doi: 10.15389/agrobiology.2022.1.81rus
УДК 633.111.1:631.52
НОВЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ ДИНАМИКИ ПОВЫШЕНИЯ АДАПТИВНОСТИ И ГОМЕОСТАТИЧНОСТИ У СОРТОВ МЯГКОЙ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ (НА ПРИМЕРЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ИСТОРИИ СЕЛЕКЦИИ В СЕВЕРНОМ ЗАУРАЛЬЕ)
В.В. НОВОХАТИН1, Т.В. ШЕЛОМЕНЦЕВА1, В.А. ДРАГАВЦЕВ2 ✉
Естественные процессы развития и преобразования в живой природе рассматриваются в рамках различных эволюционных теорий. Однако для количественного описания изменений, наблюдаемых при реализации длительных селекционных программ, не предложено единого методического подхода. Для изучения механизмов селекции как эволюции, направляемой, по определению Н.И. Вавилова, волей человека, нами впервые предложен и применен метод исследования сдвигов генетико-статистических характеристик (ГСХ) во времени в совокупностях сортов мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) по этапам сортосмен примерно за 80-летний период. В течение 8 лет (2005-2012 годы) в условиях северной лесостепи Западной Сибири (опытное поле НИИ сельского хозяйства Северного Зауралья, г. Тюмень, 57°09' с.ш., 65°32' в.д.) изучали 23 сорта мягкой яровой пшеницы, последовательно районированных с 1930-х годов. Все они в разное время успешно возделывались в Северном Зауралье. У всех изученных сортов были определены эффекты взаимодействия генотип—среда, изменяющие их ранги урожайности по годам испытаний, и другие ГСХ. Средняя урожайность сортов, районированных в 1940-х годах, в нашем испытании составила 20,2 ц/га и была принята за базовую. Для этих сортов характерна выраженная пластичность и гомеостатичность урожаев. Линии регрессии урожайности по экологическому ряду лет (от плохих условий к благоприятным) пологие (угол наклона от 31° до 39°). Первый районированный в регионе сорт Мильтурум 321 стабилен по урожайности зерна (дисперсия по S.A. Eberhart и W.F. Russell S2di = 3,5). В период 1950-1970 годов были районированы саратовские сорта и позднеспелый сорт сибирской селекции Мильтурум 553. Средняя урожайность в этой группе в наших испытаниях — 23,4 ц/га, линии регрессии этих сортов на графике урожайность—качество лет (по условиям среды) идут выше линий для первой группы сортов с наклонами, сходными с таковыми у первой группы. Саратовские сорта, как и сорта первой группы, показывают гомеостатичность урожайности, но для них характерно полегание при урожайности выше 20-25 ц/га. В 1970-1990 годах в регионе получили распространение устойчивые к полеганию сорта со средней урожайностью 29,1 ц/га (+44 % к базовой), у которых линии регрессии урожайности имеют более крутой наклон — от 39° до 47°, что указывает на меньшую гомеостатичность урожайности. Эти сорта сильнее реагируют на улучшение и ухудшение условий среды по сравнению с сортами первой и второй групп. Сорта Стрела и Тюменская 80 местной селекции довольно стабильны по урожайности (S2di = 4,8-6,1). Среднеспелые интенсивные сорта, возделываемые в настоящее время, урожайность которых в среднем возросла до 34,3 ц/га (+70,0 % к базовой), очень чувствительны к изменениям условий среды, что подтверждается углом наклона линий регрессии (50°-54°, bi = 1,21-1,40). Пластичность характерна для сорта Чернява 13, имеющего пологую линию регрессии (угол наклона 29°, bi = 0,56). Наиболее стабильно формируют урожаи сорта Лютесценс 70 и Икар (S2di = 8,7 и S2di = 8,6). Современные, районированные в регионе раннеспелые сорта менее урожайны, чем сорта предыдущей группы (хср. = 31,1 ц/га), с пологими линиями регрессии (углы наклона 37°-38°). При этом сорта Тулунская 12 и Новосибирская 15 не стабильны по урожайности (соответственно S2di = 26,6 и S2di = 29,0). Сорт Новосибирская 29 более урожайный (33,3 ц/га), по пластичности и стабильности имеет сходство со среднеспелыми сортами из предыдущей группы. Изучение эффектов реакции генотипов на сдвиги условий среды, определяющих пластичность сорта (и гомеостатичность урожайности) и стабильность сорта, которую характеризует крутизна линии регрессии и дисперсия по S.A. Eberhart и W.F. Russell, и в совокупности отражающих разные характеристики адаптивности, позволяет оценить поведение сортов в меняющихся условиях среды и эффективность их использования в Северном Зауралье, а также выявить оптимальное направление селекции культуры. В современных селекционных программах следует использовать урожайные сорта с хорошо выраженной адаптивностью.
Ключевые слова: сорт, урожайность, взаимодействие генотип—среда, лимитирующие факторы, пластичность, гомеостатичность, стабильность, генетико-физиологические системы адаптивности.
V.V. Novokhatin1, T.V. Shelomentseva1, V.A. Dragavtsev2 ✉
Though there are a number of evolutionary theories of living nature, no approach is available to quantify changes occurring during long-term breeding programs. By N.I. Vavilov, selection is evolution directed by the man’s will. Here, we suggest and used a novel method for studying shifts in statistical genetic parameters which have occurred in sets of varieties of soft spring wheat (Triticum aestivum L.) over an approximately 80-year period. During 8 years (in 2005-2012), 23 varieties of soft spring wheat zoned in the period from the 1930s were investigated in the conditions of the northern forest-steppe of Western Siberia (experimental field of the Research Institute of Agriculture of the Northern Trans-Urals, Tyumen, 57°09'N, 65°32'E). All of them were successfully cultivated in the Northern Trans-Urals in various years. The effects of genotype by environment interaction changing the crop ranks by year of testing were measured. The average yield of the varieties zoned in the 1940s was 20.2 с/ha (a reference point). These varieties showed a pronounced plasticity and homeostaticity of grain production. The regression lines for yields vs. ecological years (from bad to favorable conditions) were flat with a 31°-39° inclination. Milturum 321, the first zoned variety for the region is stable for grain yields (S2di = 3.5). During 1950-1970s, Saratov varieties and the late-maturing variety of Siberian selection Milturum 553 have been zoned in the Northern Trans-Urals. The average yield of the group is 23.4 с/ha. The regression lines were above the lines of the first group and had similar inclination. Saratov varieties showed yield homeostaticity similarly to the varieties of the first group but lodging at yields above 20-25 с/ha. In 1970-1990s, the varieties resistant to lodging became widespread. Their yields in testing averaged 29.1 с/ha (+44 % to the reference point), the regression lines inclination reached 39°-47° indicating a decrease in yield homeostaticity. These varieties more strongly responded to a better or adverse environments compared to the varieties of the first and second groups. Strela and Tyumenskaja 80 varieties of local selection are quite stable in terms of yields (S2di = 4.8-6.1). Currently used medium-ripe intensive varieties capable of producing grain yields of 34.3 с/ha on average (+70.0 % to the reference point) strongly responded to changes in environments, which followed from the inclination of the regression lines (50°-54°, bi = 1.21-1.40). Plasticity and crop homeostaticity are characteristic of the Chernyava 13 variety showing a flat regression line (29°, bi = 0.56). The most stable crop performance was characteristic of the varieties Lutescens 70 and Icar (S2di = 8.7 and S2di = 8.6, respectively). Modern zoned early-ripening varieties are less productive than the varieties of the previous group (x = 31.1 с/ha), with flat regression lines (37°-38°). The Tulunskaya 12 and Novosibirskaya 15 varieties are unstable in terms of yields (S2di = 26.6 and S2di = 29.0, respectively). The Novosibirskaya 29 variety is more productive (33.3 с/ha) and similar to the medium-ripe varieties from the previous group in terms of plasticity and stability. The assessment of a genotype response to environments affecting crop plasticity and stability (and homeostaticity) evaluates different characteristics of crop adaptability. So this allows us to investigate varieties under changing environments, to assess the effectiveness of their use in the Northern Trans-Urals environment, and to optimize breeding programs. High-yielding varieties with a well-pronounced adaptability should be involved in breeding.
Keywords: variety, yield, genotype by environment interaction, limiting factors, plasticity, homeoctaticity, stability, statistical genetic parameters.
1ФБУН ФИЦ Тюменский научный центр СО РАН, |
Поступила в редакцию |
