Селекция овса на продуктивность и качество зерна в подтаежной зоне Западной Сибири

Омский аграрный научный центр, ведущий научный сотрудник лаборатории селекции зернофуражных культур, кандидат сельскохозяйственных наук, Омск, Россия

Введение. Овес в мировом земледелии является традиционной культурой. Изначально он встречался как засоритель в посевах хлебных злаков и был выделен как культурное растение (овес посевной) со второго тысячелетия до н. э. Отдельный род Avena определен в 1700 г. Тур-нефором [1, 2].

Годовой объем производства зерна овса в России составляет порядка 4,5–5,5 млн т – около 20 % рынка [3]. Основные районы возделывания – Нечерноземная и Центрально-Черноземная зоны, Сибирь. Современное состояние продовольственного вопроса делает актуальным повсеместное распространение данной культуры как в Сибири, так и в стране в целом. Использование овса, как правило, ограничено зернофуражными целями, в то время как качественное зерно этой культуры является основой для производства пищевой и диетической продукции [4], но это всего лишь 1–2 % от валового сбора [5]. В настоящее время в Сибири потребность в зерне овса в 3 раза выше, чем объемы его выращивания.

Исследованиями ряда ученых показана перспективность возделывания овса на продовольственные цели в условиях подтайги Западной Сибири [6, 7]. Для этих целей требуется расширенный сортимент агрокультуры разных сроков созревания с достаточным потенциалом урожайности и качества зерна. Весьма важна адаптация сортов к условиям зоны возделывания, их стабильность [8].

Селекцией пленчатого и голозерного овса с высоким качеством зерна в условиях подтайги Омской области занимается коллектив ученых ФГБНУ «Омский АНЦ»: лаборатория зернофуражных культур (г. Омск), отдел северного земледелия (г. Тара) в сотрудничестве с лабораториями качества зерна, физиологии и биохимии растений, иммунитета растений. Индивидуаль- ный отбор ведется в гибридных популяциях, начиная с F5, реже – с F3 – F4. Процентное содержание константных форм в популяции возрастает в более старших поколениях [9]. Ограничительным фактором при отборе служит уровень восприимчивости образцов к возбудителям головни и ржавчины.

Цель исследования – совершенствование методологии селекции конкурентоспособных, адаптивных к местным экологическим факторам сортов овса с высоким качеством зерна.

Методика и условия исследования. Исследование проводилось в 2013–2020 гг. в отделе северного земледелия ФГБНУ «Омский аграрный научный центр» в два этапа:

• 1.    Методический поиск (2013–2015 гг.) – изучение соответствий оценок линий и сортов овса между питомниками 1-го года изучения (СП-1) и конкурсного сортоиспытания (КСИ) по урожайности и крупяному качеству зерна. Высевался постоянный набор из 14 сортов и линий овса ярового (10 пленчатых и 4 голозерных) разных сроков созревания.

• 2.    Испытание выделенных в СП-1 линий в последующих питомниках (СП-2, КП, КСИ), отбор лучших по урожайности, качеству зерна и устойчивости к грибным заболеваниям.

• СП-1: посев вручную, делянки однорядковые, междурядье 0,2 м. Длина делянки 0,8 м, норма высева 35 шт/дел., без повторностей, стандарт через каждые 49 номеров.

СП-2, КП, КСИ: посев и уборка механизированные (СКС-6-10, Сампо 130 с шириной захвата 1,0 м), стандарт через каждые 9 номеров, ширина делянок 1,0 м.

СП-2: площадь делянки 1,7 м2, без повторностей.

КП: площадь делянки 5 м2, повторность двухкратная.

КСИ: площадь делянки 10 м2, повторность четырехкратная.

В качестве стандартов использовались: в пленчатой выборке – Орион, в голозерной – Сибирский голозерный.

Изучение велось в условиях зернопарового трехпольного севооборота, предшественник – яровая пшеница. Срок посева – II–III декада мая. Почва серая лесная с мощностью гумусового горизонта от 15 до 30 см с ясно выраженным осолоделым горизонтом; содержание гумуса низкое (2,5–3,0 %), азота – очень низкое (1,7–

2,2 мг/кг), фосфора – высокое (183–191 мг/кг), калия – низкое (69,0–75,8 мг/кг).

Ежегодно по полевым и урожайным признакам в соответствии с Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [10] изучалось 350–1000 образцов, из них в СП-1 – 194–868; в СП-2 – 39–210; в КП – 4–50; в КСИ – 14–29 сортов и селекционных линий. Объем проработки селекционного материала по качеству зерна – 22–69 образцов в год. Содержание белка в зерне определялось по ускоренному полумикрометоду Кьельдаля для определения азота в растительном материале при генетических и селекционных исследованиях [11]. Технологические показатели определялись в соответствии с Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [12], уточненной для селекционных исследований в лаборатории качества зерна Омского АНЦ.

Обработка данных осуществлялась по методике Б.А. Доспехова в изложении А.В. Банкру-тенко [13] с использованием пакета прикладных программ STATIST, Microsoft Excel.

Расчет индексов среды, параметров экологической пластичности – по S.A. Eberhart и W.A. Russell в изложении В.А. Зыкина и др. [14]; гомеостатичность и селекционная ценность – по В.В. Хангильдину в изложении А.Р. Ашиева и др. [15] с использованием пакетов прикладных программ STATIST и MS Excel; оценка тесноты сопряженности величин в работе – по градации Г.Ф. Лакина: r < 0,3 – слабая зависимость; 0,3 < r < 0,5 – умеренная; 0,5 < r < 0,7 – значительная; 0,7 < r < 0,9 – сильная; r > 0,9 – очень сильная, близкая к функциональной зависимости [16].

Климат подтаежной зоны Омской области характеризуется суровой и многоснежной зимой; теплым, но непродолжительным летом; короткими переходными сезонами весной и осенью и коротким безморозным периодом. Средняя температура июля (самого теплого месяца года) – 18 °С.

В целом за период исследования наиболее обеспеченными теплом были вегетационные сезоны 2015, 2016 и 2020 гг.; холодными были 2013, 2014 и 2018 гг. Сумма осадков за период «май – август» была наибольшей в 2015, 2017 и 2018 гг., в остальные годы она была близка к норме (225 мм).

Результаты исследования и их обсуждение. Посев по типу СП-1 обеспечивал формирование в среднем чуть более крупного, пленчатого, высокобелкового зерна, с меньшими показателями натуры и выхода крупы. Связь между питомниками СП-1 и КСИ по урожайности и показателям качества зерна в смешанной выборке (знаменатель) в большинстве случаев сильная или очень сильная (табл. 1). Различия в тесноте связи в анализируемых выборках объясняется значительной разницей морфологии пленчатых и голозерных форм овса.

Таблица 1

Коэффициенты корреляции r показателей качества зерна пленчатого овса между питомниками СП-1 и КСИ (2013–2015 гг.) (в числителе – пленчатые сорта, в знаменателе – пленчатые + голозерные)

Год	ф аз О ф о со <=>	го аз Т	О LQ	1— О аз X Ф 1=	1— о о X X ф X со Q. m	& СЕ О X	СО о X ф со аз X d	CD О X Ф СО аз X X X 3	со о X ф со аз X В" о	о о X аз о
2013	0,50	0,72*	0,24	0,90*	0,91*	0,64*	0,60	0,46	0,62	-0,43
	0,88*	0,96*	0,93*	1,00*	0,67	0,91*	0,98*	0,90*	0,88*	0,80*
2014	0,17	0,33	-0,12	0,69*	0,37	0,87*	0,40	0,56	0,16	0,36
	0,91*	0,92*	0,94*	0,99*	0,55	1,00*	0,95*	0,93*	0,80*	0,80*
2015	0,60	0,62	0,50	0,43	0,63	0,67*	0,32	0,59	0,70*	0,36
	0,97*	0,95*	0,96*	0,99*	0,78	0,99*	0,96*	0,95*	0,95*	0,79*

Здесь и далее : (*) – корреляции достоверны на 5 % уровне значимости.

В выборке пленчатых сортов на этапе первичного изучения достоверно с высокой степенью сопряженности можно определить потенциал образца по выходу крупы. Также в ряде случаев идентифицируются пленчатость, натура зерна, выравненность, толщина зерновки.

Поиск взаимозаменяемых, коррелирующих показателей качества зерна овса дал результа- ты, представленные в таблице 2. В 33,3 % случаев с выходом крупы из зерна овса в КСИ была напрямую связана натура зерна в СП-1. Увеличение ширины и толщины зерновки в СП-1 значительно снижало выход крупы из зерна в КСИ в 2015 г.

Теснота связи признаков качества пленчатого зерна овса в крайних звеньях селекционного процесса

Таблица 2

КСИ	СП-1	Год изучения
		2013	2014	2015
1	2	3	4	5
Выход крупы	Масса 1000 зерен	0,42	0,03	–0,11
	Натура	0,70*	0,38	0,25
	Пленчатость	–0,49	–0,27	–0,54
	Белок	0,44	0,17	0,27
	Длина зерновки	–0,71*	0,01	–0,33
	Ширина зерновки	–0,21	–0,14	–0,66*
	Толщина зерновки	0,50	–0,52	–0,65*

Окончание табл. 2

1	2	3	4	5
Натура	Масса 1000 зерен	0,33	–0,24	–0,30
	Пленчатость	–0,51	–0,31	–0,72*
	Выход крупы	0,61	0,43	0,72*
	Белок	0,22	0,32	0,05
	Длина зерновки	–0,58	–0,16	–0,50
	Ширина зерновки	–0,12	0,29	–0,33
	Толщина зерновки	0,52	–0,04	–0,50
Белок	Масса 1000 зерен	–0,05	0,21	0,71*
	Натура	0,05	–0,33	–0,29
	Пленчатость	–0,06	0,26	0,16
	Выход крупы	0,29	–0,63	0,01
	Длина зерновки	–0,18	–0,06	0,29
	Ширина зерновки	–0,02	0,21	0,18
	Толщина зерновки	0,21	0,53	0,21

С содержанием белка в зерне овса в КСИ в 33,3 % случаев достоверно коррелировала масса 1000 зерен в СП-1.

Количество растений на 1 м2 в СП-1 составляло 29–41 % от аналогичного показателя в КСИ. Таким образом, увеличение площади пи- тания растений давала большую интенсивность кущения (на 53–108 %) и формирование более продуктивных метелок (на 5–176 %).

Между питомниками СП-1 и КСИ в ряде случаев может проявляться сильная положительная связь по высоте растений (табл. 3).

Таблица 3

Показатель		Пленчатые + голозерные сорта			Пленчатые сорта
		2013 г.	2014 г.	2015 г.	2013 г.	2014 г.	2015 г.
Высота растения		–	0,87*	0,55	–	0,94*	0,29
Количество растений на 1 м2		–	0,57	0,73*	–	0,30	–0,47
Количество стеблей на 1 м2	всего	–	0,50	0,59*	–	0,45	–0,36
	продуктивных	0,47	0,68*	0,57	0,26	0,59	–0,26
Главная метелка	Длина	0,53	0,48	0,66*	0,40	0,54	0,28
	Число зерен	0,62*	–0,04	–0,35	–0,47	0,14	–0,20

Коэффициенты корреляции r элементов структуры урожая овса между питомниками СП-1 и КСИ (2013-2015 гг.)

В выборке из пленчатых и голозерных сортов обнаружена положительная корреляционная зависимость между питомниками по количеству растений и продуктивных стеблей на единице площади посева, а также по длине метелки. Это может быть связано с тем, что в среднем у голозерных сортов больше длина метелки (на 11 %) и меньше количество стеблей на единицу площади, как общее, так и продуктивных (на 18 %).

В пределах одного года урожайность сортов овса в питомнике КСИ (2013–2015 гг.) формировалась в основном за счет озерненности главной метелки и массы зерна главной метелки. Досто- верная сопряженность определена в 2013 г. – r = 0,87. В среднем за три года изучения урожайность сортов овса в большей мере определялась количеством продуктивных побегов на единице площади.

В выборке пленчатых сортов в 2015 г. имелась достоверная (на 5 % уровне) прямая корреляционная зависимость между густотой продуктивного стеблестоя в СП-1 и натурой зерна в КСИ – r = 0,67. В 2014 г. коэффициент корреляции r = 0,61.

За период 2013–2019 гг. в питомнике СП-1 было изучено 4 094 селекционные линии ярово- го овса, в т. ч. 1 364 линии проанализировано в условиях лаборатории. Браковка велась по признакам продуктивности: количество продуктивных побегов, масса зерна линии и одной метелки, а также по внешнему виду зерновки: цвет, форма, остистость. Мерой сравнения по количественным признакам служила величина среднеквадратического отклонения, вычисленная по стандартному сорту.

В 2015 г. в контрольном питомнике изучалось два пленчатых образца – Тр. 15-22 (Памяти Бо-гачкова × Мутика 910, 1) и Тр. 15-30 (Мутика 1049 × Орион, 3) в сравнении со стандартом Орион. Превосходство по содержанию белка, выявлен- ное в СП-1, подтвердилось на последующих этапах селекционного процесса (табл. 4). Диапазон варьирования пленчатости зерна образцов составил 4,2–6,5 %, преимущество по данному показателю подтвердилось в 50 % случаев (один образец). Низкопленчатый образец с некрупным зерном из СП-1 2013 г. – Тр. 15-30 (Мутика 1049 × Орион, 4) – в последующих питомниках показал самые высокие значения по содержанию пленок в зерне с массой 1000 зерен чуть выше стандарта. Линия Тр. 15-22 стабильно выделялась по натуре, выравненности и выходу крупы на этапах изучения СП-1 – КП, проведенных в разные годы, отличающиеся погодными условиями.

Таблица 4

Динамика показателей урожайности и качества зерна образцов пленчатого овса на разных этапах селекционного процесса (2013-2015 гг., Тара)

Питомник, год	Образец	>S 1—	^ О 5?	< S & £	® -Е ZE	m i h ^^O	о , о	i= g
СП-1, 2013	Орион, ст.	7,14	11,12	57,2	446	90,8	38,0	25,3
	Тр. 15-22	6,05	12,37	57,6	462	95,8	39,7	24,2
	Тр. 15-30	7,04	12,60	60,2	454	89,8	36,8	22,9
СП-2, 2014	Орион, ст.	1,72	9,06	61,3	460	89,3	32,3	27,7
	Тр. 15-22	2,90	9,98	62,6	503	94,3	37,0	27,2
	Тр. 15-30	1,68	9,26	60,8	432	88,7	33,4	29,4
КП, 2015	Орион, ст.	4,64	11,17	61,3	475	87,1	38,9	22,8
	Тр. 15-22	4,32	13,79	61,7	474	92,9	41,2	23,0
	Тр. 15-30	4,32	12,03	61,1	434	91,3	39,6	26,2
	НСР 05	0,70	–	–	–	–	–	–

В питомнике СП-1 (2013 г.) линия Тр. 15-22 выделилась бóльшим количеством продуктивных побегов на делянке, Тр. 15-30 – более продуктивной, чем у Ориона, метелкой (+0,2 г), при меньшей густоте продуктивного стеблестоя. Общая продуктивность линий была на уровне или ниже сорта Ориона.

В 2015–2016 гг. в СП-1 среди прочих изучались линии, отобранные из гибридной популяции № 2617 Иртыш 22 × (Мутика 851 × Иртыш 15). Были выделены селекционные номера, успешно прошедшие испытание в СП-2 и КП и включенные в КСИ: Тр. 17-24 и Тр. 18-109. Например, образец Тр. 17-24 в СП-1 превосходил средние показатели Ориона по густоте продуктивного стеблестоя на 5,4 %, по массе зерна метелки – на 43,4 %. Тр. 18-109 был лучше стандарта по тем же элементам структуры соответственно на 2,4 и 36,6 %. Но по показате- лям качества зерна обе пленчатые сестринские линии уступали Ориону.

По урожайности зерна в КСИ 2018–2020 гг. Тр. 17-24 обеспечил прибавку к Ориону +0,36 т/га при высокой гомеостатичности (Hom) и значении коэффициента регрессии b i больше единицы.

В 2020 г. в контрольном питомнике выделены две сестринские линии Иртыш 22 × Rozmar, обладающие выравненным зерном с выходом крупы на уровне стандарта Орион. Также из КП 2018 г. были выделены образцы с несколько увеличенным содержанием белка, показателями натуры и выхода крупы, более низкой плен-чатостью, в родословных которых есть пленчатые сорта Ensiler, IL 85-1538, Texas 65c-306, а также голозерный – Paul.

Заключение. В процессе селекции овса для поиска образцов с высоким крупяным качеством зерна в СП-1 целесообразно определять выход крупы – r = 0,64–0,87, натуру зерна – r = 0,62–0,72, а также выравненность – r = 0,63–0,91, пленча-тость – r = 0,69–0,90. По содержанию белка статистически значимых корреляционных зависимостей между питомниками СП-1 и КСИ обнаружено не было.

Косвенно свидетельствовать о высоких крупяных достоинствах отбираемых образцов могут высокие показатели натуры зерна в СП-1 (r = 0,70). Пленчатость в СП-1 обратным образом связана с натурой зерна в КСИ.

Между питомниками СП-1 и КСИ обнаружена тесная связь по признаку «высота растений».

Оценка образцов овса в СП-1 по количеству продуктивных стеблей и массе зерна одной метелки в сравнении со стандартом способствует отбору наиболее продуктивных генотипов для дальнейшего изучения. Мерой сравнения может служить величина среднеквадратического отклонения, вычисленная по показателям стандартного сорта.

Благодаря включению в гибридизацию сортов Памяти Богачкова, Panfive, Rozmar, Ensiler, IL 85-1538, Texas 65с-306, создан новый селекционный материал с повышенным качеством зерна.