Оценка жаростойкости и засухоустойчивости яровой пшеницы на фоне селекционного процесса в знойно-засушливых условиях Западного Казахстана

Оценка жаростойкости и засухоустойчивости яровой пшеницы на фоне селекционного процесса в знойно-засушливых условиях Западного Казахстана

В.И. Цыганков, к.с.-х.н., ТОО «Актюбинская с.-х. опытная станция» АО «КазАгроИнновация»

В Западном Казахстане яровая пшеница является стратегической культурой, занимая 70—80% зернового клина региона. Анализ основных климатических факторов за последние годы (2001—2010) показал, что при среднегодовой температуре воздуха в регионе 3,5 °С её величина по годам изменялась от 3,9 °С (2003 г.) до 6,75 °С (2006 г.) при среднем значении 5,78 °С. Сумма осадков в год за тот же период колебалась от 190,8 (2010 г.) до 428,8 мм (2007 г.) при среднемноголетнем показателе 297 мм и среднем за период 316,6 мм. Количество выпавших осадков и их распределение в период вегетации

яровой пшеницы было крайне неравномерным: 11 мм — в экстремальном 2010 г., 60—70 мм — в засушливых 2005, 2007, 2008 гг., 100—160 мм — в благоприятных 2002—2004 гг. Размах значений гидротермического коэффициента за вегетационный период составил от 0,01 до 0,40—0,45 мм/град. Исключение составили лишь 2003 и 2004 гг., когда ГТК был равен 0,6—1,2 мм/град.

Для устойчивого развития зернового производства в регионе требуются новые конкурентоспособные сорта яровой пшеницы, устойчивые к целому комплексу стрессовых факторов за счёт эффективной мобилизации адаптивного потенциала растений. В сухостепных зонах Казахстана и России актуальными направлениями в селекции на адаптивность являются: повышенная

жаростойкость, устойчивость к обезвоживанию растительных тканей, активность корневой системы [1, 2]. Для объективной оценки исходного и селекционного материала, сочетающего в себе целый комплекс ценных признаков и свойств, требуются разработка, освоение новых и усовершенствование существующих подходов и методов [3—6].

Объекты и методы исследований. Объектами исследований служили сорта и образцы яровой мягкой и твёрдой пшеницы из коллекционного питомника, конкурсного и экологического сортоиспытания, демонстрационного питомника Актюбинской СХОС. Количество формируемых первичных (зародышевых) корней определяли в лабораторных условиях. Оценку темпа и мощности развития вторичной корневой системы у сортимента пшеницы в полевых условиях проводили с использованием как прямого метода (отбора почвенных монолитов), так и косвенного, заключавшегося в определении степени регенеративной способности побегов пшеницы после их подкашивания в фазе начала выхода в трубку. По степени восстановления архитектоники растений и элементов их продуктивности судили о мощности развития корневой системы того или иного генотипа. Для оценки жаростойкости сортимента применяли полевой экспресс-метод с использованием прибора тургоромера.

Результаты исследований. В лабораторных условиях в 2009—2010 гг. исследовали число зародышевых корней у десяти образцов различных видов пшеницы и одного — ярового тритикале. Проращивание проводили в термостате в фаянсовых растильнях на фильтровальной бумаге при температуре 18—20 °С. На шестые — восьмые сутки в фазу разрыва колеоптиле подсчитывали проростки, разделяя их по количеству зародышевых корней. Среднее число корней у изучаемых образцов колебалось от 2,97 шт. у образца из Перу Т. сошрас1ыш до 4,61—4,76 шт. у отселекти-рованных голозёрных полбоидов Л-174/36-7-1 и

Л-133 (РФ, ВИР) и образца к-34678 Т. dicoccum (РК), которые по этому показателю достоверно превышали почти все исследуемые образцы. При этом у образцов Л-133 и к-34678 отмечены наибольшие колебания по числу образовавшихся первичных корней (2—7) при их минимальном размахе у видов T. persicum, Дагестан (3—5); Т. compactum, Перу (2—4); Т. sphaerococcum, Индия (2—4) (табл. 1).

По итогам лабораторной оценки часть исследуемого сортимента пшеницы (в т.ч. дикие виды) включается в состав питомника скрещивания в качестве родительских форм и используется при закладке экспериментально-демонстрационных участков Актюбинской СХОС.

Важнейшим признаком в формировании засухоустойчивости яровой пшеницы является темп развития вторичной корневой системы. С учётом этого в условиях засухи 2008—2009 гг. в Актюбинской СХОС на фоне селекционного процесса наблюдали за ростом и развитием узловых корней.

В исследованиях применили прямой метод — отбор монолитов. Монолиты отбирали на 6-е, 9-е, 14-е, 20-е сутки после выпадения первых вегетационных осадков (выход в трубку — начало колошения), которые служили «стартовым толчком» к началу развития узловых корней. За этот период осадки не выпадали. Учёт развития узловых корней проведён на сортах мягкой пшеницы селекции Актюбинской СХОС, различающихся по биологическим и хозяйственным признакам: Актюбе 39 (alb.), Степная 2 (lut.), Степная 50 (alb.). Монолиты откапывали на посевах указанных сортов на глубину 10—25 см, поднимали на поверхность и помещали в ёмкости с водой для того, чтобы не повредить корневую систему. После мягкой отмывки корней с помощью малярных кистей растения пшеницы с корнями помещали на стол, проводили подсчёт вторичных корней и измеряли их длину. Установлены сортовые различия по количеству и

1. Число первичных корней у различных видов пшеницы и тритикале

Культура, сорт Доля проросших семян (%) с числом первичных корней: Среднее число корней у образца, шт.

2 шт. 3 шт. 4 шт. 5 шт. 6 шт. 7 шт.

Мягкая пшеница Актюбе 39, АСХОС 6,10 14,63 40,24 36,59 2,44 - 4,15

Твёрдая пшеница Каргала 9, АСХОС 4,17 16,7 31,25 46,88 1,03 - 4,24

Яровой тритикале Золотой петушок, ВИР 3,30 8,79 35,16 46,15 6,59 - 4,44

Полбоид Л-174/36-7-1, ВИР 5,75 2,30 22,98 63,22 5,75 - 4,61

Полбоид Л-133, ВИР 4,04 8,08 24,24 52,53 8,08 3,03 4,62

к-34678 Т. Леоссит, Казахстан 3,19 8,51 17,02 54,26 14,89 2,13 4,76

Т. ре^ісит, Дагестан - 43,48 36,96 19,56 - - 3,76

Т. сотрасґит, Перу 9,09 84,85 6,06 - - - 2,97

Т. turgidum у^вМвк, Украина 26,67 55,55 8,89 8,89 - - 3,00

Т. авркіорісит V. Ьгауті, Эфиопия 2,06 27,84 34,02 36,08 - - 4,04

Т. зрИаегососит ^всктаШт, Индия 10,2 74,49 15,31 - - - 3,05

НСР05 0,40

глубине проникновения вторичных корней. За период наблюдения (20 суток) больше корней образовали сорта Актюбе 39 и Степная 50: на 6-е сутки — 16,3 и 13,2; на 14-е сутки — 18,6 и 17,8; на 20-е сутки — 19,2 и 18,8 корней. Максимальная длина вторичных корней на 20-е сутки составила у сорта Актюбе 39 — 17,8, у Степной 2 — 18,0 см (табл. 2).

Формирование вторичной корневой системы даже в поздние сроки вегетации способствовало улучшению общего состояния растений, увеличению надземной массы, эффективному наливу зерна и получению удовлетворительного урожая.

В последние годы (2001—2009) в Актюбинской СХОС часть сортимента яровой пшеницы из состава коллекций, ЭСИ, КСИ, демонстрационного питомника оценивалась на регенеративную способность (отрастание вегетативной массы и восстановление элементов продуктивности растений после их подкашивания в фазу трубкова-ния). После ручной уборки растений пшеницы с двух фонов (контроля и после подкашивания) проводили их структурный анализ и определяли уровень продуктивности. Степень регенеративной способности (РС, в% контрольного посева) по продуктивности и элементам её структуры

2. Динамика развития вторичной корневой системы у сортов яровой мягкой пшеницы

Сорт Число вторичных корней, шт./раст, через Минимальная длина, см, через Максимальная длина, см, через

6 суток 14 суток 20 суток 6 суток 14 суток 20 суток 6 суток 14 суток 20 суток

Актюбе 39 АСХОС 16,3 18,6 19,2 2,9 3,6 4,3 7,9 14,5 17,8

Степная 2, АСХОС 10,4 12,6 15,6 4,1 6,0 6,9 9,2 13,6 18,0

Степная 50, АСХОС 13,2 17,8 18,8 2,5 4,2 5,3 6,5 12,5 14,7

3. Продуктивность и регенеративная способность сортов мягкой пшеницы по элементам продуктивности в условиях Западного Казахстана

Главный колос Масса, г

Сорт Фон отбора растений Высота растений, см Продуктивная кустистость, ст./раст. м с длин число колосков, шт. число зёрен, шт. 1000 зёрен 20 растений зерна с 20 растений

Актюбе 39 1 55 2,55 8,75 14,4 23,8 33,2 114 32,9

(АСХОС, Зап. Казахстан) 2 50 2,28 7,98 13,2 22,4 36,2 69 15,6

Степень регенерации, % 90,9 89,4 91,2 91,7 94,1 109,0 60,5 47,4

Степная юбилейная 1 53 2,05 8,94 16,1 25,4 30,4 92 21,5

(АСХОС, Западный. Каз.) 2 42 2,80 7,68 14,0 23,8 31,8 55 13,6

Степень регенерации, % 79,2 136,6 85,9 87,0 93,7 104,6 59,8 63,3

Карагандинская 93 1 57 2,15 8,18 14,2 26,4 29,8 131 24,0

(КНИИРиС, Центр. Каз.) 2 51 2,95 8,02 13,8 24,4 30,2 68 11,1

Степень регенерации, % 89,5 137,2 98,0 97,2 92,4 101,3 51,9 46,3

Эритроспермум 35 1 53 2,20 8,74 14,0 26,4 32,6 150 46,2

(Караб.СХОС, Сев. Каз.) 2 45 2,50 7,15 13,2 22,2 30,4 79 16,1

Степень регенерации, % 84,9 113,6 81,8 94,3 84,1 93,3 52,7 34,8

Казахстан. р/спелая 1 52 2,1 7,96 14,6 30,8 29,5 142 36,9

(КИЗ, Юго-Вост. Каз.) 2 44 2,0 7,18 13,9 25,8 31,6 49 10,8

Степень регенерации, % 84,6 95,2 90,2 95,2 83,8 107,1 34,5 29,3

Юго-Восточная 2 (Ершовская 1 55 2,60 9,62 15,0 23,2 32,3 147 44,0

ОСОЗ, Поволжье, РФ) 2 45 2,45 8,58 13,1 18,2 33,8 90 16,7

Степень регенерации, % 81,8 94,2 89,2 87,3 78,4 104,6 61,2 38,0

Соната (Омский ГАУ, 1 59 2,05 8,12 14,6 28,0 29,3 244 60,0

Западная Сибирь, РФ) 2 42 1,85 7,20 13,9 25,5 33,2 56 13,2

Степень регенерации, % 71,2 90,2 88,7 95,1 91,1 113,3 23,0 22,0

Энита (МСХА, 1 53 2,0 9,52 15,4 32,2 26,7 174 42,3

Нечерноземье, РФ) 2 38 1,65 8,58 14,2 27,6 28,6 35,2 6,4

Степень регенерации, % 71,7 82,5 90,1 92,2 85,7 107,1 20,2 15,1

Фон 1* - исходный рядовой посев (без подкашивания растений) Фон 2* - отрастание растений после их подкашивания в фазе выхода в трубку

4. Оценка сортимента яровой пшеницы по некоторым морфофизиологическим показателям в зависимости от срока сева, 2009—2010 гг.

Площадь листьев главного побега, см2 Тургоромер

Культура, сорт Срок сева флаговый предфла- говый Разность показаний прибора Т5-Т2, мкм Коэффициент стабильности признака К = Т1ГТ2

Мягкая пшеница

Актюбе 39, albid. (АСХОС) 1 2 6,5-8,4 10,3-14,5 5,7-7,5 9,2-13,6 26-38 32-44 0,61-0,77 0,57-0,73

Степная 2, lut. (АСХОС) 1 2 7,3-10,0 11,1-15,0 8.5-11,1 14.5-18,2 30-41 38-52 0,63-0,70 0,54-0,64

Степная 50, albid. (АСХОС) 1 2 6.2-7,6 8.3-10,9 6,0-7,3 9,2-11,7 34-42 36-47 0,61-0,71 0,53-0,66

Саратовская 68, erythr. (Саратов) 1 2 5,5-6,5 7,4-9,9 6,4-7,6 8,7-10,7 42-48 53-57 0,53-0,66 0,49-0,60

Эритроспермум 1401 (Алматы) 1 2 5,7-8,4 7,3-12,4 7,0-9,7 10,2-14,0 65 67 1 1 56 56 0,43-0,52 0,37-045

НСР05 1 2 1,05-1,72 1,30-2,34 1,1-1,45 1,3-3,05 - 0,05-0,06 0,06-0,07

Твёрдая пшеница

Каргала 9, hord. (АСХОС) 1 2 5,5-9,6 7,0-12,6 7.2-10,8 10.2-13,2 31-46 40-53 0,41-0,68 0,51-0,62

Каргала 69, hord. (АСХОС) 1 2 6,9-10,8 8,5-14,0 9.3-13,5 9.4-15,6 38-47 42-50 0,61-0,73 0,57-0,68

Безенчукская 200, hord. (Самара) 1 2 49 1 1 80 10,2-12,9 7,3-9,9 42-50 48-58 0,52-0,63 0,57-0,59

Оренбургская 10, hord. (Оренбург) 1 2 8,7-9,1 6,5-10,8 7,5-8,9 8,9-12,6 40-57 43-65 0,43-0,56 0,38-0,49

НСР05 1 2 1,23-1,56 1,81-2,16 1,56-1,90 1,87-2,55 - 0,03-0,05 0,04-0,06

косвенно характеризует мощность развития корневой системы конкретного генотипа.

Как показал анализ экспериментальных данных, высокой регенеративной способностью по ряду показателей (в т.ч. — по зерновой продуктивности и вегетативной массе) отличаются сорта селекции Актюбинской СХОС — Актюбе 39 и Степная юбилейная, а также Карагандинская 93 (КарНИИРиС) — 46—60%. Низкой способностью к отрастанию и восстановлению элементов, определяющих итоговую продуктивность, отличаются сорта инорайонной селекции, особенно из регионов с достаточным увлажнением в период вегетации: Казахстанская раннеспелая, Соната, Энита (15—35%) (табл. 3).

В фазу колошения яровой пшеницы измеряли площади верхних ярусов листьев (флагового, предфлагового). В засушливых условиях 2009—2010 гг. более крупными размерами верхних листьев при разных сроках сева, моделирующих различные гидротермические условия вегетации, отличаются сорта актюбинской селекции: по сортименту мягкой пшеницы — 6,2—11,1 см2 на первом сроке и 9,2—18,2 см2 на втором сроке; по сортименту твёрдой пшеницы — 5,5—13,5 см2 и 7,0—15,6 см2 (табл. 4).

Выводы. Впервые в селекционной практике Казахстана учёными АСХОС были разработаны

методические основы и практические приёмы использования прибора тургоромера, как экспресс-метода оценки жаростойкости пшеницы. В исследованиях фиксировали разницу показаний прибора при измерении толщины листовой пластинки утром, в период наибольшего тургора (Т^), и после воздействия полуденной жары при наступлении плазмолиза клеток листа (Т2). При этом, чем больше разница Т—Т2, тем меньшей жаростойкостью обладает конкретный генотип, поскольку имеет низкую водоудерживающую способность листьев.

Стабильной толщиной листовой пластинки по срокам сева отличаются сорта пшеницы отечественной селекции Актюбе 39, Степная 2, Степная 50, Каргала 9, Каргала 69. Разница Т—Т2 по сортименту мягкой пшеницы не превышает у них 26—52 мкм, по сортименту твёрдой пшеницы — 31—53 мкм. У сортов обоих видов пшеницы инорайонного происхождения размах этого показателя возрастал до 40—75 мкм (табл. 4). Коэффициент стабильности признака (К = Т1/Т2), являющийся расчётной величиной и количественно характеризующий степень жаростойкости генотипа, был значительно выше у сортов местной селекции, в сравнении с инорайонными сортами. Многолетний опыт использования тургоромера позволяет с высокой долей объективности ран-

жировать исследуемый селекционный материал по степени его жаростойкости.

Наше заключение о применении полевых методов изучения корневой системы и экспресс-метода в оценке жаростойкости пшеницы состоит в том, что они вполне могут использоваться для оценки новых перспективных сортов, служить составными параметрами при разработке региональных моделей создаваемых сортов и рекомендуются для включения в описание новых сортов при передаче в ГСИ.

Литература

1. Мальчиков П.Н. Селекция яровой твёрдой пшеницы в Среднем Поволжье: автореф. дисс. ... докт. с.-х. наук. Ки-нель: СГСХА, 2009. 55 с.

2. Цыганков В.И., Цыганков И.Г., Шанинов М.Ю. и др. Создание экологически адаптивных сортов яровой пшеницы для условий сухостепной зоны // Аграрная наука — сельскохозяйственному производству Монголии, Сибири и Казахстана: сб. науч. тр XIII междунар. науч.-практич. конф. 6—7 июля 2010 г. Монголия: Утаанбаатар, 2010. Ч. 1. С. 324-327.

3. Головоченко Н.А. Оценка реакций сортов яровой мягкой пшеницы на техногенные, абиотические и биотические факторы среды в лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Кинель: СГСХА, 2010. 21 с.

4. Полонский В.И. Физиологические методы диагностики селекционно-ценных признаков растений: дисс. ... д.б.н. Красноярск, 2004. 310 с.

5. Цыганков В.И. Система тестовых морфофизиологических оценок в селекции яровой пшеницы на засухоустойчивость в Западном Казахстане // Известия ТСХА. 2002. Вып. 2. С. 111-122.

6. Ионова Е.В., Филиппов Е.Г., Полякова H.H. Прямая оценка засухоустойчивости сортов ярового ячменя // Зерновое хозяйство России. 2010. № 3. С. 30-33.