Ecological plasticity and stability of winter wheat varieties in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine (Part 2 – drought years)

Keywords: winter wheat, variety, irrigation, natural moisture, productivity, adaptability, stability, ecogradient, biplot analysis, cluster analysis

Abstract

The purpose of our research was to study and analyzethe environmental stability and adaptability to differentenvironments of winter wheat varieties selected by theInstitute of Climate-oriented Agriculture of the NationalAcademy of Sciences and the Selection and GeneticInstitute of the National Center for Seed Science andVarietal Research of the National Academy of Sciences inthe conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Researchmaterials and methods. The reaction of 18 varieties ofwinter wheat to different growing conditions was studied atthe Askania State Agricultural Research Station in the villageof Tavrychanka, Kherson region (46°33’12”N; 33°49’13”E; 39 m above sea level) during 2015/16–2019/20. Researchwas conducted under different conditions of irrigation: withirrigation and without irrigation. Analysis of environmentalstability and adaptability to different environments ofwinter wheat varieties was carried out using variousparameters. Research results and their discussion. Theobtained experimental data allow distinguishing varietiesof winter wheat by maximum productivity (Ymax) Mariia –8.61 t/ha, Harantiia odes’ka ‒ 8.23 and Nyva odes’ka –8.04 t/ha, Konka varieties by minimum productivity (Ymin) –4.75 t/ha, Kokhana – 4.61, Koshova and Zysk – 4.67, Liraodes’ka – 4.99 and Schedrist’ odes’ka – 4.65 t/ha. The lowestproductivity in terms of minimum productivity was formedby the varieties Harantiia odes’ka ‒ 3.01 t/ha and Rosynka‒ 3.87 t/ha, and the Rosynka variety was characterized bythe lowest productivity in terms of maximum productivityof 5.69 t/ha. According to the parameters of adaptability,the Kokhana, Koshova, Rosynka, Zysk and Lira odes’kavarieties were selected as the most stable, while Harantiiaodes’ka was selected as an intensive type variety. Thevarieties Askaniis’ka, Pylypivka and Schedrist’ odes’ka canbe classified as plastic. Three clusters were formed: thefirst cluster included eleven varieties that are more orientedtowards the plastic type, the second cluster included sixvarieties that are more oriented towards the stable type. TheHarantiia odes’ka variety formed cluster 2 ‒ to the intensivetype. According to the correlation analysis, the parametersof adaptability were selected: the level of resistance tostressful conditions (RS), the regression coefficient (bi),the variance of the deviation from the regression line (s2di),the sign of the stability of the genotype reaction (σ2SACi), thecompensation coefficient (Kgi), the relative stability of thegenotype (sgi), the selection value of the genotype (SVGi),the selection value of the variety (Sc) by which the typeof variety can be most clearly characterized. Conclusions.Selected parameters of adaptability, according to themand biplot analysis, the varieties Kokhana, Koshova, Zyskand Lira odes’ka were selected as the most stable, on theother hand, Harantiia odes’ka and Mariia were selected asintensive type varieties. The varieties Schedrist’ odes’kaand Askaniis’ka are selected as plastic.

References

1. Anderson W.K., Brennan R.F., Jayasena K.W., Micic S., Moore J.H., Nordblom T. Tactical crop management for improved productivity in winter-dominant rainfall regions: a review. Crop & Pasture Science. 2020, Vol. 71, P. 621–644. https://doi.org/10.1071/CP19315
2. Carlson R. Estimating the biotech sector’s contribution to the US economy. Nat Biotechnol. 2016, Vol. 34, P. 247–255. https://doi.org/10.1038/nbt.3491
3. Eberhart S.A, Rаssell W.A. Stability parameters for comparing varieties. Crop Sc. 1966. Vol. 6. № 1. P. 36–40.
4. 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, P. 123–125. https://doi.org/10.1590/1984-70332018v18n1c15
5. 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, P. 282–291. https://doi.org/10.1590/1678-4499.095
6. 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
7. Ojha A. & Ojha B.R. Assessment of Morpho-Physiological, Yield and Yield Attributing Traits Related to Post Anthesis Drought in Wheat Genotypes Under Rainfed Condition in Rampur, Chitwan. Int. J. Appl. Sci. Biotechnol. 2020, Vol. 8, Issue 3, P. 323–335. DOI: 10.3126/ijasbt.v8i3.31609
8. Popov S.I., Leonov O.Yu., Popova K.M., & Avramenko S.V. Ecological plasticity of winter wheat varieties depending on root nitrogen nutrition in the eastern Forest-Steppe of Ukraine. Plant Varieties Studying and Protection. 2019. Vol. 15, Issue 3. P. 296–302. doi: 10.21498/2518-1017.15.3.2019.181087
9. 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
10. 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
11. Subira J., Álvaro F., del Moral L.F.G., & Royo C. Breeding effects on the cultivar × environment interaction of durum wheat yield. European Journal of Agronomy, 2015, Vol. 68, 78–88. https://doi.org/10.1016/j.eja.2015.04.009
12. Tyshchenko A.V., Tyshchenko O.D., Konovalova V.M., Fundirat K.S., Piliarska O.O. Methods of determining the adaptability and ecological stability 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. 324–342. https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.05.2023.029 ISSN 2709-4685
13. 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
14. 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.
15. Yadav R., Gupta S., Gaikwad K.B., Bainsla N.K., Kumar M., Babu P., Ansari R., Dhar N., Dharmateja P. & Prasad R. Genetic Gain in Yield and Associated Changes in Agronomic Traits in Wheat Cultivars Developed Between 1900 and 2016 for Irrigated Ecosystems of Northwestern Plain Zone of India. Front. Plant Sci. 2021, Vol. 12:719394. doi: 10.3389/fpls.2021.719394
16. 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
17. 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
18. 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. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2022.13.28
19. 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. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2022.14.20
20. 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
21. 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
22. 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
23. 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
24. 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
25. 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
26. 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
27. 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
Published
2024-01-11
Section
BREEDING, SEED PRODUCTION