Норма и стабильность реакции раннеспелых гибридов кукурузы на условия вегетации

УДК 633.15(470.54/56 + 470.58)

Норма и стабильность реакции раннеспелых гибридов кукурузы на условия вегетации

Сотченко В. С.,¹ доктор сельскохозяйственных наук

Горбачёва А. Г.,¹ доктор сельскохозяйственных наук

Панфилов А. Э.,² доктор сельскохозяйственных наук

Казакова Н. И.,² кандидат сельскохозяйственных наук

Ветошкина И. А.¹

¹ФГБНУ «Всероссийский НИИ кукурузы»

357528, Россия, Ставропольский край, г. Пятигорск, ул. Ермолова, д. 14б

E-mail: 976067@mail.ru

²Институт агроэкологии – филиал ФГБОУ ВО «Южно-Уральский ГАУ»

456660, Россия, Челябинская обл., Красноармейский р-н, с. Миасское, ул. Советская, д. 8

E-mail: al_panfilov@mail.ru

Полевые опыты проведены в 2016–2018 годах на опытных полях ВНИИ кукурузы в п. Пятигорский Предгорного района Ставропольского края и в Институте агроэкологии – филиале Южно-Уральского ГАУ в с. Миасское Красноармейского района Челябинской области. Цель исследований — изучить потенциал урожая раннеспелых гибридов кукурузы и уборочную влажность зерна в разных климатических зонах, выявить гибриды, гарантирующие стабильно высокий урожай зерна в условиях Южного Урала. Одной из важнейших экологических особенностей кукурузы является её широкая норма реакции на изменение условий среды, показателем проявления которой выступает пластичность и стабильность. Было проведено изучение основных хозяйственно ценных показателей девяти раннеспелых гибридов кукурузы трёх селекционных учреждений РФ при оптимальном сроке посева в двух географических точках (Северо-Кавказском и Уральском регионах РФ). Анализ нормы и стабильности реакции гибридов кукурузы по урожаю зерна на условия вегетации позволил отнести все изучаемые гибриды к среднепластичным. Значение нормы линейной реакции α (r = 0,71) свидетельствует об усилении отзывчивости гибридов на улучшение условий среды. Низкостабильными оказались только два гибрида: Машук 150 МВ и Ладожский 148 СВ. Остальные гибриды относятся к высокостабильной группе. Экологическая стабильность реакции слабо связана с урожаем зерна (r = 0,26). Высокоурожайными на Южном Урале оказались гибриды кукурузы Уральский 150 и Обский 140 СВ. Гибрид кукурузы очень раннего срока цветения Кубанский 101 СВ был самым низкоурожайным и низкорослым в обоих пунктах. Лучший гибрид кукурузы для условий Южного Урала — Уральский 150: при среднем урожае зерна за 3 года 6,5 т/га его уборочная влажность составила 31,7%.

Ключевые слова: гибриды кукурузы, урожай зерна, уборочная влажность зерна, экологическая пластичность, стабильность, норма реакции.

В связи с распространением кукурузы в северные регионы России возникает необходимость в создании высокопродуктивных раннеспелых гибридов кукурузы, вызревающих до влажности зерна 25–35%, со стабильной реализацией своих потенциальных ресурсов, (Панфилов, Сотченко, Горбачёва и др., 2018; Панфилов, 2004; Сотченко, Горбачёва, Панфилов и др., 2019). Такие гибриды должны обладать высокой адаптивной способностью, чтобы максимально использовать лимитированные агроклиматические ресурсы зоны рискованного земледелия. Показателями реакции на изменения условий среды являются пластичность и стабильность гибридов кукурузы (Журба, 1986; Иващенко, Сотченко, 1999; Панфилов, Цымбаленко, 1999).

Главным критерием при оценке экологической пластичности и стабильности можно считать полученный урожай гибридов кукурузы, отражающий действие на растения всех условий выращивания. Экологическая пластичность — это средняя реакция гибрида на изменение условий окружающей среды, а стабильность — отклонение эмпирических данных в конкретных условиях окружающей среды от этой средней реакции (Пакудин, Лопатина, 1979; Eberhart, Rassel, 1966). Детально смысл стабильности раскрывает математическая модель, из которой вытекает, что экологическая стабильность характеризует регулярность нормы реакции генотипа, воспроизводимость её модификационной изменчивости (Tai, 1971). В широком смысле стабильным является генотип, у которого изменения среды не влияют на развитие признака (Wricke, 1971).

Таким образом, экологическая пластичность и стабильность — это показатели взаимодополняющие: высокостабильные гибриды на одно и то же изменение внешних условий отвечают более предсказуемой реакцией (Бляндур, 1975).

Цель исследований — изучить потенциал урожая раннеспелых гибридов кукурузы и уборочную влажность зерна в разных климатических зонах, выявить гибриды, гарантирующие стабильно высокий урожай зерна в условиях Южного Урала.

Методика исследований. Полевые опыты проведены в соответствии с методиками (Методические рекомендации по проведению полевых опытов с кукурузой, 1980; Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур, 1985) на опытном поле ВНИИ кукурузы в п. Пятигорский Предгорного района Ставропольского края и в Институте агроэкологии – филиале Южно-Уральского ГАУ (с. Миасское Красноармейского района Челябинской области) в оптимальные для каждого пункта сроки посева. Календарно сроки посева во ВНИИ кукурузы состоялись в 2016 году 19 апреля, в 2017 году — 24 апреля, в 2018 году — 27 апреля; в Институте агроэкологии — 12, 11 и 15 мая соответственно. Экологическое испытание проводили по единой методике, на делянках с учётной площадью 23,5 м², в трёхкратной повторности. В изучении находились девять раннеспелых гибридов кукурузы (ФАО 130–160) селекции ФГБНУ «ВНИИ кукурузы», ФГБНУ «КНИИСХ» и ООО «НПО Семеноводство Кубани».

Результаты исследований. Посев изучаемых гибридов был проведён в оптимальные для каждой зоны сроки. Различия в гидротермических условиях в пунктах испытания сказались на наступлении фазы цветение початка. В 2016 году цветение початков в опыте во ВНИИ кукурузы наступило в период с 22 по 30 июня, в 2017 году — с 24 июня по 5 июля, в 2018 году — с 16 по 24 июня. В Южно-Уральском ГАУ цветение початков в 2016 году наступило на 18–26 дней позже по сравнению с опытом ВНИИ кукурузы, в 2017 году — позже на 23–30 дней, в 2018 году — на 35–39 дней (табл. 1).

1. Даты цветения початков гибридов кукурузы (2016–2018 гг.)

Следовательно, процессы налива и созревания зерна в Ставропольском крае проходили в летние, а не в осенние месяцы, как на Южном Урале, что позволило достаточно объективно судить о генетических различиях по потере влаги различными генотипами гибридов.

Урожай зерна гибридов кукурузы по пунктам и годам значительно варьировался (табл. 2).

2. Урожай зерна раннеспелых гибридов кукурузы по двум пунктам, т/га (2016–2018 гг.)

Во ВНИИ кукурузы лимитирующий фактор — осадки, в Южно-Уральском ГАУ — общие ресурсы тепла. В результате средний урожай зерна по гибридам во ВНИИ кукурузы в 2016 году составил 7,6 т/га, в 2017 году — 4,3 т/га, в 2018 году — 3,6 т/га; в Южно-Уральском ГАУ — соответственно 5,1, 6,8, 5,5 т/га. Во ВНИИ кукурузы урожай зерна гибридов в среднем за 3 года не превышал 6 т/га, в Южно-Уральском ГАУ — 6,5 т/га. Лучшими в последнем пункте оказались гибриды кукурузы Уральский 150 и Обский 140 СВ. Гибрид кукурузы очень раннего срока цветения Кубанский 101 СВ был наиболее низкоурожайным в обоих пунктах.

Норму и стабильность реакции гибридов по урожаю зерна на условия вегетации анализировали по методике Tai (1971). Она заключается в оценке гибридов по норме линейной реакции генотипов α_i и стабильности этой реакции λ_i, которые косвенно отражают экологическую пластичность и стабильность гибридов. Результаты анализа показаны графически на рис. 1.

Рис. 1. Распределение гибридов кукурузы по норме и стабильности реакции на условия вегетации (2016–2018 гг.)

Значения α и λ для каждого из изучаемых гибридов нанесены на плоскость координат, где также строятся парабола и линия доверия. Парабола, параметры которой рассчитываются по данным дисперсионного анализа, делит плоскость на три зоны: гибриды, точки которых располагаются ниже параболы, относятся к низкопластичным, выше — к высокопластичным, внутри параболы — к среднепластичным. Абсцисса линии доверия соответствует значению критерия Фишера для степеней свободы по факторам кратности условий, числа гибридов и повторений в опыте. Расположение точки генотипа левее линии говорит о его высокой стабильности, правее — о низкой. Таким образом, используемая методика потенциально позволяет выделить среди изучаемых гибридов шесть групп адаптивности.

Согласно графической интерпретации результатов анализа, все изучаемые гибриды относятся к среднепластичным. Как показали исследования А. Э. Панфилова и И. Н. Цымбаленко (1999), проведённые ранее в условиях Южного Зауралья в три этапа (1984–1999 годы), условием высокой продуктивности кукурузы в регионе является принадлежность именно к среднепластичной группе. При этом низкая урожайность высокопластичных форм объясняется резко выраженной реакцией на периодическое ухудшение условий вегетации (в основном — на дефицит влаги), низкая урожайность низкопластичных, наоборот, слабой отзывчивостью на благоприятные условия.

Наши исследования позволили уточнить это положение. Корреляционный анализ показал тесную прямую зависимость урожая зерна от значений нормы линейной реакции α (r = 0,71). Следовательно, внутри среднепластичной группы некоторое усиление отзывчивости генотипов на условия внешней среды положительно сказывается на их продуктивности.

Экологическая стабильность реакции слабо связана с урожайностью зерна (r = 0,26). В качестве низкостабильных выделены лишь два гибрида: Машук 150 МВ и Ладожский 148 СВ, остальные образцы относятся к высокостабильной группе. Однако распределение гибридов по урожаю зерна не зависит от этой группировки.

Уборочная влажность зерна кукурузы обусловлена двумя признаками гибридов: уровнем скороспелости и способностью к быстрой потере влаги в предуборочный период. Роль каждого из этих признаков зависит от условий созревания зерна: на благоприятном гидротермическом фоне влажность зерна в большей степени определяется генетической способностью гибрида к быстрой влагоотдаче. Напротив, при высокой относительной влажности и низкой температуре воздуха основное значение имеет раннее цветение початка, а генетические различия между гибридами по скорости потери влаги значительно нивелируются. В Ставропольском крае при благоприятных условиях созревания уже в третьей декаде августа уборочная влажность зерна раннеспелых гибридов находилась в пределах 12,9–20,6% в разные годы изучения. В условиях Южного Урала уборочная влажность зерна гибридов значительно зависела от гидротермических условий года. В 2016 году размах варьирования влажности по гибридам составил 20,7–31,4%, в 2017 году — 29,7–39,7%, в 2018 году — 35,0–47,1%. Самая низкая уборочная влажность зерна все годы изучения была у гибрида раннего срока цветения Кубанский 101 СВ. Однако при этом гибрид имел и самый низкий урожай зерна во все годы изучения во всех пунктах. На этом фоне для условий Южного Урала выделился гибрид кукурузы Уральский 150. При среднем урожае зерна за 3 года 6,5 т/га его уборочная влажность составила 31,7%. Это второй результат после гибрида Кубанский 101 СВ. По годам уборочная влажность гибрида Уральский 150 варьировалась от 25,2 до 38,5% (табл. 3).

3. Уборочная влажность зерна раннеспелых гибридов кукурузы по двум пунктам, % (2016-2018 гг.)

Коэффициент вариации высоты растений гибридов кукурузы по годам в разрезе гибридов составил 8,5–13%. Высота растений по гибридам во ВНИИ кукурузы в среднем за 3 года была 159–230 см, в Южно-Уральском ГАУ — 166–217 см (рис. 2).

Рис. 2. Высота растений гибридов кукурузы по пунктам изучения, см (среднее за 2016–2018 гг.)

Гибриды по-разному реагировали на условия произрастания. Самым низкорослым в обоих пунктах оказался гибрид Кубанский 101 СВ (159 и 166 см соответственно пунктам). Гибрид кукурузы Машук 150 МВ имел практически одинаковую высоту растений в обоих пунктах (190 и 192 см). Высота растений шести гибридов из девяти оказалась выше в условиях ВНИИ кукурузы. Гибриды кукурузы Кубанский 141 СВ и Уральский 150 в условиях Северного Урала имели высоту растений ниже соответственно на 28 и 30 см по сравнению с Северным Кавказом. У других гибридов этот показатель оказался значительно меньше.

Заключение. Таким образом, все изучаемые в опыте гибриды кукурузы по урожаю зерна относятся к среднепластичным. Высокий коэффициент нормы линейной реакции свидетельствует о положительном влиянии улучшения условий внешней среды на продуктивность внутри среднепластичной группы. В качестве низкостабильных выделены два гибрида: Машук 150 МВ и Ладожский 148 СВ, остальные образцы относятся к высокостабильной группе. Однако распределение гибридов по урожаю зерна не зависит от этой классификации. Лучший гибрид кукурузы для условий Южного Урала — Уральский 150: при среднем урожае зерна за 3 года 6,5 т/га его уборочная влажность составила 31,7%.

Литература

1. Бляндур О. В. Экологическое изучение индуцированных мутантов кукурузы в гомо- и гетерозиготном состоянии / О. В. Бляндур // Экологическое изучение индуцированных линий кукурузы. — Кишинёв: Штиинца, 1975. — С.2.

2. Журба Г. М. Оценка экологической пластичности и стабильности при селекции гибридов кукурузы / Г. М. Журба // Селекция и семеноводство кукурузы: сборник научных трудов ВНИИ кукурузы. — Днепропетровск, 1986. — С.82–85.

3. Иващенко В. Г. Экологическая пластичность и стабильность скороспелых гибридов кукурузы / В. Г. Иващенко, Ю. В. Сотченко // Генетика, селекция и технология возделывания кукурузы. — Краснодар, 1999. — С.121–127.

4. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. — М.: Колос, 1985. — 250 с.

5. Методические рекомендации по проведению полевых опытов с кукурузой / ВНИИ кукурузы. — Днепропетровск, 1980. — 54 с.

6. Пакудин В. З. Методы оценки экологической пластичности сортов сельскохозяйственных растений / В. З. Пакудин, Л. М. Лопатина // Селекция и генетика кукурузы. — Краснодар, 1979. — С.113–121.

7. Панфилов А. Э. Влажность зерна кукурузы как функция генотипа, времени и гидротермических условий / А. Э. Панфилов // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения: сборник научных трудов ЧГАУ. Вып. 4. — Челябинск: Издательство ЧГАУ, 2004. — С.49–55.

8. Динамика потери влаги зерном кукурузы ультраранних гибридов кукурузы в контрастных условиях произрастания / А. Э. Панфилов, В. С. Сотченко, А. Г. Горбачёва, И. А. Ветошкина, Н. И. Казакова // Кукуруза и сорго. — 2018. — № 3. — С.3–9.

9. Панфилов А. Э. Адаптивность различных по скороспелости гибридов кукурузы / А. Э. Панфилов, И. П. Цымбаленко // Аграрная наука. — 1999. — № 8. — С.20–22.

10. Урожай и уборочная влажность зерна гибридов кукурузы в разных экологических условиях в зависимости от сроков посева / В. С. Сотченко, А. Г. Горбачёва, А. Э. Панфилов, И. А. Ветошкина, Н. И. Казакова // Кормопроизводство. — 2019. — № 4. — С.26–31.

11. Eberhart S. A. Stability parameters for comparing varieties / S. A. Eberhart, W. A. Russel // Crop Science. — 1966. — No. 1 (6). — P.36–40.

12. Tai G. C. C. Genotypic stability analysis and its application to potato regional trials / G. C. C. Tai // Crop Science. — 1971. — No. 11 (2). — Р.184–190.

13. Wricke Q. Uber line methode zur Erbassung der ecologishen streubreite in Feldrersuchen / Q. Wricke // Z. Pflanzenzuchtung. — 1962. — Bd. 47. — No. 11 (1). — P.92–96.

Reaction norm and stability of short-season maize hybrids as affected by environment

Sotchenko V. S.,¹ Dr. Agr. Sc.

Gorbacheva A. G.,¹ Dr. Agr. Sc.

Panfilov A. E.,² Dr. Agr. Sc.

Kazakova N. I.,² PhD Agr. Sc.

Vetoshkina I. A.¹

¹The All-Russian Research Institute of Maize

357528, Russia, the Stavropol Territory, Pyatigorsk, Ermolova str., 14/b

E-mail: 976067@mail.ru

²Institute of Agricultural Ecology – branch of the South-Ural State Agrarian University

456660, Russia, the Chelyabinsk region, Krasnoarmeyskiy rayon, selo Miasskoe (village), Sovetskaya str., 8

E-mail: al_panfilov@mail.ru

Field trials took place in 2016–2018. The aim — to select the best short-season maize hybrids for the South Urals and evaluate their yield potential as well as grain moisture content at harvest under different environmental conditions. Maize has a wide range of responses to environment defining its plasticity and stability. Economically important traits of nine short season maize hybrids obtained from three Breeding Institutions were analyzed in the North Caucasus and Ural regions of Russia under optimal seeding date. Hybrid yields showed medium variation as a response to growth conditions. Linear reaction norm model α (r = 0.71) represented sensitivity increase to improved conditions. “Mashuk 150 MV” and “Ladozhskiy 148 SV” hybrids were the most sensitive to environmental changes. Other hybrids had similar performance across different environments. Low trait variation under different conditions affected grain yield insignificantly (r = 0.26). “Uralskiy 150” and “Obskiy 140 SV” had high productivity in the South Urals. Extra short-season “Kubanskiy 101 SV” hybrid showed the lowest productivity and height at both locations. “Uralskiy 150” hybrid was the most productive in the South Urals: for 3 years its grain yield amounted to 6.5 t ha^-1, grain moisture content at harvest — 31.7%.

Keywords: maize hybrid, grain yield, ripe grain moisture, environmental plasticity, stability, reaction norm.

References

1. Blyandur O. V. Ekologicheskoe izuchenie indutsirovannykh mutantov kukuruzy v gomo- i geterozigotnom sostoyanii / O. V. Blyandur // Ekologicheskoe izuchenie indutsirovannykh liniy kukuruzy. — Kishinev: Shtiintsa, 1975. — P.2.

2. Zhurba G. M. Otsenka ekologicheskoy plastichnosti i stabilnosti pri selektsii gibridov kukuruzy / G. M. Zhurba // Selektsiya i semenovodstvo kukuruzy: sbornik nauchnykh trudov VNII kukuruzy. — Dnepropetrovsk, 1986. — P.82–85.

3. Ivashchenko V. G. Ekologicheskaya plastichnost i stabilnost skorospelykh gibridov kukuruzy / V. G. Ivashchenko, Yu. V. Sotchenko // Genetika, selektsiya i tekhnologiya vozdelyvaniya kukuruzy. — Krasnodar, 1999. — P.121–127.

4. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur. — Moscow: Kolos, 1985. — 250 p.

5. Metodicheskie rekomendatsii po provedeniyu polevykh opytov s kukuruzoy / VNII kukuruzy. — Dnepropetrovsk, 1980. — 54 p.

6. Pakudin V. Z. Metody otsenki ekologicheskoy plastichnosti sortov selskokhozyaystvennykh rasteniy / V. Z. Pakudin, L. M. Lopatina // Selektsiya i genetika kukuruzy. — Krasnodar, 1979. — P.113–121.

7. Panfilov A. E. Vlazhnost zerna kukuruzy kak funktsiya genotipa, vremeni i gidrotermicheskikh usloviy / A. E. Panfilov // Problemy agrarnogo sektora Yuzhnogo Urala i puti ikh resheniya: sbornik nauchnykh trudov ChGAU. Iss. 4. — Chelyabinsk: Izdatelstvo ChGAU, 2004. — P.49–55.

8. Dinamika poteri vlagi zernom kukuruzy ultrarannikh gibridov kukuruzy v kontrastnykh usloviyakh proizrastaniya / A. E. Panfilov, V. S. Sotchenko, A. G. Gorbacheva, I. A. Vetoshkina, N. I. Kazakova // Kukuruza i sorgo. — 2018. — No. 3. — P.3–9.

9. Panfilov A. E. Adaptivnost razlichnykh po skorospelosti gibridov kukuruzy / A. E. Panfilov, I. P. Tsymbalenko // Agrarnaya nauka. — 1999. — No. 8. — P.20–22.

10. Urozhay i uborochnaya vlazhnost zerna gibridov kukuruzy v raznykh ekologicheskikh usloviyakh v zavisimosti ot srokov poseva / V. S. Sotchenko, A. G. Gorbacheva, A. E. Panfilov, I. A. Vetoshkina, N. I. Kazakova // Kormoproizvodstvo. — 2019. — No. 4. — P.26–31.

11. Eberhart S. A. Stability parameters for comparing varieties / S. A. Eberhart, W. A. Russel // Crop Science. — 1966. — No. 1 (6). — P.36–40.

12. Tai G. C. C. Genotypic stability analysis and its application to potato regional trials / G. C. C. Tai // Crop Science. — 1971. — No. 11 (2). — Р.184–190.

13. Wricke Q. Uber line methode zur Erbassung der ecologishen streubreite in Feldrersuchen / Q. Wricke // Z. Pflanzenzuchtung. — 1962. — Bd. 47. — No. 11 (1). — P.92–96.