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:
·
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.
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
зимой
|
сред.
t◦С
летом
|
сред.
кол-во
осадков
за
вегет.пер.
|
почвы
|
Кировская
обл.
|
-13..-15ºС
|
+17..+20ºС
|
350-400
мм
|
Дерново-подзолистые
среднесуглинистые
|
Пензенская
обл.
|
-11..-13ºС
|
+20..+22ºС
|
380-450
мм
|
Черноземы
обыкновенные
|
Саратовская
обл.
|
-11..-13ºС
|
+23..+25ºС
|
150-200
мм
|
Черноземы
обыкновенные
|
Чувашская
респ.
|
-12..-14ºС
|
+18..+20ºС
|
350-400
мм
|
Дерновые
|
Ростовская
обл.
|
-5..-8ºС
|
+24..+26ºС
|
300-400
мм
|
Черноземы
обыкновенные
|
Краснодарский
край
|
-3..-5ºС
|
+24..+27ºС
|
500-800
мм
|
Черноземы
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.
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.
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]
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,
линия
|
Ориги-
натор
|
М
1000з, г
|
Круп-
ность,%
|
Белок,
%
|
Пленча-
тость,%
|
Экстрак-
тивность,%
|
Вегет.
пер. дн.
|
Урожай-ность,ц/га
|
Аслан
|
Краснодарский
НИИСХ
|
48,6
|
91,7
|
11,2
|
|
79,3
|
|
|
К-10
|
- - - - | | - - - -
|
45,6
|
92,3
|
9,1
|
|
81,0
|
|
|
278315/Обзор
|
- - - - |
| - - - -
|
49,6
|
10,0
|
|
78,1
|
|
|
Соната*305/2
|
- - - - |
| - - - -
|
53,2
|
94,2
|
10,8
|
|
78,7
|
|
|
7587-86
|
НИИСХ
Северо-востока
|
|
|
11,6
|
|
79,2
|
70
|
59,3
|
708-90
|
- - - - |
| - - - -
|
|
|
12,4
|
|
77,4
|
65
|
57,7
|
Близнец
|
- - - - |
| - - - -
|
|
|
10,2
|
|
79,5
|
|
|
Зерноградец770
|
Северо-Донецкая
опыт. станция
|
52,6
|
|
11,7
|
|
79,0
|
85
|
41,5
|
Нутанс 278
|
Краснокутская
Селекц.-опытная
станция
|
47,3
|
92,0
|
12,3
|
9,1
|
78,5
|
|
|
Харьковский99
|
Институт
растениеводства им. Юрьева
|
49,3
|
94,8
|
10,9
|
7,7
|
80,5
|
|
|
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.
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.
Sladovnická kvalita odrůd a novošlechtĕni ječmene
oziméno (Пивоваренные качества новых сортов озимого ячменя) // Genetiko a šlechtěni
, 1996 г., №2. стр. 107-114
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