Adaptive Varieties of Omsk Breeding Spring Barley

Full Text

Введение

В последние десятилетия наблюдается заметное изменение климата (недостаток либо избыток влаги, экстремальные температуры, воздействие засухи и суховеев, возвратные заморозки), что в первую очередь ощущается в производстве продукции сельского хозяйства. Данные аспекты ставят задачу создания новых адаптивных сортов, устойчивых к резко континентальному климату региона с высокой засухоустойчивостью, продуктивностью для получения урожая при минимальных трудовых и материальных затратах [3].

Ячмень является ведущей зернофуражной культурой и занимает второе место по посевным площадям и валовому сбору зерна после озимой пшеницы. Благодаря своей высокой биологической пластичности эта культура возделывается во всех почвенно-климатических зонах [16].

Наиболее важными компонентами зерна ячменя являются белок и крахмал. По питательной ценности зерно ячменя превосходит пшеницу и кукурузу благодаря сбалансированному аминокислотному составу белка [15]. По биологическим особенностям ячмень довольно требователен к уровню минерального питания, что позволяет получать стабильные урожаи зерна ячменя [6].

Для удовлетворения потребностей населения в продуктах питания, прежде всего, необходимо создание качественных адаптивных сортов ячменя [8]. Именно сорт является наиболее доступным способом получения достаточного количества высококачественной продукции [12; 13], так как отвечает современным требованиям предприятий АПК [10]. Для его создания необходимо включать в программу гибридизации генотипы, сочетающие высокий потенциал продуктивности с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам окружающей среды [1; 17].

Цель исследований – дать оценку сортов ярового ячменя, селекции Омского аграрного научного центра, по адаптивности, урожайности и качеству зерна.

Материалы и методы исследований

Представлены данные исследований питомника конкурсного сортоиспытания с 2021 по 2023 гг., проведен анализ биохимического состава зерна: содержание азота в зерне определяли по Кьельдалю на анализаторе белка UDK 129 в комплекте; коэффициент пересчета азота на белок для зерна ячменя – 5,7. Содержание сырого жира – на приборе SER 148/6 (метод Сокслета) по разности обезжиренного и не обезжиренного остатка. Содержание крахмала в зерне – поляриметрическим методом (Плешков Б.В. Практикум по биохимии растений. М.: «Колос». 1985. 256 с.).

Проведен расчет параметров адаптивности по коэффициенту регрессии, который определяет пластичность сорта (bi) и степени стабильности (Eberhart S.A., Russell W.A. Stability parameters for comparing Varieties. Crop. sci. 1966. Vol. 6. № 1. pp. 36–40.).

Статистическая обработка данных включала определение среднего значения показателя ( х ), коэффициента вариации признака (CV), индекса условий окружающей среды (Ij) (Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Москва: Альянс, 2011. 350 с.).

Объект исследований – сорт ячменя Омской селекции Сибирский авангард, Саша, Подарок Сибири, Омский 90, Омский 96 и линия Рикотензе 4885. Стандартом выступал сорт Омский 99 – среднеспелый, устойчив к засухе, полеганию, слабовосприимчив к черной, каменной и пыльной головне. Обладает высокой потенциальной продуктивностью и качеством зерна.

Почва опытных участков – чернозем обыкновенный. По обеспеченности растений основными элементами питания в слое почвы 0…50 см, согласно градации А.Е. Кочергина, содержание нитратного азота низкое (5,5 мг/кг). Обеспеченность Р2О5 и K2О (по Чирикову) очень высокая и в среднем 241 мг/кг и 323,0 мг/кг почвы соответственно. Содержание гумуса (по Тюрину) варьировало от 5,80 до 7,60 % (Аринушкина В.А. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.).

Основная обработка почвы заключалась в послеуборочном лущении стерни и зяблевой вспашке. Обработку зяби выполняли путем закрытия влаги боронованием и последующей культивации (глубина 6…8 см).

Климатические условия периода исследований характеризовались как засушливые в 2020 и 2021 гг. (ГТК=0,58 и 0,77) и недостаток увлажнения отмечен в 2022 г. (ГТК = 1,00).

Результаты и их обсуждение

Основным компонентом зерна, указывающим на его питательность, является массовая доля белка [18], который содержит все незаменимые аминокислоты, включая лизин и триптофан [5]. В наших исследованиях в среднем по питомнику максимальная массовая доля белка в зерне (14,88 %) сформировалась в 2021 г. при высоком положительном индексе условий окружающей среды (Ij = 1,11); минимальная – в 2022 г. (12,39 %; Ij = -1,38)(табл. 1). Белковость зерна стандарта, в среднем за период исследований, составила 12,6 % (Lim. = 11,36…13,35 %). Достоверное превышение данного показателя качества отмечено у сортов Сибирский авангард, Саша, Подарок Сибири, Омский 90 и Омский 96 (+1,40…2,01 % к st.) (рис.).

Основная масса зерна ячменя приходится на крахмал (от 55 до 70%) и изменяется при прорастании семян [2]. Высокая скорость ферментации данного компонента зерна обеспечивает синхронное высвобождение энергии, что улучшает усвоение организмом питательных веществ. Наиболее благоприятные условия для формирования повышенного содержания в зерне крахмала сложились в 2022 г. (58,04 %; Ij = 3,65), наименее благоприятные – в 2021 г. (52,37 %; Ij = -2,02). Стандартный сорт Омский 99 характеризовался значением данного показателя на уровне 55,01 % (Lim. = 11,36…13,35 %) в среднем за период исследований. Среди исследуемых образцов лишь сорт Омский 96 и линия Рикотензе 4885 превышали стандарт по данному показателю на 1,9 %.

Ячмень является источником ценного по химическому составу пищевого масла, в состав которого входят полиненасыщенные жирные кислоты, которые играют важную роль в поддержании здоровья человека [14]. Повышенная масличность зерна, в среднем по питомнику, сформировалась в условиях периода вегетации 2023 г. (2,05 %; Ij = 0,24); пониженная – в 2021 г. (1,58 %; Ij = -0,23). Массовая доля сырого жира в зерне стандарта отмечена на уровне 1,56 % (Lim. = 1,25…1,90 %). Повышенной масличностью характеризовались сорта Сибирский Авангард и Саша (прибавка на 0,4 и 0,5 % к st.); на уровне стандарта – сорта Подарок Сибири, Омский 90, Омский 96 и линия Рикотензе 4885.

Урожайность складывается из отдельных элементов, определяется степенью их развития [4] и существенно зависит от уровня минерального питания и погодных факторов [7]. Повышенная урожайность зерна сформировалась в 2023 г. (4,19 т/га; Ij = 0,63), пониженная – в 2021 г. (2,76 т/га; Ij = -0,79), в среднем по питомнику. Урожайность стандарта составила 3,73 т/га (Lim. = 2,80…4,49 % т/га). Среди исследуемого материала не выявлено сортов, превышающих стандарт по данному показателю качества. На уровне стандарта – сорта Сибирский Авангард, Саша и Омский 96.

Вновь создаваемые сорта должны характеризоваться не только повышенными показателями качества зерна и продуктивности, но также должны обладать адаптивностью к изменяющимся условиям окружающей среды [11].

Таблица 1. Характеристика сортов ячменя по урожайности и качеству зерна

 

Сорт	Массовая доля белка, %			Массовая доля крахмала, %			Массовая доля сырого жира, %			Урожайность, т/га
	2021 г.	2022 г.	2023 г.	2021 г.	2022 г.	2023 г.	2021 г.	2022 г.	2023 г.	2021 г.	2022 г.	2023 г.
Омский 99, st.	13,55	11,36	12,90	50,10	62,50	52,50	1,22	1,55	1,90	2,80	4,49	3,90
Сибирский авангард	15,83	12,63	13,90	49,10	56,65	54,10	1,73	2,05	2,10	2,58	3,84	4,62
Саша	15,96	13,32	14,60	54,00	56,30	50,60	1,43	2,00	2,70	3,00	3,60	4,68
Подарок Сибири	15,59	13,14	14,50	52,60	55,95	52,90	1,63	2,00	1,50	2,97	3,12	4,37
Омский 90	14,43	13,05	14,50	48,50	55,10	50,00	1,76	1,50	1,80	2,45	3,42	4,00
Омский 96	15,52	12,12	14,40	56,95	60,00	53,80	1,92	1,85	2,60	2,58	4,00	4,27
Рикотензе 4885	13,31	11,12	13,50	55,35	59,80	55,50	1,42	1,75	1,8 0	3,00	3,50	3,50
x̅	14,88	12,39	14,04	52,37	58,04	52,75	1,58	1,81	2,05	2,76	3,71	4,19
max	15,96	13,31	14,61	56,95	62,5	55,50	1,92	2,05	2,71	3,00	4,49	4,68
min	13,31	11,11	12,92	48,50	55,1	50,00	1,22	1,50	1,50	2,45	3,12	3,50
CV, %	7,46	7,11	4,53	6,20	4,70	3,70	15,22	12,29	21,74	8,35	12,04	10,02
Ij	1,11	-1,38	0,27	-2,02	3,65	-1,64	-0,23	0,01	0,24	-0,79	0,15	0,63
Примечание: x̅ – среднее значение показателя, CV – коэффициент вариации, Ij – индекс условий окружающей среды

Рисунок 1. Характеристика сортов ячменя по урожайности и качеству зерна по отношению к стандарту, ± st.

Отмечается, что сорта и гибриды интенсивной группы, несмотря на высокий потенциал продуктивности, слабо защищены от действия абио- и биофакторов. Данную проблему может решить селекция пластичных сортов. Высокую эффективность в этом случае имеет отбор пластичных линий [9].

Анализ коэффициентов регрессии (bi) (табл. 2) позволил все исследуемые сорта по основным показателям качества зерна и продуктивности разделить на три группы:

1. bi>1: стандарт Омский 99 (массовая доля крахмала и сырого жира), Сибирский авангард (урожайность и массовая доля белка), Саша (урожайность и массовая доля сырого жира), Омский 90 (урожайность и массовая доля крахмала), Омский 96 (урожайность, массовая доля белка и сырого жира). Перечисленные сорта относятся к интенсивному типу.

2. bi от 0,96 до 1,06: Сибирский авангард (массовая доля крахмала), Саша и Рикотензе 4885 (массовая доля белка). Сорта данной группы характеризуются полным соответствием показателей качества изменению условий выращивания.
3. bi<1: стандарт Омский 99 (массовая доля белка и урожайность), Сибирский авангард (массовая доля сырого жира), Саша (массовая доля белка), Подарок Сибири (массовая доля белка, крахмала, сырого жира и урожайность), Омский 90 (массовая доля белка и сырого жира), Омский 96 (массовая доля крахмала), Рикотензе 4885 (массовая доля крахмала, сырого жира и урожайность).

 

Таблица 2. Характеристика сортов ячменя по показателям адаптивности

Сорт	Массовая доля белка		Массовая доля крахмала		Массовая доля сырого жира		Урожайность
	bi		bi		bi		bi
Омский 99, ст.	0,89	0,01	2,06	1,24	1,40	0,01	0,91	0,60
Сибирский авангард	1,21	0,49	0,97	10,54	0,80	0,01	1,42	0,01
Саша	1,02	0,13	0,70	6,92	2,73	0,01	1,11	0,17
Подарок Сибири	0,96	0,05	0,58	0,01	-0,30	0,12	0,87	0,39
Омский 90	0,60	0,18	1,08	0,60	0,10	0,05	1,08	0,01
Омский 96	1,37	0,01	0,81	6,00	1,47	0,11	1,23	0,06
Рикотензе 4885	0,96	0,56	0,80	0,01	0,80	0,01	0,38	0,02
Примечание: bi – коэффициент регрессии,   (${\sigma }_d^2$)    – степень стабильности

 

Перечисленные сорта и линия относятся к экстенсивному типу.

Дополнительный параметр изменчивости – это степень стабильности ${\sigma }_d^2$. При условии пониженных значений данного показателя наблюдается более высокая устойчивость исследуемого признака. Согласно полученным данным, все исследуемые образцы являются стабильными по урожайности, по массовой доле белка и сырого жира. Также сорта Подарок Сибири, Омский 90 и линия Рикотензе 4885 – стабильны по массовой доле крахмала, при ${\sigma }_d^2$<1.

Высокой отзывчивостью на улучшение условий среды и высокой стабильностью (при bi>1 и ${\sigma }_d^2$<1) обладали стандартные сорта Сибирский авангард (массовая доля сырого жира и урожайность), Саша (массовая доля Сырого жира и урожайность), Омский 90 (массовая доля крахмала и урожайность), Омский 96 (массовая доля белка, сырого жира и урожайность).

Выводы

Таким образом, для условий резко континентального климата Западной Сибири рекомендуются следующие адаптивные сорта ярового ячменя:

• Стандартный сорт Омский 99: стабилен (${\sigma }_d^2$<1) по массовой доле белка, сырого жира и по урожайности.
• Сибирский авангард: характеризуется повышенной массовой долей белка в зерне (+1,5 % к ) и урожайностью на уровне стандарта (3,73 т/га), сорт пластичен и стабилен (bi>1 и  ${\sigma }_d^2$<1) по данным признакам. Также отмечена стабильно ( ${\sigma }_d^2$<1) повышенная масличность зерна (+0,4 % к st.).
• Саша: характеризуется повышенной массовой долей в зерне белка (+2,0 % к st.) и сырого жира (+0,41 %к st.), урожайность на уровне стандарта (3,68 т/га). Сорт пластичен и стабилен (bi>1 и ${\sigma }_d^2$<1) по урожайности и массовой доле белка, стабилен (<1) по масличности.

• Подарок Сибири: характеризуется стабильно (${\sigma }_d^2$<1) высокой массовой долей белка в зерне (+1,79 % к ), также стабилен по урожайности, массовой доле сырого жира и крахмала.

• Омский 90: характеризуется стабильно (${\sigma }_d^2$<1) высокой массовой долей белка в зерне (+1,38 % к ).
• Омский 96: характеризуется высокой массовой долей в зерне белка (+1,41 % к st.) и сырого жира (+0,58 % к st.); сорт пластичен и стабилен (bi>1 и ${\sigma }_d^2$<1) по данным показателям.
• Рикотензе 4885: характеризуется стабильно (${\sigma }_d^2$<1) высокой массовой долей крахмала в зерне (+1,87 % к st.).

Финансирование. Исследование проведено в рамках выполнения работ по тематике № FNUN-20220026 «Создание новых сортов пшеницы (озимой, яровой мягкой и твердой), зернобобовых (горох и соя), зернофуражных (ячмень, овес) культур и многолетних трав (люцерна, кострец безостый) с улучшенными показателями продуктивности и качества, повышенной устойчивостью к болезням, к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам среды.

Авторский вклад. Автор настоящего исследования принимал непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования, ознакомился и одобрил представленный окончательный вариант.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Author contribution. Author of this research paper have directly participated in the planning, execution and analysis of this study. Author of this paper have read and approved the final version submitted.

Conflict of interest. Author declare no conflict of interest.

About the authors

Petr N. Nikolaev

Omsk Agricultural Research Center

Author for correspondence.
Email: nikolaev@anc55.ru
ORCID iD: 0000-0002-5192-2967

Cand. Sci. (Agr.), Leader Researcher, Head of Laboratory of grain crops breeding

Russian Federation, Prosp. named after Korolev S.P., 26, Omsk city

Oksana A. Yusova

Omsk Agricultural Research Center

Email: 55asc@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-3679-8985

Cand. Sci. (Agr.), Leader Researcher, Head of Laboratory of Plant Biochemistry and Physiology

Russian Federation, Prosp. named after Korolev S.P., 26, Omsk city

References

Supplementary files