Прорастание семян условно разделяют на ряд этапов [2]: 1) физический – поглощение воды зародышем и эндоспермом семени; 2) биохимический – во время которого происходит переход питательных веществ в растворимое состояние и 3) морфологический – количественный видимый глазом рост органов зародыша и развитие его в самостоятельное растение.

Изучение особенностей поглощения воды в период физического набухания (за первые 120 минут от замачивания) семенами ярового ячменя сорта Стимул в условиях оптимального увлажнения в зависимости от их обработки ПЭМП ПЧ.

Исследуя изменение абсолютно сухой массы прорастающего семени ячменя, авторы брали в исследование, как правило, семена на определенный день проращивания. При этом в одну пробу попадают семена, находящиеся на разных этапах прорастания. На кафедре физиологии и химии разработана усовершенствованная шкала микрофенологических фаз прорастания семян (МФФ ПС) ячменя [4]. В этой шкале, кроме существующих в настоящее время фаз, представлены также МФФ, описывающие этапы роста и развития корневой системы проростка. Изучение развития активности амилолитических ферментов в прорастающем семени по МФФ ПС позволит охарактеризовать ход этого процесса в индивидуальном семени.

Целью работы было определение содержания абсолютно сухой массы прорастающего семени ярового и озимого ячменя по микрофенологическим фазам прорастания семени.

Методика. Объектом исследования служили семена трех сортов озимого (Зимур, Романс, Самсон) и трех сортов ярового ячменя (Мамлюк, Ратник, Зерноградец 770), которые внесены в реестр селекционных достижений и допущены к использованию в Северо-Кавказском регионе. Анализ провели на семенах, которые различались по гидротермическому режиму весенне-летнего периода. Семена проращивали в растильнях на фильтровальной бумаге в дистиллированной воде при температуре +20⁰С согласно ГОСТу [2]. В анализ отбирали семена, находящиеся на одной МФФ ПС [3]. Результаты подвергали статистической обработке с использованием программ Excel ПК.

Результаты и обсуждение. В процессе прорастания каждое семя ярового и озимого ячменя проходит ряд микрофенологических фаз прорастания. При этом возрастает влажность семени, а часть пластических веществ эндосперма тратится на синтез тканей проростка. Для решения поставленной цели, необходимо было определить влажность семян изученных сортов ярового и озимого ячменя по этим фазам.

В таблице 1 представлены результаты определения процентного содержания абсолютно сухой массы (АСМ) в прорастающем семени ярового и озимого ячменя. Для семян ярового и озимого ячменя характерно то, что содержание АСМ семян в каждой МФФ ПС имеет очень близкие значения (а К_вар – низкие значения), что свидетельствует об одинаковой степени обводненности тканей прорастающего семени на каждой МФФ ПС.

Таблица 1 – Процентное содержание абсолютно сухой массы в прорастающем семени ярового и озимого ячменя по МФФ ПС

В процессе прорастания семени происходит снижение доли АСМ у ярового ячменя на 53%, а у озимого – на 56%. Максимальное поглощение воды семенем происходит от замачивания семян до наклевывания (фаза «точка»), при этом процент АСМ снижается на 24% у ярового ячменя и на 36% – у озимого.

Следует отметить, что содержание АСМ по МФФ ПС имеет очень близкие значения для семян ярового и озимого ячменя. Можно сделать вывод, что для культуры ячменя в целом характерно наступление каждой последующей МФФ ПС при определенной влажности.

У культуры ячменя в целом самый низкий коэффициент вариации процентного содержания абсолютно сухой массы регистрируется в МФФ «сухая зерновка», в процессе прорастания варьирование увеличивается до фазы «проросток». От фазы «сухая зерновка» до фазы «проросток» увеличение коэффициента вариации происходит в 11 раз.

Таким образом, за период от сухого семени до проростка происходит снижение процентного содержания АСМ более чем в 2 раза.

Абсолютно сухую массу одного семени (эндосперм, росток и корешки) в процессе прорастания по МФФ определили для сорта ярового ячменя Ратник и озимого ячменя сорта Зимур за три года (таблица 2).

За период прорастания семена сорта Ратник в среднем теряют 8,5 мг, а семена сорта Зимур 6,3 мг. Наибольшая потеря массы семенем ярового ячменя происходит за период набухания до его наклевывания, а у семени озимого ячменя снижение массы происходит постепенно.

Определение АСМ одного семени по МФФ ПС позволило нам впервые выявить следующий факт: семена ярового и озимого ячменя к фазе «длинные корешки» увеличиваются в массе, а затем – резко снижаются.

Таблица 2 – Масса абсолютно сухого вещества одного семени по МФФ ПС ярового ячменя сорта Ратник и озимого ячменя сорта Зимур

Если выразить массу семени по МФФ в процентах от массы сухого, то можно проследить динамику баланса между расходованием веществ эндосперма и новообразованием тканей ростка и корешков (рисунок).

Рисунок – Изменение абсолютно сухой массы индивидуального семени

по МФФ ПС ярового ячменя сорта Ратник и озимого ячменя сорта Зимур при проращивании в условиях оптимального увлажнения (среднее за 2007-2009гг.)

За период от сухого семени до фазы «длинные корешки» убыль массы семени у ярового ячменя 10%, а у озимого – 6,4%. Всего за период прорастания семя ярового ячменя теряет 17,5% от АСМ, а семя озимого ячменя – 17,8%.

Заключение. В процессе прорастания семя ярового и семя озимого ячменя теряют к МФФ ПС проросток 17,5% и 17,8%, соответственно. Потеря массы семенем происходит не равномерно, а скачками, в МФФ ПС «длинные корешки» происходит даже некоторое увеличение абсолютно сухой массы семени.

Возделывание ячменя в России осуществляется практически во всех регионах. Повышенное внимание к сельскому хозяйству как основе обеспечения продовольственной безопасности определяет интерес к этой культуре, стимулируя расширение ее посевов. Так на Северном Кавказе, возделываясь в яровой и озимой формах, ячмень ежегодно занимает от 2 до 2,5 миллионов гектаров.

В Ростовской области культивируется преимущественно яровой ячмень. Однако урожайность этой культуры в регионе все еще не соответствует уровню плодородия почвы, лимитируется неблагоприятными климатическими условиями, полеганием посевов и поражением их болезнями, вредителями и сорняками, в связи с чем продуктивность ярового ячменя в Ростовской области все еще низкая и крайне неустойчива по годам, в среднем 1,81 т/га.

Выведение более засухоустойчивых сортов, обладающих высокой урожайностью, устойчивостью к полеганию, вредителям и болезням – главная цель селекционной работы с яровым ячменем в условиях степной зоны Северного Кавказа. В тоже время, внедрение нового лучшего сорта в производство является наименее затратным, экономически оправданным и экологически безвредным приемом стабильности и повышения урожайности ячменя [2, с. 22].

Поиск путей решения этой актуальной проблемы и определил цель наших исследований: изучение исходного материала ярового ячменя в условиях юга Ростовской области для использования его в селекции. В задачу исследований входила оценка коллекционных образцов ярового ячменя по важнейшим хозяйственно–биологическим признакам и выделение наиболее перспективного материала для дальнейшей селекционной работы.

Материалы и методы. Изучение коллекционного материала ярового ячменя проводилось в 2014–2015 гг. В качестве объекта исследований использовали 112 сортов ярового ячменя отечественной и зарубежной селекции, различающихся по комплексу ценных признаков.

Опыты проводили согласно Методике Государственного сортоиспытания с.–х. культур (1989). Делянки размещали систематическим способом в однократной повторности, учетная площадь 1 м². Глубина заделки семян 5–6 см. В течение вегетации проводили фенологические наблюдения, оценку степени поражения растений болезнями.

Степень поражения мучнистой росой и гельминтоспориозом определяли глазомерно в бaллax, поражение ржавчиной – глазомерно в %. Анализ элементов структуры урожая (высота растения, длина колоса, число зерен в колосе, масса зерна с 1 колоса) проводили в фазу полной спелости ярового ячменя. Уборку делянок коллекции ярового ячменя осуществляли вручную с помощью серпов и с последующим обмолотом снопов на молотилке. Математическую обработку результатов исследований проводили по Б.А. Доспехову [1 с. 132], с использованием компьютерных программ Exsel и Statistika 6.0.

Результаты. От степени проявления болезней в посевах ярового ячменя зависит развитие всех частей растения и урожайность в целом. Поэтому оценку поражения болезнями необходимо проводить для прогноза будущего урожая. Наиболее вредоносными болезнями на растениях ярового ячменя являются: желтая ржавчина, мучнистая роса, гельминтоспориоз [6 с. 40].

Желтая ржавчина проявляется весной на нижних, а позже и верхних листьях, которые желтеют, подсыхают и опадают, вследствие чего продуктивность растений снижается. При сильном развитии болезни недобор урожая зерна может составлять 15–20% и более.

В среднем за 2 года изучения поражение ржавчиной составило от 5 до 60 % (рисунок 1). Нами выделены сорта, проявившие высокую устойчивость к этому патогену: Зерноградский 813, Леон, Щедрый (ВНИИЗК), Одесский 22, Гетьман, Соборный (СНИИСХ), Новичок (Кировская область), Эльф, Биос 1 (Московская область), Первоцелинник (Оренбургская область), Багрец, Калита (Свердловская область), Malva (Латвия), Aramir, Berac, Carina, Beka, Prostor, Quantum, Koru (Голландия), Perun (Чехия), Адапт, Эдем (Украина), Якуб, Бровар, Гонар (Белоруссия), Scarlett (Германия), Fabora (Франция), Нудум 265 (Монголия), поражение растений у которых отмечено на уровне от 5 до 10 %, при 29 % у стандарта.

Мучнистой росой поражаются листья, стебли, листовые влагалища ячменя. На ранней стадии развития сказывается прежде всего на уменьшении плотности стеблестоя и количестве зерен в колосе. Заражение на более поздней стадии, как правило, приводит к снижению массы тысячи зерен. В случае сильного развития болезни потери урожая могут доходить до 25%.

Гельминтоспориоз, или полосатая пятнистость ячменя главным образом проявляется в виде полосатой пятнистости листьев, листовых влагалищ, реже колоса. Поражённая листовая пластинка разрывается на отдельные узкие полоски, ткань отмирает. Кроме вегетативных частей поражаются колосья и зёрна. Из заражённых семян развиваются больные всходы.

Рисунок 1. Распределение сортов ярового ячменя по степени поражения ржавчиной, 2014–2015 гг.

В среднем за 2 года поражение коллекционных образцов мучнистой росой составило от 1 до 7 баллов. Наименьшее поражение (1˗2 балла) отмечено у образцов Тан 1, Зерноградский 813, Сокол, Леон (ВНИИЗК), Лука (СНИИСХ), Волгарь (Самарская область), Оренбургский 11, Русь (Оренбургская область), Калита (Свердловская область), Klinta, Malva (Латвия), Claudia, Aramir, Berac, Quantum, Koru (Голландия), Perun, Prestige (Чехия), CDC VC Ywire (Канада), Бровар, Гонар (Белоруссия), Адапт (Украина), Scarlett, Thiladelphie (Германия), Otira (Дания), Невада, Fabora (Франция), при 4 балла поражения у стандарта Приазовский 9.

Менее восприимчивы к гельминтоспориозу (3 балла поражения) были образцы Заветный, Новик, Приазовский 9 (St) (ВНИИЗК), Первоцелинник (Оренбургская область), Хеджибей (Белгородская область), CDC VC Ywire, CDC Fleet (Канада), Сталкер (Украина), Barke (Дания), Нудум 265 (Монголия), Местный (Пакистан).

Урожайность – это комплексный признак, который является главным критерием при оценке продуктивности растений [5 с. 41]. Известно, что существует связь между урожайностью и высотой растений, длиной колоса, числом зерен в колосе, массой 1000 зерен. Ее величина напрямую связана с абиотическими факторами внешней среды, которые выражаются как климатическими, так и почвенными условиями [3 с. 65, 4 с. 48].

В нашем опыте структурный анализ проводили по 20 растениям каждого сорта ярового ячменя. Установлено, что наиболее урожайными являются образцы ярового ячменя, имеющие среднерослые растения с удлинённым колосом и большим количеством зёрен в колосе.

Анализ распределения коллекционных образцов ярового ячменя показал, что наиболее оптимальную высоту растения (69˗71 см) имели образцы Маныч 459, Зерноград 584, Сокол (ВНИИЗК), Лука (СНИИСХ), Эльф (Московская область), Русь (Оренбургская область), Камышенский 23 (Волгоградская область), Калита (Свердловская область), Koral (США), Sultan, Quantum (Голландия), Dolly (Канада), Якуб, Гонар (Белоруссия), Галактика 1, Сталкер (Украина), Адажио, Невада, Fabora (Франция). У стандартного сорта Приазовский 9 высота растений отмечена на уровне 68 см (рисунок 2).

Рисунок 2. Распределение сортов ярового ячменя по высоте растений, 2014–2015 гг.

Длина колоса у стандарта Приазовский 9 в среднем за два года исследований составила 7,6 см (рисунок 3).

Рисунок 3. Распределение сортов ярового ячменя по длине колоса, 2014–2015 гг.

Наиболее крупные колосья (свыше 9,9 см) сформировали сорта ячменя Заветный, Леон, Щедрый (ВНИИЗК), Рубикон, Дипломат (КНИИСХ), Владимир (Московская область), Волгарь (Самарская область), Первоцелинник (Оренбургская область), Aramir (Голландия), Perun (Чехия), CDC VC Ywire (Канада), Адапт, Эдем, Эффект (Украина), Thuringia, Thiladelphie (Германия), Odin (Дания).

Важным компонентом урожая является число зерен в колосе, при этом озерненность колоса относится к сильно варьирующим признакам. В наших опытах в среднем за 2 года изучения это признак варьировал от 20 до 32 шт. (рисунок 4).

Рисунок 4. Распределение сортов ярового ячменя по числу зерен в колосе, 2014–2015 гг.

Нами выделены сорта, сформировавшие наибольшее число зерен в колосе (от 27 шт.): Леон, Щедрый (ВНИИЗК), Дипломат (КНИИСХ), Гетьман (СНИИСХ), Новичок (Кировская область), Владимир (Московская область), Волгарь (Самарская область), Первоцелинник (Оренбургская область), Бимон (Свердловская область), Рахат (Татарстан), Athos, Beka (Голландия), Perun, Prestige (Чехия), CDC VC Ywire (Канада), Талер (Белоруссия), Адапт, Эффект (Украина), Odin (Дания), Fabora (Франция), Местный (Пакистан), при 22 шт. у стандарта Приазовский 9.

Важным элементом структуры, определяющим урожайность и качество зерна является масса 1000 зерен [7 с. 68]. В среднем за годы исследований отмечено сильное варьирование этого признака у коллекционных образцов ярового ячменя – 38,7–53,8 г (рисунок 5).

Рисунок 5. Распределение сортов ярового ячменя по массе 1000 зерен, 2014–2015 гг.

Большинство сортообразцов (59 %) имели массу 1000 зерен на уровне 44,0–48,0 г, при 47,1 г у стандарта Приазовский 9. Наиболее крупнозерными в опыте выделены сорта Одесский 22, Прерия (СНИИСХ), CDC Fleet (Канада) Галактика 1, Адапт, Корона (Украина), Местный (Афганистан), Нудум 265 (Монголия), у которых в среднем за 2 года величина этого признака составила выше 50 г.

При селекции сортов озимой пшеницы академик П.П. Лукьяненко считал важнейшим признаком, по которому следует вести отбор, массу зерна с 1 колоса. Мы проанализировали распределение коллекционных образцов ярового ячменя по этому показателю и установили, что 75% сортообразцов обеспечили 1,1–1,3 г зерна с 1 колоса (рисунок 6).

Рисунок 6. Распределение сортов ярового ячменя по массе зерен с колоса, 2014 – 2015 гг.

Наиболее полновесный колос (масса зерна свыше 1,4 г) отмечен у сортов Дипломат (КНИИСХ), Волгарь (Самарская область), Prestige (Чехия), Адапт (Украина) и Odin (Дания).

Одной из главных задач всех селекционных программ является создание сортов сельскохозяйственных культур, обеспечивающих получение высокой стабильной урожайности [2 с. 52]. Поэтому, выделенные в нашем опыте по этому признаку коллекционные образцы, будут использованы в качестве родительских форм в программах гибридизации. Так у 63 % сортообразцов урожайность в среднем за годы исследований (2014–2015 гг.) варьировала от 350,0 до 450,0 г/дел. (рисунок 7).

Рисунок 7. Распределение сортов ярового ячменя по урожайности, 2014–2015 гг.

Среди изучаемых коллекционных образцов двурядного ярового ячменя, наибольшую урожайность сформировали сорта Щедрый (488,55 г/дел.), Новик (484,6 г/дел.) (ВНИИЗК), сорт Дипломат (453,85 г/дел.) (КНИИСХ), сорта Эней (466,0 г/дел.) и Гетьман (486,8 г/дел.), максимальная урожайность отмечена в опыте у сорта Лука (503,1 г) (СНИИСХ), сорт Эльф (466,0 г/дел.) – Московская область.

По результатам исследований нами выделены сорта ярового ячменя коллекционного питомника, сочетающие комплекс ценных хозяйственно–биологических признаков (таблица 1).

Таблица 1 – Лучшие коллекционные образцы ярового ячменя, 2014-2015 гг.

Выводы. В результате проведенных исследований нами выделены сорта ярового ячменя, обладающие комплексом хозяйственно-ценных признаков и свойств: Леон, Щедрый (ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко), Дипломат (КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко), Волгарь (Самарская область), Калита (Свердловская обл.), Quantum (Голландия).
Эти сорта рекомендуется использовать в селекции, как на отдельные признаки в качестве источников, так и комплексные хозяйственно–биологические
признаки.