Россия
Омск, Омская область, Россия
Цель исследования – изучение факторов, влияющих на накопление белка в зерне мягкой яровой пшеницы в Западной Сибири при контрастных метеорологических условиях. Объекты исследо-вания – три сорта сильной (Памяти Азиева, Омская 38 и Омская 18) и три сорта ценной (Омская 36, Дуэт и Омская 35) мягкой яровой пшеницы, внесенных в Государственный реестр Россий-ской Федерации и возделываемых в Омской области. Сорта отобраны из стационарного питом-ника конкурсного сортоиспытания лаборатории селекции мягкой яровой пшеницы Омского АНЦ в 2011–2019 гг. Определены показатели – содержание белка в зерне и масса 1000 зерен в лаборато-рии качества зерна. Метеорологические условия были контрастными, что позволило более объ-ективно оценить динамику накопления белка в зерне погодам исследования. Проведен монито-ринг содержания белка в зерне яровой мягкой пшеницы за период 2011–2019 гг. по классификации ГОСТ 9353-2016. Изучено влияние температуры и осадков на синтез и накопление белка в зерне. Определены корреляционные связи содержания белка в зерне, урожайности и массы 1000 зерен. Изучено изменение валового сбора белка по годам исследования. Значительное влияние на фор-мирование белка в зерне оказало гидротермическое обеспечение в период посева и формирования органов растений, где непосредственно происходит синтез и кумуляция белковых веществ. Водный дефицит в период завязывания и налива зерна снижает накопление белковых веществ. Исследование показало, что селекция на высокую массу 1000 зерен будет иметь положительный результат для увеличения урожайности зерна и содержания в нем белка. Интегральный показа-тель – общий сбор белка с единицы площади можно улучшить за счет использования и высоко-белковых, и урожайных сортов мягкой яровой пшеницы. Рекомендован к возделыванию сорт Ом-ская 38, показавший высокий сбор белка с единицы площади и в годы эпифитотий.
мягкая яровая пшеницы, содержание белка в зерне, урожайность, сбор белка с единицы площади, гидротермические условия, корреляция.
Введение. По данным Федеральной службы государственной статистики, на зерновые и зернобобовые культуры в 2020 г. приходилось 47 896 тыс. га посевных площадей, из них 29 444 тыс. га составили посевы яровой и озимой мягкой пшеницы, что составило 37,4 % от всех площадей, занятых под сельскохозяйственными культурами [1]. Пшеница – наиболее распространенная культура, которая обеспечивает суточную потребность человека в белке практически на четверть и в энергетическом материале – почти на треть [2]. Кроме того, содержание белка в зерне – один из основных показателей, определяющих хлебопекарное качество пшеницы и пищевую ценность продуктов ее переработки. Целенаправленный отбор высокобелковых генотипов зачастую сопровождается снижением урожайности сортов пшеницы, что обусловлено наличием отрицательных корреляций между хозяйственно ценными признаками в процессе развития растений в разных условиях среды [3]. Считается, что повышенное содержание белка в зерне у высокобелковых генотипов обусловлено пониженной долей зерна в общей биомассе растения. Использование средств химизации помогает несколько нивелировать данный эффект. Так, при повышении доз азотных удобрений растет как урожайность пшеницы, так и ее белковость. В засушливых условиях продуктивность растений снижается при дальнейшем росте содержания белка в зерне [4]. Для условий Алтайского края у твердой пшеницы отмечена сортовая специфичность в накоплении белка и улучшении урожайных свойств, а также слабая отрицательная зависимость между этими показателями [5].
На реализацию генетического потенциала сортов, в том числе формирование белка в зерне, значительное влияние оказывают абиотические факторы. Так, высокие температуры после опыления, во время налива зерна ограничивают накопление крахмала, изменяют состав белков и крахмала, соотношение их основных составляющих (амилоза / амилопектин, глютенины / глиадины), что способствует формированию мелкого зерна, низкоэластичной клейковины и снижению силы муки. Водный дефицит в фазу завязывания и налива зерна снижает доступность азота, что косвенно ведет к уменьшению объема зерновки и ухудшению хлебопекарных качеств [2]. Содержание клейковины в зерне и масса 1000 зерен существенно зависят от генотипа, климатические условия оказывают влияние на накопление белка в зерне. В целом формирование этих двух взаимосвязанных признаков зависит от ГТК и особенно от количества осадков в период налива зерна [6]. Связь содержания белка в зерне с накоплением клейковины (основного показателя характеристики хлебопекарного качества партий при закупках и поставках зерна) очевидна. По данным ряда исследователей, соотношение содержания белка к содержанию клейковины может колебаться от 1,47 до 2,09 и выше в зависимости от сорта и зоны выращивания [7]. При низком содержании общего белка (ниже 11 %) в пшенице формируется недостаточное количество клейковинного белка. Из вышесказанного следует, что изучение вопросов накопления белка в зерне и факторов, влияющих на его формирование, представляет значительный практический интерес.
Предыдущие исследования по формированию содержания белка в зерне гороха в зависимости от абиотических и других факторов показали значимость гидротермического обеспечения в период посева и формирования вегетативных органов. Связь содержания белка в зерне с урожайностью практически отсутствовала или была слабо положительной [8].
Цель исследований: выявить зависимость формирования содержания белка в зерне мягкой яровой пшеницы от погодных условий, массы 1000 зерен, урожайности, определить значимость изучаемых показателей в увеличении сбора белка с единицы площади.
Объект, условия и методы исследований. Объект исследований – три сорта сильной (Памяти Азиева, Омская 38 и Омская 18) и три сорта ценной (Омская 36, Дуэт и Омская 35) пшеницы мягкой яровой, которые внесены в Государственный реестр РФ по 10-му региону и возделываются в Омской области. Сорт Омская 38 отличался высокой устойчивостью к листостебельным заболеваниям, резистентность его обусловлена наличием двух транслокаций: пшенично-ржаной 1RS.1Bl с кластером генов Lr26/Sr31/Pm8/Yr9 и пшенично-пырейной 7DL–7Ai с комплексом генов Lr19/Sr25. Сорта отобраны из стационарного питомника конкурсного сортоиспытания лаборатории селекции яровой мягкой пшеницы в 2011–2019 гг. Содержание белка в зерне определяли в лабораторных условиях по методике Къельдаля в модификации М.И. Базавлука [9] в двух аналитических повторностях, масса 1000 зерен – путем подсчета 500 зерен двукратно. Для статистической обработки и анализа полученных данных использовали табличный процессор MS Excel и пакет программ STATISTICA 10.0
Метеорологические условия были контрастными [10]. В течение вегетационного периода (май – август) среднесуточная температура за 10 лет составила в среднем 16,7 °С, среднемноголетнее количество осадков – 170,4 мм. Максимальные температуры зафиксированы в 2012 г. (1,6 °С к среднемноголетней), минимальные – в 2013 и 2018 гг. (–1,0 и –1,7 °С соответственно). Значительные колебания температуры за вегетационный период отмечены в мае и июле. Большая контрастность была характерна для распределения осадков как за вегетационный период, так и по годам. Дефицит осадков зарегистрирован в 2012, 2014 и 2017 гг. (61,4–77,9 % от среднемноголетней величины). Избыточное увлажнение зафиксировано в 2018 г. за счет предельного увлажнения в мае, оптимальное в 2011, 2013, 2015, 2016 и 2019 гг. Начиная с 2015 г. зарегистрированы эпифитотии листостебельных заболеваний (мучнистой росы, бурой и стеблевой ржавчины) в период колошение – восковая спелость, что привело к снижению урожайности [11]. Из графика рисунка 1 видно, что даже в годы с обеспеченным увлажнением распределение осадков в течение вегетационного периода крайне контрастное – от избыточного до очень засушливого.
Рис. 1. Гидротермический коэффициент за 2011–2019 гг.
Результаты исследований. ГОСТ 9353-2016, который в России является международным и национальным стандартом при оценке качества партий зерна пшеницы, содержит минимальные требования к содержанию белка в зерне: 1-й класс – 14,5 %; 2-й класс – 13,5; 3-й класс – 12,0 и 4-й класс – 10 %. Из диаграммы рисунка 2 видно, что изучаемые сорта за 9 лет в основном по массовой доле белка формировали зерно 1-го и 2-го классов в диапазоне 14,5–16,95 и 13,62–14,42 % соответственно. Стабильно высокобелковым зерном во все годы отличался сорт Омская 38 с массовой долей белка на уровне от 14,02 до 16,95 % и низким коэффициентом вариации – 5,60 % (табл. 1).
Рис. 2. Характеристика содержания белка в зерне
за 2011–2019 гг. по классификации ГОСТ
Таблица 1
Характеристика сортов по содержанию белка в зерне (2011–2019 гг.)
|
Сорт |
Белок, % |
||
|
Среднее значение |
Доверительный интервал |
Коэффициент вариации |
|
|
Памяти Азиева |
14,39 |
12,57–16,19 |
8,69 |
|
Омская 36 |
14,15 |
11,23–15,44 |
9,54 |
|
Дуэт |
14,36 |
11,94–15,96 |
8,08 |
|
Омская 38 |
15,71 |
14,02–16,95 |
5,60 |
|
Омская 35 |
14,02 |
10,60–16,13 |
10,77 |
|
Омская 18 |
14,39 |
11,23–16,19 |
9,94 |
Средний показатель содержания белка в зерне для сорта Омская 38 составил 15,71 %, что на 1,32–1,69 % выше в сравнении с другими сортами. У сортов Омская 18, Омская 35 и Омская 36 содержание белка в зерне варьировало от 10,60 до 16,19 % с распределением по классам: 1-й класс – 44,4 %; 2-й класс – 33,4; 3-й класс – 11,1 и 4-й класс – 11,1 %. Сорта Дуэт и Памяти Азиева формировали содержание белка зерна за все годы не ниже 3-го класса. Минимальное количество белка отмечено в 2019 г. (в среднем 11,90 %). Тем не менее, Омская 38 в этот год показала содержание белка в зерне на уровне
2-го класса ГОСТ. Высокое накопление белковых веществ в зерне отмечено в года, отличающиеся дефицитом осадков: в 2012 г. – от 14,7 до 16,19 %; 2013 г. – от 12,60 до 16,19 и 2014 г. – от 14,7 до 15,56 %.
При изучении влияния температурного режима на формирование белка в зерне пшеницы значительных корреляций выявлено не было. Можно отметить наличие тенденции влияния оптимальных температур на накопление белка, при этом корреляционная связь средней температуры с содержанием белка во вторую–третью декаду июня оказалась умеренно положительной, но недостоверной.
Из таблицы 2 видно, что переувлажнение оказывает негативное влияние на накопление белка. Тенденция отрицательного влияния большого количества осадков в мае (вторая и третья декады) оказалась характерна для многих культур, в т. ч. твердой пшеницы и гороха [8, 12]. Для яровой пшеницы критическим периодом стала первая декада июня. При повышении температур во второй половине июля – начале августа увеличивается роль влагообеспеченности растений. В этот период отмечены в основном положительные, но не достоверные корреляции содержания белка в зерне с суммой осадков, за исключением сорта Памяти Азиева. Водный дефицит в период завязывания и налива зерна снижает доступность азота и, соответственно, накопление белковых веществ [2].
Таблица 2
Коэффициенты корреляции между суммой осадков
и содержанием белка в зерне 2011–2019 гг.
|
Декада месяца |
Памяти Азиева |
Омская 36 |
Дуэт |
Омская 38 |
Омская 35 |
Омская 18 |
|
Май |
||||||
|
II |
–0,66* |
–0,63 |
–0,27 |
–0,19 |
–0,34 |
–0,32 |
|
II |
–0,16 |
–0,49 |
–0,34 |
-0,42 |
–0,45 |
–0,31 |
|
Июнь |
||||||
|
I |
–0,43 |
–0,86* |
–0,86* |
–0,46 |
–0,88* |
–0,86* |
|
II |
–0,21 |
–0,28 |
–0,25 |
–0,11 |
–0,22 |
–0,33 |
|
III |
0,25 |
0,14 |
0,11 |
0,19 |
0,05 |
0,17 |
|
Июль |
||||||
|
I |
–0,68* |
–0,27 |
–0,28 |
–0,44 |
–0,19 |
–0,40 |
|
II |
–0,08 |
0,52 |
0,39 |
0,23 |
0,56 |
0,50 |
|
III |
–0,01 |
0,31 |
0,26 |
0,40 |
0,25 |
0,21 |
|
Август |
||||||
|
I |
–0,11 |
0,30 |
0,34 |
–0,08 |
0,44 |
0,46 |
|
II |
–0,03 |
–0,31 |
–0,18 |
–0,35 |
–0,27 |
–0,31 |
|
III |
–0,00 |
–0,19 |
0,02 |
–0,15 |
0,04 |
0,18 |
* Значимо на 5 % уровне.
По показателю масса 1000 зерен в среднем сорта различались незначительно (табл. 3). В то же время следует отметить более крупнозерный сорт Омская 38 с минимальным варьированием признака по годам. Разница в сравнении с мелкозерными сортами Памяти Азиева и Омская 18 составила 4–4,3 г. Наибольшим колебанием признака массы 1000 зерен по годам отличались сорта Дуэт и Омская 18 (CV – 21,58 и 20,93 %, соответственно).
Таблица 3
Характеристика сортов по массе 1000 зерен и урожайности (2011–2019 гг.)
|
Сорт |
Среднее значение |
Доверительный интервал |
Коэффициент вариации CV, % |
|
Масса 1000 зерен, г |
|||
|
Памяти Азиева |
31,5 |
24,7–37,6 |
13,17 |
|
Омская 36 |
34,9 |
24,6–45,7 |
18,19 |
|
Дуэт |
32,0 |
19,1–40,6 |
21,58 |
|
Омская 38 |
35,5 |
30,5–41,1 |
11,44 |
|
Омская 35 |
34,3 |
26,2–42,3 |
15,70 |
|
Омская 18 |
31,2 |
19,0–38,6 |
20,93 |
|
Урожайность, т/га |
|||
|
Памяти Азиева |
2,79 |
1,90–3,91 |
30,82 |
|
Омская 36 |
3,16 |
1,73–4,75 |
32,91 |
|
Дуэт |
3,17 |
1,67–4,43 |
31,55 |
|
Омская 38 |
3,34 |
1,94–4,82 |
35,62 |
|
Омская 35 |
3,45 |
1,54–4,87 |
33,33 |
|
Омская 18 |
2,86 |
1,66–4,83 |
43,00 |
В среднем высокую урожайность получили у сортов Омская 38 (3,34 т/га) и Омская 35 (3,45 т/га) со значительной вариабельностью по годам 35,62 и 33,33 % соответственно (см. табл. 3). Низкую урожайность и максимальную неоднородность признака показал сорт Омская 18 (CV = 43 %).
Корреляционный анализ белковости зерна с массой 1000 зерен выявил положительную связь от слабой для сортов Памяти Азиева, Омская 36 и Омская 35 до значительной у сортов Дуэт и Омская 18 (табл. 4). Отсутствие данной корреляции у сорта Омская 38 можно объяснить меньшим варьированием массы 1000 зерен по годам исследований.
Таблица 4
Сопряженность показателей качества зерна с урожайностью и сбором белка в зерне
|
Показатель |
Памяти Азиева |
Омская 36 |
Дуэт |
Омская 38 |
Омская 35 |
Омская 18 |
|
Масса 1000 зерен – белок |
0,32 |
0,32 |
0,65* |
–0,04 |
0,24 |
0,69* |
|
Масса 1000 зерен – сбор белка |
0,65* |
0,80* |
0,86* |
0,80* |
0,28 |
0,83* |
|
Масса 1000 зерен –урожайность |
0,62 |
0,72* |
0,81* |
0,77* |
0,16 |
0,76* |
|
Белок – урожайность |
0,27 |
–0,15 |
0,34 |
0,24 |
–0,43 |
0,19 |
|
Белок – сбор белка |
0,47 |
0,09 |
0,50* |
–0,05 |
–0,11 |
0,33 |
|
Урожайность – сбор белка |
0,97* |
0,97* |
0,98* |
0,98* |
0,94* |
0,99* |
* Значимо на 5 % уровне.
Определена устойчивая связь между показателями массы 1000 зерен с урожайностью зерна (r = 0,62–0,81), за исключением сорта Омская 35. Связь содержания белка с урожайностью оказалась сортоспецифичной от слабо положительной у четырех сортов до отрицательной у сортов Омская 36 (r = –0,15) и Омская 35 (r = –0,43).
Изучение интегрального показателя накопления белка показало, что относительно стабильный по годам исследования и максимальный сбор белка с единицы площади был получен у сильного сорта Омская 38 при значительной вариации 35,07 % (табл. 5).
Таблица 5
Характеристика сортов по сбору белка с единицы площади (2011–2019 гг.)
|
Сорт |
Среднее значение, кг/га |
Доверительный интервал, кг/га |
Коэффициент вариации CV, % |
|
Памяти Азиева |
405 |
261–574 |
34,11 |
|
Омская 36 |
445 |
262–674 |
33,77 |
|
Дуэт |
460 |
238–654 |
34,09 |
|
Омская 38 |
522 |
316–769 |
35,07 |
|
Омская 35 |
477 |
227–669 |
31,61 |
|
Омская 18 |
414 |
194–713 |
44,68 |
Два других сильных сорта характеризовались минимальным сбором белка за счет пониженной урожайности. Низкие значения урожайности сортов Памяти Азиева, Омская 36, Дуэт, Омская 35 и Омская 18 в частности связаны и с восприимчивостью сортов к листостебельным патогенам. Ценные сорта при средних различиях по урожайности имели относительно близкий уровень сбора белка с единицы площади.
Корреляционная связь общего сбора белка с единицы площади с массой 1000 зерен оказалась для большинства сортов от значительной до сильной (r = 0,65–0,86), а для сорта Омская 35 – слабой (r = 0,28). Зависимость показателей сбора белка и урожайности была сильной
(r = 0,94–0,99) у всех изучаемых сортов. Сорта Памяти Азиева, Дуэт и Омская 18 показали умеренную (r = 0,33–0,50) сопряженность сбора белка с его содержанием в зерне. Последние из них отличались мелкозерностью и значительным колебанием массы 1000 зерен по годам исследований (коэффициент вариации 21,58 и 20,93 % соответственно).
Выводы. Выявлено, что значительное влияние на формирование белка в зерне оказало гидротермическое обеспечение в период посева и формирования вегетативных органов растений (I–II декада мая – I декада июня), где непосредственно происходит синтез белковых веществ. Изучение корреляционных связей между показателями массовой доли белка, массы 1000 зерен, урожайности и сбора белка с единицы площади показало, что селекция на высокую массу 1000 зерен будет иметь положительный результат как для увеличения урожайности зерна, так и роста его белковости. Интегральный показатель –
общий сбор белка с единицы площади можно улучшить за счет использования и высокобелковых, и урожайных сортов мягкой яровой пшеницы. Возделывание сорта Омская 38, устойчивого к комплексу листостебельных заболеваний, позволит в годы эпифитотий получать высокий сбор белка с единицы площади.
1. URL: https://www.rosstat.gov.ru/compendium/ dokument/13277.
2. Хлесткина Е.К., Журавлева Е.В., Пшенич-никова Т.А. и др. Реализация генетического потенциала сортов мягкой пшеницы под влиянием условий внешней среды: совре-менные возможности улучшения качества зерна и хлебопекарной продукции // Сель-скохозяйственная биология. 2017. Т. 52, № 3. С. 501–514. DOI:https://doi.org/10.15389/agrobiology/ 2017/3/501rus.
3. Семенов О.Г. и др. Специфика сочетаний качественных и количественных характери-стик клейковины у генотипов аллоцито-плазматической яровой пшеницы с алле-лем Wx-B1a // Вестник Российского универ-ситета дружбы народов. Сер. Агрономия и животноводство. 2018. Т. 13, № 1. С. 14–25. DOI:https://doi.org/10.22363/2312-797X-2018-13-1-14-25.
4. Завлин А.А., Соколов О.А. Азот и качество зерна пшеницы // Плодородие. 2018. № 1. С. 14–17.
5. Мясникова М.Г., Мальчиков Е.Н., Шаболки-на Е.Н. и др. Изменение содержания белка в зерне пшеницы твердой яровой в процес-се селекции высокоурожайных сортов // Зернобобовые и крупяные культуры. 2019. № 4 (32). С. 112–119. DOI:https://doi.org/10.22411/2309-348Х-2019-11141.
6. Василова Н.З., Асхадуллин Дл.Ф., Асхадул-лин Др.Ф. и др. Формирование качества зерна сортов яровой мягкой пшеницы // До-стижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30, № 11. С. 42–44.
7. Кравченко Н.С., Вожжова Н.Н., Игнатье-ва Н.Г. и др. Содержание массовой доли белка и клейковины у сортов озимой мягкой пшеницы интенсивного типа селекции ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко // Зерновое хо-зяйство России. 2015. № 6. С. 34–38.
8. Пахотина И.В., Омельянюк Л.В., Игнатье-ва Е.Ю. Особенности формирования со-держания белка в зерне гороха в условиях Западной Сибири // Вестник КрасГАУ. 2020. № 10. С. 60–67.
9. Базавлук И.М. Ускоренный метод полу-микроКъельдаля для определения азота в растительном материале при генетических и селекционных исследованиях // Цитоло-гия и генетика. 1968. Т. 2, № 3. С. 249–250.
10. Погода в Омске – климатический монитор. URL: www.pogodaiklimat.ru.
11. Белан И.А., Россеева Л.П., Григорьев Ю.П. и др. Создание сортов яровой мягкой пше-ницы, устойчивых к грибным заболевани-ям, для условий Западной Сибири и Север-ного Казахстана // Аграрная Россия. 2020. № 6. С. 3–8.
12. Евдокимов М.Г., Поползухин П.В., Васи-левский В.Д. и др. Совершенствование си-стемы производства семян и товарного зер-на твердой пшеницы в Омской области: ре-комендации ФГБНУ «Омский АНЦ». Омск, 2020. 60 с.
