Морфологические параметры, биохимические и технологические свойства голозерного ячменя для селекции в условиях Кемеровской области

Разнообразие природно-климатических условий Сибири с нестабильным гидротермическим режимом обусловило развитие сельского хозяйства, ориентированного на стабилизацию отрасли растениеводства за счет совершенствования системы севооборотов и структуры посевных площадей по видам растений, внедрения энерго — и ресурсосберегающих I технологий с использованием техники нового поколения, оптимизации системы защиты растений от болезней и вредных насекомых, выведения и внедрения в производство новых высокопродуктивных сортов полевых культур. Одним из основных критериев был и остается фактор экологической эффективности. В совокупности это является обоснованием в выборе к выращиванию той или иной культуры, ее доли в общей структуре посевных площадей. В силу нового экономического развития взят курс на полное самообеспечение хлебом, поэтому основную долю в производстве занимает яровая пшеница. В структуре посевных площадей Кемеровской области за последние четыре года (2003;2006 гг.) она занимает свыше 60%, затем идут ячмень и овес (16−20%). Долгие годы ячмень имел лидирующие положение. В России его высевают почти на 9 млн. га, в Сибири — около 800 тыс. га. В Кемеровской области площади с 1975 года (385,5 тыс. га) снизились более, чем в три раза и в 2006 г. составили 132,4 тыс. га, которые засевают разными сортами пленчатого ячменя.

В последнее десятилетие в очередной раз возник интерес к производству сортов с голым зерном. Он продиктован уникальностью голозерного ячменя — повышенным содержанием белка и незаменимых аминокислот в семени (Рего Р, 1931; Сверкунов В. К., 1950; Ходьков А. Е., 1985; Hijikurn S. et al., 1986), бета-глюконата, стекловидности, натуры зерна и других биохимических и технологических показателей, повышающих кормовые достоинства (Аниськов Н. И., Козлова Г. Я., Мирюк С. С., 2002; Цандекова О. Л., Неверова О. А., Заушинцена А. В., 2002; Якунина Н., 2003;

Rossnagel В, Harrvey В., Bhatti R., 1985; Newman C. W., Newmam R. K., 1998) и производственное значение (Орлов А. А., 1935; Yeung J. Vasanthan Т., 2001; Agu R. S. et. al., 2002 и др.).

В Сибири выведено четыре сорта: Омский голозерный 1, Оскар, Омский голозерный 2, Арчекас. Три первые из них успешно прошли государственное испытание и внесены в Госреестр сортов, допущенных к возделыванию в производстве. В структуре посевных площадей Омской области сорт Омский голозерный 1 занимает около 2500 га. Результаты государственного сортоиспытания на территории Кемеровской области свидетельствуют о том, что в зависимости от влагообеспеченности зоны и технологической дисциплины урожай голозерных сортов ячменя в среднем за четыре года (2003;2006 гг.) составлял от 62,4% Барачатский ГСУ и до 91,6% Мариинский ГСУ по отношению к пленчатым сортам. Среди голозерных сортов по зерновой продуктивности лидирует Омский голозерный 1, но и он лишь на Яшкинском сортоучастке был на 6,2% продуктивнее пленчатого стандарта. Очевидно, что существуют факторы, ограничивающие внедрение новых голозерных сортов ячменя, увеличение их доли в общей структуре посевных площадей. Они не соответствуют по физиологическим, технологическим и хозяйственным параметрам суровым природно-климатическим условиям и не гарантируют стабильное получение зерна. Поэтому исследования, направленные на изучение мирового генофонда голозерного ячменя в условиях Сибири, выявление генетических источников ценных биохимических свойств и хозяйственных признаков с дальнейшим использованием в селекционных программах по выведению новых сортов актуальны и своевременны.

Цель исследований — изучение изменчивости морфологических, технологических, физиологических и биохимических свойств у сортов голозерного ячменя. Задачи исследований:

— изучить линейные параметры зерновки образцов ячменя;

— определить засухоустойчивость, солевыносливость сортов на стадии проростков зерна;

— определить степень травмируемости (обрушения зародыша и образования трещин плодовой оболочки) семян в результате обмолота и подработки;

— выявить уровень восприимчивости сортов к семенной инфекции;

— оценить перспективность использования сортов для селекционной работы по технологическим и биохимическим показателям семян: крупности, выравненности, массе 1000 зерен, натуре зерна, стекловидности, содержанию сырого протеина и лизина в зерне;

— выделить и рекомендовать для использования в практической селекции источники ценных биологических свойств и технологических параметров семян;

— оценить новые голозерные линии по комплексу свойств и признаков;

— разработать элементы программы селекции голозерного ячменя на повышение физиологических, технологических свойств и признаков семян.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Кемеровской области определены факторы, ограничивающие расширение посевных площадей под сортами голозерного ячменя: выбиваемость зародыша (3,512,0%), трещины плодовой оболочки (1−3,6%), инфекционная пятнистость зерновки (5−45%), сильная восприимчивость к семенной инфекции (Ustilago hordei (Pers.) et Kell. — 6 — 41%- Helminthosporium sativum P. et B. -8 -70%- грибы рода Fusarium — 11 — 74%- Alternaria hordei Saw. — 15 — 35%, низкая продуктивность — 62,4% - 91,6% к показателю пленчатых сортов.

Изучена и ранжирована по физиологическим, технологическим и биохимическим свойствам с выделением генетических источников, пригодных для использования в практической селекции, коллекция голозерных сортов ячменя. Создан качественно новый исходный материал с высокими технологическими и биохимическими показателями зерна. Практическая ценность результатов исследований Использование морфо — физиологических, биохимических методов оценки исходного материала позволило выделить и рекомендовать для использования в селекции генетические источники:

— с овальной формой зерновки максимальной толщины (2,8 — 2,9 мм), Алар — Эрд — Эне (Монголия), Нога (Нидерланды), 1218 -524 (Чехия), S — 257 (Мексики), 25 673 / 75 (Германия);

— с лучшим развитием и интенсивностью работы (>1,0) зародышевых корней (Алар — Эрд — Эне), 1218 — 524);

— солевыносливости: Алар — Эрд — Эне (Монголия), Korona Zaschego (Польша), Morrell (Австралия);

— засухоустойчивости: (Кагап -3, Кагап -18 из Индии, Condor из Канады, S.

— 257 из Мексики и др.).

— высокой жизнеспособностью (90,8 — 96,7%): (S — 257 (Мексика), Кагап -3 (Индия), Алар — Эрд — Эне (Монголия), Namoi (Австралия);

— высокой массы 1000 зерен (55,0 г) — Алар — Эрд — Эне (Монголия);

— повышенной (681 -720 г/л) и высокой (> 720 г/л) натурой зерна (Омский голозерный 1 (Россия), Кагап -3 (Индия), Нога (Нидерланды), Алар — Эрд.

— Эне (Монголия), Namoi, Morrell (Австралия);

— с высокой стекловидностью (90 — 100%) (Белорусский 76 (Беларусь), Westen dorf Tirol (Австрия), Кагап -18 (Индия), Morrell (Австралия)и др.;

— с высоким содержанием белка в зерне (16,6 — 17,8%) в зерне (25 683 / 73 (Германия), 1218 — 524 (Чехия), Кагал -4 (Индия), Кагап -18 (Индия) и др. В результате скрещивания голозерных сортов (Нога, Condor) с высокопродуктивными пленчатыми (Эльф, Петр) созданы перспективные селекционные линиии с более высокой крупностью семян (на 26,5 — 32,1%), жизнеспособностью (на 11,7 — 21,6%), стекловидностью (на 16,0 — 26,0%) и массой зерна с 1 м" (на 8,5 — 49,6%), чем у стандартного сорта Омский голозерный 1. Это образцы — КМ 75, КМ 76 (Condor х Эльф), КМ 78, КМ 80 (Condor х Петр), КМ 84 (Нога х Эльф), КМ 87 (Эльф х Condor) и другие.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседаниях научно-методического семинара кафедры ботаники Кемеровского государственного университета «Генетико-селекционные и физиологические методы исследований в селекции растений» и на заседании Кемеровского отделения РБО (г. Кемерово, ноябрь 2006 г., октябрь 2007 г.), на II международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых КемГУ (г. Кемерово, апрель 2007 г.), на 10-й генетико-селекционной школе СО РАСХН (г. Новосибирск, апрель 2007), на заседании кафедры ботаники Кемеровского государственного университета (ноябрь 2006, октябрь, ноябрь 2007), на международной научно-практической конференции «Наука и инновации агропромышленного комплекса» (г.Кемерово, октябрь 2007).

Основные положения, выносимые на защиту диссертации: 1. Причинами, ограничивающими расширение посевных площадей и внедрение голозерных сортов ячменя в производство, являются: выбиваемость зародыша (3,5 — 12,0%), трещины плодовой оболочки (1,0 — 3,6%), инфекционная пятнистость зерновки (5 — 45%), сильная восприимчивость к семенной инфекции: Ustilago hordei (Pers.) et Kell. — 6−41%, Helminthosporium sativum P. et B. — 8 — 70%, грибам рода.

Fusarium 11−74%, Alternaria hordei Saw.- 15−35%, недостаточная устойчивость к эдафическому стрессу (засухе, засолению почв), низкая зерновая продуктивность — (62,4% - 91,6% к показателю пленчатых сортов).

2. Выделенные из коллекции мирового генофонда ВИР источники с высокими адаптивными свойствами и высоким качеством зерна послужат базой для реализации программы по селекции голозерного ячменя.

3. Использование в скрещиваниях высокотехнологичных голозерных и пленчатых сортов ячменя позволит создавать качественно новый исходный материал для селекции.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация изложена на 123 страницах компьютерного текста, содержит 19 таблиц, 11 рисунков и 13 приложений. Список используемой литературы включает 142 наименования, в том числе 54 на иностранном языке.

ВЫВОДЫ.

1. Выявлена оптимальная форма зерновки и зародыша, позволяющие уменьшить его выбиваемость при обмолоте и подработке зерна. С оптимальной формой зародыша выделен образец 95 673/73 (Германия) и с оптимальной формой зерновки: Алар — Эрд — Эне (Монголия), Нога (Нидерланды), 1218 -524 (Чехия), S-257 (Мексика);

2. В условиях солевого стресса у голозерных форм ячменя выявлена депрессия по числу (9,8%) и длине (15,8%) зародышевых корней, по длине первых листьев (33,7%), которая приводит к снижению общей массы проростков (на 21,4%) и препятствует адаптивности растений. Генетическими источниками высокой солевыносливости являются (Алар — Эрд — Эне из Монголии, Korona Zaschego из Польши, Morrell из Австралии);

3. Выявлена высокая восприимчивость сортов к семенной инфекции: Ustilago hordei (43 — 92%), Helminthosporium sativum (59−94%), грибы рода Fusarium (38 — 86%), Alternaria hordei (9.

— 95%).

4. В результате проведенного изучения выделены источники технологических свойств голозерного ячменя: с лучшим развитием и интенсивностью работы (> 1,0) зародышевых корней (Алар — Эрд — Эне), 1218 — 524);

— с высокой засухоустойчивостью (Кагап -3, Кагап -18 из Индии, Condor из Канады, S — 257 из Мексики и др.).

— с высокой жизнеспособностью (S — 257, Кагап -3, Алар — ЭрдЭне, Namoi);

— с повышенной (681 -720 г/л) и высокой (> 720 г/л) натурой зерна (Омский голозерный 1, Кагап -3, Нога, Алар — Эрд — Эне, Namoi, Morrell);

— с высокой стекловидностью (90 — 100%) (Белорусский 76, Кагап -18, Morrell и др.);

— с высоким содержанием белка (16,6 — 17,8%) в зерне (25 683 / 73, 1812 — 524, Кагап -4, Кагап -18 и др.).

5. В результате скрещивания голозерных сортов (Нога, Condor) с высокопродуктивными пленчатыми (Эльф, Петр) созданы перспективные образцы с более высокой крупностью зерна (на.

26.5 — 32,1%), жизнеспособностью (на 11,7 — 21,6%), стекловидностью (на 16,0 — 26,0%) и массой зерна с 1 м (на 8,5 —.

49.6%), чем у стандартного сорта Омский голозерный 1. Это образцы — КМ 75, КМ 76 (Condor х Эльф), КМ 78, КМ 80 (Condor х Петр), КМ 84 (Нога х Эльф), КМ 87 (Эльф х Condor) и другие.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ.

1. В селекции голозерного ячменя на повышение продуктивности, биохимических и технологических свойств использовать выделенные в ходе исследований генетические источники: Омский голозерный 1 (К-30 919, Омская обл.), 25 683/73 (К-27 730, Германия), Нога (К-26 926, Нидерланды), 1218/524 (К-27 456, Чехия), АларЭрд-Эне (К — 29 415, Монголия), Кагап-3 (К- 28 957, Индия), Кагап-18 (К- 28 957, Индия), Condor (К — 30 036, Канада), S — 257 (К-28 017, Мексика) и др.

2. Для повышения иммунитета к болезням и продуктивности в систему скрещиваний включать обязательно иммунные и высокопродуктивные сорта пленчатого ячменя.

3. Для выведения новых сортов использовать полученные в результате гибридизации голозерных и пленчатых сортов перспективные образцы с более высокой крупностью семян (на 26,5 — 32,1%), жизнеспособностью (на 11,7 — 21,6%), стекловидностью (на 16,0 л.

26,0%) и массой зерна с 1 м (на 8,5 — 49,6%), чем у стандартного сорта Омский голозерный 1. Это образцы — КМ 75, КМ 76 (Condor х Эльф), КМ 78, КМ 80 (Condor х Петр), КМ 84 (Нога х Эльф), КМ 87 (Эльф х Condor) и другие.