Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,976

Введение

Пшеница представляет особую ценность для производства продовольственного зерна в Сибири. Создание устойчивых сортов является одним из перспективных направлений в селекции – экологически безопасный способ защиты пшеницы от болезней. Для успешной иммуногенетической защиты большую значимость представляет разнообразие выращивания генетически разнородных по генам устойчивости сортов в регионах. Сорта однородные по генам быстро теряют эффективность: ген Lr26 на Северном Кавказе в 1970 годах, ген Lr19 в Поволжье в 1990 годах и ген Lr9 в Западной Сибири и на Урале в 2000-х годах [1-3]. В Западной Сибири в 2015 г. стеблевая ржавчина стала одной из основных болезней, вследствие чего отмечалось заметное снижение не только урожайности, но и качества зерна [4]. В связи с этим проводится изучение и обмен перспективным селекционным материалом между учреждениями, одно из которых – Казахстанско-Сибирская сеть (КАСИБ). Многие сортообразцы пшеницы мягкой яровой, изучаемые в КАСИБ, в дальнейшем включаются в Госреестры Российской Федерации и Республики Казахстан, внедряются в производство, а также используются в селекционных программах. Ярким примером является изучение сортообразцов «Омского АНЦ»: Лютесценс 6/04-4 испытывался в 2015 и 2016 гг., затем в 2019 г. был включен в Госреестры РФ и РК под названием Омская 42; Лютесценс 79/04-11 изучался в 2017 и 2018 гг. и был включен в Госреестр РФ в 2021 г. как сорт Омская 44, а Лютесценс 70/06-4 проходил испытание в 2019 и 2020 гг. и в 2022 г. был включен в Госреестр РФ под названием Тарская юбилейная. В экологических точках, где было отмечено поражение посевов листостебельными патогенами, эти сорта подтвердили высокую и умеренную устойчивость к стеблевой и бурой ржавчинам, а по урожайности превысили восприимчивые генотипы на 0,39-1,23 т/га. Сорта и линии, восприимчивые к грибным патогенам, по урожайности не превышали 2,0 т/га. Анализ литературных источников свидетельствует об актуальности проблемы и необходимости эффективнее вести селекционную работу по созданию сортов пшеницы мягкой яровой, устойчивых к листостебельным заболеваниям [5-7].

Цель исследований – сравнить урожайность и стабильность устойчивых и восприимчивых к листостебельным патогенам сортов яровой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Омской области за 10-летний период, 2015-2024 гг.

Материалы и методы исследования

С целью проведения сравнительного анализа с 2015 по 2024 г. были выбраны сорта: восприимчивые к бурой ржавчине (Puccinia recondita f. sp. tritici), стеблевой ржавчине (Puccinia graminis f. sp. tritici) и мучнистой росе (Blumeria graminis f. sp. tritici) – среднеранний сорт Памяти Азиева, среднеспелый Дуэт (в эти годы устойчив только к бурой ржавчине), и среднепоздний Омская 18; устойчивые к листостебельным патогенам – среднеранний Тарская юбилейная, среднеспелый Омская 44 и среднепоздний Омская 42. По качеству зерна сорта Памяти Азиева, Омская 18, Омская 44 и Омская 42 относятся к сильной пшенице, а Дуэт и Тарская юбилейная – к ценной. Сорта Памяти Азиева, Омская 18, Омская 44 и Омская 42 характеризуются повышенной засухоустойчивостью, их индекс устойчивости (ir) по оценке in vitro колебался от 0,52 до 0,60 [8]. У сортов Тарская юбилейная и Омская 42 выявлена пшенично-ржаная транслокация 1RS.1BL (Lr26/Sr31). Сорт Омская 44 характеризуется двумя транслокациями – пшенично-ржаной 1RS.1BL (Lr26/Sr31) и пшенично-пырейной 7DL–7Ai (Lr19/Sr25). Сорт Дуэт устойчивый к бурой ржавчине (ген Lr9) [9]. В годы массового развития листостебельных патогенов сорта Тарская юбилейная и Омская 42 (одна транслокация) проявляли умеренную устойчивость к бурой ржавчине и высокую к стеблевой, а сорт Омская 44 (две транслокации) характеризовался высокой устойчивостью к ржавчинным патогенам. К патогену мучнистой росы все сорта характеризовались средним уровнем устойчивости (ИУ = 0,36-0,65).

Посев проводили сеялкой ССФК – 7 М, площадь делянки 10 м2, повторность четырёхкратная. Норма высева 5,5 млн всхожих семян на гектар. Сроки посева – 12-15 мая. Для оценки устойчивости сортов к бурой, стеблевой ржавчинам и мучнистой росе использовали международную шкалу [10, с. 34-36]. Учеты проводили в динамике 3–5 раз через 5–7 суток с начала проявления заболеваний до восковой спелости. Рассчитывали площадь под кривой развития заболеваний (ПКРБ) и индекс устойчивости (ИУ): высокий – от 0,10 до 0,35; средний – от 0,36 до 0,65; низкий – от 0,66 до 0,80 и восприимчивость >80 [11, с. 45-47]. Результаты исследований статистически обработаны по Доспехову Б.А. [12], с использованием пакетов программ Microsoft Office Excel, 2010. При сравнении сортов по урожайности рассчитывали базисные показатели абсолютного прироста и темпа прироста [13, с. 98–101]. Параметры экологической пластичности рассчитаны по наиболее распространённой методике Эберхарта, Рассела (S.A. Eberhart, W.A. Russell, 1996) в изложении Зыкина В.А. и др. [14, с. 29-44]. Особую ценность представляют сорта со средней и высокой урожайностью, коэффициент регрессии (bi) близок или превосходит 1, стабильность (σd2) близка к 0. Для объективной оценки сортов по урожайности были рассчитаны следующие показатели:

- средняя арифметическая (х);

- коэффициент вариации

(Cv,%) = (стандартное отклонение (s)/ср.)*100;

- реализация потенциала продуктивности,

% = (ср./макс.)*100;

- фактор стабильности

(S.F.) = (макс./мин.);

- степень депрессии урожая

(Д, %) = (У1–У2)*100/У1,

где У1 – максимальная урожайность в относительно благоприятный год; У2 – фактическая урожайность оцениваемого года [15].

Результаты исследования и их обсуждение

За 10 лет, c 2015 по 2024 г. изучения, по агрометеорологическим условиям 7 лет были благоприятными для развития листостебельных патогенов (с 2015 по 2020 г. и в 2024 г.). ГТК в эти годы в течение вегетационного периода колебался от 0,98 до 1,76. Восприимчивые сорта к ржавчинным патогенам Памяти Азиева и Омская 18 поражались на 80–100%. Сорт Дуэт был устойчивый к бурой ржавчине и на 100% поражался стеблевой. Поражение растений мучнистой росой колебалось от 60 до 90%. Неблагоприятные условия вегетационного периода для листостебельных заболеваний продолжались три года (2021–2023 гг.), которые по влагообеспеченности характеризовались как засушливые, развитие ржавчинных заболеваний на полях не наблюдалось (ГТК май-август = 0,55, 1,0 и 0,84 соответственно) (рис. 1).

Анализ результатов оценки устойчивости сортов в полевых условиях показал, что в годы массового развития стеблевой ржавчины у восприимчивых сортов (Памяти Азиева, Дуэт и Омская 18) ИУ колебался от 0,9 до 1. Сорта Тарская юбилейная, Омская 44 и Омская 42 в эпифитотийные годы проявляли высокий уровень устойчивости, индекс устойчивости варьировал от 0,09 до 0,35. Средняя урожайность за 10 лет изучаемых сортов составила 3,63 т/га и колебалась от 2,84 до 4,65 т/га. Однако средняя урожайность восприимчивых сортов (2,72 т/га) в годы массового развития листостебельных заболеваний была на 1,68 т/га меньше, чем у устойчивых (4,42 т/га), что согласуется с другими авторами [16].

Анализ данных динамики урожайности устойчивых сортов к листостебельным патогенам выявил четкую тенденцию увеличения их урожайности в годы массового развития этих патогенов (табл. 1).

Рис. 1. Поражение листостебельными патогенами пшеницы мягкой яровой, 2015-2024 гг. Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования

Таблица 1

Динамика урожайности устойчивых сортов к листостебельным патогенам в эпифитотийные и засушливые годы

Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Среднеранний сорт Тарская юбилейная давал прибавку урожайности к Памяти Азиева 1,53 т/га, темп прироста был на 52% выше стандарта. Среднеспелый сорт Омская 44 также имел значительную прибавку в урожайности 1,61 т/га в сравнении со стандартом Дуэт, темп прироста составил 59%. Среднепоздний сорт Омская 42 по урожайности был на уровне сортов Тарской юбилейной и Омской 44, однако абсолютный прирост был наибольшим 1,94 т/га и темп прироста равнялся 78%. Таким образом, в эпифитотийные годы, независимо от группы спелости, устойчивые сорта показали значительное превосходство по урожайности.

В засушливые годы (2021–2023) разница по урожайности была не существенной, за исключением среднераннего сорта Тарская юбилейная, который достоверно превысил на 0,91 т/га восприимчивый стандарт Памяти Азиева.

Проведенный двухфакторный дисперсионный анализ показал, что в годы массового развития листостебельных патогенов урожайность сортов зависела от генотипа на 48,5%, а от условий изучения – на 27,9%. В годы отсутствия на посевах листостебельных заболеваний урожайность от сорта зависела на 38,6%, от года испытания на 28,9%.

Рис. 2. Средняя урожайность устойчивых и восприимчивых сортов, т/га, 2015-2024 гг. Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования.

В среднем ежегодная урожайность устойчивых и восприимчивых сортов представлена на рисунке 2.

На рисунке представлены данные, которые показывают, что в годы массового развития заболеваний у восприимчивых сортов урожайность не превышала 2,47 т/га, однако исключением были 2017 и 2018 годы. В эти годы в среднем урожайность восприимчивых сортов составила 4,09 и 3,82 т/га (Памяти Азиева – 3,90 т/га, Дуэт – 4,16 т/га и Омская 18 – 3,81 т/га), уступая устойчивым 0,98 и 0,54 т/га соответственно. В остальные эпифитотийные годы их средняя урожайность была существенно ниже и варьировала от 1,61 до 2,79 т/га. Анализ учетов поражения сортов наиболее опасным и агрессивным заболеванием стеблевой ржавчиной в динамике показал, что в 2017 и 2018 гг. поражение этим патогеном у восприимчивых сортов Памяти Азиева наступало после колошения на 29-е сутки, Дуэт – 27-е сутки и Омская 18 – 23-и сутки. Период развития заболевания от начала поражения до восковой спелости в среднем за 2 года составил у Памяти Азиева 17 суток, Дуэт – 22 суток и Омская 18 – 26 суток. В годы массового развития заболевания (2015, 2016, 2019, 2020 и 2024) поражение растений этих сортов наступало значительно раньше: у сорта Памяти Азиева – на 21-е сутки (на 8 суток раньше), сорта Дуэт – на 18-е сутки (на 9 суток раньше) и Омская 18 – на 15-е сутки (на 8 суток раньше). Период развития заболевания от начала поражения до восковой спелости в среднем за 5 лет у Памяти Азиева, Дуэта и Омской 18 составил 28, 33 и 37 суток соответственно, т.е. на 11 суток продолжительнее в сравнении с 2017 и 2018 гг.

Данными по качеству зерна установлено, что в годы массового поражения листостебельными заболеваниями, при формировании качественных показателей современные устойчивые сорта Тарская юбилейная, Омская 44 и Омская 42 имели преимущество как по натурному весу (+21,0...56,0 г/л) и массе 1000 зёрен (+6,6...14,8 г), так и по концентрации белка и клейковины в зерне, в сравнении с восприимчивыми сортами. Оптимальными технологическими свойствами отличался среднеранний ценный сорт Тарская юбилейная в целом по выборке сортов и в своей группе спелости. Выявлено, что чем позже начинается эпифитотия (2017 и 2018 гг.), тем меньшее влияние болезни оказывают на формирование качественных показателей, что согласуется с данными зарубежных авторов [17]. В эти годы в сравнении с другими годами массового развития листостебельных патогенов (2015, 2016, 2019, 2020 и 2024) у восприимчивых сортов масса 1000 зерен, натурный вес и концентрация белка в зерне были на 5,7–8,2 г, 61–78 г/л и 0,7–2,5% соответственно выше.

Периоды начала поражения растений восприимчивых сортов патогенами сопряжены с урожайностью, массой 1000 зерен, натурным весом и концентрацией белка в зерне. Расчет коэффициента корреляции между началом эпифитотий и урожайностью, а также показателями качества зерна удостоверил, что чем позднее наступает период поражения растений возбудителями, тем выше урожайность (r=0,71±0,25), масса 1000 зерен (r=0,65±0,27) и натура зерна (r=0,64±0,27).

Таблица 2

Показатели урожайности и стабильности устойчивых и восприимчивых сортов к листостебельным патогенам пшеницы мягкой яровой, 2015-2024 гг.

Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования.

Данные, представленные в таблице 2, показывают, что за годы исследований урожайность восприимчивых сортов в среднем равнялась 2,90 т/га.

Эти сорта характеризовались высокой изменчивостью Cv >30%, показатель реализация потенциала их продуктивности 63–66%, показатель фактора стабильности выше 2, средняя урожайность в контрастных условиях колеблется от 3,0 до 3,2 т/га и депрессия урожая превышает 50%. Эти показатели подтверждают, что за годы исследований эти сорта характеризуются слабой устойчивостью к стрессовым факторам среды. У сортов, проявляющих умеренную и высокую устойчивость к листостебельным патогенам, средняя урожайность равнялась 4,23 т/га, т.е. на 1,33 т/га выше, чем у восприимчивых. Варьирование урожайности у этих сортов было существенно ниже, чем у восприимчивых (Cv колебалось от 18% до 26%). Независимо от группы спелости эти сорта превосходят восприимчивые сорта по показателям стабильности: их потенциал продуктивности от 72 до 75%, фактор стабильности не выше 2, депрессия урожая меньше 51%. Генетическая гибкость у устойчивых сортов выше 4 т/га. Резистентность к ржавчинным патогенам сортов Тарская юбилейная и Омская 42 обеспечена пшенично-ржаной транслокацией 1RS.1BL (Lr26/Sr31), а у сорта Омская 44 двумя транслокациями – пшенично-ржаной 1RS.1BL (Lr26/Sr31) и пшенично-пырейной 7DL–7Ai (Lr19/Sr25). Такие данные доказывают их возможность противостоять экологическим стрессам.

Экологическая оценка изучаемых сортов яровой мягкой пшеницы в течение 10 лет позволила объективно охарактеризовать сорта и выявить их пластичность и стабильность. Рассчитанные параметры экологической пластичности показали, что новые сорта с коэффициентом регрессии (bi колеблется от 1,0 до 1,3) характеризуются высокой отзывчивостью на улучшение условий и высокой буферностью (σd2 колеблется 0,31-0,58) при попадании в неблагоприятные условия. Таким образом, сорта Тарская юбилейная, Омская 44 и Омская 42 относятся к сортам интенсивного типа. Среднеранний сорт Памяти Азиева относится к экологически пластичному сорту bi = 1,1 и σd2 = 0,2. Однако его средняя урожайность за годы исследований не превышала 3 т/га, а урожайность нового среднераннего сорта Тарская юбилейная 4,52 т/га и показатели экологической пластичности (bi = 1,3 и σd2= 0,3), что указывает на особую ценность этого сорта в сравнении с сортом Памяти Азиева.

Селекционеру при характеристике сортов очень важно знать сопряженность урожайности с показателями экологической пластичности и стабильности. Расчеты коэффициентов корреляции выявили среднюю связь (r = 0,66) с коэффициентом регрессии (bi) и тесную связь между коэффициентом вариации (r = -0,94±0,15), потенциалом продуктивности (r = 0,95±0,14), фактором стабильности (r = -0,95±0,14), генетической гибкостью (r = 0,97±0,11) и депрессией сортов (r = -0,97±0,11). Таким образом, рассчитанные показатели объективно оценивают сорта по пластичности и стабильности, но необходимо особое внимание уделять урожайности сорта, который представляет интерес для производства и селекции.

Заключение

Средняя урожайность восприимчивых сортов Памяти Азиева, Дуэт и Омская 18 в эпифитотийные годы листостебельных заболеваний равнялась 2,72 т/га, а у устойчивых – Тарская юбилейная, Омская 44 и Омская 42 – 4,42 т/га. Таким образом, выращивание устойчивых сортов является экологически безопасным и высокоэффективным способом защиты и дает существенную прибавку урожайности (1,68 т/га).

Дисперсионным анализом показано, что в годы массового развития листостебельных патогенов урожайность сортов зависела от генотипа на 48,5%, а в годы их отсутствия на 38,6%.

Расчет коэффициента корреляции между началом эпифитотий на растениях и урожайностью, а также показателями качества зерна удостоверил, что при более позднем периоде поражения растений возбудителями выше урожайность (r=0,71±0,25), масса 1000 зерен (r=0,65±0,27) и натура зерна (r=0,64±0,27).

По результатам комплексной оценки адаптивности и стабильности устойчивые сорта по урожайности характеризовались более низкой вариабельностью (Сv < 30), их реализация потенциала продуктивности > 75%, фактор стабильности (S.F.) был выше 4 т/га, генетическая гибкость (ГС) меньше 2 и депрессия (Д) меньше 51%. Эти показатели подтверждают, что за годы исследований сорта Тарская юбилейная, Омская 44 и Омская 42 характеризуются повышенной устойчивостью к стрессовым факторам среды.

Сорта Тарская юбилейная, Омская 44 и Омская 42 являются одним из резервов валовых сборов, стабилизации зернового хозяйства, а также ценным генетическим материалом при селекции на устойчивость и продуктивность в условиях Западной Сибири.