Введение

Видовое и сортовое разнообразие рода Triticum L., включающее как местные стародавние популяции, так и сорта с новыми или улучшенными признаками, сосредоточены в мировой коллекции ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова.

Эффективное включение коллекционного материала в селекционный процесс возможно на основании результатов его изучения по комплексу хозяйственно-ценных признаков и свойств. Испытание, проведенное в течение ряда лет, позволяет оценить потенциальные возможности исходного материала. Одним из признаков, определяющих продуктивность пшеницы, является высота растений, имеющая тесную взаимосвязь с полеганием. Полегание приводит к снижению урожая на 10–30 %, ухудшению качества зерна и посевных свойств семян [9].

Целью настоящего исследования является определение степени изменчивости длины главного стебля растений коллекционных образцов озимой пшеницы в различные по метеорологическим условиям годы.

Материалы и методика исследования

Объект исследования – 118 образцов озимой пшеницы различного эколого-географического происхождения из мировой коллекции ВНИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова. Большинство образцов поступили из регионов Российской Федерации. Доля образцов из других стран (Англии, США, Украины, Канады, Румынии, Венгрии, Сербии и Черногории, Польши, Германии) составила 35,6 %. Образцы относятся к 6 ботаническим разновидностям: lutescens (Alef.) Mansf, albidum Al., graecum (Koern.) Mansf., erythrospermum Korn., ferrugineum (Alef.) Mansf., velutinum Schubl.

Работа выполнена в 2007–2011 гг. на экспериментальном участке биостанции «Озеро Кучак» Тюменского государственного университета (Нижнетавдинский район Тюменской области). Территория умеренно-увлажненная, ГТК=1,2-1,3. Годовое количество осадков составляет 365 мм. Сумма положительных температур воздуха за период с температурой выше 10 0С равна 1875 ºС; продолжительность периода 120 дней [2].

Годы исследования по влаго- и теплообеспеченности различались при сравнении между собой и со средними многолетними значениями. Так, вегетационные периоды 2007 и 2008 гг. были влажными и теплыми, в 2009, 2010 и 2011 гг. отмечался дефицит влаги на фоне повышенных температур воздуха в 2010 и 2011 гг.

Закладку коллекционных питомников, определение длины соломины, анализ экспериментальных данных проводили в соответствии с Методическими указаниями ВИР (1987) [8] и Международным классификатором СЭВ р. Triticum (1984) [7].

О степени модификационной изменчивости признака судили по коэффициенту вариации (CV), о проявлении признака на фенотипическом уровне по среднему значению (Х) и ошибке (Sx).

Результаты и их обсуждение

На примере озимой ржи показано, что высота растений подвержена колебаниям в зависимости от географического пункта, условий, года выращивания и особенностей          сорта [4]. В опытах со злаками Н. А. Лыковой [5] длина соломины пшеницы отнесена к константным признакам с высокой долей генотипического разнообразия (CV<10 %).

По нашим данным, коэффициенты вариации для признака длина стебля в среднем по коллекции во все годы исследования были низкими (CV=4,11-8,54%) (табл. 1). Во влажные годы (2007 и 2008) растения озимой пшеницы характеризовались большей длиной соломины, что согласуется с данными других авторов [1].

Таблица 1

Изменчивость длины главного стебля образцов озимой пшеницы в различные по метеорологическим условиям годы

Примечание: различия статистически достоверны (Р<0,05) при сравнении:

· –  с 2009 г.; * –   со средним значением по образцам за 5 лет.

Изученные генотипы в неконтролируемых метеорологических условиях различались по фенотипической реализации признака в зависимости от соотношения показателей осадков и температуры воздуха в период активной вегетации растений. Важной задачей является изучение пределов изменчивости соответственно определенному генотипу и выявление морфологического типа растений с оптимальной высотой для конкретных почвенно-климатических условий.

Согласно Международному классификатору СЭВ рода Triticum L. (1984) растения озимой пшеницы по высоте относились к следующим группам: высокорослые (111–125 см), среднерослые (81–110 см), низкорослые (51–80 см) и карликовые (36–50 см) (рис. 1).

По усредненным данным за 2007–2011 гг. изученные образцы представлены низкорослыми (64,4 % образцов) и среднерослыми (34, 7 %) группами.

По мнению Ф. Г. Кириченко [3], П. П. Лукьяненко [6], наибольшим потенциалом урожайности обладают сорта с длиной соломины 80–95 см.

Изучение реакции растительного организма на среду с широким диапазоном факторов позволяет определять пределы модификационной изменчивости соответственно каждому генотипу.

Выявлены существенные различия по соотношению образцов в группах в меняющихся условиях окружающей среды. Так, в 2007 г. преобладали группы с низкорослыми (50,0 %) и среднерослыми (48,2 %) образцами. В 2011 г. зарегистрировано наибольшее количество образцов (4,5 %) с карликовыми растениями. Выявленные различия мы связываем с благоприятными условиями по влагообеспеченности в первом случае и недостатком влаги – во втором.

Показатель стабильности рассматриваемого признака характеризует способность растений озимой пшеницы приспосабливаться к тем или иным экологическим факторам.

В исследованиях М. В. Терехина и Л. Н. Мищенко (2009) [10] показано, что независимо от числа лет (3, 5 или 7), анализа данных, высокорослыми или короткостебельными оказываются одни и те же сорта. В нашем исследовании стабильностью проявления признака характеризовались 22 средне- и низкорослых образца. По происхождению они были из России (Ульяновская область, Краснодарский край), США, Украины, Канады, Венгрии, Польши. Из ботанических разновидностей преобладали erythrospermum и lutescens.

Сравнение образцов озимой пшеницы, полученных из субъектов Российской Федерации и других стран мира, показало, что зарубежные образцы характеризовались меньшей длиной стебля (табл. 2).  Данная закономерность отмечена как в каждом отдельно взятом году, так и в среднем за весь период исследования. Похожие результаты получены М. В. Терехиным  и Л. Н. Мищенко  при оценке коллекционных образцов озимой пшеницы в условиях Амурской области [10].

Таблица 2

Сравнительная характеристика образцов озимой пшеницы по длине стебля

Примечание: * – статистически достоверные различия при сравнении со средним по образцам  за 5 лет (Р<0,05).

Реакция отечественных и зарубежных образцов на воздействие факторов среды носит сходный характер. Так, например, в 2009 году значения длины стебля были минимальными в обеих группах, что может быть обусловлено недостатком осадков в период выход в трубку – колошение (май – июнь). Учитывая, что в этот период происходит интенсивный рост стебля, засушливые условия способствовали угнетению ростовых процессов и  формированию короткостебельных форм.

Следует отметить, что степень изменчивости признака у всех образцов средняя (CV<20,0 %), но размах варьирования больше у образцов из Российской Федерации. При сопоставлении полученных результатов по годам видно, что по разности между максимальным и минимальным значениями длины соломины выделяется 2011 год, характеризовавшийся неравномерным распределением осадков в течение вегетационного периода. Рост и развитие растений озимой пшеницы в отдельные периоды онтогенеза протекали при остром дефиците влаги и повышенной среднесуточной температуре воздуха.

Анализируя данные этого признака по годам, можно заметить, что на формирование стебля растения озимой пшеницы оказывают влияние не только сумма осадков, но и температурный режим. Так, в 2009, 2010 и 2011 гг. сумма осадков по отношению к норме составила 81,4; 75,1 и 78,6 % соответственно. Среднесуточная температура воздуха в последние два года превышала многолетнее значение на 2,7 ºС и 1,1 °С соответственно.  По сравнению с 2009 г., близким к норме по тепловому режиму, длина стебля растений коллекционных образцов в 2010–2011 гг. была больше.

Таким образом, многолетние опыты с озимой пшеницей позволяют проследить характер и выявить закономерности изменчивости длины стебля, что важно для определения эколого-генетического потенциала культуры в условиях юга Тюменской области.

Выводы

Выявлено влияние генотипа и метеорологических факторов 2007–2011 гг. на формирование длины стебля. Для признака изученных образцов характерна средняя изменчивость (CV<20,0 %).

При распределении коллекции по длине соломины обнаружено 4 группы образцов: высокорослые, среднерослые, низкорослые и карликовые. Большая часть образцов (64,4 %) вошли в группу с низкорослыми растениями (51–80 см).

Выделено 22 образца озимой пшеницы, характеризующиеся стабильным проявлением признака в течение 5 лет исследования, 95,5 % из них – низкорослые.

Географический анализ коллекции показал, что образцы из регионов России отличаются большей длиной стебля по сравнению с зарубежными. В то же время, при выявлении закономерности отчетливо наблюдались внутривидовые различия.

Рецензенты:

Турсумбекова Галина Шалкаровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и рационального природопользования ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья Минобрнауки России», г. Тюмень.

Пак Ирина Владимировна, доктор биологических наук, заведующий кафедрой экологии и генетики ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет Минобрнауки России»,   г. Тюмень.