Вивчали взаємозв’язок між ефективністю використання фотосинтетично активної радіації у вегетативний період онтогенезу і врожайністю озимої пшениці в польових експериментах у роки з посушливими погодними умовами (2018 р. — у період закладання репродуктивних органів, 2019 р. — у період наливу зерна). Дослідження проводили на 6 сортах м’якої озимої пшениці (Triticum aestivum L.), створених в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України. Сорт Смуглянка — відомий високоврожайний сорт, зареєстрований у 2004 р., решта 5 сортів — Господарка, Київська 17, Почайна, Краснопілка і Порадниця — новітньої селекції (2017—2018 рр.). Встановлено, що, починаючи з фази виходу в трубку (GS 45), сорти можна розділити на 2 групи за листковим індексом: у сортів Господарка, Київська 17 і Почайна він був на 15—30 % вищий, ніж у сортів Краcнопілка, Смуглянка та Порадниця. У період від цвітіння до молочно-воскової стиглості швидкість наростання маси сухої речовини у трьох перших сортів також була вища, ніж у трьох останніх. За ефективністю використання сонячної радіації в ранній період весняної вегетації (подовження стебла—вихід у трубку) сорти різнилися незначно, тоді як протягом періоду вихід у трубку—колосіння, а також цвітіння—молочно-воскова стиглість у сортів Господарка, Київська та Почайна цей показник достовірно перевищував значення у трьох інших сортів. Перші три сорти відрізнялися і вищим урожаєм зерна в обидва роки: 8,60—8,72 т/га в 2018 р. і 9,15—9,78 т/га в 2019 р., тоді як у сортів Краcнопілка, Смуглянка та Порадниця він коливався відповідно в межах 7,12—7,85 і 7,85—8,48 т/га. Виявлено позитивну кореляцію між ефективністю використання радіації в окремі періоди вегетативного розвитку з урожаєм і числом зерен з 1 м2, за винятком періоду подовження стебла—вихід у трубку. Вища ефективність перетворення світлової енергії в біомасу в період до цвітіння сприяє збільшенню зернової продуктивності пшениці, що пов’язано з пришвидшенням накопичення надземної біомаси в період до цвітіння і більшою кількістю зерен на 1 м2 ґрунту. Ці дані підтверджують припущення, що високий показник ефективності використання радіації в період вегетативного росту є важливим чинником високої продуктивності пшениці і може бути використаний як потенційний критерій для селекції пшениці на високу продуктивність.
Ключові слова: Triticum aestivum L., ефективність використання сонячної радіації, продуктивність, накопичення біомаси до цвітіння
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Monteith, J.L. & Moss, C.J. (1977). Climate and the Efficiency of Crop Production in Britain. Philos. T. R. Soc. B, 281, No. 980, pp. 277-294. https://doi.org/10.1098/rstb.1977.0140
2. Zhu, X.G., Long, S.P. & Ort, D.R. (2008). What is the maximum efficiency with which photosynthesis can convert solar energy into biomass? Curr. Opin. Biotech., 19, No. 2, pp. 153-159. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2008.02.004
3. Kiriziy, D.A., Stasik, O.O., Priadkina, G.O. & Shadchina, T.M. (2014). Photosynthesis: CO2 assimilation and mechanisms of its regulation. Vol. 2. Kyiv: Logos [in Russian].
4. Tooming, H.G. (1984). Ecological principles of maximum crop productivity. Leningrad: Hydrometeoizdat [in Russian].
5. Duan, J., Wu, Y., Zhou, Y., Ren, X., Shao, Y., Feng, W., Zhu, Y., He, L. & Guo, T. (2018). Approach to Higher Wheat Yield in the Huang-Huai Plain: Improving Post-anthesis Productivity to Increase Harvest Index. Front Plant Sci., Oct 23, 9: 1457. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01457
6. Chen, X-X., Zhang, W., Liang, X-Y., Liu, Y-M., Xu, S.-J., Zhao, Q-Y., Du, Y-F., Zhang, L., Chen, X-P. & Zou, C-Q. (2019). Physiological and developmental traits associated with the grain yield of winter wheat as affected by phosphorus fertilizer management. Sci. Rep., 9, No. 1, p. 16580. https://doi.org/10.1038/s41598-019-53000-z
7. Austin, R.B. (1980). Physiological limitation to cereal yields and ways of reducing them by breeding. In: Hurd, R.C., Biscoe, P.V. & Dennis, C. (Eds.). (pp. 3-19), Opportunities for Increasing Crop Yields. London: Pitman Publishing.
8. Morales, F., Ancin, M., Fakhet, D., Gonzalez-Torralba, J., Gamez, A.L., Seminario, A., Soba, D., Mariem, S.B., Garriga, M. & Aranjuelo, I. (2020). Photosynthetic metabolism under stressful growth conditions as a bases for crop breeding and yield improvement. Plants, 9, 88. https://doi.org/10.3390/plants9010088
9. Slattery, R.A. & Ort, D.R. (2015). Photosynthetic energy conversion efficiency: setting a baseline for gauging future improvements in important food and biofuel crops. Plant Physiol., 168, No. 2, pp. 383-392. https://doi.org/10.1104/pp.15.00066
10. Pradhan, S., Sehgal, V.K., Bandyopadhyay, K.K., Panigrahi, P., Parihar, C.M. & Jat, S.L. (2018). Radiation interception, extinction coefficient and use efficiency of wheat crop at various irrigation and nitrogen levels in a semi-arid location. Indian J. Plant Physiol., 23, No. 3, pp. 416-425. https://doi.org/10.1007/s40502-018-0400-x
11. Priadkina, G.O., Stasik, O.O., Kapitanska, O.S., Yarmolska, O.E. & Tsucrenko, N.V. (2019). Efficiency of use of photosynthetically active radiation in winter wheat crops. The Bull. Kharkiv Nationl. Agrarian Univ. Series Biology, 1, No. 46, pp. 23-34 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.35550/vbio2019.01.023
12. Hussain, A., Chaudhry, R.M., Wajid, A., Ahmad, A., Ibrahim, M. & Goheer, A.R. (2004). Influence of water stress on growth, yield and radiation use efficiency of various wheat cultivars. Int. J. Agric. Biol., 6, No. 6, pp. 1074-1079. 1560-8530/2004/06-6-1074-1079
13. Estrada-Campuzano, G., Slafer, G.A. & Miralles, D.J. (2012). Differences in yield, biomass and their components between triticale and wheat grown under contrasting water and nitrogen environments. Field Crops Res., 128, pp. 167-179. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.01.003
14. Shearman, V.J., Sylvester-Bradley, R., Scott, R.K. & Foulkes, M.J. (2005). Physiological processes associated with wheat yield progress in the UK. Crop Sci., 45, pp. 175-185. https:/ doi.org/10.2135/cropsci2005.0175
15. Sadras, V.O., Lawson, C. & Montoro, A. (2012). Photosynthetic traits in Australian wheat varieties released between 1958 and 2007. Field Crops Res., 134, pp. 19-29. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.04.012
16. Acreche, M., Sanchez, M.J.A., Briceno-Felix, G. & Slafer, G.A. (2009). Radiation interception and use efficiency as affected by breeding in Mediterranean wheat. Field Crops Res., 110, No. 2, pp. 91-97. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2008.07.005
17. Okami, M., Matsunaka, H., Fujita, M., Nakamura, K. & Nishio, Z. (2016). Analysis of yield-attributing traits for high-yielding wheat lines in southwestern Japan. Plant Prod. Sci., 19, No. 3, pp. 360-369. https://doi.org/10.1080/1343943X.2016.1151331
18. Morhun, V.V., Sanin, Ye.V., Shvartau, V.V. & Omelianenko, O.A. (2011). 100 centners club. Winter wheat varieties of the Institute of Plant Physiology and Genetics of the National Academy of Sciences of Ukraine and Singenta protection system. Kyiv [in Ukrainian].
19. http://www.pogodaiklimat.ru/
20. Zadoks, J.C., Chang, T.T. & Konzak C.F. (1974). A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Res., 14, No. 6, pp. 415-421. https://doi.org/10.1111/j.1365-3180.1974.tb01084.x
21. Nichiporovich, A.A. (1963). About on ways to increase the productivity of photosynthesis in crops. In Photosyntesis and problems of plant productivity (pp. 5-36). Moscow: Izd-vo AN SSSR [in Russian].
22. Guide to hydrometeorological stations and posts on actinometric observations. (1973). Leningrad: Hydrometeoizdat [in Russian].
23. Zhu, X.G., Long, S.P. & Ort, D.R. (2010). Improving photosynthetic efficiency for greater yield. Annu. Rev. Plant Biol., 61, pp. 235-261. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112206
24. Dospehov, B.A. (1985). Field experiment methods. Moscow: Agropromizdat [in Russian].
25. Awal, M.A., Amin, M.R., Rhaman, M.S., Shelley, I.J. & Rahman, M.Sh. (2017). Canopy characters and light-use efficiency of some modern wheat varieties in Bangladesh. J. Agric. Ecol. Res. Int., 11, No. 1, pp. 1-16. https://doi.org/10.9734/JAERI/2017/31744
26. Tao, Z.Q., Wang, D.M., Ma, S.K., Yang, Y.S., Zhao, G.C. & Chang, X.H. (2018). Light interception and radiation use efficiency response to tridimensional uniform sowing in winter wheat. J. Integr. Agric., 17, No. 3, pp. 566-578. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(17)61715-5
27. Lollato, R.P. & Edwards, J.T. (2015). Maximum attainable wheat yield and resource-use efficiency in the southern great plains. Crop Sci., 55, No. 6, pp. 2863-2876. https://doi.org/10.2135/cropsci2015.04.0215
28. Bustos, D.V., Hasan, A.K., Reynolds, M.P. & Calderini, D.F. (2013). Combining high grain number and weight through a DH-population to improve grain yield potential of wheat in high-yielding environments. Field Crops Res., 145, pp. 106-115. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2013.01.015
29. Molero, G., Joynson, R., Pinera-Chavez, F.J., Gardiner, L.-J., Rivera-Amado, C., Hall, A. & Reynolds, M.P. (2019). Elucidating the genetic basis of biomass accumulation and radiation use efficiency in spring wheat and its role in yield potential. Plant Biotechnol. J., 17, No. 7, pp. 1276-1288. https://doi.org/10.1111/pbi.13052
30. Xie, Q., Mayes, S. & Sparkes, D.L. (2016). Preanthesis biomass accumulation of plant and plant organs defines yield components in wheat. Eur. J. Agron., 81, pp. 15-26. https://doi.org/10.1016/j.eja.2016.08.007
31. Li, Z.K., Jiang, X.L., Peng, T., Shi, C.L., Han, S.X., Tian, B., Zhu Z.L. &Tian, J.C. (2014). Mapping quantitative trait loci with additive effects and additive x additive epistatic interactions for biomass yield, grain yield, and straw yield using a doubled haploid population of wheat (Triticum aestivum L.). Gen. Molec. Res., 13, No. 1, pp. 1412-1424. https://doi.org/10.4238/2014.February.28.14
32. Furbank, R.T., Sharwood, R., Estavillo, G.M., Silva-Perez,V. & Condon, A.G. (2020). Photons to food: genetic improvement of cereal crop photosynthesis. J. Exp. Bot., 71, pp. 2226-2238. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa077
33. Weber, A.P.M. & Bar-Even, A. (2019). Update: Improving the efficiency of photosynthetic carbon reactions. Plant Physiol., 179, pp. 803-812. https://doi.org/10.1104/pp.18.01521
34. Simkin, A.J., Patricia E. Lopez-Calcagno, P.E. & Raines, C.A. (2019). Feeding the world: improving photosynthetic efficiency for sustainable crop production. J. Exp. Bot., 70, pp. 1119-1140. https://doi.org/10.1093/jxb/ery445
35. Reynolds, M.P., Pellegrineschi A. & Scovmand, V. (2005). Sink limitation to yield and biomass: a summary of some investigations in spring wheat. Ann. Appl. Biol., 146, No. 1, pp. 39-49. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2005.03100.x
36. Cabrera-Bosquet, L., Fournier, C., Brichet, N., Welcker, C., Suard, B. & Tardieu, F. (2016). High-throughput estimation of incident light, light interception and radiation-use efficiency of thousands of plants in a phenotyping platform. New Phytol., 212, No. 1, pp. 269-281. https://doi.org/10.1111/nph.14027
37. Paul, M.J., Watson, A. & Griffiths, C.A. (2020). Linking fundamental science to crop improvement through understanding source and sink traits and their integration for yield enhancement. J. Exp. Bot., 71, pp. 2270-2280. https://doi.org/10.1093/jxb/erz480