Russian Federation
Russian Federation
UDK 631.52 Улучшение растений. Прикладная генетика. Селекция и т. д.
Spring barley is widely cultivated in the Republic of Tatarstan for grain feed and food purposes. Interest in expanding the assortment of this crop is due to the wide range of soil and climatic conditions of the region, which requires a set of highly productive plastic varieties capable of producing stable yields. This paper presents the results of two years of research to assess the productive potential of new varieties of spring barley sold in the Predkamsk zone of the Republic of Tatarstan, and their resistance to root rot. The years of research were characterized by instability of hydrothermal conditions during growing seasons. Genetically and ecologically diverse varieties of Tatarstan, Moscow, Samara selection and the Republic of Belarus were taken for study. It was revealed that the degree of development of helminthosporium infection on spring barley plants is influenced by both year conditions and varietal characteristics. The Cornet resistant and Tevkech varieties showed the least susceptibility to pathogenic infection. On other varieties, the development of root rot exceeded the standard variety by 1.5-2 times. On average, over two years in the Predkamsk zone of Tatarstan, two-row barley Cornet persistent and multi-row barley Tevkech showed consistently high yields, exceeding the standard for grain yield by 21...24%. In 2023, the Kamashevsky, Rafael and Soratnik varieties were also significantly more productive. In terms of the weight of 1000 grains, most varieties exceeded the level of 50 g; the multi-row barley Tevkech (31–35 g) was distinguished by its fine grain, and the grain of the Finist variety (43–45 g) can be classified as medium-sized. Varieties Rafael and Finist showed minimal variability in the 1000 grain weight trait over the years.
spring barley, root rot, adaptive potential, 1000 grain weight
Введение. Яровой ячмень – одна из широко возделываемых зернофуражных и продовольственных культур в Республике Татарстан. Многоплановое использование ячменя, комплекс биологических особенностей, связанных со скороспелостью и экологической устойчивостью, делают его привлекательным для возделывания во всех природно-климатических зонах республики [1]. Им ежегодно засевается более 30% зернового клина, а средняя урожайность варьирует от 3,2 до 3,8 т/га и выше. Интенсивное животноводство делает актуальной задачу увеличения валовых сборов зерна этой ценной кормовой культуры. Наряду с агротехническими методами в решении этой проблемы приоритетную роль отводят внедрению технологически отзывчивых и экологически пластичных сортов, способных формировать стабильно высокие урожаи [2]
Сельскохозяйственные угодья региона имеют большую протяженность с запада на восток и занимают переходную зону от лесостепи к степной зоне восточно-европейской части Русской равнины [3]. Поэтому, культивируемые растения в регионе подвержены влиянию широкого спектра стрессовых факторов, неблагоприятное воздействие которых препятствует реализации потенциала урожайности возделываемых сортов [4, 5]. В связи с этим, создание и подбор регионально адаптированных сортов, соответствующих требованиям современного земледелия, является экономически выгодным и экологически безопасным направлением в интенсификации процессов производства зерна любой сельскохозяйственной культуры [6, 7].
В селекции растений наряду с оценкой потенциальной урожайности генотипов чрезвычайно важно знать закономерности роста и развития растений, а также характера взаимосвязей между наиболее важными структурными элементами, имеющими влияние на величину урожайности и качество урожая. [8] Использование этих закономерностей в селекции делает ее более целенаправленной и результативной [9, 10].
В связи с этим целью проведенных исследований было оценить продуктивный потенциал и качество зерна новых сортов ярового ячменя, включенных в Государственный реестр селекционных достижений по Средневолжскому региону Российской Федерации, и особенности формирования элементов структуры растений, определяющих величину урожайности сортов.
Условия, материалы и методы. Полевые исследования проводились в 2022–2023 гг. на экспериментальном поле ООО «Агробиотехнопарк» при Казанском Государственном аграрном университете, вблизи села Нармонка Лаишевского муниципального района Республики Татарстан. Почва опытного участка – серая лесная, среднесуглинистая. Содержание гумуса по И.В. Тюрину – 4,4% (ГОСТ 26213-84), подвижного фосфора – 377 мг/ кг почвы и обменного калия – 124 мг/кг почвы А.Т. Кирсанову (ГОСТ 26207-84), рН пахотного горизонта – 6,3 (ГОСТ 26212–84). Предшественники – озимая рожь, озимая пшеница.
Опыт закладывался по методике государственного испытания в трехкратной повторности. С осени, после уборки предшественника почва обрабатывалась отвальным плугом ПН-4-35, весной после закрытия влаги – предпосевная культивация КПИР – 3,6 на глубину 4-5 см. Посев выполнен деляночной сеялкой Wintersteiger с нормой высева – 6 млн. всхожих семян. Экспериментальные данные обработаны статистическими методами – по Доспехову [11]. Перед посевом вносили нитроаммофоску в количестве 200 кг в физическом весе. Посев произведен не протравленными семенами, урожая 2022 года. В процессе вегетации мероприятий по защите растений от вредителей, болезней и сорняков не проводили.
Изучение динамики распространения корневых гнилей, роста и развития растений, структурный анализ выполнены в соответствии с методикой Государственного сортоиспытания (1989)
Степень развития корневых гнилей оценивалась по по бальной шкале ВИЗР [12] на 10 растениях проводилась по основным фазам развития: всходы, выходу в трубку, колошение. Климатические условия вегетационного периода растений Вегетационный период 2022 года отличался дефицитом осадков в период активного роста растений ячменя. В августе отмечались повышенные температуры – до 22,5°С и отсутствие осадков. Гидротермические условия вегетации этого года для ячменя можно считать умеренными.
Среднесуточная температура в период вегетации в 2023 превосходила многолетний уровень на 4°С в период кущения и начале молочной спелости, и на 2-3°С в период налива зерна. Дефицит атмосферных осадков отмечался на протяжении продолжительного времени начиная с первой декады июня вплоть до созревания урожая и составил в среднем относительно многолетней нормы около 30%. В отдельные периоды развития растений (кущение – молочная спелость и в середине восковой спелости) осадков не выпадало.
Объектом изучения были сорта ярового ячменя разных селекционных учреждений, допущенные к возделыванию в 7 регионе (табл. 1).
Таблица 1. Происхождение и краткая характеристика сортов ярового ячменя, взятых для изучения [13].
|
Сорт |
Учреждение оригинатор |
Год включения в Государственный реестр |
Краткая характеристика сорта (по данным ФГБУ «Госсорткомиссия») |
|
Финист – стандарт |
ФГБУН Самарский, Федеральный исследовательский центр РАН |
2021 |
среднеранний, двурядный, зернофуражный, var. submedicum |
|
Камашевский |
ФИЦ «Казанский НЦ» РАН |
2017 |
среднеспелый, двурядный, зернофуражный, var. nutans |
|
Эндан |
2021 |
среднеспелый, двурядный, зерно-фуражный, var. submedicum |
|
|
Тевкеч |
2022 |
среднеспелый, многорядный, универсальный, var. rikotensе |
|
|
Рафаэль |
ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Немчиновка» |
2022 |
среднеспелый, двурядный, зернофуражный, ssp. nutans |
|
Соратник |
ООО «Агрокомплекс «Курган семена» |
2022 |
среднеранний, двурядный, зернофуражный, var. nutans |
|
Корнет стойкий |
РУП НПЦ НАН Беларуси по земледелию |
2022 |
среднеспелый, двурядный, зернофуражный, var. deficiens |
Результаты и обсуждение. В числе наиболее вредоносных заболеваний зерновых культур – корневые гнили, поражающие растения комплексом патогенных грибов Fusarium graminearum Schwabe и Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. Нарушение агротехники, структуры севооборотов становятся одной из причин прогрессирования вредоносности возбудителей корневых гнилей, в следствие чего теряется значительная часть урожая. В числе эффективных приемов снижения пораженности растений патогенами, наряду с агротехническими методами могут быть толерантные сорта [14, 15]. Поэтому, контроль восприимчивости сортов чрезвычайно информативен, как при оценке их селекционной ценности в качестве источников устойчивости к патогенной инфекции, так и при подборе сортов для внедрения в производство.
Наблюдения показали, что в годы изучения степень развития гельминтоспориозной инфекции на сортах ярового ячменя не превысила порога вредоносности (15%) (табл.2). Следует отметить, однако, что в условиях 2022 года инфекция на растениях проявилась уже в начале вегетации и в среднем по опыту развитие болезни в том году превышало уровень 2023 года.
Таблица 2 Развитие корневых гнилей в процессе вегетации на сортах ярового ячменя
|
Сорт |
Развитие корневых гнилей,% |
Среднее, по сорту |
|||||
|
всходы |
трубкование |
колошение |
|||||
|
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
||
|
Финист |
0 |
0 |
0,66 |
3,66 |
1,33 |
2,00 |
1,28 |
|
Камаш |
1,33 |
0 |
5,00 |
2,67 |
3,66 |
2,33 |
2,50 |
|
Эндан |
2,67 |
0 |
3,33 |
2,67 |
2,67 |
0,33 |
1,94 |
|
Тевкеч |
1,67 |
0,33 |
2,00 |
4,00 |
1,67 |
1,33 |
1,83 |
|
Рафаэль |
0,33 |
0,33 |
3,66 |
1,00 |
3,00 |
0,66 |
1,50 |
|
Соратник |
1,00 |
0 |
7,67 |
0 |
4,33 |
0 |
2,17 |
|
Корнет стойкий |
0,33 |
0,33 |
2,00 |
2,33 |
0,33 |
0 |
0,89 |
|
Среднее по опыту |
1,04 |
0,99 |
3,47 |
2,33 |
2,42 |
0,95 |
|
В разрезе сортов наиболее восприимчивыми к корневым гнилям оказались Камашевский и Соратник. Пораженность растений корневыми гнилями на этих сортах превысила в 1,5…2 раза стандартный сорт Финист. Эта закономерность была обнаружена нами и в исследованиях за 2020-2021 годы, что указывает на большую восприимчивость этих сортов [16]. В числе наименее восприимчивых можно назвать сорта Корнет стойкий селекции НПЦ НАН Беларуси по земледелию и сорт Финист – селекции Самарского ФИЦ РАН.
По величине урожайности зерна в 2022 году достоверно превзошел урожайность стандартного сорта Финист лишь многорядный сорт Тевкеч (табл. 3).
Таблица 3 Средняя урожайность сортов ярового ячменя за годы испытаний
|
Сорт |
Урожайность зерна за годы, т/га |
Прибавка к st в ср за 2 года,% |
||
|
2022 |
2023 |
Ср. за 2 года |
||
|
Финист - st |
4,51 |
4,05 |
4,28 |
– |
|
Камашевский |
5,00 |
4,64* |
4,82 |
12,6 |
|
Эндан |
3,45 |
4,69* |
4,07 |
–5,0 |
|
Тевкеч |
5,17* |
5,43*** |
5,30 |
23,8 |
|
Рафаэль |
4,41 |
5,25*** |
4,83 |
12,8 |
|
Соратник |
4,31 |
5,03** |
4,67 |
9,1 |
|
Корнет стойкий |
4,93 |
5,44*** |
5,18 |
21,0 |
|
НСР0,05 |
0,51 |
0,35 |
|
|
*– кратность превышения прибавки урожайности к стандарту над уровнем НСР0,05.
Анализ структуры урожая показал, что сорт Тевкеч обладает способностью интенсивно синтезировать органическую наземную массу, особенно в межфазный период кущение – выход в трубку, формировать крупный, более плотный озерненный колос (табл.4). По озерненности колоса все сорта уступили ему на 27…60%. Эту разницу не позволила им компенсировать в урожае даже существенное преимущество по массе 1000 зерен.
В условиях 2023 года стандартный сорт Финист оказался наименее урожайным, все испытываемые сорта достоверно превзошли его по урожайности зерна. Стандартный сорт отставал по темпам накопления массы растений по всем фазам развития и как следствие этого сформировался мелкий малопродуктивный колос. Наиболее урожайным в 2023 году и в среднем за 2 года испытания оказались двурядный сорт Корнет стойкий и многорядный – Тевкеч. Превышение урожайности зерна стандарта этими сортами составило 21,0 и 23,8 %. Московский сорт Рафаэль превысил урожайность стандарта в среднем за 2 года на 12,8%, местный сорт Камашевский – на 12,6, а сорт из Кургана Соратник – на 9,1 %. Сорт Эндан из Татарстана по всем параметрам продуктивности превосходил лучший по урожайности 2023 года сорт Корнет стойкий, но уступил ему и всем остальным сортам по числу растений и продуктивных колосьев на единице площади.
Таблица 4. Структура урожайности сортов ярового ячменя
|
признаки |
Финист |
Камашевский |
Эндан |
Тевкеч |
Рафаэль |
Корнет стойкий |
Соратник |
|||||||
|
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
2022 |
2023 |
|
|
Количество растений на 1 м2 |
357 |
312 |
354 |
544 |
144 |
263 |
276 |
429 |
267 |
425 |
255 |
391 |
258 |
313 |
|
Количество продуктивных колосьев на 1 м2, шт. |
564 |
600 |
471 |
685 |
306 |
470 |
321 |
445 |
441 |
630 |
399 |
746 |
396 |
649 |
|
Высота растений, см |
67,0 |
63,9 |
67,0 |
66,7 |
67,0 |
73,5 |
90,6 |
71,3 |
59,4 |
48,4 |
51,6 |
48,2 |
74,3 |
82,8 |
|
Масса растения, гр |
1,44 |
1,75 |
2,42 |
1,81 |
2,02 |
1,72 |
2,38 |
1,67 |
1,92 |
0,9 |
2,08 |
2,00 |
3,88 |
1,75 |
|
Масса корня, гр |
0,34 |
0,11 |
0,32 |
0,10 |
0,30 |
0,1 |
0,42 |
0,1 |
0,45 |
0,10 |
0,16 |
0,10 |
0,40 |
0,12 |
|
Количество зерен в колосе |
17,0 |
15,0 |
15,2 |
17,9 |
22,7 |
20,2 |
38,1 |
27,9 |
17,7 |
19,2 |
18,7 |
19,6 |
17,1 |
18,2 |
|
Длина колоса, см |
6,6 |
6,0 |
6,5 |
7,4 |
7,0 |
7,2 |
5,7 |
5,4 |
7,7 |
7,4 |
6,1 |
6,9 |
7,4 |
7,1 |
|
Масса зерен с колоса, гр |
0,73 |
0,68 |
0,78 |
0,83 |
1,20 |
1,10 |
1,52 |
0,98 |
0,79 |
0,91 |
0,93 |
1,05 |
0,91 |
0,92 |
|
Масса 1000 зерен, гр |
43,0 |
44,7 |
52,2 |
47,7 |
52,3 |
55,3 |
31,4 |
35,6 |
45,7 |
47,3 |
49,5 |
53,3 |
53,2 |
50,5 |
|
*Плотность колоса |
5,2 |
5,0 |
4,7 |
4,8 |
6,5 |
5,6 |
4,4 |
3,4 |
4,6 |
5,2 |
6,1 |
5,7 |
4,6 |
5,1 |
*–Число колосовых уступов на 4 см
В селекции на высокую урожайность и продовольственные качества зерновых культур одним из критериев отбора является крупность и выполненность зерна. Генетическая природа этого признака достаточно хорошо изучена и на пшенице и ячмене, выявлены генетические механизмы, обуславливающие массу зерновки. В тоже время крупность и выполненность зерна ярового ячменя в сильной степени изменяются под влиянием условий произрастания [17, 18].
В наших исследованиях масса 1000 зерен сортов варьировала в интервале от 31,4 до 53,2 граммов в 2022 году и от 35,6 до 55,3 граммов в 2023 году (табл. 5). Наиболее крупнозерными с массой 1000 зерен более 50 граммов были сорта Эндан, Корнет стойкий, Соратник и Камашевский. Многорядный сорт Тевкеч был самым мелкозерным сортом, уступившим стандарту более 10 граммов по данному признаку.
Таблица 5. Масса 1000 зерен сортов ярового ячменя за годы испытаний
|
Сорт |
Масса 1000 зерен за годы, г |
Отклонение от st. г |
||
|
2022 |
2023 |
Ср. за 2 г |
||
|
Финист - st |
43,0 |
44,7 |
43,8 |
– |
|
Камашевский |
52,2 |
47,7 |
50,0 |
6,2 |
|
Эндан |
52,3 |
55,3 |
53,8 |
10,0 |
|
Тевкеч |
31,4 |
35,6 |
33,5 |
–10,3 |
|
Рафаэль |
45,7 |
47,3 |
46,5 |
2,7 |
|
Соратник |
53,2 |
50,5 |
51,8 |
8,0 |
|
Корнет стойкий |
49,5 |
53,4 |
51,4 |
7,6 |
Способность генотипа сохранять относительную стабильность как величины урожая, так и крупности зерна свидетельствует о его повышенном адаптивном потенциале в меняющихся условиях среды [15]. Минимальной вариабельностью по годам в пределах 1,6…1,7 граммов выделились сорта Рафаэль и Финист. Размах изменчивости у более крупнозерных сортов Камашевской и Корнет был шире (4,0…4,5 г).
Выводы. Более восприимчивыми к корневым гнилям были сорта ярового ячменя Камашевский и Соратник. Пораженность растений этих сортов корневыми гнилями превысила стандартный сорт Финист в 1,5…2 раза. Сравнительную устойчивость к гельминтоспориозной инфекции проявили сорта Корнет стойкий и Финист.
Наиболее урожайными были двурядный сорт ячменя Корнет стойкий и многорядный – Тевкеч, средняя урожайность которых превысила стандартный сорт на 21,0 и 23,8 % соответственно. Сорта Рафаэль, Камашевский и Соратник соответственно превысили стандарт в среднем за 2 года на 12,8; 12,6 и 9,1 %, но в 2022 году они были в одной группе урожайности со стандартом. Превышение урожайности над стандартом у сортов Рафаэль, Соратник и Корнет стойкий обеспечивалось за счет плотности стеблестоя и крупности зерна, у сорта Тэвкеч – крупности и высокой озерненности колоса. Самыми крупнозерными в опыте с массой 1000 зерен более 50 граммов были сорта Эндан, Соратник, Корнет. Но наименее вариабельным этот признак был у сортов Рафаэль и Финист.
1. Amirov M. F., Valeev I. R., Valiev A. R. [Agrotechnologies of grain crops]. V knige: Sistema zemledelija respubliki Tatarstan. V 3-h chastjah. Kazan', 2014; 18-140.
2. Amirov M. F., Garaev R. I., Zheltuhin A. V. [Productivity and adaptability of KVS spring wheat varieties in the conditions of the Ancestral region of the Republic of Tatarstan]. Agrobiotehnologii i cifrovoe zemledelie. 2022; 3(3): 12-19. https://doi.org/10.12737/2782-490X-2022-12-19.
3. Gabdrahmanov I. H. [Agro-climatic and soil resources]. V knige Sistema zemledelija Respubliki Tatarstan. I chast'. 2013; 18-25.
4. Amirov M. F., Shajhutdinov F. Sh., Serzhanov I. M. [Agrobiological foundations of the formation of a high-quality grain harvest of spring wheat species in the forest-steppe of the Middle Volga region]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; 14/S4-1(55): 5-9. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-5-9.
5. Habibrahmanov D. R., Kolesar V. A., Safin R. I. [Assessment of the effect of biological products on the formation of the spring barley harvest]. Agrobiotehnologii i cifrovoe zemledelie. 2023; 3(7): 43-48. https://doi.org/10.12737/2782-490X-2023-43-48.
6. Zhuchenko A. A. Resursnyj potencial proizvodstva zerna v Rossii (teorija i praktika). M.: Agrorus, 2004; 1107.
7. Murugova G. A. [Ecological plasticity and stability in terms of productivity elements of spring barley varieties in the conditions of the Primorsky Territory]. Problemy i puti povyshenija kachestva zerna v prirodno-klimaticheskih uslovijah Zapadnoj Sibiri: materialy Vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, Tjumen', 01 nojabrja 2023 goda. Tjumen': Gosudarstvennyj agrarnyj universitet Severnogo Zaural'ja, 2023; 134-140.
8. Afanas'eva D. S., Kadyrova F. Z. [The influence of environmental factors on the formation of qualitative characteristics of seeds of spring barley varieties in the Pre-Kama zone of the Republic of Tatarstan]. Agrobiotehnologii i cifrovoe zemledelie. 2023; 2(6): 12-18. https://doi.org/10.12737/2782-490X-2023-12-18.
9. Taranova T. Ju., Kincharov A. I., Demina E. A. [Selection evaluation of the source material of spring soft wheat by productivity and its elements]. Vestnik KrasGAU. 2021; 5(170): 81-88. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-5-81-88.
10. Safin R. I., Karimova L. Z., Turnin S. L. [Ecological plasticity of spring barley varieties in the conditions of the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015; 10/2(36): 161-163. https://doi.org/10.12737/12522.
11. Metodika Gosudarstvennogo sortoispytanija. Vypusk vtoroj. Zernovye, krupjanye, zernobobovye, kukuruza i kormovye kul'tury. M., 1989; 194.
12. Popov Ju. V. [A method for assessing the development of root rot of grain crops]. Zashhita i karantin rastenij. 2011; 8: 45-47.
13. Gosudarstvennyj reestr selekcionnyh dostizhenij, dopushhennyh k ispol'zovaniju. T. 1. «Sorta rastenij» (oficial'noe izdanie). M.: FGBNU «Rosinformagroteh», 2023; 631.
14. Demina E. A., Kincharov A. I. [Pathogenicity and harmfulness of wheat root rot pathogens in the Samara region]. Zashhita i karantin rastenij. 2010; 11: 23-24. https://doi.org/10.47528/1026-8634_2010_11_23.
15. Radjukevich T. N., Pasynkova E. N. [Assessment of the elements of the crop structure and determination of the adaptive capacity of new varieties of spring barley of foreign breeding in the North-West of Russia]. Dostizhenija nauki i tehniki APK. 2020; 34/12: 52-55. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-11208.
16. Afanas'eva D. S., Kadyrova F. Z. [Features of the development of spring barley varieties in the conditions of the Ancestral region of the Republic of Tatarstan]. Aktual'nye voprosy racional'nogo ispol'zovanija zemel'nyh resursov, geodezii i prirodopol'zovanija: Sbornik trudov vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj pamjati professora Shakirova A.Sh., Kazan', 29 marta 2023 goda. Kazan': Kazanskij GAU, 2024; 97-105.
17. Minnebaev A. I., Zueva A. A., Shevchenko S. N. [Inheritance of the "1000 grain weight" trait of spring soft wheat in diallel crosses]. Vestnik Ul'janovskoj sel'skohozjajstvennoj akademii. 2020; 3(51): 98-104. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2020-3-98-104.
18. Dolzhenko D. O., Kosenko S. V., Babachenko V. Sh. [Genetic analysis of the mass of 1000 grains of barley]. Niva Povolzh'ja. 2018; 4(49): 26-32.
