Урожайность и качество зерна сомаклональных линий сои в агроэкологических условиях южной лесостепи Западной Сибири

В мировом растениеводстве одной из основных зернобобовых культур является соя, отличающаяся высоким качеством зерна в сочетании с комплексом адаптивных свойств и технологических преимуществ, что и является причиной ее широкого распространения на всех земледельческих континентах.

Селекционная работа по созданию скороспелых сортов сои ведется почти во всех странах мира с учетом местных почвенно-климатических условий. Актуальные направления селекции сои – создание скороспелых, продуктивных сортов с высоким качеством продукции. Также

немаловажным в развитии сельскохозяйственного производства является возделывание сортов, адаптивных к неблагоприятным климатическим условиям [1].

Новые признаки и комбинации признаков можно получать, используя сомаклональную изменчивость и мутагенез in vitro. Эти методы основаны на спонтанном возникновении в клетках разнообразных мутаций при культивировании изолированных растительных тканей на питательной среде [2].

Установлено, что сомаклональные варианты сои отличаются от исходных форм по качественным и количественным признакам. Нередко они даже превосходят их по ряду хозяйственно-ценных признаков и могут быть родоначальниками нового сорта [3].

Цель исследований заключалась в том, чтобы оценить сомаклональные линии сои по комплексу хозяйственно-ценных признаков в агроэкологических условиях южной лесостепи Западной Сибири для дальнейшего использования их в селекционном процессе.

Объекты и методы

Исследования проводились в 2013–2014 гг. на полях лаборатории селекции зернобобовых культур ФГБНУ СибНИИСХ. Объектом исследования были сомаклоны, созданные в ФГБНУ СибНИИК методом генной инженерии на основе сорта сои СибНИИК 315.

Опыт был заложен по типу конкурсного сортоиспытания, где изучалось 8 сомаклональ-ных линий 7–8-го поколений. Полевой опыт закладывался на делянках площадью 17 м2, повторность 4-кратная. Предшественник – озимая рожь, норма высева – 0,8 млн всхожих семян на гектар. Посев проводили сеялкой ССФК-7,0 рядовым способом, уборку – комбайном «Хеге-125» в фазу полной спелости.

Фенологические наблюдения проводились по основным фазам развития растений. Изучение элементов структуры урожая – согласно методике Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (1971). Биохимический анализ семян (содержание белка (N×6,25) и жира) проводился в лаборатории физиологии и биохимии растений ФГБНУ СибНИИСХ. Статистическую обработку результатов исследований проводили по методике Б.А. Доспехова (1985) [4]. Для характеристики гидротермических условий в годы проведения опытов использовались материалы наблюдений Омской метеорологической станции ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС».

Почва опытного участка – лугово-черноземная среднемощная среднегумусовая тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 6,4 %. Характеризуется очень низким содержанием нитратного азота (4,6–4,8 мг/кг), высоким содержанием подвижного фосфора (375,0–380,0 мг/кг) и очень высоким содержанием обменного калия (250,0–254,0 мг/кг).

Гидротермические условия в годы проведения исследований были контрастными. Так, 2013 г. характеризовался как влажный (ГТК = 1,12), 2014 г. был недостаточно увлажненным (ГТК = 0,69). Количество осадков, выпавших за вегетационный период в 2013 г., оказалось равным 217 мм, а в 2014 – 135 мм, что составило 109,5 и 67,0 % к норме соответственно (рис. 1).

Рис. 1. Гидротермическое обеспечение вегетационного периода сои, 2013–2014 гг.

В 2013 г. был отмечен более существенный дефицит тепла в первой половине вегетационного периода. В то же время в 2014 г. август и сентябрь характеризовались значительным превышением среднемесячных температур воздуха.

Результаты исследований

Урожайность зерна возделываемых культур находится в прямой зависимости от полевой всхожести семян. Снижение полевой всхожести может происходить из -за недостатка влаги и тепла. Сохранность растений обусловлена климатическими условиями последующих фаз развития растений [5]. Оба эти показателя в значительной степени характеризуют адаптивность генотипов к условиям возделывания.

Исследования показали, что изучаемые сортообразцы характеризовались высокими показателями полевой всхожести семян и сохранности растений к уборке (табл. 1). Существенное влияние на полевую всхожесть и сохранность растений исследуемых сортообразцов в годы проведения опытов оказали метеорологические условия.

Таблица 1

Полевая всхожесть семян и сохранность растений сои, %

Образец	Полевая всхожесть семян		Сохранность растений
	2013-2014 гг.	± к стандарту	2013—2014 гг.	± к стандарту
СибНИИК 315, контроль	79,2		90,9
Л 48/11	81,5	+2,3	82,5	—8,4
Л 51/11	89,7	+10,5	83,8	—7,1
Л 53/11	87,2	+8,0	91,4	+0,5
Л 51/12	82,2	+3,0	91,7	+0,8
Л 53/13	86,4	+7,2	91,9	+1,0
Л 55/13	85,1	+5,9	87,0	—3,9
Л 56/13	93,9	+14,7	92,5	+1,6
Среднее	85,6	—	88,9	—
НСР 05	12,1	—	12,1	—

В среднем за 2013–2014 гг. показатели полевой всхожести изучаемых сортообразцов превышали показатель исходного сорта СибНИИК 315 на 2,3-14,7 %. Наибольшее его значение в среднем по изучаемым сортам было отмечено в 2013 г. - 94,4 %. Максимальная полевая всхожесть семян сои в годы исследований была установлена у Л 56/13 (93,9 %).

Проведенные ранее исследования показали, что высокому значению полевой всхожести не всегда соответствует увеличение процента выживаемости растений, и наоборот [6].

В среднем за годы изучения сохранность сомаклональных линий варьировала от 82,5 до 92,5 %. Наибольший показатель сохранности растений в среднем по сортообразцам был отмечен в 2013 г. (97,1 %), в 2014 г. наблюдалось снижение данного показателя до 80,8 %. Сомакло-нальные линии имели равное с контролем значение или несколько превышали его.

Значительное влияние на уровень продуктивности изучаемых генотипов сои оказали гидротермические условия в годы проведения опытов. Формированию наибольшей урожайности в 2014 г. способствовало оптимальное распределение осадков в период вегетации и достаточно теплая погода в августе и сентябре. В среднем по изучаемым сортообразцам урожайность зерна составила 3,24 т/га. В этих условиях выделились линии Л 48/11 (+0,38 т/га) и Л 55/13 (+0,23 т/га).

При избыточном увлажнении и недоборе тепла в период вегетации 2013 г. было отмечено снижение продуктивного потенциала сортообразцов сои на 0,35 т/га (табл. 2).

Таблица 2

Урожайность зерна сои, т/га

Сортообразец	2013 г.		2014 г.		В среднем за 2013—2014 гг.
	т/га	± к стандарту	т/га	± к стандарту	т/га	± к стандарту
СибНИИК 315, контроль	2,89	—	3,32	—	3,11	—
Л 48/11	2,76	—0,13	3,70	+0,38	3,23	+0,12
Л 51/11	3,32	+0,34	2,86	—0,46	3,04	—0,07
Л 53/11	3,02	+0,13	2,84	—0,48	2,93	—0,18
Л 51/12	2,53	—0,36	3,15	—0,22	2,84	—0,27
Л 53/13	2,52	—0,37	3,20	—0,11	2,86	—0,25
Л 55/13	3,02	+0,13	3,33	+0,23	3,29	+0,18
Л 56/13	3,19	+0,30	3,55	0,00	3,26	+0,15
Среднее	2,89	—	3,24	—	3,07	—
НСР 05	0,23		0,29

Максимальную достоверную прибавку урожайности зерна в 2013 г. обеспечили Л 51/11 (+0,34 т/га) и Л 56/13 (+0,30 т/га).

По результатам изучения сомаклонов в среднем за 2 года следует выделить линии Л 55/13 (+0,18 т/га), Л 56/13 (+0,15 т/га) и Л 48/11 (+0,12 т/га) как наиболее адаптивные к контрастным условиям возделывания.

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа показали, что в изменчивость урожайности изучаемых сортообразцов сои наибольший вклад внесли условия лет выращивания (фактор В) – 62,8 % (табл. 3).

Таблица 3

Доля влияния факторов на формирование урожайности сортообразцов сои, %

Фактор	Урожайность сортообразцов сои
Сорт (А)	15,1
Условия года (В)	62,8
Сочетание факторов (АВ)	22,1

Доля влияния сорта (фактор А) составила 15,1 %, взаимодействие двух изучаемых факторов (АВ) – 22,1 %.

Важными показателями в селекции растений являются элементы структуры урожая. Исследования показали, что определяющее значение для формирования урожайности зерна сои имеют число продуктивных узлов (r = 0,61), число бобов (r = 0,57) и семян (r = 0,65) на растении.

Длина стебля во многом определяет технологичность возделывания сои, все изучаемые сортообразцы были среднестебельными. Средняя длина стебля в 2013 г. составляла 82,7 см, а в 2014 г. – 57,2 см. В 2013 г. изучаемые сомаклоны сои были более высокорослыми из-за сложившихся условий вегетационного периода. Наиболее длинный стебель в оба года исследований сформировала линия Л 51/11 – 89,80 см. Наименьшей высотой растений характеризовалась линия Л 48/11 (2013 г. – 62,8 см; 2014 г. – 58,6 см) (табл. 4).

Таблица 4

Элементы структуры урожая сои (в среднем за 2013–2014 гг.)

Сортобразец	Длина стебля, см	Высота прикрепления первого боба, см	На одно растение				Масса 1000 семян, г
			число продуктивных узлов, шт.	число бобов, шт.	число семян, шт.	масса семян, г
СибНИИК 315, контроль	61,06	15,72	10,93	20,76	36,01	7,89	220,41
Л 48/11	60,77	10,69	13,77	26,31	53,66	7,03	130,89
Л 51/11	89,80	12,73	16,84	30,65	72,73	5,45	74,70
Л 53/11	70,50	13,27	15,12	27,20	42,40	7,74	184,74
Л 51/12	69,83	9,29	13,86	22,11	50,53	7,63	150,43
Л 53/13	64,10	13,54	9,80	23,11	61,98	7,12	114,78
Л 55/13	66,57	13,64	11,88	24,45	51,33	8,13	158,56
Л 56/13	77,61	16,05	11,34	21,89	55,22	7,73	137,58
НСР 05	17,47	5,02	4,50	17,76	13,88	2,59	32,9

Высота прикрепления нижнего боба имеет большое значение при механизированной уборке, определяя, в свою очередь, урожайность зерна (r = 0,40). В период уборки низкое прикрепление бобов приводит к потерям урожая. Более низким прикреплением бобов в оба года исследований характеризовалась сомаклональная линия Л 51/12 (9,29 см). Наибольшая высота прикрепления первого боба отмечена у линии Л 56/13 (16,05 см).

Число продуктивных узлов в опыте варьировало от 9,80 до 16,84 шт. на растении. Наибольшее число узлов сформировали Л 51/11 – 16,84 шт. и Л 53/11 – 15,12 шт. Выявлена высокозначимая достоверная связь этого показателя с числом бобов на растении (r = 0,83).

Важными показателями продуктивности являются число бобов и семян на растении, сохранившихся к созреванию [7]. Как показали расчеты, взаимосвязь этих показателей высокодостоверна (r = 0,56). Следует выделить линию Л 51/11, которая в среднем за годы изучения сформировала наибольшее число бобов и семян – 30,65 шт. и 72,73 шт. соответственно.

Масса семян с растения в годы исследований варьировала в пределах от 5,45 до 8,13 г. Было установлено, что показатель массы семян в среднем по сортообразцам был наибольшим в 2013 г – 8,04 г. В среднем за годы изучения наибольший показатель массы семян был отмечен у линии Л 55/13 – 8,13 г (2013 г. – 8,66 г; 2014 г. – 7,60 г).

Важным элементом структуры урожая является масса 1000 семян, которая варьировала у изучаемых образцов от 74,11 г (Л 51/11) до 184,44 г (Л 53/11). Было установлено, что именно масса 1000 семян в большей степени определяет массу семян на растении (r = 0,81).

Результаты исследований показали, что несмотря на различия гидротермических условий, в годы проведения опытов существенного варьирования показателей содержания белка и жира в зерне сои не отмечено (табл. 5).

Таблица 5

Содержание белка и жира в зерне сои, %

Сорт	Белок			Жир
	2013 г.	2014 г.	В среднем за 2013–2014 гг.	2013 г.	2014 г.	В среднем за 2013–2014 гг.
СибНИИК 315, стандарт	38,32	37,56	37,94	16,23	16,05	16,14
Л 48/11	37,46	37,23	37,35	16,95	17,01	16,98
Л 51/11	35,36	34,85	35,11	16,98	16,94	16,96
Л 53/11	36,97	35,98	36,48	16,76	16,82	16,79
Л 51/12	35,19	36,14	35,67	13,30	12,96	13,13
Л 53/13	36,01	36,28	36,15	15,30	14,52	14,91
Л 55/13	39,43	38,81	39,12	16,28	16,34	16,31
Л 56/13	39,74	40,01	39,88	15,91	15,37	15,64
Среднее	37,31	37,11	37,12	15,96	15,75	15,86
НСР 05	0,99	1,12	–	0,40	0,41	–

Как видно из табл. 5, в среднем за два года в семенах сои содержание белка колебалось от 35,11 % (Л 51/11) до 39,88 % (Л 56/13). Наиболее высокобелковыми оказались Л 55/13 (39,12 %) и Л 56/13 (39,74 %). Сбор белка с гектара с урожаем зерна сои в 2014 г. был выше на 120 кг/га, что обусловлено наибольшей урожайностью зерна в этом году. Максимальный сбор белка в среднем за 2013–2014 гг. обеспечили высокоурожайные Л 55/13 и Л 56/13 (рис. 2).

Рис. 2. Сбор белка с гектара с урожаем зерна сои

Рис. 3. Сбор жира с гектара с урожаем зерна сои

Содержание жира в семенах изучаемых сортообразцов в среднем за годы исследований составило 15,86 %, существенных различий этого показателя по годам не было установлено (рис. 3). Высоким содержанием жира в семенах характеризовались линии Л 48/11, Л 51/11, Л53/11 и Л 55/13. Наибольший сбор жира с га отмечен в 2014 г. Наиболее высокий его сбор обеспечили Л 48/11, Л 51/11, Л 55/13 и Л 56/13.

Выводы

Полевая всхожесть семян и сохранность растений к уборке определялись как гидротермическими условиями вегетационного периода, так и генотипом. В 2013 г. эти показатели были выше, чем в 2014. Сомаклональные линии превышали исходный сорт по полевой всхожести семян. Сохранность растений изучаемых линий была на уровне контроля либо ниже.

Как показали исследования, определяющий вклад в изменчивость урожайности сои вносят условия выращивания (фактор В) – 62,8 %. Доля вклада генотипа менее существенна (фактор А) – 15,1 %, взаимодействие факторов (АВ) составило 22,1 %. В 2014 г. отмечена более высокая урожайность зерна сои. Наибольшей величиной этого показателя характеризовались линии Л 55/13 (+0,18 т/га), Л 56/13 (+0,15 т/га) и Л 48/11 (+0,12 т/га). Определяющими элементами структуры урожайности сои являются число продуктивных узлов (r = 0,61), число бобов (r = 0,57) и семян (r = 0,65) на растении.

Существенных различий по содержанию белка и жира в семенах в контрастных условиях выращивания установлено не было. Наиболее высокобелковыми оказались Л 55/13 (39,12 %) и Л 56/13 (39,74 %). Сбор белка с гектара с урожаем зерна сои в 2014 г. был выше на 120 кг/га. Наибольший выход белка с га обеспечили высокоурожайные линии Л 55/13 и Л 56/13. Высоким содержанием жира в семенах характеризовались линии Л 48/11, Л 51/11, Л53/11 и Л 55/13. Наибольший сбор жира с га отмечен в 2014 г. Наиболее высокий его сбор обеспечили Л 48/11, Л 51/11, Л 55/13 и Л 56/13.