сотрудник
Россия
аспирант
Россия
сотрудник
Казань, Россия
сотрудник
Россия
УДК 631.527.1 Искусственный и естественный отбор
Исследования проводили с целью оценки эффективности использования в селекционном процессе фасциированных морфобиотипов гречихи при создании сортов для условий Среднего Поволжья. Однофакторный опыт закладывали в 2018–2023 гг. на серых лесных почвах Республики Татарстан. В почве опытного участка содержалось 3,2…4,4 % гумуса (по Тюрину), 110…123 мг/кг калия и 145…377 мг/кг фосфора (по Кирсанову), рН – 5,3…6,6. Объектами исследования были выбраны сорт Батыр, по габитусу растения соответствующий сортотипу «краснострелецкий», сорт Яшьлек и гибридная популяция К-990, с преобладанием в составе популяций форм с фасциациями стебля и генеративной зоны. Включение в состав гибридных популяций фасциированных генотипов с редуцированным ветвлением формирует компактный габитус растений, по сравнению с «краснострелецким» сортотипом, из-за уменьшения на 5,6…9,1 % высоты растения, в 1,3…1,6 раза количества боковых ветвей первого порядка. При этом благодаря увеличению количества соцветий на главном стебе на 25…30 % продуктивности растения повышается в 1,2 раза. Урожайность зерна гибридной популяции К-990 была наибольшей как в неблагоприятные, так и в благоприятные годы (соответственно 1,68 т/га и 2,17 т/га). У сорта Батыр она напрямую зависела от количества осадков, выпавших в межфазный период «начало плодообразования – начало побурения плодов» (r=0,77) и имела сильную обратную связь со среднесуточной температурой в период созревания зерна (r=-0,77). Урожайность и крупность зерна сорт Яшьлек зависела от среднесуточных температур, тогда как у гибридной популяции К-990 отмечена прямая сильная связь между урожайностью и количеством осадков, выпавших в начальный период вегетации (r=0,93).
гречиха (Fagopyrum esculentum, M.), сорт, гибридная популяция, морфобиотип, засухоустойчивость, урожайность, почвенно-атмосферная засуха
Введение. Среднее Поволжье относят к зоне неустойчивого, рискованного земледелия. Повышение среднесуточных температур воздуха в Республике Татарстан в теплый период за последние 100 лет составило 10,0 0С, при этом отмечают уменьшение количества осадков в период «май–август» в среднем на 6 %, по сравнению с многолетними значениями [1]. В этой зоне часто складываются экстремальные условия для вегетации сельскохозяйственных культур, обусловленные весенними и весенне-летними засухами, резкими перепадами суточных температур в период формирования плодов и другими природными аномалиями [2, 3, 4].
Гречиха обыкновенная (Fagopyrum esculentum, M.) – влаголюбивая культура. На образование единицы сухого вещества ее растениям требуется в среднем 530 единиц воды, что значительно превышает величину этого показателя у других сельскохозяйственных культур [5]. При недостаточной влагообеспеченности ингибируются синтетические процессы в растении, происходит резкое снижение биомассы и продуктивности [6].
Для ряда культур эти проблемы решаются методами интенсификации ростовых процессов и использования антистрессовых препаратов [7, 8, 9]. На гречихе, наряду с таким подходом [10], одним из основных методов увеличения урожайности остается создание новых адаптивных сортов с использованием морфогенетического метода селекции. Изменение габитуса растения позволяет достичь более высокой продуктивности, сохраняя морфологический потенциал растений [11, 12, 13].
За годы культурной эволюции был выделен ряд селекционно значимых морфотипов гречихи, которые значительно изменили габитус и физиологию развития современных сортов, в сравнении с ранее созданными местными сортами [14, 15].
Цель исследования – оценить эффективность использования в селекционном процессе фасциированных морфобиотипов гречихи в селекции сортов для условий Среднего Поволжья.
Условия, материалы и методы. Работу проводили на экспериментальных полях Татарского научно-исследовательского института сельского хозяйства и Казанского государственного аграрного университета в Лаишевском муниципальном районе Республики Татарстан в 2018–2023 гг. Почва – серая лесная среднесуглинистая. Содержание в пахотном слое гумуса (по Тюрину) составляло 3,2…4,4 %, подвижных форм калия и фосфора (по Кирсанову) – 110…123 мг/кг и 145…377 мг/кг соответственно. Кислотность почвенного раствора в солевой вытяжке – 5,3…6,6 ед. pH.
Посев осуществяли сеялкой Wintersteiger рядовым способом с нормой высева 2,0 млн всхожих семян на 1 га, при прогревании почвы на глубине заделки семян 10 0С и при стабильных суточных температурах воздуха. Технология обработки почвы и ухода за посевами – общепринятая для Республики Татарстан [16].
Объектами исследования были сорт Батыр, по габитусу растения соответствующий сортотипу «краснострелецкий», а также сорт Яшьлек и гибридная популяция К-990, с преобладанием в составе популяций форм с фасциациями стебля и генеративной зоны.
В период посев–всходы среднесуточная температура в 2018–2020 гг. была ниже оптимальных значений на 5,0…8,1 0С, что способствовало увеличению его продолжительности. В 2021–2022 гг. среднесуточная температура была выше оптимума на 3,8…4,3 0С, что привело к формированию дружных всходов. Количество выпавших осадков в этот период варьировало от 7,7 % до 56 % от оптимального значения (58 мм).
В годы исследований термические условия в межфазный период «бутонизация – начало цветения» находились на оптимальном уровне. Количество выпавших осадков по годам исследования было значительно ниже нормы. Гидротермический коэффициент в период «всходы – бутонизация» колебался в диапазоне от 0,60 до 0,89, что соответствует засушливым условиям. Дефицит почвенной влаги в этот период подавляет ростовые процессы, ограничивая закладку метамеров.
В период «бутонизация – начало цветения» ГТК варьировал от 0,11 до 0,35, что по классификации Селянинова соответствует критерию сильной засухи.
Наиболее критические условия в обеспечении растений гречихи элементами питания и влагой складываются в межфазный период. Практически во все годы наблюдений среднесуточная температура периода «начало цветения – начало плодообразования» превосходила оптимальные на 0,9…5,3 0С, «начало плодообразования – начало побурения плодов» – на 2,0…3,5 0С. В 2019 и 2023 гг. среднесуточная температура в период цветения была ниже оптимума и составила 16,5 0С и 17,3 0С соответственно. Одним из важнейших термических параметров для этого периода считают количество дней с температурой выше 25 0С. При такой температуре концентрация сахара в нектарниках повышается, а нектар становится вязким, что делает его не доступным для пчел. Наименьшее количество дней с температурой выше 25 0С было в 2019 и в 2023 гг. (10 дней), что увеличило продолжительность межфазного периода «начало цветения – начало побурения плодов» до 30 и 31 дня соответственно. В остальные годы исследования количество дней с критически высокими температурами захватили практически весь межфазный период «начало цветения – начало побурения плодов». Количество атмосферных осадков в этот период в исследуемые годы не достигало оптимальных значений многолетней нормы и варьировало от 10 мм в 2020 г. до 86,8 мм в 2019 г.
Среднесуточная температура периода «начало побурения плодов – созревание» в 2019 г. была ниже оптимальной на 1,2 0С. В 2020 г. она была на уровне среднемноголетней (18,3 0С), в остальные годы исследования наблюдали увеличение среднесуточной температуры на 1,0…2,4 0С, по сравнению с оптимумом. В 2018 и 2019 гг. в этот период отмечали дни с большим перепадом суточных температур. При снижении ночных температур до +8 0С в растениях замедляются процессы метаболизма и прекращается отток ассимилятов к плодам, что приводит к гибели молодой завязи.
Обильными были осадки в этот период в 2019 г. (109 мм), достаточными – в 2020 и 2023 гг. (87 и 52 мм соответственно). В остальные годы количество выпавших осадков было не больше 28 % от среднемноголетней нормы.
Относительно благоприятными для роста и развития растений гречихи были 2019 и 2020 гг., остальные годы были в той или иной степени засушливыми. В критические периоды формирования урожайности прослеживался острый недостаток почвенной влаги с высокими среднесуточными температурами, которые не позволили полностью реализовать продуктивный потенциал объектов изучения.
Качественные показатели урожая определяли согласно ГОСТам: натуру плодов по ГОСТ 10840-2017, массу тысячи семян – по ГОСТ 12042-80, пленчатость плодов – по ГОСТ 10843-76.
Полученные в ходе исследования данные были статистически обработаны методами дисперсионного, корреляционного анализов и описательной статистики [17].
Результаты и обсуждение. В среднем за годы исследования растения сортотипа «краснострелецкий» оказались наиболее высокорослыми (66,8 см) (табл. 1). Включение в состав популяции фасциированных форм уменьшило высоту растений на 4,4…8,9 %. Одновременно с уменьшением высоты растений сократилось число узлов на растении. Количество узлов в зоне ветвления стебля уменьшилось для сорта Яшьлек на 30,5 %, а для гибридной популяции К-990 на 24,1 %, по сравнению с сортом Батыр. Сократилось и число узлов в зоне плодоношения. При этом следует отметить, что генеративная зона новой гибридной популяции К-990 стала еще более компактной, из-за уменьшения количества узлов в зоне плодоношения, по сравнению с сортом Батыр на 25 %.
Таблица 1 – Элементы структуры урожая растений гречихи
(среднее за 2018–2023 гг.)
|
Образец |
Высота растения, см |
Количество узлов в зоне ветвления |
Количество узлов в зоне плодоношения |
Количество ветвей 1-го порядка, шт. |
Количество ветвей 2-го порядка и выше, шт. |
|
Батыр |
66,80 |
3,44 |
4,21 |
3,32 |
0,17 |
|
Яшьлек |
63,90 |
2,39 |
3,59 |
2,43 |
0,07 |
|
К-990 |
60,90 |
2,61 |
3,14 |
2,48 |
0,04 |
|
НСР05 |
4,30 |
0,39 |
0,43 |
0,34 |
Fф˂Fт |
Сортотип «краснострелецкий», к которому мы относим сорт Батыр, характеризуется физиологической детерминацией побегообразования. Количество ветвей второго порядка за время нашего исследования у сорта Батыр составило 0,17 шт./растение. На сортах Яшьлек и К-990 отмечена практически полная редукция ветвления второго порядка, а также снижение числа ветвей первого порядка, по сравнению с сортом Батыр, на 0,84…0,89 шт.
Детерминация ветвления у фасциированных форм отразилась и на особенностях формирования генеративной зоны сортов. В процессе увеличения фасциированных биотипов в популяции сократилось в 1,5 раза среднее количество соцветий на главном стебле и в два раза количество соцветий на боковых побегах, по сравнению с сортом Батыр.
При этом увеличилась продуктивность соцветий главного стебля фасциированных генотипов на 24 %, по сравнению с «краснострелецким» морфобиотипом (табл. 2).
Таблица 2 – Параметры продуктивности растений гречихи обыкновенной (среднее за 2018–2023 гг.)
|
Образец |
Количество соцветий на растении, шт. |
Количество плодов в соцветиях, шт. |
||
|
на главном стебле |
на боковых ветвях |
главного стебле |
боковых побегов |
|
|
Батыр |
4,5 |
4,8 |
37,9 |
19,1 |
|
Яшьлек |
3,6 |
2,9 |
47,3 |
18,5 |
|
К-990 |
3,3 |
2,2 |
46,5 |
15,7 |
|
НСР05 |
0,5 |
1,0 |
6,7 |
2,6 |
Фасциированные биотипы обладают повышенной засухоустойчивостью растений, проявляющейся в увеличении семенной продуктивности растений. Соответственно урожайность зерна сорта Яшьлек в неблагоприятные годы была выше на 0,15 т/га, по сравнению с сортом Батыр, а у популяции К-990 – на 0,60 т/га (табл. 3). Климатические условия вегетационного периода 2020 г. нивелировали сортовые различия по урожайности зерна, поэтому между вариантами не выявлено существенных различий.
Таблица 3 – Урожайность зерна сортов гречихи, т/га
|
Год |
Батыр |
Яшьлек |
К-990 |
НСР05 |
|
2018 г. |
0,80 |
1,00 |
1,30 |
0,30 |
|
2019 г. |
2,93 |
1,80 |
3,13 |
0,43 |
|
2020 г. |
1,25 |
1,17 |
1,21 |
0,02 |
|
2021 г. |
0,14 |
0,27 |
0,32 |
0,12 |
|
2022 г. |
2,25 |
1,86 |
2,50 |
0,28 |
|
2023 г. |
1,15 |
1,83 |
1,61 |
0,32 |
|
Средняя за неблагоприятные годы (2018, 2021–2023 гг.) |
1,08 |
1,23 |
1,68 |
- |
|
Средняя за благоприятные годы (2019, 2020 гг.) |
2,09 |
1,49 |
2,17 |
- |
В благоприятные по гидротермическим условиям годы наименьшую урожайность сформировал сорт Яшьлек (1,49 т/га). У сорта Батыр величина этого показателя достигала 2,09 т/га, что на 40 % выше урожайности сорта Яшьлек. Наибольший сбор зерна был у популяции К-990 и составил 2,17 т/га.
Анализ коэффициентов корреляции Пирсона (табл. 4) показал, что у сорта Батыр существует высокая зависимость величины урожая от количества осадков в межфазный период от начала плодообразования и до начала побурения плодов (r = 0,77). На урожайность гибридной популяции К-990 влияло количество осадков на этапе одновременного формирования вегетативной сферы растений и начала цветения (r = 0,93), а осадки в период от начала цветения до начала плодообразования значимо влияли на крупность плодов (r = 0,73).
Высокие среднесуточные температуры в период налива плодов отрицательно влияли на урожайность сорта Батыр (r = -0,77), что указывает на низкую норму реакции продуктивной системы данного генотипа к этому фактору. У нового генотипа К 990 в период плодообразования выявлена положительная корреляция к температурному режиму. Сорт Яшьлек обнаружил отрицательную зависимость величины урожая от температурного режима в межфазный период бутонизация – начало цветения и отрицательное влияние высоких среднесуточных температур на формирование крупности плодов.
Таблица 4 – Наиболее тесные корреляции урожайности сортообразцов гречихи и массы тысячи плодов с гидротермическими условиями периодов вегетации растений в годы исследований (2018–2023 гг.)
|
Образец |
Гидротермический фактор |
Межфазный период |
Коэффициент корреляция с признаками* |
|
|
урожайности |
масса 1000 плодов |
|||
|
Батыр |
количество осадков |
начало плодообразования - начало побурения плодов |
0,77 |
– |
|
среднесуточная температура воздуха |
начало побурения плодов – созревание |
-0,77 |
– |
|
|
Яшьлек |
среднесуточная температура |
бутонизация – начало цветения |
– 0,70 |
– |
|
начало плодообразования – начало побурения плодов |
– |
-0,78 |
||
|
К 990 |
количество осадков |
бутонизация – начало цветения |
0,93 |
– |
|
начало цветения – начало плодообразования |
– |
0,73 |
||
*все коэффициенты корреляции значимы на уровне α=0,1.
Гидротермические условия в годы проведения исследования имели влияние на формирование технологических показателей плодов гречихи. Так, в неблагоприятные годы средняя масса тысячи плодов составляла от 29,1 г у сорта Батыр до 31,3 г у морфобиотипа К-990 (табл. 5). В благоприятные 2019 и 2020 гг. масса тысячи плодов была максимальной у варианта Яшьлек (32,2 г).
Натурная масса всех образцов в неблагоприятные годы была выше, чем в благоприятные. Это связано с тем, что в годы, лимитированные по количеству осадков, формируются более мелкие плоды с менее выраженной крылатостью. Наиболее вариабельным этот признак оказался у вариантов Батыр (531…612 г/л) и Яшьлек (555…619 г/л). У морфобиотипа К-990 натурная масса была более стабильна в течении всего периода исследования (529…580 г/л).
Главным технологическим показателем для крупяного производства является пленчатость плодов, которая непосредственно влияет на выход крупы. В среднем за шесть лет наиболее низкопленчатым морфобиотипом оказался вариант К-990 (22,7 %) (табл. 5).
. Наиболее вариабельным данный параметр был у сорта Батыр, так в годы с сильным дефицитом осадков доля пленка увеличилась до 27,4 %, а в благоприятные снизилась до 18,3 %. У вариантов Яшьлек и К-990 пленчатость плодов была более стабильна по годам и варьировалась в пределах 20,9…24,9 %.
Таблица 5 – Технологические параметры качества плодов гречихи (среднее за 2018–2023 гг.)
|
Образец |
Масса 1000 плодов, г |
Пленчатость, % |
Натурная масса, г/л |
|
Батыр |
29,1 |
23,8 |
586 |
|
Яшьлек |
30,7 |
22,3 |
563 |
|
К-990 |
31,3 |
22,7 |
558 |
|
НСР05 |
0,8 |
0,3 |
3 |
Выводы. Таким образом, включение в состав гибридных популяций фасциированных генотипов с редуцированным ветвлением формирует более компактный габитус растений, по сравнению с «краснострелецким» сортотипом, из-за уменьшения высоты растения на 5,6…9,1 %, количества боковых ветвей первого порядка – в 1,3…1,6 раза.
Редукция бокового ветвления второго и третьего порядка увеличивает количество соцветий на главном стебе на 25…30 % и продуктивность растения в 1,2 раза, по сравнению с сортом Батыр.
Урожайность, сформировавшаяся в годы с различной степенью обеспеченности влагой, свидетельствует о повышенной устойчивости генеративной сферы фасциированных генотипов гречихи к засушливым условиям. Результаты корреляционного анализа свидетельствуют, что урожайность сорта Батыр напрямую зависит от количества выпавших осадков в межфазный период «начало плодообразования – начало побурения плодов» (r=0,77) и имеет сильную обратную связь со среднесуточной температурой в период созревания зерна (r=-0,77). Урожайность и крупность зерна сорта Яшьлек зависит от среднесуточных температур, тогда как у гибридной популяции К-990 имеется прямая сильная связь между урожайностью и количеством выпавших осадков в начальный период вегетации (r=0,93)
Вовлечение в состав гибридных популяций фасциированных морфобиотипов, наряду с изменением архитектоники растений способствует повышению засухоустойчивости и стабильности урожаев в условиях Среднего Поволжья.
1. Шайтанов О. Л., Низамов Р. М., Захарова Е. И. Оценка влияния глобального потепления на климат Татарстана // Зернобобовые и крупяные культуры. 2021. № 4 (40). С. 102–112. doi:https://doi.org/10.24412/2309-348X-2021-4-102-112.
2. Кадырова Ф. З., Кадырова Л. Р., Хуснутдинова А. Т. Новые сорта гречихи для засушливых условий среднего Поволжья // Зерновое хозяйство России. 2014. № 2. С. 54–57.
3. Кадырова Ф.З., Кадырова Л.Р., Хуснутдинова А.Т. О новых достижениях в селекции гречихи // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2018. Т. 13. № 4 (51). С. 35–39. doi:https://doi.org/10.12737/article_5c3de480b68b41.05234576.
4. Амиров М. Ф., Шайхутдинов Ф. Ш., Сержанов И. М. Агробиологические основы формирования высококачественного урожая зерна видов яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14. № S4-1(55). С. 5–9. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-5-9.
5. Амелин А. В., Фесенко А. Н., Заикин В. В. Эффективность использования воды листьями Fagopyrum esculentum Moench под влиянием экзогенных и эндогенных факторов // Сельскохозяйственная биология. 2023. Т. 58. № 1. С. 75–86. doi:https://doi.org/10.15389/agrobiology.2023.1.75rus.
6. Лаханов А. П. Об оценке гречихи на засухоустойчивость // Селекция и семеноводство. 1991. № 6. С. 9–10.
7. Сафиоллин Р. Р., Лукманов А. А., Сулейманов С. Р. Теоретические основы и практические приемы применения Агробальзама на посевах подсолнечника в почвенно-климатических условиях Республики Татарстан // Агрохимический вестник. 2024. № 2. С. 22–27. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2024-2-004.
8. Михайлова М. Ю., Миникаев Р. В., Амиров М. Ф. Влияние некорневых подкормок на формирование генеративных органов у кукурузы // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2024. Т. 19. № 1 (73). С. 12–17. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2024-12-17.
9. Вафин И. Х., Сафин Р. И., Миникаев Р. В. Особенности влияния некорневой подкормки жидкими удобрениями на минеральное питание, урожайность и качество семян озимой пшеницы // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. № 2(70). С. 13–18. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-13-18.
10. Брескина Г.М., Чуян Н.А. Роль биопрепаратов и азотных удобрений в формировании продуктивности гречихи в условиях Курской области // Российская сельскохозяйственная наука. 2021. № 2. С. 39-42. doi:https://doi.org/10.31857/S2500262721020083
11. Фесенко А. Н., Амелин А. В., Заикин В. В. Видовые и сортовые особенности формирования плодов и семенной продуктивности у растений гречихи // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2020. № 85. С. 260–265. doi:https://doi.org/10.21515/1999-1703-85-260-265.
12. Фесенко А. Н., Бирюкова О. В., Фесенко И. Н. Морфобиологические особенности основных морфотипов гречихи, возделываемых в России // Земледелие. 2019. № 4. С. 36–39. doi:https://doi.org/10.24411/0044-3913-2019-10409.
13. Adaptability of Determinate and Indeterminate Varieties of Fagopyrum Esculentum Monch in a Monsoon / A. Klykov, G. Murugova, O. Timoshinova, et al. // Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East: Agricultural Innovation Systems. Ussuriysk: Springer, 2022. Vol. 353. P. 174–184. doi:https://doi.org/10.1007/978-3-030-91402-8_21.
14. Morphology and reproductive biology of perennial buckwheat Fagopyrum Cymosum Meissn / L. R. Kadyrova, K. O. Potapov, А. N. Fadeeva, et al. // Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018. Vol. 5. No. 9. P. 9306–9310. doi:https://doi.org/10.5281/zenodo.1439320.
15. Evalution of Resistance to Lodging of Buckwheat Varieties on the Basis of Anatomical Features / K. O. Potapov, L. R. Kadyrova, F. Z. Kadyrova, et al. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. No. 7 (6). P. 3207–3213.
16. Агротехнологии зернобобовых культур и крупяных культур / М. Ф. Амиров, И. Р. Валеев, А. Р. Валиев и др. // Система земледелия Республики Татарстан. Казань: Казанский государственный аграрный университет, 2014. Ч. 2. С. 141–177.
17. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 6-е, стереотип., перепеч. с 5-го изд. М.: Альянс, 2014. 352 с.
