ANALYSIS OF WINTER WHEAT VARIETIES FOR DROUGHT RESISTANCE IN THE CONDITIONS OF THE STEPPE OF UKRAINE (PART 1 – YEARS WITH SUFFICIENT MOISTURE)
Keywords:
winter wheat, variety, irrigation, natural moisture, productivity, drought resistance, drought resistance indices, biplot analysis, cluster analysis.
Abstract
The purpose of our research was the study and analysis of drought resistance of winter wheat varieties selected by the Institute of Climate-oriented Agriculture of the National Academy of Sciences of the Russian Academy of Sciences and the Selection and Genetics Institute of the National Center for Seed Science and Varietal Research of the National Academy of Sciences of the National Academy of Sciences in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Materials and methods of research. The reaction of 18 varieties of winter wheat to different growing conditions was studied at the Askania State Agricultural Research Station in the village of Tavrychanka, Kherson region (46°33’12”N; 33°49’13”E; 39 m above sea level) during 2015/16–2019/20. Research was conducted under different conditions of irrigation: with irrigation and without irrigation. Analysis of the resistance of winter wheat varieties to stress was carried out using 17 indices of drought resistance. Research results and their discussion. The highest yield under irrigation of 7.87–8.49 t/ha was obtained from winter wheat varieties Burgunka, Koshova, Askaniyska and Shchedrist Odeska, under stress conditions: Burgunka, Koshova, Lyra Odeska and Traditsia Odeska 7.25–7.66 t /Ha. According to the largest number of indices (14), the variety Traditsia Odeska was singled out as the most drought-resistant, the variety Lyra Odeska was distinguished according to nine indices, and Shchedrist Odeska according to seven indices. According to the correlation analysis, two indices were distinguished: the drought resistance index (DI) and the stress resistance index ISR, where yield under stress was characterized by a high correlation (r = 0.851) with the DI index and a medium (r = 0.381) – ISR, on the other hand, a low correlation (r = 0.038–0.226) with yield under irrigation. Conclusions. Two indices were singled out: the drought resistance index (DI) and the ISR stress resistance index, which most fully characterize the resistance of winter wheat varieties to drought. According to the indices of drought resistance and biplot analysis, the most drought-resistant selected varieties are Traditsia Odeska and Lyra Odeska. The Shchedrist Odeska variety stood out as the most resistant to drought.
References
1. Blum A. Plant breeding for stress environments. CRC Press, Boca Raton, Florida, USA. 1988
2. 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
3. Ceglar A., Toreti A., Lecerf R., Van der Velde M., Dentener F. Impact of meteorological drivers on regional inter-annual crop yield variability in France. Agric. For. Meteorol. 2016, Vol. 216, 58–67. https://doi. org/10.1016/j.agrformet.2015.10.004
4. Chakherchaman, S.A., Mostafaei H., Imanparast L. and 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
5. Chawade A., Armoniené R., Berg G., Brazauskas G., Frostgård G., Geleta M., Gorash A., Henriksson T., Himanen K., Ingver A. A transnational and holistic breeding approach is needed for sustainable wheat production in the Baltic Sea region. Physiol. Plant. 2018, Vol. 164, 442–451. https://doi.org/10.1111/ppl.12726
6. 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
7. 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.
8. 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
9. Franco F.A., Marchioro V.S., Montecelli T.D.N., Schuster I., Polo M., Souza, L.V., Lima F.J.A., Evangelista A., Santos D.A., Grave E.L. CD 1303 – Short stature, high productive potential and industrial quality. Crop Breeding and Applied Biotechnology. 2018, Vol. 18, 123–125. https://doi.org/10.1590/1984-70332018v18n1c15
10. Galetto S.L., Bini A.R., Haliski A., Scharr D.A., Borszowskei P.R., Caires E.F. Nitrogen fertilization in top dressing for wheat crop in succession to soybean under a no-till system. Bragantia. 2017, Vol. 76, 282-291. https://doi.org/10.1590/1678-4499.095
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. Lan J. Comparison of evaluating methods for agronomic drought resistance in crops. Acta Agriculturae Borealioccidentalis Sinica. 1998. Vol. 7. P. 85–87.
15. Lavrynenko Yu.O. Breeding heritage and its role in stabilizing production of corn grain in Ukraine. Natural sciences and modern technological solutions: knowledge integration in the XXI century: collective monograph. Lviv-Torun: Liha-Pres, 2019. P. 103–119. https://doi. org/10.36059/978-966-397-154-4/103-119
16. 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
17. 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.
18. Oliveira Й.C.D., Pinto-Maglio C.A.F. Cytomolecular characterization of cultivars and landraces of wheat tolerant and sensitive to aluminum toxicity. Bragantia. 2017, Vol. 76: 456–469. https://doi. org/10.1590/1678-4499.2016.278
19. Ray D.K., Mueller N.D., West P.C., Foley J.A. Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050. PLoS ONE. 2013, Vol. 8, E66428. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0066428
20. 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
21. Team B.A. Second assessment of climate change for the Baltic Sea basin. In Regional Climate Studies; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2015, Vol. 6, pp. 131–144.
22. Tyshchenko A.V., Tyshchenko O.D., Konovalova V.M., Fundirat K.S., Piliarska O.O. Methods of determining the drought resistance of plants. Scientific Collection «InterConf+», 33(155): with the Proceedings of the 1st International Scientific and Practical Conference «Modern Knowledge: Research and Discoveries» (May 19-20, 2023; Vancouver, Canada) by the SPC «InterConf». A.T. International, 2023. P. 343–361. https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.05.2023.030 ISSN 2709-4685
23. 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. Vol. 9, No. 2, P. 353-358. ISSN 2285-5718
24. 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.
25. Yuyi Zhou, Rui He, Yuling Guo, Keke Liu, Guanmin Huang, Chuanxi Peng, Yiguo Liu, Mingcai Zhang, Zhaohu Li & Liusheng Duan. A novel ABA functional analogue B2 enhances drought tolerance in wheat. Scientific Reports. 2019. Vol. 9:2887. https://doi. org/10.1038/s41598-019-39013-8
26. 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. https://doi. org/10.32845/agrobio.2021.2.1
27. 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
28. 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
29. 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
30. 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
31. 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
32. 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
33. Вожегова Р.А., Тищенко А.В., Тищенко О.Д., Пілярська О.О., Фундират К.С., Коновалова В.М. Формування стійкості рослин насіннєвої люцерни в умовах різного екологічного градієнта. Вісник аграрної науки. 2023. № 3 (840). С. 53–62. https://doi. org/10.31073/agrovisnyk202303-08
34. Вожегова Р.А., Тищенко А.В., Тищенко О.Д., Пілярська О.О., Фундират К.С., Коновалова В.М. Посухостійкість популяцій люцерни другого року за кормового використання. Аграрні інновації. 2023. № 17. С. 25–36. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2023.17.4
35. Лавриненко Ю.О., Вожегова Р.А., Базалій Г.Г., Усик Л.О., Жупина А.Ю. Вплив зрошення на продуктивність різних сортотипів озимої пшениці в умовах Південного Степу України. Наукові доповіді НУБіП України. 2019. № 3 (79). http://dx.doi.org/10.31548/ dopovidi2019.03.014
36. 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. https://doi.org/10.32851/2226-0099.2021.120.21
37. Тищенко А.В., Тищенко О.Д., Люта Ю.О., Пілярська О.О. Адаптивна здатність – важлива ознака в селекції рослин. Зрошуване землеробство. 2021. № 75, С. 101–109. https://doi. org/10.32848/0135-2369.2021.75.19
2. 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
3. Ceglar A., Toreti A., Lecerf R., Van der Velde M., Dentener F. Impact of meteorological drivers on regional inter-annual crop yield variability in France. Agric. For. Meteorol. 2016, Vol. 216, 58–67. https://doi. org/10.1016/j.agrformet.2015.10.004
4. Chakherchaman, S.A., Mostafaei H., Imanparast L. and 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
5. Chawade A., Armoniené R., Berg G., Brazauskas G., Frostgård G., Geleta M., Gorash A., Henriksson T., Himanen K., Ingver A. A transnational and holistic breeding approach is needed for sustainable wheat production in the Baltic Sea region. Physiol. Plant. 2018, Vol. 164, 442–451. https://doi.org/10.1111/ppl.12726
6. 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
7. 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.
8. 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
9. Franco F.A., Marchioro V.S., Montecelli T.D.N., Schuster I., Polo M., Souza, L.V., Lima F.J.A., Evangelista A., Santos D.A., Grave E.L. CD 1303 – Short stature, high productive potential and industrial quality. Crop Breeding and Applied Biotechnology. 2018, Vol. 18, 123–125. https://doi.org/10.1590/1984-70332018v18n1c15
10. Galetto S.L., Bini A.R., Haliski A., Scharr D.A., Borszowskei P.R., Caires E.F. Nitrogen fertilization in top dressing for wheat crop in succession to soybean under a no-till system. Bragantia. 2017, Vol. 76, 282-291. https://doi.org/10.1590/1678-4499.095
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. Lan J. Comparison of evaluating methods for agronomic drought resistance in crops. Acta Agriculturae Borealioccidentalis Sinica. 1998. Vol. 7. P. 85–87.
15. Lavrynenko Yu.O. Breeding heritage and its role in stabilizing production of corn grain in Ukraine. Natural sciences and modern technological solutions: knowledge integration in the XXI century: collective monograph. Lviv-Torun: Liha-Pres, 2019. P. 103–119. https://doi. org/10.36059/978-966-397-154-4/103-119
16. 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
17. 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.
18. Oliveira Й.C.D., Pinto-Maglio C.A.F. Cytomolecular characterization of cultivars and landraces of wheat tolerant and sensitive to aluminum toxicity. Bragantia. 2017, Vol. 76: 456–469. https://doi. org/10.1590/1678-4499.2016.278
19. Ray D.K., Mueller N.D., West P.C., Foley J.A. Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050. PLoS ONE. 2013, Vol. 8, E66428. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0066428
20. 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
21. Team B.A. Second assessment of climate change for the Baltic Sea basin. In Regional Climate Studies; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2015, Vol. 6, pp. 131–144.
22. Tyshchenko A.V., Tyshchenko O.D., Konovalova V.M., Fundirat K.S., Piliarska O.O. Methods of determining the drought resistance of plants. Scientific Collection «InterConf+», 33(155): with the Proceedings of the 1st International Scientific and Practical Conference «Modern Knowledge: Research and Discoveries» (May 19-20, 2023; Vancouver, Canada) by the SPC «InterConf». A.T. International, 2023. P. 343–361. https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.05.2023.030 ISSN 2709-4685
23. 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. Vol. 9, No. 2, P. 353-358. ISSN 2285-5718
24. 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.
25. Yuyi Zhou, Rui He, Yuling Guo, Keke Liu, Guanmin Huang, Chuanxi Peng, Yiguo Liu, Mingcai Zhang, Zhaohu Li & Liusheng Duan. A novel ABA functional analogue B2 enhances drought tolerance in wheat. Scientific Reports. 2019. Vol. 9:2887. https://doi. org/10.1038/s41598-019-39013-8
26. 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. https://doi. org/10.32845/agrobio.2021.2.1
27. 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
28. 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
29. 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
30. 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
31. 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
32. 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
33. Вожегова Р.А., Тищенко А.В., Тищенко О.Д., Пілярська О.О., Фундират К.С., Коновалова В.М. Формування стійкості рослин насіннєвої люцерни в умовах різного екологічного градієнта. Вісник аграрної науки. 2023. № 3 (840). С. 53–62. https://doi. org/10.31073/agrovisnyk202303-08
34. Вожегова Р.А., Тищенко А.В., Тищенко О.Д., Пілярська О.О., Фундират К.С., Коновалова В.М. Посухостійкість популяцій люцерни другого року за кормового використання. Аграрні інновації. 2023. № 17. С. 25–36. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2023.17.4
35. Лавриненко Ю.О., Вожегова Р.А., Базалій Г.Г., Усик Л.О., Жупина А.Ю. Вплив зрошення на продуктивність різних сортотипів озимої пшениці в умовах Південного Степу України. Наукові доповіді НУБіП України. 2019. № 3 (79). http://dx.doi.org/10.31548/ dopovidi2019.03.014
36. 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. https://doi.org/10.32851/2226-0099.2021.120.21
37. Тищенко А.В., Тищенко О.Д., Люта Ю.О., Пілярська О.О. Адаптивна здатність – важлива ознака в селекції рослин. Зрошуване землеробство. 2021. № 75, С. 101–109. https://doi. org/10.32848/0135-2369.2021.75.19
