Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГОЛОЗЕРНЫХ И ПЛЕНЧАТЫХ ЯЧМЕНЕЙ В СЕЛЕКЦИИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГОЛОЗЕРНЫХ И ПЛЕНЧАТЫХ ЯЧМЕНЕЙ В СЕЛЕКЦИИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА"

На правах рукописи

ЦАНДЕКОВА Оксана Леонидовна

Ф ИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГОЛОЗЕРНЫХ И ПЛЕНЧАТЫХ ЯЧМЕНЕЙ В СЕЛЕКЦИИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА

06.01.05 - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Тюмень - 2005

Работа выполнена в отделе экологии растительных ресурсов Института экологии человека СО РАН, г. Кемерово.

Научный руководитель:

доктор биологических наук Неверов« Ольга Александровна

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сяпега Валерий Антонович кандидат сельскохозяйственных наук, доцет-Тобол овя Галина Васильевы*

Ведущая организация:

Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт

Зашита состоится «07» июля 2005 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.064,02 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Адрес академии: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7. Тел./факс: (3452) 46-87-77

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан « » мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Грехова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Ячмень - одна из ведущих зерновых культур всестороннего использования. Зерно ячменя считается ценной кормовой, продовольственной и технической культурой (Грязнов A.A., 1996; Пакуль В.Н. и др., 1993; Заушинцена А. В., 2002).

В мировой коллекции среди культурных ячменей имеется большое количество голозерных форм. Интерес к голозерным сортам связан с тем, что, как правило, они характеризуются более высоким содержанием растительного белка по сравнению с пленчатыми. Проблема повышения содержания белка в зерне и его качества имеет первостепенное практическое значение в питании.

Наряду с отмеченными достоинствами распространение голозерного ячменя ограничено из-за низкой урожайности и низкого качества посевного материала. В настоя шее время пока нет в Государственном реестре селекционных достижений голозерных сортов ячменя, пригодных для Сибирского региона, но селекция их начинает вновь развиваться во многих научных учреждениях: в СибНИИСХ, Кемеровском НИИСХ, Красноярском агроуниверситете, Красноярском НИИСХ.

В научной литературе практически нет сведений о возможности использования в селекционной работе по выведению голозерных сортов ячменя физиолого-биохимическнх методов оценки материала, которые могут характеризовать резервы адаптационной способности и определять потенцнальную продуктивность растений.

Цель исследований - выявить физнолого-биохимнческие особенности у голозерных и пленчатых образцов ячменя в условиях лесостепи Западной Сибири в связи с селекцией на повышение продуктивности и качества зерна.

Задачи исследований:

- изучить содержание пигментов на уровне листового аппарата у растений голозерного и пленчатого ячменя в разные фенологические фазы развития;

• оценить интенсивность фотосинтеза на уровне листового аппарата;

- провести анализ ростовых и продукционных процессов на уровне целого растения у исследуемых образцов;

- оценить качество зерна ячменя по биохимическим показателям;

- определ>пъ возможность использования физиолого-биохим и чес ких показателей в качестве тестовых для отбора высокопродуктивных форм голозерного ячменя из гибридных популяций;

- провести отбор элитных растений из гибридных популяций с использованием тестовых показателей;

- оценить селекционный материал в п итом н иках- пег-б но логическим свойствам и хозяйственным признакам. ЦНБ МСХА

фонд научной литературы

Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Западной Сибири дана физнолого-биохимическая оценка развития растений голозерного ячменя в сравнении с пленчатым в связи с селекцией на повышение продуктивности и качества зерня. В результате использования физиологически* критериев для отбора ценных рекомбинангов созданы новые селекционные линии (КМ-42, КМ-43, КМ-44, КМ-45, КМ-46), сочетающие комплекс положительных биологических свойств и признаков с продуктивностью на уровне пленчатых сортов ячменя.

Положения, выносимые на защиту:

1. Существенные различия между сортообразцами голозерных и пленчатых разновидностей ячменя по ф изиолого-б иох им и ч сски м показателям.

2. Программа по селекции голозерного ячменя на продуктивность и качество зерна с учетом ф из поло го-биохимических показателей.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований разработана стратегия селекции голозерного ячменя с учетом физиологических показателей роста и развития растений. Созданы перспективные голозерные селекционные линии (КМ-42, КМ-43, КМ-44, КМ-45, КМ-46), приближенные по урожайности зерна (440-500 г/м2) к пленчатым сортам сибирского экотипа.

Апробация работы. Материалы исследований доложены из семинарах, рабочих совещаниях в Институте экологии человека СО РАН (2000-2004); на заседании Методической комиссии и Ученого Совета Кемеровского научно-исследовательского института сельского хозяйства (2000-2003); на научно-методических семинарах в Кемеровском государственном университете (20012003); на Южно-Сибирской Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири - 2000 год» (Абакан, 2000); на VIII генетико-селекцнониой школе «Повышение эффективности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений» (Новосибирск, 2002).

Автор выражает искреннюю благодарность за своевременные и полезные советы при выполнении исследований и оформлении диссертации доктору биологических наук A.B. Заушинценой, а так же первому наставнику кандидату сельскохозяйственных наук JT.H. Сазоновой, всему коллективу отдела экологии растительных ресурсов Института экологии человека СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура н »бьём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций для селекции и списка литературы, включающего 329 источников, из них 26 на иностранном языке. Работа изложена на 143 страницах, содержит 23 таблицы, 2 рисунка и 20 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, объекты и методы исследований

Диссертационная работа выполнена в 2000-2004 гг. на базе Института экологии человека СО РАН в отделе экологии растительных ресурсов. Полевые опыты проведены в Кемеровском научно-исследовательском институте сельского хозяйства (КемНИИСХ) в селекционном трехпольном севообороте.

Объектами исследований служили две селекционные линии голозерных ячменей: Ну дум 3 - скороспелая линия, получена методом индивидуального отбора из гибридной популяции F^ от скрещивания сорта Нутанс 4639 (Самарская область) н сорта Koran 18 (Индия) и Нудум 9 — среднеспелая линия, в родословной которой сорт Медикум 12/81 (Оренбургская область) и сорт Нога (Нидерланды), II качестве контроля взяты два сорта пленчатого ячменя: Андрей — сорт широко возделывается в Кемеровской области и Лука — новый сорт КемНИИСХ, переданный в государственное сортоиспытание с 2001 года.

Гибридны К фонд был представлен гибридами по 12 комбинациям реципрокных скрещиваний. Гибриды получены летом 2000 г. Зимой 2000-2001 гг. размножены б теплице до F|, Летом 2001 г. в Рг проведен отбор 6 тысяч элитных растений, которые изучены в 2002 г. по типу селекционного питомника первого года, а в 2003 г. — по типу селекционного питомника второго года.

Агроклиматические условия в годы исследований были различными, как по температурному режиму, так и по влагообеспеченности: 2000 г. - теплый, сильно увлажненный; 2001 г. - прохладный, сильно увлажненный; 2002 г. — прохладный, влажный; 2003 г. - благоприятное сочетание тепла и влаги.

Посев селекционного материала проводили в начале мая сеялкой СН-10 Ц, уборку — комбайном «Сампо 130» в августе месяце. Площадь делянок в конкурсном сортоиспытании - 25 м:, повторность — четырехкратная. Норма высева - из расчёта 4,5 млн. всхожих зерен на га. Гибриды FrF¡ высевали вручную по 30 всхожих зерен на 1 м.п. без повторений. Селекционный питомник второго года высевали на площадь делянок 1 м~ без повторений.

Почва опытного участка — чернозём выщелоченный, сред немощи ыЙ, тяжел осу глинистый по гранулометрическому составу. Агротехника — общепринятая в зоне исследований. Предшественник - сидеральный пар. Мощность пахотного слоя 22-27 см. Гумусом почва опытного участка высоко обеспечена (7,8 %), Емкость поглощения составляет 45 мг-экв. на 100 г почвы и насыщенность основаниями - 40,9 мг-экв. на 100 г почвы. Содержание нитратного азота (N-NOj) - 34,7 мг/кг, подвижного фосфора (P;Os) - 133 мг/кг, подвижного калия (KjO) - 144 мг/кг.

Основные учеты и наблюдения проведены согласно общепринятым и апробированным в научно-исследовательских учреждениях методикам.

Для физиологических исследований отбирали листья растений в фазы всходы, кутение, выход в трубку, колошение, молочная спелость, восковая спелость. Повториость опытов трехкратная.

Содержание пигментов (хлорофиллов а и б, их суммы и суммы каротнноидов) определяли спектрофотометр и рованием ацетоновой вытяжки с помощью спектрофотометра «Spekol-10» (Гавриленко В.Ф. и др., 1975). За годы исследований проведено 864 анализа.

Интенсивность фотосинтеза определяли по уровню восстановленных ассимилятов бескамерным методом, разработанным О.Д. Быковым (1974). Всего проведено 432 анализа.

Изучение роста и продуктивности растений осуществляли на основе определения сухой массы растений и площади листьев (Карманова И.В., 1976). Для исследований использовали выборку из 10 растений в трехкратной повторное™. Для характеристики ростовых н продукционных процессов рассчитывали такие показатели как величину нетто-асси милиции (NAR), производительность работы листового аппарата (LAR) и относительный прирост (R) каждые 10 суток в течение вегетации. Всего исследовано 2520 растительных образцов.

В конце вегетационного периода проводили подробный анализ структуры урожая ячменя по таким параметрам как высота растений, общая и продуктивная кустистость, количество зерен в колосе, масса зерна с колоса, масса 1000 зерен, урожайность зерна. За годы исследований проанализировано 6000 растительных образцов.

Для характеристики питательной ценности зерна определяли содержание общего белка, жира, аминокислотный, жирнокислотный и витаминный состав. Всего проведено 180 биохимических анализов.

Определение белка проводили методом Къельдаля, модифицированным З.В. Чмелевой и СЛ. Тютеревым (Плешков Б.П., 1976).

Аминокислотный и витаминный состав исследован в Сибирском научно-исследовательском п роектно-техноло гическо м институте

животноводства СО РАСХН в лаборатории биохимии. Для определения содержания аминокислот использовался автоматический аминокислотный анализатор марки ААА-339 (Финляндия).

Содержание жира и жирнокислотный состав определен в Институте Катализа имени Г.К. Борезкова СО РАН (г. Новосибирск) в группе катализаторов на углеродных носителях.

Математическая обработка экспериментальных данных проведена с помощью статистического пакета Statistica 5,5 для IBM - совместимых компьютеров, в основу которого положены методы математической статистики

Б.А. Доспехова (1985). Для интерпретации полученных материалов использовался корреляционный анализ (метод главных компонент).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Фотосинтетнческая способность голозерных форм ячменя

Количество пигментов в растении является объективной характеристикой их потенциальной способности к фотосинтезу. Сорта ячменя, которые накапливают в листьях много пигментов, обладают большими потенциальными возможностями биологической иродуктивности и способны сформировать более высокий урожай (Шлык А.А„ 1974; Андрианова Ю.С., Тарчевский И.А., 2000). Максимальное накопление пигментов в листьях у различных сортов зерновых проходит в период от выхода в трубку до колошения (Паницкий В.В., 1984; Головко Т.К. и др., 2001).

Результатами наших исследований установлено, что в период от всходов до колошения отмечается повышение содержания пигментов в листьях у ячменей, а в фазу созревания — их существенное снижение. Содержание хлорофиллов о и б в листьях у ячменей колебалось в пределах от 0,47 до 1,30 мг/г, а каротиноидов — от 0,10 до 0,55 мг/г сырого вещества. Максимальное их накопление в листьях у образцов отмечено в фазу колошения (табл. 1,2).

Установлено, что у скороспелых образцов, как пленчатых, так и голозерных на фазах всходы-коло шеи не количество хлорофиллов и каротиноидов выше на 5 % и 10 % соответственно, чем у среднеспелых, что свидетельствует об их более интенсивном росте и развитии в данные фазы.

Таблица 1

Содержание хлорофиллов а и б в листьях у образцов ячменя, _мг/г сырого вещества_

Фаза развития Скороспелые Среднеспелые

Андрей (ст-т) Нудум 8 Лука (ст-т) Нулум9

Всходы р.91*0.009 0.88*0.012* 0.89*0.009 0.84*0.007*

0,65*0,009 0,63*0,010 0,62*0,011 0,47*0,010

Кущение 1.20*0.014 1.17*0.007 1,1640,0ц

0,83*0,015 0,82*0,024 0,87±0,022 0,65*0,018*

Выход в трубку ).20*0.013 1.18*0,003 1.17*0.020 1.10*0.008*

0,87*0,024 0,80*0,010 0,78*0,022 0,80*0,023

Колошение 1.30*0.012 1.25*0.015* |.29*0,005 1.22*0.008*

1,03*0.024 0.90*0,013* 0,99*0,019 0,89*0,004*

Молочная спелость 0.76*0.022 0.58*0.014* 0.83*0.011 0.65*0.0*)*

0,40*0,0)8 0,33*0,015* 0,46±0,005 0,33*0,025*

Восковая спелость о,г?±ол1 г 0.15*0.00}* 0.37*0.002 0.25*0.005*

0,16*0,006 0,12*0,006* 0.2 1*0,005 0,17*0,004*

Примечание: числитель - хлорофилл а, знаменатель - хлорофилл 6 •отмечены достоверные отличия от контроля при р<0,05

Вместе с тем, у голозерных линий ячменя Нудум 8 и Нудум 9 отмечено более низкое содержание хлорофилла а (на 7 и 10 % соответственно), суммы

хлорофиллов (на 8 и 12 %), суммы кзротиноицов (на 22 %), чем у пленчатых, что служит признаком их более низкой потенциальной способности к фотосинтезу.

Таблица 2

Содержание суммы каротнноидов в листьях у образцов ячменя.

мг/г сырого вещества

Фаза развития Скороспелые Сргднеспелые

Андрей (ct-tI Нудум 8 Лука (сто) Нудум 9

Всхолы 0,1ЕЖ),0П 0,14*0,003* O.J+tO.OIO O.lfttO.OlO*

Кущение 0,35±0,00б 0,30*0,020 0,33*0,014 0,24*0,006*

Выход в трубку 0,34*0,013 0,26*0,005* 0,32*0,009 0,24*0,027*

Колошений 0,55*0,013 0,45*0,015* 0,51*0,005 0,43*0,008*

Молочная спелость 0,24*0.018 0,20*0,007 0,28*0,00.1 0,2240,006*

Восковая спелость 0,18*0,010 0,09*0.004* 0,22*0,005 0,18*0,008*

Примечание: 'отмечены достоверные отлнчия от контроля при р<0,05

Интенсивность фотосинтеза обусловливает рост и продуктивность растений и позволяет прогнозировать ожидаемый урожай (Мокроносов А.Т., 1981; Григорьева Д.В. и др., 1983; Ничипорович A.A., 19S6).

Результаты наших исследований показали, что как у скороспелых, так и среднеспелых ячменей до фазы колошения наблюдалось повышение интенсивности фотосинтеза, а с фазы созревания - понижение. Выявлены различия у ячменей разных групп спелости в степени изменения данного показателя. Интенсивность фотосинтеза у скороспелых ячменей выше в фазу всходов в среднем на 20 %, в фазу кущении — на 12 %. С фазы колошения достоверное преимущество имеют среднеспелые образцы — интенсивность фотосинтеза у них выше на 20 % (рис. 1).

спелосг» спелость

фш liriTIKHH

С«ороеп»пы»; -Анд[1«й <ст-г> .....Мудуи в

СрвДИЧСПвлы*; — —Лука <ст.т) -И-Нуд ум 9

Рис. I Изменение интенсивности фотосинтеза в листьях у образцов ячменя

б

Выявлено, что у голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9 интенсивность фотосинтеза в течение вегетации существенно ниже, чем у пленчатых сортов — Андрей и Лука. В период колошения, когда интенсивность фотосинтеза максимальна, разница составляет 9%в группе скороспелых н 17 % - в группе среднеспелых образцов.

Ростовые и продукционные процессы у голозерных форм ячменя

Рост и развитие являются важнейшими характеристиками жизнедеятельности растений (Сабинин Д.А., 1963; Неттевич Э.Д., Сергеев A.B., 1967; Кармановз И.В., 1976; Киселева Г.Н., Солоиенко Л.П., 1981). В качестве основных показателей роста н развитая, определяющих урожайность ячменя, могут быть сухая масса и величина плошади листьев растений, на основе которых можно рассчитать такие характеристики продуктивности как величина иетто-асеимилжши (величина NAR), производительность работы листового аппарата (величина LAR) и относительный прирост (R) (Карманова И.В., 1976).

Анализ результатов роста показал, что в течение вегетации происходило увеличение сухой массы как у скороспелых образцов (от 0,29 г до 2,84 г), так и у среднеспелых (о г 0,28 г до 4,11 г) (табл. 3).

Таблица 3

Динамика накопления сукой массы у образцов ячменя _ (абс. сух, масса одного растения), г_

Сроки наблюдений Ctcoj wert« лыс Среднеспел ис

Анарсй (ст-т) Нудум 8 Лука (ст-т) Нудум 9

4.06 0,32*0,009 С»,2У ±0,010 0,30*0,015 0,28*0,015

14.06 0.56*0,011 0,51*0,010* 0,50*0,013 0,44*0,018*

24.06 1,06±0,016 0,96±0,012* 0,93*0,018 0,80*0,015*

4.07 2,03*0,018 1.81*0,014* 1,78*0,018 1,52*0,028*

14.07 2,54*0,019 2,24*0,018* 2,70*0,023 2,29*0,018+

24.07 2,72*0,017 2.37*0,015* 3,87*0,013 2,68*0,033*

3.08 2,84*0.013 2,46*0,017* 4,11*0,014 2,81*0,022*

Примечание: 'отмечены достоверные отличия от контроля при р<0,05

Период максимального прироста сухой массы у ячменей отмечен в период с 4 июня по 14 шаля, что соответствует фазам от всходов до колошения. В целом абсолютный прирост сухой массы у скороспелых ячменей составил в данный период 4,19 г, а у среднеспелых — 4,42 г. Следует отметить, что скороспелые образцы в связи с высокой интенсивностью фотосинтеза на начальных фазах развития (всхолы-выход в трубку) характеризовались более высоким приростом сухой массы (на 16 %), чем среднеспелые. Среднеспелые образцы превосходили скороспелые ячмени по данному показателю на 60 % в фазы колошение»восковая спелость.

При сравнении между собой голозерных (Нудум 8 и Нудум 9) и пленчатых (Андрей н Лука) образцов обнаружено, что первые аз них уступают вторым по накоплению сухой массы в среднем на 12 и 24 % соответственно.

Выявлена положительная корреляция между показателями сухой массы растений и количеством пигментов листьев как у пленчатых сортов (Андрей г=0,8!; Лука г=0,79 при р<0,05), так и у голозерных линий (Нудум 8 г=0,71; Нудум 9 г=0,84 при р<0,05), а также между показателями сухой массы растений и интенсивностью фотосинтеза листьев у пленчатых сортов (Андрей 1=0,59; Лука г=0,70 при р<0,05) и у голозерных линий (Нудум 8 г=0,55; Нудум 9 г=0,68 при р<0,05) в период от кущения до колошения.

Анализ наших исследований показал, что в период с 4 нюня до 14 июля (от всходов до колошения) отмечено наиболее интенсивное увеличение площади листьев как у скороспелых образцов (от 0,075 до 0,497 дм3), так и у среднеспелых (от 0,070 до 0,545 дм1). Период максимального прироста площади листьев отмечен в сроки наблюдений с 4 июня по 4 июля (фазы всходы-выход в трубку) у скороспелых образцов и составил 0,7)0 дм , а у среднеспелых - 0,787 дм2 (табл. 4).

Таблица 4

Изменение площади листьев (одного растения) у образцов ячменя, дм1

Сроки наблюдений Скороспелые Среднеспелые

Андрей (сг-т) Нудум 8 Лука (ст-т) Нудум 9

4.06 0,090*0,006 0,075*0,006 0,104*0,005 0,070*0,005*

14,06 0,265-Н),003 0,246*0.007* 0,272*0013 0.230*0,008

24.06 0,38240,009 0,368*0,005* 0,393*0,010 0,341*0,016*

4.07 0,445*0,008 0,432*0,018 0,507*0,011 0,454*0,009*

14.07 0,497*0,009 0,479*0,005* 0,545*0,012 0,499*0,008*

24.07 0,424*0,009 0,402*0,007 0,450*0,009 0,431*0,013

3,08 0.286*0,009 0,267*0,005* 0,338*0,007 0,312*0,007*

Примечание: 'отмечены достоверные отличия от контроля при р<0,05

В целом выявлено, что у голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9 на 5 и 10 % соответственно ниже показатели площади листьев во все сроки наблюдений, по сравнению с пленчатыми сортами.

По данным корреляционного анализа выявлена достоверная положительная зависимость между площадью листового аппарата и количеством пигментов в листьях как у пленчатых сортов (Андрей т=0,85; Лука г=0,84 при р<0,05), так и у голозерных линий (Нудум 8 г=0,79; Нудум 9 г=0,91 при р<0,05), между площадью листьев и интенсивностью фотосинтеза (Андрей т=0,64 и Лука г=0,72 при р<0,05; Нудум 8 г=0,б3 и Нудум 9 г=0,75 при р<0,05), между площадью листьев и сухой массой растений (Андрей г=0,88 и Лука т=0,93 при р<0,05; Нудум 8 г=0,88 и Нудум 9 г=0,93 при р<0,05>.

Величина ЫАЯ отражает скорость накопления ор1-анического вещества в растительных тканях на единицу площади листьев, за вычетом того органического вещества, которое использовалось при дыхании растения. Максимальные величины нетго-ассимиляцин обычно наблюдаются в период наибольшего роста растений. Снижение величины NAR в конце вегетационного периода происходит вследствие старения листьев и их отмирания. Результаты

наших нсследовг.ний подтвердили эту закономерность. Максимальные показатели нетто-асснмиллции отмечены в период с 24 июня по 4 июля (фаза выхода в трубку) у скороспелых образцов ячменя, в то время как у среднеспелых - с 4 июля по 14 июля (фаза колошения). Минимальные значения этой величины отмечены у ячменей в период с 24 июля по 3 августа (фаза восковой спелости. Сравнивая голозерные и пленчатые образцы можно отметить, что последние превосходят первых по показателям величины нетго-ассимилиции. У стандартных сортов Андрей и Лука в среднем за годы исследований значения данной величины варьировали от 0,086 до 2,533 г/дм1 за 10 суток, в то время, как у голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9 - от 0,068 до 1,887 г/дм1 за 10 суток, что ниже на 16 н 30 % соответственно (рис. 2).

% .........

Сроки наблюдений

Скороспэлые: -Андрей <ct-i) .....Нудум в

Срвднвспепыа: — — — Лук;) (сг-т) -и-. Нудуц В

Рис. 2 Изменение величины нетго-ассимиляции у образцов ячменя

Производительность работы листового аппарата (LAR) на начальных фазах вегетационного периода незначительна. Затем, на более поздних фазах развития, она повышается. Чем ниже если чина LAR, тем большую фитомассу накапливает растение и производительнее работает его листовой аппарат. Результаты наших экспериментов также подтвердили эту закономерность (рис. 3).

O -I-------

4.08-14.06 И,06-24,06 24,06-4,0? 4.07-14,07 14,07-24,07 34,07-3,08

Срони наблюдений

Скороспелые: -Андрей (ст-т) -----Нудум 6

Среднеспелые: — * —Луча (ет-т) —и—Нудум 9

Рис. 3 Производительность работы листового аппарата у образцов ячменя

Максимальные величины LAR отмечены в период с 14 июня по 14 июля (от кущения до колошения) у скороспелых образцов (0,101-0,274 дмг/г) и в период с 14 июня по 24 июля у среднеспелых образцов, что соответствует фазам от кущения до молочной спелости (0,041-0,312 'дм/г). Производительность работы листового аппарата у скороспелых образцов выше в период от 4 июня по 4 июля (от всходов до выхода в трубку) на 20 %, чем у среднеспелых. В этот период у скороспелых ячменей показатели величины LAR варьировали от 0,065 до 0,794 дм2/г, а у среднеспелых от 0,136 до 0,969 дм*/г. Выявлено, что листовой аппарат у голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9 работает менее производительно (на 22 и 39 % соответственно), чем у контрольных образцов.

Анализ динамики относительного прироста (R) позволяет более четко выделить закономерности роста у ячменей. Относительный прирост представляет стабильную величину и сравнительно мало зависит от размеров растения. Максимальные показатели относительного прироста в наших исследованиях отмечены в фазу выхода в трубку как у скороспелых, так и у среднеспелых образцов ячменя, а минимальные величины — в фазу созревания. В период с 4 июня по 4 июля, что соответствует фазам от всходов до выхода в трубку у скороспелых образцов показатели величины R варьировали от 74,45 до 91,09 % и превосходили среднеспелые на 7 %. В период с 4 июля по 3 августа, что соответствует фазам от колошения до восковой спелости среднеспелые образцы по данному показателю превосходили скороспелые на 60 %. Сравнивая голозерные и пленчатые образцы можно отметить, что последние превосходят первых по показателям относительного прироста. В

целом показатели относительного прироста у голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9 ниже на 4 и 12 % соответственно, чем у контрольных образцов.

Результатом фотосинтетической деятельности растений является их продуктивность. Она складывается из таких элементов, как продуктивная кустистость, масса 1000 зерен, количество зерен в колосе, масса зерна с растения (Лукьянова М.В., 1972; Коданев И.М., 1976; Сурин H.A., 1983, 2002). Анализ наших экспериментальных данных показал, что существуют некоторые отличия в показателях продуктивности как у скороспелых, так и у среднеспелых ячменей.

Более высоким потенциалом продуктивности в годы исследований характеризовались среднеспелые образцы, В среднем они имели более высокие значения по высоте растений (на 14 %), но кустистости общей (на б %) и продуктивной (на 3 %), количеству зерен в колосе (на 4 %). У голозерных образцов урожайность зерна составила 1,68-2,24 т/га, что ииже по сравнению с пленчатыми на 36 %. Голозерная линия Нудум 8 уступает пленчатому стандарту (Андрей) по продуктивной кустистости (на б %), массе 1000 зерен (на 20,5 %). Голозерная линия Нудум 9 также уступает стандартному сорту Лука по продуктивной кустистости (на 4,5 %), количеству зерен в колосе — на 10,5 %, массе зерна с колоса - на 13%, массе 1000 зерен- па 31,3% (табл. 5).

Таблица 5

Элементы продуктивности у образцов ячменя__

Показатель Скороспелые HC Pos Среднеспелые НСРМ

Андрей (ст-т) Нулум 8 Лука (ст-т) Нулум 9

Вегетационный период, суток 72 73 1,4 79 81 1.3

Высота растений, см 74,5 78.8 9,4 93,4 80.8 12.2

Кустистость общая 1,22 1,18 0,13 1,39 1,16 0,21

Кустистость продуктивная 1,09 1,02 0,07 1,11 1,06 0,08

Количество зерен в колосе, шт. 17,8 17,1 0,19 19,1 17,1 0,21

Месса зерен с колоса, г 0,780 0,727 0,04 0,814 0,707 0,09

Масса 1000 зерен, г 45,65 36,29 0,21 50,25 34.50 0,37

Урожайность зерна, т/га 2,75 2.24 0,28 3,37 1,68 0,32

Выявлена достоверная положительная корреляционная связь между урожайностью зерна и некоторыми ростовыми показателями у ячменя. Наиболее сильная взаимосвязь у скороспелых и среднеспелых образцов отмечена между урожайностью зерна и площадью листьев. Коэффициент корреляции (г) у пленчатых образцов составил 0,87, у голозерных — 0,85 при р<0,05. Между урожайностью зерна и накоплением сухой массы (у пленчатых -0,86; у голозерных 0,84 при р<0,05); между урожайностью зерна и интенсивностью фотосинтеза листьев (у пленчатых — 0,84; у голозерных — 0,82 при р<0,05).

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что урожайность зависит в первую очередь от интенсивности фотосинтеза на

уровне листового аппарата, а на уровне целого растения - от плошали листьев и накопления сухой массы.

Биохимические показатели качества зерна

Содержание белка и его аминокислотного состава являются важными качественными показателями питательной ценности зерна ячменя. Известно, что они зависят от почвенно-климатических условий, генетических особенностей сортов и изменяются в широких пределах - от 7 до 25 % (Сичкарь Н.М. и др., 1958; Трофимовская А.Я., 1973; Лукьянова М.В. и др., 1990; Сурин и др., 2002; МюЬае! С. и др., 1961). Многими исследователями достоверно установлено, что основным качественным показателем зерна ячменя является его аминокислотный состав (Груздев Л.Г. и др., 1974; Куликов ЯК. и др., 1988; Лукьянова М.В. и др., 1990; Шумный В.К. и др., 1992; 5сЬеШп§ К. и др., 2003).

В нашем эксперименте скороспелая группа ячменей характеризовалась более высокими показателями содержания белка в зерне, по сравнению со среднеспелой. Количество белка у скороспелых образцов достоверно выше на 4 %. Выявлено, что голозерная линия Нудум 8 превосходила пленчатый сорт Андрей в среднем на 7,8 % (табл. 6).

Таблица б

Содержание белка и жира в зерне у образцов ячменя_

Сорт, линия Плбнчатосгь, % Содержание белка, % в абсолютно сухом веществе Содержание жира, % в абсолютно сухом веществе

Скороспелые

Андрей (ст-т) 9.2 13;32±0,19 1,64*0,23

Нудум 8 14,36*0,18* 2,41±0,14*

Среднеспелые

Лука (ст-т) 8,7 12,65 ±0,22 1,59*0,21

Нудум 9 14.03*0,20* 2,23*0,10*

Примечание: * отмечены достоверные отличия от конпроля при р<0,05

У голозерной линии Нудум 9 наблюдались также более высокие величины содержания белка по сравнению с сортом Лука (на 11 %),

Питательная ценность белка зависит от его сбалансированности по аминокислотному составу. Данные биохимического анализа показали, что белки зерна у ячменей разных групп спелости имели некоторые различия по аминокислотному составу. У скороспелых образцов по сумме всех исследуемых аминокислот наблюдались более низкие показатели. Общее содержание заменимых аминокислот у скороспелой группы ниже на 7 %, по сравнению со среднеспелой группой. В содержании заменимых аминокислот на 27,9 % от общего содержания белка превалировало количество глутаминовой кислоты и пролина, что ниже, чем у ячменей среднеспелой группы на 9 %. Сумма всех незаменимых аминокислот у голозерной линии Нудум 9 составила 34,5 % и превысила стандарт (сорт Лука) на 7,5 %.

Кроме белка, в состав семян голозерного ячменя входят жиры, которые также характеризуют питательную ценность зерна. При сравнении скороспелых образцов со среднеспелыми нами выявлено преимущество первых в пределах б %. Для голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9 характерно более высокое накопление жира в зерне (2,23-2,41 %) по сравнению с контрольными вариантами (1,59-1,64 %). (Три этом линия Нудум $ по содержанию жира на 47 % превосходила пленчатый сорт Андрей, а линия Нудум 9 - на 40,3 % сорт Лука.

Данные жирно кислотно го состава показали, что среди ненасыщенных жирных кислот в исследуемых образцах преобладала линедевая. Сравнительная опенка голозерных и пленчатых образцов показала, что линия Нудум 8 незначительно превосходила пленчатый сорт Андрей по количеству лннолевой кислоты (па 3 %), но существенно уступала по количеству линоленовой (на 36,7 %). Линия Нудум 9 существенно превосходила стандартный сорт Лука по содержанию линоленовой кислоты (на 33.3 %), но незначительно уступала по количеству олеиновой (на 4,2 %).

Результаты анализа витаминного комплекса в зерне показали, что пленчатые сорта и голозерные линии имели некоторые различия. У скороспелой голозерной линии Нудум 8 отмечены более низкие величины тиамина, рибофлавина, пиридоксниа и токоферол ацетата. По количеству витаминов В|, В;, П6 и Е линия Нудум 8 на 17,4-18,7 % уступала контрольному образцу (Андреи). Однако по количеству витамина РР она превосходила контроль на 5,6 %. Для среднеспелой голозерной линии Нудум 9 характерны еше более низкие величины исследуемых витаминов по сравнению с пленчатым сортом Лука. По количеству витаминов В(, В3, В4 и Е она уступала контролю в среднем на 47-47,5 %,

Таким образом, выявлено, что голозерные линии ячменя Нудум 8 и Нудум 9 уступали пленчатым сортам но содержанию витаминов группы В и Е. Учитывая значение витаминного комплекса в пищевой ценности зерна, следует обратить внимание на поиск генетических источников и доноров по этому показателю среди мирового генофонда ячменя для включения их в селекционные программы по улучшению качества продукции.

Реализации программы по селекции голозерных сортов ярового ячменя

Основываясь на полученных результатах исследований, нами проведены реципрокные скрещивания таких голозерных сортов, как Нога (Нидерланды) и Condor (США) с пленчатыми (Андрей, Эльф, Лука). Получен уникальный по значимости гибридный фонд, из которого отобран новый селекционный материал.

В результат« жесткой полевой и лабораторной оценки из 1500 семей выделено 43 линии, представляющие практический интерес для дальнейшей селекционной доработки. Наиболее перспективны 5 из них — КМ-42 (Андрей х Нога), КМ-43 (Нога х Андрей), КМ-44 (Condor х Эльф), КМ-45 (Condor х Лука), КМ-46 (Лука х Condor) (табл. 7).

Таблица 7

Биологические свойства и продуктивность у голозерных линий ячменя (2003 г.)

Показатель Сорт, линия

Андрей (ст-т) Лука Эльф Нога Condor КМ-42 КМ-43 КМ-44 КМ-45 КМ-46

Вегетационный период, суток 75 80 84 73 78 74 72 77 78 81

Восприимчивость к головневым грибам, % (инф, фон) 67,5 3,8 4а 56,4 58,3 27,0 36,4 22,5 28,4 18,3

Индекс развития корневых гнилей, % 37,8 18,8 38,8 36,4 39,5 32,0 30,4 21,0 27,6 18,5

Устойчивость к полеганию, балл 5,0 5,0 5,0 4,6 4,8 5,0 3,0 5,0 5,0 5,0

Код-во продуктивных стеблей, шт. 456 448 394 356 372 428 416 422 440 468

Масса 1000 зерен, г 46,1 53,0 49,5 48,6 46,6 46,6 48,3 49,0 51,0 49,6

Масса зерна с 1 м', г 487 546 391 354 388 440 450 444 487 500

Методом отбора по сочетанию комплекса необходимых свойств и признаков удалось приблизить их к основным требованиям для сортов ячменя сибирской экологической группы. По продолжительности вегетационного периода (72-81 суток) среди них отобраны скороспелые и среднеспелые генотипы, позволяющие в условиях короткого сибирского лета формировать кондиционные семена.

По иммунитету к головневым грибам, на провокационном фоне, они считаются средне восприимчивы ми (18,3-36,4 %), к корневым гнилям -толерантными. Все образцы устойчивы к полеганию, а в условиях 2003 г. — к дефициту влаги в почве. Количество продуктивных стеблей удалось достоверно повысить на 13,4-31,4 %, По крупности зерна они соответствовали пленчатым стандартным и родительским сортам. Не превышен по этому показателю лишь сорт Лука с массой 1000 зерен 53,0 г. Но ближе к этому уровню оказалась линия КМ-45 (Condor х Лука). По массе зерна с 1 м2 (440-500 г) новые линии превысили голозерные сорта Нога на 3S %, Condor — на 26 %. Этому уровню продуктивности способствовал отбор на повышенное содержание пигментов и высокую интенсивность фотосинтеза.

ВЫВОДЫ

I. Установлены существенные различия между сортсюбразцами голозерных и пленчатых разновидностей ячменя по некоторым физиологическим характеристикам листьев. Голозерные линии Нудум 8 и Нудум 9 уступили пленчатым сортам (Андрей, Лука) по содержанию хлорофилла а (на 7 и 10 % соответственно), суммы хлорофиллов {а+6) (на 8 и

12 %), интенсивности фотосинтеза (на 9 и 17 %). По содержанию суммы каротиношюв отмечено преимущество пленчатых ячменей на 22 %.

2. На уровне целого растения у голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9, по сравнению с пленчатыми образцами, выявлено снижение ростовых и продукционных процессов — накопления сухой массы (на 12 и 24 % соответственно), плошади листьев (на 5 и 10 %), величины нетто-ассимиляции (на 16 и 30 %), производительности работы листового аппарата (на 22 и 39 %), относительному приросту (иа4 и 12 %).

3. Пониженная фотосинтетическая способность растений и интенсивность ростовых процессов обусловили формирование более низкой продуктивности голозерных ячменей по сравнению с пленчатыми. Они сформировали в среднем за 3 года (2000-2002) на 4,5-6 % меньшую продуктивную кустистость, на 20,5-31 % уступили по массе 1000 зерен, а это привело к снижению урожайности зерна на 18,5-50 %.

4. Биохимический анализ качества зерна выявил преимущество голозерных линий Нудум 8 и Нудум 9, по сравнению с контрольными вариантами в накоплении белка (14,0-14,4 % против 12,6-13,3 %) и жира (2,22,4% против 1,6%).

5. Установлена тесная положительная корреляция между физиологическими, морфометрическими показателями (количеством пигментов, площадью листьев, сухой массой растений) и показателями урожая зерна. Это подтверждает принципиальную возможность использования физиологических показателей в селекции голозерных форм на повышение продуктивности растений.

6. На основе полученных результатов разработана программа селекции голозерных сортов ячменя. Важным элементом этой программы является отбор высокопродуктивных форм голозерного ячменя из гибридных популяций на основе использования в качестве тестовых показателей повышенного содержания пигментов и высокой интенсивности фотосинтеза. На первом этапе реализации программы получены 5 перспективных голозерных линий (КМ-42, КМ-43, КМ-44, КМ-45, КМ-46). Их удалось приблизить по основным требованиям для сортов сибирской экологической группы к пленчатым сортам;

- по продолжительности вегетационного периода (72-81 день) они отнесены к скороспелой и среднеспелой группе;

- по иммунитету к головневым грибам на провокационном фоне они считаются средиевосприимчивыми (18,3-36,4 %), к корневым гнилям — толерантными;

- устойчивы к полеганию и дефициту влаги в почве;

- по количеству продуктивных стеблей на 1 м2 достоверно превышают голозерную родительскую форму на 13,4-31,4 %;

- по массе 1000 зерен (46,6-51,0 г) соответствуют пленчатым стандартам и родительским сортам, за исключением сорта Лука (53 г);

- по комплексу положительных биологических свойств и хозяйственных признаков выделены две линии — КМ-45 и КМ-46.

РЕКОМЕНДАЦИИ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ

1.Для повышения продуктивности голозерного ячменя в качестве одного из критериев оиенки исходного материала и отбора перспективных форм рекомендуется использовать такие физиологические и морфометрические показатели как количество пигментов, интенсивность фотосинтеза, площадь листьев, сухая масса растений.

2. В качестве исходного материала для выведения новых сортов голозерного ячменя рекомендуются линии КМ-42 (Андрей х Нога), КМ-43 (Нога х Андрей), КМ-44 (Condor х Эльф), KM-Í5 (Condor х Лука), КМ-46 (Лука х Condor).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Неверова O.A., Цандекова О.Л., Сазонова Л.Н, Некоторые особенности процессов прорастания семян коллекционных голозерных номеров ячменей Nudum 8 и Nudum 9 в условиях Кемеровской области // Технология продуктов повышенной пищевой ценности; Сб. науч. тр. Кемерово, 2000. С. 112.

2. Цандекова ОЛ. Изучение активности гидролитических ферментов при прорастании семян селекционных голозерных номеров ячменей Нудум 8 и Нудум 9 в условиях Кемеровской области // Экология Южной Сибири-2000 год; Между нар. науч. конф. студентов и молодых ученых (г. Абакан, 1-4 ноября 2000 г.).-Красноярск: Краснояр, ГУ, 2000. Т.1, С. 102.

3. Цандекова О.Л., Неверова O.A., Сазонова Л.Н. Оценка интенсивности синтетических процессов у селекционных голозерных номеров ячменей Нудум 8 и Нудум 9 // Проблемы медицины и биологии: Сб. науч. тр. 4.3, Кемерово, 2001. С. 104.

4. Цандекова О Л., Неверова O.A., Сазонова Л Н. Содержание зеленых пигментов у селекционных голозерных номеров ячменей Nudum 8 и Nudum 9 // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сб. науч. тр. Вып. 1. Кемерово, 2001. С. 146.

5. Сазонова Л.Н., Неверова O.A., Цандекова О.Л. Характеристика ростовых и продукционных процессов селекционных голозерных номеров ячменя у условиях Кемеровской области // Селекция сельскохозяйственных культур на качество: Мат. науч.-метод. конф. объед. и пробл. советов по растениеводству, селекции, биотехнологии и семеноводству с.-х. культур в Сибири (г. Красноярск, 19-20 июля 2001 г.). Новосибирск, 2001. С. 120-123.

6. Цандекова О.Л. Взаимосвязь фот ос и нтетич еск их процессов и урожайности у некоторых пленчатых и голозерных ячменей // Повышение эффективности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений: Докл. и сообщ. VIII генетико-селекциомной школы (11-16 пояб. 2001 г.). -РАСХН СО СибНИИРС НГАУ. Новосибирск, 2002. С. 444-446.

7. Цандекова О.Л., Неверова O.A., Заушинцена A.B. Сравнительная характеристика некоторых показателей питательной ценности зерна скороспелых ячменей // Зерновое хозяйство. 2002. №7. с. 18-19.

Подписано в печать 24.05.2005 г. Тираж 120 этга. Печать трафаретная. Заказ 2091 Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г, Тюмень, ул. Республики, 7

€ 1 33 95