UDK 631.52 Улучшение растений. Прикладная генетика. Селекция и т. д.
The results of the evaluation of eight breeding varieties and new varietal populations of alfalfa are presented on highly productive chernozems of the field crop rotation, sod-meadow soil of the meadow ecotope and sandy loam chernozem in the Central Chernozem region. The effective signs «Dry matter productivity» and «Seed yield» depend on the «Ecotope» factor by 68.7% and 63.58%, respectively. The assessment of seed productivity of varietal populations and morpho-anatomical features of its formation depending on the growing conditions is given. It is concluded that it is necessary to analyze the source material of variable alfalfa at the early stages of breeding in ecotopes characteristic of the region of planned cultivation.
ecological breeding, feed productivity, seed productivity, mf mutation, polycross method, dispersion analysis, the share of influence of factors
Проблема устойчивого производства высококачественных кормов из люцерны изменчивой (Medicago varia Mart.) в необходимом количестве связана с особенностью размещения многолетних бобовых трав в различных экотопах агроландшафтов [1–3].
Традиционно кормовые многолетние травы реже размещаются на высокоплодородных черноземах, чаще — на низкопродуктивных, эродированных, песчаных почвах [4–6].
Сорта трав, особенно люцерны, как наиболее интенсивной и ценной культуры кормопроизводства на основе многолетних трав, обеспечивают не одинаковую урожайность на почвах с различным плодородием. Часто сорта, высокопродуктивные на почвах с высоким плодородием, оказываются неэффективными на низкопродуктивных почвах [7–9].
В селекционной практике на ранних этапах сортоиспытания необходима одновременная оценка исходного материала в различных условиях экотопов региона, в котором будут использоваться сорта [10–12]. В связи с этим важной научной проблемой становится экологическое изучение селекционно-генетического материала в различных экотопах с комплексной оценкой исходного материала для создания как высокоспециализированных сортов, так и сортов с высоким адаптационным потенциалом [13–14].
Предыдущими исследованиями было показано, что различные сортопопуляции M. varia Mart отличаются значительной дифференциацией семенной и кормовой продуктивности в зависимости от экотопов, в которых они возделываются [15–17].
Разработаны методы, позволяющие дифференцировать селекционные образцы люцерны и других бобовых трав с использованием метода ризосферных индексов и индекса железа [18; 19]. Усовершенствованный метод микроклонального размножения in vitro позволяет ускоренно размножать селекционные формы M. varia Mart. [20].
Сортопопуляции люцерны при возделывании в различных экологических условиях агроландшафтов обеспечивают экономическую эффективность различного уровня, зависящую не от потенциальной урожайности сортов, а их адаптивности к условиям экотопа [13; 14].
В связи с этим ведутся исследования местного исходного материала, адаптированного к условиям региона и обладающего определенными генетическими и морфобиологическими особенностями, в частности, наличием рецессивной mf-мутации [21; 22]. Выявлены экотипы с высокой встречаемостью мутации многолисточковости (mf-мутации), которые успешно включены в селекционный процесс [22; 23].
Наименее изученным вопросом является реакция сортопопуляций на различные условия среды в процессе селекционной работы над исходным материалом и учет полученных данных в дальнейшей работе.
Цель работы: изучить особенности формирования кормовой и семенной продуктивности у сортопопуляций M. varia Mart. в условиях различных экотопов Центрально-Черноземного региона.
Методика проведения исследований. Исследования проведены в 2016–2018 гг. на селекционно-семеноводческом участке ЗАО «Красно-яружская зерновая компания» (Белгородская область, Чернянский район). Стандартом в опыте служил сорт Краснояружская 1.
Объектами исследования служили сортопопуляции люцерны изменчивой (Medicago varia Mart.). В опыте испытывались восемь сортов и сортопопуляций M. varia Mart. (фактор «Сортообразец»: Краснояружская 1 mf; Вега 87; Белгородская 86 mf; Краснояружская 2; К-1/10 mf; Б-86/3 mf; NZK 40 mf; PPL 6/8), полученные методами поликросса, индивидуального отбора, экологической и экотопической селекции [23; 24].
Экологическую оценку сортообразцов провели в различных экотопах Белгородской области на различных почвенных разностях (фактор «Экотоп»): чернозем типичный тяжелосуглинистый, в полевом севообороте (черноземная почва); почва лугово-глеевая легкосуглинистая, на распаханном лугу в пойме р. Оскол (луговая почва); чернозем выщелоченный супесчаный, в прифермском севообороте (песчаная почва).
В опытах использованы стандартные методы, принятые в полевых и селекционных исследованиях. Были определены элементы кормовой и семенной продуктивности. Статистическую обработку результатов проводили с использованием формул для расчета средней арифметической и ошибки средней с использованием стандартного программного обеспечения Microsoft Excel (2010) [25; 26].
Результаты и обсуждение. Экологические условия региона позволяют получать до трех укосов люцерны, однако основная продуктивность надземной фитомассы люцерны формируется в большинстве случаев в первом и втором укосах. Для лучшего понимания процессов формирования биомассы за период вегетации люцерны в различных экологических условиях региона, рассчитали сбор сухого вещества за период вегетации у всех сортообразцов во всех изученных экотопах в среднем за три года исследований.
Сортопопуляции в зависимости от продуктивности сухого вещества распределились по нескольким группам. В первую группу вошли сортопопуляции с выраженной mf-мутацией многолисточко-вости: Краснояружская 1 mf и Белгородская 86 mf. Их продуктивность в условиях черноземной почвы превышала стандарт на 24,2 и 20,7 % соответственно на фоне высоких коэффициентов вариации (Cv) — от 31,4 до 35,1 % (таблица).
Таблица. Сбор надземной фитомассы и семян у сортопопуляций люцерны изменчивой в различных экотопах (2016–2018 гг., среднее)
|
Сортопопуляция |
Сбор надземной фитомассы, г/м2 абсолютно сухого вещества |
Семенная продуктивность, г/м2 |
||||
|
Экотоп* |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
Краснояружская 1 (стандарт) |
974,1 |
445,7 |
649,0 |
47,8 |
9,6 |
20,9 |
|
Вега 87 |
970,2 |
545,1 |
715,5 |
33,1 |
28,5 |
16,5 |
|
Белгородская 86 mf |
929,5 |
454,6 |
606,2 |
38,6 |
10,3 |
25,7 |
|
Краснояружская 2 |
1214,6 |
424,3 |
685,3 |
63,4 |
7,2 |
23,4 |
|
Краснояружская 1/10 mf |
1209,7 |
394,2 |
610,2 |
63,7 |
5,4 |
27,3 |
|
Белгородская 86/3 mf |
1175,7 |
405,0 |
616,1 |
67,1 |
6,1 |
22,2 |
|
NZK 40 mf |
976,9 |
835,6 |
617,2 |
32,5 |
32,8 |
9,7 |
|
PPL 6/8 |
1377,6 |
573,4 |
717,2 |
60,7 |
16,8 |
38,5 |
|
В среднем |
1103,5 |
509,7 |
652,1 |
50,9 |
14,6 |
23,0 |
|
НСР05 |
17,9 |
18,9 |
19,5 |
8,3 |
9,4 |
8,8 |
*1 – почва: чернозем типичный, тяжелосуглинистый, в полевом севообороте;
2 — почва лугово-глеевая лекосуглинистая, на распаханном лугу в пойме р. Оскол; 3 — почва: чернозем выщелоченный супесчаный, в прифермском севообороте.
В экотопах с луговой и песчаной почвами кормовая продуктивность сортопопуляций Краснояружская 1/10 mf и Белгородская 86 mf в среднем за годы исследований уступала стандарту на 11,5 и 9,1 % и на 5,9 и 6,6% соответственно на фоне высоких коэффициентов вариации (от 13,8 до 34,7 %).
Во вторую группу вошли сортообразцы как с высоким показателем mf-мутации — NZK 40 mf, так и с низкой экспрессией гена — Краснояружская 2, которые в среднем за годы исследований показали продуктивность на уровне стандарта. На черноземных почвах сорт Краснояружская 2 значительно превзошел стандарт — на 24,7 %, а NZK 40 mf показал продуктивность на уровне стандарта. Коэффициенты вариации при этом были минимальными: 0,1–3,5 %.
В условиях лугового экотопа урожай надземной фитомассы у люцерны сортообразца NZK 40 mf в среднем за три года исследований был выше стандарта на 87,5 % (Cv = 5,9 %). У сорта Краснояружская 2 на луговой почве продуктивность оставалась на уровне стандарта — сорта Краснояружская 1.
На песчаных почвах особи у сортопопуляций этой группы по продуктивности фитомассы были близки к стандарту, и отклонение от него не превышало 4,9–5,6 % (Cv = 16,7–17,9 %).
Третью группу образовали сортопопуляции Вега 87 и PPL 6/8. В среднем за годы исследований во всех экотопах они показали продуктивность выше, чем у стандарта. Сортопопуляция Вега 87 показала продуктивность на уровне стандарта лишь на черноземных почвах и превышала его на 22,3 и 10,2 % на луговых и песчаных. Особи сортопопуляции PPL 6/8 показали надземную продуктивность выше стандарта на 41,4, 28,6 и 10,5 % во всех экотопах соответственно (Cv = 2,2–14,2 %). Сортопопуляция Белгородская 86 уступала стандарту по продуктивности сухой массы на 4,6 и 6,6 % на черноземных и песчаных почвах. На луговых почвах достоверной разницы между сортообразцами не выявлено.
Результаты дисперсионного анализа двухфакторного опыта показали, что результативный признак «Продуктивность сухого вещества» в первую очередь зависит от фактора «Экотоп» (на 68,7 %), а фактором «Сортообразец» он определяется незначительно (на 4,7 %). Взаимодействие этих факторов не оказывает сильного влияния (10,9 %). Доля влияния условий года в среднем не превышает 0,48 %.
Оценка семенной продуктивности во всех изученных экотопах в среднем за три года исследований позволила установить, что сортопопуляции люцерны с выраженной мутацией многолисточковости (Краснояружская 1/10 mf и Белгородская 86 mf), а также PPL 6/8 на участках с черноземной почвой имели максимальный урожай семян от 1175,8 до 1209,7 кг/м2.
На песчаной почве семенная продуктивность снижалась, и урожайность сортообразцов не превышала 47,6–35,7 % от продуктивности на черноземе.
В условиях луговых почв семенная продуктивность люцерны была минимальной — урожайность сортообразцов не превышала 12,8–9,2 % от продуктивности на черноземе. У сорта-стандарта и сортообразца Белгородская 86 mf на песчаных почвах урожайность не превышала 43,7–66,8 % от продуктивности на черноземе; на луговых почвах — 20,2–26,6 %. Высокую адаптацию к условиям луговых почв показали сортообразцы Вега 87 и NZK 40 mf — они сохраняли урожайность на уровне стандарта, а в отдельных случаях превосходили его на 8,7–10,7 % (Cv = 5,8 %).
Сортообразец, который был получен методом поликросса (PPL 6/8), на участках с черноземной почвой показал урожайность на уровне сортов первой группы при Сv = 11,5 %. На песчаной почве его урожайность снизилась на 36,56 % (Cv = 6,1 %), на луговой — на 72,4 % (Cv = 33,1 %).
Результаты дисперсионного анализа двухфакторного опыта показали, что результативный признак «Урожай семян» в первую очередь зависит от фактора «Экотоп» (на 63,58 %), а фактором «Сортообразец» он определяется на 5,45 %. Также имеет значительное влияние взаимодействие этих факторов на уровне 25,5 %. Доля влияния условий года в среднем не превысила 1,01 %.
Заключение. Установлено, что сортообразцы обладают различной продуктивностью надземной фитомассы в зависимости от условий возделывания. Наибольшая надземная продуктивность у сортообразцов люцерны формируется в условиях полевых экотопов на типичном черноземе (929,5–1377,6 г/м2). Наименьшая — в луговых экотопах на дерново-глеевых почвах (394,1–835,6 г/м2). Максимальную продуктивность надземной фитомассы в условиях черноземных почв полевых севооборотов обеспечивают сортообразцы Краснояружская 1/10 mf (1209,7 кг/м2), Белгородская 86 mf (1175,8 кг/м2) и PPL 6/8 (1377,6 кг/м2). Стабильно высокую продуктивность в условиях экотопов луга показывает Вега 87 (801,3–881,0 г/м2), превышая стандарт на 87,5 %.
Высокую семенную продуктивность на черноземных почвах показывают Белгородская 86 mf, Краснояружская 1/10 mf, Краснояружская 2 и PPL 6/8 — на 40,4; 33,3; 32,7 и 27,0 % выше стандарта.
Рекомендуется проводить анализ исходного материала на ранних этапах селекции люцерны изменчивой в экотопах, характерных для региона планируемого возделывания.
1. Kormoproizvodstvo, racional'noe prirodopol'zovanie i agroekologiya / V. M. Kosolapov, I. A. Trofimov, G. N. Bychkov [i dr.] // Kormoproizvodstvo. – 2016. – № 8. – S. 3–8.
2. Kosolapov V. M., Trofimov I. A. Vserossiyskiy NII kormov: itogi nauchnoy deyatel'nosti za 2010 i 2006–2010 gody // Kormoproizvodstvo. – 2011. – № 1. – S. 3–4.
3. Kosolapov V. M., Chernyavskih V. I. Kormoproizvodstvo: sostoyanie, problemy i rol' FNC «VIK im. V. R. Vil'yamsa» v ih reshenii // Dostizheniya nauki i tehniki APK. – 2022. – T. 36. – № 4. – S. 5–14.
4. Chernyavskih V. I. Produktivnost' bobovyh trav i ih travosmesey so zlakami na chernozeme karbonatnom erodirovannom v usloviyah yugo-zapada CChR // Kormoproizvodstvo. – 2009. – № 9. – S. 16–19.
5. Chernyavskih V. I. Produktivnost' bobovo-zlakovyh travosmesey i effektivnost' ih vozdelyvaniya na sklonovyh zemlyah yugo-zapada CChZ // Dostizheniya nauki i tehniki APK. – 2009. – № 7. – S. 42–45.
6. Chernyavskih V. I. Effektivnost' vozdelyvaniya bobovyh i zlakovyh trav na sklonovyh zemlyah yugo-zapada CChZ // Zemledelie. – 2009. – № 6. – S. 18–19.
7. Kosolapov V. M., Chernyavskih V. I., Kostenko S. I. Novye sorta kormovyh kul'tur i tehnologii dlya sel'skogo hozyaystva Rossii // Kormoproizvodstvo. – 2021. – № 6. – S. 22–26.
8. Kosolapov V. M., Chernyavskih V. I., Kostenko S. I. Razvitie sovremennoy selekcii i semenovodstva kormovyh kul'tur v Rossii // Vavilovskiy zhurnal genetiki i selekcii. – 2021. – T. 25. – № 4. – S. 401–407.
9. Chernyavskih V. I. Rekurrentnaya selekciya kak osnova povysheniya produktivnosti lyucerny v Central'no-Chernozemnom regione // Kormoproizvodstvo. – 2016. – № 12. – S. 40– 44.
10. Opyt selekcii i semenovodstva lyucerny i drugih trav v ZAO «Krasnoyaruzhskaya zernovaya kompaniya» / V. I. Chernyavskih, A. G. Titovskiy, R. A. Sharko [i dr.] // Dostizheniya nauki i tehniki APK. – 2012. – № 12. – S. 14– 17.
11. Dumacheva E. V., Chernyavskih V. I. Biologicheskiy potencial bobovyh trav v estestvennyh soobschestvah erozionnyh agrolandshaftov Central'nogo Chernozem'ya // Kormoproizvodstvo. – 2014. – № 4. – S. 8–11.
12. Dumacheva E. V., Chernyavskih V. I. Vliyanie sposoba vozdelyvaniya lyucerny gibridnoy na semennuyu produktivnost' potomstva pervogo pokoleniya na karbonatnyh pochvah Central'no-Chernozemnogo regiona // Kormoproizvodstvo. – 2014. – № 2. – S. 23–25.
13. Chernyavskih V. I., Dumacheva E. V. Semennaya produktivnost' mnogoletnih bobovyh trav pri vyraschivanii v chistyh i smeshannyh posevah na karbonatnyh pochvah Belgorodskoy oblasti // Kormoproizvodstvo. – 2012. – № 2. – S. 34–36.
14. Dumacheva E. V., Chernyavskih V. I. Semennaya produktivnost' raznovozrastnyh posevov mnogoletnih vidov Fabaceae na chernozemah karbonatnyh v usloviyah yuga Srednerusskoy vozvyshennosti // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. – 2012. – № 3. – S. 393.
15. Chernyavskih V. I., Borodaeva Zh. A., Dumacheva E. V. Ustoychivost' sortopopulyaciy Medicago varia Mart. k listovym pyatnistostyam v ekotopah yuga Srednerusskoy vozvyshennosti // Agrarnaya nauka. – 2019. – № S1. – S. 109–112.
16. Dumacheva E. V., Chernyavskih V. I. Bioresursnyy potencial bobovyh trav na melovyh obnazheniyah i karbonatnyh pochvah Evropeyskoy Rossii. – Belgorod : Izdatel'skiy dom «Belgorod», 2014. – 144 s.
17. Borodaeva Zh. A., Chernyavskih V. I. Realizaciya produkcionnogo potenciala sortopopulyaciy Medicago varia Mart. v razlichnyh ekotopah yuga srednerusskoy vozvyshennosti // Polevoy zhurnal biologa. – 2020. – T. 2. – № 3. – S. 242–249.
18. Dumacheva E. V., Chernyavskih V. I. Pochvenno-rizosfernye vzaimodeystviya nekotoryh vidov Fabaceae pri vozdelyvanii v kul'ture na karbonatnyh pochvah // Fundamental'nye issledovaniya. – 2012. – № 9–2. – S. 351–355.
19. Dumacheva E. V., Chernyavskih V. I. Indeks zheleza kak pokazatel' ustoychivosti populyaciy Medicago varia Mart. na karbonatnyh pochvah // Fundamental'nye issledovaniya. – 2014. – № 9–3. – S. 571–574.
20. Borodaeva Zh. A., Chernyavskih V. I., Dumacheva E. V. Izuchenie osobennostey vvedeniya v kul'turu in vitro individual'nyh otborov Medicago varia Mart. dlya uskorennogo razmnozheniya selekcionnyh obrazcov // Plodovodstvo i yagodovodstvo Rossii. – 2019. – T. 59. – S. 19–24.
21. Features of intra population variability of Medicago varia Mart. with the expressed mf-mutation on a complex qualitative characteristics / V. I. Cherniavskih, E. V. Du-macheva, Z. A. Borodaeva [et al.] // EurAsian Journal of BioSciences. – 2019. – Vol. 13. – № 2. – S. 733–737.
22. Floral variety of Fabaceae Lindl. family in gully ecosystems in the south-west of the Central Russian Upland / V. I. Cherniavskih, E. V. Dumacheva, F. N. Lisetsky [et al.] // Bioscience Biotechnology Research Communications. – 2019. – Vol. 12. – No 2. – P. 203–210. – DOI: 10.21786/bbrc/12.2/1.
23. Rastitel'nyy mir Belgorodskoy oblasti / V. I. Chernyavskih, O. V. Degtyar', A. V. Degtyar', E. V. Dumacheva. – Belgorod : Belgorodskaya oblastnaya tipografiya, 2010. – 472.
24. Dospehov B. A. Metodika polevogo opyta: (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy). – M. : Kniga po Trebovaniyu, 2012. – 352 s.
25. Lakin G. F. Biometriya. – M. : Vysshaya shkola, 1990. – 352 s.
