Дескриптивные показатели и анализ всхожести семян Helianthus annuus L. ‘Посейдон 625ʼ в условиях Оренбуржья

Полный текст

Введение

Род Helianthus L. представляет собой разнообразную таксономическую группу, насчитывающую около 50 видов, которые культивируются не только как масличные, но и как декоративные растения [1, 2]. В последние годы подсолнечник оказывается в центре внимания аграриев именно благодаря своей высокой пищевой ценности. Семена подсолнечника богаты ненасыщенными жирными кислотами (UFA), множеством витаминов и микроэлементов, которые могут подавлять синтез холестерина в организме человека. Поэтому подсолнечное масло является приоритетным продуктом в развитых странах [3].

Согласно статистическим данным мировой Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО) площадь посева подсолнечника в мире достигает примерно 25,4 млн га [4]. По сообщению Минсельхоза РФ, площадь посевов подсолнечника в России еще в 2021 г. превышала 9 млн га. При этом в стране в рамках федерального проекта развития экспорта продукции агропромышленного комплекса принята стратегия дальнейшего расширения площади посевов данной культуры [5]. На начальных этапах реализации таких масштабных целей возникает необходимость в значительном увеличении производства высококачественного семенного материала подсолнечника. На первое место выходит создание и комплексное изучение отечественных гибридов, которые должны обеспечить наиболее высокую урожайность и лучшее качество конечного продукта.

Для расширения производства подсолнечника особое значение имеют вопросы изучения семенной продуктивности гибридов и особенностей применения агротехнических приемов возделывания в соответствии с почвенно-­климатическими условиями конкретного региона. Это может обеспечить, с одной стороны, получение высоких урожаев, с другой — надлежащее качество продукции [6].

Семена — основа сельскохозяйственного производства. Успешное прорастание семян и появление всходов имеют первостепенное значение для роста растений и формирования урожайности всех сельскохозяйственных культур [7]. Прорастание семян — интегративная характеристика, определяемая их способностью быстро прорастать в сложных полевых условиях [8]. Этот процесс контролируется совместным множеством эндогенных и экзогенных факторов и обеспечивается жизнеспособностью и/или долговечностью посевного материала, которые в свою очередь определяются генетическим и физиологическим потенциалом семян, а также условиями их хранения [9, 10].

Семенной материал с высокой способностью к прорастанию обусловливает высокую всхожесть и продуктивность культур, в то время как использование семян с низкой прорастаемостью всегда приводит к снижению урожайности. Раннее появление всходов — важный этап развития сельскохозяйственных культур. Прежде чем сеянец приобретет способность к фотосинтезу, как прорастание семян, так и появление всходов обеспечивается энергией запасающего материала, хранящегося в самом семени [11, 12].

Урожай семян и масло подсолнечника (Helianthus annuus L.) снижается в условиях климатического стресса [13]. Поэтому производство подсолнечника значительно ниже в засушливых и полузасушливых регионах из-за различных проблем растениеводства, осложненного факторами среды [14].

Семена свежесобранного подсолнечника (Helianthus annuus L.) считаются находящимися в состоянии покоя, потому что они не могут прорасти при относительно низких температурах (10 °C). Это состояние покоя является результатом в основном состояния покоя эмбрионов и исчезает при сухом хранении и прокаливании [15].

В современном растениеводстве наиболее действенным агроприемом, напрямую зависящим от биологических характеристик посевного материала гибрида, является соблюдение густоты стояния растений. Это позволяет получить высокий экономический эффект при производстве товарного подсолнечника [16].

В связи с этим возникает необходимость исследования посевных качеств семян гибридов подсолнечника на этапах их производства в конкретных почвенно-­климатических условиях возделывания для получения информации, которая может использоваться для выбора оптимальных агротехнических приемов возделывания, защиты растений, увеличения их урожайности.

Цель исследования заключается в определении степени инвариантности дескриптивных показателей и всхожести семян подсолнечника в климатических условиях Оренбургской области.

В качестве объекта исследования использованы семена Helianthus annuus L. ʻПосейдон 625ʼ

Задачи исследования:

1. Определить дескриптивные показатели (длина, ширина, толщина, масса 1000 штук и индивидуальный вес) семян Helianthus annuus L. ʻПосейдон 625ʼ.
2. Оценить показатели лабораторной всхожести и энергию прорастания семян Helianthus annuus L. ʻПосейдон 625ʼ.
3. Оценить уровень грунтовой всхожести семян Helianthus annuus L. ʻПосейдон 625ʼ в климатических условиях Оренбуржья.
4. С помощью методов математической статистики определить степень инвариантности и взаимосвязи дескриптивных показателей семян Helianthus annuusL. ʻПосейдон 625ʼ.
5. Оценить зависимость грунтовой всхожести семян Helianthus annuus L. ʻПосейдон 625ʼ от температуры и влажности среды.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили на опытном участке и в лаборатории экспериментальной ботаники ботанического сада Оренбургского государственного университета.

По природно-­климатическим условиям Оренбургская область относится к зоне сухих степей. Почвы опытного участка представлены черноземом обыкновенным среднегумусным среднемощным тяжелосуглинистым. Влагообеспеченность почвы пониженная.

Образцы семян подсолнечника предварительно прокаливали и хранили в сухом герметичном контейнере при температуре окружающей среды до момента проведения исследований. Оценку дескриптивных показателей семян (длина, ширина, толщина семени) провели с использованием электронного штангельциркуля ADA Mechanic 150 Pro. Индивидуальный вес семени и вес 1000 семян определили по ГОСТ 10842–89 ^[1].

Опыт по лабораторному проращиванию заложен по методике ГОСТ 12038–84 ^[2]. Оценка посевных качеств проведена по ГОСТ Р 52325–2005 ^[3].

Оценку уровня грунтовой всхожести провели с формированием пяти пробных площадок, которые располагались на отдельных участках размером 5×5 м. При подготовке к посеву осуществляли механическую вспашку и боронование почвы. Посев производили ручной однорядной сеялкой с заделкой семян на глубину не более 5 см во третьей декаде мая с нормой высева 60 тыс./га.

После появления первых всходов количество новых проростков подсчитывали каждый день до того момента, когда их число на пробной площадке стало неизменным. Быстроту всходов и растянутость прорастания определяли согласно методическим указаниям ^[4].

Оценку корреляционной зависимости между дескриптивными характеристиками семян провели с применением коэффициента корреляции Пирсона (уровень статистической значимости р ˂ 0,05).

Ввиду широкой вариативности экспериментальных данных по лабораторной и грунтовой всхожести и их зависимости от климатических параметров для статистической обработки результатов исследования использовали ранговый корреляционный анализ Спирмена (уровень статистической значимости р ˂ 0,05).

Математическую обработку данных провели с использованием программного обеспечения Statistica 10.0. Стандартная статистическая обработка, направленная на определение ошибки средней и коэффициента вариации Сv, проводилась с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.

Результаты исследования и обсуждение

В ходе исследования определили дескриптивные показатели семян подсолнечника (табл. 1). Все показатели имеют различную степень варьирования, однако уровень изменчивости их отличается. Наиболее стабильным параметром оказалась длина семени при среднем значении, равном 13,12 ± 1,2 мм (табл. 1).

Средний уровень варьирования признака характерен для ширины и толщины семени при практически равных коэффициентах изменчивости — 10,14 и 10,66 % соответственно. Наиболее нестабильным показателем оказался индивидуальный вес семени, его вариация близка к высокому уровню и равна 18,18 %.

Таблица 1. Параметры семян Helianthus annuus ‘Посейдон 625ʼ

Длина семени			Ширина семени			Толщина семени			Индивидуальный вес семени
Lim*, мм	X ± Sx**, мм	Сv***, %	Lim, мм	X ± Sx, мм	Сv, %	Lim, мм	X ± Sx, мм	Сv, %	Lim, г	X ± Sx, г	Сv, %
11,1…15,9	13,12 ± 1,2	9,14	5,6…8,8	6,9 ± 0,7	10,14	3,8…5,6	3,75 ± 0,4	10,66	0,08…0,17	0,11 ± 0,02	18,18

Примечание.*— крайние значения признака; ** — среднее значение и стандартное отклонение; ***— коэффициент вариации.

Table 1. Parameters of ‘Poseidon 625ʼ Helianthus annuus seeds

Seed Length			Seed width			Seed thickness			Individual seed weight
Lim*, mm	X ± Sx*, mm	Сv***, %	Lim, mm	X ± Sx, mm	Сv, %	Lim, mm	X ± Sx, mm	Сv, %	Lim, g	X ± Sx, g	Сv, %
11.1…15.9	13.12 ± 1.2	9.14	5.6…8.8	6.9 ± 0.7	10.14	3.8…5.6	3.75 ± 0.4	10.66	0.08…0.17	0.11 ± 0.02	18.18

Note. * — extreme values of the parameter, ** — average value and standard deviation, *** — coefficient of variation.

Масса 1000 семян высокая, в среднем равна 266,3 ± 3,7 г. Изменчивость данного признака показала минимальное значение при коэффициенте вариации, равном 1,38 %. Однако данный показатель не имеет ключевого значения, так как в условиях Оренбургской области не подлежит обязательному нормированию.

Для определения силы взаимосвязи измерений (распределение нормальное по критерию Шапиро — Уилка, связь между признаками линейная) нами использована такая статистическая мера, как корреляционный анализ Пирсона, статистическая значимость принята при p ˂ 0,05. Анализ представленных данных корреляционной матрицы показывает, что вес семян определяется таким параметром, как длина семени. В данном случае положительная зависимость признака 1 отмечена и с индивидуальным весом, и весом 1000 семян (r = 0,802; r = 0,997). Обратная зависимость установлена между индивидуальным весом и толщиной семени (r = -0,901). Последний показатель также проявляет отрицательную взаимосвязь с шириной семени (r = -0,802) (табл. 2).

Таблица 2. Корреляционная зависимость дескриптивных показателей семян Helianthus annuus ‘Посейдон 625ʼ

Параметры	Длина семени	Ширина семени	Толщина семени	Индивидуальный вес семени	Вес 1000 семян
Длина семени	1
Ширина семени	0,115	1
Толщина семени	0,465	–0,826*	1
Индивидуальный вес семени	0,802	0,50	–0,901	1
Вес 1000 семян	0,997	0,189	0,397	0,755	1

Примечание. * ѕ цветным фоном выделены статистически значимые величины.

Table 2. Correlation dependence of descriptive indicators of ‘Poseidon 625ʼ  Helianthus annuus seeds

Parameters	Seed length	Seed width	Seed thickness	Individual seed weight	1000 seed weight
Seed length	1
Seed width	0.115	1
Seed thickness	0.465	–0.826*	1
Individual seed weight	0.802	0.50	–0.901	1
1000 seed weight	0.997	0.189	0.397	0.755	1

Note. * ѕ statistically significant values are highlighted in color.

Для оценки всхожести семян выполнено лабораторное проращивание. Средний показатель лабораторной всхожести по повторностям опыта составляет 88 ± 3 % (табл. 3).

Таблица 3. Оценка лабораторной всхожести семян Helianthus annuus ‘Посейдон 625ʼ

Лабораторная всхожесть, %			Энергия прорастания, %
Lim*, %	X ± Sx**, %	Сv***, %	Lim*, %	X ± Sx**, %	Сv***, %
85…90	88 ± 2,7	3,11	75…85	80 ± 5,0	6,3

Примечание. * — крайние значения всхожести; ** — среднее значение и стандартное отклонение; *** — коэффициент вариации.

Table 3. Laboratory germination of ‘Poseidon 625ʼ Helianthus annuus seeds

Laboratory germination, %			Seed vigor, %
Lim*, %	X ± Sx**, %	Сv***, %	Lim*, %	X ± Sx**, %	Сv***, %
85…90	88 ± 2.7	3.11	75…85	80 ± 5.0	6.3

Note. * — extreme germination values, ** — average value and standard deviation, *** — coefficient of variation.

Отмечено, что всхожесть по пробам достаточно однородная, что подтверждается низким значением Сv, равным 3 %. Энергия прорастания достаточно высока и составляет 80 ± 5 % также с низким показателем изменчивости по пробам (Сv = 6 %). Результаты всхожести подтвердили высокое качество исследуемых семян.

Климатические параметры проанализированы на основе данных по температуре и влажности среды на момент прорастания семян подсолнечника при грунтовом посеве. Для каждого дня вывели среднее значение по пяти замерам температуры и влажности в течение суток и составили график (рисунок) их динамики по времени от грунтового посева семян до учета показателя полевой всхожести.

Динамика температуры t и влажности U в период «посев — всхожесть» семян подсолнечника
Источник: составлено Н.М. Назаровой, Д.Г. Федоровой, А.М. Гвоздиковой с использованием MS Excel

Dynamics of temperature t and humidity U during the “sowing — germination” stage of sunflower seeds
Source: created by N.M. Nazarova, D.G. Fedorova, A.M. Gvozdikova using MS Excel software

Средняя температура за период наблюдений составляла 25 ± 5 °C с регистрацией температурных перепадов средней степени изменчивости (Сv = 18 %). Влажность регистрировалась на уровне 36 ± 11 % и варьировала в течении наблюдений значительно (Сv = 31 %). Линии тренда на графиках позволяют констатировать факт увеличения влажности среды и снижения температуры атмосферного воздуха в период полевого опыта.

При высеве семян в открытый грунт первые всходы наблюдали уже спустя 3 дня после закладки опыта (табл. 4).

Таблица 4. Грунтовая всхожесть семян Helianthus annuus ‘Посейдон 625ʼ

Повторность	Дата появления первых проростков	Полные проростки*, дата шт.	Полевая всхожесть, дата %	Быстрота всходов**, дни	Растянутость прорастания***, дни
1	2,06	7,06 84	9,06 88	3	7
2		7,06 88	8,06 88		6
3		9,06 83	9,06 88		7
4		8,06 79	11,06 81		9
5		8,06 77	11,06 80		9

Примечание. * ѕ 75 % проростков; ** ѕ количество дней от высева семян до появления первых проростков; *** ѕ количество дней от первых до последних всходов проростков.

Table 4. Soil germination of ‘Poseidon 625ʼ Helianthus annuus seeds

Replication	Date of appearance of first seedlings	Full seedlings*, date number	Field germination, date, %	Speed of germination**,days	Length of germination***, days
1	2.06	7.06 84	9.06 88	3	7
2		7.06 88	8.06 88		6
3		9.06 83	9.06 88		7
4		8.06 79	11.06 81		9
5		8.06 77	11.06 80		9

Note.* ѕ 75 % of seedlings, ** ѕ the number of days from sowing the seeds to the appearance of the first seedlings, *** ѕ the number of days from the first to the last shoots of seedlings.

Всхожесть регистрировали на 11 сутки после посева, так как именно за этот срок появляются все проростки. Однако срок всхожести семян в пробах значительно варьирует (Сv = 14 %). Полевая всхожесть также, как и лабораторная, слабо изменяется по пробам (Сv = 5 %) и составляет в среднем 85 ± 4 %.

В большей степени варьирует величина растянутости прорастания семян подсолнечника по дням (Сv = 18 %). В среднем от момента появления всходов до полной всхожести семян проходит 8 ± 1 дней.

Так как сроки регистрации показателя полевой всхожести варьируют по пробам опыта, для более детального исследования мы регистрировали дату наступления 75%-й всхожести проростков (полные проростки). Полные проростки появляются на 9 сутки после высева семян в открытый грунт и обладают меньшей изменчивостью (Сv = 11 %) по пробам, в отличие от полевой всхожести.

Для установления линейных связей между анализируемыми данными применен коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Установлена высокая корреляционная зависимость (при р < 0,05) между энергией прорастания семян подсолнечника и их лабораторной всхожестью (0,9; p-level = 0,01). Обратно пропорциональная зависимость высокой степени значимости установлена между полными проростками и полевой всхожестью с растянутостью прорастания семян подсолнечника Посейдон 625 в условиях Оренбуржья по дням (–0,9; p-level = 0,01 и –0,8; p-level = 0,05 соответственно). Это позволяет доказать факт того, что прорастание семян значительно растягивается по времени. Уровень полевой всхожести зависит от величины полного прорастания семян (0,9; p-level = 0,04).

При установлении зависимости между дескриптивными показателями семян с климатическими факторами среды, установлена прямо пропорциональная связь средней степени значимости между динамикой температуры в период проведения наблюдений и регистрацией 75%-й полевой всхожести семян (0,8; p-level = 0,1). Также статистически значимым оказалось влияние температуры на растянутость появления всходов: увеличение температурного показателя значительно сокращает период растянутости всходов подсолнечника (0,8; p-level = 0,1). Влажность не является статистически значимым показателем, оказывающим хоть ­какое-то влияние на анализируемые параметры прорастания семян подсолнечника.

Заключение

1. Среди проанализированных дескриптивных показателей семян Helianthus annuus ʻПосейдон 625ʼ наиболее инвариантными по пробам являются длина семени и масса 1000 семян (13,12 ± 1,2 мм и 266,3 ± 3,7 г соответственно).
2. Методом параметрического корреляционного анализа Пирсона установлено, что вес семян Helianthus annuus ʻПосейдон 625ʼ определяется длиной семени (на уровне статистической значимости р < 0,5).
3. Лабораторная всхожесть и энергия прорастания высокие — 88 и 80 % соответственно. Варьирование параметра лабораторной всхожести низкое (Cvдо 3 %), что позволяет определить исследуемые семена как высококачественные.
4. Полевая всхожесть семян Helianthus annuus ʻПосейдон 625ʼ достаточно высокая — по вариантам опыта изменяется слабо (Сv= 5 %) и в среднем находится на уровне 85 %.
5. Методом непараметрического статистического анализа установлена высокая зависимость (при р < 0,05) между энергией прорастания семян Helianthus annuus ʻПосейдон 625ʼ и их лабораторной всхожестью. Полевая всхожесть определяется прорастанием 75 % семян, высеянных в конкретном варианте опыта.
6. Доказана зависимость средней степени значимости регистрации показателя 75 % полевой всхожести семян от температуры среды (0,8; p-level = 0,1). Также установлено, что увеличение температурного показателя на ранних этапах онтогенеза значительно сокращает период растянутости всходов Helianthus annuus ʻПосейдон 625ʼ (0,8; p-level = 0,1).

 

_{¹ ГОСТ 10842—89. Зерно зерновых и бобовых культур и семена масличных культур. Метод определения массы 1000 зерен или 1000 семян. М. : Стандартинформ, 2009. 4 с.}

_{² ГОСТ 12038—84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. М. : Стандартинформ, 2011. 11 с.}

_{³ ГОСТ Р 52325—2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. М. : Изд-во стандартов, 2005. 24 с.}

_{⁴ Фоканова А.М., Акманова И.М., Богданова К.А., Крутова А.Г. Методические указания по разработке способа прогнозирования полевой всхожести семян. М. : МСХ СССР, 1978. 31 с.}

Об авторах

Наталья Михайловна Назарова

Оренбургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nazarova-1989@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7449-0378
SPIN-код: 1242-9420

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научной группы Ботанического сада

Российская Федерация, 460018, г. Оренбург, просп. Победы, д. 13

Дарья Геннадьевна Федорова

Оренбургский государственный университет

Email: daryaorlova24@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-5323-4965
SPIN-код: 6805-9269

кандидат биологических наук, руководитель научной группы Ботанического сада

Российская Федерация, 460018, г. Оренбург, просп. Победы, д. 13

Анастасия Михайловна Гвоздикова

Оренбургский государственный университет

Email: anastasiaporv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7981-7245
SPIN-код: 8099-9606

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научно-образовательного центра «Биологические системы и нанотехнологии»

Российская Федерация, 460018, г. Оренбург, просп. Победы, д. 13

Список литературы

Дополнительные файлы