Содержание к диссертации
Введение
1. CLASS Обзор литератур CLASS ы 7
1.1. Современное состояние селекции пивоваренного ячменя в зарубежных странах 7
1.2. Перспективы селекции пивоваренного ячменя в СССР 16
1.3. Природно-климатические условия Узбекской ССР в связи с культурой пивоваренного ячменя 20
1.4. Динамика посевных площадей и урожайность ячменя в Узбекистане 24
1.5. Селекция ячменя в Узбекистане и ее задачи в связи с интенсификацией сельского хозяйства 27
2. Исходный материал и методика исследований 31
2.1. Исходный материал 31
2.2. Методика исследований 33
2.3. Гибридизация ячменя 36
2.4. Метеорологические условия в годы проведения исследований 38
3. Результаты агробиологического изучения исходного материала .. 41
3.1. Вегетационный период 41
3.2. Перезимовка растений и выживаемость 46
3.3. Устойчивость к полеганию и высота растений 53
3.4. Устойчивость к болезням 63
3.5. Элементы продуктивности и урожай 6$
4. Технологические свойства образцов коллекции и фонда 79
4.1. Биохимическая характеристика по содержанию белка и крахмала 79
4.2. Пивоваренные качества изученного набора образцов ячменя 81
4.3. Изменчивость пивоваренных качеств в зависимости от зоны выращивания 92
4.4. Наследование селекционных признаков и пивоваренных свойств зерна. 97
4.5. Характеристика перспективных форм для селекции пивоваренного ячменя НО
Выводи 121
Практические рекомендации 123
Литература 125
Приложения 150
- Природно-климатические условия Узбекской ССР в связи с культурой пивоваренного ячменя
- Метеорологические условия в годы проведения исследований
- Устойчивость к полеганию и высота растений
- Изменчивость пивоваренных качеств в зависимости от зоны выращивания
Введение к работе
В решениях ШІ съезда КПСС, в принятой на съезде Продовольственной программе страны, получившей затем свою конкретизацию на майском 1982 г. Пленуме ЦК КПСС, основной задачей агропромышленного комплекса признано надежное обеспечение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем, что обеспечит дальнейший подъем общего благосостояния народа. Исходя из этого, среднегодовое производство зерна в одиннадцатой пятилетке намечено довести до 238-243 млн.тонн. При этом особое внимание должно быть уделено производству фуражного зерна. Планируется увеличить валовые сборы ячменя пивоваренных сортов во всех зонах его товарного производства.
Ячмень - одна из основных зерновых культур, выращиваемых в стране, зерно которого используется для кормовых целей , а также в пищевой промышленности, главным образом для производства пива.
В принятых на ХХУІ съезде КПСС Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года предусмотрено создание крупных зон гарантированного производства зерна на вновь орошаемых землях.
В соответствии с этим возросли возможности размещения зерновых культур на поливных землях Средней Азии, где ячмень, в силу своей меньшей требовательности к условиям выращивания, является урожайной и экономически выгодной культурой.
Скороспелость ячменя позволяет возделывать его в хлопковых севооборотах, как промежуточную и покровную культуру для люцерны.
Природно-климатические условия Узбекской ССР в связи с культурой пивоваренного ячменя
Территория Средней Азии с прилегающими к ней странами объединены Н.И.Вавиловым (1957) в обширную Ирано-Туркестанскую агрономическую область, характеризующуюся разнообразием климата. Особенность его - резкая континентальность и засушливость (0.А.Семенова, I960), что обусловлено, с одной стороны, наличием горных систем (Копет-Даг, Тянь-Шань и Памир), с другой - открытым положением территории с севера и северо-запада (Е.Н.Балашова, I960).
По Д. И. Шашко (1967), агроклиматическими аналогами среднеазиатских республик нашей страны являются южные и западные горные районы США, северные районы Афганистана и Ирана, межгорная территория Китая (пустыня Такла-Макан), т.е. районы, неблагоприятные для выращивания пивоваренного ячменя.
По данным О.М.Житомирской (I960), тепловые ресурсы Средней Азии не имеют аналогов в нашей стране; суммы излучаемого солнцем тепла в виде прямой и рассеянной радиации достигают 125-150 ккал/ см , что обусловливает высокие температуры, особенно на равнинах, в летнее время ( 40С). Отсутствие осадков (5-Ю мм) в летний период в сочетании с высокой температурой приводит к суховеям или воздушной засухе. Это существенно влияет на полноценный налив зерна.
Смена погоды осенью наступает обычно внезапно с вторжением сибирских холодных масс воздуха (А.Н.Максумов, 1964). Зима и весна, в противоположность лету и осени, характеризуются неустойчивой погодой. Почти 30-40$ годовой суммы осадков выпадает в марте-апреле.
Ячмень размещается в основном на богарных землях, общая площадь которых составляет около I млн.га.
Согласно существующей схеме районирования и принятой в производстве, богара Узбекистана подразделяется на четыре вертикальные зоны (табл.1.3): равнинная (почва - светлые сероземы); равнинно-холмистая (почва - типичные сероземы); предгорная (почва - темные сероземы); горная (почва - темные сероземы, местами коричневые).
Наиболее предпочтительной зоной богары республики, пригодной для выращивания пивоваренного ячменя, является предгорная зона, а также горная , но нужно учитывать (Г.А.Лавронов, 1969) свойствен - 23 ные для этой зоны недостаток тепла и, в ряде случаев, резко выраженный сток.
Весьма существенным агроклиматическим показателем, характеризующим производительность использования природных возможностей и, в частности, термических ресурсов, является время наступления почвенной засухи - просушивание верхних слоев почвы до влажности устойчивого увядания (Л.Н.Бабушкин, 1964). Везде, где почвенная засуха наступает за 10-15 дней до колошения, богарное земледелие или невозможно, или весьма рискованно; позднее (по отношению к колошению) наступление почвенной засухи благоприятствует росту возделываемых на богаре культур.
Анализ метеорологических данных и сопоставление фаз развития ячменя свидетельствуют о том, что сумма положительных температур значительно колеблется в зависимости от вертикальной и широтной (географической) зональности. От верхних к нижним зонам богары, с севера на юг Узбекистана она увеличивается (приложение I).
Зона, где проводились наши исследования, - Самаркандская область (Каттакурганский район), расположена в бассейне среднего течения реки Зерафшан, где сосредоточены основные массивы орошаемых земель Зерафшанской долины (И.П.Герасимов, 1933). Сумма атмосферных осадков составляет 305 мм, а эффективные температуры -2500-2800,что значительно превышает необходимую норму (1310) для культуры ячменя (Л.Н.Бабушкин, 1970).
Для производства качественного пивоваренного ячменя необходимо равномерное воздействие внешних факторов (свет, тепло, влага)
(В.Складал, 1961; А.А.Линчевский, 1971; Я.Лекеш, 1972; Э.Д.Нетте-вич и др., 1981).
Метеорологические условия в годы проведения исследований
Погодные условия в годы проведения исследований различались по гидротермическому режиму (приложение 3, 4, 5, рис.2.I).
1979 год. Осенние месяцы 1978 г. характеризовались резкими перепадами температур в ноябре-декабре месяцах, что затянуло появление всходов до второй половины декабря месяца. Зима 1979 года по среднемесячным температурам превышала среднемноголетние показатели. Наличие резкой смены температур отмечалось со второй декады января месяца; с первой декады февраля началось повышение температуры (до 4,2), сменившееся вновь похолоданием в конце месяца. За два зимних месяца выпало полторы нормы осадков, причем распределялись они очень неравномерно. Обилие их повысило относительную влажность воздуха. В марте месяце пониженные температуры обусловили позднее кущение ячменя. Вторая половина вегетации растений (колошение-созревание) прошла при благоприятных погодных условиях; все гидротермические показатели этого периода были близки к среднемного-летним. Погодные условия благоприятствовали формированию высокого урожая зерна. 1980 год. По температурному режиму и сумме осадков период после посева ячменя (третья декада октября - начало ноября меся цев 1979 года) был в целом неблагоприятным. Всходы получены в пер вой декаде декабря месяца. В зимние месяцы (январь-февраль) температура воздуха была неустойчивой, а сумма осадков значительно превышала среднемного-летние показатели (на 48,3 мм). Вторая половина вегетации растений (апрель-июнь) характеризовалась температурами, несколько превышающими среднемноголетние показатели с пониженной нормой осадков и отсутствием их в летнее и осенее время. Созревание ячменя проходило при неблагоприятных метеорологических условиях. 1981 год. Появление всходов отмечено во второй половине ноября; погодные условия благоприятствовали развитию растений на ранних этапах. ливневые дожди со шквальными ветрами в фазу выхода растений в трубку, после колошения и в начале восковой спелости вызвали массовое полегание ячменя; максимум осадков летом пришелся на июль месяц, что не характерно для климата республики.
Средняя температура воздуха осенью незначительно превышала норму, а относительная влажность воздуха была несколько ниже. Основная часть осадков, в отличие от других лет исследований, выпала весной (50,5$). Годовая обеспеченность осадками составляла 354 мм, что выше нормы на 49 мм.
1982 год. Средние температуры воздуха в послепосевной период (конец октября - начало ноября) способствовали появлению всходов в конце ноября и первой декаде декабря (1981 г.).
Зимние месяцы в целом характеризовались положительными средними температурами. Осадков (январь - февраль) выпало на 8,6 мм ниже нормы, а относительная влажность воздуха превышала норму на 6%. Весной выпало 116,6 мм осадков, в том числе 75% в марте месяце. Вторая половина вегетации растений проходила при высоких температурах и отсутствии осадков, что обусловило кратковременность прохождения фазыколопеше-созревшие (28-32 дней).
Летние и осенние месяцы по температурному режиму были близки к среднемноголетним. Осадки превышали норму, но выпадали неравномерно.
Продолжительность вегетационного периода в условиях континентального климата Узбекистана имеет большое значение, особенно с учетом цели исследований - создание исходного материала ячменя пивоваренного использования. Как известно, возделывание его приурочено к мягкому умеренному климату. В условиях Узбекистана период созревания приходится на очень жаркие месяцы (май-июнь) и выявление, а также создание исходного материала с максимально коротким вегетационным периодом является одним из важных. На основании широкой сети географических опытов установлено, что сроки колошения сокращаются под влиянием более длинного дня с юга на север; в противоположность этому продолжительность межфазного периода от колошения до созревания на севере возрастает в связи с пониженным режимом-температур (Е.С.Кузнецова, 1929; Ф.Х.Бахгеев, I935;N.Gasky , 1939; А.Я.Трофимовская, 1972). При выращивании на одном пункте, когда нет существенных колебаний в длине дня, решающее значение приобретает температурный режим почвы, воздуха и других условий выращивания. И здесь уместно говорить о различной степени реакции сортов на изменяющиеся факторы среды (М.С.Савицкий, 1948; М.В.Старченкова, 1964; М.В.Лукьянова, 1969; З.И.Никитенко, 1971). По данным некоторых исследователей (А.Я.Трофимовская,К.М.Архангельская, 1954; Ф.Х.Бахтеев, 1955; З.И.Никитенко, 1971), оптимальной температурой для прорастания семян ячменя является 5-20С. При низких (-1-4С) или высоких температурах (выше 20-25) прорастание идет очень медленно.
Устойчивость к полеганию и высота растений
Устойчивость к полеганию и высота растений Получению высоких урожаев препятствует полеганию, потери от которого достигают 25-60$ урожая зерна (В.Ф.Дорофеев, 1960,1968; В.Т.Манзюк, 1968; А.Д.Пасечнюк, 1974 a; R.o.Weibel J.W.Pendleton , 1964). Y.Brikzinski (1978) считает, ЧТО в условиях интенсивного земледелия увеличение урожая возможно благодаря уменьшению потерь вследствие полегания растений и поражения болезнями.
Полегание не только снижает урожай, но и затрудняет уборку ячменя, ведет к получению щуплого зерна низкого качества: снижается масса 1000 зерен и натура зерна, возрастает пленчатость, ухудшаются другие технологические свойства; создаются условия, способствующие развитию болезней и вредителей (Я.ЛекешД.Зенищева, 1962; А.Я.Трофимовская, 1967; ЯЛекеш, 1972; Я.Я.Лепайыэ, 1973; P.loth, 1974; G.Kratzsh et al., 1976).
Особенно вредоносно раннее (после начала колошения) полегание; при позднем - в фазе восковой спелости, урожай и пивоваренные качества страдают меньше (А.Дэвид, Р.Г.ЇЇІандс, К.А.Сансон, 1973); А.Д.Пасечнкж, 1974 б; P.Toth , 1974). Неполегаемость соломины у конкретных генотипов может иметь различную природу (Н.И.Вавилов, 1935).
Известны три типа полегания: прикорневое, стеблевое и смешанное (ЛД.Сурганова, 1968).
Некоторые авторы (А.Н.Лойко, 1958; С.И.Кузнецова, 1968; В.М.Терентьев и др., 1972) связывают устойчивость к полеганию с толщиной стенок соломины и количеством сосудисто-волокнистых пучков, другие (М.Прздгкова, М.Лебедева, 1932; А.Я.Трофимовская,1972; R.j.Garbor , P.J.oison , 1919) этих связей не обнаружили.
Значительная роль в устойчивости злаковых к полеганию, как отмечают ученые (В.Ф.Раздорский, 1934; К.Г.Тетерятченко, 1959; М.А.Ильинская-Центилович и др., 1955; Я.Лекеш, 1964; Л.3енищева, Я.Лекеш, 1966; Л.3еншцева, 1968), принадлежит крепости корневой системы, количеству и форме придаточных корней, прочности связи корневой системы на разрыв с почвой.
Большая группа исследователей (З.П.Булгакова, 1937; В.Ф.Дорофеев, I960; С.И.Кузнецова, 1968; А.А.Басистов, 1970; А.А.Усико-ва, 1971; А.Я.Трофимовская, 1972; С.Ф.Лыфенко, Н.И.Ериняк,1979) придают особо важное значение высоте стебля как тесту устойчивости к полеганию, но вместе с тем, не менее многочисленная группа авторов (Ю.И.Кириллов, 1957; С.М.Синицына, Э.М.Александров,!971; R.J.Garbor, P.J.Olson, 1919; F.Wienhues, 1950; K.J.Prey, A.J.Nor-den, 1959) показала, что не всегда проявляется взаимосвязь между полеганием и высотой стебля.
-Установлена положительная корреляционная связь между урожаем и высотой растения ( G.Sethi et ai. , 1972), между длиной стебля и продуктивностью одного растения ( D.Lau , 1974), между маССОЙ 1000 зерен И ВЫСОТОЙ растения ( J.Wegrzyn , H.Gzembor, 1975),между высотой стебля и количеством зерна в колосе ( J.Gra-fius,J.Barnard , 1976), между высотой растений и датой выкола-ШИВания (S.Peyer, G.Fedak, 1977).
Длина соломины тесным образом связана с длиной двух нижних междоузлий, особенно второго, и является хорошим критерием для определения устойчивости к полеганию (М.Прункова и др., 1932; В.Ф.Дорофеев, 1961, 1962; Л.Д.Сурганова, 1968; А.А.Басистов,1970; Л.И.Храмышева, 1973). Несколько иного мнения придерживаются С.И.Гриб (1969) и А.Я.Трофимовская (1972), которые считают, что эти показатели не всегда являются надежным критерием устойчивости к полеганию. Противоречивые данные получены о влиянии диаметра стебля на устойчивость к полеганию. В.Ф.Дорофеев (1960,1962), Л.Д.Сурганова (1968) выявили положительную корреляцию между этими признаками. Зарубежные ученые ( J.M. Atkins , 1938; D.G.Hamilton , 1941; J.B.Harrington and C.G.Waywell , 1950) пришли к отрицательному ответу о их взаимосвязи.
Важное значение в комплексе признаков, определяющих устойчивость к полеганию, многие исследователи отводят прочности стебля (А.М.Палеев, 1953; В.Ф.Дорофеев, 1961, 1962; Л.С.Зенищева,Я.Лекеш, 1966; Ф.Г.Кириченко, А.И.Паламарчук, 1975; В.В.Александрян, А.П.Тарвердян, 1976; K.J.Hayland, 1961; L.Zenisceva, 1975).
Из вышеизложенного видно, что неполегаемость соломины зерновых злаков определяется сочетанием многих биохимических, анатомических и морфологических особенностей стебля. Задачей наших исследований было выявить причины полегания ячменя в условиях поливной культуры, изучить устойчивость к поле - 57 ганию в зависимости от высоты растений и других количественных признаков, создать новый исходный материал для селекции пиоварен-ного ячменя в республике. Контрастность погодных условий в годы изучения (I979-I98I гг.) позволила достаточно объективно оценить исходный материал. В первый год изучения (1979), который по сумме осадков и режиму температур был близок к средним многолетним для Каттакурганс-кого района, не вызвал значительной дифференциации изученного сортимента по устойчивости к полеганию. Из общего количества 190 только 14,2$ образцов получили балл 3-5, остальные были устойчивыми (7-9 баллов). Высота растений у образцов колебалась от 87,2 до 121,4 см. При наличии довольно большой амплитуды по высоте растений она на устойчивость образцов к полеганию влияния не оказала.
Второй год изучения (1980) был сухой и жаркий, особенно в период созревания зерна. Из 205 образцов коллекционного питомника 76$ не полегали (7-9 баллов). Изменчивость высоты растений по образцам составила 70-121 см; в большинстве своем изученные образцы ячменя отнесены нами к группе со средней (80-90 см) и выше средней (90-100 см) высотой соломины. Несмотря на контрастность показателей гидротермического режима не выявлено зависимости степени полегания от высоты стебля.
Изменчивость пивоваренных качеств в зависимости от зоны выращивания
Исследованиями многих авторов (Н.Г.Аврамчук , 1969; А.Т.Сергеева, 1970; А.Д.Зубенко, 1971; Н.В.Ильина, 1972; Н.В.Ильина и др., 1977; А.Я.Трофимовская и др., 1979; L.Rusniak , 1969) установлена значительная изменчивость основных пивоваренных качеств и, в первую очередь, экстрактивноети солода в зависимости от условий выращивания. А.Я.Трофимовская (1972) отмечает, что наблюдается большая вариабельность признака экстрактивноети солода у лучших сортов пивоваренного ячменя при выращивании в различных зонах, а также в различные годы на одном и том же пункте.
Одним из важных факторов стабильности технологических свойств, по мнению Г. Ф. Шаговой (1971), является количество и распределе - 94 ниє осадков в различные периоды вегетации растений. Отмечается вредное воздействие как недостатка, так и слишком большого количества осадков на пивоваренные качества ячменя. Недостаток влаги в период вегетации повышает содержание белка в зерне ячменя и снижает содержание крахмала и экстрактивность. Если в период созревания в течение 1-2 дней подули сухие горячие ветры, ячмень подвергается "запалу", приводящему к увеличению количества недоразвитых, щуплых зерен; приготовить нормальный солод из такого зерна очень трудно.
В целях выявления возможных районов возделывания пивоваренного ячменя, а также выяснения роли места и условий его выращивания нами проводились исследования технологических свойств зерна, полученного в различных экологических условиях: I - Катта-курганский опорный пункт (Самаркандская область); 2 - Среднеазиатский филиал ВИР (Ташкентская область); 3 - Красноводопадская Г.С.С. (Чимкентская область Казахской ССР).
Сравнение массы 1000 зерен и биохимических показателей (содержание белка и крахмала) по пунктам изучения выявило большую изменчивость их в зависимости от сорта, места и года выращивания. При выращивании на поливе в Ташкентской области зерно ячменя имело более низкое содержание белка (11,5-13,5%) и повышенное - крахмала (55,2-59,7%) в сравнении с репродукцией зерна в Самаркандской области. Благоприятные погодные условия (1980 г.), сложившиеся на обеспеченной богаре Чимкентской области, способствовали получению зерна у подавляющего большинства образцов с низким содержанием белка (9-13%) и высоким (до 63% ) - крахмала.
В условиях 1980 г. преимущество по качеству солода на орошаемом фоне имела репродукция зерна Ташкентской области, где условия погоды,начиная с мая месяца были более благоприятными. В мае месяце здесь выпало 33,6 мм осадков, что в 2 раза больше, чем в
- 95 Самаркандской области. Влияние погодных условий сказывается значительно на технологических свойствах солода, в частности, на его экстрактивноети и выявляет роль генотипа и экологической пластичности сорта. При выращивании на Красноводопадской ГСС (обеспеченная богара) положительные результаты по экстрактивности солода отмечены у сортов высокоурожайных на орошаемом фоне: Trumpf (ГДР),
Pinna , Keg (Великобритания), Rapid , Dukat (ЧССР). .Амплитуда сортовой изменчивости (1980-1982 гг.) составляла на Каттакурганском опорном пункте от 71,1$ до 81,6$; ташкентской-от 74,6$ до 82,4$; красноводопадской - от 73,2$ до 81,0$.
Стандартный сорт Унумли арпа характеризовался низкими показателями на орошаемом фоне Каттакургана и Ташкента, но выделился по экстрактивности солода на богаре Красноводопадской ГСС (в среднем за 2 года изучения - 76,7$). Это соответствует данным Э.Д.Нет-тевича и др. (1981), отметивших удовлетворительную экстрактивность зерна этого сорта (77,0$) на Ахангаранском сортоучастке Узбекской ССР, расположенном в зоне обеспеченной богары.
Изучение пивоваренных качеств ячменя, полученного из различных по почвенно-климатическим условиям пунктах Средней Азии, показало, что индивидуальные особенности сортов, несмотря на влияние условий выращивания проявляются довольно четко. Нами выявлены сорта с наибольшей экологической пластичностью в условиях континентального климата Средней Азии (табл. 4.7 ). Примечательно, что эти сорта выделились и в наших основных опытах на Каттакурганском опорном пункте УзНЙИ зерна.
Особую ценность в селекции, направленной на создание пивоваренного сорта для обеспеченной богары Средней Азии и в условиях полива Узбекской ССР представляют: Pinna , Keg (Великобритания), Uadja , Irumpf (ГДР), Dukat , Rapid , Koral (ЧССР), сочетающие высокую экстрактивность солода (76,3-82,4$) с низкой твердостью солода (55-70 усл.ед.). Положигельныгл является содержание белка у них на уровне 9,2-13,9$ и крахмала 55,1-62,8$. Недостатком их является пониженная крупность зерна (35-82$), особенно в неблагоприятные годы (1981 г.). Следует отметить, что цветность сусла у всех образцов независимо от пункта изучения соответствовала требованиям второго класса светлого пива (2,0-5,5 ед.ЕВС).
