Оценка сортов яровой мягкой пшеницы по урожайности и адаптивным свойствам

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, №4(59), 2017 г. УДК 633.111: 631.526.32: 631.559

Оценка сортов яровой мягкой пшеницы по урожайности и адаптивным свойствам

Волкова Людмила Владиславовна, кандидат биол. наук, зав. лабораторией, ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», г. Киров, Россия Гирева Валентина Михайловна, начальник филиала ФГБУ «Госкомиссия»» по Кировской области

E-mail: niish-sv@mail.ru

Проведена оценка сортов яровой мягкой пшеницы Баженка, Вятчанка, Свеча, Ирень, Маргарита, Симбир-цит, Приокская по урожайности и параметрам адаптивных свойств, включая экологическую пластичность, стабильность и гомеостатичность. Показано достоверное влияние средовых факторов на формирование продуктивности. Средняя урожайность сортов за 2014. ..2016 гг. в пяти экологических точках Кировской области составила 3,59 т/га и варьировала в зависимости от пункта испытания от 2,61 до 4,18 т/га (доля влияния фактора 38,7%), условий года - от 3,05 до 4,04 т/га (18,9%), генотипа - от 3,29 до 3,92 т/га (6,4%). С помощью регрессионного анализа выделены сорта интенсивного типа (Баженка, Маргарита, Симбирцит) и сорта со слабой реакцией на изменения условий среды (Свеча, Ирень). Высокой средней урожайностью отличались раннеспелый сорт Вятчанка и среднеспелые сорта Маргарита и Симбирцит. Высокими показателями гомеостатичности обладал сорт Приокская. Анализ девяти параметров адаптивных свойств, рассчитанных по разным методикам, определил высокую согласованность между коэффициентом вариации, характеристиками пластичности и стабильности по С.А. Эберхарту и В.А. Расселу и коэффициентом мультипликативности. Коэффициент регрессии, в свою очередь, достоверно коррелировал с урожайностью, т.е. сорта с высоким уровнем признака характеризовались как более пластичные. Показатели индекса стабильности, гомеостатичности и уровня стабильности сорта несут похожую информацию и могут быть рекомендованы для оценки гомеостаза, как способность обеспечивать высокий и устойчивый урожай в разных средах.

Ключевые слова: яровая мягкая пшеница, сорт, урожайность, адаптивность, пластичность, стабильность

Условия возделывания сельскохозяйственных культур в одной и той же почвенно-клима-тической зоне весьма разнообразны (область, район, хозяйство), при этом существует значительное колебание урожайности [1]. При выборе сорта для возделывания следует учитывать многие факторы, в первую очередь, технологические и экономические возможности хозяйства. Если сорт обладает высоким потенциалом продуктивности, то он предъявляет повышенные требования к условиям произрастания. Сорт с меньшим потенциалом урожайности невыгодно использовать в очень хороших условиях и наоборот. Современные сорта интенсивного типа в производственных условиях часто дают урожай значительно меньший, т.к. реализуют потенциальные возможности всего на 30-40% [2], поэтому целесообразнее выращивать экологопластич-ные сорта полуинтенсивного типа.

Основным методом выделения пластичных форм является испытание сортов в нескольких экологических точках наряду с применением математических методов оценки их адаптивных свойств [3]. Большой практический интерес представляет выделение информативных и в то же время простых в использовании параметров адаптивности.

Цель исследований - проанализировать результаты государственного сортоиспытания яровой мягкой пшеницы по урожайности и показателям адаптивности.

Материал и методы. Исследования проводили в 2014-2016 гг. на пяти сортоучастках Кировской области: Слободской (северная зона), Зуевский (центральная зона), Советский, Яранский, Малмыжский (южная зона) по методике Госкомиссии по сортоиспытанию и охране селекционных достижений [4]. Изучали сорта селекции ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока» (Баженка, Свеча, Вятчанка), ФГБНУ Уральский НИИСХ (Ирень), ФГБНУ «Ульяновский НИИСХ» (Маргарита, Симбирцит), ФГБНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» (Приокская). Статистическую обработку данных проводили по методике Б.А. Доспехова [5] с использованием дисперсионного и корреляционного анализов. Вклад генотипов и условий среды в формирование урожайности определяли по Н.А. Плохинско-му [6]. Индексы условий среды, а также отзывчивость сортов на изменение условий (коэффициент регрессии) определяли по С.А. Эберхарту и В.А. Расселу [7]. Гомеостатичность оценивали по параметрам HOM(optljm) и H [8, 9]. Комплексный показатель уровня стабильности сорта (ПУСС) определяли согласно методике Э.Д. Неттевича [10], индекс стабильности (ИС) - по методике Р.А. Удачина, А.П. Головченко [11]. Фенотипиче-скую стабильность сортов определяли по коэффициенту вариации эковалентов (S%) [12].

Результаты и их обсуждение. Прежде чем анализировать адаптивные свойства сортов, необходимо провести оценку основных

источников средовых влиянии на выраженность признака. На основе двухфакторного дисперсионного анализа установлено, что включенные в модель факторы (годы, пункты и их взаимодействие) оказывали достоверное влияние на уро-Таблица 1

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа по урожайности

жайность ^-критерий значим, суммарное действие 87,5%), причем большую часть изменчивости обуславливали пункты испытаний. Доля влияния генотипов составила 6,4%, случайных (не учтенных) факторов - 6,1% (табл. 1).

Источник варьирования Ж # НСР Доля влияния фактора, %

Общее 94,66 104 - - - 100,0

Блоки (сорта) 6,03 6 1,00 14,28* - 6,4

Варианты 82,83 14 5,91 84,42* 0,28 87,5

Фактор А (годы) 17,88 2 8,93 127,6* 0,12 18,9

Фактор В (пункты) 36,68 4 9,17 131,0* 0,16 38,7

Взаимодействие АхВ 28,26 8 3,53 5,04* 0,28 29,9

Случайные отклонения 5,80 84 0,07 - - 6,1

* - значимо на 5%-ном уровне

Варьирование средней урожайности по сортам составило 3,29...3,92 т/га, по годам - 3,05.4,04 т/га, по пунктам испытаний - 2,61.4,18 т/га. По уровню средней урожайности (табл. 2) среди раннеспелых сортов преимущество имел сорт Вятчанка (+ 0,07 т/га к стандарту Баженка); среди среднеспелых сортов - Симбирцит (+ 0,01 т/га к стандарту Маргарита), однако эти отклонения несущественны

Таблица 2

Урожайность сортов яровой пшеницы

(НСР = 0,28). Коэффициент вариации урожайности у разных сортов колебался от 24,0 до 29,4%. По этому показателю наиболее стабильными были сорта Свеча, Ирень и Приокская (У= 24,0.24,1%).

Важным этапом в алгоритме подсчета адаптивных свойств сортов является оценка их по пластичности, фенотипической стабильности и гомеостазу (табл. 3).

Сорт Урожайность, т/га Коэффициент вариации

среднее лимит

Раннеспелые и среднеранние

Баженка - стандарт 3,49 1,52.4,91 28,3

Вятчанка 3,56 1,64.5,08 27,5

Свеча 3,30 1,82.4,45 24,1

Ирень 3,29 1,82.4,48 24,0

Среднеспелые

Маргарита - стандарт 3,91 1,95.5,28 29,4

Симбирцит 3,92 2,10.5,61 26,0

Приокская 3,70 1,91.4,78 24,0

Таблица 3

Параметры экологической устойчивости сортов яровой пшеницы

Сорт Ъ. КМ ном0 -г . н ИС ПУСС S%

Раннеспелые и среднеранние

Баженка - стандарт 1,15* 2,23 2,18 0,36 -4,06 12,3 100 3,52

Вятчанка 0,98 2,83 1,99 0,38 -0,63 13,0 106 2,85

Свеча 0,78* 1,50 1,85 0,52 -4,59 13,7 105 4,43

Ирень 0,79* 0,95 1,86 0,51 -4,05 13,7 105 4,06

Среднеспелые

Маргарита - стандарт 1,25* 4,48 2,15 0,40 4,71 13,3 100 5,91

Симбирцит 1,14* 1,25 2,04 0,43 5,51 15,1 113 2,48

Приокская 0,92 2,31 1,89 0,54 3,11 15,4 110 2,63

* - Значимо по ^критерию на 5%-ном уровне.

Пластичность, по мнению многих исследователей - это модифицируемость признака, позволяющая генотипу приспосабливаться к изменяющимся условиям среды [13, 14]. Пластичными называют сорта с повышенным откликом на условия выращивания. Обычно это сорта интенсивного типа, хорошо отзывающиеся на высокий агрофон. Пластичность, как правило, оценивается по коэффициенту линейной регрессии (Ь), величина и значимость которого показывает, насколько изменится уровень признака при улучшении или ухудшении комплекса условий. В наших исследованиях к пластичным можно отнести сорта Баженка, Маргарита и Симбирцит (Ь. > 1). У сортов Свеча и Ирень коэффициент регрессии достоверно ниже 1, что указывает на слабую реакцию сортов при изменении условий выращивания. Эти сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они дадут максимум отдачи при минимуме затрат. Сорта Вятчанка и Приокская относятся к сортам полуинтенсивного типа.

Для оценки пластичности используют и коэффициент мультипликативности (КМ) [15]. В наших исследованиях ранги сортов, оцениваемых по показателям КМ и Ь., практически совпадали.

По величине (дисперсии отклонений от линии регрессии) судят о стабильности сорта в узком смысле. Лучшим в этом отношении можно считать сорт Ирень, а наиболее нестабильным в фенотипическом выражении - сорт Маргарита.

Наибольший интерес представляют сорта с высоким уровнем гомеостаза, т.е. способностью сочетать высокую потенциальную урожайность в благоприятных условиях со слабым ее снижением в неблагоприятных условиях выращивания. Высокими значениями Н (доверительный интервал 0,21) обладали сорта Симбирцит, Маргарита и Приокская. Гомеоста-тичными по НОМ(ор4 Цт) были сорта Приокская, Свеча и Ирень.

В качестве характеристики гомеостаза урожайности сорта может быть использован показатель индекса стабильности (ИС) как соотношение средней величины и среднеква-дратического отклонения урожайности. Сорта с большими индексами - Симбирцит и При-окская - могут быть представлены как более стабильные, т.е. более приспособленные к данным условиям.

Показатель уровня стабильности сорта (ПУСС) характеризует одновременно уровень и стабильность признака по отношению к стандарту. Все раннеспелые и среднеспелые сорта

превышали по данному показателю соответствующие стандарты на 5-13%.

Коэффициент вариации эковалентов по G. Wrike характеризует степень колебания урожайности в различных условиях среды по каждому сорту в отдельности. Интерпретация оценок эковалентов проводится в соответствии со следующей шкалой: S%<2,5 - очень малая доля во взаимодействии со средой; 2,5^%<5,0

- малая; 5,0^%<7,5 - средняя; 7,5^%<10,0

- высокая и S%>10,0 - очень высокая. Малая доля во взаимодействии соответствует высокой экостабильности, а высокая - низкой. По результатам анализа установлено, что очень высокая экологическая стабильность характерна для сорта Симбирцит, высокая - для сортов Вятчанка, Свеча, Ирень, Приокская, средняя -для сорта Маргарита.

Различные подходы к оценке экологической пластичности и стабильности дают всестороннюю оценку изучаемым сортам, в то же время затрудняют восприятие получаемой информации. Поэтому практический интерес представляет оценка взаимосвязей параметров адаптивности между собой и с урожайностью (табл. 4).

Величина коэффициента вариации хорошо согласовывается с характеристиками пластичности и стабильности по С.А. Эберхарту и В.А. Расселу, коэффициентом мультипликативности, а также с показателем гомеостатич-ности НОМ(1)т). Таким образом, как наиболее простой в определении параметр, она может использоваться для оценки адаптивности сорта в многолетних испытаниях. Коэффициент регрессии тесно связан с урожайностью, т.е. сорта, имеющие высокий уровень признака, как правило, характеризуются как более пластичные.

Показатели гомеостаза Н и НОМ, . . не.

сут противоречивую информацию и не связаны между собой. Первый достоверно коррелирует со средним уровнем урожайности, второй - с вариабельностью признака во времени и пространстве. Показатели ПУСС и коэффициент вариации эковалентов не связаны другими критериями адаптивности, но тесно коррелируют между собой.

Интегральная оценка десяти параметров адаптивности с помощью кластерного анализа позволила разбить их на группы, внутри которых объекты несут идентичную информацию. Выделено три основных кластера, которые можно использовать для характеристики адаптивных свойств сортов. В первый кластер вошли показатели, характеризующие общий уровень урожайности (Н и средняя урожайность);

во второй - параметры пластичности, указывающие на свойства генотипа изменять значения признака в различных условиях среды (V, Ъ., КМ);

Таблица 4

Взаимосвязь урожайности и параметров адаптивности

в третий - параметры гомеостатичности как способность обеспечивать высокий и устойчивый урожай в разных средах (НОМ^ ^ ИС и ПУСС).

Коэффициент корреляции

Параметр V, % Ъ. S2. КМ HOM (opt-lim) H. i ИС ПУСС S%

Урожайность 0,49 0,80* 0,53 0,55 -0,37 0,96** 0,39 0,27 -0,05

Коэффициент вариации (V) 0,87** 0,76* 0,93** -0,92** 0,27 -0,61 -0,58 0,36

Коэффициент регрессии (Ъ.) 0,63 0,94** -0,78* 0,61 -0,19 -0,25 0,16

Варианса стабильности (82.) 0,59 -0,50 0,43 -0,32 -0,52 0,52

Коэффициент мультипликативности (КМ) -0,88* 0,31 -0,48 -0,48 0,22

Гомеостатичность (НОМ(ор ^ -0,14 0,64 0,42 -0,04

Гомеостатичность (Н.) 0,59 0,44 -0,10

Индекс стабильности (ИС) 0,87** -0,44

Уровень стабильности (ПУСС) -0,74

*,** - Значимо соответственно на 5 и 1%-ном уровнях.

Выводы. Среди изученного набора генотипов в пяти экологических точках Кировской области выделены сорта, обладающие повышенной экологической пластичностью (Бажен-ка, Маргарита, Симбирцит), и сорта со слабой реакцией на изменения условий среды (Свеча, Ирень). По средней урожайности выделялись раннеспелый сорт Вятчанка и среднеспелые сорта Маргарита и Симбирцит. Высокий уровень гомеостаза имел сорт Приокская. Минимальная система показателей, дополняющих друг друга, включала оценку среднего уровня урожайности, параметры пластичности и показатели го-мео статично сти.

Список литературы

1. Гончаров П.Л., Куркова С.В., Осипова Г.М. Реакция сортов яровой мягкой пшеницы на условия внешней среды в степной зоне Западной Сибири (Северная Кулунда) //Достижения науки и техники АПК. 2013. № 1. С. 5-7.

2. Логинов Ю.П., Казак А.А., Юдин А.А. Сортовые ресурсы яровой мягкой пшеницы в Западной Сибири и совершенствование их на перспективу // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 3. С.18-24.

3. Моргунов А.И., Наумов А.А. Селекция зерновых культур на стабилизацию урожайности. М., 1987. 60 с.

4. Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 1. М., 1971. 248 с.

5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1981. 336 с.

6. Плохинский Н.А. Биометрия. Новоси-бирск,1961. 364 с.

7. Eberhart S.A., Russel W.A., Stability parameters for comparing varieties // Crop. Sci. 1966. Vol. 6. №1. Р. 36-40.

8. Хангильдин В.В. Параметры оценки гомеостатичности сортов и селекционных линий в испытаниях колосовых культур // Науч.-техн. бюл. Все-союз. селекц.-генет. ин-та. 1986. №2 (60). С. 36-41.

9. Мартынов С.П. Оценка экологической пластичности сортов сельскохозяйственных культур // Сельскохозяйственная биология. 1989. № 3. С. 124-128.

10. Неттевич Э.Д., Моргунов А.И., Максимен-ко М.И. Повышение эффективности отбора яровой пшеницы на стабильность урожайности и качества зерна // Вестник сельскохозяйственной науки. 1985. №1. С. 66-73.

11. Удачин Р.А., Головченко А.П. Методика оценки экологической пластичности сортов пшеницы // Селекция и семеноводство. 1990. №5. С. 2-6.

12. Wrike G. Z. Pflanzenzuchtung. 1962. Vol. 47. № 1. P. 92-96.

13. Бебякин В.М., Кулеватова Т.Б., Старичко-ва Н.И. Методические подходы, методы и критерии оценки адаптивности растений // Известия Саратовского университета. 2005. Т. 5. Химия. Биология. Экология. Вып. 2. С. 69-71.

14. Стрижова Ф.М. Взаимосвязь параметров адаптивности яровой пшеницы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2003. № 2. С. 203-206.

15. Кильчевский А.В., Хотылева Л.В. Экологическая селекция растений. Мн.: Тэхналопя, 1997. 372 с.

Estimation of spring soft wheat varieties by yield and adaptive properties

Volkova L.V., PhD in biology, head of laboratory

North-east Agricultural Research Institute, Kirov, Russia Gireva V.M., head of branch State Commission on Kirov region

The evaluation of varieties of spring soft wheat Bazhenka, Vyatchanka, Svecha, Iren', Margarita, Simbirzit, and Priokskaya on yield and parameters of adaptive properties, including ecological plasticity, stability and homeosta-ticity was carried out. A significant influence of environmental factors on the formation of productivity is shown. Average yields of varieties for 2014...2016 in five ecological points of the Kirov region was 3.59 t/ha and varied depending on the test point from 2.61 to 4.18 t/ha (the share of influence of the factor is 38.7%), the conditions of the year - from 3.05 to 4.04 t/ha (18.9%), the genotype - from 3.29 to 3.92 t/ha (6.4%). With regression analysis varieties of intensive type (Bazhenka, Margarita, Simbirtsit) and varieties with a weak response to changes in environmental conditions (Svecha, Iren) have been identified. A high level of average yields was distinguished by early varieties Vyatchanka and middle-ripening varieties Margarita and Simbirtsit. High degree of homeostatics was in variety Priokskaya. The analysis of nine parameters of adaptive properties calculated by different methods determined the high consistency between the coefficient of variation, the plasticity and stability characteristics by S.A. Eberhart and V.A. Russell, and the multiplicative coefficient. The coefficient of regression, in turn, significantly correlated with the yield, i.e. varieties with high level of the trait were characterized as more plastic. The parameters of Stability Index, homeostaticity, and the level of variety stability bear similar information and can be recommended for assessing homeostasis as a property to provide high and stable yield in different media.

Keywords: spring soft wheat, variety, productivity, adaptability, plasticity, stability

References

1. Goncharov P.L., Kurkova S.V., Osipova G.M.

Reaktsiya sortov yarovoy myagkoy pshenitsy na uslovi-ya vneshney sredy v stepnoy zone Zapadnoy Sibiri (Severnaya Kulunda). [Reaction of spring soft wheat varieties to environmental conditions in the steppe zone of Western Siberia (North Kulunda)]. Dostizheniya nau-ki i tekhniki APK. 2013. no. 1. pp.5-7.

2. Loginov Yu.P., Kazak A.A., Yudin A.A. Sor-tovye resursy yarovoy myagkoy pshenitsy v Zapadnoy Sibiri i sovershenstvovanie ikh na perspektivu. [Varietal resources of spring soft wheat in Western Siberia and their improvement for the perspective]. Sibirskiy vestnik sel'skokhozyaystvennoy nauki. 2012. no. 3. pp.18-24.

3. Morgunov A.I., Naumov A.A. Selektsiya zer-novykh kul 'tur na stabilizatsiyu urozhaynosti. [Breeding of grain crops to stabilize yields]. Moscow, 1987. 60 p.

4. Metodika Gosudarstvennogo sortoispytaniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur. [Methods of the State Variety Testing of Agricultural Crops]. Iss. 1. Moscow, 1971. 248 p.

5. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta. [Methods of field experiment]. Moscow, 1981. 336 p.

6. Plokhinskiy N.A. Biometriya. [Biometrics]. Novosibirsk, 1961. 364 p.

7. Eberhart S.A., Russel W.A., Stability parameters for comparing varieties. Crop. Sci. 1966. Vol. 6. no. 1. pp. 36-40.

8. Khangil'din VV Parametry otsenki gomeo-statichnosti sortov i selektsionnykh liniy v ispytaniyakh kolosovykh kul 'tur. [Parameters of estimation of homeostaticity of varieties and breeding lines in tests of cereal crops]. Nauch.-tekhn. byul. Vsesoyuz. selekts.-genet. in-ta. Odessa, 1986. no. 2 (60). pp. 36-41.

9. Martynov S.P. Otsenka ekologicheskoy plas-tichnosti sortov sel 'skokhozyaystvennykh kul 'tur. [Estimation of ecological plasticity of varieties of agricultural crops]. Sel'skokhozyaystvennaya biologiya. 1989. no. 3. pp. 124-128.

10. Nettevich E.D., Morgunov A.I., Maksimenko M.I. Povyshenie effektivnosti otbora yarovoy pshenitsy na stabil'nost' urozhaynosti i kachestva zerna. [Increasing the efficiency of selection of spring wheat for the stability of yield and grain quality]. Vestnik sel'skokhozyaystvennoy nauki. 1985. no. 1. pp. 66-73.

11. Udachin R.A., Golovchenko A.P. Metodika otsenki ekologicheskoy plastichnosti sortov pshenitsy. [Method for assessing the ecological plasticity of wheat varieties]. Selektsiya i semenovodstvo. 1990. no.5. pp. 2-6.

12. Wrike G. Z. Pflanzenzuchtung. 1962. Vol. 47. no. 1. pp. 92-96.

13. Bebyakin V.M., Kulevatova T.B., Staric-hkova N.I. Metodicheskie podkhody, metody i kriterii otsenki adaptivnosti rasteniy. [Methodical approaches, methods and criteria for assessing plant adaptability]. Izvestiya Saratovskogo universiteta. 2005. Vol.5. Kh-imiya. Biologiya. Ekologiya. Iss. 2. pp. 69-71.

14. Strizhova F.M. Vzaimosvyaz' parametrov adaptivnosti yarovoy pshenitsy. [Interrelation of parameters of spring wheat adaptability]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2003. no. 2. pp. 203-206.

15. Kil'chevskiy A.V., Khotyleva L.V. Ekolog-icheskaya selektsiya rasteniy. [Ecological breeding of plants]. Minsk: Tekhnalogiya, 1997. 372 p.