Оценка степени засухоустойчивости новых коммерческих сортов озимой твердой пшеницы

DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11011 УДК633.112:632.111.6

Оценка степени засухоустойчивости новых коммерческих сортов озимой твердой пшеницы

А. В. АЛАБУШЕВ, Е. В. ИОНОВА, В. А. ЛИХОВИДОВА, Н. Е. САМОФАЛОВА

Аграрный научный центр «Донской», пос. Научный городок, 3, Зерноград, 347740, Российская Федерация

Резюме. В 2015-2019 гг в Ростовской области оценивали засухоустойчивость твердой озимой пшеницы по способности к прорастанию семян на растворе осмотика и в условиях модельной засухи «засушник» для выделения лучших генотипов по этому признаку и отбора исходного материала для дальнейшей селекции. Материалом для исследования служили 6 сортов озимой твердой пшеницы (Лазурит, Оникс Эйрена, Юбилярка, Яхонт, Янтарина). Лабораторные и вегетационные опыты выполняли по общепринятым методикам И.Н. Ко-жушко (1982), П В. Удовенко (1988), В. В. Маймистов (1984). Высокой степенью устойчивости к засухе на начальных стадиях развития характеризовались сорта Эйрена (87,0 %) и Юбилярка (80,9 %). Наибольший индекс комплексной устойчивости отмечен у сортов Эйрена (265,7 отн. ед.) и Оникс (253 отн. ед.). Самую высокую адаптивность к комплексной засухе, включающей и перегрев, и обезвоживание, показали сорта Эйрена (30,2 %), Оникс (28 %) и Юбилярка (26,3 %). В условиях провокационного фона «засушник» в опыте, по сравнению с контролем, отмечено снижение количества продуктивных стеблей на17...25 %, массы 1000 зерен - на 31...45 %. При этом наименьшее уменьшение массы зерна с главного колоса в засушнике зафиксировано у сорта Янтарина - на 17 %. В условиях модельной засухи наибольшую продуктивность сформировали сорта Эйрена (208,1 г/м2) и Юбилярка (189,5 г/м2). У этих же сортов отмечена самая развитая корневая система в условиях водного стресса: объем корней - 3,5 и 3,0 см3, сухая масса - 1,79 и 1,53 г, длина наибольшего корня - 17,3 и 16,5 см соответственно.

Ключевые слова: озимая твердая пшеница (Triticum durum), сорт, засухоустойчивость, жаростойкость, комплексная устойчивость, провокационный фон, структура и величина урожайности, корневая система.

Сведения об авторах: А. В. Алабушев, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, директор (e-mail: vniizk30@ mail.ru); Е. В. Ионова, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора; В. А. Лиховидова, младший научный сотрудник; Н. Е. Самофалова, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник.

Для цитирования: Оценка степени засухоустойчивости новых коммерческих сортов озимой твердой пшеницы / А. В. Алабушев, Е. В. Ионова, В. А. Лиховидова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т 33. № 10. С. 51-53. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11011.

Assessment of Drought Tolerance of New Commercial Varieties of Winter Durum Wheat

A. V. Alabushev, E. V. Ionova, V. A. Likhovidova, N. E. Samofalova

Agrarian Scientific Center "Donskoj", pos. Nauchnyigorodok, 3, Zernograd, 347740, Russian Federation

Abstract. The studies were conducted in 2015-2019 in the Rostov region. The drought tolerance of winter durum wheat was assessed by the ability of its seeds to germinate in an osmotic solution and under conditions of the model drought to select the best genotypes by this trait and to select the source material for further breeding. The study material was 6 varieties of winter durum wheat (Lazurit, Oniks, Eyrena, Yubilyarka,Yakhont, Yantarina). Laboratory and vegetation experiments were performed according to generally accepted methods developed by I.N. Kozhushko (1982), G.V Udovenko (1988), and V.V. Maimistov (1984). Eyrena and Yubilyarka varieties were characterized by high resistance to drought at the initial development stages. It amounted to 87.0% and 80.9%, respectively. The highest index of complex resistance was observed in the varieties Eyrena (265.7 RU) and Oniks (253 RU). The highest adaptability to complex drought, including both overheating and dehydration, was registered in Eyrena (30.2%), Oniks (28%), and Yubilyarka (26.3%) varieties. The provocative background used in the experiment caused a decrease in the number of productive stems by 17-25% and a decrease in the weight of 1000 grains by 31-45%, compared with the control. At the same time, the smallest decrease in main ear kernel weight against the provocative background was recorded for Yantarina variety. It decreased by 17%. Under conditions of model drought, the highest productivity was shown by Eyrena (208.1 g/m2) and Yubilyarka (189.5 g/m2) varieties. In the same varieties, the most developed root system was noted under water stress. Their root volume was 3.5 cm3 and 3.0 cm3; dry weight was 1.79 and 1.53 g; length of the largest root was 17.3 cm and 16.5 cm, respectively.

Keywords: durum winter wheat (Triticum durum); variety; drought resistance; heat resistance; complex resistance; provocative background; yield structure; yield; root system.

Author Details: A. V. Alabushev, D. Sc. (Agr.), member of the RAS, director (e-mail: vniizk30@mail.ru); E. V. Ionova, D. Sc. (Agr.), deputy director; V. A. Likhovidova, junior research fellow; N. E. Samofalova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow.

For citation: Alabushev A. V., Ionova E. V., Likhovidova V. A., Samofalova N. E. Assessment of Drought Tolerance of New Commercial Varieties of Winter Durum Wheat. DostizheniyanaukiitekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 10. Pp. 51-53 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11011.

Твердая пшеница - второй по распространению вид пшеницы на Земле. Благодаря диетическим и питательным свойствам этой культуры ей отдают предпочтение в макаронном производстве и некоторых других пищевых отраслях [1,2]. Однако в последние годы производство ее зерна практически не меняется. Это связано с тем, что твердая пшеница, по сравнению с мягкой, менее устойчива к абиотическим факторам среды (низкая влажность почвы, суховейные явления, отрицательные температуры) [3]. Основное средство снижения негативных последствий засухи в растениеводстве - расширение посевов засухоустойчивых сортов. Поэтому необходимо создавать генотипы с широкой нормой реакции и максимально адаптированные к абиотическим и биотическим стрессорам [4, 5].

Перед селекционерами стоит задача скомбинировать трудно сочетаемые признаки - засухоустойчивость и продуктивность. Устойчивость сорта к засухе

определяет ряд таких факторов, как характер развития корневой системы способность переносить перегрев и обезвоживание [6].

Цель исследования - оценка засухоустойчивости твердой озимой пшеницы по способности к прорастанию семян на растворе осмотика (сахароза) и в условиях модельной засухи «засушник» для выделения лучших генотипов по этому признаку и исходного материала для дальнейшей селекции.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2015-2019 гг. в Ростовской области в Аграрном научном центре «Донской». Объектом исследования служили семена и вегетирующие растения 6 сортов озимой твердой пшеницы Лазурит, Оникс Эйрена, Юбилярка, Яхонт, Янтарина, созданные в АНЦ «Донской».

Определение засухоустойчивости в лабораторных условиях (семена проращивали на растворе сахарозы,

Таблица 1. Степень адаптивности к водному и температурному стрессам сортов озимой твердой пшеницы в начальные фазы развития растений

Сорт Засухоустойчивость Жаростойкость Индекс устойчивости, отн.ед. Комплексная засухоустойчивость, %

всхожесть, % группа всхожесть, % группа

Лазурит 70,0 I 80,8 I 220,8 20,1

Оникс 79,4 I 94,9 I 253,7 28,0

Эйрена 87,0 I 91,7 I 265,7 30,2

Юбилярка 80,9 I 76,8 II 238,6 26,3

Яхонт 63,3 II 97,6 I 224,2 17,3

Янтарина 72,0 I 93,7 I 237,7 23,0

концентрация которой соответствовала осмотическому давлению 14 атм.) проводили по методике в изложении Н. Н. Кожушко (Ленинград, 1982). Мерой засухоустойчивости служило отношение всхожести семян в опыте (сахароза) к контролю (дистилированная вода). Образцы делили на три группы: I - всхожесть 0...40 %, II - 41.70 %, III - 71.100 %.

Устойчивость к комплексной засухе (прорастание семян на растворе сахарозы, концентрация которой соответствовала осмотическому давлению 14 атм. при t 30 C) определяли по методике Н. Н. Кожушко (Ленинград, 1988), жаростойкость - методом термотестирования семян (прогрев при температуре 54 С) по Г. В. Удовенко (Ленинград, 1988), индекс комплексной устойчивости (ИКУ) - по Ю.Ф. Осипову (Ленинград, 1980). Повтор-ность в экспериментах: опытных вариантов (сахароза) -4-х кратная, контрольных (дистиллированная вода) -2-х кратная, семена закладывали в количестве 50 шт.

Excel.

Результаты и обсуждение. В начальный период развития растений 5 из 6 изучаемых сортов оказались высокозасухоустойчивыми (I группа), всхожесть которых на сахарозе варьировала от 70,0 до 87,0 % от ее уровня в контроле (табл. 1). Яхонт отнесен ко II группе с величиной этого показателя 63,3 % (среднезасухоустойчивый).

При определении жаростойкости у 5 сортов (Лазурит, Оникс, Эйрена,Яхонт, Янтарина)всхожесть варьировала от 80,8 до 97,6 % (I группа, высокожаростойкие). Сорт Юбилярка по этой методике отнесен ко II группе -среднежаростойкие (76,8 %).

Самый высокий индекс комплексной устойчивости зафиксирован у сортов Эйрена (265,7 отн. ед) и Оникс (253,7 отн. ед). По результатам оценки комплексной засухоустойчивости лучшими оказались сорта Эйрена (30,2 %), Оникс (28,0 %) и Лазурит (23,0 %).

Зависимость урожайности и элементов ее структуры от недостатка влаги в почве у сортов в вегетационном опыте была различной. Снижение числа продуктивных стеблей в условиях модельной засухи, по сравнению с контролем, варьировало от17 до 25 % (табл. 2). Наибольшее количество продуктивных стеблей в опыте зафиксировано у сортов Оникс (351 шт./м2), Лазурит и Юбилярка (344 шт./м2), наименьшее - у Янтарины (338 шт./м2) и Яхонта (339 шт./м2).

Таблица 2. Изменение урожайности и её структуры у сортов озимой твёрдой пшеницы в условиях недостаточной влагообеспеченности в «засушнике»

Густота продуктивного стебле- Количество зерен главного Масса зерна главного коло- Масса 1000 семян, г Урожайность зерна, г/м2

Сорт стоя шт./м2 колоса, шт. са, г

опыт контроль опыт контроль опыт контроль опыт контроль опыт контроль

Лазурит 344 439 20 22 0,49 0,66 21,1 36,4 170,8 279,1

Оникс 351 450 17 18 0,49 0,61 22,9 37,0 180,3 269

Эйрена 341 440 20 22 0,61 0,89 26,8 39,9 208,1 388

Юбилярка 344 440 20 21 0,51 0,67 25,8 37,3 189,5 282,2

Яхонт 339 410 17 18 0,45 0,62 20,3 36,6 164,7 254

Янтарина 338 420 17 19 0,50 0,60 20,7 37,4 171,4 243,9

нср Нср05 фактор сорт 05 фактор вариант 39 46 1,9 2,5 0,11 0,16 3,0 3,8 17,4 20,2

Кроме того, степень засухоустойчивости определяли с использованием прямого вегетационного метода «засушник» по В.В. Маймистову (Ленинград, 1984). На площадке устанавливали стеллажи (2,1^4,0^0,7 м) на высоте 0,6 м от поверхности земли. Площадь делянки -0,45 м2 (3-х рядковая). Повторность - 4-х кратная. Развитие растений пшеницы до VI этапа органогенеза (фаза рост стебля) проходило в опыте и контроле в одинаковых условиях. Начиная с этой фазы и до восковой спелости зерна, растения в опыте выращивали без доступа влаги при нарастающей засухе (30 % полной влагоемкости), в контроле - при оптимальном увлажнении на поливе (70 % ПВ).

Почвенный покров стеллажей в вегетационном опыте представлен черноземом обыкновенным (предкавказский карбонатный) с содержанием подвижного фосфора и калия (по Мачигину) - 28 мг/кг и 410 мг/кг соответственно, общего и нитратного азота (слой 0.20 см) - 0,16.0,33 % и 2.57 мг/кг почвы соответсвенно.

Статистическую обработку проводили по методике Б. А. Доспехова, в компьютерной программе Microsoft

Количество зерен в главном колосе в условиях недостатка влаги и при оптимальном увлажнении у сортов озимой твердой пшеницы изменялось незначительно. В опыте величина этого показателя находилась на уровне 17.20 шт., в контроле - 18.22 шт. Наибольшее количество зерен в опыте (20 шт.) сформировали генотипы Эйрена, Юбилярка и Лазурит.

Масса зерна с главного колоса в опыте, по сравнению с контролем, снижалась от 17 % (Янтарина) до 31 % (Эйрена). Наибольшей в условиях жёсткой засухи она была у сорта Эйрена (0,61 г), наименьшая - у Яхонта (0,45 г).

Самая высокая масса 1000 зерен в условиях засухи отмечена у сортов Эйрена (26,8 г), Оникс (22,9 г) и Лазурит (21,1 г).

Продуктивность - результирующий показатель нормального функционирования всех систем растения при засухе. В острозасушливых условиях по сбору зерна выделились сорта Эйрена (208,1 г/м2), Юбилярка (180,5 г/м2) и Оникс (180,3 г/м2). Наименьшая величина этого показателя в эксперименте зафиксирована у образца

Эйрена Юбилярка

Янтарина Лазурит

Яхонт Сорт

Рис. 1. Изменение сухой массы корней озимой твердой пшеницы при различных условиях выращивания (среднее за 2015-2019 гг.; НСР05 ф =0,03 и НСР05 ф =0,05):

' 05 фактор сорт ' 05 фактор вариант ' '

- опыт (засушливые, 30 % ПВ);  - контроль (оптимальные, ПВ 70 %).

Яхонт (164,7 г/м2). Самое большое снижение продуктивности в опыте, по сравнению с контролем, отмечено у сорта Лазурит (на 39 %).

Обезвоживание тканей, возникающее в процессе водного стресса, вызывает изменение физиолого-биохимических процессов. В первую очередь недостаток влаги оказывает влияние на ростовые процессы. Снижение интенсивности роста корневой системы при засухе происходит медленнее, чем у надземной массы [4]. Чем больше объем и масса корней у растения, тем большее количество воды и питательных веществ оно может поглощать в условиях стресса. Это один из механизмов устойчивости растений к почвенной засухе [1].

Рис. 3. Изменение длины наибольшего корня озимой твердой пшеницы при различных условиях выращивания (среднее за 2015-2019 гг.; НСР05 ф =1,3 и НСР,

05 фактор сорт

вариант = 1,6): П - опыт (засушливые, 30 % ПВ); (оптимальные, ПВ 70 %).

05 фактор

- контроль

5

I о 4

01 3

ё 2

F

01

<1

0

3,96 3 75

3,51 I 3l75 3,5

МЛ

Эйрена Юбилярка

Янтарина Лазурит

Яхонт Сорт

1). Самый большой объем корней сформировали сорта Эйрена (3,5 см3) и Юбилярка (3,0 см3) (рис. 2). Наименьшие величины этого показателя зафиксированы у сортов Янтарина и Яхонт - 2,2 и 2,0 см3 соответственно.

Длина наибольшего корня в условиях засушника изменялась у изучаемых сортов в пределах от 15,8 см у Яхонта до 17,3 см у Эйрены, в контроле - от 17,2 см у Лазурита до 19,5 см также у Эйрены (рис. 3). Между опытом и контролем различия значимы для всех сортов, кроме Лазурита.

Выводы. В результате проведенных исследований выделены сорта - Эйрена, Оникс, Юбилярка, Янтарина, обладающие высокой степенью засухоустойчивости (82,0 %; 79,4 %; 80,9 %; 72,0 % соответственно) и жаростойкости (91,7 %; 94,9 %; 76,8 %; 93,7 % соответственно) на начальных стадиях развития растений. Они так же показали более высокий уровень устойчивости к комплексной засухе (30,2; 28,0; 26,3; 23,0 %).

Лучшими в условиях недостаточного увлажнения в вегетационном опыте оказались сорта Эйрена и Юбилярка, сформировавшие густоту продуктивного стеблестоя на уровне 341 и 344 шт./м2 соответственно, массу зерна с главного колоса - 0,61 и 0,51 г, массу 1000 зерен - 26,8 и 25,8 г и продуктивность - 208,1 и 180,5 г/м2 соответственно. Снижение густоты продуктивного стеблестоя в опыте, по сравнению с контролем, у сорта Эйрена составило 22,5 %, у сорта Юбилярка - 21,8 %, массы зерна с главного колоса - на 31,5 и 23,9 %, массы 1000 зерен - 32,8 и 30,8 %.

Рис. 2. Изменение объема корней озимой твердой пшеницы при различных условиях выращивания (среднее за 2015-2019 гг.; НСР05 ф =0,04 и НСР05 ф =0,04):

' 05 фактор сорт ' 05 фактор вариант ' '

- опыт (засушливые, 30 % ПВ);  - контроль (оптимальные, ПВ 70 %).

Сухая масса корней в фазе полной спелости зерна исследуемых образцов в условиях модельной засухи варьировала от 1,16 г у Яхонта до 1,79 г у Эйрены (рис.

Литература.

1. Сухоруков А. А. Влияние различных типов засухи на урожайность сортов озимой пшеницы// Молодой ученый. 2015. № 22(2). С. 12-14.

2. Ляпунова О. А. Внутривидовая классификация пшеницы твердой: новые ботанические разновидности и формы//Ва-виловский журнал генетики и селекции. 2017. № 21 (2). С. 152-157.

3. Дубинина О. А., Самофалова Н. Е.,. Вожжова Н. Н. Адаптивный потенциал сортов озимой твердой пшеницы по признаку «масса 1000 зерен» // Зерновое хозяйство России. 2016. № 6. С. 1-7.

4. Рустамов Х. Н., Аббасов М. А. Связь морфофизиологических показателей пшеницы твердой с засухоустойчивостью // Зерновое хозяйство России. 2015. № 3. С. 1-3.

5. Козлов В. Е., Пономаренко В. И., Размахнин Е. П. Пластичность образа жизни у группы озимых образцов пшеницы и тритикале //Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. № 22 (3). С. 310-315.

6. Коммерческие сорта озимой твердой пшеницы и особенности их семеноводства / Н. Е. Самофалова, Н. П. Иличкина, М. А. Авраменко и др. // Зерновое хозяйство России. 2016. № 6. С. 42-47.

References

1. Sukhorukov AA. [The effect of various types of drought on the yield of winter wheat varieties]. Molodoi uchenyi. 2015;22(2): 12-4. Russian.

2. Lyapunova OA. [Intraspecific classification of durum wheat: new botanical varieties and forms]. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2017;21(2):152-7. Russian.

3. Dubinina OA, Samofalova NE,. Vozhzhova NN. [Adaptive potential of varieties of winter durum wheat on the basis of the weight of 1000 grains]. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2016;6:1-7. Russian.

4. Rustamov KhN, Abbasov MA. [Correlation of morphophysiological parameters of durum wheat with drought tolerance]. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2015;3:1-3. Russian.

5. Kozlov VE, Ponomarenko VI, Razmakhnin EP. [Plasticity of lifestyle in a group of winter wheat and triticale samples]. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2018;22(3):310-5. Russian.

6. Samofalova NE, Ilichkina NP, Avramenko MA, et al. [Commercial varieties of winter durum wheat and peculiarities of their seed production]. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2016;6:42-7. Russian.

0

Оникс

Оникс