Оцінка селекційних номерів пшениці м’якої озимої на адаптивність за кількістю зерен із головного колосу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОЦІНКА СЕЛЕКЦІЙНИХ НОМЕРІВ ПШЕНИЦІ М'ЯКОЇ ОЗИМОЇ НА АДАПТИВНІСТЬ ЗА КІЛЬКІСТЮ ЗЕРЕН ІЗ ГОЛОВНОГО КОЛОСУ

Лозінський М.В.

Білоцерківський національний аграрний університет

Оценка селекционных номеров пшеницы мягкой озимой на адаптивность по количеству зерен с главного колоса

Н.В. Лозинский

Приведены особенности формирования количества зерен в главном колосе в селекционных номеров пшеницы мягкой озимой, полученных в результате гибридизации различных экотипов, в контрастные по гидротермическим показателям годы исследований. Определены корреляционные связи между количеством зерен главного колоса и элементами структуры урожайности. Установлено их влияние на формирование продуктивности колоса и урожайности зерна пшеницы мягкой озимой. В годы исследований изменчивость количества зерен в главном колосе в наибольшей степени (53,96 %) была обусловлена взаимодействием факторов генотип и условия года. При этом доля изменчивости, обусловленная генотипом составляла 31,02 %, а влияние условий года только 7,90 %. По ранжированию исследуемых генотипов, по количеству зерен с главного колоса и показателям пластичности и стабильности, высокие места в рейтинге адаптивности сорта, заняли селекционные номера 22 КС (степной экотип/США), 42 КС (степной экотип/лесостепной экотип) и 54 КС (лесостепной экотип/лесостепной экотип). Выделенные по результатам проведенных исследований селекционные номера пшеницы мягкой озимой 22 КС, 42 КС и 54 КС включены нами в дальнейшей селекционной работе для создания исходного материала и сортов с высоким уровнем продуктивности и адаптивности для условий Лесостепи Украины.

Ключевые слова: пшеница мягкая озимая, селекционные номера, экотип, количество зерен, главный колос, корреляционные взаимосвязи, параметры адаптивности, рейтинг адаптивности сорта.

Assessment of soft winter wheat breeding numbers adaptability by the number of grains in the spike

M. Lozinskyi

In 2011-2017, the competitive testing breeding units of soft winter wheat selected at the Bila Tserkva Research Selection Station of the Institute of Bioenergetic Crops and Sugar Beet of NAAS by hybridizing various ecotypes were examined.

The aim of the research was to determine the reaction norm and parameters of adaptability by the number of grains in the spike ear under changing growing environment in selection winter wheat numbers. Of equal importance was to establish the correlation of the ear grain productivity and the yield structure elements.

Hydrothermal conditions in the research years were contrasting and significantly influenced the growth and development of wheat plants during ontogenesis.

The research revealed a direct correlation between the number of grains in the spike and the grain yield leveled as a strong one (r = 0.702... 0.866) in 2011 and 2012 and as a significant (r = 0.668) in the most unfavorable 2013. The reduced correlation relationships are indicative of the extremely important importance of the grain production in the spike in soft winter wheat yield formation under conditions of the Forest-steppe of Ukraine.

We have established a direct close correlation between the number of grains in the spike and the number of grains in the crop, between the head ear grain weight and the crop weight, crop aboveground weight, main stem weight and the spike weight.

On average for three years, breeding numbers 24 KS (42.6 pcs.) and 54 KS (40.7 pcs.) had significantly higher grain yields in the spike than that of is the best standard of Bila Tserkva semidwarf (35.6 pcs).

On average for the experiment coefficient of variation (13.9 %), its variability was 1.0-28.7 %, indicating a different reaction of the tested genotypes to the environmental conditions by the number of grains from the spike. Insignificant variation of the spike grain productivity (0.6-4.9 pcs) and low variation coefficients (V = 1.0-6.6 %) are indicated in the selection numbers 26 KS, 22 KS and 42 KS. In this case, genotypes 22 KS and 42 KS had higher than the standard and average for the experiment number of grains in the spike.

The results of the dispersion analysis indicate that the interaction of genotype and the year conditions factors had the greatest impact (53.96 %) on the variability of grains number in the spike. At the same time, the share of variability preder- mined by the genotype influenced the spike grains formation by 31.02 %, and the conditions of the year influenced only by 7.90 %.

Indicator of homeostatic standards (Hom = 158.97-347.13) exceeded the three breeding numbers: 26 KS (Hom = 2972.19), 22 KS (Hom = 724.23) and 42 KS (Hom = 558.67). By the breeding value the standards (Sc = 21.83-27.94) were dominated by the following: 22 KS (Sc = 34.27), 42 KS (Sc = 32.49), 54 KS (Sc = 32.20), 24 KS (Sc = 30.62), 26 KS (Sc = 29.54), 8 KS (Sc = 28.76) and 29 KS (Sc = 28.26).

High indicators of ZAZ by the number of grains from the spike as compared with the standards (ZAZ = 52.46) were typical of the following breeding numbers 24 KS (ZAZ = 67.99), 54 KS (ZAZ = 58.29), 22 KS (ZAZ = 54.69), 44 KS (ZAZ = 53.99) and 42 KS (ZAZ = 52.86).

The genotype breeding value indicator by the number of grains in the spike, exceeded the standard variety of the Forest- steppe Pearl (GBV = 22,10) for their breeding value: numbers 22 KS (GBV = 31.44), 26 KS (GBV = 29.00), 42 KS (GBV = 28.60) and 54 KSCOP (GBV = 22.69).

The breeding number 22 KS (steppe ecotype / US) is the first in the variety adaptability rate. Breeding numbers 42 KS, 54 KS and 24 KS, which optimally combined indicators of the grains number in the spike and adaptability parameters rate from the second to fourth in the varieties adaptability rate.

Conclusions and further research prospects. 1. Grains number in the spike has a significant impact on the winter wheat spike productivity formation under conditions of the Forest-steppe of Ukraine.

2. Detection of correlation between quantitative signs engaged in yields formation enables to set the model parameters for further genotypes in future varieties.

3. The dispersion analysis has established that the variability of the grains number in the spike was mostly conditioned (53.96 %) by the interaction of factors of the genotype and the year conditions. At the same time, the share of variability predetermined by the genotype was 31.02 %, and the effect of the year was only 7.90 %.

4. Breeding numbers 22 KS (steppe ecotype / USA), 42 KS (steppe ecotype / forest-steppe ecotype) and 54 KS (forest- steppe ecotype / forest-steppe ecotype) hold high positions in the variety adaptability rate by the grains number in the spike.

We included the soft winter wheat breeding numbers 22 KS, 42 KS and 54 KS with the optimal combination of the grains number in the spike and the parameters of plasticity and stability, allocated on the basis of the research results into further selective work for setting the source material and varieties with a high level of productivity and adaptability to the conditions of the Forest-steppe of Ukraine.

Key words: soft winter wheat, breeding numbers, ecotypes, number of grains, spike, correlation relationships, adaptability parameters, adaptation rating.

Наведено особливості формування кількості зерен у головному колосі в селекційних номерів пшениці м'якої озимої, отриманих у результаті гібридизації різних екотипів, у контрастні за гідротермічними показниками роки досліджень. Визначено кореляційні зв'язки між озерненістю головного колосу й елементами структури врожайності. Установлено їх вплив на формування продуктивності колосу й урожайність зерна пшениці м'якої озимої. У роки досліджень мінливість кількості зерен у головному колосі найбільшою мірою (53,96 %) була обумовлена взаємодією факторів генотип і умови року. Частка мінливості, що обумовлена генотипом становила 31,02 %, а вплив умов року - лише 7,90 %. За ранжуванням досліджуваних генотипів, за кількістю зерен із головного колосу і показниками пластичності і стабільності, високі місця в рейтингу адаптивності сорту посіли селекційні номери 22 КС (степовий екотип/США), 42 КС (степовий екотип/лісостеповий екотип) і 54 КС (лісостеповий екотип/лісостеповий екотип). Виділені за результатами досліджень селекційні номери 22 КС, 42 КС і 54 КС включені нами в подальшу селекційну роботу для створення вихідного матеріалу і сортів з високим рівнем продуктивності й адаптивності для умов Лісостепу України.

Ключові слова: пшениця м'яка озима, селекційні номери, екотипи, кількість зерен, головний колос, кореляційні взаємозв'язки, параметри адаптивності, рейтинг адаптивності сорту.

Постановка проблеми

Пшениця, серед зернових культур світу, є однією з найбільш важливих для забезпечення продовольчої безпеки людства [1, 2]. В Україні пшениця м'яка озима - основна зернова культура [3] зі щорічною площею посіву близько 5,6 млн. га [4].

Досягнутий генетичний потенціал продуктивності 10 і більше т/га сучасних сортів пшениці м'якої озимої [4], в умовах глобальних кліматичних змін [5], не забезпечує їм конкуренції з високотехнологічними сортами і гібридами сої та кукурудзи як за показниками урожайності, так і рентабельності [3]. Головною причиною такої тенденції є зниження адаптивного потенціалу більшості сортів [3, 6-8].

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Кількість зерен у колосі, за свідченням більшості науковців, один із важливих елементів структури врожайності пшениці м'якої озимої [9-16], і за Ф.М. Куперман [17] визначається під час проходження У-ІХ етапів органогенезу.

Озерненість колосу залежить як від генотипу (довжини колосу, кількості колосків, фертильності квіток і кількості зерен у колосках), так і від умов навколишнього середовища під час цвітіння запилення і запліднення.

Установлено, що з підвищенням кількості гомозиготних рецисивних генів, у сучасних високоврожайних генотипах, втрачаються домінантні гени, що відповідають за адаптивну здатність генетичних систем і були успадковані в результаті попереднього природного добору. Таким чином актуальним є пошук джерел, які б розширили спадкову мінливість пшениці [18].

Залучення в селекційний процес генотипів різного географічного та генетичного походження обумовлює добір генотипів із заданими параметрами та високим рівнем адаптивності і створення на їх основі сортів зі стабільно високим рівнем урожайності і якості зерна [3, 14, 18-22].

Метою дослідження було визначення норми реакції та параметрів адаптивності за кількістю зерен із головного колосу в мінливих умовах вирощування в селекційних номерів пшениці м'якої озимої. Важливим також було встановити кореляційні взаємозв'язки озерненості колосу з елементами структури врожайності.

Матеріал і методика дослідження. У 2011-2017 рр. досліджували селекційні номери пшениці м'якої озимої конкурсного сортовипробування (КС), одержані на Білоцерківській дослідно- селекційній станції Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН шляхом гібридизації різних екотипів. У результаті схрещування степового екотипу з лісостеповим отримано номери: 7 КС (Донецька 48/Веселка), 8 КС (Донецька 48/Білоцерківська інтенсивна), 42 КС (Повага/Перлина Лісостепу), 29 КС (Луганчанка/Білоцерківська 71/03), 26 КС (Роставиця/Дріада 1), 24 КС (Білоцерківська 47 (скверхед)/Одеська 162), лісостепового екотипу з лісостеповим 12 КС (Елегія/Перлина Лісостепу), 44 КС (Київська 8/Роставиця), 54 КС (Веселка/Миронівська 65); сорту степового екотипу Донецька безоста з сортом Century (США) - 22 КС; сорту лісостепового екотипу Напівкарлик 3 з Century (США) - 17 КС. За стандарти використовували Білоцерківську напівкарликову (БЦ н/к), Перлину лісостепу (Пер. ліс.) і Подолянку (Под.). Досліди закладали відповідно до методики Державного сортовипробування [23]. Попередник - горох, агротехніка загальноприйнята для вирощування в лісостеповій зоні України.

Біометричні аналізи і ступінь кореляційних взаємозв'язків між елементами структури врожайності визначали за середнім зразком 25 рослин у триразовій повторності, які були відібрані на початку повної стиглості зерна пшениці. При встановленні сили зв'язку між ознаками використовували запропоновану Ю. Л. Гужовим і співробітниками [24] шкалу: r < 0,3 - зв'язок між ознаками слабкий, 0,3 < r < 0,5 - помірний, 0,5 < r < 0,7 - значний, 0,7 < r < 0,9 - сильний, r > 0,9 - дуже сильний, близький до функціонального.

Визначали середню арифметичну, розмах мінливості (min-max), дисперсію (S²) та коефіцієнт варіації V, % [25, 26]. Частку впливу досліджуваних факторів на формування ознаки визначали за допомогою дисперсійного аналізу [26]. Коефіцієнт екологічної пластичності (bi) визначали за K. W. Finlay, G. N. Wilkinson [27], показник гомеостатичності (Hom) і селекційну цінність (Sc) - за В. В. Хангільдіним, М. А. Литвиненком [28], загальну адаптивну здатність (ЗАЗ), варіансу специфічної адаптивної здатності (o²CA3i), коефіцієнт нелінійності (Lgi), відносну стабільність генотипу (Sgi), селекційну цінність генотипу (СЦГі) та коефіцієнт компенсації-дестабілізації ^gi) - за А. В. Кільчевським, Л. В. Хотильовою [29]. Для узагальнення оцінки адаптивного потенціалу селекційних номерів застосували ранжування за Дж. У. Снедекором [30] та розрахунки рейтингу адаптивності сорту (РАС) за В. А. Власенком [19]. Для комплексної оцінки умов зволоження користувалися гідротермічним коефіцієнтом (ГТК) Селянінова [31].

У роки проведення досліджень гідротермічні умови характеризувалися контрастними показниками. Кількість опадів за період з 11. 04. до 10. 06. 2011 року (проходження V-ІХ етапів органогенезу) становила 62,4 мм, що менше середніх багаторічних показників на 39,6 мм. При цьому сума температур була вища за середні багаторічні показники на 101 ^оС. Гідротермічний коефіцієнт (ГТК) за цей період становив 0,69. Кількість опадів у 2012 р. за період з 11. 04. до 10. 06. становила 88,7 мм, що також менше середньобагаторічних показників. Перевищення фактичної суми температур над середньобагаторічною склало 214 ^оС. Особливо стресовий вплив високих температур повітря спостерігався у ІІІ-й декаді квітня і І-й декаді травня, коли фактичні показники перевищили середньо-багаторічні на 7,1 і 6,2 ^оС відповідно, що значно прискорило розвиток рослин пшениці. Гідротермічний коефіцієнт за цей період 2012 р. становив 0,87 (табл. 1).

Відновлення весняної вегетації у 2011 і 2012 рр. відбулося 22 і 15 березня відповідно у строки близькі до середньобагаторічних. Значно пізніше (15 квітня) відновилася весняна вегетація у 2013 р. Метеорологічні умови 2013 р. в період проходження У-ІХ етапів органогенезу характеризувалися підвищеними температурними показниками і значно нерівномірним розподілом опадів. Так, ГТК за період із початку другої декади квітня до другої декади травня перші становив 0,19, а в наступні 30 днів був на рівні 2,10. Період від часу відновлення весняної вегетації до колосіння сорту Білоцерківська напівкарликова становив лише 35 днів, що значно прискорило проходження етапів органогенезу і вплинуло на ріст і розвиток пшениці озимої.

Таблиця 1 - Метеорологічні умови формування кількості зерен у 2011-2013 рр.

Примітка: * Кількість опадів подана за даними лабораторії біоенергетичних культур БЦ ДСС;

** Показники температури повітря подані за даними Білоцерківської метеостанції

Основні результати дослідження

Отриманими експериментальними даними виявлено між кількістю зерен із головного колосу і врожайністю зерна прямий кореляційний зв'язок на рівні сильного (г=0,702...0,866) у 2011 і 2012 рр. та значного (г=0,668) у найбільш несприятливому 2013 р., що свідчить про виключно важливе значення озерненості головного колосу у формуванні врожайності зерна пшениці м'якої озимої в умовах Лісостепу України.

Нами встановлена пряма тісна кореляція кількості зерен із головного колосу з кількістю зерен в колоску і з рослини, масою зерна з головного колосу і рослини, надземною масою рослини, масою головного стебла і масою головного колосу.

Проведеними дослідженнями виявлено значний вплив (на рівні сильного кореляційного зв'язку г=0,766...г=0,884) кількості зерен у колоску з кількістю зерен із колосу. Між кількістю зерен і масою зерна з колосу кореляція змінювалася від сильної (г=0,804...г=0,897) у 2011 і 2012 рр. до дуже сильної, близької до функціональної (г=0,941) у 2013 р. Кореляційний зв'язок між кількістю зерен із головного колосу і кількістю зерен із рослини в роки досліджень характеризувався як сильний (г=0,711...0,878). Між озерненістю головного колосу і масою зерна з рослини встановлена кореляція від сильної (г=0,748...г=0,869) у 2011 і 2012 рр. до значної (г=0,654) у 2013 р.

Кореляційний зв'язок кількості зерен із колосу з надземною масою рослини був на рівні значного (г=0,572...г=0,659), а між кількістю зерен із колосу і масою головного стебла від значного (г=0,651) у 2012 р. до сильного (г=0,824) і (г=0,729) у 2011 р. та 2013 р. відповідно. Між кількістю зерен і масою головного колосу спостерігалася кореляція на рівні сильної (г=0,785...г=0,857).

Визначені нами коефіцієнти кореляції між кількістю зерен із головного колосу і вищезгаданими кількісними ознаками вказують на виключно важливе їх значення у формуванні озерненості колосу пшениці м'якої озимої в зоні Лісостепу України.

Маса соломини мала значно менший вплив на кількість зерен із головного колосу, що підтверджується встановленим кореляційним зв'язком, який змінювалися від значного (г=0,513) у 2011 р. до слабкого (г=0,219) у 2012 р. і сильного (г=0,740) у 2013 р. Між кількістю зерен з колосу і масою 1000 зерен кореляційний зв'язок характеризувався у 2011-2012 рр. як слабкий (г=0,104...0,294) і помірний (г=0,303) у 2013 р.

Установлена нестійка кореляція кількості зерен із головного колосу з масою колосу без зерна і щільністю колосу. Так, між кількістю зерен з колосу і масою колосу без зерна кореляційний зв'язок змінювався від прямого сильного (г=0,747) у 2011 р. до зворотного слабкого (г=-0,244) - 2012 р. і прямого помірного (г=0,371) у 2013 р. Кореляційний зв'язок між кількістю зерен з колосу і щільністю колоса характеризувався як прямий слабкий (г=0,078...г=0,219) у 2011-2012 рр. і зворотний помірний (г=-0,391) у 2013 р.

У 2011 р. за середньої по генотипах кількості зерен із головного колосу (36,1 шт) амплітуда мінливості мала межі від 29,2 шт. (17 КС) до 51,1 шт. у селекційного номера 24 КС. Достовірно вищі показники за стандарти в цьому році мав тільки селекційний номер 24 КС (табл. 2).

В умовах 2012 р. кількість зерен із головного колосу варіювала від 26,4 шт. (12 КС) до 44 шт. у селекційного номера 54 КС, за середнього показника по досліду - 37,0 шт. Селекційні номери 54 КС і 44 КС достовірно перевищували стандарт Білоцерківська напівкарликова на 5,2 і 2,4 шт. зерен відповідно.

У найбільш несприятливому за погодними умовами 2013 р. середня по досліду кількість зерен із головного колосу була на рівні 33,2 шт. (шіп=25,6; тах=45,5). Селекційні номери 12 КС, 54 КС, 29 КС, 24 КС, 22 КС і 42 КС достовірно на 15,2-4,2 шт. зерен перевищували стандарт Перлину лісостепу.

У середньому за три роки достовірно вищі показники кількості зерен із головного колосу, ніж кращий стандарт Білоцерківська напівкарликова (35,6 шт) мали селекційні номери 24 КС (42,6 шт) і 54 КС (40,7 шт.).

За середнього по досліду коефіцієнта варіації (13,9 %) його мінливість становила 1,0-28,7 %, що свідчить про різну реакцію досліджуваних генотипів за кількістю зерен із головного колосу, на умови навколишнього середовища (табл. 3).

Таблиця 2 - Кількість зерен у головному колосі селекційних номерів пшениці, шт