Селекция яровой мягкой пшеницы на продуктивность в условиях недостатка влаги

УДК 633.11:631.52

СЕЛЕКЦИЯ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТКА ВЛАГИ

А.В. СИДОРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

Д.Ф. ФЕДОСЕНКО, младший научный сотрудник

Красноярский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, просп. Свободный, 66, Красноярск, 660041, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили в 1980-2015 гг. на опытном поле Красноярского НИИСХс целью изучения закономерностей формирования продуктивности яровой мягкой пшеницы в условиях наиболее засушливой части Красноярской лесостепи и создания новых сортов, сочетающих высокую продуктивность с устойчивостью к недостатку влаги. Предшественник - пар, норма высева 5 млн всхожих зерен на 1 га, почва - чернозем выщелоченный. За годы исследований в 19 из 36лет отмечена засуха различной интенсивности. Наиболее часто недостаток влаги проявлялся в период от всходов до колошения. Сбор зерна в опытах колебался от 20,0 ц/га в условиях засухи до 45 ц/га в благоприятные годы. Изменчивость урожайности сортов по годам (V=16,4-27,2%) заметно превышала генотипическое варьирование (V=5,4-15,0%). На продуктивность сорта в условиях засухи положительно влияли такие признаки, как число и степень развития зародышевых корней, оптимальное соотношение межфазных периодов развития растений, наличие остей, общая площадь листовой поверхности, площадь флагового листа, крупность зерна. Использование полученных результатов в селекционном процессе привело к созданию новых сортов, обладающих высокой адаптивностью. В 2014 г. в Госреестр РФ внесен сорт Свирель, в 2015 г. Курагинская 2 и Уярочка. В государственном сортоиспытании с 2015 г. находится сорт Канская.

Ключевые слова: яровая пшеница, селекция, сорт, продуктивность, засуха, вегетационный период. Дляцитирования:СидоровА.В., ФедосенкоД.Ф. Селекция яровой мягкой пшеницы на продуктивность в условиях недостатка влаги // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 6. С. 18-21.

Селекция имеет первостепенное значение для решения проблемы производства растениеводческой продукции и обеспечения продовольственной безопасности. По сведениям из различных источников, доля сорта в формировании урожайности варьирует от 30 до 70%, что указывает на важность селекционной науки в обеспечении устойчивого развития сельского хозяйства [1].

Большинство районов возделывания яровой пшеницы подвержены периодическому воздействию засухи. Это один из наиболее комплексных и разрушительных абиотических стрессов сопровождающих всю историю земледелия во многих странах мира. Засуха - комплексное климатическое явление, которое включает в себя почвенный и воздушный дефицит влаги в сочетании с температурным стрессом [2]. Поскольку в условиях Красноярской лесостепи, на территории которой расположены опытные поля Красноярского НИИСХ, температурный стресс и сухость воздуха не решающие факторы, то мы под термином «засухоустойчивость», прежде всего, подразумеваем устойчивость к недостатку влаги.

Накопление влаги в почве, темпы ее потребления и количество в критические фазы развития пшеницы оказывают решающее влияние на величину урожая [3]. Чистую продуктивность фотосинтеза строго ли-

митирует наличие доступной влаги в почве. Для производства 1 т/га зерна пшеница расходует не менее 600-1000 т воды, что составляет 60-100 мм осадков, поступивших в растения из почвы [4].

Засухоустойчивость сорта определяет комплекс физиологических, биологических и морфологических признаков. Физиологическая устойчивость к засухе отрицательно коррелирует с продуктивностью и устойчивостью к полеганию, поэтому максимальная выраженность указанного признака оправдана только для зон с хроническим проявлением засухи. Там, где засушливые годы чередуются с благоприятными по увлажнению, необходимо, удерживая средний уровень физиологической устойчивости, развивать те признаки и свойства растения, которые увеличивают устойчивость его к засухе, не вступая в противоречие с продуктивностью [5].

Цель наших исследований - изучить закономерности формирования продуктивности яровой мягкой пшеницы в условиях наиболее засушливой части Красноярской лесостепи и на основании этого создать новые сорта, сочетающие высокую продуктивность с устойчивостью к недостатку влаги.

Условия, материалы и методы. Научные исследования проводили в 1980-2015 гг. на опытных полях Красноярского НИИСХ. Предшественник - пар, норма высева - 5 млн всхожих зерен/га, повторность четырехкратная. Площадь делянки 5-30 м2. Почва -чернозем выщелоченный, содержание гумуса (по Тюрину) 4,3-5,2%, обеспеченность подвижным калием (по Мачигину) - средняя 21,4-23,2 мг/100 г почвы, подвижным фосфором (по Мачигину) - повышенная (3,1-3,5 мг/100 г почвы). Полевые исследования проводили согласно методике ВИР [6] и ГСИ [7].

Основные исследования по изучению характера формирования продуктивности проводили в 19811987 гг. В качестве объекта исследования использовали районированные по Красноярскому краю сорта: Красноярская - раннеспелый; Скала и Красноярская 83 - среднеранние; Саратовская 29 и Иртышанка 10 - среднеспелые.

Анализ гидротермических условий территории, проведенный за период исследований, показал, что из 36 лет 13 лет были засушливыми, 6 лет недостаточно влажными, то есть в 53% случаев наблюдали дефицит влаги. Наиболее часто его отмечали в период от всходов до колошения, значительно реже - во время цветения и на начальных этапах формирования зерновки. Засуху на последних этапах налива и в период созревания отмечали очень редко, как и засуху в течение всей вегетации. Сложившиеся условия позволили выявить основные признаки устойчивости сортов к региональному типу засухи и успешно вести селекцию на засухоустойчивость.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по Б.А. Доспехову с помощью программ Microsoft Office 2010, SNEDECOR.

Результаты и обсуждение. Многолетнее изучение (1981-1987) 5 районированных по Красноярскому краю сортов яровой пшеницы показало, что из-за крайне изменчивых погодных условий, даже по хорошо обеспеченному влагой паровому

предшественнику, её урожай сильно колебался. В благоприятные годы сбор зерна варьировал от 40,9 до 45,0 ц/га, снижаясь в условиях засухи до 20,028,5 ц/га, то есть в 1,5-2 раза. Изменчивость урожайности сортов по годам ^=16,4-27,2%) заметно превышала генотипическое варьирование ^=5,4-15,0%) в те же годы на исходном и селекционном материале.

Параметры элементов структуры урожая по годам изменялись в меньшей степени, чем зерновая продуктивность. Наиболее стабильный из них - масса 1000 зерен ^=7,8-10,6%), несколько сильнее варьировали озерненность колоса ^=5,3-12,5%) и густота продуктивного стеблестоя ^=7,0-15,6%).

Для успешного управления селекционным процессом необходимо знать вклад каждого из элементов структуры урожая в формирование продуктивности. Их роль и характер взаимодействия довольно точно выявляются при определении генотипических корреляций [8]. Мы установили, что сбор зерна яровой пшеницы в условиях Красноярской лесостепи практически ежегодно достоверно коррелирует с числом зерен в колосе (г=0,38-0,76), а в условиях недостатка влаги в период закладки колоса (в остальные годы ее или не наблюдали, или она была слабой) с массой 1000 зерен (г=0,43-0,55).

Связь между густотой продуктивного стеблестоя и урожаем колебалась от достоверно отрицательной до достоверно положительной (г= -0,38-0,38). Густота продуктивного стеблестоя при одинаковой норме высева зависит от полевой всхожести, величины продуктивного кущения, выживаемости растений к уборке. Все указанные составляющие имеют сортовую специфику и в значительной мере реагируют на комплекс биотических и абиотических факторов [2]. Это объясняет значительные колебания корреляции между величиной продуктивного стеблестоя и урожаем. Масса зерна с колоса, как показателя, интегрируемого из массы одного зерна и числа зерен в колосе, находится в более тесной и стабильной связи с размерами урожая (г=0,36-0,86).

Относительно невысокий уровень корреляционных связей между урожаем и элементами его структуры, отмеченный в большинстве случаев, и значительное варьирование их по годам указывает на то, что в сложных климатических условиях лесостепи Красноярского края нельзя ожидать значительного повышения продуктивности сорта благодаря одному элементу структуры урожая. Необходим оптимально высокий уровень развития их всех.

Продолжительность вегетационного периода -одна из основных характеристик экологической пластичности сорта. Комбинируя продолжительность фаз развития растений можно создавать сорта способные переносить различные типы засухи [8]. В условиях Красноярской лесостепи пять из семи лет наблюдали достоверную положительную связь между урожаем зерна и продолжительностью вегетационного периода (г=0,43-0,83), при этом наиболее тесную корреляцию отмечали в годы с типичной весенне-летней засухой.

Продолжительность периода всходы - колошение в большей мере влияла на величину урожая, чем ко-

лошение - восковая спелость. Между длительностью первого из этих периодов и урожайностью достоверную положительную связь наблюдали пять из семи лет, второго - всего два года.

Оценка урожайности образцов коллекции, распределенных по группам спелости, подтверждает результаты корреляционного анализа. Практически во все годы более высокой зерновой продуктивностью характеризовались среднеспелые и среднепоздние сорта. Однако среднепоздние сорта ежегодно, кроме 1986 г., формировали некондиционное по всхожести зерно с низкими хлебопекарными показателями. В отдельные годы трудности в получении высококачественных семян отмечали даже при возделывании среднеспелых сортов. Таким образом, в условиях, когда продолжительность вегетационного периода ограничена тепловыми ресурсами, повышение устойчивости к региональному типу засухи наиболее эффективна с помощью создания сортов с различной динамикой развития растений.

В условиях преобладания засухи в первой половине вегетации оптимальным по динамике развития будет сорт, у которого средние многолетние показатели периодов всходы - колошение и колошение -восковая спелость примерно равны. Увеличение периода всходы - колошение не представляет большой сложности. Имеется достаточное количество позднеспелых сортов, которые могут быть донорами этого признака. Более трудная задача - сокращение периода всходы - восковая спелость без ущерба для полноты налива зерна.

Успех при разработке этого направления селекции пришел лишь в 2014 г. Был создан скороспелый сорт яровой мягкой пшеницы Канская. Занимая промежуточное положение по продолжительности вегетации между раннеспелым сортом Новосибирская 15 и среднеранним Новосибирская 29, он колосился на 4 дн. позже Новосибирской 15 и на 2 дн. раньше Новосибирской 29. При этом Канская превосходила оба сорта по числу колосков и зерен в колосе (табл. 1). Кроме того, она отличается более высокой урожайностью (на 6,6 и 4,7 ц/га, соответственно). Наибольшие прибавки (10,0 и 7,5 ц/га) были получены в 2011 г. в условиях сильной засухи в период закладки колоса. По заключению отдела оценки селекционного материала Красноярского НИИСХ сорт Канская обладает высокой физиологической устойчивостью к засухе и повышенной кислотности.

Среднепоздний сорт Свирель характеризуется повышенной устойчивостью к засухе в первой половине вегетации благодаря длительному периоду закладки колоса. Максимальная урожайность этого сорта в опыте была отмечена в 2011 г. на Омутинском сортоучастке Тюменской области - 70,4 ц/га, что на 14,3 ц/га выше стандарта Омская 36. Сорт формирует высокий урожай зеленой массы. Рекомендуется в

Таблица 1. Вегетационным период и продуктивность нового сорта яровой пшеницы Каннская, 2011-2014 гг.

Сорт Продолжительность периода, дн. Число в колосе, шт. Урожайность, ц/га

всходы -колошение всходы - восковая спелость колосков зерен

Новосибирская 15 33 76 11,6 21,5 25,2

Новосибирская 29 35 78 12,4 22,4 27,1

Канская 37 77 14,4 27,5 31,8

НСР05 - - - - 2,8

основном для использования на зернофураж, как в смеси, так и в чистом виде. С 2014 г. внесен в Госреестр и рекомендован к производству в южных районах Красноярского края.

Большинство исследователей отмечают, что в условиях засухи, когда узловые корни развиты слабо, урожай в основном формируется благодаря зародышевым корням. В.К. Мовчан [9], изучая корневую систему яровой пшеницы в условиях Северного Казахстана установил, что в остро засушливые годы благодаря зародышевым корням формируется до 83% урожая.

При изучении исходного материала мы выявили значительные сортовые различия по числу зародышевых корней, среднее число которых на один проросток варьировало в пределах 3,72-4,91 шт. Исследование ряда образцов в течение 1981-1985 гг. показало, что количество зародышевых корней в основном связано с наследственными особенностями сорта и лишь в незначительной степени с условиями формирования зародыша. Варьирование количества зародышевых корней было незначительным ^=1,0-2,9%).

В результате длительной селекционной работы на увеличение числа и степени развития зародышевых корней были созданы перспективный селекционный материал и новые сорта яровой пшеницы Уярочка и Курагинская 2, сочетающие высокую продуктивность и устойчивость к засухе (с 2015 г. внесены в Госреестр по II региону). По числу зародышевых корней они заметно превосходят стандарты Новосибирская 29 и Омская 33 (табл. 2).

Особенно четко высокая экологическая пластичность и засухоустойчивость Курагинской 2 проявилась на сортоучастках Республики Хакассия в 2014 г. При испытании по пару на Бейском сортоучастке этот сорт сформировал урожайность 61,5 ц/га, что на 8,2 ц/га выше стандарта. В условиях жесткой засухи на Боградском сортоучастке при урожайности стандарта 3,0 ц/га, Курагинская 2 превосходила его в 2,6 раза (7,9 ц/га).

Сорт Уярочка продемонстрировал высокую выносливость к засолению на Северо-Кулундинской опытной станции. При испытании по продуктивности на солонцовом фоне он занял первое место среди 22 изучаемых новых сортов яровой пшеницы.

Определенное влияние на величину урожая в условиях засухи оказывает ряд морфологических признаков. Исследования, проведенные на созданных нами сортах-аналогах, показали, что в условиях большого разнообразия погодных факторов среднегодовые различия по продуктивности между остистыми и безостыми формами невелики. Преимущество остистых форм в годы с недостаточным увлажнением в период закладки колоса варьировало от 1,5 (у аналогов сорта Красноярская) до 3,3 ц/га (у аналогов сорта Ветлужанка) [10]. Схожие результаты были получены при сравнении остистых и безостых сестринских линий.

Положительное влияние на урожайность в условиях засухи оказывает крупность зерна. Наблюдается достоверная положительная корреляция между урожаем зерна и площадью листовой поверхности в различные фазы вегетации (г = 0,52-0,77). Отмечен средний уровень корреляции между урожаем и площадью флагового листа (г = 0,64).

Наши исследования подтвердили мнение многих авторов о преимуществе высокорослых сортов в условиях засухи [11-13]. Наличие достоверной положительной связи между урожайностью и высотой растения (г = 0,31-0,50) не позволяет решать проблему устойчивости к полеганию только благодаря созданию короткостебельных сортов. Поэтому

основное внимание при селекции новых сортов необходимо уделять механической прочности стебля.

Выводы. На основе многолетних исследований выявлены признаки, положительно влияющие на продуктивность сорта в условиях регионального типа засухи. К их числу относятся число и степень развития зародышевых корней, оптимальное соотношение межфазных периодов развития растений, наличие остей, общая площадь листовой поверхности и флагового листа, крупность зерна. Использование полученных результатов в селекционном процессе привело к созданию новых сортов, обладающих высокой адаптивностью. В 2014 г. в Госреестр РФ внесен сорт Свирель, в 2015 г. Курагинская 2 и Уярочка. С 2015 г. в государственном сортоиспытании находится сорт Канская.

Таблица 2. Результаты селекции пшеницы на увеличение числа зароды-

шевых корней, 2013-2015 гг.

Сорт, линия Количество проростков (%) с числом зародышевых корней: Среднее на один проросток, шт. Урожайность, ц/га Вегетационный период, дн.

3 1 4 5 6

Новосибирская 29, St 8 15 75 2 4,71 29,6 76

Уярочка 3 7 83 7 4,90 36.1 77

К-418-4 1 1 86 12 5,09 36.9 78

Омская 33, St 8 12 75 5 4,77 35.1 84

Курагинская 2 2 3 93 2 4,95 37.1 85

К-459-2 2 5 78 15 5,03 38.3 85

КВ-174 2 4 73 21 5,13 37,8 87

КВ-203 1 2 75 22 5,18 37,0 83

НСР05 2,6

Литература.

1. Журавлева Е.В. Селекция и семеноводство - комплексный подход, современное состояние и перспективы //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. № 12. С. 5-7.

2. Головченко А.П. Особенности адаптивной селекции яровой мягкой пшеницы в лесостепной зоне Среднего Поволжья. Кинель: СамВен - Кинель, 2001. 380 с.

3. Shang S., Wei Y. Modeling winter wheat response to water in north China with feed-forward neural networks // Proceedings. 2010. 6th International Conferenceon Natural Computation. Yantai, Sandong: University, 2010. Рр. 1737-1740.

4. A global benchmark map of water productivity for reinfed and irrigated / S.J. Zwart, W.G.M. Bastiaanssen, C. De Fraiturec, D.J. Molden //Agric. Water Management. 2010. V. 97. No. 10. Рр. 1617-1627.

5. Сидоров А.В. Создание и оценка селекционного материала яровой пшеницы для засушливых зон лесостепи Восточной Сибири: дисс. ... канд. с.-х. наук. Красноярск, 1989. 153 с.

6. Методические указания по изучению мировой коллекции пшеницы. Л: ВИР, 1985. 29 с.

7. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск второй: зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры. М.: Колос, 1989. 194 с.

8. Никитина В.И. Изменчивость хозяйственно-ценных признаков яровой мягкой пшеницы и ячменя в условиях лесостепной зоны Сибири. Красноярск: КрасГАУ, 2010. 295 с.

9. Мовчан В.К. Изучение особенности корневой системы у яровой пшеницы // Новое в селекции зерновых культур и трав. Целиноград: ТИЦО, 1979. С. 20-27.

10. Сидоров А.В., Плеханова Л.В. Влияние систематических признаков на урожай и качество зерна яровой пшеницы // Сибирский вестник с.-х. науки. 2013. №5. С. 18-24.

11. Ведров Н.Г. Селекция и семеноводство яровой пшеницы в экстремальных условиях. Красноярск: Красноярский университет, 1984. 240 с.

12. Дьяков А.Б. Принципы оптимизации архитектоники посева в условиях дефицита влаги и азота // Аграрная Россия. 2002. №1. С. 6-18.

13. Лепехов С.Б., Коробейников Н.И. Длина верхнего междоузлия и высота растения как способ оценки засухоустойчивости сортов мягкой пшеницы //Достижения науки и техники АПК. 2013. №10. С. 22-25.

BREEDING OF SOFT SPRING WHEAT FOR PRODUCTIVITY UNDER THE CONDITION OF MOISTURE DEFICIENCY

A.V. Sidorov, D.F. Fedosenko

Krasnoyarsk Research Institute on Agriculture, prosp. Svobodnyi, 66, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Summary. The investigations were carried out in 1980-2015 on the experimental field of the Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture. The aim of the research was to study the regularity of yield forming of spring wheat under the conditions of the most arid part of the Krasnoyarsk forest zone; and on the basis of the results to create the new varieties combined high productivity and resistance to moisture deficiency. The precursor was fallow. The Sowing rate was 5 million viable seeds per hectare. The soil was leached chernozem soil. From the 36 years of investigation 19 years were noted as the arid different intensity. The most often moisture deficiency was at the period from germination to earing. The yield of wheat in the experiments ranged from 20.0 c/ha under the drought conditions to 45.0 c/ha under the conditions of favorable years. The variability of varieties yield from year to year (V was from 16,4% to 27.2%) significantly exceeded the characteristics of genotypic variation (V was from 5.4 % to 15.0%). Traits with a positive effect on the productivity of varieties under conditions of drought were identified: the number and degree of development embryonic roots, the optimal ratio of interphase periods of plants development, the availability of awns, the total leaf area and the area of the flag leaf, the size of grain. Using the results obtained in the breeding process leaded to the creation of new varieties with high adaptability. In 2014 Svirel' variety was introduced to the State Register of the Russian Federation. Kuraginskaja 2 and Ujarochka varieties were introduced to the State Register of the Russian Federation in 2015. Kanskaja variety tested in the state strain tests since 2015.

Key words: spring wheat, breeding, variety, productivity, drought, vegetation period.

Author Detalis: A.V Sidorov, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: asidorovs@list.ru); D.F. Fedosenko, junior research fellow.

For citation: Sidorov A.V., Fedosenko D.F. Breeding of Soft Spring Wheat for Productivity under the Condition of Moisture Deficiency. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. Vol. 30. No. 6. Pp. 18-21 (in Russ.).

Требования к оформлению статей в журнале «Достижения науки и техники АПК»

В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.

Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.

В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.

Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.

Объем публикации 12-16 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.

Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.

На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: agroapk@mail.ru.

Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.

Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.

Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.