DROUGHT RESISTANCE OF ALFALFA POPULATIONS IN THE SECOND YEAR FOR FODDER USE

Keywords: alfalfa, fodder productivity, drought resistance, mathematical indices, biplot analysis, cluster analysis.

Abstract

Purpose. To evaluate the response of alfalfa populations of the second year of life to fodder use in different environments and to determine the best not only in terms of drought resistance, but also in terms of productivity under stress conditions with their further use in the selection process. Materials and methods. The research was conducted at the Institute of Irrigated Agriculture of the NAAS, during 2018–2020 in field conditions. The object of study was alfalfa varieties and populations when used for fodder under two conditions of irrigation: irrigation (drip irrigation) and natural irrigation on the grass stalk of the second year of use. Productivity and drought resistance were determined using different mathematical indices. The results. Weather conditions during the years of research varied both in temperature and in the amount and nature of precipitation, which made it possible to analyze varieties and populations of alfalfa in terms of fodder productivity for resistance to stressful (dry) growing conditions. According to a larger number of indices (11), the most drought-resistant populations of M.g. / P.p., LR / H, Ram. d. The population Zymostoiyka / M.K. was selected according to nine indices, and Sin(s). / Prymorka and M.g. / CP-11 stood out according to seven indices. The indices YI, YSI, DI, RDI, M2STI, HMP and ISR should be used as the main ones for selecting populations for drought resistance, instead the indices MR, STI, GMP and MSTI can be used as auxiliary ones. The stress tolerance index M1STI is due to the selection of populations grown under the best conditions, as is the abiotic tolerance index (ATI). SSI, TOL, and SSPI indices can be used to select drought-resistant populations if their values tend to zero and populations that respond well to improved moisture conditions if these values tend to the maximum. According to the results of the GGE biplot analysis, the more drought-resistant populations were isolated on the second-year grass: G4 – M.g. / P.p., G6 – LR / H, G12 – Ram. d. and G16 – Zymostoiyka / M.K. According to the cluster analysis, 24 alfalfa populations were divided into three clusters: the nine most drought-resistant populations were united at a distance of 175 in the first cluster, the six most drought-resistant ones were united at a distance of 123 in the second cluster, and the third cluster were united at a distance of 145, nine populations of medium drought resistance. Conclusions. The main indices SSI, TOL, SSPI, YI, YSI, DI, RDI, M2STI, HMP and ISR were selected for selection of populations for drought tolerance. According to drought resistance indices and biplot analysis, as the most drought-resistant isolated populations of M.g. / P.p., LR / H, Ram. d., Zymostiyka / M.K, Sin(s). / Prymorka and M.g. / CP-11.

References

1. Annicchiarico P., Pecetti L., Abdelguerfi A., Bouizgaren A., Carroni A.M., Hayek T. et al. Adaptation of landrace and variety germplasm and selection strategies for lucerne in the Mediterraneanbasin. Field Crops Research. 2011. Vol. 120, Issue 2. Р. 283–291. doi:10.1016/j.fcr.2010.11.003.
2. Bagavathiannan M., Van Acker R.C. The Biology and Ecology of Feral Alfalfa (Medicago sativa L.) and Its Implications for Novel Trait Confinement in North America. Critical Reviews in Plant Sciences. 2009. Vol. 28, Issue 1–2. Р. 69–87. DOI: 10.1080/07352680902753613
3. Bellague D., M’Hammedi-Bouzina M., Abdelguerfi A. Measuring the performance of perennial alfalfa with drough ttolerance indices. Chilean journal of agricultural. 2016. Vol. 76, Issue 3. P. 273м284. doi:10.4067/ S0718-58392016000300003
4. Blum A. Drought resistance, water-use efficiency, and yield potential – are they compatible, dissonant, or mutually exclusive? Australian Journal of Agricultural Research. 2005. Vol. 56, № 11. P. 1159–1168. https:// doi.org/10.1071/AR05069
5. Blum A. Plant breeding for stress environments. CRC Press, Boca Raton, Florida, USA. 1988.
6. Bouslama M., Schapaugh W. T. Stress tolerance in soybean. Part 1: evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance. Crop Science. 1984. Vol. 24, № 5. Р. 933–937. doi: 10.2135/ cropsci1984.0011183X002400050026x
7. Boussen H., BenSalem M., Slama A., Mallek- Maalej E., Rezgui S. Evaluation of drought tolerance indices in durum wheat recombinant inbred lines. Options Mediterraneennes. 2010. Vol. 95. P. 79–83.
8. Cattivelli L., Rizza F., Badeck F. W., Mazzucotelli E., Mastrangelo A. M., Francia E., Marè C., Tondelliand A., Stanca A. M. Drough ttolerance improvement in crop plants: An integrated view from breeding to genomics. Field Crops Research. 2008. Vol. 105. Р. 1–14. doi:10.1016/j.fcr.2007.07.004
9. Chakherchaman S. A., Mostafaei H., Imanparast L., Eivazian M. R. Evaluation of drought tolerance in lentil advanced genotypes in Ardabil region. Journal of Food Agriculture and Environment. 2009. Vol. 7. P. 283–288.
10. Choukan R., Taherkhani T., Ghannadha M.R., Khodarahmi M. Evaluation of drought tolerance in grain maize in bred lines using drought tolerance indices. Iran. J. Agric. Sci. 2006. Vol. 8, Issue 1. Р. 79–89.
11. Farshadfar E., Sutka J. Multivariate analysis of drought tolerance in wheat substitution lines. Cereal Res Commun. 2002. Vol. 31. P. 33–40. https://www.jstor.org/ stable/23787201
12. Fernandez C. J. Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. Proceeding of the International Symposium on Adaptation of Vegetables and other Food Crops in Temperature and Water Stress. Aug. 13–16. Shanhua, Taiwan, 1992. Р. 257–270.
13. Fisher R. A., Maurer R. Drought resistance in spring wheat cultivars. 1. Grain yield responses. Australian Journal of Agricultural Research. 1978. Vol. 29, № 5. Р. 897–912. doi.org/10.1071/AR9780897
14. Gavuzzi P., Rizza F., Palumbo M. et al. Evaluation of field and laboratory predictors of drought and heat tolerance in winter cereals. Canadian Journals of Plant Science. 1997. Vol. 77, № 4. Р. 523–531.
15. Harrison M. T., Tardieu F., Dong Z., Messina C. D. & Hammer G. L. Characterizing drought stress and trait influence on maize yield under current and future conditions. Glob. Change Biol. 2014. Vol. 20, Issue 3. Р. 867–878. Doi:10.1111/gcb.12381
16. Hussain S. S., Raza H., Afzal I., Kayani M. A. Transgenic plants for abiotic stress tolerance: Current status. Archives of Agronomy and Soil Science. 2012. Vol. 58, Issue 7. Р. 693–721. doi:10.1080/03650340.2010. 540010
17. Jafari A., Paknejad F., Jami Al-Ahmadi M. Evaluation of selection indices for drought tolerance of corn (Zea mays L.) hybrids. Inter J Plant Prod. 2009. Vol. 3, Issue 4. P. 33–38.
18. Koleva M., Dimitrova V. Evaluation of drought Tolerance in new cotton cultivars using stress tolerance indices. Agrofor International Journal. Vol. 3, Issue No. 1, 2018. P. 11–17. Doi:10.7251/AGRENG1801011K
19. Kristin A. S., Serna R. R., Perez F. I., Enriquez B. C., Gallegos J. A. A., Vallejo P. R., Wassimi N., Kelley J. D. Improving common bean performance under drought stress. CropSci. 1997. Vol. 37. P. 43–50.
20. Lan J. Comparison of evaluating methods for agronomic drought resistance in crops. Acta Agriculturae Borealioccidentalis Sinica. 1998. Vol. 7. P. 85–87.
21. Latrach L., Farissi M., Mouradi M., Makoudi B., Bouizgaren A., Ghoulam C. Growth and nodulation of alfalfa-rhizobia symbiosis under salinity: electrolyte leakage, stomatal conductance, and chlorophyll fluorescence. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 2014. Vol. 38, Р. 320–326. doi: 10.3906/ tar-1305-52
22. Li S., Wan L., Nie Z., Li X. Fractaland Topological Analysesand Antioxidant Defense Systems of Alfalfa (Medicago sativa L.) Root System under Drought and Rehydration Regimes. Agronomy. 2020. Volume 10, Issue 6. P. 1–21. Doi:10.3390/agronomy10060805
23. Lin C. S., Binns M. R. A superiority measure of cultivar performance for cultivar × location data. Can. J. PlantSci. 1988. Vol. 68. P. 193–198. https://doi. org/10.4141/cjps88-018
24. Mollasadeghi V., Valizadeh M., Shahryari R., Imani A. A. Evaluation of end drought tolerance of 12 wheat genotypes by stress indices. World Applied Sciences Journal. 2011. Vol. 13, Issue 3. P. 545–551.
25. Moosavi S. S., Yazdi-Samadi B., Naghavi M. R., Zali A. A., Dashti H., Pourshahbazi A. Introduction of new indices to identify relative drought tolerance and resistance in wheat genotypes. Desert. 2008. Vol. 12, Issue 2. P. 165–178.
26. Rosielle A. A., Hamblin J. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Science. 1981. Vol. 21, № 6. Р. 943–946. doi:10.2135/ cropsci1981.0011183X002100060033x
27. Saba J., Moghaddam M., Ghassemi K., Nishabouri M.R. Genetic properties of drought resistance indices. J. Agric. Sci. Technol. 2001. Vol. 3. P. 43–49.
28. Tyshchenko A. V., Tyshchenko O. D., Kuts G. M., Piliarska O. O., Galchenko N. M. Anti-pest protection of two-year old alfalfa grown for seeds. Селекція і насінництво. 2021. № 119. С. 170–180.
29. Tyshchenko O., Tyshchenko A., Piliarska O., Biliaeva I., Kuts H., Lykhovyd P., Halchenko N. Seed productivity of alfalfa varieties depending on the conditions of humidification and growth regulators in the Southern Steppe of Ukraine. Scientific Papers Series Management, Economic Engineering in Agriculture and Rural Development. Vol. 20, Issue 4, 2020. P. 551–562.
30. Tyshchenko O., Tyshchenko A., Piliarska O., Kuts H., Lykhovyd P. Evaluation of drought tolerance in alfalfa (Medicago sativa) genotypes in the conditions of osmotic stress. AgroLife Scientific Journal. 2020. Volume 9, Number 2. P. 353–358.
31. Vozhehova R., Tyshchenko A., Tyshchenko O., Dymov O., Piliarska O., Lykhovyd P. Evaluation of breeding indices for drought tolerance in alfalfa (Medicago) genotypes. Scientific Papers. Series A. Agronomy. 2021. Vol. LXIV, No. 2. Р. 435–444.
32. Vozhehova R., Tyshchenko A., Tyshchenko O., Piliarska O., Konovalova V., Sharii V., Fundirat K. Economic feasibility of application of bacterial and fungal drugs on seed-used alfalfa. Scientific Papers Series Management, Economic Engineering in Agriculture and Rural Development. 2022. Vol. 22, Issue 4. Р. 827–834.
33. Wang Z., Ke Q., Kim M.D., Kim S. H., Ji C. Y., Jeong J. C. et al. Transgenic alfalfa plants expressing the sweet potato orange gene exhibit enhanced abiotic stress tolerance. PLoS ONE. 2015. Vol. 10. Doi: 10.1371/ journal.pone.0126050
34. Yu L-X. Identification of Single-Nucleotide Polymorphic Loci Associated with Biomass Yield under Water Deficit in Alfalfa (Medicago sativa L.) Using Genome-Wide Sequencing and Association Mapping. Front. Plant Sci. 2017. Volume 8. Р. 1152. Doi: 10.3389/fpls.2017.01152
35. Zou G. H., Liu H. Y., Mei H. W. et al. Screening for Drought Resistance of Rice Recombinant Inbred Populations in the Field. J. Integr. Plant Biol. 2007. Vol. 49, Issue 10. P. 1508–1516.
36. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Димов О. М., Люта Ю. О. Особливості прояву адаптивних ознак у селекційних популяцій люцерни при вирощуванні на насіння. Вісник СумНАУ. Серія «Агрономія і біологія». 2021. Випуск 2(44), С. 3–11. DOI https://doi.org/10.32845/agrobio.2021.2.1
37. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Димов О. М., Пілярська О. О. Оцінювання посухостійкості селекційного матеріалу люцерни за показниками водного режиму в умовах Півдня України. Plant Varieties Studying and protection. 2021, Vol. 17, No 1. С. 21–29. https://doi.org/10.21498/2518-1017.17.1.2021.228204
38. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Гальченко Н. М. Оцінка посухостійкості популяцій люцерни кормового використання в рік сівби за математичними індексами. Аграрні інновації. 2022. № 13. С. 190–198. DOI https://doi. org/10.32848/agrar.innov.2022.13.28
39. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Гальченко Н. М. Урожайність та посівні якості насіння сортів люцерни залежно від умов вирощування. Вісник аграрної науки. 2021. № 8 (821). С. 55–63. DOI: https://doi.org/10.31073/ agrovisnyk202108-07.
40. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Фундират К. С., Коновалова В. М. Особливості прояву адаптивних ознак у популяцій люцерни за кормового використання. Аграрні інновації. 2022. № 14. С. 135–144. DOI https://doi.org/10.32848/ agrar.innov.2022.14.20
41. Вожегова Р. А., Тищенко А. В. , Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Фундират К. С., Гальченко Н. М. Оцінка посухостійкості популяцій люцерни за насіннєвого використання в рік сівби. Аграрні інновації. 2022. № 15. С. 89–96. DOI https://doi.org/10.32848/ agrar.innov.2022.15.14
42. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Фундират К. С., Коновалова В. М. Визначення посухостійкості популяцій люцерни насіннєвого використання за математичними індексами. Вісник аграрної науки. 2023. № 1 (838). С. 40–48. https://doi.org/10.31073/agrovisnyk202301-05
43. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Фундират К. С., Коновалова В. М. Зв’язок між кормовою та насіннєвою продуктивністю популяцій люцерни. Зрошуване землеробство. 2022. № 78, С. 47–56. https://doi.org/10.32848/ 0135-2369.2022.78.8
44. Вожегова Р. А., Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Фундират К. С., Коновалова В. М. Насіннєва продуктивність популяцій люцерни другого року життя та особливості прояву у них адаптивних ознак. Аграрні інновації. 2022. № 16. С. 94–103. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2022.16.15
45. Тищенко А. В. Сорти люцерни – насіннєва продуктивність та способи її підвищення. Насінництво. 2015. № 2. С. 7–9.
46. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Куц Г. М., Пілярська О. О., Коновалова В. М. Насіннєва продуктивність люцерни першого року життя залежно від застосування гербіцидів. Аграрні інновації. 2022. № 11. С. 92–102. DOI https://doi.org/10.32848/agrar. innov.2022.11.12
47. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Люта Ю. О. Оцінка генотипів люцерни за насіннєвою продуктивністю на посухостійкість. Таврійський науковий вісник. Херсон: ВД «Гельветика», 2021. № 120. С. 155–168. DOI https://doi.org/10.32851/2226-0099.2021.120.21
48. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Люта Ю. О., Пілярська О. О. Адаптивна здатність – важлива ознака в селекції рослин. Зрошуване землеробство. 2021. Вип. 75. С. 101–109. DOI https://doi.org/ 10.32848/0135-2369.2021.75.19
49. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Люта Ю. О., Пілярська О. О. Особливості розвитку популяцій люцерни за різних умов вирощування. Наукові доповіді НУБіП України, [S.l.], n. 4(92), сер. 2021.
50. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Люта Ю. О., Пілярська О. О., Куц Г. М. Щільність травостою люцерни за роками життя та укосами за різного волого- забезпечення. Зрошуване землеробство. 2021. Вип. 76. С. 75–82. DOI https://doi.org/10.32848/0135- 2369.2021.76.14
51. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Пілярська О. О., Куц Г. М., Гальченко Н. М. Насіннєва продуктивність люцерни першого року життя залежно від заходів боротьби зі шкідниками. Аграрні інновації. 2021. № 6. С. 57–67. https://doi.org/10.32848/agrar. innov.2021.6.12
Published
2023-04-27
Section
MELIORATION, ARABLE FARMING, HORTICULTURE