Министерство сельского хозяйства РФ

______________

Московская сельскохозяйственная академия имени

К.А. Тимирязева

Кафедра селекции и семеноводства полевых культур

Селекция ячменя пивоваренного направления

Выполнила студентка 56-й группы

Помякшева Л.В.

Руководитель

Рубец В.С.

Москва 2003

Введение

Из Приказа Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ № 278 от 18.03.2002 г. «О проекте отраслевой целевой Программы обеспечения устойчивого производства пивоваренного ячменя и солода в РФ на 2002 - 2005 гг. и на период до 2010 г.»:

«…в связи с ростом производства пива в России резко возрос спрос на качественное и высокотехнологичное сырье: солод и пивоваренный ячмень.

Общая потребность в пивоваренной отрасли в 2001 г. составила 1 млн. тонн ячменного солода, что соответствует 1,4 млн. т пивоваренного ячменя. В настоящее время из-за низкокачественного отечественного ячменя производство солода в России не превышает 400 тыс. т в год. Разница покрывается за счет зарубежных поставок. Около 70% пива производится на импортном сырье…»

Из решения коллегии:

«…2…разработать нормативные документы по государственным стандартам на пивоваренный ячмень, солод и пиво согласно современным международным требованиям».

«…3…обеспечить доработку и дальнейшую реализацию проекта подпрограммы научного обеспечения «Пивоваренный ячмень и солод», обратив особое внимание на ускорение работы по селекции и семеноводству высокотехнологичных в пивоварении сортов ячменя, доработку технологий его возделывания, доработку и хранение, а также на подготовку кадров».[13]

Биохимия и морфофизиологические особенности строения зерновки ячменя лучше, чем у зерна других культур, подходят для промышленной технологии производства пива.[6]

В России впервые научные исследования по пивоварению были проведены выдающимся ученым-агрономом А.Г. Болотовым. В 1733 г. он опубликовал труд
«Исследования пивоваренных материалов». В своих исследованиях он делал основной упор на содержание белка в ячмене, утверждая, что оно должно быть максимально низким.[5]

Современные зарубежные ученые пришли к выводу, что важно не столько количество белка, сколько его качество. И высокобелковые сорта ячменя дают хорошее пиво, если их выращивают при благоприятных условиях. Известно, что в Чехии предусмотрены две технологии пивоварения: из высокобелкового и низкобелкового ячменя.[5]

Особого развития селекция пивоваренного ячменя в России не получила, в советское время все внимание селекционеров было направлено на выведение высокобелковых сортов кормового ячменя. До 50-х гг. века в СССР вообще не было ГОСТа на пивоваренный ячмень. В НИИСХ Юго-востока в свое время был выведен сорт ячменя Нутанс187, который отличался высокой засухоустойчивостью и довольно низкими пивоваренными качествами. Из такого ячменя пиво получалось худшего качества и выход его меньше.[6] В условиях
Северо-востока (Кировская обл.) в 30-40-х гг. XX века был выведен более- менее отвечающий требованиям пивоварения сорт ячменя Винер( Больше до 90-х г. XX века в этом направлении работы не велись.[14]

В результате сейчас до 90 % солода - это импортируемое сырье, довольно дорогостояще. Кроме того, в Россию сейчас везут семена зарубежных сортов и внедряют их в производство. За неимением собственных фермерские хозяйства возделывают эти сорта, однако не все они реализуют свою потенциальную продуктивность в наших условиях. Но на самом деле уже сейчас направление селекции ячменя на пивоваренные цели в России развивается, все как обычно упирается в финансирование отрасли.

Сорта ячменя пивоваренного направления оцениваются более чем по двадцати показателям, однако основных - несколько, на которые и ориентируются селекционеры, отбирая исходный материал и проводя отбор в полученных популяциях. Это признаки:

. Форма и крупность зерна: сход с сита 2,2*2,5 мм – не менее 85%

. Высокая экстрактивность (не менее 75-78%)

. Масса 1000 семян более 40 г

. Содержание белка не более 12,5 %

. Пленчатость не более 9% (но и меньше неблагоприятно)

. Энергия прорастания не менее 95% [1]

Кроме этих признаков следует принимать во внимание и то, что ячмень в
России должен обладать высокой засухоустойчивостью, особенно в Юго- восточных районах РФ.

Глава 1. Почвенно-климатические условия зон ведения селекции

В России селекция пивоваренного ячменя ведется в основном в
Европейской части, в Поволжье: Пензенская, Саратовская, Кировская области, в Краснодарском крае, в Ростовской области.

Общая отличительная черта климата Поволжья – это летние засухи, при высоких температурах обычно выпадает небольшое количество осадков (см. таблица 1).

Основные почвенно-климатические условия районов селекции [1]

Таблица 1
|Район |сред. t?С|сред. t?С |сред. кол-во|почвы |
| | |летом | | |
| |зимой | |осадков | |
| | | |за | |
| | | |вегет.пер. | |
|Кировская обл. |-13..-15є|+17..+20єС |350-400 мм |Дерново-подзолисты|
| |С | | |е |
| | | | |среднесуглинистые |
|Пензенская обл. |-11..-13є|+20..+22єС |380-450 мм |Черноземы |
| |С | | |обыкновенные |
|Саратовская обл.|-11..-13є|+23..+25єС |150-200 мм |Черноземы |
| |С | | |обыкновенные |
|Чувашская респ. |-12..-14є|+18..+20єС |350-400 мм |Дерновые |
| |С | | |Средне- и |
| | | | |тяжелосуглинистые,|
| | | | |серые лесные |
|Ростовская обл. |-5..-8єС |+24..+26єС |300-400 мм |Черноземы |
| | | | |обыкновенные |
|Краснодарский |-3..-5єС |+24..+27єС |500-800 мм |Черноземы |
|край | | | |Южные и |
| | | | |обыкновенные |

В каждом из этих районов благоприятны условия для возделывания многих с/х культур, в том числе и ячменя, но возникают определенные трудности, связанные со спецификой климата. Особенно это касается Поволжья и близлежащих районов. Здесь лимитирующим фактором является недостаток влаги, особенно в весенне-летний период. В связи с этим выводимый и районируемый в этих районах ячмень должен быть еще и засухоустойчив.

В зимний период во многие годы формируется тонкий неустойчивый снежный покров, а морозы бывают довольно сильные. Поэтому предпочтение здесь отдают яровому ячменю, хотя озимый в большей степени отвечает требованиям пивоварения, да и урожайность у него выше. Считают, что пивоваренный ячмень не должен быть скороспелым, с увеличением длины вегетационного периода снижается содержание белка в зерне, и отбор по признаку «продолжительность периода всходы – колошение» надо проводить в ранних гибридных популяциях.[11] Однако в условиях недостатка влаги длительный вегетационный период не позволяет сформировать полноценное зерно, поэтому предпочтительнее скороспелые формы.[12]

Следующая сложность заключается в том, что в Европейской части России наблюдается тенденция повышения накопления в зерне белка с запада на восток. Этому способствуют и климатические условия территорий. Когда в СССР активно велась селекция ячменя кормового направления, это было очень кстати, поскольку выводили прежде всего высокобелковые сорта, со сбалансированным содержанием аминокислот. И центры селекции ячменя возникали преимущественно в Восточной (точнее, Юго-восточной) части европейской России (высокие температуры в летний период и низкая влажность способствуют накоплению белка). Однако пивоваренный ячмень, как уже упоминалось, должен содержать как можно меньше белка и соответственно больше сахаров. И этого нужно добиваться в тех же условиях.

Что касается Краснодарского края, то там в связи с теплой зимой есть возможность выращивать озимый ячмень и вести селекцию. На сегодняшний день этот район считается одним из самых перспективных в области селекции пивоваренного ячменя.

Селекция и возделывание пивоваренных сортов ячменя за рубежом наблюдается по всей Европе, особенно в Германии, Франции, Чехии, Венгрии.
Там благоприятные климатические условия (теплые зимы, не очень высокие летние температуры и достаточно осадков), почвы преимущественно черноземные и каштановые. И в этих районах селекция ведется гораздо активнее, чем в
России, однако попытки интродукции зарубежных сортов в российские условия показали, что даже самые урожайные и пластичные сорта приживаются плохо, урожаи снижаются.

Глава 2. Исходный материал и методы создания популяций для отбора

Как было сказано ранее, до 90-х гг. XX века селекция ячменя пивоваренного в России практически не велась. В начале 90-х в поисках форм с нужными хозяйственными признаками начали исследовать коллекции ВНИИРа им.
Вавилова, в которую входят сортообразцы, собранные по всему миру. . Работы велись в Пензенском НИИСХ, в Кировской области (НИИСХ Северо-востока) и в других институтах и опытных станциях.

В Краснодарском НИИСХ прежде всего начали выяснять, какой из сортотипов ячменя лучше всего отвечает требованиям пивоварения. В результате выяснилось, что в наибольшей степени этим требованиям отвечает двурядный озимый сортотип (Масса 1000 зерен - 38-48 г, крупность - 78 –
94%, содерж. белка 9 – 12%, экстрактивность – 75 – 80%).[14]

В НИИСХ Северо-востока изучалось более 100 сортообразцов коллекции.
Для сравнения за стандарт были приняты районированные в Кировской и
Вологодской области сорта ярового ячменя Биос-1, Абова. Большинство исследуемых генотипов не отличалось продуктивностью. Были отмечены как высокоурожайные сорта Тутейши (Беларусь), Sema1 (Дания), Natasha, Sigma
(Франция) - 50 и более ц/га (выше st на 20-30%). Кроме того, данные образцы были устойчивы к полеганию, что также необходимо пивоваренному ячменю. До 10% протеина содержат сорта Sigma( Delta( Экстрактивность 78-79% у сортов Perun (Чехия), Frida( Delta( Natasha( Повышенным качеством отличались и российские сорта ячменя: Зазерский 85, Одесский 115, новый сорт Джин.[14]

Лучшие сортообразцы были вовлечены в селекцию и скрещивались с районированными и перспективными сортами ячменя.[14]

В ПензНИИСХ в 1994-1996 гг. также исследовались образцы из коллекции
ВНИИРа. Здесь за стандарт приняли сорта Одесский 100 и Прерия. Большая часть исследуемого материала имела «плавную» изменчивость по всем признакам. Отбирали исходный материал по числу зерен в колосе и массе зерна с единицы площади. Предпочтительно крупное выровненное зерно (М 1000 зерен
– 45-55 г) и хорошая озерненность колоса (выше22-25 шт.). Скороспелые, устойчивые к полеганию сорта: Ноктюрн, Темп, Омский 88, Скиф. Низким содержанием белка на фоне остальных отличались сорта Джин, Одесский 115,
Престиж, Sema1, Senoz (Дания),[12] Омский 85, Brier (США), Кедр, гибрид
Донецкий 8*Irene. У сортов Кедр, Харьковский 99, Нутанс 642, Одесский 115 наблюдалась повышенная экстрактивность и высокая энергия прорастания.
Представленные сорта были вовлечены в селекцию высокопродуктивных сортов пивоваренного ячменя.[8]

На Краснокутской селекц.-опытной станции (Саратовская обл.) еще в 1984 г. был получен сорт-донор пивоваренных качеств (малопродуктивный): Одесский
111, при создании которого использовался высококачественный сорт Эльгина. В
1986 г. была получена линия 642: Одесский 111/Донецкий 4/ Донецкий 8, и впоследствии вывели сорт Нутанс 642, превышавший Нутанс 187 по всем качествам.[6]

В Чешской республике селекция ячменя на пивоваренные качества ведется уже более 120 лет. И там также подтверждено, что наилучшими пивоваренными качествами обладают сорта озимого двурядного сортотипа ячменя (испытания
1992 – 1995 гг.), но в условиях Чехии он имеет более низкую зимостойкость, чем многорядный. Зимостойкость таким образом – лимитирующий фактор селекции. Имеется и яровой пивоваренный ячмень, но при выращивании технологии возделывания озимого и ярового ячменя сильно отличаются
(различные дозы гербицидов, минеральных удобрений и т.д.). При изучении исходного материала тестировали многорядный и двурядный ячмень, и выяснили, что белка в них примерно одинаковое содержание (10,6% и 11,4% соответственно), но экстрактивность многорядного - не достигает 80% и использовать его в дальнейшей селекции нецелесообразно. Хорошими пивоваренными качествами отличались сорта чешской селекции: Marka, Marinka,
Monaco([16]

В ходе работ были предприняты попытки идентифицировать гены, отвечающие за хозяйственно ценные признаки ячменя. Большинство хозяйственно ценных признаков имеют полигенную природу. Генетический анализ продолжительности периода «всходы – колошение» (связан с длиной вегетационного периода) показал, что чаще всего рецессивные гены отвечают за скороспелость, и преобладают аддитивные эффекты генов в наследовании сроков колошения. Изменчивость признака также находится под контролем генотипа, он преобладает над взаимодействием «генотип*среда». Но тем не менее под влиянием условий среды может иметь место перераспределение набора генов, отвечающих за сроки колошения (лабильность аддитивно-доминантной системы генов).[11] Для идентификации генов также были созданы многомаркерные аналоги ячменя сорта Одесский 100 с донорными сегментами хромосом других сортов. Они создавались с использованием беккроссов, и при этом у аналогов сильно снижалась масса 1000 зерен, но зато удалось идентифицировать нужные гены.[2]

В селекции пивоваренного ячменя применялись методы, сходные с методами селекции кормового ячменя. Проводили простые, реципрокные и насыщающие скрещивания ячменей из разных экотипов[10], в НИИСХ Северо-востока проводят внутривидовую гибридизацию с вовлечением в процесс высокопродуктивных и адаптированных сортов, ежегодно испытываются от 50 до 80 гибридных комбинаций.[14] В ПензНИИСХ с 1994 г. испытывают более 160 комбинаций простых парных скрещиваний адаптированных местных сортов с лучшими образцами коллекции ВНИИРа.[8]

При создании сорта ярового ячменя Харьковский 99 в институте растениеводства им. В.Я. Юрьева было использовано сочетание методов внутривидовой гибридизации и химического мутагенеза,[9] а гибридная популяция, из которой был отобран сорт Зерноградец 770 (Ростовская обл.), была получена путем скрещивания высокопродуктивных сортов местной селекции
Маныч 459 и Зерноградский 366.[15] В Краснодарском НИИСХ с помощью химического мутагенеза повышали в популяции массу 1000 зерен и впоследствии в М2 отбирали пары для скрещивания на основе органолептической и визуальной оценки.[3]

Опыты показали, что отдаленная гибридизация, в отличие от внутривидовой, нужных результатов не дала, и в настоящее время как метод селекции ячменя не используется. Это отчасти связано и с биологией ячменя: ячмень – довольно строгий самоопылитель.

Глава 3. Методы отбора и оценки перспективных форм

В селекции ячменя на пивоваренные качества отбор ведется в основном из ранних популяций (2-4), гибридных или мутантных. Проводят индивидуальный отбор (сорт Зерноградец 770, Харьковский 99: отбор элиты, сорта
Краснодарского НИИСХ), отбор ведется по основным хозяйственно полезным признакам ячменя на пивоваренные цели. Кроме того, оценивали такие признаки, как морозостойкость и урожайность, принимая за стандарт местные адаптированные сорта,[4] устойчивость к болезням, устойчивость к полеганию
(Зерноградец 770). Также сорт Зерноградец 770 в экологических испытаниях в
Ростовской области (Северо-Донецкая опытная станция) и в Калмыкии
(Калмыцкий НИИСХ) дал повышенные урожаи по сравнению со стандартом.[15]

В сортоиспытаниях также очень важны условия возделывания. При низком уровне агротехники даже самые перспективные высокоурожайные сорта не дадут достаточного урожая зерна надлежащего качества.

В Чувашском НИИСХ были тестированы 5 районированных сортов пивоваренного ячменя: Биос 1, Гонар, Зазерский 85, Роланд, Эльф.
Выяснилось, что зерно сорта Биос 1 крупнее остальных, лучше по пивоваренным качествам, пленчатость зерна ниже остальных, семеноводство этого сорта вести удобнее, сорт имеет генетическую устойчивость к пыльной головне. Но данный сорт лучше всего возделывать на юге республики, на севере он не отвечает требованиям к пивоваренному ячменю. Сорт Эльф в этом плане более пластичен: при несколько более мелком зерне и повышенном (по сравнению с
Биосом) содержании белка он дает устойчивые урожаи и на севере республики.

Как установлено, очень важны в агротехнике удобрения: при внесении полных доз фосфора и калия азотом посевы лучше не перекармливать, во избежание накопления излишнего количества белка. Фосфор и калий же улучшают качество солода и, соответственно, пива. Агротехника – стандартная для ячменя, лучшие предшественники – озимая и яровая пшеница, силосные, однако севооборот несущественно влияет на зерно.[7]

Выводы

Результатами селекции ячменя на пивоваренные цели могут являться полученные сорта и линии ячменя за период с 1988 по 2000 г., в большой степени отвечающие всем требованиям пивоварения. Некоторые из них представлены в таблице 2 с характеристиками зерна.

Некоторые сорта пивоваренного ячменя

Таблица 2

|Сорт, |Ориги- |М |Круп- |Белок,|Пленча|Экстрак|Вегет.|Урож|
|линия |натор |1000з,|ность,| |- |- | |ай-н|
| | |г |% |% |тость,|тивност|пер. |ость|
| | | | | |% |ь,% |дн. |,ц/г|
| | | | | | | | |а |
|Аслан |Краснодарский|48,6 |91,7 |11,2 | |79,3 | | |
| | | | | | | | | |
| |НИИСХ | | | | | | | |
|К-10 |- - - - | | -|45,6 |92,3 |9,1 | |81,0 | | |
| |- - - | | | | | | | |
|278315/Обзо|- - - - | | -|49,6 |91,7 |10,0 | |78,1 | | |
|р |- - - | | | | | | | |
|Соната*305/|- - - - | | -|53,2 |94,2 |10,8 | |78,7 | | |
|2 |- - - | | | | | | | |
|7587-86 |НИИСХ | | |11,6 | |79,2 |70 |59,3|
| |Северо-восток| | | | | | | |
| |а | | | | | | | |
|708-90 |- - - - | | -| | |12,4 | |77,4 |65 |57,7|
| |- - - | | | | | | | |
|Близнец |- - - - | | -| | |10,2 | |79,5 | | |
| |- - - | | | | | | | |
|Зерноградец|Северо-Донецк|52,6 | |11,7 | |79,0 |85 |41,5|
|770 |ая опыт. | | | | | | | |
| |станция | | | | | | | |
|Нутанс 278 |Краснокутская|47,3 |92,0 |12,3 |9,1 |78,5 | | |
| | | | | | | | | |
| |Селекц.-опытн| | | | | | | |
| |ая станция | | | | | | | |
|Харьковский|Институт |49,3 |94,8 |10,9 |7,7 |80,5 | | |
|99 |растениеводст| | | | | | | |
| |ва им. Юрьева| | | | | | | |

Линии 3587-86 и 708-90 получены соответственно в результате скрещивания сортов: Зазерский 85*Московский 3 и Джин*Одесский 115 соответственно. Сорт Джин в реестре с 1996 г. Засухоустойчив, среднеспелый, дает высококачественный солод. Районирован в Краснодарском крае, Ростовской обл., Северо-Кавказском регионе.[14]

Линия Соната*305/2 с 1999 г. – в Госсортоиспытании.[4]

Сорт Харьковский 99 – районирован в 1994 г. в Алтайском крае,
Волгоградской и Пензенской областях. Лесостепной экотип, включен в список пивоваренных сортов.[9]

В заключении следует отметить еще раз, что селекция пивоваренного ячменя в России – перспективное направление, что она необходима, поскольку иначе российская отрасль пивоварения будет полностью зависеть от поставок дорогого импортного сырья (примерно такая ситуация наблюдается сейчас). Но основные задачи сейчас заключаются не только в выведении пивоваренных сортов ячменя, но и внедрение новых сортов в производство. Это позволит снизить затраты на производство пива в России и одновременно повысить его качество. И если программа Правительства РФ по обеспечению пивоваренной отрасли ячменем и солодом российского производства будет реально выполняться, то есть вероятность, что через несколько лет зарубежные сорта и сырье будут занимать в производстве гораздо меньший объем, чем в нынешнее время.

Список литературы

1. Большой энциклопедический словарь, том «Сельское хозяйство» п/ред.

Месяца В.К. и др. М., «БРЭ», 1998 г. стр. 621-622

2. Бондарь Г.П., Симоненко В.К. Масса зерновки у растений промежуточных беккроссов при создании многомаркерных аналогов ячменя сорта Одесский

100. //Изогенные линии и коллекции. Новосибирск, 1993. стр. 112-114

3. Васюков П.П. Повышение урожайности озимого и ярового ячменя путем создания новых сортов и совершенствования агротехники. Научный доклад по материалам докторской диссертации. Краснодар, 1997 г.

4. Васюков П.П., Серкин Н.В., Пищулин В.Г. Перспективы селекции пивоваренных сортов ячменя в Краснодарском крае. Краснодар, 2000 г. стр. 122-124

5. Глуховцев В.В. Об оценке пивоваренных качеств ячменя. // Вестник

РАСХН, 2001 г. №4. стр.84-86

6. Ильин А.В., Калинин Ю.А., Степанова Т.И. Селекция сортов ячменя пивоваренного направления на Краснокутской селекционно-опытной станции. Саратов, 2001 г. стр.125-127

7. Казанков Ю.К. Пивоваренный ячмень в почвоохранном земледелии. // Труды

Чувашского НИИСХ том 1(6). Цивильск - 2000 г. стр.209

8. Кривобочек И.И., Шабурова Г.В. Селекция ярового ячменя в ПенНИИСХ //

Научно-практическая конференция. Кинель, 1997 г. стр. 40-41

9. Манзюк В.Т., Козаченко М.Р. Яровой ячмень Харьковский 99. //

Селекция и семеноводство, 1993 г. №5-6. стр. 28-29
10. Мухаммедов Д.М., Расулов Р.Р. Создание исходного материала для селекции пивоваренных сортов ячменя. // Селекция и семеноводство зерновых, зернобобовых и кормовых культур. 1983 г. стр.87-88
11. Мухордова М.Е., Калашник Н.А. Генетический анализ и оценка сортов пивоваренного ячменя по срокам колошения. // Доклад VIII генетико- селекционной школы. Новосибирск, 2002 г. стр. 289-293
12. Потокина С.А. Исходный материал для селекции ярового пивоваренного ячменя. // Научно-практическая конференция. Кинель, 1997 г. стр.48-

50
13. Приказ Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ № 278 от

18.03.2002 г. «О проекте отраслевой целевой Программы обеспечения устойчивого производства пивоваренного ячменя и солода в РФ на 2002 -

2005 гг. и на период до 2010 г.» // Информационный бюллетень

Минсельхозпрома РФ. Москва. 2002 г., № 4. стр.23-24
14. Родина Н.А., Куц С.А. Использование мирового генофонда в селекции пивоваренных сортов ячменя. // Материалы научно-практической конференции. Киров, 1999 г. стр. 115-119
15. Сокол А.А., Филиппов Е.Г., Серебрянская В.П., Сокол Т.В., Матвиевская

И.И. Яровой ячмень Зерноградец 770. // Селекция и семеноводство.

2001 г., №1-2. стр. 30-31
16. Spunar J(( Oborny J(, Spunarova M., Vaculova K. Sladovnickб kvalita odr?d a novo?lecht?ni je?mene ozimйno (Пивоваренные качества новых сортов озимого ячменя) // Genetiko a ?lecht?ni , 1996 г., №2. стр.

107-114

Оглавление

Введение 2

Глава 1. Почвенно-климатические условия зон ведения селекции 5

Глава 2. Исходный материал и методы создания популяций для отбора 7

Глава 3. Методы отбора и оценки перспективных форм 10

Выводы 12

Список литературы 14