Breeding for grain size of winter bread wheat in the Forest-Steppe conditions of Ukraine
Abstract
Purpose. To determine the features of breeding for grain size in environment of Ukrainian Forest-Steppe and evaluate winter wheat lines by yield and 1,000 kernel weight of winter wheat, which is an important yield component. Methods. Statistical indicators and analysis of variance (ANOVA) were used to descript and summarize the data obtained, which made it possible to establish the part of influence for factors and their interaction in the formation of the level of traits and to identify stable genotypes. Results. Based on long-term research it has been established that in populations of F2–F4 hybrids, the proportion of morphological biotypes being most productive in terms of grain number in the main spike, their size, and with a visual value of grain of at least four points was 3–10 %. This led to an increase in the average population value in terms of the 1,000 kernel weight: the progeny of breeding nursery selected during 2014–2023 had amplitude of fluctuations in the average indicator from 40.5 g (2020) to 48.6 g (2023). Analysis of the coefficients of variation showed a low degree of variation in 1,000 kernel weight (from 6.8 % to 11.2 %). According to the results of ANOVA, the genotype was the most influential factor in grain size (47.5 % in 2020–2022 and 55.1 % in 2021–2023), the growing season conditions influenced much less, but also significantly. This confirms that the trait has high hereditary control and significant breeding value, so the selection of genotypes stable in grain size was efficient. In relation to yielding capacity the part of influence for growing season conditions was at the level 79.5 % (2020–2022) and 48.0 % (2021–2023). Conclusions. Selection for the trait “yielding capacity” is less effective, it is necessary to determine the stability of genotypes over the years in different environmental conditions. It was confirmed that winter wheat lines that formed a higher 1,000 kernel weight in strong rainfed conditions had a higher level of yield, which indicated their increased drought tolerance. The practical value of the study is that the possibility of developing large-grain winter wheat varieties in environment of Ukrainian Forest-Steppe with the preservation of a stable performance of high level of yielding capacity has been proven.
References
2. Atlin G. N., Cairns J. E., Das B. Rapid breeding and varietal replacement are critical to adaptation of cropping systems in the developing world to climate change. Global Food Security. 2017. Vol. 12. P. 31–37. DOI: 10.1016/j.gfs.2017.01.008
3. Базалій В. В., Домарацький Є. О., Базалій Г. Г., Корхова М. М., Ларченко О. В., Кириченко Н. В., Панфілова А. В. Наукові основи селекції озимої пшениці на агроекологічну адаптивність: монографія. Миколаїв: МНАУ, 2024. 244 с.
4. Chernobai Yu. O., Riabchun V. K. Inheritance of spike productivity elements in F1 winter bread wheat hybrids. Селекція і насінництво. 2022. Вип. 122. С. 90–99. DOI: 10.30835/2413-7510.2022.271757
5. Демидов О. А., Рисін А. Л., Вологдіна Г. Б., Гуменюк О. В., Федоренко І. В. Особливості створення вихідного матеріалу пшениці м’якої озимої з високим потенціалом продуктивності та якості зерна в Лісостепу України: монографія. Київ : Компринт, 2024. 276 с. DOI: 10.31073/978-617-8171-51-3
6. Фанін Я. С., Литвиненко М. А. Урожайність та елементи продуктивності рослин у сучасних вітчизняних і закордонних сортів озимої м’якої пшениці. Подільський вісник: сільське господарство, техніка, економіка. 2023. № 38. Сільськогосподарські науки. С. 70–77. DOI: 10.37406/2706-9052-2023-1.10
7. FAO, IFAD, UNICEF, WFP, WHO. The State of Food Security and Nutrition in the World 2024 – Financing to end hunger, food insecurity and malnutrition in all its forms. Rome, 2024. 286 p. DOI: 10.4060/ cd1254en
8. Fareed G., Keerio A. A., Mari S. N., Ullah S., Mastoi A. A., Arain M. A., Adeel M., Shah M. A., Mengal A. M., Badini M. I. Estimation of heterosis in F1 hybrids of bread wheat genotypes. Journal of Applied Research in Plant Sciences. 2024. Vol. 5, No. 1. P. 120–123. DOI: 10.38211/joarps.2024.05.169
9. Farid M., Nasaruddin N., Musa Y., Anshori M. F., Ridwan I., Hendra J., Subroto G. Genetic parameters and multivariate analysis to determine secondary traits in selecting wheat mutant adaptive on tropical lowlands. Plant Breeding and Biotechnology. 2020. Vol. 8, Iss. 4. P. 368–377. DOI: 10.9787/PBB.2020.8.4.368
10. Guo Z., Zhao Y., Röder M. S., Reif J. C., Ganal M. W., Chen D., Schnurbusch T. Manipulation and prediction of spike morphology traits for the improvement of grain yield in wheat. Scientific Reports. 2018. Vol. 8, Iss. 1. DOI: 10.1038/s41598-018-31977-3
11. Harun O., Güngör H., Dumlupinar Z. Heterosis and diallel analysis of yield and yield components of bread wheat F1 generation. Black Sea Journal of Agriculture. 2024. Vol. 7, Iss. 4. P. 363–376. DOI: 10.47115/bsagriculture.147916326
12. Havryliuk I., Kovalyshyna H. Characteristics of soft winter wheat varieties by crop structure and grain quality indicators. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science. 2024. Vol. 28, No. 4. P. 68-84. DOI: 10.56407/bs.agrarian/4.2024.68
13. Khan M. A., Akram M. W., Iqbal M., Ahmed H. G. M. D., Rehman A., Arslan Iqbal H. S. M., Alam B. Multivariate and association analyses of quantitative attributes reveal drought tolerance potential of wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2023. Vol. 54, Iss. 2. P. 178–195. DOI: 10.1080/00103624.2022.2110893
14. Ковальов С. Р. Формування ознак продуктивності пшениці м’якої озимої в умовах північної під- зони Степу України. Аграрні інновації. 2025. № 29. С. 262–270. DOI: 10.32848/agrar.innov.2025.29.40
15. Kutlu I., Balkan A., Bilgin O. Analysis of population differences and inheritance of some spike characteristics in bread wheat. KSU Journal of Natural Sciences. 2015. Vol. 18, Iss. 4. P. 40–47. URL: https://hdl.handle.net/20.500.11776/10151
16. Kumar A., Mantovani Е. Е., Simsek S., Jain S., Elias E. M., Mergoum M. Genome wide genetic dissection of wheat quality and yield related traits and their relationship with grain shape and size traits in an elite×non-adapted bread wheat cross. PLoS One. 2019. Vol. 14, Iss. 9. DOI: 10.1371/journal.pone.0221826
17. Li S., Wang L., Meng Y., Hao Y., Xu H., Hao M., Lan S., Zhang Y., Lv L., Zhang K., Peng X., Lan C., Li X., Zhang Y. Dissection of genetic basis underpinning kernel weight- related traits in common wheat. Plants. 2021. Vol. 10, Iss. 4. P. 713–727. DOI: 10.3390/plants10040713
18. Liu Y., Shen K., Yin C., Xu X., Yu X., Ye B., Sun Z., Dong J., Bi A., Zhao X., Xu D., He Z., Zhang X., Hao C., Wu J., Wang Z., Wu H., Liu D., Zhang L., Shen L., Hao Y., Lu F., Guo Z. Genetic basis of geographical differentiation and breeding selection for wheat plant architecture traits. Genome Biology. 2023. Vol. 24, Iss. 1. DOI: 10.1186/s13059-023-02932-x
19. Lozinskiy M., Burdenyuk-Tarasevych L., Grabovskyi M., Lozinska T., Sabadyn V., Sidorova I., Panchenko T., Fedoruk Y., Kumanska Y. Evaluation of selected soft winter wheat lines for main ear grain weight. Agronomy Research. 2021. Vol. 19, No. 2. P. 540–551. DOI: 10.15159/ar.21.071
20. Лозінський М. В., Устинова Г. Л., Філіцька О. О. Фенотипова і генотипова мінливість маси зерна основного колосу у різних за скоростиглістю сортів пшениці м’якої озимої. Аграрна освіта та наука: досягнення, роль, фактори росту. «Інноваційні технології в агрономії, землеустрої, лісовому та садово-парковому господарстві»: матеріали Міжн. наук.-практ. конф. (м. Біла Церква, 30 жовтня 2020 р.). Біла Церква: БНАУ, 2020. С. 17–19.
21. Makebe A., Shimelis H., Mashilo J. Selection of M5 mutant lines of wheat (Triticum aestivum L.) for agronomic traits and biomass allocation under drought stress and non-stressed conditions. Frontiers in Plant Science. 2024. Vol. 15. DOI: 10.3389/fpls.2024.1314014
22. Monneveux P., Jing R., Misra S. C. Phenotyping for drought adaptation in wheat using physiological traits. Frontiers in Physiology. 2012. Vol. 3. DOI: 10.3389/fphys.2012.00429
23. Моргун В. В., Січкар С. М., Починок В. М., Голік О. В., Чугункова Т. В. Аналіз структури продуктивності колекційних зразків малопоширених видів пшениці. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2015. Т. 16. С. 136–140.
24. Noleppa S., Cartsburg M. The socio-economic and environmental value of plant breeding in the EU and selected EU member states. An ex-post evaluation and ex-ante assessment considering the “Farm to Fork” and “Biodiversity” strategies. Berlin: HFFA Research Paper, 2021. 327 p.
25. Опря А. Т., Дорогань-Писаренко Л. О., Єгорова О. В., Кононенко Ж. А. Статистика: навчальний посібник. Київ : Центр учбової літератури, 2014. 536 с.
26. Правдзіва І. В., Василенко Н. В., Хорошко Н. М., Заїма О. А. Мінливість маси 1000 зерен та натури зерна пшениці озимої залежно від строків сівби Передгірне та гірське землеробство і тваринництво. 2024. Вип. 76, Ч. 1. С. 58–68. DOI: 10.32636/01308521.2024-(76)-1-6
27. Riedesel L., Laidig F., Hadasch S., Rentel D., Hackauf B., Piepho H.-P., Feike T. Breeding progress reduces carbon footprints of wheat and rye. Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 377. P. 1–14. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.134326
28. Самойлик М. О., Устинова Г. Л., Лозінський М. В., Корхова М. М., Уліч О. Л. Оцінка врожайних та адаптивних властивостей нових сортів пшениці м’якої озимої. Вісник аграрної науки. 2023. № 2. С. 34–42. DOI: 10.31073/agrovisnyk202302-05
29. Методика проведення експертизи сортів рослин групи зернових, круп’яних та зернобобових на придатність до поширення в Україні / за ред. С. О. Ткачик. Вінниця : ФОП Корзун Д. Ю., 2016. 82 с.
30. Торяник В. М., Василенко М. О. Аналіз господар- сько-цінних ознак вітчизняних сортів пшениці м’якої озимої як вихідного матеріалу для селекції нових високопродуктивних сортів в умовах Іванівської дослідно-селекційної станції. Слобожанський нау- ковий вiсник. Серiя Природничi науки. 2023. Вип. 1. С. 39–43. DOI: 10.32782/naturalspu/2023.1.8
31. Вологдіна Г. Б., Гуменюк О. В. Створення крупнозерного вихідного матеріалу пшениці озимої в умовах Лісостепу України. Аграрна освіта і наука: досягнення та перспективи розвитку: матеріали VІ Міжн. наук.-практ. конф. (м. Біла Церква, 27 березня 2025 р.). Біла Церква: БНАУ, 2025. C. 16–18.
32. Williamson H., Leonelli S. Accelerating agriculture: Data- intensive plant breeding and the use of genetic gain as an indicator for agricultural research and development. Studies in History and Philosophy of Science. 2022. Vol. 95. P. 167–176. DOI: 10.1016/j.shpsa.2022.08.006
33. Задубинна Є. В., Тарасенко О. А., Бебех Ю. М., Єзерковська Л. В. Продуктивність пшениці озимої за різних систем обробітку чорнозему типового та за кліматичних змін в умовах Лісостепу Лівобережного. Агробіологія. 2023. № 2. С. 146‒154. DOI: 10.33245/2310-9270-2023-183-2-146-154
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
