The research was carried out in 2020–2022 in the south of Chernoyarsk district of Astrakhan region in order to identify promising and adaptive sesame breeding material to the conditions of the region for its further involvement in the creation of new varieties of this crop. The work was carried out on an irrigated plot, the soil of the experimental plot in terms of granulometric composition was heavy loamy, the soil type was light chestnut. The meteorological conditions that developed during the study period were typical for the cultivation zone. The material for the study was 70 collection samples of sesame from All-Russian Institute of Plant Genetic Resources named after N.I.Vavilov (VIR). The Solnechny variety was chosen as the standard. During the work, the following samples were identified: K-188 (Turkey), K-1060 (India), K-239 (Greece), K-1506 (Venezuela), K-594 (Tajikistan). Their yield varied over the years as follows: in 2020 – 2.2…3.1 t/ha, while the value of this indicator for the standard was 1.7 t/ha; in 2021 – 1.3…2.5 t/ha and 2.7 t/ha; in 2022 – 1.3…2.8 t/ha and 2.4 t/ha, respectively. For these samples, environmental plasticity and stability were calculated according to Eberhart and Russell. The high-intensity group (bi>1, σ2d→0) includes samples K-239 (Greece, bi=2.05 and σ2d=0.08); K-1506 (Venezuela, bi=2.18 and σ2d=0.10); K-594 (Tajikistan, bi=1.91 and σ2d=0.09). The standard indicators of environmental adaptability were as follows: bi=-2.39 and σ2d=0.09. Considering that in addition to adaptability, the samples K-1506 (Venezuela) and K-594 (Tajikistan) had an average yield of 2.0 t/ha in the conditions of Astrakhan region for 2020-2022, and the sample K-188 (Turkey) for the study period exceeded the value of this indicator for the standard by an average of 0.53 t/ha, they can be recommended as a promising breeding material for creating sesame varieties.
sesame (Sesamum indicum L.), samples, productivity, climatic factors, plasticity, stability
Введение. Кунжут культурный или индийский (Sesamum indicum L.) – однолетнее теплолюбивое растение семейства Кунжутовые (Pedaliaceae). Родиной этого растения считают Африку, но еще в глубокой древности оно широко распространилось в азиатских странах [1].
Семена кунжута содержат 50…64 % масла, до 27 % белка и 20 % углеводов [2]. Цвет семян может варьировать от белого и желтого до коричневого и черного, что обусловлено биохимическими функциями, участвующими в метаболизме белков и масел [3].
Масло кунжута используют для изготовления различных мазей, пластырей, эмульсий, других продуктов фармакологии и косметических препаратов. На сегодняшний день отмечают заинтересованность к покупке кунжутного масла вместо горчичного из-за меньшего содержания холестерина и ненасыщенных жирных [4]. Кунжут известен не только высоким содержанием масла и антиоксидантными свойствами, но и устойчивостью к изменению климата [5]. Эту культуру считают растением короткого дня, и ее цветение в значительной степени зависит от фотопериода [6].
Первые попытки выращивания кунжута в России относят к 1777 г., на Кубани его начали возделывать в 1927 г. Плановую селекционную работу по выведению сортов этой культуры, пригодных для юга европейской части страны, проводили во Федеральном научном центре «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта», исходным материалом служила коллекция Всероссийского институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) [1].
Возделывание кунжута возможно только в южных широтах, на территориях с температурными показателями мая не ниже 14…15 °С и июля не ниже 23…24 °С [7]. Климатические условия южных регионов РФ, в частности, Астраханской области, отвечают биологическим требованиям растений кунжута к теплу. Однако на сегодняшний день на территории РФ нет его производственных посевов, единственный источник поступления продукции к российским потребителям – импорт. В 2019 г. в РФ было ввезено 14647,3 т кунжута на сумму 31217,3 тыс. долл. США; в 2020 г. – 14398,2 т на 26367,1 тыс. долл.; в 2021 г. – 16594,8 т на 30245,6 тыс. долл. Такая высокая зависимость представляет угрозу для продовольственной безопасности страны [8].
Для уменьшения объемов импорта кунжута в РФ возможно выращивание этой культуры в южных регионах. Следует отметить, что в Астраханской области, наряду с наличием достаточного количества активных температур для вегетации кунжута, присутствуют климатические стресс-факторы, ограничивающие продуктивность растений, поэтому важно выращивать сорта, адаптированные к условиям региона.
Цель исследования – выделение образцов кунжута, адаптивных к климатическим условиям Астраханской области для дальнейшего вовлечения их в селекцию.
Для достижения поставленной решали следующие задачи: изучить образцы кунжута с учетом биологических требований культуры к факторам внешней среды; определить уровень проявления хозяйственно ценных признаков и адаптивных свойств образцов в условиях региона; выделить перспективные образцы с урожайностью 1,5…2,5 т/га и продолжительностью периода вегетации 105…120 суток, адаптивные к условиям зоны исследования.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в 2020–2022 гг. на орошаемом участке ФГБНУ Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Прикаспийский аграрный федеральный научный центр Российской академии наук» (ФГБНУ «ПАФНЦ РАН»). Материалом для исследования служили 70 коллекционных образцов. Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Стандарт – сорт Солнечный.
Опыт закладывали в трехкратной повторности. Семена кунжута высевали из расчета густоты стояния 102 тыс. шт. раст./га (0,14 × 0,7 м) нормой высева 2…4 кг/га. Посев проводили на глубину 2…3 см с междурядьем 0,7 м при прогревании почвы до 15…16 °C во 2-ой или 3-ей декаде мая. После появления 2…3 настоящих листьев вручную проводили первую прорывку, через 7…8 дней – вторую (окончательная) для формирования заданной густоты стояния. Способ полива – капельное орошение, которое проводили после достижения влажности почвы 70…75 % НВ, оросительная норма за вегетационный период составляла 2400…2800 м3/га (в зависимости от метеорологических условий года).
Удобрения вносили при ранневесенней обработке почвы, в период вегетации проводили три подкормки посредством фертигации: азотные удобрения – дозой 25…30 кг д.в./га и фосфорные – дозой 30…40 кг д.в./га. за одну подкормку. На протяжении всего периода вегетации на делянках кунжута осуществляли уничтожение сорной растительности механическим способом с одновременным рыхлением почвы для обеспечения воздухообмена и уменьшения потерь влаги в почве.
Несмотря на то, что в Астраханской области складывается неблагоприятная фитосанитарная обстановка, вспышек болезней и массового нашествия вредителей на посевах кунжута не отмечали. Растения кунжута страдают от листогрызущих вредителей (совки, тли, трипсы, клещи), против них применяли такие инсектициды, как Кораген, КС; Борей Нео, СК; Брейк, МЭ в дозах, рекомендованных производителем. Обработку осуществляли при превышении ЭПВ.
К уборке кунжута приступали при пожелтении растений, опадении листьев и созревании семян в нижних коробочках растений, избегая растрескивания нижних коробочек. Подлежащие уборке растения срезали, обмолачивали вручную, далее связывали в снопы и расставляли для просушки и дозревания вдоль натянутых шпалер верхушками вверх.
Почва опытного участка – светло-каштановая тяжелосуглинистая иловато-крупнопылеватая по гранулометрическому составу со следующими агрохимическими характеристиками: содержание калия (по Мачигину) – повышенное (265 мг/кг) и фосфора (по Мачигину) – среднее (28,5 мг/кг), гумуса – 0,90 % (малогумусная), реакция рН в солевой вытяжке – 7,64 ед., хлора в слое 0…0,2 м – 0,14 ммоль/100 г (незасоленная).
Потребность кунжута в тепле, выраженная через сумму активных температур, составляет 2500…3000 °C [9]. В 2020–2022 гг. величина этого показателя была достаточной для вегетации кунжута. Отрицательное влияние на рост и развитие растений кунжута, вызывая образование пустоцветов, оказывают такие стрессовые факторы климата Астраханской области как атмосферная засуха и суховеи. В 2020–2022 гг., а также по среднемноголетним показателям, климатические условия могли оказывать неблагоприятное воздействие на урожайность кунжута, о чем свидетельствуют величины ГТК. Так, в 2020 г. ГТК составил 0,13, в 2021 г. – 0,39, в 2022 г. – 0,34, среднемноголетний – 0,41 (табл. 1). В годы исследований климатические условия характеризовались как сухие (менее 0,4), по среднемноголетним показателям – очень засушливые (0,4…0,7).
Таблица 1 – Метеоусловия за период вегетации кунжута
|
Декада |
∑ температур, выше 10 ºС |
Осадки, мм |
ГТК |
|||||||||
|
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
норма |
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
норма |
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
норма |
|
|
Май |
||||||||||||
|
III |
196,6 |
247,5 |
193,0 |
213,5 |
21,1 |
11,0 |
13,2 |
8,3 |
1,07 |
0,44 |
0,68 |
0,39 |
|
Июнь |
||||||||||||
|
I |
234,7 |
200,5 |
231,5 |
210,5 |
12,9 |
23,7 |
0,0 |
8,7 |
0,55 |
1,18 |
0,00 |
0,41 |
|
II |
284,7 |
242,2 |
245,7 |
232,5 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
9,9 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,43 |
|
III |
250,3 |
299,2 |
251,3 |
241,5 |
1,2 |
13,0 |
4,7 |
13,1 |
0,05 |
0,43 |
0,19 |
0,54 |
|
∑ |
769,7 |
741,9 |
728,5 |
684,5 |
14,1 |
36,7 |
4,7 |
31,7 |
0,18 |
0,49 |
0,06 |
0,46 |
|
Июль |
||||||||||||
|
I |
294,2 |
271,0 |
225,7 |
247,1 |
0,0 |
12,0 |
12,0 |
8,8 |
0,00 |
0,44 |
0,53 |
0,36 |
|
II |
281,7 |
292,3 |
255,8 |
255,8 |
0,0 |
1,4 |
1,4 |
8,8 |
0,00 |
0,05 |
0,05 |
0,34 |
|
III |
295,9 |
300,1 |
269,8 |
274,9 |
0,7 |
11,5 |
10,6 |
6,3 |
0,02 |
0,38 |
0,39 |
0,23 |
|
∑ |
871,8 |
863,4 |
751,3 |
777,8 |
0,7 |
24,9 |
0,0 |
23,9 |
0,01 |
0,29 |
0,32 |
0,31 |
|
Август |
||||||||||||
|
I |
248,0 |
304,2 |
285,3 |
253,6 |
6,5 |
0,0 |
0,0 |
6,1 |
0,26 |
0,00 |
0,00 |
0,24 |
|
II |
219,7 |
297,7 |
297,0 |
243,8 |
0,7 |
0,0 |
0,3 |
4,5 |
0,03 |
0,00 |
0,01 |
0,18 |
|
III |
249,2 |
268,6 |
295,9 |
243,0 |
0,0 |
5,7 |
0,3 |
7,7 |
0,00 |
0,21 |
0,01 |
0,32 |
|
∑ |
716,9 |
870,5 |
878,2 |
740,4 |
7,2 |
5,7 |
0,6 |
18,3 |
0,10 |
0,07 |
0,01 |
0,25 |
|
Сентябрь |
||||||||||||
|
I |
226,6 |
166,5 |
176,4 |
195,5 |
0,0 |
16,4 |
2,1 |
7,0 |
0,00 |
0,98 |
0,12 |
0,36 |
|
II |
170,4 |
173,3 |
183,5 |
172,0 |
0,0 |
0,3 |
19,0 |
8,4 |
0,00 |
0,02 |
1,04 |
0,49 |
|
III |
153,3 |
120,7 |
171,6 |
143,0 |
0,0 |
30,8 |
2,1 |
10,2 |
0,00 |
2,55 |
0,12 |
0,71 |
|
∑ |
550,3 |
460,5 |
531,5 |
510,5 |
0,0 |
47,5 |
23,2 |
25,4 |
0,00 |
1,03 |
0,44 |
0,50 |
|
Октябрь |
||||||||||||
|
I |
136,8 |
22,4 |
0,0 |
95,7 |
0,0 |
0,0 |
10,0 |
4,5 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,47 |
|
II |
141,7 |
85,9 |
0,0 |
77,8 |
0,0 |
1,9 |
2,9 |
7,0 |
0,00 |
0,22 |
0,00 |
0,90 |
|
III |
52,7 |
34,0 |
0,0 |
34,1 |
0,0 |
0,8 |
25,9 |
9,0 |
0,00 |
0,24 |
0,00 |
2,64 |
|
∑ |
331,2 |
142,3 |
0,0 |
189,5 |
0 |
2,7 |
38,8 |
20,5 |
0,00 |
0,19 |
0,00 |
1,08 |
|
Сумма |
3436,5 |
3326,1 |
3082,5 |
3116,2 |
43,1 |
128,5 |
104,5 |
128,1 |
0,13 |
0,39 |
0,34 |
0,41 |
При проведении исследований использовали методику проведения полевых опытов (Б. А. Доспехов) [10], методические указания Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (под редакцией Г. Г. Давидяна и др.) [11], методику определения экологической пластичности bi и стабильности σ2d (S.A. Eberhart, W.A. Rassell) [12]. Статистическую обработку данных осуществляли методом однофакторного дисперсионного анализа [10].
Результаты и обсуждение. В 2020 г. продолжительность вегетационного периода образцов кунжута находилась в диапазоне 97…103 дня и соответствовала скороспелой группе спелости (98…105 дней), при величине этого показателя у стандарта 92 суток (табл. 2). В 2021 г. продолжительность вегетации стандарта составила 103 дня, у выделившихся образцов – 108…122 суток, что характерно для среднеспелой группы (116…125 суток). В 2022 г. у образца К-1506 из Венесуэлы величина этого показателя составляла 100 дней (скороспелая группа), у остальных она была равна 106…109 суткам (среднескороспелая группа), продолжительность вегетация стандарта достигала 106 суток.
Урожайность лучших образцов в 2020 г. варьировала от 2,2 до 3,1 т/га и достоверно (p≤0,05) превысила величину этого показателя у стандарта (1,7 т/га): К-188 – на 1,4 т/га; К-1506 и К-594 – на 0,8 т/га, К-1060 и К-239 – на 0,5 т/га. В 2021 г. эти 5 образцов, наоборот, характеризовались меньшим на 0,2…1,4 т/га сбором семян, по сравнению со стандартом (2,7 т/га). В 2022 г. у двух образцов урожайность превышала величина этого показателя у стандарта (2,4 т/га): К-188 (Турция) – на 0,4 т/га, К-1060 (Индия) – на 0,1 т/га. У 3 остальных образцов она была ниже, чем у сорта Солнечный, на 0,8…1,1 т/га. В среднем за годы исследования только один образец К-188 по сбору семян (2,80 т/га) превзошел стандарт на 0,53 т/га.
Таблица 2 – Хозяйственно ценные признаки лучших образцов кунжута
|
Образец |
Проис-хожде-ние |
Продолжительность вегетации, сут. |
Урожайность, т/га |
Масса 1000 семян, г |
||||||
|
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
||
|
Солнеч-ный, st |
Россия |
92 |
103 |
106 |
1,7 |
2,7 |
2,4 |
3,1 |
3,2 |
3,0 |
|
188 |
Турция |
100 |
110 |
106 |
3,1 |
2,5 |
2,8 |
3,5 |
3,0 |
3,1 |
|
1060 |
Индия |
97 |
108 |
106 |
2,2 |
1,3 |
2,5 |
2,7 |
2,4 |
3,1 |
|
239 |
Греция |
102 |
122 |
109 |
2,2 |
1,6 |
1,3 |
3,1 |
3,1 |
3,4 |
|
1506 |
Венесу-эла |
101 |
117 |
100 |
2,5 |
1,9 |
1,5 |
3,3 |
3,0 |
2,2 |
|
594 |
Таджи-кистан |
103 |
118 |
109 |
2,5 |
2,0 |
1,6 |
3,0 |
2,8 |
2,8 |
|
НСР05 |
6,2 |
8,7 |
4,9 |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
|
Масса 1000 семян у испытуемых образцов в 2020 г. составляла 2,7…3,5 г. Величину этого показателя выше, чем у стандарта, отмечали у образцов К-188 (на 0,4 г) и К-1506 (на 0,2 г). У образца К-239 крупность семян находилась на одном уровне со стандартом (3,1 г). В 2021 г. у всех образцов масса 1000 семян была меньше, чем у стандарта (3,2 г), на 2,4…3,1 г. В 2022 г. превосходство над стандартом (масса 1000 семян 3,0 г) на 0,1…0,4 г отмечали только у двух образцов.
На варьирование изучаемых признаков (продолжительность периода вегетации, урожайность, масса 1000 семян) большее влияние (57,1…75,5 %) оказывали условия возделывания кунжута, меньшее (24,5…42,9 %) – генетические особенности образцов (табл. 3). Поэтому при изучении и выделении перспективных образцов, которые в дальнейшем могут быть вовлечены в процессы создания сортов, адаптивность к таким стрессовым факторам Астраханской области как низкое почвенное плодородие, резко-континентальный климат, атмосферная засуха, иссушающие восточные ветра, следует считать одним из главных требований.
Таблица 3 – Степень влияния межгрупповой (генотипической) и
внутригрупповой (фенотипической) изменчивости на общую
изменчивость признаков образцов кунжута
|
Признак |
Степень влияния межгрупповой и внутригрупповой изменчивости (%) |
|
|
межгрупповая изменчивость |
внутригрупповая изменчивость |
|
|
Продолжительность периода вегетации, сут. |
24,5 |
75,5 |
|
Урожайность, т/га |
42,9 |
57,1 |
|
Масса 1000 семян, г |
35,1 |
64,9 |
Условия вегетации в 2020 г. были благоприятными для возделывания кунжута с индексом условий среды (Ij) равным 0,24, в 2021 и 2022 гг. – неблагоприятными с индексами условий среды -0,13 и -0,11 соответственно (табл. 4). Три из пяти выделенных образцов относились к интенсивной группе (bi больше 1) у К-239 коэффициент регресии был равен 2,05, К-1506 – 2,18, К-594 – 1,91. Стандарт входил в группу экстенсивных генотипов (bi = -2,39). Все образцы формировали стабильный по годам урожай семян (σ2d = 0,04…0,35).
Таблица 4 – Адаптивность образцов кунжута (2020–2022 гг.)
|
Образец |
Урожайность (среднее за 2020–2022 гг.) |
bi
|
Отклонение фактической урожайности от теоретической |
σ2d |
||
|
2020 г. |
2021 г. |
2022 г. |
||||
|
Солнечный, st |
2,27 |
-2,39 |
0,00 |
0,13 |
-0,27 |
0,09 |
|
188 |
2,80 |
1,28 |
-0,01 |
-0,14 |
0,14 |
0,04 |
|
1060 |
2,00 |
0,95 |
-0,03 |
-0,58 |
0,11 |
0,35 |
|
239 |
1,70 |
2,05 |
0,01 |
0,16 |
0,23 |
0,08 |
|
1506 |
1,97 |
2,18 |
0,01 |
0,21 |
0,24 |
0,10 |
|
594 |
2,03 |
1,91 |
0,01 |
0,21 |
0,21 |
0,09 |
|
Ij |
|
|
0,24 |
-0,13 |
-0,11 |
|
Выводы. В среднем за 2020–2022 г. из 70 изученных образцов кунжута наибольшую урожайность сформировали К-188 (Турция) – 2,80 т/га, К-594 (Таджикистан) – 2,03 т/га, К-1060 (Индия) – 2,00 т/га, К-1506 (Венесуэла) – 1,97 т/га, К-239 (Греция) – 1,70 т/га. Стандарт Солнечный (2,27 т/га) по урожайности превзошел образец К-188.
Наиболее адаптивными к условиям Астраханской области оказались образцы К-239 (Греция), bi – 2,05 и σ2d – 0,08; К-1506 (Венесуэла), bi – 2,18 и σ2d – 0,10; К-594 (Таджикистан), bi – 1,91 и σ2d – 0,09.
В качестве перспективного селекционного материал для создания новых сортов кунжута можно рекомендовать образцы К-188 (Турция), К-1506 (Венесуэла) и К-594 (Таджикистан), которые в условиях Астраханской области за период исследований продемонстрировали высокую адаптивность и среднюю урожайность более 2,0 т/га.
1. Kishlyan NV, Asfandiyarova MSh, Yakusheva TV. [Biological characteristics and cultivation of sesame (review)]. Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii. 2021; Vol.182. 4. 156-165 p. doi:https://doi.org/10.30901/2227-8834-2021-4-156-165.
2. Gavrilova V, Shelenga T, Porokhovinova E. The diversity of fatty acid composition in traditional and rare oil crops cultivated in Russia. Bio. Comm. 2020; Vol.65. 1. 68-81 p. doi:https://doi.org/10.21638/spbu03.2020.106.
3. Chengqi C, Yanyang L, Yan L. Genome-wide association study of seed coat color in sesame (Sesamum indicum L.). [Internet]. Plos one. 2021; [cited 2024, January 15]. Available from: https://journals.plos.org/plosone/article?idhttps://doi.org/10.1371/journal.pone.0251526. doi:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251526.
4. Shathi TA, Syed M, Rahman MK. Growth and quality characteristics of sesame (Sesamum indicum L.) as influenced by vermicompost and chemical fertilizers. Journal of the Asiatic Society of Bangladesh, Science. 2023; Vol.49. 1. 43-53 p. doi:https://doi.org/10.3329/jasbs.v49i1.67594.
5. Berhe M, Dossa K, You J. Genome-wide association study and its applications in the non-model crop Sesamum indicum. [Internet]. BMC Plant Biol. 2021; Vol.21. 1. Article 283. [cited 2024, January 15]. Available from: https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-021-03046-x. doi:https://doi.org/10.1186/s12870-021-03046-x.
6. Zhou R, Liu P, Li D. Photoperiod response-related gene SiCOL1 contributes to flowering in sesame. [Internet]. BMC Plant Biol. 2018; Vol.18. 1. Article 343. [cited 2024, January 15]. Available from: https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-018-1583-z. doi: 10.1186 / s12870-018-1583-zet.
7. Baburina AA, Bazilevskaya NA, Kulturnaya flora SSSR. Maslichnye. [Cultivated flora of the USSR. Oilseeds]. Vol.7. Moacow-Leningrad: Gos.izd.sovkhoznoy i kolkhoznoy literatury. 1941; 496 p.
8. Customs statistics of foreign trade of the Russian Federation for 2019 according to the HS code 1207409000 Import direction. [Internet]. [cited 2024, January 15]. Available from: https://customsonline.ru/search_ts.html.
9. Gapurov A, Novruzov G, Mammetgulov K. Posobie po vyrashchivaniyu kunzhuta. [Sesame growing guide]. Ashkhabad: Turkmenskaya gosudarstvennaya izdatel'skaya sluzhba. 2021;. 24 p.
10. Dospekhov BA. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovanii). [Field experience methodology (with the basics of statistical processing of research results). 5th edition, added and processed]. Moscow: Agropromizdat. 1985; 351 p.
11. Davidyan GG. Metodicheskie ukazaniya po izucheniyu mirovoy kollektsii maslichnykh kul'tur. [Methodological guidelines for studying the world collection of oilseeds]. Leningrad: Vsesoyuznyi NII rastenievodstva im. N.I.Vavilova (VIR). 1976; 22 p.
12. Eberhart SA, Russell WA. Stability parameters for comparing varieties. Corp Sci. 1966; Vol.6. 1. 36-40 p.
