Морозостойкость и Урожайность сортов и образцов озимой мягкой пшеницы в условиях Ростовской области

УДК 631.11:631.527 Ж. Р. Маркарова

Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Рассвет, Российская Федерация

МОРОЗОСТОЙКОСТЬ И УРОЖАЙНОСТЬ СОРТОВ И ОБРАЗЦОВ ОЗИМОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ

РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Цель исследований - изучение генофонда 450 сортов, линий и образцов озимой мягкой пшеницы различного эколого-генетического происхождения (США, Англии, Франции, Германии, Австрии, Новой Зеландии, Китая, Сирии, Турции, России, Украины, Белоруссии, Болгарии, Венгрии) и оценка их морозостойкости в сочетании с урожайностью. Постановка, проведение и обработка результатов опытов - по общепринятым методикам Н. П. Константинова, В. Г. Вольфа, Б. А. Доспехова, В. Я. Юрьева. В качестве стандарта использовали районированный в Северо-Кавказском и Нижневолжском регионах сорт озимой пшеницы Дон 95. Промораживание растений проводили в камерах КНТ-1 по харьковскому методу. Оценку зимостойкости селекционного материала осуществляли в поле после перезимовки глазомерно, оценивая по пятибалльной шкале. В результате исследований выделено 13 лучших сортообразцов озимой мягкой пшеницы по морозостойкости: российские образцы - Донской маяк, Зарница, Донщина, Зерноградка 10, 1393/04, Пионерская 32; образцы с Украины - Перли-на, Кирия; из Турции - SANZAR, ECWD/14; из Чехии - Samanta; из Нидерландов -Bersy; из США - SERI. Установлено, что наиболее высокую морозостойкость (82,2 %) имеет сорт Донской маяк. В среднем за годы исследований лучшими по урожайности были сортообразцы Донской маяк (0,83 кг/м2), 1393/04 (0,80 кг/м2), Донщина (0,78 кг/м2), Зерноградка 10 (0,76 кг/м2). Установлено, что у выделенных сортообразцов выживаемость растений в среднем на 24,5 % выше, чем у остального селекционного материала. Аллели глиадина 1А3, 1А4, 1В1, 1В7, 1Д7, 6А1, 6В1 и 6Д1 присутствуют у всех выделенных сортов и образцов. По показателям SDS-седиментации к первой группе качества относятся все изучаемые сорта и образцы за исключением ECWD/14, который относится ко второй группе. Все изучаемые сорта могут быть рекомендованы для получения в производстве высоких и устойчивых урожаев зерна озимой пшеницы.

Ключевые слова: морозостойкость, урожайность, озимая мягкая пшеница, выживаемость, SDS-седиментация, глиадин.

Zh. R. Markarova

Don Zonal Research Institute of Agriculture, Rassvet, Russian Federation

FROST HARDINESS AND YIELD OF SOFT WINTER WHEAT CULTIVARS AND ACCESSIONS IN THE ROSTOV REGION

The aim of the research is to study the gene pool of cultivars, lines, and accessions of soft winter wheat from various environmental and genetic origins of the world (USA, England, France, Germany, Austria, New Zealand, China, Syria, Turkey, Russia, Ukraine, Belarus, Bulgaria, and Hungary) and assess their frost hardiness in conjunction with the crop yield. The experiment arrangement, implementation and results processing were done by conventional methods of N. P. Konstantinov, A. G. Wolf, B. A. Dospekhov, V. Ya. Yuryev. Cultivar of winter wheat, Don 95, which zoned in North-Caucasian and Lower Volga regions, was

taken as a standard. Freezing of plants was carried out in a chamber KNT-1 by Kharkov method. The assessment of frost hardiness of selection material was done visually by five-point scale in the field after overwintering. As a result of the research, there were picked out for frost hardiness 13 best accessions of soft winter wheat: Russian samples - Donskoy mayak, Zarnitsa, Donshchina, Zernogradka 10, 1393/04, Pionerskay; Ukrainian - Perlina, Kiriya; Turkish - SANZAR, ECWD/14, Czech - Samanta; Netherlandian - Bersy; USA - SERI. It is established that the most hardiness (82.2 %) is intrinsic to cultivar Donskoy mayak. On average for the years of research, the best varieties by yield were Donskoy mayak (0.83 kg/m2), 1393/04 (0.80 kg/m2), Donshchina (0.78 kg/m2), Zernogradka 10 (0.76 kg/m2). It was determined that mentioned varieties had survivability of plants by 24.5 % in average higher than the rest selection material. Gliadin alleles 1A3, 1A4, 1V1, 1V7, 1D7, 6A1, 6V1, and 6D1 were presented in all picked out varieties. All studied accessions except ECWD/14 belong to the first group by the index of SDS-sedimentation; ECWD/14 belongs to the second group. All studied cultivars of soft winter wheat can be recommended for high and stable yield of grain production.

Keywords: frost hardiness, yield, soft winter wheat, survivability, SDS-sedimentation,

gliadin.

Введение. Потенциал урожайности является наиболее важным свойством сорта и поэтому обычно определяется как главный фактор среди задач селекции пшеницы [1].

Селекционеры достигли выдающихся результатов в улучшении продуктивности [1]. Это дало возможность разделить на составные части «урожайную» способность как генетически обоснованный потенциал.

Вместе с тем урожай пшеницы зависит от почвенно-климатических условий [2]. Важную роль играют следующие факторы: свет, тепло, влага, питательные вещества и воздух. Каждый фактор имеет свои экологические оптимумы и пределы и позволяет максимально проявить потенциал продуктивности или же, влияя отрицательно, снижает урожай [3].

Действие неблагоприятных климатических факторов, особенно в зимний и ранневесенний периоды, является основной причиной изрежи-вания и гибели посевов озимой пшеницы в результате вымерзания, выпре-вания, вымокания, образования ледяной корки, выпирания, обнажения узла кущения [3, 4].

Изучение действия климатических факторов на развитие растений пшеницы в искусственно регулируемых условиях ограничено возможностями фитотронов по количеству пропускаемого через них селекционного

материала, а также по способности высококачественного моделирования комплекса агроэкологических условий, складывающихся в естественной среде при закаливании, перезимовке и весеннем отрастании растений [5].

Недостаточно высокая морозостойкость озимой пшеницы - один из основных факторов, которые сдерживают увеличение посевных площадей и производство зерна этой культуры [6]. Поэтому главной задачей селекционных работ с озимой пшеницей является создание высокоморозостойких, надежных в перезимовке сортов [7].

Устойчивость растений к неблагоприятным условиям перезимовки связана с прохождением ими фаз закалки и приобретением свойств зимостойкости и морозостойкости. Растениям присущи две фазы закаливания. В первую фазу идет быстрое накопление сахаров. Оптимальные условия при этом - обилие света и температура плюс 2 - плюс 3 °С. Для высокой зимостойкости недостаточно накопления значительного количества сахаров, большую роль здесь играют олигосахариды. Гибель растений от низких температур связана с повреждением поверхностного слоя протоплазмы. Замерзающая вода оказывает не только водоотнимающее, но и механически коагулирующее действие на коллоидные вещества протоплазмы [7].

Вторая фаза связана с обезвоживанием протоплазмы. Этот процесс протекает вследствие образования льда в растении при температуре от минус 2 до минус 5 °С. Обязательным условием для закалки служит свет, так как только при нем проходит процесс фотосинтеза и, как правило, увеличивается запас углеводов, повышается холодостойкость [6].

Более зимостойкими являются те сорта озимой пшеницы, которые накапливают больше олигосахаридов и экономнее расходуют их. Морозостойкие сорта озимой пшеницы характеризуются более стабильной АТФ-ной активностью в условиях различных температур в сравнении с менее морозостойкими [6]. Физиология зимостойкости растений в настоящее время изучена широко, генетических же исследований недостаточно.

Имеющиеся сообщения о результатах исследований носят противоречивый характер и посвящены в основном типу взаимодействия генов морозостойкости в первом поколении и наследованию этого признака в последующих поколениях [7].

Однако более перспективный путь - трансгрессивная селекция, при которой можно скрещивать сорта, обладающие средней и низкой степенью выраженности признака. При этом более вероятно, что полученная форма будет лишена многих недостатков, если родительские компоненты отличаются, например, высокой урожайностью и другими хозяйственно ценными признаками и свойствами. Однако если родительские сорта имели средний уровень морозоустойчивости, то повышенная морозоустойчивость у гибридов не появится. Очевидно, на положительную трансгрессию можно рассчитывать лишь в том случае, если генетические системы адаптации к низким отрицательным температурам у исходных сортов разные и ре-комбинируют между собой [6]. Возникает вопрос: могут ли эти системы независимо друг от друга рекомбинировать и как они связаны с урожайностью сортов.

Материалы и методы. Объектом исследований служили 450 сортов, линий и образцов, полученных из разных стран мира: США, Англии, Франции, Германии, Австрии, Новой Зеландии, Китая, Сирии, Турции, России, Украины, Белоруссии, Болгарии, Венгрии, а также сорта и образцы собственной селекции. Исследования проводились в лаборатории селекции и семеноводства озимой мягкой пшеницы полуинтенсивного типа ВНИИЗК. Промораживание растений проводили в камерах низких температур КНТ-1 по харьковскому методу [8]. Оценку зимостойкости селекционного материала осуществляли в поле после перезимовки глазомерно, оценивая по пятибалльной шкале. Предшественником служила кукуруза на силос. Размещение делянок систематическое. Посев проводили сеялкой ССФК-7 обычным рядовым способом (междурядье 15 см). Учетная пло-

щадь делянки - 5 м , повторность двукратная. Норма высева - 5 млн всхожих семян на 1 гектар. В качестве стандарта использовали районированный в Северо-Кавказском и Нижневолжском регионах сорт озимой пшеницы Дон 95. Уборка выполнялась малогабаритным комбайном Hege-125 в фазу полной спелости. Электрофорез глиадинов осуществлялся по методике М. М. Копусь. Показатель SDS-седиментации устанавливался по усовершенствованной методике [9].

Постановка и проведение опытов - по общепринятым методикам Н. П. Константинова [10], Б. А. Доспехова [11], В. Я. Юрьева [8]. Обработка результатов - по В. Г. Вольфу [12].

Результаты и обсуждение. В результате исследования 450 сортов, линий и образцов озимой мягкой пшеницы различного эколого-генетического происхождения выделено 13 лучших сортообразцов по морозостойкости. Это ряд российских образцов: Донской маяк, Зарница, Донщина, Зерноградка 10, 1393/04, Пионерская 32; образцы с Украины: Перлина, Кирия; сортообразцы из Турции: SANZAR, ECWD/14; из Чехии -Samanta; из Нидерландов - Bersy; из США - SERI. Установлено, что у этих сортообразцов выживаемость растений в среднем на 24,5 % выше, чем у остального селекционного материала.

При промораживании растений в камерах КНТ-1 по харьковскому методу у сортообразцов с более высокой урожайностью в основном морозостойкость растений была выше (рисунок 1).

Как показали исследования, сорт Донской маяк имеет наиболее высокую морозостойкость (82,2 %), следовательно, эффективнее ассимилирует и накапливает больше сахаров в узлах кущения, чем сорта с меньшей морозостойкостью. Это, по-видимому, и послужило главной причиной лучшей устойчивости этого сорта к кратковременному воздействию низких отрицательных температур. У остальных сортов морозостойкость быстрее снижается в течение зимы.

Рисунок 1 - Урожайность и морозостойкость сортов и образцов озимой мягкой пшеницы, среднее за 2006-2009 гг.

В среднем за годы изучения лучшими по урожайности были сле-

2 2

дующие сортообразцы: Донской маяк - 0,83 кг/м ; 1393/04 - 0,80 кг/м ;

22 Донщина - 0,78 кг/м ; Зерноградка 10 - 0,76 кг/м (таблица 1).

Таблица 1 - Урожайность и морозостойкость сортов и образцов озимой мягкой пшеницы, среднее за 2006-2009 гг.

Наименование (сорт, образец) Страна, происхождение Урожайность, кг/м2 Морозостойкость, % Оценка перезимовки, балл

1 2 3 4 5

Донской маяк Россия, ВНИИЗК 0,83 82,2 4,90

Зарница Россия, ВНИИЗК 0,73 80,7 4,90

Донщина Россия, ВНИИЗК 0,78 77,8 4,80

Зерноградка 10 Россия, ВНИИЗК 0,76 75,4 5,00

1393/04 Россия, ВНИИЗК 0,80 78,4 4,90

Перлина Украина, СГИ 0,73 70,4 4,80

Пионерская 32 Россия, ВНИИЗК 0,70 65,9 4,90

Кирия Украина, МИП 0,70 62,1 4,90

Samanta Чехия 0,73 51,4 4,80

SANZAR Турция 0,66 52,4 4,80

Bersy Нидерланды 0,63 56,6 4,80

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

БС^/14 Турция 0,70 57,8 4,80

ББМ США 0,68 55,0 4,80

Дон 95, стандарт Россия, ВНИИЗК 0,58 57,7 4,80

НСР05 0,10 5,4 0,39

В данном случае приведены примеры функционирования одной из систем устойчивости растений к морозу. Эта система проявляется при определенных условиях и находится не в обратной связи с продуктивностью, а в позитивной, что особенно важно подчеркнуть. Коэффициент корреляции между урожайностью и морозостойкостью у представленных в таблице 1 образцов был положительным (г = 0,22).

В настоящее время можно считать доказанной способность к рекомбинации генов Ppd, ответственных за фотопериодическую чувствительность, и Ут, ответственных за потребность в яровизации [7]. Эти гены имеют определенное отношение к устойчивости растений к низким отрицательным температурам, что можно использовать при целенаправленном создании исходного материала. Например, скрещивая сорта с различной фотопериодической чувствительностью и продолжительностью периода яровизации, можно рассчитывать на получение в гибридном потомстве более морозоустойчивых биотипов с оптимальным сочетанием этих свойств.

В результате исследований установлено, что у устойчивых к низким отрицательным температурам сортов чаще встречаются аллели глиадина 1А3, 1А4, 1В1, 1В7, 1Д7, 6А1, 6В1 и 6Д1 [5].

Из всей изучаемой коллекции аллели глиадина 1А3, 1А4, 1В1, 1В7, 1Д7, 6А1, 6В1 и 6Д1 присутствуют у всех выделенных сортов и образцов, представленных в таблице 2, что и определяет их высокую морозостойкость уже на генно-молекулярном уровне. По показателям SDS-седиментации к первой группе качества относятся все изучаемые сорта и образцы за исключением ECWD/14, который относится ко второй группе. Сорт Кирия получил оценку «отлично», все остальные сорта и образцы - «хорошо» (таблица 2).

Таблица 2 - Аллельный состав глиадинов у сортов и образцов озимой мягкой пшеницы полуинтенсивного типа, 2006-2009 гг.

Сорт SDS- Глиадин Оценка

седимента- 1А 1В 1Д 6А 6В 6Д

ция

Донской маяк 60 3 + 4 1 2 1 2 1 Х

Зарница 56 4 1 4 3 1 1 Х+

Донщина 56 3 1 7 1 1 1 Х+

Зерноградка 10 54 5 1 7 3 1 1 Х+

1393/04 60 4 1 + 4 1 1 1 1 Х

Перлина 52 5 3 1 3 1 1 Х+

Пионерская 32 51 3 + 4 1 1 1 2 1 Х

Кирия 54 4 1 7 + 4 3 2 О

Samanta 51 12 4 + 1 1 1 1 1 Х

SANZAR 6 49 12 4 + 1 1+7 1 1 1 Х

Bersy 47 10 7 + 1 1 3 1 Х

ECWD/14 48 3 7 7 1 2 1 Х

SERI 53 3 + 4 1 + 4 1 + 7 3 + 1 1 1 Х

Дон 95, стандарт 58 3 1 1 1 2 1 Х

В этих же целях следует шире использовать и другие генетические, биохимические, физиологические системы, ответственные за морозоустойчивость растений. Например, С. И. Щербак, Н. Т. Павлюк (1979) показали возможность получения положительных трансгрессий по зимостойкости не в ущерб продуктивности пшеницы при учете интенсивности ростовых процессов в осенний и ранневесенний периоды у родительских сортов [6].

Представленные в таблицах сорта и образцы выделены как источники отдельных хозяйственно ценных признаков и свойств или их комплекса, которые можно широко привлекать в простые, сложные, ступенчатые скрещивания с целью создания новых, более совершенных сортов озимой мягкой пшеницы.

Вывод. В результате исследований 450 сортов, линий и образцов озимой мягкой пшеницы различного эколого-генетического происхождения выделено 13 лучших сортообразцов по морозостойкости: российские образцы: Донской маяк, Зарница, Донщина, Зерноградка 10, 1393/04, Пионерская 32; образцы с Украины: Перлина, Кирия; сортообразцы из Турции: SANZAR, ECWD/14; из Чехии - Samanta; из Нидерландов - Bersy; из США - SERI, ко-

торые могут быть рекомендованы для получения в производстве высоких и устойчивых урожаев зерна озимой пшеницы.

Список литературы

1 Lelley, J. Wheat breeding. Theory and practice / J. Lelley; Amer. Soc. Agron. - Budapest: Akademiai Kiado, 1980. - 385 p.

2 Sedlmayr, K. Analysis of wheat yield / K. Sedlmayr // MTA Agrarr. O. Közl. - Budapest, 1953. - № 3. - P. 149-176.

3 Пономарёв, В. И. Повышение зимостойкости озимой пшеницы / В. И. Пономарёв. - М.: Россельхозиздат, 1975. - 143 с.

4 Маркарова, А. Р. Взаимосвязь качества зерна озимой мягкой пшеницы с продуктивностью и устойчивостью к морозам, болезням и вредителям в условиях юга Ростовской области: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.01.05 / Маркарова Армида Ро-нальдовна. - Зерноград, 2012. - 26 с.

5 Маркарова, А. Р. Связь морозостойкости с урожайностью и качеством зерна озимой мягкой пшеницы / А. Р. Маркарова // Зерновое хозяйство России. - 2011. - № 4. -С. 53-57.

6 Тупицин, Н. В. Морозозимостойкость озимой пшеницы / Н. В. Тупицин // Селекция и семеноводство. - 1988. - № 4. - С. 13-17.

7 Ковтун, В. И. Селекция высокоадаптивных сортов озимой мягкой пшеницы и нетрадиционные элементы технологии их возделывания в засушливых условиях юга Ростовской области / В. И. Ковтун. - Ростов н/Д.: «Книга», 2002. - 319 с.

8 Юрьев, В. Я. Общая селекция и семеноводство полевых культур / В. Я. Юрьев, П. В. Кучумов, Г. Н. Линник. - М.: Госминхозиздат, 1950. - 428 с.

9 Копусь, М. М. Экспресс-методы оценки селекционного материала пшеницы по качеству зерна / М. М. Копусь, А. Р. Маркарова // Достижения науки и техники АПК. -2010. - № 1. - С. 19-22.

10 Константинов, Н. П. Основы сельскохозяйственного опытного дела / Н. П. Константинов. - М.: Сельхозгиз, 1952. - 446 с.

11 Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Агропром-издат, 1985. - 330 с.

12 Вольф, В. Г. Статистическая обработка данных / В. Г. Вольф. - М.: Колос, 1966. - 254 с._

Маркарова Жасмина Рональдовна

Должность: научный сотрудник

Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Адрес организации: ул. Институтская, 1, п. Рассвет, Аксайский район, Ростовская область, Россия, 346735 E-mail: Markarova81.81@mail.ru

Markarova Zhasmina Ronaldovna

Position: scientific researcher

Affiliation: Federal State Scientific Institution "Don Zonal Research Institute of Agriculture", Rassvet, Russian Federation

Affiliation address: str. Insitutskaya, 1, Rassvet, Aksay district, Rostov region, Russian Federation, 346735

E-mail: Markarova81.81@mail.ru