Основные направления селекции яровой пшеницы на засухоустойчивость

СОРТА И СЕМЕНА

DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10308 УДК 631.52:633.11:551.577.38

Основные направления селекции яровой пшеницы на засухоустойчивость

Е. И. МАЛОКОСТОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В. В. Докучаева, квартал 5, 81. пос. 2 участка Института имени Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., 397463, Российская Федерация

Исследований проводили с целью создания селекционного материала, способного формировать многокорешковые растения. Выведение и распространение в производстве сортов яровой пшеницы с повышенным числом зародышевых корней и мощным их развитием предопределяет возможности не только увеличения уровня урожайности, но и повышения ее стабильности по годам. По результатам исследований выделены образцы с высокой долей (60-80 %) пятикорешковых семян - это сорта Крестьянка, Воронежская 12, Грекум 114, Тулунская, Саратовская 42, Саратовская 36 и Безенчукская 129. В результате межсортовых скрещиваний с их привлечением были созданы и отобраны линии с высокой долей 5-и корешковых семян. Трехлетнее испытание лучших из них показало, что число зародышевых корней в процессе репродуцирования остается стабильным. Доля 5-и корешковых семян у этих сортов и линий колебалась от 60 до 81 %. Засухоустойчивость растений в большей мере зависела от стадии развития, в которую они наиболее подвержены губительному воздействию засухи. В условиях юго-востока Воронежской области разница в использовании осадков сортами одной группы спелости определяется различиями в ритме развития, то есть в скорости прохождения отдельных этапов органогенеза. Выделены сорта и линии, которые в условиях майской засухи выколашиваются на 3-5 дней позднее, чем районированные сорта, созревая одновременно. В неблагоприятные по влагообеспеченности годы они были более засухоустойчивыми, чем стандарт Прохоровка (достоверные прибавки урожайности - от 2,5 до 4,2 ц/ га). В засушливых условиях II половины вегетации стабильной крупностью и хорошей выполненностью зерна характеризовались сорта Алтайского селекцентра:

К-45728, Алтайская 82, Алтайская 98, Лютесценс 549, Лютесценс 547, Лю-тесценс 77, Алтайская 105, Лютесценс 665/1, Лютесценс 775, Лютесценс 721, Алтайская жница, Апасовка, Тобольская, Сибирский альянс, Алтайская 530, Степная волна, Алтайская 99, Алтайская 110, Алтайская 100.

Ключевые слова: яровая мягкая пшеница, коллекция ВИР, корневая система, ритм развития, масса 1000 зерен, засухоустойчивость, линии.

Для цитирования: Малокостова Е. И. Основные направления селекции яровой пшеницы на засухоустойчивость // Земледелие. 2018. № 3. С. 37-39. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10308.

Многолетние исследования и наблюдения в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (Каменная Степь) показывают, что в условиях Воронежской области зерновые культуры, в том числе яровая пшеница, часто попадают под засухи, суховеи и запалы практически на всех этапах роста и развития. В Каменной Степи отмечаются все виды засух: почвенная, атмосферная и смешанные. Для этой местности характерны длительные периоды без осадков в полевой сезон, достигающие 20-40 дней, вызывающие высыхание почвы. Часто наблюдаются суховеи. Поэтому один из основных элементов климата, определяющих урожайность в зоне, - атмосферные осадки. Резкий их недостаток, быстрое нарастание температур весной в период «всходы-выход в трубку» не позволяют растениям яровой пшеницы формировать хорошо развитую вторичную корневую систему и дополнительные продуктивные побеги, что ведет к слабому развитию репродуктивных органов, а в конечном счете, к резкому недобору урожая. Из-за частых атмосферных засух в начальные фазы развития растений, в период налива и созревания зерна необходимо распространение засухоустойчивых сортов, способных противостоять указанным стрессовым факторам. Полевая засухоустойчивость, включает в себя сложный

комплекс признаков и свойств растения. Регулируя степень выраженности отдельных из них в конкретных условиях, можно добиться положительного сочетания в новых сортах засухоустойчивости и высокой продуктивности. Основные признаки, позволяющие решать такую задачу в условиях юго-востока ЦЧП - мощная корневая система и оптимальный ритм развития растений, благодаря которому открываются возможности для рационального использования выпадающих осадков. Корневая система имеет важнейшее значение в формировании урожая яровой пшеницы. Особенно возрастает ее роль в засушливые годы, когда от общего развития корневой системы, сложения и глубины проникновения ее в почву зависит не только уровень урожайности, но и возможность сохранения посевов [1]. При весенне-летней засухе яровая пшеница формирует урожай в основном за счет первичных корней, так как узловые в этих условиях развиваются слабо. Установлена высокая положительная связь сопряженности в засушливые годы между числом первичных корней и урожайностью [2, 3]. В условиях дефицита влаги с продуктивностью наиболее тесно связаны такие показатели, как стартовая энергия прорастания, густота стеблестоя и озерненность колоса. Уже с первых дней жизни существует тесная взаимосвязь между ростком и зародышевыми корешками. Поставляя листьям воду и питательные вещества, корни используют часть пластических веществ, полученных в процессе фотосинтеза, на дальнейшее увеличение своей массы. Наличие связи корневой системы с надземной массой, с площадью листовой поверхности подтверждают результаты ранее проведенных исследований [4, 5]. Изучение корреляционной зависимости между урожаем и климатическими факторами указывает на более значительное влияние водного режима на формирование элемен- ы тов продуктивности [6]. Создание е сортов с высокой адаптивностью | считается приоретной задачей для д стабилизации растениеводства в л зоне с резко-континентальным кли- е матом, нужны сорта, обладающие 2 повышенной сосущей силой корней 3 (25-32 атм.), чтобы растения более м эффективно использовали почвен- ° ную и атмосферную влагу [7]. Генети- 8

ческие ресурсы растений на службе человека - одна из самых актуальных тем в повестке научно-технического развития страны и обеспечения национальной безопасности [8].

Цель наших исследований - изучение 163 образцов яровой мягкой пшеницы различного географического происхождения для выявления сортообразцов, формирующих большее количество зародышевых корней с дальнейшим их использованием в селекции на засухоустойчивость.

Параллельно проводили работу по увеличению числа зародышевых корней путем межсортовой гибридизации и целенаправленного отбора. В качестве материнских форм использовали районированные и перспективные сорта, а также линии селекции НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. В качестве отцовской - образцы с высокой долей растений с 4-5 зародышевыми корешками. Для выявления межсортовых различий по числу зародышевых корней семена проращивали в термостате по ГОСТ Р 53325-2005. Посев, уход, наблюдения, уборку, лабораторный анализ снопового материала выполняли по методике ВИР (1977). Образцы высевали механизировано сеялкой порционного типа СУ-10 на делянках с учетной площадью 1,2 м2 в 2-х повторностях, линии и сорта в 2012-2014 гг. - этой же сеялкой по типу конкурсного сортоиспытания на делянках с учетной площадью 20 м2. Предшественник - озимое тритикале. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный с содержанием гумуса 6,8 %, подвижных форм фосфора и калия - 10-14 мг/100 г почвы и 1620 мг/100 г почвы соответственно, рН - 7,1. Минеральные удобрения вносили только под вспашку, осенью в дозе N32P32K32 кг д.в./га.

Метеоусловия в годы исследований различались по количеству выпавших осадков и температурному режиму по фазам развития растений и в большинстве своем были засушливыми, особенно в I половине вегетации.Благоприятным для яровой пшеницы выдался 2005 г. В 2006 г. наблюдали засуху во II половине вегетации. Формирование и налив зерна проходил с III декады июня до конца июля, осадков за этот период выпало 12 мм, при норме 75 $2 мм, температура воздуха превышала ° среднюю многолетнюю на 4,8 °С. В ю 2007 г. отмечали засуху в I половине ^ вегетации. Кущение, выход в трубку о и колошение проходили при высокой | температуре и недостаточной вла-гообеспеченности. Вторичная кор невая система отсутствовала. Осад-S ков за этот период выпало15,6 % от $ нормы. Засушливыми условиями

1. Результаты селекции яровой

Лабораторная оценка яровой пшеницы показала, что число зародышевых корешков на 1 проросток колебалось от 3,54 до 5,10 шт. Трехлетнее испытание лучших образцов показало, что число зародышевых корней в процессе репродуцирования остается стабильным. При этом если у сортов (Крестьянка, Воронежская 12, Грекум 114) по мере увеличения доли 5-корешковых семян продуктивность колоса возрастает, то у линий, полученных с их участием, такой зависимости не установлено. Лучшей среди других по продуктивности растения и массе 1000 семян

пшеницы по увеличению числа

Все изучаемые сорта и линии в засушливые 2012 и 2013 гг. превышали стандарт П рохо ровка по урожай ности (табл. 3) соответственно на 0,3-4,2 ц/ га и 1,4-2,9 ц/га. Наиболее урожайной (25,1 ц/га) в 2013 г была линия 977 (08), полученная при скрещивании Воронежской 12 и Грекум 114, на 2-ом и 3-ем местах с урожайностью 22,3 и 22,0 ц/га были линии 20(04) и Воронежская 18 соответственно. В 2012 г сбор зерна всех представленных сортов и линий, кроме Воронежской 18 и линии 20(04), достигал 24,4-24,6 ц/га с превышением ближнего стандарта на 2,5-4,2 ц/га.

зародышевых корней, 2005-2007 гг.

Доля 5-и Продук- Число Масса

Сорт, комбинация корешковых тивность зерен в 1000

семян, % колоса, г колосе зерен, г

Крестьянка 62 0,84 28 37,3

Воронежская 12 60 0,78 27 36,8

Крестьянка х Саратовская 42 77 0,87 30 37,9

Крестьянка х Саратовская 36 67 0,91 29 38,1

Воронежская 12 х Тулунская 61 0,89 32 38,2

Воронежская 12 х Безенчукская 129 65 0,92 31 36,7

Воронежская 12 х Грекум 114 67 1,02 30 39,1

Грекум 114 81 1,05 33 37,4

отличалась I половина вегетации 2012 г., осадков выпало 11,5 % от нормы, температура воздуха превышала среднемноголетнюю на 4,5-6,7 °С. Растения прекратили рост, вторичная корневая система отсутствовала. Во II половине вегетации 2012 г. погода для растений выдалась благоприятной, но стеблестой был изрежен, и запоздалое развитие вторичной корневой системы не сказалось на урожайности. Условия 2013 г. оказались более засушливыми, чем в 2012 г., на всем протяжении вегетации яровой пшеницы. Весна выдалась короткой, и уже с I декады апреля наблюдали переход к летнему режиму погоды при отсутствии эффективных осадков. С 10 апреля по 20 мая отмечали атмосферную засуху и наблюдали угнетение растений пшеницы. Более благоприятным для яровой пшеницы был 2014 г., хотя за период со II декады апреля по I декаду июня выпало 43,1 мм осадков, что ниже средней многолетней суммы на 43,0 мм. После этого температура была ниже нормы на 3,1 °С, осадков выпало 133,8 мм при среднемноголетнем количестве 56,8 мм.

была линия Воронежская 12 х Грекум 114 (табл. 1).

Засухоустойчивость растений в большей мере зависит от стадии развития, в которую они наиболее подвержены губительному воздействию засухи. Разница в использовании осадков сортами одной группы спелости определяется различиями в ритме развития, то есть в скорости прохождения отдельныхэтапов органогенеза. В этой связи Н.И. Вавилов отмечал, что разнообразие пшеницы по ритму развития - генетически обусловленный признак, который приобретает важное значение в селекции на засухоустойчивость [9].

Создание сортов с необходимым ритмом развития возможно путем скрещивания скороспелых сортов с позднеспелыми с последующим выделением линий, сочетающих растянутый период «всходы-колошение» позднеспелого сорта и укороченный период «колошение-восковая спелость» скороспелого сорта. Мы выделили ряд линий, которые в условиях майской засухи выколашиваются на 3-5 дней позднее, чем районированные сорта, созревая одновременно (табл. 2).

2. Ритм развития сортов и линий яровой мягкой пшеницы, 2012-2014 гг.

Сорт, линия Всходы- колошение Всходы-полная спелость

2012 2013 I 2014 ср. 2012 2013 2014 ср.

Черноземноуральская 2 49 48 48 48,3 82 82 86 83,3

Воронежская 18 47 50 48 48,3 86 86 85 85,7

Линия 20(04) 48 48 47 47,7 88 90 88 88,7

Линия 36(04) 48 49 49 48,7 86 85 90 87,0

Линия 725(08) 50 48 49 49,0 77 86 89 84,0

Линия 977(08) 48 48 48 48,0 73 78 85 78,7

Прохоровка, st. 44 43 45 44,0 93 93 94 93,3

3. Урожайность перспективных линий, сортов яровой мягкой пшеницы с высокой долей 5-и корешковости у семян (2012-2014 гг.), ц/га

Сорт, линия 2012 2013 2014 Среднее

1* 2** 1 2 1 2 1 2

Черноземноуральская 2 24,5 +2,5 20,8 +2,4 39,8 +5,8 28,4 +3,6

НСР ,05 1,98 2,0 1,35

Воронежская 18 20,9 +0,3 22,0 +2,5 39,1 +5,1 27,3 +2,6

НСР ,05 1,11 1,89 1,35

Линия 20(04) 23,0 +2,5 22,3 +2,8 39,7 +5,7 28,3 +3,7

НСР ,05 1,53 1,89 1,35

Линия 36(04) 24,0 +3,5 20,4 + 1,4 39,3 +5,3 27,9 +3,4

НСР ,05 1,53 1,89 1,35

Линия 725(08) 24,6 +3,0 19,7 +2,5 39,3 +5,1 27,9 +3,5

НСР ,05 1,94 1,79 1,63

Линия 977(08) 24,4 +4,2 25,1 +2,9 36,3 +2,1 27,6 +3,1

НСР ,05 2,56 1,74 1,63

* - урожайность с1 га; ** - ± к ближнему стандарту, ц/га.

Признаком засухоустойчивости сортов в период налива и созревания служит небольшая степень снижения массы 1000 семян и выполненности зерна. При значительном уменьшении влагообеспеченности, стабильной крупностью и хорошей выполненностью зерна отличались сорта Алтайского селекцентра: К-45728, Алтайская 82, Алтайская 98, Лютесценс 549, Лютесценс 547, Лютесценс 77, Алтайская 105, Лютесценс 665/1, Лютесценс 775, Лютесценс 721, Алтайская жница, Апасовка, Тобольская, Сибирский альянс, Алтайская 530, Степная волна, Алтайская 99, Алтайская 110, Алтайская 100.

Выведение и распространение в производстве сортов яровой пшеницы с повышенным числом зародышевых корней предопределяет возможности не только увеличения уровня урожайности, но и повышения ее стабильности по годам. По мере увеличения доли 5-корешковых семян продуктивность колоса сортов коллекции ВИР возрастала, у линий, созданных с их участием, такой зависимости не установлено.

Кроме того, в селекции на засухоустойчивость необходимо уделять внимание ритму развития растений и отдавать предпочтение сортам и линиям, у которых период «всходы-выход в трубку» на 3-5 дней дольше. Создание сортов с необходимым ритмом развития возможно путем скрещивания скороспелых форм с позднеспелыми с последующим выделением линий, сочетающих растянутый период «всходы-колошение» позднеспелого сорта и укороченный период «колошение-восковая спелость» скороспелого сорта. В период засухи во время налива зерна целесообразно осуществлять браковку по выполненности зерна и массе 1000 зерен. При значительном уменьшении влагообеспеченности, стабильной крупностью и хорошей выполненностью зерна отличались сорта Алтайского селекцентра: К-45728, Алтайская 82, Алтайская 98, Лютесценс

549, Лютесценс 547, Лютесценс 77, Алтайская 105, Лютесценс 665/1, Лютесценс 775, Лютесценс 721, Алтайская жница, Апасовка, Тобольская, Сибирский альянс, Алтайская 530, Степная волна, Алтайская 99, Алтайская 110, Алтайская 100. Эти образцы целесообразно использовать в гибридизации в селекции на засухоустойчивость растений во второй половине вегетации.

Литература.

1. Кумаков В. А. Физиологическое обоснование моделей сортов пшениц М.: Колос. 1985. 270 с.

2. Шаманин В. П., Петуховский С. А., Поликарпов С. А. Сопряженности количественных признаков и гибридов пшеницы в связи с селекцией на засухоустойчивость // Селекция и семеноводство зерновых культур. Омск, 1983. С. 25-29.

3. Ведров Н. Г. Селекция и семеноводство яровой пшеницы в экстремальных условиях. Красноярск. 1984. 239 с.

4. Данильчук П. В., Яценко Г. К. Развитие корневой и надземной массы у зерновых злаков в связи с продуктивностью и засухоустойчивостью // Вопросы генетики, селекции и семеноводства: сб. науч. тр. ВСГИ. 1970. Вып. 9. С. 163-171.

5. Малокостова Е. И., Хорин А. Н. Роль зародышевых корней в формировании урожайности яровой пшеницы в зависимости от климатических условий //Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвящ. 125-летию А.П. Шехурдина (Саратов, 6 июня, 2011 г.). [Электронный ресурс]. URL: www.ariser.narod/ru/Litera/Surov.pdf (дата обращения: 15.02.2018).

6. Реакция новых сортов зернобобовых культур на воздействие засушливых условий Бельцкой степи республики Молдова / В. И. Возиян, М. Д. Якобуца, Л. П. Авэ-дэний и др. // Зернобобовые и крупяные культуры. 2017. № 1 (21). С. 4-8.

7. Савченко И. В. Выведение новых сортов и гибридов сельскохозяйственных растений // Вестник Российской Академии наук. 2017. Т. 87. № 4. С. 325-332.

8. Котюков М. М. Выступление руководителя ФАНО России М.М. // Вестник Российской Академии наук. 2017. Т. 87. № 4. С. 318-321.

9. Вавилов Н. И. Теоретические основы селекции. М.: Наука. 1967. 511 с.

Main Directions of Spring Wheat Breeding for Drought Resistance

E. I. Malokostova

V. V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Black-Earth Zone, kvartal 5, 81, pos. 2 uchastka Instituta imeni Dokuchaeva, Talovskii r-n, Voronezhskaya obl., 397463, Russian Federation

Abstract. The purpose of our research was to create a breeding material capable of forming multi-root forms. Breeding and distribution in the production of spring wheat varieties with an increased number of embryonic roots and their powerful development determine the possibility of not only increasing the yield level but also increasing its stability over the years. According to the results of these studies, samples with a high proportion (60-80%) of five-root seeds were selected. They are varieties 'Krest'yanka', 'Voronezhskaya 12', 'Grekum 114', 'Tulunskaya', 'Saratovskaya 42', 'Saratovskaya 36'and 'Bezenchukskaya 129'. As a result of intervarietal crossings with the involvement of these varieties lines with a high proportion of five-root seeds were developed and selected. A three-year test of the best of them showed that the number of radicles during the process of reproduction remains stable. The percentage of five-root seeds in these varieties and lines ranged from 60 to 81%. Drought resistance of plants to a greater extent depends on the stage of development, in which they are most exposed to the damaging effects of drought. Under the conditions of the South-East of Voronezh region the difference in the use of precipitation by varieties of the same maturity group is determined by differences in the rhythm of development, that is, the speed of passage of separate stages of organogenesis. Varieties and lines were identified, which, under conditions of the May drought, form ears 3-5 days later than zoned varieties, ripening at the same time. They were more drought-resistant than 'Prokhorovka' standard in the years that were unfavorable in terms of moisture availability (reliable increases in yield ranged from 250 to 420 kg/ha). Varieties of Altai Breeding Center are characterized by stable size and good plumpness of grain under dry conditions in the second half of vegetation. They are K-45728, Altajskaja 82, Altajskaja 98, Ljute-scens 549, Ljutescens 547, Ljutescens 77, Altajskaja 105, Ljutescens 665/1, Ljutescens 775, Ljutescens 721, Altajskaja Zhnica, Apa-sovka, Tobol'skaja, SibirskijAl'jans, Altajskaja 530, Stepnaja Volna, Altajskaja 99, Altajskaja 110, Altajskaja 100.

Keywords: spring soft wheat; VIR collection; root system; rhythm of development; f mass of 1000 grains; drought resistance;  lines. |

Author Details: E. I. Malokostova, Cand.  Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: ^ niish1c@mail.ru). u

For citation: Malokostova E. I. Main  Directions of Spring Wheat Breeding for Z Drought Resistance. Zemledelie. 2018. No. 3. 3 Pp. 37-39 (in Russ.). DOI: 10.24411/0044- 2 3913-2018-10308. 1

8