Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Пшеница является основной продовольственной культурой Российской Федерации. Первоочередной задачей современной селекции остается создание новых высокоурожайных и высококачественных сортов, отвечающих современным требованиям [1]. Увеличение продуктивности пшеницы во многом зависит от селекционной работы, в процессе которой выводятся современные продуктивные сорта, отзывчивые на улучшение агроклиматических условий и в то же время устойчивые к воздействию стрессовых факторов. С точки зрения селекции большое значение имеют признаки, менее варьирующие под влиянием неблагоприятных условий среды. В селекционном процессе показателем отбираемых генотипов служит уровень их урожайности. Реализация продуктивности сортов находится в прямой зависимости от гидротермических условий в критические периоды роста и развития, соблюдения технологии возделывания. В свою очередь неблагоприятные условия снижают уровень урожайности более чем в два раза [2].

Урожайность – это комплексный показатель, который складывается за счет различных элементов структуры урожая, находящихся в достаточно сложной корреляционной зависимости как между собой, так и с урожайностью зерна [3–5]. Знание этих зависимостей позволяет усилить либо ослабить те или иные признаки для получения их оптимального сочетания и как итог – получить высокую продуктивность сортов. Одним из важных элементов продуктивности в любой зоне является масса 1000 зерен, имеющая положительную корреляцию с урожайностью, и независимо от силы связи двух признаков – это надежный индикаторный показатель при селекционном отборе на урожайность [6].

Масса 1000 зерен показывает количество вещества, содержащегося в зерне, а его крупность зависит от генотипа сорта, агроклиматических условий, уровня минерального питания и технологии возделывания. У интенсивного типа сортов пшеницы в годы засух формируются менее выполненные зерна, так как им не хватает влаги для наполнения зерновки питательными веществами, поэтому масса 1000 зерен у них снижается до уровня мелкозерных экстенсивных сортов, что существенным образом сказывается на их продуктивности [7]. Поэтому для стабилизации ежегодных валовых сборов зерна необходимо создавать новые сорта, в том числе и существенно не снижающие при неблагоприятных условиях показатели крупности зерна.

Всеобщей проблемой является снижение генетического разнообразия, а в отношении пшеницы эти процессы особенно масштабны [8]. Фактический сбор продукции не будет увеличиваться, если не улучшать генетический потенциал сортов [9]. Для эффективной селекционной работы нужно выявлять новые генетические источники и доноры хозяйственно-ценных признаков, изучать их, при этом учитывать связи всех элементов структуры урожая растений и реакции на изменение метеорологических условий в регионе возделывания культуры [10, 11]. Новый исходный материал подбирается с заданными ценными признаками и определяется особенностями агроклиматических и почвенных условий региона. В Среднем Поволжье показателю масса 1000 зерен уделяется довольно большое значение, он характеризует товарность продукции яровой мягкой пшеницы, в основном за счет крупности и выполненности зерна [12].

Цель исследований: изучить селекционную ценность признака масса 1000 зерен и выделить из образцов различного эколого-географического происхождения ценные источники для дальнейшего использования в селекционном процессе засушливых зон.

Материалы и методы исследований

Научные исследования проводились на базе лаборатории селекции и семеноводства яровой мягкой пшеницы Поволжского НИИСС – филиала СамНЦ РАН в 2017–2019 гг. Полевые опыты закладывались на полях первого селекционного севооборота, предшественник – чистый пар. Почва севооборота – чернозем типичный малогумусный среднемощный легкоглинистый, содержание гумуса в пахотном слое (по Тюрину) 5–6 %. Содержание питательных элементов в почве: подвижного фосфора 61–77 мг/кг (среднее), обменного калия 374–423 мг/кг (очень высокое), легкогидролизуемого азота 28–49 мг/кг (низкое и среднее). Почва имеет слабокислую реакцию среды, pH вытяжки почвы 5,4 ед.

Коллекционный питомник высевался на шестирядковых делянках площадью 1 м2 в опытах без повторностей с частыми стандартами (через десять номеров). Посев проводился в оптимальные для культуры агротехнические сроки селекционной сеялкой ССФК-7М. Норма высева составляла 450 всхожих семян на 1 м2. Уборка делянок коллекционного питомника проводилась в фазу полной спелости зерна в сноповой материал с последующим обмолотом на молотилке МПСУ-500 и взвешиванием зерна на лабораторных весах. Часть растений в поле отбиралась для проведения структурного анализа и описания растений.

Для выполнения исследований использовались 344 образца яровой мягкой пшеницы коллекционного питомника, представленного в основном образцами из мировой коллекции ВИР, селекционных учреждений страны и перспективными сортами и линиями собственной селекции. Изучаемые образцы имеют селекционную ценность по различным хозяйственно-ценным признакам и свойствам в регионе. В качестве стандарта были взяты сорта, районированные в Самарской области: сорт Кинельская нива (st 1) – лучший районированный сорт селекции института, занимающий наибольшие площади в области, и сорт Тулайковская надежда (st 2), являющийся стандартом в системе госсортоиспытания Средневолжского региона.

Массу 1000 зерен определяли согласно Межгосударственному стандарту: ГОСТ 10842-89 Зерно зерновых и бобовых культур и семена масличных культур. Метод определения массы 1000 зерен или 1000 семян [13]. Наблюдения и учеты проводились по Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [14]. Для выделившихся образцов нами рассчитаны: коэффициент вариации (V) по каждому сорту согласно Методике полевого опыта [15] и коэффициент линейной регрессии (bi) по S.A. Eberhart, W.A. Russell для лучших образцов, с учетом индекса условий среды [16]. Математическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакета анализа данных компьютерной программы Excel и прикладной программы Stat.

Климатические условия в Среднем Поволжье формируются под влиянием континентальных условий умеренных широт и характеризуются высокими температурами воздуха летом и низкими зимой. Метеоусловия в годы исследований сложились крайне разнообразно, что способствовало хорошей оценке материала по многим показателям: 2017 год был благоприятным для роста и развития яровой пшеницы, хотя и контрастным по увлажнению – обилие осадков в мае–июне (3-кратная норма) и засуха после колошения, ГТК май – август составил 1,04 (среднемноголетнее значение – 0,73); вегетационный период 2018 г. проходил в засушливых (май–июнь) и острозасушливых (август) условиях (ГТК май – август 0,51); период вегетации 2019 г. характеризовался как засушливый с ГТК май – август 0,48 (июнь – острозасушливый с ГТК 0,17).

Результаты исследования и их обсуждение

Стабильные значения показателя крупности зерна имеют важное агрономическое значение в засушливых условиях как в плане снижения варьирования валового производства, так и в плане сохранения ряда качественных показателей товарного зерна. Поэтому в селекционных программах этому признаку необходимо уделять большое внимание. Полевая оценка формирования массы 1000 зерен 344 сортов и линий яровой мягкой пшеницы из мировой коллекции ВИР, научных учреждений страны и собственной селекции в течение трех лет показала очень широкое варьирование признака у сортов – от 22,8 г до 45,7 г в условиях Среднего Поволжья. При этом ряд образцов с низкой массой 1000 зерен в засушливых условиях не сформировали даже экономически значимый урожай – одна тонна с гектара, который бы окупил затраты на производство.

Для определения зависимости урожайности зерна от изучаемого признака в агроклиматических условиях зоны проведения исследований на одинаковом наборе сортов (99 парных наблюдений) в трех контрастных условиях корреляционным анализом выявлена слабая положительная зависимость (r = 0,155) урожайности сортов от массы 1000 зерен в условиях Самарской области при критическом значении коэффициентов корреляции r005 = 0,113, r001 = 0,148. Слабая положительная зависимость объясняется тем, что урожайность – это все-таки комплексный показатель, зависящий от многих факторов и признаков, в том числе от количества колосьев на единице площади, числа зерен в них и массы 1000 зерен. Каждый из этих признаков имеет в течение вегетационного периода свои наиболее уязвимые периоды: количество колосьев формируется в основном с момента посева и до начала трубкования, число зерен в колосе – с момента формирования колосовых бугорков и до цветения, масса 1000 зерен – в период формирования и налива зерна. Таким образом, основной элемент продуктивности, негативно влияющий на урожайность в сезоне, будет определяться сроками наступления засушливых условий.

Несмотря на слабую зависимость урожайности от массы 1000 зерен, в селекционных программах необходимо уделять особое внимание данному признаку как в плане стабильности значения по годам, в частности – минимальному снижению показателя в условиях засухи, так и некоторой отзывчивости его в благоприятных условиях. Это позволит целенаправленно проводить отборы в селекционном процессе нового гибридного и селекционного материала с определенной выраженностью признака масса 1000 зерен и будет способствовать увеличению урожайности создаваемых сортов яровой мягкой пшеницы в засушливых условиях Средневолжского региона.

Величина признака масса 1000 зерен во всех регионах выращивания культуры зависит от агрометеорологических условий второй половины вегетации, именуемой генеративной фазой развития растений. Данная фаза начинается с колошения, которое у большинства сортов яровой мягкой пшеницы в условиях Среднего Поволжья наступает в среднем 24–27 июня. С учетом экстремальных погодных условий: минус 5–8 суток в условиях устойчивой засухи и жары, плюс 6–11 суток в условиях влагообеспеченного и прохладного периода вегетативной фазы развития растений (периода от посева до колошения). В контрастных условиях исследований масса 1000 зерен 344 образцов яровой мягкой пшеницы находилась в диапазоне от 22,8 г до 45,7 г. Средняя масса 1000 зерен у образцов составляла 34,3 г, у сорта Кинельская нива (st 1) – 34,8 г, Тулайковская надежда (st 2) – 37,7 г (таблица).

Лучшие образцы мировой и признаковой коллекции института, выделившиеся по массе 1000 зерен, за 2017–2019 гг.

Примечание: * – образец с минимальным значением показателя за годы исследований.

Стабильно низкие показатели массы 1000 зерен в годы исследований наблюдались у сортов Новосибирская 31 (Новосибирск) и Зауралочка (Курганская обл.). При этом даже в благоприятный год значения изучаемого признака у сортов не превышали 31,1 г, что крайне мало для условий региона. А значения массы 1000 зерен менее 28,0 г присущи многим сортам в аномально жарких и засушливых условиях, схожих с условиями 2010 г. (высокий температурный фон и устойчивая засуха в течение всего вегетационного периода).

Максимальные значения показателя масса 1000 зерен в среднем по годам исследования отмечены у сортов: Кинельская 59 (Кинель) – 40,4 г, Курагинская 2 (Красноярский край) – 40,2 г, Сигма (Омск) – 42,1 г и Ульяновская 100 (Ульяновск) – 40,3 г. Эти же сорта отличались крупным зерном с высокой массой 1000 зерен в годы с неблагоприятными погодными условиями, с показателями – 35,1 г; 35,0 г; 37,2 г; 35,7 г соответственно, и сорт Мерцана (Тамбов) с показателем 37,3 г.

Необходимо отметить, что выделенные нами образцы имеют невысокие значения коэффициента вариации (V) признака масса 1000 зерен за исследуемые годы – от 5,2 % до 13,2 %, коэффициент линейной регрессии (bi), характеризующий реакцию сорта на изменение условий выращивания (индекс среды), варьировал у сортов в более широких пределах – от 0,49 до 1,40. Анализ фактических значений массы 1000 зерен и расчетных показателей в группе лучших сортов позволил разделить их на две подгруппы. В первую подгруппу образцов, сочетающих высокую массу 1000 зерен и стабильность признака – по низкому показателю коэффициента вариации, который свидетельствует о меньшей реакции сортов на изменения факторов внешней среды (в данных исследованиях большей частью это на неблагоприятные факторы – два года засухи из трех), можно отнести сорта и линии: Лютесценс 6182/12-33, Эритроспермум 6517/24-1 (Кинель), Саратовская 68, Саратовская 73, Саратовская 74 (Саратов), Мерцана (Тамбов) и Экада 113 (Ульяновск и др.). Во вторую подгруппу вошли образцы, показавшие в исследованиях наряду с высокими значениями массы 1000 зерен отзывчивость на улучшение условий среды (коэффициент линейной регрессии более 1,2) на фоне незначительного снижения изучаемого признака в неблагоприятные годы: Тулайковская надежда (Безенчук), Самсар (Безенчук, Саратов), Кинельская 59, Эритроспермум 4146 (Кинель), Курагинская 2, Свирель (Красноярский край), Сигма (Омск), Л-505 (Саратов) и Ульяновская 100 (Ульяновск).

Данные образцы имеют большую селекционную ценность и с учетом выявленных особенностей рекомендуются нами для использования в различных схемах скрещиваний в засушливых регионах.

Заключение

Увеличение массы 1000 зерен путем селекции является одним из способов повышения урожайности яровой мягкой пшеницы в Средневолжском регионе. Масса 1000 зерен показывает количество вещества, накопленного в зерне, его крупность и зависит как от факторов среды, так и от генетических особенностей сорта, как следствие, может варьировать в достаточно широких пределах. Выделенные по результатам трехлетнего изучения образцы рекомендуются нами для использования в селекционных программах засушливых регионов страны. При этом необходимо учитывать, что сорта первой подгруппы: Лютесценс 6182/12-33, Эритроспермум 6517/24-1, Саратовская 68, Саратовская 73, Саратовская 74, Мерцана, Экада 113 – предпочтительнее использовать для создания селекционных форм со стабильно высокими показателями массы 1000 зерен в засушливых и острозасушливых условиях. Сорта второй подгруппы: Тулайковская надежда, Самсар, Кинельская 59, Эритроспермум 4146, Курагинская 2, Свирель, Сигма, Л-505, Ульяновская 100 – рекомендуются для создания форм, отзывчивых на некоторое улучшение условий среды в менее засушливых условиях.