Селекция ячменя пивоваренного направления

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:

·       

·          (не менее 75-78%)

·       

·       

·       

·           [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

 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

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.    

2.       Масса зерновки у растений промежуточных беккроссов при создании многомаркерных аналогов ячменя сорта Одесский 100.   //Изогенные линии и коллекции. Новосибирск, 1993. стр. 112-114

3.       Научный доклад по материалам докторской диссертации. Краснодар, 1997 г.

4.       Перспективы селекции пивоваренных сортов ячменя в Краснодарском крае. Краснодар, 2000 г. стр. 122-124

5.       // Вестник РАСХН, 2001 г. №4.  стр.84-86

6.       Саратов, 2001 г. стр.125-127

7.       2000 г. стр.209

8.       Селекция ярового ячменя в ПенНИИСХ  // Научно-практическая конференция. Кинель, 1997 г. стр. 40-41

9.        Яровой ячмень Харьковский 99.  // Селекция и  семеноводство, 1993 г. №5-6. стр. 28-29

10.                         // 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.                         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.  Sladovnická kvalita odrůd a novošlechtĕni ječmene oziméno (Пивоваренные качества новых сортов озимого ячменя)  // Genetiko a šlechtěni , 1996 г., №2. стр. 107-114 

Оглавление

 TOC \o "1-3" \h \z Введение. \h 2

Глава 1. Почвенно-климатические условия зон ведения селекции. PAGEREF _Toc37097915 \h 5

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

Глава 3.  Методы отбора и оценки перспективных форм. \h 10

Выводы.. \h 12

Список литературы.. \h 14