Аналіз фізіологічних механізмів адаптації та стійкості сортів озимої пшениці різного географічного походження

Автор(и)

  • Б. Є. Макаова Полтавський державний аграрний університет, Україна
  • В. М. Тищенко Полтавський державний аграрний університет, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30835/2413-7510.2023.283654

Ключові слова:

м'яка озима пшениця, вихідний матеріал, адаптація, морфологічна ознака

Анотація

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

Curtis T, Halford NG. Food security: the challenge of increasing wheat yield and the importance of not compromising food safety. Ann Appl Biol. 2014. 164(3): 354-372 https://doi.org/10.1111/aab.12108.

Guarin JR, 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 https://doi.org/10.1088/1748-9326/aca77c

Jatayev S, Sukhikh I, Vavilova V, Gupta NK, 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.

https://doi.org/10.1111/pce.13819

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. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31432-y

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: 1,9-15 https://doi.org/10.1080/09064710510008757

Figueroa M, Hammond-Kosack KE, Solomon PS. A review of wheat diseases-a field perspective. Mol Plant Pathol. 2018; 19(6): 1523-1536 https://doi.org/10.1111/mpp.12618

Arora NK. Impact of climate change on agriculture production and its sustainable solutions. Environmental Sustainability. 2019; 2: 95–96

https://doi.org/10.1007/s42398-019-00078-w

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. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152557

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 https://doi.org/10.3390/ life12101478

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) https://doi.org/10.15835/nbha49212309

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. https://doi.org/10.3390/agronomy10091304

Semenov MA, Stratonovitch P, Alghabari F and Gooding MJ. Adapting wheat in Europe for climate change. Journal of Cereal Science. 2014; 59(3): 245-256. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2014.01.006

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,

; 5(5): 1-16 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aav0536

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 https://doi.org/10.1016/j.eja.2022.126686

Reynolds M, Langridge P. Physiological breeding. Current Opinion in Plant Biology. 2016, 31: 162-171 https://doi.org/10.1016/j.pbi.2016.04.005.

Hyles, J., Bloomfield, M.T., Hunt, J.R. et al. Phenology and related traits for wheat adaptation. Heredity. 2020; 125: 417-430 https://doi.org/10.1038/s41437-020-0320-1

Khomenko, L. Creation of winter wheat source material with increased adaptive potential to adverse environmental conditions. EUREKA: Life Sciences. 2021; 6: 25-33. https://doi.org/10.21303/2504-5695.2021.002188

Kolupaev YE, Yemets AI, Yastreb TO, & Blume YB. The role of nitric oxide and hydrogen sulfide in regulation of redox homeostasis at extreme temperatures in plants. Frontiers in Plant Science. 2023; 14 https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1128439

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 https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0510

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 https://doi.org/10.1186/s12864-018-4795-6

Bapela T, Shimelis H, Tsilo TJ, Mathew I. Genetic Improvement of Wheat for Drought Tolerance: Progress, Challenges and Opportunities. Plants (Basel). 2022; 11(10): 1331. https://doi.org/10.3390/plants11101331

Tishchenko VN, Chekalin NM. Genetic bases of adaptive breeding of winter wheat in the Forest-Steppe zone. Poltava. RVV Polt. DAA. 2005. 270 p. [In Ukrainian]

Yarosh AV, Riabchun VK, Riabchun NI. Adaptability of winter bread wheat by environmental plasticity and stability. Plant Breeding and Seed Production. 2022; 121: 75-83 https://doi.org/10.30835/2413-7510.2022.260998

Austin RB, Bingham J, Blackwell RD, Evans LT, Ford MA, Morgan CL and Taylor M. Genetic Improvements in Winter Wheat Yields Since 1900 and Associated Physiological Changes. The Journal of Agricultural Science, 1980; 94: 675-689.

https://doi.org/10.1017/S0021859600028665

Galluzzi G, Seyoum A, Halewood M, López Noriega I, Welch EW. The Role of Genetic Resources in Breeding for Climate Change: The Case of Public Breeding Programmes in Eighteen Developing Countries. Plants. 2020; 9; 1129. https://doi.org/10.3390/plants9091129

Molero G, Coombes B, Joynson R. et al. Exotic alleles contribute to heat tolerance in wheat under field conditions. Commun Biol. 2023; 6:21 https://doi.org/10.1038/s42003-022-04325-5

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. https://doi.org/10.3390/agronomy12040859

Sarto MVM, Sarto JRW, Rampim L, Bassegio D, da Costa PF, Inagaki AM. Wheat phenology and yield under drought: a review. Aust. J. Crop Sci. 2017; 11: 941–946

Khadka K, Earl HJ, Raizada MN, & Navabi AA. Physio-Morphological Trait-Based Approach for Breeding Drought Tolerant Wheat. Frontiers in plant science. 2020; 11 https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00715

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

Маkaova BE, Tyshchenko VM, Kryvoruchko LM. Genetic diversity analysis of winter wheat accessions of different geographical origins by PCA. Breeding and seed production. 2022; 121: 41-50 https://doi.org/10.30835/2413-7510.2022.260994

The methodology for conducting an examination of varieties of cereals, leguminous plants for attachment to broadening in Ukraine. Ed. Tkachik S.O. Vinnitsa. 2016. 82 p. [In Ukrainian]

Pask AJD, Pietragalla J, Mullan DM, Reynolds M. Physiological Breeding II: A Field Guide to Wheat Phenotyping. Mexico D.F.:CIMMYT. 2012. 133 р.

Fowler DB, Gusta LV: Selection for Winterhardiness in Wheat. I. Identification of Genotypic Variability. Crop Science 1979, 19:769-772.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-30

Номер

Розділ

ФІЗІОЛОГІЯ, БІОХІМІЯ, БІОТЕХНОЛОГІЯ, МОЛЕКУЛЯРНА ГЕНЕТИКА