ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ НОВЫХ СОРТОВ ОЗИМОЙ РЖИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА.

Введение.

С увеличением темпов роста населения человечество вынуждено наращивать сельскохозяйственное производство, основой которого является зерновое хозяйство. В связи с этим в последнее время большое внимание во всем мире уделяется возделыванию озимой ржи [4,с.248]. Она в основных районах возделывания (России, Польше, Германии, Беларуси и Украине) имеет важное значение, в увеличении и производстве зерна [1,с.462; 2,с.11-19]. Она служит незаменимым злаком для питания людей и кормления животных. Зерно ржи обладает высокой питательной ценностью, оно содержит больше лизина и не уступает пшенице по содержанию сырого протеина и метионина [7, с.271]. Однако переваримость зерна ржи ниже, чем у других культур, что снижает эффективность его использования. Главная кормовая проблема ржи обусловлена относительно высоким содержанием в зерне (пентозанов) [8, с.31-39]. Для расширения сферы кормового использования зерна ржи наиболее оптимальным является снижение содержания в зерне пентозанов путем селекции [9, с.44]. В Вире в последние годы профессором Кобылянским В.Д. создан ряд низкопентозановых сортов озимой ржи. Но современные сорта должны быть не только высокоурожайными, дающими продукцию определенного высокого качества, но и устойчивыми к неблагоприятным факторам среды, т.е. высоко адаптированными [5,с.191;6,с.372;11,с.56-67]. К сожалению, вопросы экологической пластичности сортов озимой ржи в условиях данного региона изучены недостаточно. В связи с этим была поставлена цель исследований – дать всестороннюю оценку по параметрам урожайности, экологической стабильности и пластичности низкопентозановых сортов озимой ржи селекции ВИР.

Материалы и методы

Экспериментальная часть работы проводилась в течение 2011-2015г.г. На опытных полях Пушкинских лабораторий ВИР (в условиях Северо-Западного региона). Было изучено 11 сортов низкопентозановой озимой ржи. Сорта созданы в ВИРе доктором биологических наук, профессором Кобылянским В.Д. и рекомендованы им для возделывания в различных регионах РФ. Сроки посева – 2 сентября 2011 года, 11 сентября 2012 года, 28 августа 2013 года, 4 сентября 2014 года соответственно. Агротехника проведения опыта общепринятая для Северо-Западного региона. Площадь делянки 6 м², повторность трехкратная. Норма высева 350 зерен/ м² или 3,5 млн. всхожих зерен на гектар. Посев проведен селекционной сеялкой ССФК–7. В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения. Отмечались даты посева, всходов, кущения, колошения, цветения, восковая спелость. Уборка проводилась в фазу полной спелости селекционно-семеноводческим комбайном Sampo-130. После уборки выполнялся структурный анализ по следующим показателям: высота растения, число растений на 1 м², число колосьев на 1 м², продуктивная кустистость, число зерен в колосе, масса зерна с колоса, масса 1000 зерен, натура зерна, содержание белка. Стандартом служил районированный высокопентозановый сорт озимой ржи Ильмень.

Изучение проведено согласно: Методическим указаниям по изучению мировой коллекции ржи [9]. Международного классификатора СЭВ, рода S. cereale L., [10,с.40]. Математическую обработку по Доспехову Б.А. [3,с.351]. Для расчета параметров пластичности и стабильности использована методика S.A. Eberhart, W.A. Russell [12,с.36-40].

Результаты исследований.

Метод Эберхарта и Расселла (S.A. Eberhart, W.A. Russell, 1966), основан на расчете двух параметров: коэффициента линейной регрессии (bi) и дисперсии (Ϭ²_d). Первый показывает отклик генотипа на изменение условий выращивания, а второй характеризует стабильность сорта в различных условиях среды. Эти показатели в данной работе рассчитаны по признаку урожайность зерна (табл.1). Поскольку она является результатом сложного взаимодействия «генотип-среда», где средой являются не только почвенно-климатические условия, но и технологические приемы возделывания. Поэтому важно не только создать сорт, но и выявить наиболее благоприятную зону для его выращивания, иными словами найти его экологическую нишу. Зачастую данными понятиями игнорируют, что приводит к ошибкам, как при районировании сорта, так и при определении форм перспективных для селекционной работы.

Таблица 1

Урожайность зерна сортов низкопентозановой озимой ржи, селекции ВИР,

(2011-2015 г. г, Ленинградская обл., Пушкин).

в т/га

СОРТ	Урожайность по годам испытания
	2011- 2012		2012- 2013	2013- 2014	2014 — 2015	Ʃ Ƴi	Ƴi	bi
Ильмень стандарт	5,9		2,8	4,3	6,3	19,2	4,8	1,1
Енисейка 2	6,3		3,0	4,6	6,3	20,4	5,1	1,1
Донская универсальная	6,5		3,5	4,8	5,7	20,4	5,1	0,8
Царскосельская	6,2		4,5	5,1	6,5	22,4	5,6	0,7
Ника 3	5,4		3,0	3,3	6,9	18,8	4,7	1,2
Новая Эра	6,3		5,4	4,8	7,5	24,0	6,0	0,6
Фаленская универсальная	5,8		3,4	5,4	6,7	21,2	5,3	0,9
Этеч	6,1		3,1	5,0	7,1	21,2	5,3	1,9
Рушник 2	7,3		2,2	4,2	6,6	20,4	5,1	1,5
Вавиловская универсальная	5,2		2,6	4,7	6,4	18,8	4,7	1,0
Джин	7,2		2,9	6,0	6,4	22,4	5,6	1,2
Средняя  Ƴj	6,2		3,3	4,8	6,6		Ƴ…=5,2
Ʃ Ƴi	68,2		36,4	52,2	72,4	Ƴ…=229,2
Ij	+1,0		-1,9	-0,45	+1,38
НСР 0,5		0,3 т/га

Для вычисления коэффициента линейной регрессии bi сначала необходимо определить индексы условий среды Ij:

Ij= (Ʃ Ƴij / v) – (Ʃ Ʃ Ƴij / vn)

где Ʃ Ƴij – сумма урожайности всех сортов за i-й год;

      Ʃ Ʃ Ƴij – сумма урожайности всех сортов за все годы;

       v – количество сортов;       n – число лет;

Совокупность индексов характеризует изменчивость условий, в которых выращивали сорта в данном опыте (табл.1). Индексы условий среды могут принимать положительные и отрицательные значения. Лучшие условия для роста и развития генотипов складываются при положительном значении индекса среды, худшие – при отрицательном. По результатам наиболее благоприятные условия сложились в следующие годы:

1. 2011-2012 гг. Ij= +1,0
2. 2014-2015 гг. Ij= +1,38

Худшие условия для произрастания сортов сложились за годы:

3. 2012-2013гг. Ij=-1,9
4. 2013-2014гг. Ij=-0,45

Коэффициент линейной регрессии урожайности сортов bi показывает их реакцию на изменение условий выращивания. Чем выше значение коэффициента bi > 1, тем большей отзывчивостью обладает данный сорт. Такие сорта требовательны к высокому уровню агротехники, так как только в этом случае они дадут максимум отдачи. В случае bi < 1сорт реагирует слабее на изменение условий среды. Такие сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они дадут максимум отдачи при минимуме затрат. При условии bi = 1 имеется полное соответствие изменение урожайности сорта изменению условий выращивания. Вычисляем для каждого сорта коэффициент регрессии:

bi = Ʃ Ƴij Ij / Ʃ Ij² ,

Ʃ Ƴij Ij – сумма произведения урожайности  i-го сорта за j-й год на соответствующую величину индекса условий среды;

Ʃ Ij² – сумма квадратов индексов условий среды;

В нашем опыте большей отзывчивостью на улучшение условий выращивания обладают сорта Рушник 2, Ника 3, Джин, Этеч, Енисейка 2, Ильмень bi > 1. Эти сорта требовательны к высокому уровню агротехнике, так как только в этом случае они дадут максимум отдачи. В случае bi < 1 сорта реагируют слабее на изменение условий среды, чем в среднем весь набор изучаемых сортов, к ним относятся сорта: Донская универсальная, Царскосельская, Новая Эра, Фаленская универсальная. Эти сорта лучше использовать на экстенсивном фоне, где они дадут максимум отдачи при минимуме затрат. Для определения стабильности урожайности вначале вычисляют теоретические урожаи для каждого сорта по формуле:

Ƴij = yi + bi Ij

где yi – средняя урожайность i-ого сорта за все годы испытания, т/га;

bi Ij – произведение коэффициента регрессии i-ого сорта на индекс условий среды (табл.2).

Таблица 2

Теоретические урожайности сортов низкопентозановой озимой ржи, селекции ВИР (2011-2015 г. г, Ленинградская обл., Пушкин).

т/га

СОРТ	Урожайность по годам испытания				Средняя за 4 года Ƴi
	2011- 2012	2012- 2013	2013- 2014	2014 — 2015
Ильмень стандарт	7,0	0,7	3,8	7,8	4,8
Енисейка 2	7,4	0,9	4,1	7,8	4,9
Донская универсальная	7,3	1,0	4,4	6,8	4,9
Царскосельская	6,9	3,2	4,9	7,5	5,6
Ника 3	6,6	0,8	2,8	8,6	4,7
Новая Эра	6,9	4,3	4,5	8,3	6,0
Фаленская универсальная	6,7	1,7	5,0	9,1	5,6
Этеч	7,2	1,0	4,5	8,6	4,6
Рушник 2	8,8	-0,7	3,5	8,7	5,1
Вавиловская универсальная	6,2	0,7	4,3	7,8	5,0
Джин	8,4	0,6	5,5	8,1	5,7

Из данных таблицы 2 следует, что в годы с лучшим индексом условий выращивания наиболее высокие показатели теоретической урожайности обнаружены у сорта, Фаленская универсальная за ним следуют Этеч, Ника 3, Джин. При худших условиях меньшая теоретическая урожайность у сортов Джин, Вавиловская универсальная, Ильмень. Сорт Рушник 2 занимает промежуточное положение в годы с лучшими условиями у него зафиксированы наиболее высокие показатели теоретической урожайности, которая при худших условиях выращивания снижается значительнее, чем у остальных сортов. После этого вычисляем отклонение фактических урожаев от теоретических по формуле:

 Ϭ ij = Ƴij – Ƴij

где Ƴij – фактическая урожайность i-ого сорта в j-й среде, т/га; Ƴij – теоретическая урожайность i-ого сорта в j-й среде, т/га (табл.3).

Таблица 3

Отклонение фактических значений урожайности от теоретических у сортов низкопентозановой озимой ржи селекции ВИР

(2011-2015 г. г, Ленинградская обл., Пушкин).

СОРТ	Отклонение фактических урожаев от теоретических				Стабиль- ность
	2011- 2012гг.	2012- 2013гг.	2013- 2014гг.	2014 — 2015гг.	ƩϬ ij2	Ϭ d2
Ильмень стандарт	-1,1	2,1	0,5	-1,5	8,07	4,04
Енисейка 2	-1,1	2,1	0,5	-1,5	8,07	4,04
Донская универсальная	-0,8	2,5	0,4	-1,1	8,2	4,1
Царскосельская	-0,7	1,3	0,2	-2,4	7,98	3,99
Ника 3	-1,5	2,2	0,5	-1,7	10,20	5,1
Новая Эра	-0,6	1,1	0,3	-0,8	3,6	1,8
Фаленская универсальная	-0,9	1,7	0,4	-2,4	9,03	4,5
Этеч	-1,1	2,1	0,5	-1,5	9,01	4,5
Рушник 2	-1,5	2,9	0,7	-2,1	15,6	7,8
Вавиловская универсальная	-1,0	1,9	0,4	-1,4	6,9	3,5
Джин	-1,2	2,3	0,5	-1,7	9,9	4,9

Среднеквадратическое отклонение (стабильность) вычисляется по формуле:

Ϭ d²= ƩϬ ij²/(n-2),

где ƩϬ ij² – сумма квадратов отклонений фактической урожайности от теоретической; n – число лет испытания.

Чем меньше квадратическое отклонение фактических показателей от теоретически ожидаемых – коэффициент стабильности, тем стабильнее сорт. В изучаемом наборе наиболее стабильным был сорт ржи Новая Эра (Ϭ d²=1,8). Самым не стабильным оказался сорт Рушник 2 (Ϭ d²=7,8). Остальные сорта занимали промежуточное положение (Ϭ d² = 3,5-5,1) (табл.3).

Заключение.

Анализ экологической пластичности и стабильности 11 низкопентозановых сортов ржи с использованием широко распространенной методике С. Эберхарта и В. Расселла, позволил выделить наиболее адаптивные сорта при возделывании ржи на зерно в Северо-Западном регионе РФ. Это сорта ржи Новая Эра, Ильмень способные давать относительно высокую, но при этом стабильную урожайность не только в благоприятных, но и в контрастных условиях. Для объективной и полной характеристики сортов при экологическом сортоиспытании необходимо использовать сочетание различных статистических методов и показателей, а адаптивность сорта следует рассматривать с позиции пластичности, стабильности и гомеостатичности.

Список литературы

1. Вавилов Н.И. Опыт агроэкологического обозрения важнейших полевых культур.- М.-Л.- АН СССР, 1957.- 462с.
2. Гордеев А.В. Продовольственная безопасность – проблема XXI века// Международная конф. «Продовольственная безопасность России», 12-14 марта 2002 г. Москва: Сб. докл. – М.: МСХ РФ, 2002.- С.11-19.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: (с основами статистической обработки результатов исследований). – / Б.А. Доспехов. 6 издание дополненое и переработанное. – М., Агропромиздат, 1985. – С.351.
4. Жученко А.А.,/ Продовольственная безопасность России в XXI веке (Пути оптимизации системы и «здоровье-питание-ресурсы»// Озимая рожь: селекция, семеноводство, технология и переработка. Материалы Всероссийской научно-практической конференции; 1-3 июля 2009 г. – Уфа: ГНУ БашНИИСХ, 2009. – 248 с.

5. Кильчевский А.В., Хотылева Л.В. Генотип и среда в селекции растений. Минск: Наука и техника, 1989. 191 с.
6. Кильчевский А.В., Хотылева Л.В. Экологическая селекция растений. Минск: Технология, 1997. 372 с.
7. Кобылянский В.Д. Рожь. Генетические основы селекции / Всесоюз. акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина. –  М.: Колос, 1982. – 271 с.
8. Кобылянский В.Д., Солодухина О.В. Теоретические основы селекции зернофуражной ржи с низким содержанием водорастворимых пентозанов // Сельскохозяйственная биология , №2, 2013, – С. 31-39
9. Кобылянский В.Д., Сафонова И.В., Солодухина О.В., Аниськов Н.И. Изучение и сохранение мировой коллекции ржи // Методические указания //Санкт-Петербург: ВИР, 2015.– С.44
10. Кобылянский В., Корнейчук В., Стажицки С., Кульпа В., Великовский В., Бареш И., Одегнал В. Международный классификатор СЭВ, рода Secale L. Л.:ВИР, 1984. – 40 с.
11. Щербаков В.К. Эволюционно-генетическая теория биологических систем, гомеостаз, значение для развития теории селекции // Вест. с./н. -1981. №3 – С. 56-67.
12. Eberhart S.A. Stability parameters for comparing vatiiieties / S.A. Eberhart, W.A. Russell // Ctop. sci.-1966. – Vol.6, №1. – P.36-40.[schema type=»book» name=»ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ НОВЫХ СОРТОВ ОЗИМОЙ РЖИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА.» description=»Показаны результаты расчета экологической пластичности, и стабильности по методу, предложенному Е.А. Эберхартом и В.А. Расселом (1961), у новых сортов озимой ржи селекции ВИР. Определение параметров экологической пластичности позволило дать всестороннюю оценку сортов, выявить степень адаптивности, объективно охарактеризовать сорта и их практическую ценность. По параметрам пластичности и стабильности можно судить о результативности селекционного процесса в зоне.» author=»Аниськов Николай Иванович, Кобылянский Владимир Дмитриевич, Сафонова Ирина Владимировна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-25″ edition=»euroasian-science.ru_25-26.03.2016_3(24)» ebook=»yes» ]