Some aspects of testing cotton Gossypium hirsutum L. in conditions of the Astrakhan region

Full Text

Введение

Культура хлопчатника возделывается, главным образом, для получения ценного волокна, востребованного текстильной промышленностью. Волокно хлопчатника является самым распространенным натуральным волокном в мире, что делает его главной прядильной культурой. Из семян хлопчатника получают пищевое масло и белок, глицерин, олифу, техническое масло. Отходы после переработки хлопка-­сырца используются различными отраслями промышленности. Таким образом, хлопчатник является важной сельскохозяйственной культурой и имеет большое значение для народного хозяйства [1].

Во времена существования Советского Союза хлопчатник возделывался в республиках Средней Азии [2]. Но после того как эти республики получили независимость, России пришлось закупать большую часть волокна из-за рубежа. В настоящее время существует проблема зависимости от импорта хлопка, так по данным информационной системы Ru-­Stat¹, за период 2013–2020 гг. в Россию было импортировано товаров из группы «хлопок» общим весом 1929 тыс. т, их стоимость составила 4,15 млрд долл. Из Узбекистана было импортировано больше всего товаров из группы «хлопок» (42 %), далее следует Китай (16 %). Из одной тонны хлопка-­сырца получают в среднем 35 % волокна и 65 % семян. Из одного килограмма волокна можно произвести 12 метров ткани, а тонковолокнистые сорта могут дать даже 20 метров [3].

В группу «хлопок» включены волокна хлопчатника от сырья до переработки на ткани, а также различные текстильные материалы, определяемые как хлопчатобумажные. Из вышесказанного следует, что хлопковое волокно востребовано в России и развитие отечественного хлопководства является важной задачей АПК.

Интенсификация хлопководства предполагает увеличение производства не за счет расширения посевных площадей, а путем повышения урожайности. В связи с этим большое значение придается селекции хлопчатника, созданию сортов, обладающих комплексом хозяйственно полезных признаков — скороспелостью, высокой продуктивностью, устойчивостью к болезням и вредителям, с возможностями противостоять неблагоприятным условиям среды произрастания. Для успешного ведения селекционной работы необходимо располагать исходным материалом, полученным при изучении генетических коллекций, оценке и отборе образцов. Поэтому агробиологическое изучение и оценка коллекционных образцов хлопчатника, направленные на выделение нового перспективного исходного материала и использование его для селекционных целей, является актуальным.

Цель исследований — выделение сортов и сортообразцов с оптимальными показателями хозяйственно ценных признаков (скороспелость, урожайность, выход и длина волокна), максимально приспособленных к конкретным экологическим условиям Астраханской области для использования в селекции.

Материалы и методы исследования

Для выделения сортов и сортообразцов с комплексом хозяйственно ценных признаков и с адаптационными возможностями к аридным условиям Астраханской области был использован коллекционный материал, предоставленный Всероссийским институтом генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). За стандарт был принят сорт АС-1.

Исследования проводили по следующим методическим указаниям:

• Изучение коллекций прядильных культур (Г.Г. Давидян и др.)²;
• Методика полевого опыта Б.А. Доспехова³;
• Классификатор рода Gossypium L. (хлопчатник) (В.А. Корнейчук) ⁴.

Базовые операции статистического анализа данных проводили с применением прикладной программы Excel 2016. Для описания и представления анализируемых данных использована описательная статистика. По каждому хозяйственно ценному признаку сформировали выборку из семи образцов и рассчитали основные статистические показатели. Таким образом, семь значений каждого признака заменялись одним числом, которое потом сравнивали с аналогичным признаком у стандарта. Такая интерпретация результатов измерений позволила оценить изучаемые образцы с точки зрения их перспективности в дальнейшей селекционной работе. Результаты описывали по следующему алгоритму [4]:

• для измерения центральной тенденции использовали среднее арифметическое;
• характеристики изменчивости (разброса) значений относительно среднего — стандартное отклонение и стандартная ошибка среднего. Стандартное отклонение показывает степень рассеивания значений определенного признака у всех образцов вокруг их среднего значения. Точность выборочной оценки среднего характеризуется стандартной ошибкой среднего, которая показывает, насколько мы ошиблись, используя доступную информацию о ­каком-либо признаке в выборке из семи образцов вместо громоздкой информации за три года изучения ⁵.

Для климата регионов, где успешно возделывается хлопчатник, характерны засушливость, достаточные тепловые ресурсы, обилие света, континентальность. Глобальное потепление может положительно сказаться на возможности расширения зоны возделывания в России [5]. На юге России существуют условия, при которых возможно возделывание хлопчатника [6, 7]. Сорта хлопчатника как жаролюбивой культуры требуют соответствия суммы активных температур следующим значениям: наиболее раннеспелые сорта — 2900…3100, среднеспелые — 3400, позднеспелые — 4000 °C. Биологический минимум для начала роста составляет 12 °C 6. В Астраханской области, где среднегодовая сумма активных температур находится в пределах 3400…3600 °C, имеются условия, отвечающие требованиям культуры хлопчатника. Первые посевы хлопчатника в Астраханской области были предприняты в 1907–1909 гг., средний урожай составлял 0,8 т/га. В советское время хлопчатник в Астраханской области возделывался до 1956 г., в дальнейшем с интеграцией производства он был вытеснен в Среднеазиатские республики и Азербайджан [8]. Климатические условия Астраханской области позволяют выращивать раннеспелые и среднеспелые сорта хлопчатника. При этом аридность климата области является стресс-­фактором для возделывания многих сельскохозяйственных культур. Подбор оптимального сортимента культуры хлопчатника значительно снижает негативные последствия воздействия условий внешней среды [9, 10].

По мере формирования и распространения рода Gossypium (5…10 млн лет назад) в различные среды, геном хлопчатника подвергался значительные изменениям и перестройкам [11]. Это отражается в таких фенотипических признаках, как тип онтогенеза, жизненная форма растения, цвет венчика, форма листьев, форма семян и т. д. [12].

Результаты исследования и обсуждения

В Прикаспийском аграрном федеральном научном центре Российской академии наук (ФГБНУ «ПАФНЦ РАН»), начиная с 1990-х гг., хлопчатник возделывается на орошаемых участках, ведется научно-­исследовательская работа по этой культуре. За весь период НИР было изучено более 1500 коллекционных образцов хлопчатника со всех стран мира. Из многообразного исходного материала были выделены генотипы по комплексу хозяйственно ценных признаков с периодом вегетации 120 дней, потенциальной урожайностью 2,5…5,0 т/га, выходом волокна 35…40 % и длиной волокна более 30 мм. В результате селекционный работы было выведено 4 сорта хлопчатника с белым волокном АС-4, АС-5, АС-6 и АС-7. Эти сорта имеют четвертый-­седьмой тип волокна, наиболее востребованного текстильной промышленностью. В 2018 г. внесен в Госсортреестр сорт хлопчатника Прикаспий-1 с белым волокном, в 2019 г. — сорт Браун с кремовым цветом волокна. В настоящее время продолжается изучение мирового генофонда хлопчатника, существуют перспективные линии для создания новых сортов хлопчатника [13, 14].

В период 2017–2019 гг. в ФГБНУ «ПАФНЦ РАН» проводилась работа по выделению по основным хозяйственно ценным признакам селекционного материала беловолокнистого хлопчатника. Почва опытного участка по гранулометрическому составу являлась тяжелосуглинистой, иловато-­крупнопылеватой [15]. Содержание гумуса в слое 0–0,2 и 0,2–0,4 м составило 0,92 и 0,81 %. Реакция рН водной вытяжки в обоих слоях оказалась больше восьми единиц (0–0,2 м — 8,29 и 0,2–0,4 м — 8,60), т. е. почва была среднещелочной. Массовая доля подвижных соединений в почве в слое 0–0,2 и 0,2–0,4 м соответственно составила: фосфора — 24,8 и 25,4 мг/кг, калия — 442 и 172 мг/кг.

Посев хлопчатника осуществлялся вручную из расчета 110 тыс. раст./га, способ полива — капельное орошение.

Гидротермический коэффициент за период вегетации хлопчатника: 2017 г. — 0,5, 2018 г. — 0,2 и 2019 г. — 0,3.

Изучено несколько десятков сортов и сортообразцов беловолокнистого хлопчатника. Из рабочего материала были отобраны образцы, продемонстрировавшие на протяжении трех лет изучения урожайность, превышающую 1,0 т/га (табл. 1).

Таблица 1. Хозяйственно ценные признаки хлопчатника, 2017–2019 гг.

Образец	Масса одной коробочки, г			Выход волокна,%			Длина волокна, мм			Продуктивность одного растения, г			Урожайность, т/га
	2017	2018	2019	2017	2018	2019	2017	2018	2019	2017	2018	2019	2017	2018	2019
АС-1, st	5,6	5,7	4,9	26,8	33,3	32,6	29,5	31,7	30,5	25,1	17,9	26,5	2,8	2,0	2,9
110001	5,3	5,2	4,0	37,3	33,0	34,1	30,3	34,0	30,8	21,0	16,8	18,4	2,3	1,8	2,0
621038	6,0	5,9	6,0	39,5	33,8	33,6	31,0	31,4	32,1	25,5	13,0	26,3	2,8	1,4	2,9
АС-5	5,8	4,8	4,4	35,3	32,3	37,5	32,8	32,4	30,7	23,8	16,1	23,1	2,6	1,8	2,5
Голиот	5,8	5,1	6,0	35,0	35,9	37,2	31,0	30,0	31,4	17,8	17,8	35,2	2,0	2,0	3,9
UZ-4	5,9	6,8	4,3	32,5	34,7	31,3	30,3	31,8	32,7	14,5	39,0	26,9	1,6	4,3	3,0
UZ-8	5,3	5,3	5,2	38,1	36,0	32,3	30,0	30,0	31,1	14,2	20,6	24,0	1,6	2,3	2,6
Gela	4,2	5,0	4,8	34,7	32,5	33,5	30,0	30,6	30,6	8,8	22,6	21,8	1,0	2,5	2,4

Table 1. Agronomic traits of cotton, 2017–2019

Variety	Pod weight, g			Fiber yield,%			Fiber length, mm			Productivity per 1 plant, g			Yield, t/ha
	2017	2018	2019	2017	2018	2019	2017	2018	2019	2017	2018	2019	2017	2018	2019
AS-1, st	5.6	5.7	4.9	26.8	33.3	32.6	29.5	31.7	30.5	25.1	17.9	26.5	2.8	2.0	2.9
110001	5.3	5.2	4.0	37.3	33.0	34.1	30.3	34.0	30.8	21.0	16.8	18.4	2.3	1.8	2.0
621038	6.0	5.9	6.0	39.5	33.8	33.6	31.0	31.4	32.1	25.5	13.0	26.3	2.8	1.4	2.9
AS-5	5.8	4.8	4.4	35.3	32.3	37.5	32.8	32.4	30.7	23.8	16.1	23.1	2.6	1.8	2.5
Goliot	5.8	5.1	6.0	35.0	35.9	37.2	31.0	30.0	31.4	17.8	17.8	35.2	2.0	2.0	3.9
US-4	5.9	6.8	4.3	32.5	34.7	31.3	30.3	31.8	32.7	14.5	39.0	26.9	1.6	4.3	3.0
US-8	5.3	5.3	5.2	38.1	36.0	32.3	30.0	30.0	31.1	14.2	20.6	24.0	1.6	2.3	2.6
Gela	4.2	5.0	4.8	34.7	32.5	33.5	30.0	30.6	30.6	8.8	22.6	21.8	1.0	2.5	2.4

Количественные характеристики хозяйственно ценных признаков изучаемых сортов и сортообразцов хлопчатника в сравнении со стандартом приведены в табл. 2.

Таблица 2. Описательная статистика хозяйственно ценных признаков хлопчатника

Основные статистические показатели	Масса одной коробочки, г	Выход волокна,%	Длина волокна, мм	Урожайность, т/га
	АС-1, st
	5,4	30,9	30,6	2,6
	Выборка
Среднее	5,3	34,8	31,2	2,4
Стандартная ошибка	0,2	0,4	0,3	0,1
Стандартное отклонение	0,5	1,2	0,7	0,4
Коэффициент вариации,%	9,4	3,4	2,2	16,7

Table 2. Descriptive statistics of agronomic traits of cotton

Main statistical indicators	Pod weight, g	Fiber yield,%	Fiber length, mm	Yield, t/ha
	AS-1, st
	5.4	30.9	30.6	2.6
	Selection
Mean	5.3	34.8	31.2	2.4
Standard error	0.2	0.4	0.3	0.1
Standard deviation	0.5	1.2	0.7	0.4
Coefficient of variation,%	9.4	3.4	2.2	16.7

По признаку «масса одной коробочки» (см. табл. 2) среднее значение изучаемых образцов — 5,3 г (у стандарта — 5,4 г). Разброс значений этого признака в выборке составил 5,3 г ± 0,5 г. Cреднее значение массы одной коробочки у семи образцов за все годы изучения вычислено с ошибкой 0,2 г, можно сказать, что выборочное среднее определено довольно точно.

По признаку «выход волокна» среднее значение по выборке (34,8 %) оказалось бóльшим по сравнению со стандартом (30,9 %), что является положительным моментом. По этому признаку вариация значений в выборке оказалась больше стандартной и составила 34,8 ± 1,2 %. Если бы определялось среднее значение выхода волокна у изучаемых образцов за период 2017–2019 гг., то ошибка составила бы 0,4 %.

Длина волокна в выборке из изучаемых образцов в среднем составила 31,2 мм и превысила этот показатель у стандарта (30,6 мм). Все значения в выборке лежали в диапазоне 31,2 ± 0,7 мм. Стандартная ошибка оказалась равной 0,3 мм, т. е. если бы определялось среднее значение длины волокна за весь период изучения, то мы бы ошиблись на 0,3 мм.

Среднее значение (2,4 т/га) главного результативного признака — урожайности — оказалось меньше стандарта (2,6 т/га). Мера рассеивания показателей урожайности образцов в выборке составила 2,4 т/га ± 0,4 т/га, ошибка среднего — 0,1 т/ га — была наименьшей по сравнению с другими хозяйственно ценными признаками.

Можно сказать, что хозяйственно ценные признаки изучаемых образцов хлопчатника очень незначительно отличались от стандарта, т. е. в конкретных почвенно-­климатических условиях демонстрировали похожие значения, что является статистически доказанным.

Сравнение изменчивости параметров изучаемых образцов, выраженных в разных единицах, в данной выборке было проведено посредством вычисления коэффициента вариации. Принято считать, что при коэффициенте вариации меньше 10 % варьирование слабое, при 10…20 % — среднее и при более 20 % — сильное. Параметры у выделенных образцов имеют слабый и средний коэффициент вариации,%: масса одной коробочки — 9,4, выход волокна — 3,4, длина волокна — 2,2, урожайность — 16,7. Проанализировав числовые характеристики выделенных образцов с применением методов математической статистики, можно сказать, что по параметрам «выход волокна» и «длина волокна» выделенные образцы более стабильны или менее варьируют, по параметрам «масса одной коробочки» и «урожайность» — вариаций значительно больше.

Так как главным хозяйственно ценным признаком является урожайность изучаемых образцов, то при полученном коэффициенте вариации 16,7 % возникает вопрос: вариации происходили из-за генетических особенностей образцов или вследствие неучтенного варьирования условий среды и самих растений? Был проведен однофакторный дисперсионный анализ, в ходе которого общая вариация (изменчивость) урожайности раскладывалась на вариацию, обусловленную влиянием генетических особенностей образцов, и на вариацию, вызванную влиянием неучтенных (случайных) факторов. Проверяемой нулевой гипотезой в однофакторном анализе являлась гипотеза о невлиянии образцов на урожайность. Результат дисперсионного анализа приведен в табл. 3.

Таблица 3. Дисперсионный анализ урожайности образцов

Источник вариации	SS	df	MS	F	P-значение	Fкритическое
Между группами	2,23	6	0,37	0,53	0,78	2,85
Внутри групп	9,90	14	0,71
Итого	12,13	20

Table 3. Variety Yield Analysis of Variance

Source of Variation	SS	df	MS	F	P-value	Fcrit
Between groups	2.23	6	0.37	0.53	0.78	2.85
Within groups	9.90	14	0.71
Total	12.13	20

Поскольку F меньше, чем F_{критическое} (табл. 3), расчет НСР здесь является нецелесообразным. Доля влияния образцов на урожайность составила 18,4 %, а доля неучтенных факторов — 81,6 %.

На величину урожайности в большей степени оказали влияние условия среды произрастания. И в этих условиях все изучаемые образцы за период 2017–2019 гг. продемонстрировали хорошую урожайность, в среднем 2,4 т/га, урожайность АС-1, st за этот же период составила 2,6 т/га. Можно предположить, что усовершенствование технологии возделывания хлопчатника позволит получить лучшие урожайные данные. Другие хозяйственно ценные признаки были отмечены со значениями, превышающими аналогичные значения у стандарта, или незначительно им уступающими. Сорта и сортообразцы хлопчатника, выделенные в результате сортоизучения, оказались адаптированными к почвенно-­климатическим условиям произрастания.

Представляет интерес потенциал каждого изученного сорта и сортообразца. Визуализация хозяйственно ценных признаков наглядно демонстрирует их динамику в сравнении со стандартом и между собой (рис.).

Сорт с наибольшей урожайностью 3,0 т/га UZ-4 по другим хозяйственно ценным признакам также имеет преимущество перед стандартом (рис.). Далее, по уменьшению урожайности (2,6 т/га) следует сорт Голиот с лучшими по сравнению со стандартом признаками и с самым высоким выходом волокна (36,0 %) из всех изученных сортов и сортообразцов. Все остальные сорта и сортообразцы имели меньшую по сравнению со стандартом урожайность (2,0…2,4 т/га), но больший выход волокна.

Динамика хозяйственно ценных признаков в сравнении со стандартом АС‑1, 2017–2019 гг.
Источник: сделано автором

Dynamics of agronomic traits in comparison with the AS‑1 standard, 2017–2019
Source: made by the author

Заключение

По результатам сортоизучения в период 2017–2019 гг. в почвенно-­климатических условиях Астраханской области сорт беловолокнистого хлопчатника UZ-4 продемонстрировал урожайность 3,0 т/га, а также имел коробочку массой 5,7 г, выход волокна — 32,8 %, длину волокна — 32,6 мм.

Все эти показатели превышают аналогичные у сорта-­стандарта АС-1. Также отмечен сорт Голиот с одинаковой со стандартом урожайностью (2,6 т/га), но лучшими хозяйственно ценными признаками. Эти сорта можно рекомендовать для возделывания в экстремальных климатических условиях Астраханской области.

 

 

^{1 Импорт в Россию. «Хлопок» // Экспорт и импорт России по товарам и странам. Ru‑Stat: официальный сайт. Режим доступа: https://ru‑stat.com/date‑Y2013‑2020/RU/import/world/1152 Дата обращения: 05.01.2022 г}

^{2 Изучение коллекций прядильных культур (хлопчатник, лен, конопля): методические указания / Г.Г. Давидян, И.Ф. Другова, С.Н. Кутузова и др. Ленинград, 1978. С. 3—6.}

^{3 Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 6‑е, стер., перепеч. с 5‑го изд. 1985 г. М.: Альянс, 2011. 352 с.}

^{4 Корнейчук В.А. Классификатор рода Gossypium L. (хлопчатник). Л.: Всесоюзный НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР), 1982. 16 с.}

^{5 Зайцев В.М., Лифляндский В.Г., Маринкин В.И. Прикладная медицинская статистика: учеб. пособие для студентов мед. вузов. СПб.: Фолиант, 2003 (Акад. тип. Наука РАН). 428 с.}

^{6 Синицина Н.И., Гольцберг И.А., Струнников Э.А. Агроклиматология. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 342 с.}

About the authors

Elena G. Myagkova

Precaspian Agrarian Federal Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: govsan29@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0631-9253

Researcher, Acting Head of the Laboratory of Technical and Oilseed Crops

8, Severniy st., Solenoe Zaymische vil., Chernoyarskiy district, Astrakhan region, 416251

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.