История культуры ячменя уходит в глубокую древность. Ее первое описание, датированое IV в. до н. э., принадлежит древнегреческому естествоиспытателю и философу Теофрасту. Началом введения ячменя в культуру считается X или даже XV в. до н. э., а родиной — территория Передней Азии, Иран, Ирак и Турция [1].
Род Hordeum L. включает 2 подрода: ячмень Hordeum L. и ячменные травы Hordeastrum Doell. Подрод Hordeum L. представлен двумя видами: ячмень культурный H. vulgare L. и ячмень дикий H. spontaneum C. Koch. В состав H. vulgare L. входит подвид многорядного голозерного convar. coleste и двурядного голозерного convar. nudum ячменя.
Установлено, что голозерность определяется отсутствием срастания цветковых чешуй с зерновкой и детерминируется рецессивным геном n. Поэтому зерно голозерного ячменя не имеет пленки, тогда как у пленчатых форм ее содержание может достигать более 15%. Натура и плотность зерна у них выше, а бороздка менее глубокая, чем у пленчатых ячменей, что обеспечивает более высокие технологические свойства и снижение потерь в процессе переработки на крупу [2]. Биологическая ценность белка пленчатого ячменя — 51,2%, что по сравнению с пшеницей (59,9%) и овсом (83,4%) является довольно низким показателем, поэтому создание продуктивных голозерных образцов ячменя с высоким качеством зерна — актуальная задача. В России интерес к данной культуре возник в 1900—1910 гг., интенсивная работа в этом направлении велась в 30—60-х гг. [3]. За этот период был получен ряд дву- и шестирядных селекционно-ценных голозерных образцов. В начале ХХI ст. интерес к голозерным ячменям в России возобновился, были созданы выдающиеся по продуктивности образцы [4].
Для Беларуси голозерный ячмень — относительно новая культура. Первые исследования в республике по ее изучению и созданию можно отнести к 70-м гг. ХХ ст. В то время в БелНИИ земледелия и кормов (ныне НПЦ НАН Беларуси по земледелию) были получены сортообразцы Голозерный 76, Белорусский 76 и Голозерный 94. Работа в этом направлении велась также в Белорусской государственной сельскохозяйственной академии, где были созданы перспективные формы, превышающие по урожайности пленчатый сорт Роланд [5]. Однако они не были районированы из-за недостаточно высокой урожайности и невысокого содержания в зерне белка.
Целенаправленные исследования по получению голозерных сортов ячменя в настоящее время проводятся в Канаде, Японии, США, Швеции и эпизодические — в Беларуси и России. Возрастающий интерес к использованию голозерных ячменей для питания человека и кормления животных стимулировал создание в Канаде сортов Scout и Tupper (1980 г.), Condor (1988 г.), Buck и Richard (1990 г.), которые высеваются на площади 350 тыс. га при валовом сборе зерна почти 1 млн т. В Японии этот показатель составляет 17 тыс. т, а в США — 5 тыс. т [6]. В настоящее время в Юго-Восточной и Центральной Азии голозерные ячмени занимают 95% площадей, в Китае, Корее, Японии — 50%. В Италии, Голландии и Чехии данная культура выращивается для переработки в диетические продукты [4].
Основной недостаток данной культуры — низкая по сравнению с пленчатыми ячменями устойчивость к неблагоприятным факторам среды, что и обусловливает их невысокую урожайность. Но низкое содержание клетчатки в связи с отсутствием пленок обеспечивает более высокую питательную ценность зерна. По содержанию белка голозерные ячмени можно разделить на две группы: высоко- и низкобелковые [7]. Доказано, что при 75—80%-ной урожайности голозерных ячменей по отношению к пленчатым их производство будет экономически целесообразно при условии, что содержание белка и незаменимых аминокислот в зерне будет достоверно выше, чем у пленчатых [6].
Целью настоящего исследования было создание голозерных образцов ячменя, объединяющих адаптивный потенциал пленчатых ячменей и качество голозерных, и определение основных направлений их использования. Для ее достижения были привлечены формы из Всесоюзного селекционно-генетического института (г. Одесса), коллекция Польского генбанка и образцы из Всероссийского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. В качестве отцовской формы использовали генетический источник голозерности высокого содержания белка и лизина — образец Хайпроли. В Белорусском НИИ земледелия и кормов была проведена обработка в светопроницаемой герметической камере растений F1 гибридной комбинации Мазурка на Хайпроли, находящихся на 4-м этапе органогенеза радиоактивным изотопом углерода (14СО2). Включение радиоактивного изотопа углерода 14С в ДНК гибридов и облучение ее ?-частицами произошло через процессы фотосинтеза. В F2–R2 поколении была выделена рекомбинантная голозерная форма, названная МР-1. В питомнике конкурсного сортоиспытания этот образец по урожайности конкурировал с пленчатым сортом Роланд и был передан в Государственное сортоиспытание. В дальнейшем, из-за его не совсем удовлетворительных агробиологической и биохимической характеристик, возникла необходимость его улучшения. Для этого семена образца МР-1 облучили дозой ?-лучей 100 Гр от источника 60Со и воздействовали в течение 6 часов на прорастающие семена хлорамфениколом и ультразвуком с частотой колебаний 44 кГц при мощности излучения 50 мвт/см2. Из полученной муторекомбинантной популяции в 1993 г. было выделено растение с плотнопирамидальным типом колоса (у МР-1 колос нормального типа). Данный образец под названием МР-2 (муторекомбинант второго поколения, в дальнейшем Дублет) после селекционного изучения был передан в Госсортоиспытание.
Изучение мировой коллекции голозерных образцов ячменя выявило низкий уровень их агробиологических свойств и показателей, обусловливающий невозможность прямого использования их как претендентов на будущие сорта. Даже применение их как генетических источников в комбинационной селекции было проблематично из-за комплекса отрицательных признаков: они имели урожайность 40—70% от пленчатых форм, поражались болезнями и полегали. Испытания в условиях Беларуси голозерных образцов Польского генбанка и сортов из Канады также дали отрицательные результаты. Полученные с применением лазерной радиации в Институте генетике и цитологии НАН Беларуси образцы голозерного ячменя изучались в БелНИИ земледелия и кормов, они тоже имели невысокую урожайность (60—75% к пленчатому стандарту), полегали и поражались болезнями. Кроме того, у большинства образцов содержание белка в зерне было 13—14%, как и у пленчатых ячменей. На основании анализа результатов исследования и данных мировой литературы нами была сформулирована рекомбинантная концепция создания голозерных аналогов пленчатых образцов ячменя, основанная на использовании высокобелковых, с большим содержанием лизина генетических источников и объединении методов индуцированного рекомбиногенеза и гибридизации. Поэтому в качестве отцовского компонента был взят образец Хайпроли, имеющий подобные характеристики. Учитывая положительную корреляцию в группе высокобелковых форм белка с лизином r = 0,81—0,84 [8], можно было предположить, что эти признаки у гибридов будут наследоваться сцепленно. Низкая урожайность высоколизиновых источников объясняется такими признаками, как дефектный или уплощенный эндосперм и восприимчивость к болезням, гены которых локализованы в 7-й хромосоме
(рис. 1) [9]. Игнорирование методов индуцированного рекомбиногенеза в селекции подтверждается более чем 30-летними неудачными попытками создания высоколизиновых сортов ячменя с использованием источников Hiproly и Riso-1508. Сцепление генов высокого содержания лизина (lys) с генами дефектности эндосперма (m), восприимчивости к болезням и низкой жизнеспособности семян не позволило получить коммерческие высоколизиновые сорта ячменя.
Необходимо было избавиться от нежелательного гена (m), что и предопределило применение сложных методов рекомбиногенеза, с помощью которых в БелНИИ земледелия и кормов был создан муторекомбинантный сорт голозерного ячменя МР-2 (Дублет). Он обладает высокой урожайностью, устойчивостью к полеганию, болезням и уникальным качеством зерна. В 1997 г. в экологическом испытании на Гомельской ГОСХОС МР-2 при выращивании по обычной технологии показал урожайность 47 ц/га (92% от стандарта). При оценке реакции сорта на средства интенсификации оказалось, что урожайность МР-2 при выращивании по интенсивной технологии составила 56,4 ц/га (94,6% от стандарта). В 1998 г. он показал близкую урожайность как при обычной (35 ц/га), так и при интенсивной (39 ц/га) технологии выращивания. В 2000 г. в экологическом испытании уровень урожайности МР-2 был равен 74% к пленчатому сорту Гонар и, что особенно важно, снова дал одинаковую урожайность (58 ц/га) как при обычной, так и интенсивной технологии возделывания. Полученные данные свидетельствуют о том, что при уровнях урожайности 35—55 ц/га для этого сорта средства интенсификации не являются предметом первой необходимости.
На основании результатов экологического испытания сорт МР-2 был передан в
1998 г. в Госсортоиспытание, где в среднем по всем сортоучасткам имел 77%-ный уровень урожайности от пленчатого стандарта. В 1999 г. этот показатель был 74% к пленчатому стандарту Гонар при абсолютных значениях 32 и 43 ц/га соответственно, а в 1998—2000 гг. — 75% к уровню урожайности от пленчатого сорта Дзівосны при максимальной урожайности 58 ц/га. По южной зоне республики — на Мозырской, Октябрьской, Турской СС, Климовичском и Каменецком ГСУ (рис. 2) — МР-2 показал 88%-ный уровень урожайности, превысив при этом пленчатый стандарт по сбору белка (рис. 3). В 2001 г.
показатель урожайности МР-2 составил 76% к пленчатому стандартному сорту Дзівосны, при этом содержание белка в зерне было 17,1 и 14,4% соответственно.
В 2004 г. МР-2 был передан в Госсортоиспытание под названием Дублет и показал по 24 пунктам испытания 72%-ный уровень урожайности к пленчатому стандарту при максимальной урожайности 66,8 ц/га. Результаты испытания сорта за 2004—2006 гг. следующие: 73%-ный уровень урожайности по отношению к Гонару при среднем содержании белка в зерне 17,1 и 13,6% соответственно, что выше уровня стандарта на 25,9% (табл. 1).
Необходимо подчеркнуть, что среди зерновых культур это единственный сорт, превысивший за всю историю сортоиспытания зерновых культур 20%-ный уровень содержания белка в зерне, что приближает его к такой культуре, как горох.
При проведении производственного испытания на Мозырской СС в 2005 г. Дублет показал урожайность 47,4 ц/га, что всего лишь на 9% ниже урожайности стандарта — сорта Гонар (52,1 ц/га). Дублет характеризуется достаточно высокой массой 1000 зерен — 40 г (Гонар — 44 г).
Обращает на себя внимание высокая стабильность урожайности этого сорта по годам: 70—75% от пленчатого стандарта. При оценке на инфекционном фоне в 1996—1997 гг. Дублет показал большую устойчивость к корневым гнилям (31,4—47,1%) по сравнению с пленчатым стандартом (49,8—52,1%). Сорт абсолютно устойчив к полеганию, что исключает применение на его посевах ретардантов. Кроме того, он генетически маркирован такими морфологическими и биохимическими признаками, как голозерность, плотнопирамидальный колос, изгиб верхней части подколосоносного междоузлия, узкая колосковая чешуя, от чего незакрытая часть зерновки приобретает антоциановую окраску, а также высокое содержание в зерне белка и незаменимых аминокислот, например лизина — 5,4%, метионина — 2,3%, что в относительных цифрах превосходит аналогичные показатели стандарта на 16 и 25% (табл. 2).
В 2002 г. сорт Дублет был передан в Могилевский государственный университет продовольствия для оценки его зерна по технологическим свойствам и показателям. Было установлено, что его зерно содержит 16,5% белка, 62,6% крахмала, 3,08% сахаров, 2,75% клетчатки, 2,67% жира, зольность составила 1,85%, а обменная энергия — 347 ккал.
Выявлено, что при помолах голозерного ячменя при общем выходе ячменной муки 77% и средневзвешенном значении белизны в 13 ед. прибора выход сеяной и обдирной муки был равен 56,1 и 20,9% соответственно. Пленчатый ячмень при тех же условиях подготовки и измельчения давал выход муки сеяной, обдирной и общий — 73,5; 32,3 и 41,3% соответ¬ственно, хотя твердость зерна в среднем была примерно одинакова (9,1—9,4%). Эти результаты указывают на целесообразность использования голозерного ячменя в мукомольной промышленности [10]. В Могилевском государственном университете продовольствия разработана технологическая схема получения крупы из зерна голозерного ячменя.
Интересно, что при столь высоких показателях белка в зерне содержание крахмала превышает таковое у пленчатых сортов. Эти уникальные качественные характеристики предопределяют применение зерна данного сорта для изготовления высокоэнергетических продуктов питания и кормов. Так, на Белорусской зональной опытной станции по птицеводству установили, что кормление птиц зерном сорта Дублет повышает их продуктивные показатели и экономит в среднем 5% кормов [11]. На племзаводе «Порплище» был проведен зоотехнический эксперимент по использованию голозерного ячменя Дублет как ингредиента комбикорма для поросят, показавший свою экономическую целесообразность: высокобелковое и в лучшей степени сбалансированное по аминокислотному составу зерно существенно уменьшает потребность животноводства в белке [12]. Так, при изготовлении комбикорма из ячменя сорта Дублет практически нет необходимости балансировки его по белку, так как 1 кг его зерна содержит около 170—200 г протеина, что полностью соответствует зоотехническим нормам кормления животных. Известно, что дефицит 1 г переваримого протеина в кормовой единице обусловливает перерасход кормов на 2%. Значит, скармливание 1 к. ед., содержащей 95 г переваримого белка, то есть недообеспеченной по зоотехническим нормам 10 г протеина, влечет перерасход кормов на 20%. Только в Минской области по этой причине бесполезно расходуется около 300 тыс. т к. ед., что ведет к недобору около 15—30% животноводческой продукции при соответ¬ственном возрастании ее себестоимости. В этом плане голозерный ячмень может служить хорошей альтернативой пшенице и бобовым культурам как энергетическим и белковым ингредиентам комбикормов. Данная задача имеет реальную научную основу ввиду высокой (71%) наследуемости положительной корреляции (r = 0,65) между масличностью и белковостью зерна [13]. По биохимическим критериям зерно сорта Дублет в максимальной степени соответствует стандарту ФАО, предъявляемому к идеальному зерновому продукту: клетчатка — не более 3%, отношение белок — крахмал 1:(3—4), повышенное содержание незаменимых аминокислот, в частности лизина — более 5% [14].
Таким образом, в результате применения методов гибридизации, мутагенеза и рекомбиногенеза создан ряд голозерных образцов ячменя, среди которых наиболее перспективным является сорт Дублет, обладающий хорошими агробиологическими характеристиками и высоким качеством зерна. Это предопределяет использование его зерна для изготовления высокоэнергетических продуктов питания человека и в качестве ингредиента комбикормов для кормления моногастричных животных.