Скрининг сортов овса омской селекции для условий южной лесостепи Западной Сибири

Полный текст

Введение

По значимости среди зерновых культур яровой овес одна из жизненно важных культур, хорошо приспособленных к условиям Западной Сибири. Овес мало требователен к почвам и климату, имеет довольно короткий период вегетации, высокую урожайность, может быть использован на зерно и зеленую массу и поэтому широко возделывается во всех регионах РФ [1]. Посевные площади овса в России в 2019 г. составили 2611,6 тыс. га, что на 8,5 % (241,7 тыс. га) меньше, чем в 2018 г. К регионам со значительной площадью посева овса относятся: Алтайский край (314,1 тыс. га, что составляет 12,0 % от общей посевной площади), Новосибирская область (168,4 тыс. га — 6,4 %), Республика Башкортостан (160,9 тыс. га — 6,2 %), Красноярский край (160,0 тыс. га — 4,1 %), Тюменская область (105,9 тыс. га — 2,7 %). Так же в число 20 крупнейших регионов вошли Иркутская, Кемеровская, Омская, Челябинская, Оренбургская, Нижегородская и Самарская области, Республики Удмуртия и Татарстан [2].

Реализации качественных и количественных признаков урожайности и повышения продуктивности возможна, если новые сорта характеризуются отзывчивостью на изменяющиеся факторы внешней среды (адаптивностью) с достаточной потенциальной продуктивностью и способностью реализовать ее даже в стрессовых условиях этого региона, т.е. сводить к минимуму последствия неблагоприятных внешних условий [3, 4]. Кроме того, для повышения результативности создания сортов, обладающих необходимым сочетанием хозяйственно важных свойств и высокой экологической приспособленностью, необходимо использовать ряд методик [5, 6].

Цель исследований — определение адаптивных свойств сортов ярового овса селекции Омского аграрного научного центра (Омского АНЦ).

Материалы и методы исследования

Экспериментальная часть работы проводилась в течение 2011—2019 гг. на опытных полях Омского АНЦ, расположенных в южной лесостепной зоне Западной Сибири. Почва — чернозем обыкновенный выщелоченный, содержание гумуса — 6…7 %. Площадь делянки — 10 м², повторность — 4-кратная. Норма высева — 4 млн всхожих зерен на 1 га. Посев произведен селекционной сеялкой ССФК-7, в третьем селекционном севообороте по предшественнику пшеница, четвертая культура после пара. Агротехника проведения опытов общепринятая для Западно-Сибирского региона. Уборка проведена в фазу полной спелости селекционным комбайном Hege 125.

Математическая обработка данных проведена по Б.А. Доспехову [7]. Расчет параметров адаптивности проводили, используя следующие показатели: гомеостатичность Hom и индекс стабильности ИС — рассчитывали по методике В.В. Хангильдина [8]:

$\mathrm{Hom} =\frac{{\overline{x}}^2}{\delta (x_{opt} - x_{lim})};$                                                                                      (1)

ИС = ${\overline{x}}^2$/S,                                                                                                        (2)
где ${\overline{x}}^2$ — средняя урожайность сорта за годы изучения; δ и S — среднеквадратическое отклонение в опыте; x_lim — урожайность сорта при неблагоприятных условиях выращивания; x_opt — урожайность сорта при оптимальных условиях выращивания.

Р.А. Удачин, П.А. Головченко [9] предложили оценивать стабильность используя показатель устойчивости индекса стабильности:

$У = {\left(1-\frac{\mathrm{ИСопт} - \mathrm{ИС}\mathrm{лимит}}{\mathrm{ИСср}}\right)}^{2}100\%,$

где У — показатель устойчивости индекса стабильности; ИС_ср — среднее значение индекса стабильности у набора сортов на всех фонах испытания; ИС_опт., ИС_лимит — индексы стабильности сортов на оптимальном и лимитированном фонах.

В.В. Новохатин (2010) ввел новый показатель эффекта реакции сортов на условия среды Эр [10].

$\mathrm{Эр} =\mathit{ }(Ai - \overline{A}fi)\mathit{-}Ji\mathit{,}$                                                                                              (4)

где Аi — урожайность сорта в год изучения; $\overline{A}fi$— средняя урожайность в опыте за период изучения; Ji — индекс условий среды.

$Wi = \sum _{}{l}_{ij}^2,$                                                                                                          (5)

$l_{ij}={\overline{x}}_{ij}-{\overline{x}}_i-{\overline{x}}_j+\overline{x}....,$

где ${\overline{x}}_{ij}$— урожайность i-го сорта в j-м году; $\overline{x_i}$— урожайность i-го сорта;  ${\overline{x}}_j$— урожайность в j-м году; $\overline{x}$_…… — урожайность в опыте.

При определении селекционной ценности ярового овса использована формула В.В. Хангильдина [8] в изложении Н.А. Орлянского [12]:

$Sc = \overline{x^2}\frac{x lim 2}{x opt},$

где $\overline{x^2}$— средняя урожайность сорта за годы изучения; x_lim и x_opt — урожайность на оптимальном и лимитированном фонах соответственно; δ — среднее квадратическое отклонение.

Генотипический эффект, предложенный Б.П. Гурьевым (1981), оценен по формуле [13]

$\epsilon i=\overline{x1}-\overline{x},$

где $\overline{x1}$  — средняя урожайность образцов по годам испытания;  $\overline{x}$ — средняя урожайность в опыте.

А.А. Быков [14] для характеристики сорта использует коэффициент стрессоустойчивости по формуле

$\mathrm{Кст} = \frac{\sum _{}Ymin}{n}/\frac{\sum _{}Ymax}{m},$                                                                                     (8)

где К_ст — коэффициент стрессоустойчивости; ΣY_min — сумма минимальных урожаев, не превышающих показатель средней урожайности, т/га; ΣY_max — сумма максимальных урожаев, превышающих показатель средней урожайности; n — количество лет с урожайностью ниже среднемноголетнего показателя; m — количество лет с урожайностью выше среднемноголетнего показателя [14].

Б.А. Доспехов в качестве меры определения относительной стабильности сорта использует коэффициент вариации [7]:

$V=\frac{s}{\overline{x}}100\%,$                                                                                                    (9)

где В — коэффициент выравненности; V — коэффициент вариации признака [7].

Перечисленные выше методики возможны к применению также для иных сельскохозяйственных культур при расчете параметров адаптивности.

По данным гидрометеорологического центра, среднемноголетнее значение ГТК для Омского региона Западной Сибири составляет 0,82, что означает засушливые условия. Периоды вегетации 2011 и 2014 гг. характеризовались засушливыми условиями (ГТК = 0,90 и 0,92), очень сухие условия отмечены в 2012 и 2015 гг. (ГТК = 0,69 и 0,70). Достаточным увлажнением отличались периоды вегетации 2013 и 2018 г. (ГТК = 0,99).

Объектом исследования были 9 сортов ярового овса, селекции Омского АНЦ. К пленчатой группе относятся сорта: Орион (стандарт), Иртыш 13, Иртыш 21, Тарский 2, Памяти Богачкова, Факел, Сибирский геркулес. Голозерные сорта: Сибирский голозерный (стандарт), Прогресс.

Результаты исследования и обсуждение

Основным параметром, определяющим ценность сорта, является урожайность [15, 16]. В среднем за период исследований урожайность овса составила 3,58 т/га (табл. 1). Сорта пленчатой группы формировали повышенную урожайность (в среднем 4,31 т/га), по сравнению с голозерными (2,85 т/га).

Таблица 1

Урожайность сортов ярового овса по годам

Сорт	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	$\overline{x}$i
Пленчатые сорта
Орион, st.	4,31	2,51	4,15	3,97	5,47	3,08	5,09	3,79	5,30	4,19
Иртыш 13	3,65	2,24	3,89	3,62	5,69	2,99	4,86	4,22	5,85	4,11
Иртыш 21	4,14	2,44	4,27	4,16	5,42	3,00	5,89	3,24	5,69	4,25
Тарский 2	3,65	2,38	4,34	3,95	5,52	3,54	5,24	3,29	6,06	4,22
Памяти Богачкова	4,04	2,27	4,09	4,34	5,96	2,98	5,25	2,80	4,94	4,07
Факел	3,89	2,34	4,65	2,69	5,90	4,72	5,26	5,24	8,50	4,80
Сибирский геркулес	4,17	2,17	5,26	4,57	5,69	3,09	5,75	3,79	6,26	4,53
Голозерные сорта
Сибирский голозерный, st.	2,54	1,53	2,41	2,42	4,26	2,30	3,01	4,39	4,39	3,03
Прогресс	2,12	1,55	2,43	2,64	4,02	2,04	2,90	2,49	3,82	2,67
НСР05	0,50	0,20	0,40	0,54	0,42	0,38	0,55	0,61	0,44	—
$\overline{x}j$	3,66	2,17	3,93	3,67	5,29	3,05	4,78	4,05	5,49	3,58
Ij	–0,35	–1,84	–0,08	–0,34	1,28	–0,96	0,77	0,04	1,48	—

Примечание.  — среднее по году; $\overline{x}$i — среднее по сорту; Ij — индекс условий окружающей среды.

Наиболее благоприятные почвенно-климатические условия выращивания для получения высокой урожайности сложились в 2015 и 2019 гг. (5,29 и 5,49 т/га) при максимальном индексе условий окружающей среды (Ιj равен 1,28 и 1,48).

В пленчатой группе средняя урожайность стандартного сорта Орион составила 4,19 т/га. Превышали стандарт по данному показателю сорта Факел и Сибирский геркулес (+0,61 и +0,34 т/га). Остальные сорта характеризовались средней урожайностью на уровне стандарта (4,07…4,25 т/га).

В голозерной группе средняя урожайность стандарта отмечена на уровне 3,03 т/га. Сорт Прогресс значительно уступал стандарту (–0,36 т/га).

Согласно расчетам по методике В.В. Хангильдина [8], сорта Орион, Иртыш 13, Факел, Сибирский геркулес относятся к группе высокостабильных (ИС _.= 3,51…3,95) (табл. 2). К группе стабильных — сорта Иртыш 21, Тарский 2 и Памяти Богачкова (ИС = 3,31…3,45).

Таблица 2. Параметры адаптивности сортов ярового овса

Сорт	Эр	В	Wi	ИС	Y, %	Кст	Hom	Sc	Ɛi	V
Пленчатые сорта
Орион*, st.	5,47	75,9	2,35	3,95	29,1	0,694	5,59	8,06	0,61	24,1
Иртыш 13*	3,90	73,2	1,87	3,74	12,2	0,636	4,25	6,47	0,53	26,8
Иртыш 21**	6,06	71,2	3,70	3,45	40,2	0,638	4,26	7,48	0,67	28,8
Тарский 2**	5,77	71,9	4,40	3,45	9,8	0,635	4,10	6,99	0,64	28,1
Памяти Богачкова**	4,45	70,1	4,50	3,34	11,4	0,700	3,68	6,31	0,49	29,9
Факел*	10,95	62,0	12,49	3,66	8,2	0,587	2,08	6,34	1,22	38,0
Сибирский геркулес*	8,48	68,9	9,48	3,51	32,7	0,600	3,66	7,11	0,95	31,7
Голозерные сорта
Сибирский голозерный***, st.	–4,95	65,0	4,62	3,00	13,0	0,544	3,03	3,19	–0,55	35,0
Прогресс***	–8,19	69,7	2,99	3,29	7,3	0,508	3,56	2,47	–0,91	30,3
$S_{\overline{x}}$	2,06	2,2	1,10	0,09	4,10	0,02	0,32	0,64	0,08	1,40

Примечание. * — высокостабильные сорта; ** — стабильные; ***— нестабильные.

Анализ стабильности по методике Р.А. Удачин и П.А. Головченко [9] показал, что низкий уровень данного признака присущ сортам Прогресс, Сибирский геркулес, Тарский 2 (Y равен 7,3, 8,2 и 9,8 % соответственно). Высокий отмечен у сортов Иртыш 21, Сибирский геркулес, Орион (Y = 29,1…40,2 %).

Повышенной стрессоустойчивостью обладали сорта Памяти Богачкова, Орион, Иртыш 21, Иртыш 13, Тарский 2, Сибирский геркулес (К_ст = 0,700…0,600).

Сорта Орион, Иртыш 21, Иртыш 13, Тарский 2, Памяти Богачкова и Сибирский геркулес характеризуются высоким уровнем гомеостатичности (Hom = 3,66…5,59). Таким образом, данные сорта способны уменьшить влияние большинства факторов внешней среды и формировать высокий и стабильный урожай.

К группе сортов, сочетающих высокую урожайность и адаптивность к условиям выращивания, относятся Орион, Иртыш 21, Сибирский геркулес, Тарский 2, Иртыш 13, Факел, Памяти Богачкова (Sc = 6,3…8,06).

Сорта Сибирский голозерный и Прогресс характеризуются невысоким уровнем приспособленности к местным условиям (Sc = 3,19 и 2,47).

Анализ показателей генотипического эффекта выявил, что высоким уровнем стабильности обладают сорта: Факел, Сибирский геркулес, Иртыш 21, Тарский 2, Орион, Памяти Богачкова и Иртыш 13 (Ɛi = 0,53…1,22). Низкий уровень устойчивости характерен для сортов Прогресс и Сибирский голозерный (Ɛi равен –0,91 и –0,55).

Высокий уровень пластичности присущ сортам Сибирский геркулес (Wi = 9,48) и Факел (Wi = 12,49). Высокая степень стабильности сорта выявлена у сортов Иртыш 13, Орион, Прогресс, Иртыш 21, Тарский 2, Памяти Богачкова и Сибирский голозерный (Wi = 1,87…6,2).

В рассматриваемом нами опыте изменчивость урожайности всех исследуемых сортов значительна (V > 20 %). Наиболее приемлемы для использования в сельскохозяйственном производстве сорта, соответствующие условию В > 70 %. Высокий уровень выравненности отмечен у сортов Орион, Иртыш 13, Иртыш 21, Тарский 2, Памяти Богачкова (В = 70,1… 75,99).

Повышенная адаптивность выявлена у всех пленчатых сортов (Эр = 4,45…10,95). К сортам со слабой реакцией на изменение условий выращивания относятся все голозерные сорта (Эр = –4,95…–8,19).

Для получения достоверного объективного определения адаптивных возможностей сорта необходимо использовать ряд оценочных параметров. В основу окончательной оценки адаптивности на базе значительного количества показателей положено ранжирование сортов (табл. 3).

Таблица 3. Ранжирование сортов ярового овса по параметрам экологической адаптации

Сорт	Wi	ИС	Υ	Кст	Hom	Sc	Ɛi	V	В	Эр	Σ рангов
Пленчатые сорта
Орион, st.	2	1	3	2	1	1	5	1	1	6	23
Иртыш 13	1	2	1	5	3	5	6	2	2	8	35
Иртыш 21	4	5	5	4	2	2	3	4	4	3	36
Тарский 2	5	5	8	6	4	4	4	3	3	5	47
Памяти Богачкова	6	6	6	1	5	7	7	5	5	7	58
Факел	9	3	9	8	10	6	1	10	10	1	67
Сибирский геркулес	8	4	2	7	6	3	2	7	7	2	48
Голозерные сорта
Сибирский голозерный, st.	7	9	4	9	8	9	8	9	9	9	81
Прогресс	3	8	10	10	7	10	9	6	6	10	79

 

На основании проведенной ранговой оценки выявлено, что повышенной адаптивностью обладают стандарт пленчатой группы Орион, сорта Иртыш 13 и Иртыш 21 (сумма рангов составила 23, 35 и 36 соответственно). Также к стабильным можно отнести сорта Тарский 2 и Сибирский геркулес (сумма рангов равна 47 и 48).

В голозерной группе сорт Прогресс является более стабильным (сумма рангов 79), по сравнению со стандартом (сумма рангов равна 81).

Выводы

1. В среднем за период исследований с 2011 по 2019 гг. урожайность овса составила 3,58 т/га; повышенные ее значения отмечены в 2015 и 2019 гг. (5,29 и 5,49 т/га). Сорта пленчатой группы превышали по урожайности сорта голозерной на 1,46 т/га.
2. Для внедрения в производство рекомендуются сорта, которые по большинству методов оценки адаптивности характеризуются низкой суммой рангов (23…36 у пленчатых сортов Орион, Иртыш 21 и Иртыш 13 и 79 у голозерного сорта Прогресс).
3. Сорта Орион, Иртыш 21 и Иртыш 13 отличаются повышенной выравненностью (В = 70,1…75,99), стрессоустойчивостью (К_ст = 0,636…0,694), гомеостатичностью (Hom=4,25…5,59), пластичностью (Wi = 1,87…3,70), адаптивностью (Эр = 3,90…6,06) и сочетанием высокой урожайности с адаптивностью к условиям выращивания (Sc = 6,47…7,48).
4. Голозерный сорт Прогресс пластичен (Wi = 2,99) и отличается слабой реакцией на изменение условий выращивания (Эр = –8,19).

 

Об авторах

Оксана Александровна Юсова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Омский аграрный научный центр»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ksanajusva@rambler.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая лабораторией биохимии и физиологии растений

Российская Федерация, 644012, г. Омск, пр. Королева, д. 26

Петр Николаевич Николаев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Омский аграрный научный центр»

Email: nikolaevpetr@mail.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией селекции зернофуражных культур

Российская Федерация, 644012, г. Омск, пр. Королева, д. 26

Николай Иванович Аниськов

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова

Email: i.safonova@vir.nw.ru

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Российская Федерация, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42, 44

Ирина Владимировна Сафонова

Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова

Email: i.safonova@vir.nw.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Российская Федерация, 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, д. 42, 44

Список литературы