьев в высокопродуктивном посеве является определенное число растений на единице площади, которое зависит от принятых в зоне норм высева, полевой всхожести семян и выживаемости растений в период вегетации. На полевую всхожесть влияют факторы, среди которых наибольшее значение имеют качество посевного материала, устойчивость к патогенным микроорганизмам и неблагоприятным факторам окружающей среды [3].

Объективную оценку продуктивности пшеницы позволяет дать экологическое сортоиспытание на пригодность возделывания в различных условиях среды. Это напрямую связано с зависимостью уровня урожайности зерна яровой мягкой пшеницы от различных факторов, таких как: метеорологические и почвенные условия, генотип сорта, различные болезни и вредители, уровень минерального питания, агрофон. Для определения относительной доли влияния факторов необходимо проводить анализ по различным показателям, формирующим продуктивность возделываемого растения в конкретной экологической зоне.

Для характеристики степени реакции сорта на изменение условий среды используют понятия «пластичность» и «стабильность» [4].

Стабильность – показатель, характеризующий сорт со стороны устойчивости его урожайности в разных условиях среды. Стабильным считается образец, который настолько стабилен, что значение урожайности в разных экологических пунктах существенно не отклоняется от средней по опыту. К стабильным можно отнести сорта в том случае, когда в разных экологических зонах уровни продуктивности оказываются приблизительно одинаковыми [5].

Для технологий интенсивного типа требуются сорта с максимально возможной урожайностью в различных условиях среды и агротехники. Особо значимой является необходимость создания пластичных сортов, которые будут показывать стабильность по урожайности в пунктах, различающихся по агротехнологическим, агрометеорологическим и прочим параметрам.

Пластичность – свойство сорта, характеризующее его способность давать высокий и устойчивый урожай в разных условиях.

Основной задачей современного сельского хозяйства является подбор сортов стабильных по уровню урожайности и подходящих для возделывания в разных экологиче- ских пунктах, отличающихся по комплексу агротехнологических и метеорологических характеристик. Сорта, потенциально высокопродуктивные, стоит возделывать в более благоприятных природно-климатических зонах. Напротив, в неблагоприятных и экстремальных условиях необходимо добиваться экологической стабильности [6].

Программа сотрудничества в рамках Казахстанско-Сибирской сети по улучшению яровой пшеницы создана с целью изучения сортов одновременно в различных селекционных учреждениях (экологическое испытание). В 1997 г. СИММИТ совместно с Национальным академическим центром аграрных исследований (НАЦАИ) впервые провел совещание в Шортанды по яровой пшенице, на котором определились приоритеты сотрудничества в регионе. Цель сети КАСИБ: повышение эффективности селекции яровой пшеницы в Северном Казахстане и Сибири через обмен сортами, селекционным материалом, координированную оценку материала, обмен информацией, встречи и совещания.

Казахстанско-Сибирский питомник обмена яровой мягкой пшеницей (КАСИБ), согласно принятому соглашению, является ежегодным и служит в качестве основного механизма обмена сортами и селекционным материалом. Первый КАСИБ (Казахстанско-Сибирская сеть по селекции яровой пшеницы) был сформирован весной 2000 г. и разослан в 12 учреждений - участников сети КАСИБ. Материал, полученный через КАСИБ, без письменного разрешения авторов сортов может быть использован в скрещиваниях, проведении оценки и опытах. Письменное разрешение требуется для отбора внутри материала, размножения и передачи в ГСИ, получения коммерческих гибридов, сомаклонов, мутаций, трансгенных растений, а также использования в качестве рекуррентного родителя. Результаты изучения Казахстанско-Сибирского питомника ежегодно публикуются в международном сборнике: «Вестник региональной сети по внедрению сортов пшеницы и семеноводству».

Цель исследования - определить экологическую пластичность и стабильность сортов и линий яровой мягкой пшеницы в КАСИБ-18.

Материал и методика

Объектом исследований являлась средняя урожайность за 2017 и 2018 гг. 12 сортов и линий яровой мягкой пшеницы, созданных в различных селекционных учреждениях Сибири и Северного Казахстана (Казахстанско-Сибирский питомник яровой мягкой пшеницы - КАСИБ-18): Памяти Азиева, Терция, Астана 2, Омская 35, Саратовская 29, Лютесценс 90-12, ОмГАУ-100, Столыпинская 2, Тюменская юбилейная, Тюменоч-ка, Силач и Элемент 22. Точки испытания: в РФ - Барнаул, Курган, Саратов, Самара, Омск (Омский ГАУ), Новосибирск, Омск (Омский АНЦ), Челябинск, Тюмень; в РК -Алматинская, Kостанайская, Kaрагандинская, Жамбылская, Акмолинская, Павлодарская области.

Посев, селекционные оценки и наблюдения в питомнике проводили в соответствии с методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур и с учетом принятой программы Казахстанско-Сибирской сети по улучшению яровой пшеницы.

Площадь делянки - 3 м2, норма высева 500 всхожих зерен на 1 м2. Предшественник - чистый пар. Повторность трехкратная, расположение делянок систематическое. Перед посевом семена закладывали на всхожесть. Весовую норму высева рассчитывали с учетом массы 1000 зерен, чистоты и всхожести семян. Посев осуществляли в оптимальные для зоны сроки сеялкой ССФК-7. В течение вегетации проводили фенологические наблюдения, оценку устойчивости к болезням и к полеганию. Уборку проводили в фазу полной спелости зерна. Перед уборкой отдельно убирали пробные снопы для ана- лиза структуры урожая. Площадь учетных площадок – 0,25 м2. В лабораторных условиях проводили учет урожая с единицы площади путем взвешивания зерна каждого сорта.

Статистическую и математическую обработку экспериментальных данных проводили по методике, изложенной в пособии Б.А. Доспехова (1985) с помощью программ Microsoft Office 2010 и SNEDECOR.

Показатели пластичности и стабильности сортов рассчитывали по методике S.A. Eberhart, W.A. Russel (1966). К показателям пластичности относят среднее квадратичное отклонение (σdr2), коэффициент линейной регрессии (bi), которые характеризуют способность сорта отзываться на улучшение условий выращивания повышением продуктивности. Данный метод основан на расчете коэффициента линейной регрессии (bi), характеризующего экологическую пластичность сорта, и среднего квадратичного отклонения от линии регрессии (σdr2), определяющего стабильность сорта в различных условиях среды [7].

К интенсивному типу относят сорта с коэффициентом регрессии больше единицы. Такие образцы хорошо отзываются на улучшение условий произрастания и благоприятный агрофон. В неблагоприятных пунктах такие сорта значительно снижают урожайность. Когда коэффициент регрессии равен или стремится к единице (высокая экологическая пластичность), изменение урожайности сорта соответствует изменению условий экологического пункта – на хорошем агрофоне она высокая, на низком – снижается. При равном или стремящимся к нулю значении коэффициента регрессии урожайность сорта не зависит от изменения условий произрастания [8].

Погодные, почвенные, климатические и иные условия в годы исследований существенно различались по географическому принципу, что позволило максимально полно и в сжатый срок изучить и оценить образцы яровой пшеницы по интересующим параметрам пластичности и стабильности.

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 1 приведены результаты оценки сортов по средней урожайности (т/га), пластичности (bi) и стабильности (σdr2) за период их испытания в 2017 и в 2018 гг. в девяти экологических точках России. Наиболее благоприятные условия для формирования урожайности сложились в Омске (Омский АНЦ). Индекс условий среды (Ij) составил 1,10. Условия вегетации в городе Саратове сложились неблагоприятно, из-за чего индекс условий среды за годы исследований оказался минимальным и составил 1,22.

Сорта, коэффициент регрессии (bi) которых превосходит 1, а показатель стабильности (σdr2) близок к 0, относятся к группе сортов, существенно реагирующих на изменение условий среды. Данная группа сортов, наиболее требовательная к высокому агрофону, относится к более интенсивному типу. Среди изучаемого материала к вышеуказанной группе следует отнести сорта: Элемент 22 (bi = 1,54; σdr2 = 0,26) и Силач (bi = 1,49; σdr2 = 0,06).

При условии, когда коэффициент регрессии (bi) стремится к 1, имеется полное соответствие изменения урожайности сорта изменению условий выращивания. Образцы можно охарактеризовать как высокопластичные. Близкие значения к показателю в опыте у сорта Столыпинская 2 (bi = 1,03; σdr2 = 0,10).

В случае, если bi < 1, сорт реагирует слабее на изменение условий среды, чем в среднем весь набор изучаемых сортов. Такие сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они способны дать наибольшую отдачу при минимуме затрат. В эту группу попали сорта Саратовская 29 (bi = 0,36; σdr2 = 0,24) и Терция (bi = 0,38; σdr2 = 0,26).

Таблица 1

№ п/п	Сорт	Урожайность, т/га									н о у .^ к ^ н о к	о И с-< к с Н и
		сз к Рч й и	к оЗ w	m о Й Рч сз и	сз Рч сз оЗ и	S у О о О	о о К	< ж S О о S О	о у	Н
1	Памяти Азиева	2,89	2,45	2,16	2,40	2,32	3,38	3,73	3,51	3,21	0,65	0,04
2	Терция	3,17	1,70	2,06	2,41	2,48	3,31	2,82	3,63	3,62	0,38	0,26
3	Астана 2	3,11	1,80	1,88	2,22	2,89	2,73	4,25	3,68	3,34	0,78	0,26
4	Омская 35	3,42	2,39	2,06	2,41	2,86	3,23	4,35	3,98	3,29	0,83	0,09
5	Саратовская 29	1,99	1,70	2,41	2,10	1,98	2,66	3,05	2,96	3,28	0,36	0,24
6	Лютесценс 90-12	4,16	4,00	1,61	2,43	2,68	4,84	4,32	4,40	3,79	1,15	0,25
7	ОмГАУ 100	4,45	2,31	1,96	2,36	2,71	3,89	4,44	5,09	3,89	1,25	0,18
8	Столыпинская 2	3,64	3,22	2,00	2,39	2,24	4,49	4,42	3,91	3,02	1,03	0,10
9	Тюменская юбилейная	4,10	2,53	2,25	2,56	2,44	4,10	5,16	4,53	2,90	1,21	0,12
10	Тюменочка	3,46	1,90	1,99	1,75	1,86	3,45	4,51	3,78	2,64	1,13	0,11
11	Силач	5,68	5,13	2,10	2,66	2,66	6,02	5,35	5,01	2,55	1,49	0,06
12	Элемент 22	5,47	4,10	1,74	2,61	2,93	5,45	5,68	4,54	4,09	1,54	0,26
	Среднее	3,79	2,77	2,02	2,36	2,50	3,96	4,34	4,08	3,30
	Ij	0,56	–0,47	–1,22	–0,88	–0,73	0,73	1,10	0,85	0,06
HCP0,95 = 0,54

Урожайность, пластичность и стабильность сортов яровой мягкой пшеницы в экологических точках РФ, в среднем за 2017 и 2018 гг.

Таким образом, в благоприятной точке Омск (Омский АНЦ) сорта экстенсивного типа не дали значительной прибавки по урожайности, а стремились к средней по опыту – Саратовская 29 (3,05 т/га); Терция (2,8 т/га) (рис. 1). Сорта интенсивного типа в этом же экологическом пункте сформировали максимальную урожайность – Элемент 22 (5,68 т/га) и Силач (5,35 т/га).

__ экологическая точка – Омск                        __ _{экологическая точка – Саратов,}

(Омский АНЦ), индекс среды 1,10     ...среднее         индекс среды –1,22

Рис. 1. Лепестковая диаграмма урожайности сортов и линий мягкой яровой пшеницы

КАСИБ-18 в РФ

На рис. 1 наглядно показана реакция сортов и линий яровой мягкой пшеницы питомника КАСИБ-18 относительно благоприятных и неблагоприятных для формирования урожайности экологических пунктов России.

Пластичный сорт Столыпинская 2 приспосабливается к экологическим условиям, поэтому в неблагоприятной точке он сформировал урожайность 2,0 т/га, что равно средней урожайности других образцов в Саратове (2,02 т/га). И в самой благоприятной точке в Омском АНЦ его урожайность (4,42 т/га) примерно равна средней урожайности по этому пункту (4,34 т/га).

Все остальные образцы реагируют на изменение среды, снижая или увеличивая величину урожайности, как и в среднем сорта изучаемого набора.

Питомники КАСИБ находятся на территории Республики Казахстан, что позволило оценить образцы в совершенно иных природно-климатических условиях.

В табл. 2 приведены результаты оценки сортов по средней урожайности (т/га), пластичности (bi) и стабильности (σdr2) за период их испытания в 2017 и 2018 гг. в шести экологических пунктах Республики Казахстан. Наиболее благоприятные условия для формирования урожайности сложились в Жамбылской области. Индекс условий среды (Ij) составил 1,41. Условия вегетации в Kaрагандинской области были неблагоприятными, индекс условий среды за годы исследований оказался минимальным и составил 1,08.

Таблица 2

Урожайность, пластичность и стабильность сортов яровой мягкой пшеницы в экологических точках РК, в среднем за 2017–2018 гг.

№ п/п	Сорт	Урожайность, т/га						b4 s к	b4 к с и
		те kJ S ce 5°	те >S ^ kJ о о	s s	S u	те kJ 2 xo S 0 <	те 5 xo к
1	Памяти Азиева	3,73	2,36	1,70	2,28	2,32	1,61	0,52	0,38
2	Терция	4,49	2,29	1,49	3,47	2,65	2,32	0,88	0,39
3	Астана 2	4,21	2,50	1,82	2,47	2,58	2,48	0,46	0,53
4	Омская 35	4,31	2,42	1,86	5,46	2,43	1,72	1,43	0,18
5	Саратовская 29	3,61	2,43	1,77	3,31	1,68	1,89	0,77	0,11
6	Лютесценс 90-12	3,22	3,41	1,43	2,38	2,23	1,92	0,46	0,45
7	ОмГАУ-100	2,96	3,43	1,71	4,08	2,59	1,87	0,79	0,23
8	Столыпинская 2	3,44	3,63	1,91	5,87	2,57	1,57	1,38	0,54
9	Тюменская юбилейная	4,48	2,66	1,81	3,77	2,13	1,72	1,04	0,19
10	Тюменочка	3,18	3,90	1,57	5,53	1,60	1,67	1,38	0,79
11	Силач	3,99	3,56	1,57	5,75	2,81	2,52	1,34	0,26
12	Элемент 22	3,97	1,10	2,00	6,13	2,61	1,42	1,55	0,35
	Среднее	3,80	2,81	1,72	4,21	2,35	1,89
	Ij	1,00	0,01	–1,08	1,41	–0,45	–0,91
HCP0,95 = 0,57

К сортам интенсивного типа среди изучаемого материала следует отнести Силач (bi = 1,34; σdr2 = 0,26) и Столыпинская 2 (bi = 1,38; σdr2 = 0,54).

Высокопластичными в опыте были сорта ОмГАУ 100 (bi = 0,79; σdr2 = 0,23), Терция (bi = 0,88; σdr2 = 0,39) и Тюменская юбилейная (bi = 1,04; σdr2 = 0,191).

Наиболее стабильными были Памяти Азиева (bi = 0,52; σdr2 = 0,38), Астана 2 (bi = 0,463; σdr2 = 0,53) и Лютесценс 90-12 (bi = 0,46; σdr2 = 0,45).

__ экологическая точка -   ... _{среднее}       __ экологическая точка -

Жамбылская обл.,                              Карагандинская обл., индекс среды 1,41                              индекс среды -1,08

Рис. 2. Лепестковая диаграмма урожайности сортов и линий мягкой яровой пшеницы КАСИБ-18 в РК

На рис. 2 наглядно показана реакция сортов и линий яровой мягкой пшеницы питомника КАСИБ-18 относительно благоприятных и неблагоприятных для формирования урожайности экологических пунктов Республики Казахстан.

В благоприятном пункте Жамбылская область сорта экстенсивного типа сформировали урожайность ниже средней по опыту (4,21 т/га) – Памяти Азиева (2,28 т/га); Астана 2 (2,47 т/га) и Лютесценс 90-12 (2,38 т/га).

Сорта интенсивного типа в этом же экологическом пункте сформировали максимальную урожайность – Столыпинская 2 (5,87 т/га) и Силач (5,75 т/га).

Сорт Элемент 22 во время исследований в Республики Казахстан показал максимальную урожайность как в благоприятных – 6,13 т/га, так в неблагоприятных условиях – 2,00 т/га.

Заключение

Определены параметры экологической пластичности сортов и линий яровой мягкой пшеницы в пятнадцати экологических пунктах на территории России и Казахстана в питомнике КАСИБ-18.

Изученные сорта пшеницы отличались между собой по показателям пластичности, стабильности.

Среди набора сортов отличались Элемент 22 и Силач. В благоприятных и неблагоприятных экологических пунктах они имели более высокие показатели по урожайности как на территории России так и на территории Казахстана.

Наиболее стабильными в изучаемых географических точках РФ оказались сорта Саратовская 29 и Памяти Азиева. В жестких условиях они дают урожайность выше среднего. На территории РК сорт Памяти Азиева за годы исследований также показал себя как стабильный.

Интенсивные сорта с высоким генетическим потенциалом продуктивности следует возделывать в более благоприятных условиях. В неблагоприятных почвенноклиматических условиях целесообразно выращивать более стабильные сорта, имеющие высокий адаптивный потенциалом.

A.S. Chursin, I.V. Pototskaya, O.G. Kuz’min, Yu.S. Krasnova, I.I. Karakoz, V.P. Shamanin Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Ecological plasticity and stability of spring soft wheat from Kazakhstan-Siberian nursery (KASIB-18)