SELECTION THE STARTING MATERIAL FOR BREEDING OF SPRING-PLANTED BARLEY ON THE BASIS OF SHORT-STEMMED PLANTS’ QUALITIES AND ITS LODGING RESISTANCE

Тетянников Н.В.¹, Боме Н.А.²

¹ORCID: 0000-0002-8496-5365, Аспирант,

² ORCID: 0000-0002-5467-6538, Доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

ФГАОУ ВО Тюменский государственный университет

ПОДБОР ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ ПО ПРИЗНАКАМ КОРОТКОСТЕБЕЛЬНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ К ПОЛЕГАНИЮ

Аннотация

Приведены результаты оценки 148 коллекционных образцов ярового ячменя (Hordeum vulgare L.), по ряду хозяйственно-ценных признаков, различного эколого-географического происхождения, полученных из ФГБНУ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И.Вавилова (ВИР). На основании полученных данных выделены образцы ярового ячменя устойчивые к полеганию, имеющие преимущества в сравнении со стандартными сортами и другими образцами по признакам продуктивности в условиях юга Тюменской области. Наибольшую стабильность в меняющихся условиях среды проявил образец  Cosmos (к-21967) по происхождению из Франции.

Ключевые слова: ячмень, коллекция, образец, селекция, полегание.

Tetyannikov N.V.¹, Bome N.A.²

¹ORCID: 0000-0002-8496-5365, Postgraduate student,

² ORCID: 0000-0002-5467-6538, PhD in Agricultural, professor,

Tyumen State University

SELECTION THE STARTING MATERIAL FOR BREEDING OF SPRING-PLANTED BARLEY ON THE BASIS OF SHORT-STEMMED PLANTS’ QUALITIES AND ITS LODGING RESISTANCE

Abstract

It was presented the assessing results of 148 studied collection samples of summer barley (Hordeum vulgare L.) a numbers of economic-valuable features which had different ecological and geographical origin derived from N.I. Vavilov Institute of Plant Genetic Resources (VIR). The samples of resistant to lodging spring barley have been separated on the basis of the received data; these samples have advantages in comparison with the standard sorts and the other samples on grounds of production character under the conditions of the south of Tyumen region. The maximum stability in the dynamic environment was demonstrated by Cosmos sample (k-22967) which was originally from France.

Keywords: barley, collection, sample, breeding, lodging.

По мнению Н.И. Вавилова, успех селекционной работы во многом определяется исходным материалом. Местные формы, приспособленные к конкретным условиям, несомненно, представляют огромную ценность, и являются базой для селекции. Однако, мировые ассортименты, включающие всё биоразнообразие данной культуры, также должны быть всемерно использованы, поскольку такой материал обладает большим потенциалом продуктивности и способен конкурировать с лучшими селекционными сортами [1]. Выделить нужные сорта для конкретных условий среды позволяет объективная оценка растений по комплексу хозяйственно-ценных признаков [2].

Яровой ячмень является одной из основных зерновых культур в Тюменской области. По площадям посева он занимает второе место, уступая лишь яровой пшенице. Зерно ячменя используется в качестве фуража, для приготовления круп, а также для пивоваренной промышленности [3].

Одной из причин, снижающих эффективность получения высоких и стабильных урожаев, является полегание посевов ячменя.

Полегание растений бывает двух типов – прикорневое и стеблевое. Чаще всего оно проявляется при неблагоприятных условиях окружающей  среды. Согласно литературным данным, ячмень полегает при избыточном увлажнении, высоком содержании азота или слишком загущенных посевах. В таких случаях отмечается нарушение процесса ассимиляции и налива зерна, вследствие чего происходит снижение урожая, ухудшение качества зерна, а также увеличиваются потери зерна при механизированной уборке. В ряде стран Западной Европы проблему полегания решили при помощи низкорослых сортов [4, 5].

В настоящее время при поиске устойчивых к полеганию форм большое внимание уделяется высоте растений. При этом установлена тесная корреляция между длиной стебля и устойчивостью к полеганию. По мнению Е.Г. Филиппова и А.В. Алабушева, [6]  в селекции ячменя на устойчивость к полеганию и высокую продуктивность стоит обратить внимание на образцы из группы среднерослых сортов, поскольку среди них с большей вероятностью можно выбрать формы, проявляющие высокую и стабильную урожайность в различных условиях среды. В связи с этим актуальным остаётся создание и подбор устойчивых к полеганию сортов, адаптированных к конкретным условиям среды.

Целью исследования является выделение образцов ярового ячменя устойчивых к полеганию и обладающих высокой и стабильной продуктивностью зерна в условиях юга Тюменской области.

Исследование проводилось в 2015–2016 гг. на кафедре ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры, Института биологии, Тюменского государственного университета. Объектом исследования послужила коллекция ячменя культурного (Hordeum vulgare L.) состоящая из 148 образцов, относящихся к двум подвидам: двурядный – distichon (L.) Koern. и многорядный – vulgare, имеющих различное эколого-географическое происхождение. Основная часть материала получена из мировой коллекции ФГБНУ Всероссийский институт растениеводства  им. Н.И. Вавилова, 6 образцов из НПЦ зернового хозяйства им. А.И. Бараева, а также в качестве стандартов взяты 2 сорта, рекомендованные к выращиванию в Тюменской области (Ача и Абалак).

Экспериментальная часть проведена на экспериментальном участке биостанции «Озеро Кучак», расположенном в Нижнетавдинском районе Тюменской области. Почва участка окультуренная, дерново-подзолистая супесчаная. Полевой эксперимент проходил в соответствии с методическими указаниями ВИР по изучению и сохранению коллекции ячменя [7], описание морфологических признаков и биологических свойств выполнено согласно Международному классификатору рода Hordeum L. [8].

В годы изучения образцов, метеорологические условия складывались по-разному (табл.1). В 2015 году начало вегетационного периода характеризовалось повышенными среднесуточными температурами воздуха по сравнению со средним многолетним значением (на 2,1 °С). Сумма осадков за месяц составила 109% по отношению к норме, однако необходимо отметить крайне неравномерный характер их распределения (более 65% выпало в течение двух суток первой декады месяца). В сложившихся условиях полевая всхожесть семян ячменя в среднем по коллекции составила 67,1%.

Рост и развитие растений в июне проходили в условиях повышенного температурного режима на фоне достаточного обеспечения влагой. В июле среднесуточная температура была ниже нормы на 2,4⁰С и составила 16,4°С. Сумма осадков близка к норме, максимум выпавших осадков приходится на первую декаду месяца – 37.1 мм. Полегание отмечалось в период колошения растений. Август по показателям температурного режима также был прохладным и сопровождался частыми дождями. Максимальное количество осадков выпало в третьей декаде 37,7 мм, всего за месяц – 65,6 мм, что составило 109,4% по отношению к норме.

Таблица 1 – Метеорологические условия вегетационного периода 2015, 2016 гг.

Месяцы	Среднесуточная температура, °С			Сумма осадков, мм
	2015 г.	2016 г.	Средняя многолетняя	2015 г.	2016 г.	Средняя многолетняя
Май	13,4	12,2	11,3	49,3	5,8	45,0
Июнь	20,0	17,2	17,1	85,8	57,7	55,0
Июль	16,4	19,8	18,8	81,1	72,5	89,0
Август	13,1	21,2	15,8	65,6	13,8	60,0

Вегетационный период 2016 г. можно характеризовать как засушливый, в мае отмечалось превышение среднего многолетнего значения температуры на фоне дефицита осадков, что нашло отражение в низкой всхожести семян по коллекции (47,5%). Июнь характеризовался незначительным превышением над многолетним значением температуры воздуха (на 0,1⁰С). Сумма осадков за июнь составила 57,7 мм или 105 % по отношению к норме. Июль по показателям температурного режима превышал среднее значение. Количество выпавших осадков было ниже нормы, максимальное количество 21 и 27 мм, выпало во второй декаде месяца. В этот период, на фоне ливневых дождей сопровождающихся сильными ветрами, в фазу молочной спелости наблюдалось активное полегание растений. Август по показателям температурного режима был жарким. Среднесуточная температура превышала среднемноголетнее значение (на 5,4⁰С). Высокая температура воздуха сопровождалась дефицитом влаги. Сумма осадков за месяц составила 13,8 мм, что составляет 23% к норме.

С целью выявления короткостебельных образцов, согласно международному классификатору, изучаемая коллекция по высоте растений (в фазу молочной спелости) распределялась на 9 групп (рис. 1). В условиях 2015 года, образцы ячменя отнесены к 5 группам. Данный признак варьировал в пределах от 39,9 до 91,5 см (Kuan C.I. 101, к-25760, Германия). Минимальное значение имел образец Rokkaku-yabane (к-10986) из Японии, отнесённый к карликовым растениям. Среднее значение по коллекции - 64,8 см. Самой многочисленной была группа низкорослых растений с высотой от 61-70 см, на её долю пришлось 73 образца (50,4%). В группу с очень низкими растениями вошло 39 образцов, средненизких - 26 образцов. К группе среднерослых растений отнесено 6 образцов (4,1%).  Стандартные сорта Ача и Абалак отнесены к низкорослым растениям 60,7 и 67,2 см, соответственно.

В среднем по изученным образцам высота растений в 2016 г. составила 90,6 см. Минимальное значение отмечено у образца из Украины – 56,2 см (Паллидум 90, к-25932), максимальное - 119,1 см  у образца из США (Algerian x 414 Man (R), к-23357). Размах варьирования признака, а также среднее значение по коллекции в условиях 2016г. оказалось выше, что свидетельствует о подверженности признака влиянию факторов окружающей среды.

Рис. 1 – Распределение образцов ячменя по высоте растений, %

Самой многочисленной является группа среднерослых растений (от 81 до 95 см), на её долю пришлось 46,6%. На долю средневысоких и высокорослых приходится 35,6 и 2,1 % образцов соответственно. Группа средненизких составляет 8,9%, к низкорослым отнесено 6 образцов (4,1%). В группу с очень низкими растениями вошло 4 образца (2,7%). Самой малочисленной является группа с высокорослыми растениями (от 111 до 125 см) в неё вошло 3 образца. Стандарты имели высоту растений равную: Ача – 82,3 см., Абалак – 87,9 см.

Распределение образцов по устойчивости к полеганию (в баллах) в 2015 г. показало, что, несмотря на высокую увлажненность в данный период, большинство изученных образцов имели очень высокую устойчивость. Максимальную оценку – 9 баллов получили 84,2% (123 шт.), то есть признаков полегания не отмечено. Низкой степенью устойчивости характеризовался лишь один образец (к-30398, PFC-8275 Landrase) по происхождению из Бразилии, Пассо-Фундо. Растений  получивших 5 баллов – 5 (3,5%); 7 баллов – 17 образцов (11,7%). Образцов с очень низкой степенью устойчивости не выявлено. Между высотой растений и устойчивостью к полеганию в условиях отмечена слабая прямая взаимосвязь r = 0,31. Стандартные сорта имели очень высокую степень устойчивости к полеганию.

В 2016 г. полегание отмечалось в фазу колошения, однако активное проявление признака наблюдалось в период налива зерна. Лишь 36,3% (53 шт.) изученных образцов получили 9 баллов. В группу с низкой степенью устойчивости вошло 43 образца (29,5%). Очень низкой устойчивостью (растения лежали на земле или на других растениях) характеризовались 20 образцов, что составило 13,7%. Число образцов, получивших 5 баллов составило 18 (12,3%); 7 баллов – 12 (8,2%). Между высотой растений и полеганием отмечалась обратная корреляция (r = - 0,48). Стандартные сорта Ача и Абалак  характеризовались высокой устойчивостью к полеганию.

При изучении образцов ячменя наряду с устойчивостью к полеганию и высотой растений учитывали и другие селекционно-ценные признаки, определяющие  продуктивность образцов. Одним из них является такой показатель как число продуктивных стеблей с единицы площади. Как известно, число общих и продуктивных стеблей зависит как от генотипических особенностей сортов, так и от факторов внешней среды. В нашем исследовании максимальным значением в 2015 г. характеризовались несколько образцов: C. I. 11086 (к-30666, Перу) - 506 шт./ м²; Cosmos (к-21967, Франция) - 508 шт./ м^2.; Galina (к-22728, Германия) – 370 шт./ м^2.; Haarer Isdania (r-25746, Германия) – 434 шт./ м^2. (табл. 2). Эти образцы относились к низкорослым, средненизким и среднерослым растениям, имели высокую устойчивость к полеганию и показали высокую урожайность в сравнении со стандартами. В среднем по коллекции число продуктивных стеблей составило 242,9 шт./м².

Количество продуктивных стеблей  2016 г. в среднем равнялось 400,4 шт./ м², у стандартных сортов - 679,1 и 568,4  шт./ м². Максимальное число продуктивных стеблей имели: сорт Кедр (к-28119) - 718 шт./ м²; М-702/70 (к-22199), Чехословакия - 652 шт./ м²; H/2666 Hansen 462 (к-22307) Германия - 596 шт./ м²; Cosmos (к-21967, Франция) - 547 шт./ м²; Rehmii K-15(к-24922, Франция) - 568 шт./ м², C. I. 11086 (к-30666, Перу) - 558 шт.

На основании полученных данных нами выделены образцы, проявившие высокую устойчивость к полеганию наряду с признаками продуктивности: Cosmos (к-21967), Франция, два образца из Германии Haarer Isdania (к-25746), Galina (к-22728), C. I. 11086 (к-30666), Перу (табл. 2). По продолжительности вегетационного периода выделенные формы относятся к группе среднеспелых (69-74 суток).

Таблица 2 – Результаты изучения некоторых образцов ячменя по комплексу селекционно-ценных признаков

№ кат. ВИР	Образец, происхождение, разновидность	Высота растений, см		Уст-сть к полеганию, балл		Число прод-ных стеблей шт/м2		Урожайность г/ м2		Масса 1000 зёрен, г
		2015	2016	2015	2016	2015	2016	2015	2016	2015	2016
30666	C. I. 11086, Перу var. pyramidatum	73,2	75,1	9	5	506	558	146,1	182,6	41,8	36,3
21967	Cosmos, Франция var. nutans	70,0	88,6	9	7	508	547	235,3	334,7	41,3	39,8
25746	Haarer Isdania, Германия var. nutans	75,6	109,6	9	7	434	308	254,0	164,6	39,8	32,2
22728	Galina, Германия var. nutans	73,2	101,7	9	9	370	461	247,8	301,1	42,9	39,2
St1	Ача, Росиия var. nutans	60,7	82,3	9	9	379,1	679,1	154,8	395,6	39,2	40,8
St2	Абалак, Россия var. nutans	67,2	87,9	9	7	335,8	568,4	137,3	335,5	40,6	42,1

Таким образом, выявлены различия среди коллекционных образцов по проявлению хозяйственно-ценных признаков, их изменчивость свидетельствует о неодинаковой адаптивной способности растительных форм к меняющимся условиям среды.

Выделены источники ярового ячменя, имеющие преимущества в сравнении со стандартными сортами и другими образцами по признакам продуктивности и устойчивостью к полеганию.  Наибольшую стабильность в меняющихся условиях среды проявил образец  Cosmos (к-21967), Франция.

Список литературы / References

1. Вавилов Н.И. Избранные сочинения. Генетика и селекция / Н.И. Вавилов; под ред. О.В. Лапшиной. - М.: Колос, 1966. – 559 с.
2. Боме А.Я. Некоторые проблемы подбора сортов зерновых культур для экстремальных условий сельскохозяйственной зоны Тюменской области / А.Я. Боме, Н.А. Боме // Современные наукоёмкие технологии, №2. -2007. – С. 60-61.
3. Логинов Ю.П. Стабильность формирования хозяйственных признаков у селекционных линий ячменя в северной лесостепи Тюменской области / Ю.П. Логинов, Н.А. Сурин, Л.И. Якубышина // Агропродовольственная политика России, №10(22). – 2014. – С. 41-45.
4. Машкевич Н.И. Растениеводство. Учебник для вузов. /Н.И. Машкевич - изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1974. – 455 с.
5. Подгорный П.И. Растениеводство. / П.И. Подгорный - изд. 2-е, переработанное - М.: Сельхозиздат, 1969. – 480 с.
6. Филиппов Е.Г. Селекция ярового ячменя/ Филиппов Е.Г. Алабушев А.В.// Монография – Ростов н/Д: ЗАО Книга, 2014. – 208 с.
7. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса – изд. 4-е, дополненное и переработанное / под ред. И.Г. Лоскутова. М.: ГНУ ВИР Россельхозакадемии, 2012. -  63 с.
8. Международный классификатор СЭВ рода Hordeum L. –Ленинград: ВИР, 1983. - 52с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Vavilov N.I. Izbrannye sochinenija. Genetika i selekcija [Elect works. Genetics and selection] / N.I. Vavilov; pod red. O.V. Lapshinoj. - M.: Kolos, 1966. – 559 p. [In Russian]
2. Bome A.Ja. Nekotorye problemy podbora sortov zernovyh kul'tur dlja jekstremal'nyh uslovij sel'skohozjajstvennoj zony Tjumenskoj oblasti [Some problems of selection of varieties of cereals for the extreme conditions of the agricultural area of the Tyumen region] / A.Ja. Bome, N.A. Bome // Sovremennye naukojomkie tehnologii, №2. -2007. – P. 60-61. [In Russian]
3. Loginov Ju.P. Stabil'nost' formirovanija hozjajstvennyh priznakov u selekcionnyh linij jachmenja v severnoj lesostepi Tjumenskoj oblasti [Stability of formation of economic signs of breeding lines of barley in the northern forest-steppe of the Tyumen region] / Ju.P. Loginov, N.A. Surin, L.I. Jakubyshina // Agroprodovol'stvennaja politika Rossii, №10(22). – 2014. – P. 41-45. [In Russian]
4. Mashkevich N.I. Rastenievodstvo. Uchebnik dlja vuzov. [Plant growing. manual for higher education institute] /N.I. Mashkevich - 2-nd edition, pererab. i dop. - M.: Vyssh. shkola, 1974. – 455 p.
5. Podgornyj P.I. Rastenievodstvo. [Plant growing] / P.I. Podgornyj - 2-nd edition pererabotannoe. - M.: Sel'hozizdat, 1969. – 480 p. [In Russian]
6. Filippov E.G. Selekcija jarovogo jachmenja [Breeding of spring barley] / Filippov E.G. Alabushev A.V.// Monografija – Rostov n/D: ZAO Kniga, 2014. – 208 p. [In Russian]
7. Metodicheskie ukazanija po izucheniju i sohraneniju mirovoj kollekcii jachmenja i ovsa [Methodological guidelines for the study and conservation of the world collection of barley and oats] - 4-th edition, dopolnennoe i pererabotannoe / pod red. I.G. Loskutova. M.: GNU VIR Rossel'hozakademii, 2012. -  63 p. [In Russian]
8. Mezhdunarodnyj klassifikator SJeV roda Hordeum L. [International Classifier of the genus Hordeum L.] –Leningrad: VIR, 1983. – 52p. [In Russian]