Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

COMPARATIVE EVALUATION OF WINTER RYE VARIETIES BY ECONOMIC AND BIOLOGICAL INDICATORS

Ermolaeva T.Ya. 1 Nuzhdina N.N. 1 Goverdov D.V. 1 Salmanova N.A. 1 Fedotova N.M. 1
1 Federal State Budgetary Scientific Institution «Scientific Research Institute of Agriculture of the South-East»
In connection with the aridization of climate in different regions and increase in risks to reduce the productivity of grain crops, varieties of winter rye, as a drought-resistant crop, are of interest. The aim of our research was a comparative assessment of winter rye varieties of various ecological and geographical origin in terms of yield and other economic and biological indicators in the conditions of the Lower Volga region. The following signs were studied: the yield of varieties, plant height, weight and number of grains per spike, grain size and its natural weight. It was revealed that in conditions of drought, insufficient grain compliance leads to a decrease in natural weight and yield of varieties. By yield, the following varieties stood out: Valdai, Saratovskaya 7, Marusenka, Moskovskaya 12, Radon, Talovskaya 41, Flora, Tantana, Tatiana. The study of physiological and genetic systems that determine the yield of varieties showed the importance of the work of the attraction system, which determines the flow of plastic substances from the stem to the ear. It is revealed that the interest in the selection is the calculation of the indices of yield, prospects and Finno-Scandinavian. By the mass of a segment of the stem, its strength has been determined in varieties with a dominant-monogenic and recessive-polygenic basis of short stem. Morphological features of the stem are presented. The peculiarities of varieties along the length of the near-crochet interstice, reflecting the work of the genes that determine the height of plants, have been studied. Selected varieties of interest for breeding as sources of shortness and lodging resistance: Rushnik, Present, Tatiana, Flora, Talovskaya 41, Talovskaya 33, Chulpan 7. The degree of development of the mechanical and conductive tissues of the stem stood out for the variety: Estafeta Tatarstana, Alpha.
varieties of winter rye
yield
economic and biological indicators
breeding indices
resistance to lodging
stem strength

В земледелии России озимая рожь имеет важное значение в первую очередь в связи со сложными, нестабильными метеорологическими условиями, позволяя за счёт высокой адаптивности, засухоустойчивости, зимостойкости, способности давать урожай на низкоплодородных почвах стабилизировать валовый сбор зерна, необходимого как для населения, так и для кормопроизводства. Многие исследователи отмечают аридизацию климата различных регионов и связанный с этим риск снижения продуктивности [1]. Отмечается, что «даже при незначительном снижении среднего потенциала продуктивности риски крупных неурожаев могут возрастать в разы» [2]. Озимая рожь «на формирование единицы сухого вещества использует на 20–30 % меньше воды, чем пшеница», существенны и межсортовые различия по засухоустойчивости. Интерес представляют и данные о важной роли в фотосинтезе, особенно после опыления, стебля ржи (не только верхних, но и нижних междоузлий) [3, с. 66].

Линейка сортов озимой ржи представляет собой два направления селекции по типу короткостебельности: рецессивно-полигенное и доминантно-моногенное, оказывающему значительное влияние на особенности фотосинтеза сортов, их засухоустойчивость и урожайность, высоту, устойчивость к полеганию [4, 5]. По цвету зерна также представлено два направления – традиционный серо-зелёный цвет и светло-жёлтый, отличающиеся по технологическим свойствам [6].

Цель исследования: сравнительная оценка сортов по урожайности и другим хозяйственно-биологическим показателям в условиях Нижнего Поволжья, а также определение посредством изучения структуры урожая закономерности его формирования в зависимости от генотипа и многообразия факторов внешней среды. Изучить результативность применения теории селекционных индексов для идентификации физиолого-генетических систем, определяющих повышение урожая зерна, и рассмотреть прочность и морфологические особенности стебля сортов, оказывающие значительное влияние на устойчивость к полеганию, высоту растений.

Материалы и методы исследования

Исходным материалом служил 21 современный сорт озимой ржи. Сорта Марусенька, Памяти Бамбышева, Саратовская 7, Валдай, Альфа, Безенчукская 87, Безенчукская 110, Московская 12, Антарес характеризуются рецессивно-полигенным типом короткостебельности. Все сорта проходили сравнительное испытание на полях института в 2016–2018 гг. на делянках – 13,2 м2 в трёхкратной повторности [7]. Норма высева – 4 млн шт/га. Густота стояния стеблей определялась путём отбора снопа с 1 м2, показатели по колосу и высота оценивались с 25 растений, с каждой повторности.

Опираясь на основные положения теории селекционных индексов для генетического улучшения экономически важных свойств растений [8], были определены следующие индексы. Индекс урожайности – отношение массы зерна (г) / к общей сухой биомассе растений (г). Мексиканский индекс – отношение массы колоса (мг) / к длине побега (см). Финно-скандинавский индекс – отношение количества зёрен в колосе (шт) / к длине побега (см). Индекс перспективности – отношение массы 1000 зёрен (г) / к длине побега (см). Индекс аттракции – отношение массы колоса (г) / к массе соломины (г). Индекс потенциальной продуктивности колоса – отношение массы зерна с колоса (г) / к массе колоса с семенами, умноженное на число зёрен в колосе. Плотность колоса на 1 см колосового стержня – отношение количества колосков в колосе к его длине (см). Озернённость колоса – отношение количества цветков с завязавшимся зерном к общему количеству цветков, умноженное на 100 %.

Условия проведения опытов. По метеорологическим условиям 2016 г. характеризовался как среднезасушливый, ГТКмая-июля = 0,7. Обильное выпадение осадков во второй и третьей декаде мая способствовало полноценному развитию растений. В 2017 г. наблюдалось повышенное выпадение осадков, ГТКмая-июля = 1,4. Малоблагоприятным являлся 2018г. в связи с пониженным температурным режимом в марте, апреле, конце мая и начале июня. По влагообеспеченности растений условия мая-июля были сильнозасушливыми.

Результаты исследований и их обсуждение

По урожайности в среднем за три контрастных по метеоусловиям года выделились сорта: Валдай, Саратовская 7, Марусенька, Московская 12, Радонь, Таловская 41, Флора, Тантана, Татьяна (табл. 1). Белозёрный сорт Памяти Бамбышева, характеризующийся светло-жёлтым цветом зерна, более высоким выходом муки с высокой белизной формировал урожай на уровне других современных сортов. Отрицательное влияние на средние показатели оказали данные по 2018 г., в сложных условиях которого многие сорта значительно снизили урожай зерна. Большое влияние на этот результирующий признак оказывают показатели, характеризующие колос, а также зимостойкость и засухоустойчивость сортов. По количеству стеблей с 1 м2, количеству зёрен с колоса и массе зерна с него различия между сортами были недостоверны. Густота стеблестоя изменялась от 302 у сорта Презент до 436 стеблей на 1 м2 у сорта Памяти Бамбышева. Отрицательное влияние засухи в 2018 г. привело к снижению массы 1000 зёрен и натурной массы зерна, его выполненности, что отразилось на средних данных по урожайности. Сорта достоверно различаются по этим показателям.

Таблица 1

Хозяйственно-биологическая характеристика сортов озимой ржи (2016–2018 гг.)

Сорт

Урожайность, т/га

Количество стеблей с 1 м2

Высота растений,

см

Масса зерна с колоса, г

Количество зёрен с колоса,

шт.

Масса 1000

зёрен, г

Натурная масса зерна, г/л

Марусенька

4,60

348

139

2,1

49

39,2

729

Валдай

4,74

392

134

1,7

54

30,0

742

Альфа

3,73

340

136

1,6

50

28,6

727

Татьяна

4,02

380

126

1,6

52

28,8

727

Московская 12

4,61

372

127

1,5

49

28,9

733

Радонь

4,15

350

163

1,6

49

30,6

725

Эстафета Татарстана

3,35

320

169

1,6

50

28,7

721

Тантана

4,04

342

167

1,6

50

29,0

723

Таловская 41

4,23

342

135

1,7

49

30,0

733

Таловская 33

3,75

402

143

1,8

52

31,6

735

Безенчукская 110

3,70

316

159

1,8

50

32,9

739

Безенчукская 87

3,88

332

148

1,8

47

34,2

736

Роксана

3,67

410

138

1,6

51

29,2

726

Антарес

3,69

326

148

1,7

46

33,3

737

Чулпан 7

3,63

342

149

1,7

48

32,7

712

Саратовская 7

4,69

344

132

1,9

47

35,9

733

Памяти Кунакбаева

3,87

340

152

1,9

52

31,4

708

Рушник

3,50

392

141

1,5

56

23,4

701

Флора

4,15

412

140

1,5

54

24,9

714

Презент

3,52

302

139

1,8

56

30,0

732

Памяти Бамбышева

3,64

436

157

1,7

46

34,2

755

F

НСР05

2,0*

0,77

NS

25,9*

6,9

NS

NS

5,9*

4,4

8,9*

11

 

Статистический анализ данных по высоте растений подтвердил достоверность межсортовых различий. Наиболее низкорослыми были сорта Татьяна и Московская 12. Сорта, средние показатели у которых в пределах 140–169 см, характеризуются высоким уровнем ответной реакции на повышенное увлажнение в мае. Сорта Эстафета Татарстана, Тантана, Флора, Памяти Кунакбаева в условиях длительного и высокого снежного покрова показывают более высокую выносливость к длительному снежному покрову и меньше повреждаются снежной плесенью – 5–15 %, в то же время стандарт Саратовская 7 повреждается на 30–40 %, это подтверждается и другими исследованиями [9].

С целью идентификации физиолого-генетических систем, определяющих урожайность сортов и влияющих на его повышение; для уменьшения влияния модификационных эффектов, отражённых на компонентных признаках индекса, но исчезающих при его расчёте, для сортов озимой ржи были рассчитаны индексы, наиболее часто используемые в селекционной практике (табл. 2). По индексу урожайности сорта достоверно не различались, что свидетельствует о достаточно высоком компенсационном эффекте в каждом популяционном сорте, так как в неблагоприятных для развития условиях 2018 г. сорта формировали как высокую общую сухую биомассу растений, так и урожай зерна, составивший от 14 до 26 %, и чем выше индекс урожайности, тем более засухоустойчив и в целом более адаптивен сорт. При внешних лимитирующих факторах 2018 г. мексиканский индекс отразил преимущество сортов, характеризовавшихся более высокой массой колоса по отношению к длине стебля: Таловская 33, Безенчукская 87, Альфа, Саратовская 7, Чулпан 7. Достоверность различий между сортами по финно-скандинавскому индексу показывает важность работы на составляющие компоненты этого индекса, первый из которых тесно связан как с длиной колоса, его плотностью, так и с озернённостью. Увеличение количества зёрен с колоса, с одной стороны, и снижение высоты растений, с другой, являются одним из направлений работы для увеличения урожайности, примером которой могут служить сорта Валдай, Альфа, Татьяна. По индексу перспективности выделились сорта Марусенька, Саратовская 7, Безенчукская 87, Антарес, характеризовавшиеся наиболее высокой массой 1000 семян. Плотность колоса у современных сортов изменяется от 3,3 до 3,9. По мнению В.Д. Кобылянского, колос средней плотности 32–35 колосков на 10 см стебля предпочтительнее для сортов озимой ржи [10, с. 46]. Статистический анализ по индексу аттракции подтвердил достоверность межсортовых различий. По работе физиолого-генетической системы аттракции, т.е. поступления и усвоения пластических веществ из стебля в колос, лучшими были сорта, показатели которых выше или равны 1.

По индексу потенциальной продуктивности колоса сорта озимой ржи достоверно не различались. Наиболее высоким индексом продуктивности колоса, от 40 до 50, характеризовались сорта Валдай, Памяти Кунакбаева, Таловская 33, Флора, Эстафета Татарстана, Презент, Радонь, Саратовская 7, Безенчукская 87.

Таблица 2

Характеристика сортов озимой ржи посредством селекционно-генетических индексов (2018 г.)

Сорт

Индекс урожайности

Мексиканский индекс, мг/см

Финно-скандинавский индекс, шт/см

Индекс перспективности, г/см

Плотность колоса, шт/см

Озернённость колоса, %

Индекс аттракции

Индекс потенциальной продуктивности колоса

Марусенька

0,24

17,8

0,41

0,33

3,5

82

0,85

35

Валдай

0,24

17,6

0,52

0,24

3,9

84

1,10

50

Альфа

0,20

19,3

0,49

0,25

3,4

82

1,08

38

Татьяна

0,22

17,8

0,49

0,23

3,5

82

1,14

38

Московская 12

0,21

15,8

0,45

0,24

3,9

81

1,09

36

Радонь

0,18

13,6

0,38

0,19

3,3

82

0,87

41

Эстафета Татарстана

0,18

14,5

0,38

0,17

3,4

82

0,80

42

Тантана

0,20

13,3

0,36

0,18

3,5

78

0,81

37

Таловская 41

0,21

17,2

0,43

0,24

3,7

78

1,00

36

Таловская 33

0,13

20,9

0,49

0,26

3,1

86

1,12

45

Безенчукская 110

0,21

16,6

0,37

0,24

3,5

87

0,99

39

Безенчукская 87

0,19

19,8

0,42

0,28

3,3

87

1,08

40

Роксана

0,14

17,2

0,45

0,21

3,6

85

1,03

39

Антарес

0,20

15,1

0,33

0,27

3,5

80

0,98

30

Чулпан 7

0,22

18,5

0,37

0,23

3,3

81

1,05

33

Саратовская 7 , St

0,25

18,4

0,44

0,29

3,6

83

1,10

41

Памяти Кунакбаева

0,22

17,9

0,43

0,23

3,3

85

1,04

45

Рушник

0,20

15,6

0,45

0,18

3,3

81

1,00

39

Флора

0,19

16,1

0,48

0,19

3,3

82

1,05

42

Презент

0,20

15,8

0,44

0,19

3,3

77

0,94

39

Памяти Бамбышева

0,19

13,7

0,35

0,20

3,3

87

0,93

38

F

НСР05

NS

NS

4,3*

0,07

2,9*

0,07

7,3*

0,2

NS

3,1*

0,176

NS

 

Таблица 3

Характеристика сортов озимой ржи по отдельным показателям стебля (2018 г.)

Сорт

Длина стебля, см

Длина второго от корня междоузлия, см

Длина подколосового междоузлия, см

Масса 5 см второго от корня междоузлия, мг

Масса 5 см подколосового междоузлия, мг

Марусенька

109

12,3

30,0

115

58,0

Валдай

114

12,7

31,3

113

56,1

Альфа

106

9,7

33,5

136

65,0

Татьяна

108

10,7

25,4

112

55,1

Московская 12

103

11,6

30,9

106

50,9

Радонь

140

14,7

32,7

116

45,1

Эстафета Татарстана

145

14,5

31,7

136

54,5

Тантана

139

13,9

32,3

127

50,2

Таловская 41

112

11,5

24,8

114

59,5

Таловская 33

118

12,7

27,0

132

65,8

Безенчукская 110

132

16,1

36,2

113

51,8

Безенчукская 87

119

13,1

34,5

125

62,6

Роксана

118

12,1

29,6

110

55,1

Антарес

116

13,3

35,0

116

50,0

Чулпан 7

123

12,0

27,6

131

58,9

Саратовская 7, St

111

12,2

30,8

117

58,8

Памяти Кунакбаева

132

13,0

29,5

125

55,0

Рушник

118

12,0

25,3

113

58,4

Флора

114

12,1

26,4

108

52,2

Презент

123

11,7

25,3

125

52,3

Памяти Бамбышева

140

15,8

36,8

112

47,6

F

НСР05

19,8*

7,5

6,8*

1,6

6,3*

10,1

NS

NS

 

Изучение сортов озимой ржи с различным типом короткостебельности по устойчивости к полеганию показало более высокую прочность соломины у сортов с рецессивно-полигенным типом короткостебельности и необходимость отборов на прочность стебля при селекции на основе доминантно-моногенного типа [11]. Чтобы определить результативность способа оценки на устойчивость к полеганию по массе 5 см междоузлия [12], по длине второго междоузлия и подколосового, а также их массе в 2018 г. были оценены сорта различных регионов (табл. 3). Масса междоузлия косвенно характеризует степень развития механической и проводящей тканей, от которой зависит устойчивость растений к полеганию [13, с. 233]. Длины междоузлий являются компонентными признаками, входящими в длину стебля. Длина верхнего междоузлия отражает работу генетической системы короткостебельности, моногенной или полигенной, так как гены доминантной короткостебельности наиболее сильно сокращают длину подколосового междоузлия [10, с. 106].

С увеличением длины стебля наблюдается более высокая склонность к полеганию. Эта зависимость не носит универсального характера, так как связана дополнительно со строением подземных междоузлий и мощностью узловых корней [14, с. 128]. По длине второго от корня междоузлия размах варьирования у изученных генотипов составлял 6,4 см, в пределах 9,7–16,1 см, наиболее коротким междоузлием характеризовались сорта Альфа, Татьяна, Московская 12, Таловская 41. По длине подколосового междоузлия амплитуда изменения признака составляла 12 см, пределы – 24,8–36,8 см; наиболее коротким междоузлием характеризовались сорта Рушник, Презент, Татьяна, Флора, Таловская 41; Таловская 33, Чулпан 7, максимальные значения у сортов Памяти Бамбышева и Безенчукская 110. Согласованность по сокращению длин междоузлий выше средней r = 0,63*. Длина междоузлий детерминируется генотипом сорта, зависит от использованных при создании сорта источников доминантной или рецессивно-полигенной короткостебельности и является его индивидуальной характеристикой, она тесно связана с его физиологическими особенностями, что подтверждается достоверностью различий между сортами. Так, при различии по длине стебля между сортами Татьяна и Марусенька в 1 см, разница по длине подколосового междоузлия 4,6 см. По показателям массы 5 см междоузлия статистический анализ не выявил достоверности в различиях между изучаемыми сортами. Отдельные сорта по степени развития механической и проводящей тканей выделяются, так как характеризуются наиболее высокой массой отрезка. Это Альфа, Эстафета Татарстана, Тантана, Таловская 33, Чулпан 7.

Согласованность по показателям массы 5 см различных по расположению на стебле междоузлий ниже средней r = 0,43*. Для оценки в связи с устойчивостью к полеганию логичнее выбирать нижние междоузлия. Определение дополнительно массы отрезка верхнего междоузлия позволило нам точнее оценить сорта. Все представленные сорта характеризуются относительно прочным стеблем и с этой точки зрения являются устойчивыми к полеганию. В полевых условиях не наблюдалось полегания данных сортов. В неблагоприятные годы причина полегания может быть связана с поражением корневой системы растений возбудителями фузариозной корневой гнили [15].

При посеве на «зелёный корм» следует отдавать предпочтение сортам Памяти Бамбышева, Флора, Московская 12, так как они имеют более лёгкую соломину и, следовательно, менее грубую.

Заключение

В результате анализа охарактеризованы по хозяйственно-биологическим показателям сорта в условиях Нижнего Поволжья, выделены показатели: масса 1000 зёрен, выполненность зерна, натурная масса; снижение которых в условиях засухи обусловливает потери урожая. При селекции на увеличение продуктивности растений с целью определения результативности проведённых ранее отборов представляет интерес расчёт следующих селекционных индексов: финно-скандинавского, перспективности, аттракции. Расчёт индекса урожайности позволит точнее определить ценность того или иного селекционного материала. При сравнении с эталонными образцами, сортами с максимальным и минимальным выражением признака, длину подколосового междоузлия можно использовать в качестве признака идентификации сортов. Способ оценки устойчивости к полеганию по массе 5 см второго снизу междоузлия представляет интерес при селекции новых сортов.