Тривалість періоду «сходи–цвітіння» як компонент жаростійкості гібридів соняшнику

автор:
источник: Вісник Центру наукового забезпечення агропромислового виробництва Харківської області 2016 г. №20
Впродовж 18-ти років (1998–2015 рр.) у конкурсному випробуванні Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр`єва НААН досліджували врожайність гібридів соняшнику різних груп стиглості та її зв`язок із показниками температурного режиму періоду вегетації. Доведено, що температура повітря впливає на урожайність гібридів із різною тривалістю періоду «сходи–цвітіння» у різному ступені.

Кліматичні аномалії, включаючи дуже високі температури, передбачені як головні фактори негативної дії на ріст і розвиток рослин, які можуть призвести до катастрофічних втрат продукції сільського господарства [1].

Впровадження нових сортів і гібридів сільськогосподарських культур не зменшує коливання врожайності у зв‘язку із коливанням метеорологічних умов. Під постійним або періодичним впливом несприятливих умов середовища високий біологічний потенціал продуктивності залишається нереалізованим. Оцінка генотипів за потенційною врожайністю є однобічною, оскільки не відображає стабільність врожайності у стресових умовах середовища.

Ступінь негативного впливу аномального фактора на формування врожаю залежить не тільки від напруженості і тривалості його дії, але й від прояву його за етапами онтогенезу рослини [2]. Так, на зернових культурах встановлено, що чутливість рослини до високих температур варіює залежно від стадії розвитку, зачіпаючи певною мірою всі вегетативні і генеративні стадії, а дія температурного стресу має не тільки міжвидову, а і внутрішньовидову варіацію [3, 4]. Збіг аномальної ситуації з періодом формування генеративних або вегетативних органів викликає, через незворотність процесів органоутворення, глибокі порушення в рослині, що знижують її продуктивність у різному ступені. В соняшнику встановлено, що найбільш чутливою до високих температур є фаза цвітіння [5]. Верхня гранична температура, вище за яку розпочинається тепловий стрес, тобто, за визначенням Singh B. D., розпочинається дія високої температури достатньої тривалості, що спричиняє суттєве скорочення врожаю у порівнянні із повним генетичним потенціалом генотипу, є різною для різних видів рослин [6]. Для соняшнику запропоновано значення верхньої граничної температури від 26–30°С [7, 8] до 40°С [9]. Оптимальною для росту і розвитку соняшнику вважають денну температуру 25°С, нічну 21°С [10].

Селекціонери виділяють два компоненти стійкості до високих температур: а) механізм запобігання; б) механізм толерантності, коли основні функції рослин підтримуються при нагріванні [11]. Тривалість вегетаційного періоду можна запропонувати в якості механізму запобігання негативної дії високих температур під час проходження рослиною соняшнику критичних фаз розвитку.

Метою наших досліджень стало вивчення тривалості міжфазних періодів вегетації гібридів соняшнику як механізму запобігання дії аномально високих температур повітря.

Методика та вихідний матеріал, роки та умови досліджень. Дослідження проведені в 1998–2015 рр. на полях наукової сівозміни Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр`єва НААН (м. Харків). Матеріалом для вивчення були гібриди селекції інституту, що пройшли випробування в контрольному розсаднику і розсаднику попереднього сортовипробування та відібрані за комплексом показників як найбільш перспективні. Польові випробування проводили відповідно до методики конкурсного сортовипробування, розробленої в інституті на основі затверджених методик [12, 13, 14]. Щорічно вивчали від 80 до 120 гібридних комбінацій. Система обробітку ґрунту – загальноприйнята в зоні вирощування. Попередник – ярі зернові колосові. Посів щороку проводили в першій декаді травня. Облікова площа ділянки становила 21,0 м². Міжряддя 0,7 м, густота стояння рослин до збирання 55–57 тис. рослин на 1 га. Повторність чотирьохразова. Урожайність визначали в т/га та приводили до стандартної (10%-ної) вологості. Фенологічні спостереження: дата сходів, дата цвітіння 50% рослин, дата фізіологічної стиглості. Гібриди розподілені на групи стиглості на підставі величини стандартного відхилення (s) від середньої тривалості періоду «сходи-цвітіння» в даному році та відповідно до класифікації, прийнятої в Інституті рослинництва ім. В. Я. Юр`єва. Виділено три групи стиглості: перша – скоростиглі гібриди (–1s і менше), друга – ранньостиглі (в межах 1s) і третя – середньоранні (+1s і більше). Дати настання фаз розвитку і врожайність усереднювали для кожної групи стиглості.

Для оцінки температурного режиму використовували систему «градусо-діб росту» (Growing Degree Day system (GDD)) [15, 16]. Для розрахунку використовували мінімальну температуру, нижче за яку розвиток рослини припиняється – «базову температуру» (Tb), яка для соняшнику варіює за різними дослідженнями. В даній статті використано Tb=8°С [17]. За температуру, вище за яку розвиток рослин сповільнюється або припиняється (Tul), прийняті значення 28°С, 32°С та 36°С. За кожною групою стиглості гібридів розраховували суму градусо-діб періоду «сходи–цвітіння», за чотирма моделями системи «градусо-діб росту». Лінійна модель (∑ГД1) передбачала розвиток за будь-яку температуру, починаючі від 8°С. За нелінійними моделями розвиток відбувається до певної температури повітря, вище за яку градусо-доби не підсумовували: ∑ГД2 – розвиток припиняється за температуру 28°С; ∑ГД3 – розвиток припиняється за температуру 32°С; ∑ГД3 – розвиток припиняється за температуру 36°С. Також ці показники розраховували для кожного місяця вегетації.

Клімат Харківської області, згідно агроґрунтового районування розташованої в зоні Лісостепу, ґрунтової провінції Лівобережна південно-західна висока, вважається помірно-континентальним з тривалим стійким, часом посушливим і жарким літом [18]. У роки проведення досліджень погодний режим впродовж періоду активної вегетації соняшнику істотно відрізнявся, що доведено двохфакторним дисперсійним аналізом даних метеорологічних спостережень метеостанції м. Харкова. Середня середньодобова температура травня становила 16,4 °С (норма 1981-2010 рр. 15,3°С), червня 20,0 °С (норма 19,3°С), липня 22,4 °С (норма 21,3°С), серпня 21,2 °С (норма 19,5°С). Найспекотнішим за роки спостережень був 2012 рік (середня температура вегетаційного періоду 22,1°С) і 2010 рік (21,8°С), самим прохолодним був 2007 рік (17,8°С).

Результати досліджень. Двохфакторним дисперсійним аналізом встановлено достовірність впливу умов року на мінливість врожайності гібридів і достовірність відмінностей між групами стиглості за врожайністю. Також виявлено достовірні відмінності між групами стиглості за особливостями мінливості їх врожайності залежно від умов року. На підставі величин середніх квадратів MS, найбільше вплинув на врожайність рік випробування.

Різниця між групами за тривалістю періоду «сходи–цвітіння», мінливість тривалості періоду за роками і взаємодія цих факторів також достовірні за Р=0,01. Середня за роки випробувань тривалість періоду «сходи-цвітіння» гібридів скоростиглої групи склала 57 діб, ранньостиглої 60 діб, середньоранньої 65 діб. Встановлено достовірне перевищення врожайності ранньостиглих гібридів (в середньому за роки випробувань становила 3,27 т/га) над врожайністю гібридів скоростиглої групи (3,16 т/га). Врожайність гібридів середньоранньої (третьої) групи дорівнювала 3,23 т/га і не відрізнялася достовірно від урожайності першої та другої груп. В середньому за роки досліджень, врожайність скоростиглих гібридів складала 98,3 % від урожайності гібридів середньоранньої групи, врожайність ранньостиглих гібридів складала 101,5 % від урожайності гібридів середньоранньої групи.

Встановлено достовірність кореляційного зв`язку між урожайністю гібридів та окремими показниками температурного режиму впродовж періоду «сходи–цвітіння» соняшнику. За лінійною моделлю, врожайність гібридів зростала із збільшенням суми градусо-діб впродовж вегетаційного періоду соняшнику (коефіцієнт кореляції r=0,294, рівень достовірності Р=0,01) (табл. 1). За нелінійними моделями, вплив суми градусо-діб на урожайність був різним залежно від встановленої верхньої межі розвитку (Tul). За величиною Tul=28°С і Tul=32°С, кореляційний зв`язок між сумою градусо-діб і врожайністю був недостовірним. За нашим передбаченням, низькі значення коефіцієнтів кореляції обумовлені тим, що температурні показники 28°С і 32°С знаходяться поблизу екологічної норми розвитку соняшнику. Якщо верхню межу розвитку соняшнику встановлювали на рівні 36°С, коефіцієнт лінійної кореляції дорівнював r=0,321, рівень достовірності Р=0,01. Отже, за даними кореляційного аналізу, врахування температури повітря від 32°С до 36°С дозволило диференціювати гібриди за реакцією їхньої врожайності на зміну температурного режиму.

Таблиця 1. Коефіцієнти кореляції між показниками температурного режиму впродовж періоду «сходи – цвітіння» і господарськими ознаками гібридів соняшнику, 1998–2015 рр.
Показник∑ ГД1∑ ГД2∑ ГД3∑ ГД4
Врожайність0,294–0,1200,1160,321
Рівень Р0,0000,0790,0900,000
Тривалість періоду «сходи–цвітіння»0,2730,6800,4270,234
Рівень Р0,0000,0000,0000,001
Примітка: моделі розрахунку градусо-діб: ∑ГД1 – лінійна модель; ∑ГД2 – нелінійна модель, Tul=28°С; ∑ГД3 – нелінійна модель, Tul=32°С; ∑ГД4 – нелінійна модель, Tul=36°С.

Тривалість періоду «сходи–цвітіння» у найбільшому ступені залежала від суми градусо-діб, розрахованою за моделлю, згідно з якою Tul=28°С (r=0,680, рівень достовірності Р=0,01). Найменше значення коефіцієнта кореляції (r=0,234, рівень достовірності Р=0,01) встановлено Tul=36°С. Таким чином, із ростом температури різниця між генотипами за тривалістю міжфазних періодів нівелюється, що підтверджує результати наших попередніх досліджень [19].

Результати 18-ти років випробувань ми розподілили на групи залежно від суми градусо-діб впродовж періоду «сходи–цвітіння» гібридів соняшнику, із міжгруповим інтервалом 45 °С, а також впродовж кожного місяця вегетації окремо. Врожайність гібридів усереднювали для кожної групи стиглості за кожною групою років та піддавали двохфакторному дисперсійному аналізу. За розподілом із використанням нелінійної моделі, Tul=36°С, до першої групи років увійшли 2000 р., 2001 р., 2002 р., 2003 р., 2004 р., 2005 р. та 2006 р., середня ∑ГД4=641°С. До другої групи років увійшли 1998 р., 2009 р. та 2015 р., середня ∑ГД4=685°С. До третьої групи – 1999 р., 2006 р., 2007 р., 2010 р., 2013 р. та 2014 р., середня ∑ГД4=740°С. До четвертої групи років увійшов 2011 р. із ∑ГД4=877°С.

Достовірну різницю встановлено за мінливістю врожайності залежно від групи років за сумою градусо-діб періоду «сходи–цвітіння» (достовірно за Р=0,01) (табл. 2). Також достовірною була різниця за урожайністю між групами стиглості (рівень достовірності Р=0,01) та різниця між групами стиглості за їх реакцією на температурний режим групи років (рівень достовірності Р=0,05). За значеннями середніх квадратів MS, найбільше вплинув на врожайність рік випробування. Обробіток даних за іншими моделями розрахунку градусо-діб не дозволив отримати достовірні результати. Отже, за даними дисперсійного аналізу, врахування температур періоду «сходи–цвітіння» в інтервалі від 32°С до 36°С дозволило диференціювати гібриди за реакцією їхньої врожайності на температурний режим цього періоду.

Таблиця 2. Результати двохфакторного дисперсійного аналізу врожайності гібридів соняшнику різних груп стиглості залежно від суми градусо-діб, накопичених впродовж періоду «сходи–цвітіння», нелінійна модель, Tb=8 °С, Tul=36 °С, 1998–2015 рр.
Джерело дисперсіїSSСтупені свободиMSFфакт.Р
Група років* (фактор А)4,074131,3580134,840,000
Група стиглості (фактор Б)0,103920,05195,160,011
Взаємодія А ? Б0,149060,02482,470,042
Помилка0,3626360,0101
Примітка: група років* – за сумою градусо-діб, між груповий інтервал 45°С.

Дисперсійним аналізом доведено різницю між групами стиглості за мінливістю врожайності залежно від групи років за сумою градусо-діб червня (нелінійна модель, Tul=36 °С, рівень достовірності Р=0,01). Коливання суми градусо-діб розрахованої за цією моделлю за роками склали від 272°С у 2003 р. до 445°С у 2010 р., а кількість груп років із міжгруповим інтервалом 45°С дорівнювала чотирьом. Коливання суми градусо-діб розрахованої за лінійною моделлю за роками склали від 272°С у 2003 р. до 465°С у 2010 р., а кількість груп із міжгруповим інтервалом 45°С дорівнювала п`яти. Графічне зображення залежності врожайності гібридів різних груп стиглості від групи років за сумою градусо-діб впродовж червня демонструє, що врожайність всіх трьох груп стиглості спочатку зростає із зростанням суми градусо-діб, а потім починає знижатися (рис. 1).

Рис. 1. Врожайність гібридів соняшнику різних груп стиглості залежно від суми градусо-діб червня, 1998–2015 рр.

Примітки.


– скоростигла група;
– ранньостигла група;
– середньорання група.
А – лінійна модель, Tb=8 °С.
Групи років за сумою градусо-діб червня: 1 – (270–315)°С; 2 – (316–360)°С; 3 – (361–405)°С; 4 – (406–445)°С; 5 – (446–490)°С.
Б – нелінійна модель, Tb=8 °С, Tul=36°С.
Групи років за сумою градусо-діб червня: 1 – (260–305)°С; 2 – (306–355)°С; 3 – (356–400)°С; 4 – (401–445)°С.

У найбільшому ступені, сума градусо-діб червня вплинула на врожайність гібридів скоростиглої групи, які за умови зростання суми градусо-діб червня, розрахованої за нелінійною моделлю, від (356–400) °С до (401–445) °С, знизили врожайність від 3,49 т/га до 2,92 т/га, тобто на 0,57 т/га. Для порівняння: врожайність гібридів ранньостиглої групи знизилася від 3,57 т/га до 3,19 т/га, тобто на 0,38 т/га; гібридів середньоранньої групи від 3,51 т/га до 3,21 т/га, тобто на 0,30 т/га.

Також на графіках наведено рівняння лінійної регресії, що відображають зв`язок між сумою градусо-діб та врожайністю гібридів соняшнику різних груп стиглості: 1) – для скоростиглої групи; 2) – для ранньостиглої групи; 3) – для середньоранньої групи.

Висновки. На підставі багаторічних випробувань, доведено вплив умов року та групи стиглості (визначеної за тривалістю періоду «сходи–цвітіння») на врожайність гібридів соняшнику. Позитивні кореляційні зв`язки встановлені між урожайністю та показниками температурного режиму умов року, виражених у величинах накопичених гібридами впродовж періоду «сходи–цвітіння» сумами градусо-діб. Зростання сум градусо-діб, розрахованих за нелінійною моделлю (Tb=8 °С, Tul=36°С) і накопичених гібридами впродовж періоду «сходи–цвітіння», супроводжувалося зниженням врожайності гібридів різних груп стиглості у різному ступені. Найбільше зниження врожайності встановлено для гібридів скоростиглої групи. Отже, температура повітря впливає на урожайність гібридів соняшнику із різною тривалістю періоду «сходи–цвітіння» у різному ступені.

      Список використаних джерел
  • Craita E. B. Plant tolerance to high temperature in a changing environment: scientificfundamental sand production of heat stress-tolerant crops / E. B. Craita, T. Gerats // Front.Plant Sci. Crop Science and Horticulture – 2013. – Vol. 4. – Article 273. – P. 1–18.
  • Максимов С. А. Погода и сельское хозяйство / С. А. Максимов. – Ленинград :Гидрометеоиздат, 1963. – 203 с.
  • Barnabas B. The effect of drought and heat stress on reproductive processes in cereals /B. Barnabas, K. Jager, A. Feher // Plant Cell Environ. – 2008. – Vol. 31. – P. 11–38.
  • Sakata T. Male sterility accompanied with abnormal anther development in plants–genes andenvironmental stresses with special reference to high temperature injury / T. Sakata, A.Higashitani // Int. J. Plant Dev. Biol. – 2008. – Vol. 2. – P. 42–51.
  • Moriondo M. Climate change impact assessment: the role of climate extremes in crop yieldsimulation / M. Moriondo, C. Giannakopoulos, M. Bindi // Climate Change. – 2011. –Vol. 104. – Р. 679–701.
  • Singh B. D. Textbook of plant breeding / B. D. Singh. – New Delhi: Kalyani Publihers, 2004.–Р. 123–125.
  • Responses of sunflower yield and grain quality to alternating day/night high temperatureregimes during grain filling: effects of timing, duration and intensity of exposure to stress / D.Rondanini, A. Mantese, R. Savin, A. J. Hall // Field Crops Res. – 2006. – Vol. 96. – Р. 48–62.
  • Sunflower Development, Growing Degree Days // Prairie Grains : Crop Development. – 2008.–Iss. 93. – 10 p.
  • A development, growth and yield model of the sunflower crop / F. J.Villalobos, A. J. Hall,J. T. Ritchie, F. Orgaz // OILCROP-SUN: Agronomy Journal. – 1996. – Vol. 88. – Iss. 3,May-June 1996. – P. 403–415.
  • Manunta P. Respiration and growth of sorghum and sunflower under predicted increasednight temperatures / P. Manunta, M. B. Kirkham // J. Agron Crop Sci. – 1996. – Vol. 176. – Р. 267–274.
  • Hall A. E. Breeding for heat tolerance / A. E. Hall // Plant breeding reviews. – 1992. – Vol.10. – P. 129–168.
  • Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 3.Масличные, эфиромасличные, лекарственные и технические культуры, шелковица, тутовый шелкопряд. – М., 1983. – 184 с.
  • Методика державного сортовипробування сільськогосподарських культур. Вип. 1.Загальна частина. – Київ, 2000. – 100 с.
  • Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. – 5-е изд., доп. и перераб. – М.:Агропромиздат, 1985. – 351 с.
  • Miller P. Using growing degree days to predict plant stages / P. Miller, W. Lanier, S. Brandt// Field Crops, Montana State University, Extension Service, July 2001. – E-5. – 8 pp.
  • Sunflower development and growing degree days. – NDAWN, North Dakota AgriculturalWeather Network. – 2008. – 5 p.
  • Sadras V. O. Quantification of temperature, photoperiod and population effect on plant leafarea in sunflower crop / V. O. Sadras, A. J. Hali // Crop Res. J. – 1988. – Vol. 18. – Р. 185–196.
  • Національний атлас України [Карти] / Нац. акад. наук України ; [голов. ред. : Л. Г.Руденко]. – Київ, 2008. – 439 с.
  • Макляк К. М. Температурний режим року та параметри середовища як фону длядиференціації гібридів соняшнику / К. М. Макляк, В. В. Кириченко, Н. В. Кузьмишена // Селекція і насінництво. – Х., 2012. – Вип. 101. – С. 66–74.
Поделиться: