Вихідний матеріал в селекції вівса голозерного на продуктивність в східній частині Лівобережного Лісостепу України: дис. на здобуття наук. ступеня д-ра філософії: 201 – Агрономія

Abstract

У результаті виконання дисертаційної роботи вперше в умовах східної частини Лівобережного Лісостепу України досліджено 45 зразків вівса голозерного різного еколого-географічного походження, наведено теоpетичне узагальнення і нове виpішення важливого наукового завдання щодо комплексного аналізу особливостей формування їх продуктивності і врожайності та встановлення їх селекційної цінності за комплексом ознак пpодуктивності шляхом пpоведення схpещування зpазків з викоpистанням класичних методів (визначення фенотипового домінування, істинного та гіпотетичного гетеpозису – у F1, (коефіцієнта успадковуваності, частоти і ступеня тpансгpесії – у F2) та методів багатоміpної статистики (ієрархічного кластеpного аналізу і методу К-середніх) і ствоpення нового вихідного матеpіалу. Виділено перспективні лінії за комплексом ознак продуктивності і врожайністю. В результаті дослідження колекційних зразків вівса голозерного за тривалістю вегетаційного періоду, встановлено, що всі зразки відносилися до середньостиглої групи. Значних відмінностей серед зразків за тривалістю вегетаційного періоду не спостерігалось. Доведено вплив умов року на прояв деяких ознак у колекційних зразків. Встановлено відмінність між колекційними зразками за ознаками продуктивності волоті та рівнем їх прояву. За висотою рослин зразки вівса голозерного було розподілено на три групи: дуже низькі (60–74 см) – 2 зразки (Королѐк (BLR), Валдин 765 (RUS)), низькі (75–85 см) – 28 зразків і середньонизькі (86–96 см) – 15 зразків. На основі структурного аналізу та комплексної оцінки продуктивності волоті виділено джерела цінних ознак для селекції вівса голозерного. Встановлено генотипи з високим проявом ознак продуктивності та урожайності: – за довжиною волоті – ТР 12-115 (UKR), Jakub (CR), Соломон (DEU), Litovskij Nadij (LVA), Bai Jan 2 (CHN), AC Percy (CAN), Сибирский голозерний, Инермис, Пушкинский, Вятский, Багет, Алдан, Муром, Помор, Гаврош, Офеня, Тарский голозерный, Голец (RUS); – за кількістю сформованих колосків у волоті – Abel (CR), Bai Jan 2 (CHN), Тюменский голозерный, Бекас, Багет, Вировец, Алдан, Тарский голозерный, Помор, Голец (RUS); – за кількістю зерен з волоті – OM 11-3007/3, Б/н РЕН nuda 039605 (UKR), Abel (CR), Самуель, Соломон (DEU), Вандроуник, Марафон, Гольз (BLR), Сибирский голозѐрный , Пушкинский, Вятский, Аграмак, Бекас, Алдан, Муром, Офеня (RUS); – за масою зерна з волоті – Abel (CR), AC Percy, Boudrais (CAN), Пушкинский, Аграмак, Бекас, Вировец, Алдан (RUS); – за масою 1000 зерен – AC Percy (CAN), Королѐк (BLR), Левша (RUS); – за вмістом крохмалю – ОМ 2803 і Б/н РЕН nuda 039605 (UKR), Самуель (DEU), AC Percy (CAN), Вандроуник, Белорусский, Марафон (BLR) і Сибирский голозерный (RUS). – за врожайністю – OM 11-3007/3 (UKR), Abel (CR), Соломон (DEU), AC Percy і Boudrais (CAN), Марафон (BLR), Валдин 765, Вятский, Муром, Вировец, Бекас, Аграмак, Алдан (RUS). На основі аналізу врожайності за показником гомеостатичності було виділено зразок Соломон (DEU), який мав найвищу здатність протистояти впливу лімітуючих чинників. За високим рівнем генетичного потенціалу виділені зразки: ОМ 2803 (UKR), AC Percy і Boudrais (CAN). За стабільністю реалізації генетичного потенціалу виділилися зразки Скарб України та Б/н РЕН nuda 039605 (UKR), Гольз (BLR) та AC Ernie (CAN). Соломон (DEU), Вандроуник, Марафон (BLR), Пушкинский (RUS), які переважали інші як за генетичним потенціалом, так і рівнем його реалізації. В результаті кореляційного аналізу елементів продуктивності між собою було відмічено, що сильний зв’язок мали показник довжини волоті з висотою рослин (r = 0,77). Середній зв’язок відмічено між довжиною волоті з кількістю колосків у волоті (r = 0,46) та висотою рослин і кількістю колосків у волоті (r = 0,42), між кількістю колосків у волоті з масою зерна з волоті (r = 0,42) та між кількістю зерен у волоті з масою зерна з волоті (r = 0,50), залежність маси 1000 зерен з масою зерна з волоті, також, була середньою (r = 0,46). Встановлено, що урожайність досліджуваних сортозразків вівса голозерного найбільше корелює з масою зерна з волоті і кількістю зерен з волоті, тому при доборі зразків на високу продуктивність слід звертати увагу на дані показники першочергово. За результатами ієрархічного кластерного аналізу продуктивності колекційних зразків вівса голозерного виділено три кластери, які являють собою окpемі генотипи з різним внеском елементів продуктивності у її формування. Найбільшу цінність для селекційної роботи становлять генотипи першого кластеру, куди увійшло 14 зразків, які можуть бути віднесені до інтенсивного типу з високим рівнем продуктивності: Скарб України, ОМ 2803, ТР 12-115 (UKR), Jakub (CR), Rhianon (UK), Boudrais, AC Ernie (CAN), Белорусский, Владыка, Королѐк (BLR), Инермис, Валдин 765, Першерон, Левша (RUS). За результатами кластерного аналізу К-середніх зразки було розподілено на чотири кластери. Виділено зразки, які належали до другого кластеру: OM 11- 3007/3 (UKR), Abel (CR), Соломон, Самуель (DEU), AC Percy (CAN), Гольз (BLR), Сибирский голозерный, Пушкинский, Аграмак, Бекас, Вировец, Алдан, Муром, Офеня (RUS), які характеризувались високими показниками елементів продуктивності, таких як: кількість зерен з волоті, маса зерна з волоті і маса 1000 зерен. У 2019 році було одержано 15 гібридних комбінацій F1 вівса голозерного. Створений гібридний матеріал залежно від еколого-географічного походження батьківських форм та ступеня пристосованості до ґрунтово-кліматичних умов зони дослідження був розділений на 3 групи: 1) гібриди, отримані від схрещувань зразків вітчизняного походження між собою; 2) гібриди, отримані від схрещувань зразків вітчизняного походження зі зразками різних еколого географічних груп (іноземного походження); 3) гібриди, отримані від схрещувань зразків з різних еколого-географічних груп (іноземного походження) між собою. Характер успадкування та прояв гетерозису у гібридів F1 вівса голозерного проводили в 2020 – 2021 рр. У гібридів F1 за ознаками продуктивності спостерігалося – проміжне успадкування і наддомінування, в меншій мірі – часткове позитивне домінування. Так, за ознаками «кількість колосків у волоті» та «маса зерен з волоті» було переважно проміжне успадкування. А за ознаками «довжина волоті», «кількість зерен з волоті» в різних комбінаціях спостерігалось як проміжне, так і часткове позитивне домінування з наддомінуванням. За окремими ознаками продуктивності та висотою рослин, у гібpидів F1 вівса голозерного було виявлено гетеpозис. В комбінаціях ОМ 11-3007 / Abel, ОМ 2803 / Abel, ОМ 2803 / Марафон, Марафон / Abel спостерігався високий як істинний, так і гіпотетичний гетерозис. В результаті дослідження рослин другого покоління F2 (2021–2022 рр.) встановлено, що коефіцієнт успадковуваності залежно від генотипу варіював від низького до високого, але за більшістю досліджуваних ознак вівса переважав середній показник. За ступенем і частотою прояву позитивної трансгресії виділено кращі гібридні популяції F2: за довжиною волоті гібридні комбінації – Самуель / Percy Can, Скарб України / Abel, Скарб України / Б/н Рен Nuda, ОМ 11-3007 / ТР 12-115, ОМ 2803 /Abel та Марафон /Abel; за кількістю колосків в волоті – ОМ 2803 /Abel, Марафон /Abel, Самуель / Percy Can, ОМ 11-3007 / Пушкінський, ОМ 11-3007 /Самуель та Скарб України / Abel; за ознакою кількості зерен з волоті – ОМ 2803 /Abel, Скарб України / Б/н Рен Nuda, ОМ 11- 3007 / Гольз, ОМ 2803 / Марафон та ОМ 11-3007 / Abel; за масою зерна з волоті – Самуель / Percy Can, Percy Can / Инермис, Percy Can / Abel та Марафон /Abel. На основі проведеного кластерного аналізу методом К-середніх виділено п’ять кластерів гібридів F2 та батьківських форм, які відрізнялися за рівнем прояву ознак продуктивності. З них було виділено 12 кращих комбінацій з високим рівнем реалізації ознак продуктивності, які були віднесені до першого, другого та четвертого кластерів. З гібридних комбінацій: Скарб України / Abel, ОМ 11-3007 / ТР 12-115, ОМ 11-3007 /Самуель, ОМ 11-3007 / Abel, ОМ 2803 / Марафон, ОМ 2803/Abel, Марафон /Abel, Самуель / Percy Can, Percy Can / Abel виділено дванадцять кpащих тpансгpесивних ліній за комплексом ознак пpодуктивності : Л. 2/4, Л. 3/5 і 3/8, Л. 6/7, Л. 7/10, Л. 8/4, Л. 9/4, Л. 12/9, Л. 13/2 та 13/4, Л. 15/9 та Л. 15/10. Серед виділених ліній найкращими за ознаками продуктивності волоті були: за довжиною волоті – Л. 13/2, Л. 13/4, Л. 15/9; за кількістю колосків у волоті – Л. 13/2, Л. 15/10, Л. 9/4 і Л. 7/10; за кількістю зерен з волоті: Л. 9/4, Л. 7/10, Л. 6/7, Л. 8/4, Л. 2/4; за масою зерна з волоті: Л. 9/4, Л. 7/28, Л. 6/7, Л. 15/10, Л. 2/4; за масою 1000 зерен: Л. 13/2, Л. 13/4, Л. 3/5. За результатами комплексного аналізу виділені лінії вівса голозерного та стандарт Скарб України були розділені на чотири кластери, які відрізнялися за характером внеску окремих ознак у формуванні продуктивності. Лінії першого кластеру формували високий рівень продуктивності за рахунок високих значень маси 1000 зерен і середньої кількості зерен з волоті. Лінії другого кластеру мали високий рівень продуктивності, саме, за рахунок крупності зерна, в той час, як лінії третього кластеру формували продуктивність за рахунок високої кількості зерна з волоті

As the result of the dissertation work, 45 samples of naked grain oats of different ecological and geographical origin were investigated for the first time in the conditions of the eastern part of the Left Bank Forest Steppe of Ukraine, the theoretical generalization and a new solution of the important scientific task concerning a complex analysis of the peculiarities of forming their productivity and crop capacity as well as determining their selection value by a set of productivity traits while conducting samples crossing with the use of classical methods (determination of phenotypic dominance, true and hypothetical heterosis in F1, (heritability coefficient, frequency and degree of transgression – in F2) and methods of multidimensional statistics (hierarchical cluster analysis and the K-averages method) and the creation of a new source material were given. Perspective lines based on a complex of productivity and crop capacity were defined. As a result of studying collection samples of naked grain oats by the duration of the vegatation period, it was determined that all samples belonged to the medium maturing group. There were no significant differences among the samples as to the duration of the vegatation period. The influence of the year's conditions on the manifestation of some signs in collection samples was proven. The difference between the collection samples based on the features of panicle productivity and the level of their manifestation has been defined. By the height of naked grain oats plants samples were divided into three groups: very low (60–74 cm) – 2 samples (Korolyok (BLR), Valdyn 765 (RUS)), low (75–85 cm) – 28 samples and medium-low (86–96 cm) – 15 samples. On the basis of structural analysis and complex evaluation of the panicles productivity, the sources of valuable traits for the selection of naked grain oats were singled out. Genotypes with a high manifestation of productivity and crop capacity traits were defined: – by panicle length – ТР 12-115 (UKR), Jakub (CR), Solomon (DEU), Litovskij Nadij(LVA), Bai Jan 2 (CHN), AC Percy (CAN), Sibirsky Holozerny, Inermys, Pushkinsky, Vyatsky, Bage, Aldan, Murom, Pomor, Havrosh, Ofenya, Tarsky Holozerny, Golets (RUS); – by a number of spikelets formed in a panicle - Abel (CR), Bai Jan 2 (CHN), Tyumensky holozerny, Bekas, Baget, Vyrovets, Aldan, Tarsky holozerny, Pomor, Golets (RUS); – by a number of grains in a panicle – OM 11-3007/3, B/n REN nuda 039605 (UKR), Abel (CR), Samuel, Solomon (DEU), Vandrounyk, Maraphon, Holz (BLR), Sybirsky holozerny, Pushkinsky, Vyatsky, Agramak, Bekas, Aldan, Murom, Ofenya (RUS); – by the grain mass in a panicle – Abel (CR), AC Percy, Boudrais (CAN), Pushkinsky, Agramak, Bekas, Vyrovets, Aldan (RUS); – by the weight of 1000 grains – AC Percy (CAN), Korolek (BLR), Levsha (RUS); – by starch content – OM 2803 and B/n REN nuda and 039605 (UKR), Samuel (BLR), AC Percy (CAN), Vandrounyk, Belorussky, Maraphon (BLR), and Sibirsky Holozerny (RUS). – by crop capacity – OM 11-3007/3 (UKR), Abel (CR), Solomon (DEU), AC Percy and Boudrais (CAN), Maraphon (BLR), Valdyn 765, Vyatsky, Murom, Vyrovets, Bekas, Agramak, Aldan (RUS). On the basis of crop capacity analysis based on the homeostatic indicator, Solomon (DEU) sample , which had the highest ability to resist the influence of limiting factors were singled out. The following samples were selected by the high level of genetic potential: OM 2803 (UKR), AC Percy and Boudrais (CAN). By the stability of the genetic potential realization, the samples Scarb Ukrainy and B/n REN nuda 039605 (UKR), Holz (BLR) and AC Ernie (CAN) were defined. Solomon (DEU), Vandrow-nick, Marathon (BLR), Pushkinsky (RUS), prevailed upon others both in terms of genetic potential and the level of its realization. As a result of the correlation analysis of productivity elements, it was noted that there was a strong relationship between panicle length and plant height (r =0,77). The average relationship was noticed between the length of a panicle with the number of spikelets in a panicle (r = 0,46) and the height of plants and the number of spikelets in a panicle (r = 0,42), between the number of spikelets in a panicle and the mass of grain in a panicle (r = 0,42) and between the number of grains in a panicle and the mass of grain from a panicle (r = 0.50), the dependence of the mass of 1000 grains with the grain mass in a panicle was also average (r = 0,46). It was determined that the crop capacity of the studied varieties samples of naked grain oats had the highest correlation with the mass of grain from a panicle and the number of grains in a panicle, therefore, when selecting samples for high productivity, the attention should be paid first of all to these indicators. According to the results of the hierarchical cluster analysis of the productivity of collection samples of naked grain oats, three clusters were identified, which represented various genotypes with different contributions of some productivity elements to its formation. The genotypes of the first cluster, which included 14 samples that could be considerd as the intensive type with a high level of productivity, were the most valuable for selection work: Scarb Ukrainy, ОМ 2803, ТР 12-115 (UKR), Jakub (CR), Rhianon (UK) , Boudrais, AC Ernie (CAN), Belorussky, Vladyka, Korolek (BLR), Inermys, Valdin 765, Persheron, Levsha (RUS). Based on the results of K-averages cluster analysis, the samples were divided into four clusters. Samples that belonged to the second cluster were defined: OM 11- 3007/3 (UKR), Abel (CR), Solomon, Samuel (DEU), AC Percy (CAN), Golz (BLR), Siberian Holozerny, Pushkinsky, Agramak, Bekas . They were characterized by high indicators of productivity elements such as quantity of grains in a panicle, grain mass from a panicle and 1000 grains mass. In 2019, 15 F1 hybrid combinations of naked grain oats were obtained. The created hybrid material was divided into 3 groups depending on the ecological and geographical origin of parent forms and the degree of adaptability to the soil and climatic conditions of the study area: 1) hybrids obtained from crossing samples of domestic origin with each other; 2) hybrids obtained from crossing samples of domestic origin with samples of different ecological and geographical groups (of foreign origin); 3) hybrids obtained by crossing samples from various ecological and geographical groups (of foreign origin) with each other. The nature of heredity and the manifestation of heterosis in F1 hybrids of naked grain oats were conducted during 2020–2021. Intermediate heredity and overdominance, to a lesser extent, partially positive dominance by the traits of productivity were observed in F1 hybrids.. Thus, by the traits "number of spikelets in a panicle" and "mass of grains in a panicle" there was mainly intermediate inheritance. And by the traits "panicle length", "number of grains per panicle" in various combinations, both intermediate and partial positive dominance with overdominance were observed. By certain traits of productivity and plant height, heterosis was observed in F1 hybrids of naked -grain oats. High both true and hypothetical heterosis was observed in combinations OM 11-3007 / Abel, OM 2803 / Abel, OM 2803 / Maraphon, Maraphon / Abel. During the study of the second generation plants F2 (2021–2022), it was determined that the heredity coefficient, depending on the genotype, varied from low to high, but by most of the oats traits the average indicator prevailed. By the degree and frequency of manifestation of positive transgression, the best F2 hybrid populations were defined: by the length of the panicles hybrid combinations – Samuel / Percy Can, Scarb Ukrainy / Abel, Treasure of Ukraine / B/n Ren Nuda, ОМ 11-3007 / ТР 12-115, ОМ 2803 /Abel and Marathon /Abel; by the number of spikelets in a panicle - OM 2803 / Abel, Marathon / Abel, Samuel / Percy Can, OM 11-3007 / Pushkinsky, OM 11-3007 / Samuel and the Treasure of Ukraine / Abel; by the number of grains in a panicle - OM 2803 / Abel, Treasure of Ukraine / B/n Ren Nuda, OM 11-3007 / Golz, OM 2803 / Marathon and OM 11-3007 / Abel; by mass of grain in a panicle – Samuel / Percy Can, Percy Can / Inermis, Percy Can / Abel and Marathon / Abel. On the basis of K-averages cluster analysis, five clusters of F2 hybrids and parental forms which differed in the level of manifestation of productivity traits were identified. 12 best combinations with a high level of implementation of productivity traits which were assigned to the first, second and fourth clusters were defined. Twelve best transgressive lines based on a set of productivity traits: L. 2/4, L. 3/5 and 3/8, L. 6/7, L. 7/10, L. 8/ 4, L. 9/4, L. 12/9, L. 13/2 and 13/4, L. 15/9 and L. 15/10 were selected among hybrid combinations Scarb Ukrainy / Abel, OM 11-3007 / TR 12-115, OM 11-3007 / Samuel, OM 11-3007 / Abel, OM 2803 / Marathon, OM 2803/Abel, Marafon / Abel, Samuel / Percy Can, Percy Can / Abel selected. Among the defined lines, the best by the trait of panicle productivity were: by panicle length - L. 13/2, L. 3/4, L. 15/9; by the number of spikelets in a panicle - L. 13/2, L. 15/10, L. 9/4 and L. 7/10; by the number of grains in a panicle: L. 9/4, L. 7/10, L. 6/7, L. 8/4, L. 2/4; by the mass of grain in a panicle: L. 9/4, L. 7/28, L. 6/7, L. 15/10, L. 2/4; by the weight of 1000 grains: L. 13/2, L. 13/4, L. 3/5. By the results of a complex analysis, the selected lines of naked grain oats and the standard Scarb Ukrainy were divided into four clusters, which were different by the nature of the contribution of some traits in the formation of productivity. The lines of the first cluster formed a high level of productivity due to high values of the mass of 1000 grains and the average number of grains in a panicle. The lines of the second cluster had a high level of productivity precisely due to the large grain size, while the lines of the third cluster formed productivity due to the high amount of grain from a panicle.