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

EVALUATION OF COLLECTION SAMPLES OF SPRING SOFT WHEAT FOR SHORT STALK AND LODGING RESISTANCE

Taranova T.Yu. 1 Kincharov A.I. 1 Demina E.A. 1 Mullayanova O.S. 1
1 Volga Region Research Institute of Selection and Seed Production named after P.N. Konstantinov – branch of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Samara Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences
The article presents long-term research (2013-2019) on the assessment of plant height and lodging resistance of collection samples of spring soft wheat. In the study were included 350 domestic and foreign samples of various ecological and geographical origins. The assessment of resistance to lodging of cultivars was carried out in natural field conditions on a special five-point scale. During the years of study, the average height of plants changed and was highly dependent on vegetation conditions and genetic characteristics of cultivars. On average the plant height indicator in the sample varied considerably over the years, the coefficient of variation was 10,84-26,13 %. Short-stemmed varieties and hybrids were mainly of foreign origin, these are samples from the Republic of Belarus, Germany, Canada, Mexico, the United States, the Czech Republic and Chile. Among the samples, 18 genetic sources were identified, the average height of which was 38,3-56,2 cm, the height of the standard variety Kinelskaya niva 82 cm. The selected short-stemmed samples in all years of study had the highest possible rating of resistance to lodging – 5 points and were distinguished by a thicker and durable for breaking straw. At the same time, it should be noted that the yield of varieties with a marked short-stem feature was low on average for years (182-380 g/m2). The following samples are recommended as sources of short stalk and lodging resistance in similar climatic conditions to the research site: Campanin (Germany), VZ-602, complex hybrids k-30663 and k-31467 (Mexico), Tercie, Seance (Czech Republic), and other allocated forms. The marked samples are recommended for further use in breeding programs of crosses as parent forms and for minor correction of the selected breeding material by plant height.
spring wheat
selection
plant height
lodging resistance
short stalk
yield
sample 
1. Zakharov V.G., Syukov V.V., Yakovleva O.D. Correlation of morphoanatomical traits with lodging resistance in spring wheat in the Middle Volga region // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014. Vol. 18. № 3. P. 506–509.
2. Xiao Y., Liu J., Li H., Cao X., Xia X., He Z. Lodging resistance and yield potential of winter wheat: effect of planting density and genotype. Front. Agr. Sci. Eng. 2015. Vol. 2. № 2. P. 168–178.
3. Demina I.F. Breeding value of varieties of soft spring wheat of different ecological and geographical groups in terms of resistance to lodging // Surskij vestnik. 2019. № 2 (6). P. 27–30 (in Russian).
4. Navabi A., Idbal M., Strenzke K., Spaner D. The relationship between lodging and plant height in a diverse wheat population. Canad. J. Plant Sc. 2006. Vol. 86. № 3. P. 723–726.
5. Kovtun V.I. Selection of highly adaptive varieties of winter soft wheat and non-traditional elements of their cultivation technology in the arid conditions of the South of Russia. Rostov-on-don, 2002. 320 p. (in Russian).
6. Kosenko S.V., Krivobochek V.G. Influence of plant height on yield and elements of the productivity of winter soft wheat in the middle Volga forest-steppe // Volga Region Farmland. 2009. № 3 (12). P. 46–48.
7. Demina I.F., Kosenko S.V. The results of the assessment of source material of spring wheat for lodging resistance // Vestnik of the Altai State Agrarian University. 2015. № 8 (130). P. 18–22.
8. Kovtun V.I., Kovtun L.N. Productivity, plant height and lodging resistance of new varieties of winter soft wheat in the South of Russia // Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2014. № 4 (48). P. 45–47.
9. Demina E.A., Kincharov A.I., Taranova T.Yu. Comparative evaluation of initial material of spring soft wheat in the mass of 1000 grains // Izvestia Samara scientific center of the Russian Academy of Sciences. 2018. № 2 (4). P. 700–704. DOI: 10.24411/1990-5378-2018-00158.
10. Kincharov A.I., Demina E.A., Taranova T.Yu., Chekmasova K.Yu. The study of collection samples of spring soft wheat for precocity // International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2018. № 10–1. P. 136–141. DOI: 10.24411/2550-1000-2018-10082.
11. Technique of state variety testing of agricultural crops. V. 1. M., 1985. 267 p. (in Russian).
12. Dospexov B.A. Technique of field experiment. M.: Agropromizdat, 1985. 351 p. (in Russian).
13. Ripberger E.I., Bome N.A., Trautz D. Variability of the height of plants of hybrid forms of spring common wheat (Triticum aestivum L.) under different ecological and geographical conditions // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2015. Vol. 19. № 2. P. 185–190.

В условиях Среднего Поволжья обильные осадки и шквалистые ветра иногда вызывают сильное полегание посевов, что затрудняет и удлиняет сроки уборки, приводит к существенному снижению урожая и качества зерна. При раннем полегании растений потери урожая зерна составляют до 30 %, при полегании в фазу начала восковой спелости – до 10–18 % урожая. Генетическая устойчивость сортов пшеницы к полеганию может быть обусловлена разными признаками: большим диаметром стебля и толщиной стенки соломины, более короткими междоузлиями, меньшим отношением высоты стебля к его диаметру, а наиболее стабильная связь проявляется с длиной второго и третьего нижних междоузлий и прочностью соломины на излом [1–2].

Основное направление современной селекции на устойчивость к полеганию – уменьшение высоты растений. Большое количество устойчивых к полеганию короткостебельных образцов можно отнести к зарубежной селекции [3]. Исследованиями отмечены различные корреляционные связи между высотой растений и урожайностью зерна образцов [4]. Растения с коротким стеблем лучше противостоят сильным ветрам и интенсивным атмосферным осадкам в период вегетации, но, как правило, являются менее урожайными [5–6].

Высота растений и полевая оценка устойчивости к полеганию растений яровой пшеницы – достаточно надежный метод для характеристики сортов по степени полегания. Однако при селекционной работе в засушливых условиях Среднего Поволжья, полегание проявляется нечасто и в качестве критериев устойчивости к стеблевому полеганию целесообразно использовать длину нижнего (первого) междоузлия и коэффициент повышения устойчивости по Н.И. Щербаковой [7].

Признак высота растений варьирует по годам и находится в большой зависимости от условий вегетации пшеницы. В годы, когда рост и развитие стебля растений проходит в неблагоприятных, засушливых и острозасушливых условиях, происходит значительное снижение как высоты растений, так и продуктивности сортов [8]. Поэтому подбор генетически разнообразного исходного материала пшеницы, обладающего необходимыми для селекционной работы ценными признаками, должен проводиться с учетом агрометеорологических и почвенных условий региона [9–10]. Изучение зависимости высоты растений от генетических особенностей сортообразцов яровой мягкой пшеницы и условий среды даст возможность более целенаправленно подбирать и использовать в селекции исходный материал.

Цель исследования заключалась в проведении оценки образцов коллекционного питомника яровой мягкой пшеницы по высоте растений и выделении исходного материала, сочетающего короткостебельность и высокую устойчивость к полеганию, для дальнейшего использования в селекционных программах скрещиваний в качестве родительских форм.

Материалы и методы исследования

Изучаемый материал состоял из сортов и гибридов отечественной и зарубежной селекции и представлен образцами из мировой коллекции ВИР (Санкт-Петербург), СИММИТ (Мексика), научных учреждений и селекцентров РФ, включая собственный селекционный материал. Всего за период исследований (2013–2019 гг.) в коллекционном питомнике изучено 350 образцов яровой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения. В качестве стандарта (St) при изучении коллекционного материала взят районированный и занимающий наибольшие площади в производстве Самарской области сорт яровой мягкой пшеницы собственной селекции – Кинельская нива.

Исследования проводились на опытных полях первого селекционного севооборота Поволжского научно-исследовательского института селекции и семеноводства имени П.Н. Константинова – филиала СамНЦ РАН по предшественникам чистый пар или озимая пшеница согласно существующей ротации полей севооборота. Почва опытного поля –типичный чернозем среднемощный легкоглинистый, малогумусный, содержание гумуса 5–6 %. По степени кислотности почвы слабокислая, pH вытяжки 5,4 ед. Коллекционный питомник закладывался на шестирядковых делянках площадью 1 м2 в опытах без повторностей с частыми стандартами (через 10–20 номеров). Посев проводился в оптимальные агротехнические сроки селекционной сеялкой ССФК-7М. Норма высева составляла 450 всхожих семян на 1 м2 (4,5 млн всхожих семян на га). Уборка делянок проводилась в фазу полной спелости вручную, в сноповой материал с корневой системой, для структурного анализа и обмолота растений на молотилке МПСУ-500. Учет урожая осуществлялся прямым методом (метод сплошного обмолота), применялось взвешивание урожая зерна образцов на лабораторных электронных весах и приведение к стандартной влажности.

Оценка устойчивости к полеганию сортообразцов проводилась в естественных полевых условиях по 5-балльной шкале, где 1 балл – очень сильное полегание, 2 балла – сильное полегание, 3 балла – среднее полегание, 4 балла – слабое полегание, 5 баллов – полегание отсутствует.

Все исследования выполнялись в соответствии с общепринятыми методическими указаниями: Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [11], Методикой полевого опыта [12]. Математическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакета анализа данных компьютерной программы «Excel» и прикладной программы «Stat».

Метеорологические условия в годы исследований были достаточно разнообразные, от острозасушливых, засушливых и до умеренно увлажненных (данные метеорологической станции «Усть-Кинельская» Самарского ГАУ). Вегетационные периоды 2013–2016 гг. в целом характеризовались как засушливые – средняя температура воздуха в эти периоды составила 19,5–20,9 °С, осадки 94,3–138,5 мм, ГТК 0,38–0,59, что существенно ниже среднемноголетних значений и свидетельствует о неблагоприятных условиях для роста и развития яровой пшеницы. Вегетационный период 2017 г. можно охарактеризовать как резко контрастный по увлажнению, ГТК май – август составил 1,04 при среднемноголетнем значении данного показателя 0,73, но при этом основная масса осадков (200,2 мм) выпала в первую половину вегетации май – июнь, а за июль – август всего 23,7 мм. В 2018 и 2019 гг. периоды вегетации яровой пшеницы проходили в засушливых и временами острозасушливых условиях (ГТК за месяц июнь 0,34 и 0,17), в целом ГТК май – август составил 0,51 и 0,48 по годам соответственно.

Результаты исследования и их обсуждение

Одним из многочисленных селекционных показателей, имеющих тесные связи с продуктивностью, является высота растений. Высота растений может служить одним из показателей, характеризующих экологическую пластичность генотипа сортообразца в контрастных почвенно-климатических условиях [13]. Для каждой природной зоны возделывания характерен свой экологический тип высоты растений пшеницы. В Средневолжском регионе полегание растений в основном случается по причине дождей ливневого характера и сильных шквалистых ветров.

В годы исследований средняя высота растений изменялась и находилась в большой зависимости от условий вегетации и варьировала как по сортообразцам, так и по годам. В засушливые годы и в годы с неблагоприятными условиями в период роста и развития стебля снижается высота растений и показатели продуктивности образцов яровой мягкой пшеницы. Это наблюдалось в 2013, 2015 и 2019 гг., средняя высота растений составила 62,3 ± 1,3; 58,3 ± 1,4 и 68,9 ± 0,9 см соответственно (табл. 1). Наибольшая средняя высота растений 112,4 ± 1,5 наблюдалась в 2017 г., что связано с хорошей влагообеспеченностью растений в начальные периоды роста (май – июнь). Признак высота растений в среднем по выборке образцов достаточно варьировался по годам, коэффициент вариации (V) составлял 10,84–26,13 %. Наиболее высокий коэффициент вариации наблюдался в 2013–2015 гг. и составил 21,3–26,13 %.

Продуктивность коллекционных образцов яровой мягкой пшеницы в годы исследований также определялась погодными условиями в начальный период роста и развития растений. В достаточно жестких погодных условиях (засушливые и острозасушливые годы) урожайность яровой пшеницы с однометровых опытных делянок показала невысокий результат. Так, в 2019 г. средняя урожайность образцов (хср ± t05Sxср) составила 288,2 ± 8,4 г/м2, в 2014 – 299,7 ± 9,4 г/м2, по сравнению с наиболее влагообеспеченным 2017 г. – 587,3 ± 14,6 г/м2. Коэффициент вариации (V) признака был достаточно высоким и изменялся от 22,65 до 33,83 % (табл. 2).

Таблица 1

Высота растений у коллекционных образцов яровой мягкой пшеницы, 2013–2019 гг.

Годы

Высота растений, см

Коэффициент вариации (V), %

min

max

средняя (хср ± t05Sxср)

2013

25

95

62,3 ± 1,3

21,30

2014

35

105

73,0 ± 1,5

22,14

2015

25

95

58,3 ± 1,4

26,13

2016

50

100

78,8 ± 1,0

11,36

2017

55

140

112,4 ± 1,5

11,88

2018

48

96

73,1 ± 0,9

10,84

2019

40

95

68,9 ± 0,9

12,88

 

Таблица 2

Урожайность коллекционных образцов яровой мягкой пшеницы, 2013–2019 гг.

Годы

Урожайность, г/м2

Коэффициент вариации (V), %

min

max

средняя (хср ± t05Sxср)

2013

106

706

387,4 ± 10,2

26,29

2014

38

566

299,7 ± 9,4

33,83

2015

116

684

368,3 ± 9,4

27,66

2016

134

600

337,3 ± 9,5

24,99

2017

198

898

587,3 ± 14,6

22,65

2018

122

584

352,8 ± 9,1

23,86

2019

114

554

288,2 ± 8,4

27,39

 

Таблица 3

Выделенные источники короткостебельности среди коллекционных образцов, 2013–2019 гг.

Сорт

Происхождение

Устойчивость к полеганию, балл (средний)

Высота растений, см

средняя

min

max

Кинельская нива, st

Кинель

4,3

82,0

68

117

Эстивум С-8

Безенчук

5

40,0

35

45

Эстивум С-14

Безенчук

5

40,0

35

45

Эстивум С-17

Безенчук

5

40,0

35

45

Василиса

Беларусь

5

50,8

45

90

Кампанин

Германия

5

52,4

35

80

Sable

Канада

5

39,3

25

52

606 к-65462

Канада

5

42,0

35

53

Long Fu 7

Китай

5

49,0

40

58

Long Fu 13

Китай

5

48,5

40

57

VZ-602

Мексика

5

49,2

40

82

Сложный гибрид к-30663

Мексика

5

56,2

45

64

Сложный гибрид к-31467

Мексика

5

56,0

35

80

Iona

США

5

50,4

35

70

Jefferson

США

5

38,3

35

45

Septima

Чехия

5

40,0

25

50

Tercie

Чехия

5

44,7

35

54

Seance

Чехия

5

40,7

25

52

Lilen-INIA

Чили

5

44,3

45

53

 

За годы исследований короткостебельные сорта и гибриды в основном имели зарубежное происхождение, это образцы из Республики Беларусь, Германии, Канады, Мексики, США, Чехии и Чили. По признаку короткостебельности были выделены 18 генетических источников (табл. 3). Высота растений в среднем у выделенных образцов составляла 38,3–56,2 см, сорта-стандарта Кинельская нива (Кинель) – 82,0 см. Представленные короткостебельные сортообразцы во все годы изучения имели максимально высокую оценку устойчивости к полеганию – 5 баллов, в то время как у стандартного сорта в ряде лет была оценка 4 балла. Можно также отметить, что выделенные образцы отличались более толстой и прочной на излом соломиной. Наибольшая высота растений яровой мягкой пшеницы была отмечена в 2017 г., что тесно связано с высокой влагообеспеченностью первой половины вегетационного периода – периода вегетативного развития растений. В условиях данного года стандарт Кинельская нива превысил свой средний показатель высоты растений на 35 см, а минимальное значение – на 49 см. Сортообразцы с выделенным признаком короткостебельности также превышали свои минимальные значения на 10–45 см.

Таблица 4

Урожайность короткостебельных образцов яровой мягкой пшеницы, 2013–2019 гг.

Сорт

Происхождение

Урожайность, г/м2

min

max

средняя

Кинельская нива, st

Кинель

292

811

458,7

Эстивум С-8

Безенчук

196

336

267,3

Эстивум С-14

Безенчук

238

294

257,0

Эстивум С-17

Безенчук

212

318

248,0

Василиса

Беларусь

194

324

250,7

Кампанин

Германия

116

536

307,3

Sable

Канада

178

210

194,0

606 к-65462

Канада

158

416

272,5

Long Fu 7

Китай

174

250

212,0

Long Fu 13

Китай

158

240

199,0

VZ-602

Мексика

222

596

342,3

Сложный гибрид к-30663

Мексика

214

462

302,9

Сложный гибрид к-31467

Мексика

234

552

326,2

Iona

США

160

458

270,0

Jefferson

США

116

248

182,0

Septima

Чехия

152

434

263,6

Tercie

Чехия

326

474

380,0

Seance

Чехия

264

508

336,0

Lilen-INIA

Чили

222

328

260,0

 

Таблица 5

Корреляционная зависимость между урожайностью и высотой растений коллекционных образцов, 2013–2019 гг.

Значение

Коэффициент корреляции (r) по годам

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

r

0,44

0,58

0,61

0,46

0,44

0,42

0,28

r 0,05

0,113

r 0,01

0,148

 

Необходимо отметить, что наряду со снижением высоты растений короткостебельные сорта часто передают и ряд отрицательных признаков и свойств – это более низкая продуктивность в условиях засушливого года, поражение болезнями в благоприятные годы, слабая засухоустойчивость. Поэтому при селекции на короткостебельность наиболее ценным является исходный материал, который помимо генетически обусловленной низкой высоты растений имеет ряд других селекционно ценных положительных признаков и свойств.

Урожайность сортов с выделенным признаком короткостебельности в среднем по годам исследования была невысокая (182– 380 г/м2). Сорт-стандарт Кинельская нива по урожайности превосходил все короткостебельные сортообразцы (458,7 г/м2) (табл. 4). В качестве источников короткостебельности и устойчивости к полеганию, в аналогичных месту проведения исследований природно-климатических условиях, рекомендуем использовать наиболее продуктивные образцы: Кампанин (Германия), VZ-602, сложный гибрид к-30663 и к-31467 (Мексика), Tercie, Seance (Чехия), а для коррекции селекционного материала по высоте растений – и другие выделенные формы.

Корреляционный анализ данных урожайности и высоты растений в коллекционном питомнике, за семь контрастных по влагообеспеченности лет, показал наличие ежегодной положительной зависимости между изучаемыми признаками (r = 0,28–0,61) при критическом значении коэффициентов r0,05 = 0,113, r0,01 = 0,148 (табл. 5).

Рассчитанная за эти годы корреляция свидетельствует о достаточно невысокой в отдельные годы зависимости двух показателей. Скорее всего, для засушливых условий, кроме высоты растений в формировании урожайности имеет особое значение накопление вегетативной массы и за счет других показателей. На это необходимо обратить внимание при изучении образцов и в самом селекционном процессе – при подборе родительских форм и отборах. Наиболее стабильная положительная корреляционная связь была отмечена в 2014 и 2015 гг., r = 0,58–0,61.

Заключение

В условиях Средневолжского региона высота растений и оценка в полевых условиях устойчивости являются в достаточной степени надежными показателями степени полегания образцов яровой пшеницы. При селекции на короткостебельность наиболее ценным является исходный материал, который помимо генетически обусловленной низкой высоты растений имеет ряд других селекционно ценных положительных признаков. По результатам многолетних исследований установлено наличие ежегодной положительной связи между показателями высота растений и урожайность образцов (r = 0,28–0,61, достоверно на 1 % уровне). Это говорит о том, что наиболее высокорослые сортообразцы имеют в засушливых условиях региона большую урожайность зерна. Поэтому в селекционных программах скрещиваний необходимо использовать образцы, обладающие комплексом хозяйственно ценных признаков, а выделенные нами источники короткостебельности и устойчивости к полеганию предлагаются для незначительной коррекции выделившегося селекционного материала по высоте растений. Среди изученного исходного материала выделено 18 генетических источников короткостебельности, представленных сортами и гибридами зарубежного происхождения, это образцы из Республики Беларусь, Германии, Канады, Мексики, США, Чехии и Чили. Выделенные короткостебельные образцы имели максимально высокую оценку устойчивости к полеганию, отличались более толстой и прочной соломиной и рекомендуются для использования в селекционных программах скрещиваний по Средневолжскому региону.