Аналіз фізіологічних механізмів адаптації та стійкості сортів озимої пшениці різного географічного походження
DOI:
https://doi.org/10.30835/2413-7510.2023.283654Ключові слова:
м'яка озима пшениця, вихідний матеріал, адаптація, морфологічна ознакаАнотація
Мета дослідження: Аналіз ролі ознак морфотипу та фізіологічних реакцій в адаптації до умов Лівобережного Лісостепу України шляхом вивчення широкого набору колекційних зразків пшениці озимої різного еколого-географічного походження за комплексом морфологічних ознак та фізіологічних особливостей, що визначають адаптивність до умов дослідного середовища та виявлення цінних зразків з метою подальшого залучення їх у селекційний процес.
Матеріали і методи: У статті наведено результати досліджень 318 зразків озимої пшениці різного еколого-географічного походження з 27 країн світу за комплексом морфологічних ознак і фізіологічних реакцій на умови Лівобережного Лісостепу України в 2020-2021 та 2021-2022 вегетаційних роках. Польову оцінку проводили за наступними параметрами: оцінка стану рослин перед перезимівлею; оцінка польової зимостійкості; оцінка швидкості відновлення рослин навесні; фіксація дати колосіння; оцінка пошкодження листя хворобами. Оцінку морфологічних ознак проводили відповідно до методики дослідження сортів пшениці м’якої (Triticum aestivum L.) на ВОС-тест, методики фізіологічних досліджень у селекції CIMMYT та методика відбору зимостійких генотипів пшениці.
Обговорення результатів: Виявлена значна варіація за всіма досліджуваними ознаками. Аналіз температурних показників останніх років свідчить про зміни умов проходження вегетації осіннього та зимового періодів. Погодні умови обох років досліджень були в цілому сприятливими для перезимівлі рослин озимої пшениці. Варто зазначити, що умови перезимівлі у 2021-2022 вегетаційному році були дещо складнішими, рослини пшениці були більш виснаженими через наявність різких підвищень та понижень температури. Виявлено, що для адаптації рослин пшениці до погодних умов важливою є не лише морозостійкість, а й польова зимостійкість у поєднанні з високим рівнем росту на початкових етапах і хорошим відновленням у весняний період. Встановлено кореляційний зв’язок між ознаками польової зимостійкості та інтенсивністю росту в осінній період (r=0,653) та з регенеративною здатністю рослин у весняний період (r=0,835).
Висновки: Виявлено зразки з високою зимостійкістю та високою інтенсивністю весняного відновлення – Ліра одеська, Оберіг Миронівський, Диканька (Україна) та сорти іноземного походження – Turkuaz (Азербайджан) та Andrada (Румунія). Підвищеною зимостійкістю (7-8 балів) і хорошим відновленням навесні (8-9 балів) володіли зразки: Октава одеська, Наталка, Золотава носівська, Легенда Миронівська, Бунчук, Оржиця нова, ПС Ташань (Україна) T67/X84W063-9-45//Karl92/3 (Туреччина), AR800-1-3-1/NW97S320, NE10507 (США). За результатами дворічної оцінки стійкості генотипів до плямистості Septoria tritici як джерела стійкості можуть бути використані наступні зразки – Краєвид, Магнатка, Співанка поліська (Україна), Arctis (Німеччина), Apertus (Австрія), AR800-1-3- 1/NW97S320 (США).
Посилання
1. Curtis T., Halford N.G. Food security: the challenge of increasing wheat yield and the importance of not compromising food safety. Ann Appl Biol. 2014; 164(3): 354–372. DOI: https://doi.org/10.1111/aab.12108.
2. Guarin J.R., Martre P., Ewert F., Webber H., Dueri S., Calderini D., Reynolds M., et al. Evidence for increasing global wheat yield potential. Environmental Research Letters. 2022; 17: 124. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/aca77c.
3. Jatayev S., Sukhikh I., Vavilova V., Gupta N.K., Jacobs B., de Groos S., et al. Green revolution ‘stumbles’ in a dry environment: Dwarf wheat with Rht genes fails to produce higher grain yield than taller plants under drought. Plant Cell Environ. 2020; 43: 2355–2364. DOI: https://doi.org/10.1111/pce.13819.
4. Rousi E., Kornhuber K., Beobide-Arsuaga G., Luo F., Coumou D. Accelerated western European heatwave trends linked to more-persistent double jets over Eurasia. Nat. Commun. 2022; 13: 3851. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31432-y.
5. Olgun M., Yildirim T., Turan M. Adaptation of wheat genotypes (Triticum aestivum L.) to cold climate. Acta Agriculturae Scandinavica. Section B - Soil & Plant Science. 2005; 55: 15–19. DOI: https://doi.org/10.1080/09064710510008757.
6. Figueroa M., Hammond-Kosack K.E., Solomon P.S. A review of wheat diseases-a field perspective. Mol Plant Pathol. 2018; 19(6): 1523–1536. DOI: https://doi.org/10.1111/mpp.12618.
7. Arora N.K. Impact of climate change on agriculture production and its sustainable solutions. Environmental Sustainability. 2019; 2: 95–96. DOI: https://doi.org/10.1007/s42398-019-00078-w.
8. Du X., Gao Z., Sun X., Bian D., Ren J., Yan P., Cui Y. Increasing temperature during early spring increases winter wheat grain yield by advancing phenology and mitigating leaf senescence. Sci Total Environ. 2022; 15: 812. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152557.
9. Kubar MS, Alshallash KS, Asghar MA, Feng M. et al. Improving Winter Wheat Photosynthesis, Nitrogen Use Efficiency, and Yield by Optimizing Nitrogen Fertilization. Life. 2022; 12: 1478. DOI: https://doi.org/10.3390/life12101478.
10. Berca M., Robescu V., Horoias R. Winter wheat crop water consumption and its effect on yields in southern Romania, in the very dry 2019–2020 agricultural year. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 2021; 49(2). DOI: https://doi.org/10.15835/nbha49212309.
11. Tabak M., Lepiarczyk A., Filipek-Mazur B., Lisowska A. Efficiency of Nitrogen Fertilization of Winter Wheat Depending on Sulfur Fertilization. Agronomy. 2020; 10(9): 1304. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy10091304.
12. Semenov M.A., Stratonovitch P., Alghabari F., Gooding M.J. Adapting wheat in Europe for climate change. Journal of Cereal Science. 2014; 59(3): 245–256. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcs.2014.01.006.
13. Balfourier F., Bouchet S., Robert S., De Oliveira R., Rimbert H., Kitt J., Choulet F. Worldwide phylogeography and history of wheat genetic diversity. Science Advances, 2019; 5(5): 1-16. DOI: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aav0536.
14. Cann D, Hunt JR, Porker KD, Harris F, Rattey A, Hyles J. The role of phenology in environmental adaptation of winter wheat. European Journal of Agronomy. 2023. 143: 126686. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eja.2022.126686.
15. Reynolds M, Langridge P. Physiological breeding. Current Opinion in Plant Biology. 2016, 31: 162–171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pbi.2016.04.005.
16. Hyles J., Bloomfield M.T., Hunt J.R. et al. Phenology and related traits for wheat adaptation. Heredity. 2020; 125: 417-430. DOI: https://doi.org/10.1038/s41437-020-0320-1.
17. Khomenko L. Creation of winter wheat source material with increased adaptive potential to adverse environmental conditions. EUREKA: Life Sciences. 2021; 6: 25–33. DOI: https://doi.org/10.21303/2504-5695.2021.002188.
18. Kolupaev Y.E., Yemets A.I., Yastreb T.O., Blume Y.B. The role of nitric oxide and hydrogen sulfide in regulation of redox homeostasis at extreme temperatures in plants. Frontiers in Plant Science. 2023; 14. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1128439.
19. Beillouin D., Schauberger B., Bastos A., Ciais P., Makowski D. Impact of extreme weather conditions on European crop production in 2018. Phil. Trans. R. Soc. B. 2022; 375. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0510.
20. Babben S., Schliephake E., Janitza P. et al. Association genetics studies on frost tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) reveal new highly conserved amino acid substitutions in CBF-A3, CBF-A15, VRN3 and PPD1 genes. BMC Genomics. 2018; 19: 409. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-018-4795-6.
21. Bapela T., Shimelis H., Tsilo T.J., Mathew I. Genetic Improvement of Wheat for Drought Tolerance: Progress, Challenges and Opportunities. Plants (Basel). 2022; 11(10): 1331. DOI: https://doi.org/10.3390/plants11101331.
22. Tyshchenko V.N., Chekalin N.M. Genetic basics of adaptive breeding of winter wheat in the forest-steppe. Poltava. RVV Polt. DAA. 2005. 270 p.
23. Yarosh A.V., Riabchun V.K., Riabchun N.I. Adaptability of winter bread wheat by environmental plasticity and stability. Plant Breeding and Seed Production. 2022; 121: 75–83. DOI: https://doi.org/10.30835/2413-7510.2022.260998.
24. Austin R.B., Bingham J., Blackwell R.D., Evans L.T., Ford M.A., Morgan C.L., Taylor M. Genetic Improvements in Winter Wheat Yields Since 1900 and Associated Physiological Changes. The Journal of Agricultural Science. 1980; 94: 675–689. DOI: https://doi.org/10.1017/S0021859600028665.
25. Galluzzi G., Seyoum A., Halewood M., López Noriega I., Welch E.W. The Role of Genetic Resources in Breeding for Climate Change: The Case of Public Breeding Programmes in Eighteen Developing Countries. Plants. 2020; 9: 1129. DOI: https://doi.org/10.3390/plants9091129.
26. Molero G., Coombes B., Joynson R. et al. Exotic alleles contribute to heat tolerance in wheat under field conditions. Commun Biol. 2023; 6: 21. DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-022-04325-5.
27. Jaškūnė K., Armonienė R., Liatukas Ž., Statkevičiūtė G., Cesevičienė J., Brazauskas G. Relationship between Freezing Tolerance and Leaf Growth during Acclimation in Winter Wheat. Agronomy. 2022; 12(4): 859. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy12040859.
28. Sarto M.V.M., Sarto J.R.W., Rampim L., Bassegio D, da Costa P.F., Inagaki A.M. Wheat phenology and yield under drought: a review. Aust. J. Crop Sci. 2017; 11: 941–946. DOI: https://doi.org/10.21475/ajcs.17.11.08.pne351.
29. Khadka K., Earl H.J., Raizada M.N., Navabi A.A. Physio-Morphological Trait-Based Approach for Breeding Drought Tolerant Wheat. Frontiers in plant science. 2020; 11. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00715.
30. Kandic V., Dodig D., Jovic M., Nikolic B., Prodanovic S. The importance of physiological traits in wheat breeding under irrigation and drought stress. Genetika. 2009; 41: 11–20. DOI: http://doi.org/10.2298/GENSR0901011K.
31. Маkaova B.E., Tyshchenko V.M., Kryvoruchko L.M. Genetic diversity analysis of winter wheat accessions of different geographical origins by PCA. Breeding and seed production. 2022; 121: 41–50. DOI: https://doi.org/10.30835/2413-7510.2022.260994.
32. Methods of examination of cereal and legume varieties for suitability to dissemination in Ukraine. Ed. by Tkachik S.O. Vinnytsia. 2016. 82 p.
33. Pask A.J.D., Pietragalla J., Mullan D.M., Reynolds M. Physiological Breeding II: A Field Guide to Wheat Phenotyping. Mexico D.F.:CIMMYT. 2012. 133 р. URL: http://hdl.handle.net/10883/1288.
34. Fowler D.B., Gusta L.V. Selection for Winterhardiness in Wheat. I. Identification of Genotypic Variability. Crop Science. 1979; 19: 769–772. DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci1979.0011183X001900060005x.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
