Подбор сортов яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) по адаптивности к условиям степной зоны Акмолинской области Казахстана

Яровая мягкая пшеница — ведущая зерновая культура в северных областях Республики Казахстан, где ее посевные площади, по последним данным, составляют 13,5 млн га. Возделываемые сорта выделяются высоким качеством зерна, не уступающим мировым стандартам. Однако из-за крайне изменчивых погодных условий урожайность зерна по годам сильно колеблется (от 0,4 до 2,7 т/га), что свидетельствует о пониженной биологической продуктивности климата (1).

Сорта — основа производства любой растениеводческой продукции. Они во многом определяют зональные технологии возделывания, величину, качество, энергоэкономичность получаемой продукции (2). В современных экономических и климатических условиях основные требования к сортам — высокая урожайность, возможность возделывания по энергосберегающим технологиям, экологическая устойчивость к стрессам, пластичность, высокое качество зерна, выносливость к поражению патогенами и вредителями (3, 4). Предпосылкой для успешного создания таких сортов может быть разная реакция растений на изменения условий внешней среды, находящаяся под генетическим контролем (5). Так, засухоустойчивость сорта зависит от геномов родителей, особенно если один из них относится к дикорастущему родственному виду (6, 7).

Адаптационная способность помогает сорту раскрыть его потенциальную урожайность (8). Регион Северного Казахстана по плодородию почв, их оптимальной влагообеспеченности и продолжительности светового дня подходит для возделывания яровой мягкой пшеницы. Эти условия позволяют выращивать высокоурожайные сорта с высоким содержанием белка. Внутризональная принадлежность сортов влияет на структуру урожая (8). Способность к адаптации дает преимущество сортам в увеличении числа узловых корней, коэффициента продуктивной кустистости, озер-ненности и урожайности зерна. Так, сорта Карагандинской селекции показали хорошие результаты по вышеперечисленным показателям в Акмолинской области.

В представленном исследовании мы впервые определили основные признаки и параметры модели среднеспелого сорта яровой мягкой пшеницы для степной зоны Акмолинской области по продолжительности межфазного и вегетационного периодов, числу узловых корней и основным элементам структуры урожайности.

Целью работы было выделение сортов яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) по комплексу признаков, максимально адаптированных к условиям Северного Казахстана, а также оценка взаимосвязь между элементами структуры продуктивности у среднеспелых сортов и конечной урожайностью зерна.

Методика . Эксперимент закладывали по паровому предшественнику на опытном поле Кокшетауского государственного университета им. Ш. Уалиханова (Республика Казахстан) в 2011-2013 годах. Площадь учетной площадки составляла 3 м², общая площадь — 5 м². Повторность 4-кратная. Варианты размещали рендомизированно. Посев осуществляли в оптимальные сроки (18-20 мая) вручную с нормой высева 350 всхожих зерен на 1 м². Почва опытного участка — чернозем обыкновенный с содержанием гумуса 3,6 %, pH 6,0-6,5.

Материалом служили перспективные сорта яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) среднеспелой группы, созданные в Карагандинском НИИ растениеводства и селекции: Карагандинская 22, Карагандинская 29, Карагандинская 70, Секе, Сары-Арка, Степная 60. В качестве стандарта использовали зарегистрированный в Акмолинской области сорт Светланка. Оценивали продолжительность межфазных и вегетационных периодов, динамику развития узловых корней, урожай и основные элементы его структуры: число растений, число продуктивных стеблей, продуктивную кустистость, число зерен в колосе, массу 1000 зерен.

Экспериментальные данные анализировали статистически в программе Microsoft Excel 2010. При определении средних ( M ) вычисляли их стандартные ошибки (±SEM). Рассчитывали наименьшую существенную разность (НСР_{0 05}), а также коэффициенты вариации ( Cv , %) и корреляции ( r ) по Б.А. Доспехову (9).

Результаты. Влияние агрометеорологических условий на урожайность сортов яровой пшеницы в годы исследований было неодинаковым. Так, гидротермический коэффициент (ГТК) в 2011 и 2012 годах (соответственно 1,2 и 1,1) был близок к среднемноголетнему показателю (0,9) в 104

зоне, а в 2013 году, который оказался избыточно увлажненным, ГТК составлял 2,9.

Отрицательное влияние экстремальных условий весенне-раннелетней засухи мягкая пшеница лучше переносит в период кущения, но ее продуктивность сильно снижается, если воздействие приходится на стадию выхода в трубку, когда происходит закладка и дифференциация колоса (V-VII этапы органогенеза). В условиях степной зоны Северного Казахстана, где постоянно наблюдается засуха, более адаптированы к местным условиям сорта пшеницы с удлиненным периодом кущения (11, 12). Формирование урожая зависит от продолжительности первой половины вегетации (13).

В годы исследования среднее значение продолжительности вегетационного периода у среднеспелых сортов составило 98,28±1,88 сут (табл. 1). Из-за сложившихся климатических условий межфазный период всхо-ды—колошение длился 41 сут. Отсутствие осадков в первой половине лета ускорило прохождение этого периода. Удлинение периода колошение— созревание (50-57 сут) было связано с понижением температуры в июле и ливневыми дождями во II декаде августа. Среди изученных сортов самый короткий (94 сут) вегетационный период имел сорт Карагандинская 22 (табл. 1). Удлинение вегетационного периода происходит при избыточном увлажнении (13). ГТК в период наблюдений был избыточным (среднем за 3 года — 1,7).

1. Продолжительность (сут) межфазных периодов и вегетации у среднеспелых сортов яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) (Республика Казахстан, 2011-2013 годы)

Сорт	Всходы— кущение	Кущение— выход в трубку	Выход в трубку—колошение	Колошение— спелость	Вегетационный период
Светланка (стандарт)	12	14	16	57	99
Карагандинская 70	13	14	16	56	99
Секе	13	15	16	55	99
Карагандинская 22	14	15	15	50	94
Степная 60	14	14	14	57	99
Карагандинская 29	14	14	15	56	99
Сары-Арка	14	14	15	56	99
M ±SEM	13,42±0,48	14,28±0,48	15,28±0,75	55,28±2,42	98,28±1,88
НСР 0,05	0,08	0,07	0,07	0,14	0,20

Коэффициент вариации в среднем за 3 года составил для периода всходы—колошение 16,1 %, колошение—восковая спелость — 21,4 %, за весь вегетационный период — 9,2 % и зависел от метеоусловий и генетических особенностей сортов. Результаты наших исследований показали достаточно высокую положительную корреляционную зависимость между длительностью вегетационного периода и урожайностью яровой мягкой пшеницы ( r = 0,83±0,18). Ранее Р.К. Кадиков с соавт. (14) сделали вывод, что во влагообеспеченный год с умеренным температурным режимом среднеспелый сорт показывает высокую урожайность зерна.

От характера, роста и развития, распространения и других морфоструктурных характеристик корневой системы зависит степень снабжения надземных органов водой и элементами почвенного питания, которая влияет на устойчивость и продуктивность растений (15). По числу узловых корней мы выявили сортовые различия, на проявление которых существенно влияют как условия среды, так и генетические особенности растений. Аналогичные выводы сделаны другими авторами на примере генотипов Sonora и Currawa (16, 17). В работе A.M. Manschadi с соавт. (18) засушливый сорт Seri M 82 по сравнению со стандартом Hartog имел компактную корневую систему.

В условиях частой весенне-летней засухи важное значение приобретает время заложения и роста узловых корней и позднее их отмирание в конце вегетации. Наши исследования среднеспелых сортов показали, что закладка узла кущения у большинства из них начиналась в период появления четвертого листа. В работах зарубежных авторов есть сведения, что узловые корни можно различить в период третьего листа, поскольку они расширены в диаметре и формируются из узла кущения под другим углом (18). У сортов яровой мягкой пшеницы в фазу кущения на одно растение приходилось от 1,9 (Карагандинская 29) до 3,3 шт. узловых корней (Карагандинская 22), а у стандарта Светланка — 2,6 шт. Среднее значение числа узловых корней составило 2,78±0,45 шт/растение (табл. 2). По данным M. Watt (19), у яровой пшеницы наблюдалось появление одного узлового корня, редко двух. Поэтому агроприемы, направленные на накопление и сохранение влаги в верхних слоях почвы, будут способствовать лучшему развитию узловых корней (8).

Рост и развитие корневой системы, как и другие морфофизиологические признаки, всегда варьируют (8). У пшеницы по доле влияния на урожай зерна на такой признак, как формирование узловых корней, приходится 50 % (20). В фазу выхода в трубку мы наблюдали наибольшее нарастание узловых корней (3,9 шт.) у растений сорта Карагандинская 22, тогда как наименьшее значение показателя было у сорта Карагандинская 29 (2,5 шт.). Среднее значение по сортам по этому признаку составило 3,27±0,42 шт/растение. В период колошения наибольшее число узловых корней отмечали у сортов Карагандинская 22 и Секе — соответственно 4,6 и 4,1 шт/растение, среднее значение было 3,75±0,45 шт/растение. В фазу молочной спелости лучшими показателями характеризовались сорта Секе и Карагандинская 22 — 4,9 и 5,2 шт/растение при среднем значении 4,58±0,44 шт/растение.

По данным В.К. Мовчан (цит. по 20), сорта, способные образовывать большое число зародышевых корней (5 и более), обладают сравнительно высокой засухоустойчивостью, дают стабильные урожаи и могут быть использованы при создании новых продуктивных генотипов.

2. Число узловых корней (шт/растение) у среднеспелых сортов яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) в зависимости от фазы развития (Республика Казахстан, 2011-2013 годы)

Сорт	Кущение	Выход в трубку	Колошение	Цветение	Молочная спелость	Восковая спелость	Полная спелость
Светланка (стандарт)	2,6	3,3	3,6	4,1	4,7	5,0	5,1
Карагандинская 70	2,7	3,4	3,6	4,5	4,7	4,9	5,0
Секе	3,1	3,2	4,1	4,6	4,9	5,1	5,2
Карагандинская 22	3,3	3,9	4,6	4,8	5,2	5,3	5,5
Степная 60	3,0	3,5	3,6	3,9	4,3	4,4	4,5
Карагандинская 29	1,9	2,5	3,2	3,6	3,8	3,9	3,9
Сары-Арка	2,9	3,1	3,6	4,1	4.5	4,7	4,9
M ±SEM	2,78±0,45	3,27±0,42	3,75±0,45	4,22±0,42	4,58±0,44	4,75±0,47	4,87±0,52
НСР 0,05	0,05	0,03	0,03	0,05	0,05	0,09	0,04

Изменчивость числа узловых корней у сортов до фазы выхода в трубку была небольшой ( Сv 2,2-5,1 %). Этот показатель возрастал к фазе колошения (8,1 %), а затем немного снижался в период молочной спелости зерна (7,2 %). По числу узловых корней корреляционная связь с урожайностью у изученных сортов яровой мягкой пшеницы была средней положительной ( r = 0,62±0,20). Следует отметить, что большинство сортов характеризовались ранним и дружным появлением узловых корней, формирование которых продолжалось до конца вегетации, что было связано с выпадением осадков и хорошей влагообеспеченностью почвы в годы 106

наблюдений. Ряд эколого-морфофизиологических параметров корневой системы можно использовать как дополнительные критерии для прогнозирования продуктивности генотипа в конкретных условиях (8).

Развитие корневой системы усиливает интеграцию элементов структуры продуктивности у перспективных сортов (21). Из семи изученных нами сортов по продуктивной кустистости выделялись Карагандинская 22 и Секе (1,2), превосходившие стандарт (1,0). По данным Е.А. Коренюк, на долю продуктивной кустистости в структуре урожайности яровой пшеницы отводится от 94,1 до 96,8 % (22). Согласно Ю.С. Красновой, урожайность зерна яровой мягкой пшеницы зависит от высокого значения продуктивной кустистости ( r = 0,4±0,06). Этот признак надо включать в селекционные программы для достижения стабильной урожайности зерна (14).

Кроме того, сорта Карагандинская 22, Сары-Арка, Степная 60 выделялись более высокой массой 1000 зерен, которая напрямую зависела от температурного режима и количества осадков. Сходный эффект отмечали в полевых тестах при изучении показателей качества зерна у сортов яровой пшеницы с Lr -транслокациями в зависимости от температурного и влажностного режима (23). В нашем опыте коэффициент вариации массы 1000 зерен составлял 13,2 %, а сопряженная зависимость выражалась прямой корреляционной связью с урожайностью ( r = 0,76±0,12). Масса 1000 зерен варьировала от 36,4 г у сорта Карагандинская 70 до 49,6 г у сорта Карагандинская 22 и в среднем составляла 42,00±5,06 г.

Подобную закономерность, отражающую высокий коэффициент наследуемости числа зародышевых корней, которое тесно коррелирует с изменением массы 1000 зерен и озерненностью колоса, отмечали ранее при изучении проявления засухоустойчивости у яровой мягкой пшеницы в Центральном Казахстане (15).

3. Элементы структуры урожая у среднеспелых сортов яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) в зависимости от фазы развития (Республика Казахстан, 2011-2013 годы)

Сорт	Число, шт/м 2		Продуктивная кустистость	Число зерен в колосе, шт.	Масса 1000 зерен, г	Биологическая урожайность, т/га
	растений	продуктивных стеблей
Светланка (стандарт)	277	290	1,0	20	39,6	1,8
Карагандинская 70	297	201	0,6	27	36,4	2,9
Секе	230	288	1,2	27	40,2	2,5
Карагандинская 22	270	333	1,2	25	49,6	4,0
Степная 60	282	269	0,9	28	43,0	3,4
Карагандинская 29	260	280	1,0	28	37,4	2,7
Сары-Арка	233	236	1,0	33	47,8	3,7
СM±SEM	264,14±25,00	271,00±42,23	0,98±0,20	26,85±3,89	42,00±5,06	3,00±0,75
НСР 0,05	13,00	25,70	0,10	6,97	5,75	0,45

Число зерен в колосе зависит от погодных условий во время цветения. Увеличение количества зерна компенсируется значительным снижением его массы (до 5 %) (24, 25), однако в нашем случае были получены другие результаты. Так, у сорта Сары-Арка с увеличением числа зерен в колосе (33 шт.) повысилась масса 1000 зерен (47,8 г) и, соответственно, биологическая урожайность (3,7 т/га) (табл. 3). Коэффициент вариации числа зерен в колосе составил 23,3 %, корреляционная зависимость показала тесную связь озерненности колоса с урожайностью (r = 0,86±0,13). Вместе с тем у сорта Карагандинская 22 при озерненности 25 шт. масса 1000 зерен составила 49,6 г, урожайность — 4,0 т/га. Поэтому при отборе сортов основное внимание должно уделяться абсолютной массе зерна (4043 г) в сочетании с таким количественным признаком колоса, как высокая озерненность (до 27 шт.) (26, 27). По озерненности наиболее адаптиро- ванными селекционными сортами оказались Сары-Арка (33 шт.), Карагандинская 29 и Степная 60 (28 шт.).

Сорта следует размещать по высоким агрофонам, что позволит им формировать высокие урожаи благодаря отзывчивости на изменение условий среды (28). При повышении урожайности до 1,5 т/га в Республике Казахстан можно ежегодно собирать до 20-22 млн т зерна. Использование сортов яровой мягкой пшеницы карагандинской селекции в Акмолинской области в быстро меняющихся погодных условиях резко континентального климата способствует увеличению валового сбора зерна (29). Высокой урожайностью среди перспективных сортов выделился сорт Карагандинская 22 — 4,0 т/га (30). По урожайности следует также отметить сорта Са-ры-Арка (3,7 т/га) и Степная 60 (3,4 т/га), у которых среднее значение для биологической урожайности составило 3,00±0,75 т/га. В современных условиях сельскохозяйственного производства повышение урожайности зерна должно сочетаться с адаптивностью, экологической пластичностью и стабильностью сортов в различных экологических условиях (28).

Таким образом, у среднеспелых сортов яровой мягкой пшеницы нами установлена тесная положительная связь между продолжительностью вегетационного периода и урожайностью зерна, числом узловых корней и продуктивностью растений в годы с благоприятными погодными условиями. Корреляционная связь обнаружена также между урожайностью зерна и количественными признаками — числом зерен в колосе и массой 1000 зерен. Основными элементами структуры урожая у исследуемых сортов были число растений на 1 м2 (230-282 шт/м2), число продуктивных стеблей (201-333 шт/м2), число зерен в колосе (20-30 шт.), масса 1000 зерен (36,4-49,6 шт.). Из исследуемой коллекции оптимальными по урожайности зерна для степной зоны Акмолинской области признаны сорта Карагандинская 22, Сары-Арка и Степная 60.