Полиморфизм яровой пшеницы по интенсивности транспирации в связи с селекцией на высокую и стабильную урожайность

Введение. Транспирация листьев является важным физиологическим процессом растений [2, 5, 6], который защищает их от перегрева и обезвоживания в сухую и жаркую погоду, обеспечивая передвижение поглощённых корнями минеральных веществ из почвы вверх по растению.

Поэтому, весьма важно изучать генотипические особенности транспирационной активности листьев у растений различных сельскохозяйственных культур и выявлять источники ее высокой эффективности для использования в селекции на адаптивность.

Данная статья посвящена изучению полиморфизма интенсивности транспирации у селекционного материала яровой пшеницы, которая является важной продовольственной культурой не только во многих развитых странах мира, но и в России.

Условия, материалы и методы. Исследования проводились на базе ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ в рамках совместного проекта с ФГБНУ ФНЦ зернобобовых и крупяных культур и ФГБОУ ВО Белгородским ГАУ.

Объектом исследований являлись сортообразцы яровой пшеницы из ведущих селекционных центров России. В 2018 году была проведена оценка 23 сортообразцов яровой пшеницы, а в 2019 году – 10. Испытание опытного материала осуществлялось на Шатиловской СХОС по общепринятым методикам [3, 4]. Площадь делянки составляла 25 м2, размещение – систематическое со смещением, повторность 3-4-х кратная.

Учеты и наблюдения проводились во все основные фазы роста: кущение, выход в трубку, колошение, цветение, молочно-восковая спелость.

Интенсивность транспирации оценивали в полевых условиях у интактных растений в режиме реального времени по оригинальной методике немецкой фирмы Heinz Walz GmbH с помощью переносного газоанализатора марки GFS-3000 FL.

Полученные экспериментальные данные обработаны с помощью современных компьютерных программ с использованием методических рекомендаций Б.А. Доспехова (1985) [1].

Результаты исследований и их обсуждение. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что показатели транспирационной активности у пшеницы имеют высокую наследственную обусловленность. В период «колошение-цветение» интервал генотипического варьирования интенсивности транспирации у яровой пшеницы находился в годы исследований в пределах 11.85 – 24.14 mmol H 2 O/m²s. То есть, опытные сортообразцы культуры по величине данного признака различались более чем в 2 раза.

Данные такого характера указывают на то, что у яровой пшеницы вполне успешно можно проводить целенаправленный отбор исходного материала по интенсивности транспирации. Это даст возможность создавать сорта с повышенной адаптацией, как к недостатку, так и избытку увлажнения. Из изученных сортообразцов максимальным средним значением признака характеризовались Воронежская 20 (24,14 mmol H 2 O/m²s), Ульяновская 105 (23,41 mmol H 2 O/m²s) и Вольнодонская (23,28 mmol H 2 O/m²s), которые можно рекомендовать как источники высокой активности транспирации для селекции культуры (рис. 1).

При целенаправленном отборе исходного материала яровой пшеницы по интенсивности транспирации в селекции важно учитывать не только наследственную, но и фенотипическую изменчивость признака. В опытах наиболее низкая транспирационная активность листьев растений отмечалась в 2018 году (табл. 1), а высокая – в 2019 году (табл. 2).

Рисунок 1 – Интервал генотипического варьирования интенсивность транспирации (ИТ) яровой пшеницы в период «колошение-цветение», в среднем за 2018-2019 гг I-Standart-1-2782h/4a*, II-Аль-Варис*, III–Арсея, IV–Вольнодонская, V-Воронежская 20, VI-Донская Элегия, VII-Донэла М, VIII-Злата, IX-Лиза, X-Триада, XI-Тулайковская Надежда, XII-Ульяновская 105*, XIII-Хуторянка, XIV-Черноземноуральская 2*. *данные за один год.

Таблица 1 – Интенсивность транспирации (ИТ, mmol H 2 O/m²s) у сортообразцов яровой пшеницы в погодных условиях вегетации 2018 года, фаза молочно-восковой спелости

Таблица 2 – Интенсивность транспирации (ИТ, mmol H 2 O/m²s) у сортообразцов яровой

Различные значения интенсивности транспирации у сортообразцов яровой пшеницы по годам во многом были обусловлены разными погодными условиями вегетации их растений. В 2018 году во время замера у листьев растений интенсивности транспирации (фаза молочно-восковой спелости) температура воздуха составляла 25,8°С, что было близко к стрессовой ситуации для работы листового аппарата растений. Тогда как в 2019 году температура воздуха была в среднем на 3°С ниже и благоприятно сказывалась на данный физиологический процесс и, в целом, на рост и развитие растений.

Однако необходимо иметь в виду, что транспирация является важным физиологическим процессом растений, который не только защищает их от перегрева и обезвоживания в сухую и жаркую погоду, обеспечивая передвижение поглощённых корнями минеральных веществ из почвы вверх к листьям, для осуществления ими продуктивного фотосинтеза, за счет которого создается около 95% сухого вещества урожаев. По нашим данным между интенсивностью транспирации и интенсивностью фотосинтеза в фазу молочно-восковой спелости коэффициент корреляции был положительным и составлял в 2018 году +0.44 и в 2019 году - +0.78. Но это вовсе не означает, что для селекции должны отбираться генотипы с самой высокой интенсивностью транспирации. Наоборот, наибольшую селекционную ценность, в данном случае, представляют сортообразцы, имеющие высокую фотосинтетическую активность при относительной невысокой транспирационной активности, так как на испарение ими воды может уходить свыше 50% преобразованной энергии солнца.

Заключение. Обобщение полученных экспериментальных данных позволяет заключить, что в селекции яровой пшеницы вполне успешно можно проводить целенаправленный отбор исходного материала по интенсивности транспирации, так как этот показатель имеет высокую наследственную обусловленность. Наибольшую ценность, в данном случае, представляют генотипы, имеющие высокую фотосинтетическую активность при относительной невысокой транспирационной активности, так как на испарение воды может уходить большая часть преобразованной энергии солнца. Использование в селекции образцов такого типа даст возможность создавать сорта с повышенной адаптацией как к недостаточному, так и избыточному увлажнению.

Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудникам ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» Е.И. Чекалину и В.В Заикину за помощь в проведении данных исследований.