To question about breeding naked oat Virovets

Cover Page
  • Authors: Batalova G.A.1, Loskutov I.G.2, Shevchenko S.N.3, Zhuikova O.A.1, Krotova N.V.1, Tulyakova M.V.4
  • Affiliations:
    1. Federal Agricultural Scientific Center of North-East
    2. Federal Research Center N. I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources
    3. Samara Agricultural Research Institute
    4. Falenskaya breeding station – branch of Federal Agricultural Scientific Center of North-East.
  • Issue: No 4 (2019)
  • Pages: 8-11
  • Section: Plant growing
  • URL: https://journals.eco-vector.com/2500-2627/article/view/15761
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S2500-2627201948-11
  • Cite item

Abstract


The aim of the research was to develop a cultivar of naked oat with improved traits of productivity and grain quality for cultivation under climate change conditions and utilization in breeding practice as a source of useful economic properties. The pre-flag leaf’s area was found to render a considerable effect on the formation of the number of grains and grain weight in the panicle and on the total biomass (r= 0.78-0.85), while the area of leaves depended on the duration of the period from seedling emergence to wax ripeness (r = ‒0.79) and on agroclimatic conditions during the growing season (HTC, r = 0.76).  The flag leaf’s pigments (Chl a, Chl b, Car) were observed to have a sizable effect on the weight of 1000 grains during the period from flowering to milk ripeness (r = 0.79-0.88). The new naked cultivar ‘Virovets’ (1h07) with improved levels of productivity and grain quality (1000 grain weight: 29.2 g; crude protein content: up to 19.8%; oil of the oleic-linoleic group: 7.71%, grain volume weight: 670 g/l; pubescence: weak) was developed to be cultivated for food and feed purposes and be used in naked oat breeding as a source of high grain quality.


Full Text

Овес – одна из важнейших зерновых культур мира, по сумме посевных площадей занимает пятое место после пшеницы, риса, кукурузы и ячменя. Его высевают преимущественно в зонах умеренного климата − странах Северной Америки и Европы, в меньшем количестве в Азии, Южной Америке и Африке. Широкое распространение культуры определяют богатство экотипов и высокая адаптивность к условиям окружающей среды. На распространение овса в различных регионах мира влияют ее высокие кормовые и пищевые достоинства. Овес выращивают на зерно, сено, сенаж, силос, для производства продуктов диетического, функционального и общего питания, используют в медицине и др.

Мировое производство зерна овса составило 23 млн тонн в 2017 г. с площади около 9,3 млн га [1]. Основные его производители наряду с Россией  – Канада, Польша и Австралия. Доля России в мировом производстве овса составляет около 20% [2], при этом в 2017 г. произведено 5,5 млн тонн, в 2018 г. − 4,7 млн тонн [3].

До 80% мирового сбора зерна культуры используют на фуражные цели, 20% идет на переработку. Фуражные и пищевые достоинства зерна определяет белок, на 70-80% состоящий из глобулина группы avenalin, и повышенное содержание масла − до 6,2% в пленчатом зерне, до 8% и более в голом [4-6]. Масло овса нормализует работу сердца, кровообращение, холестериновый обмен, сдерживает развитие атеросклероза, крахмальные соединения поставляют энергию медленного типа, что позволяет нормализовать уровень сахара в крови диабетиков и не допускать его резких скачков [7]. Для зерна овса характерно высокое содержание диетических волокон. На организм человека, животных и птицы положительно влияют антиокислители − токоферолы, токотриенолы и авенантрамиды [8, 9].

Традиционно выращивают овес пленчатый (Avena sativa subspecies sativa L.), однако, в последние десятилетия возрастает интерес к голозерному овсу. Овес голозерный (Avena sativa subspecies nudisativa (Husn.) Rod. et Sold.) вследствие отсутствия пленки более технологичен в переработке, превосходит пленчатый по питательной ценности, аминокислотному составу, содержанию белка, масла и крахмала в зерне [10].

Исследования по селекции голозерного овса проводят в Германии, Франции, Великобритании, США, Канаде, Республике Беларусь, других странах. В Советском Союзе ученые вели работы по созданию голозерных сортов овса, но ни одного сорта не было зарегистрировано, кроме сорта Успех в Узбекской ССР. В России начало внедрения голозерных сортов в производство было положено включением в Государственный реестр охраняемых селекционных достижений сорта Тюменский голозерный (2000 г.) [11]. В настоящее время в Госреестре находятся 11 сортов голозерного овса, из них 7 допущены в производство для территорий Урала и Сибири и только сорта Вятский, Першерон (Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого – ФАНЦ Северо-Востока), Самсон 57 (ВНИИ зернобобовых и крупяных культур) и Владыка (Беларусь) – для некоторых регионов европейской части страны. Посевные площади и производство зерна данной культуры незначительны как в мире, так и в России.

Один из факторов, сдерживающих распространение культуры в производстве – недостаточный сортимент и низкая относительно овса пленчатого урожайность. Использование голозерного овса ограничивают некоторые нежелательные признаки: опушение (трихомы) зерновки, разнокачественность зерна по размеру, слабое прикрепление зародыша к эндосперму [12]. Наряду с этим, в неблагоприятных климатических и технологических условиях у голозерного овса наблюдают выщепление пленчатых зерен. Эти и другие факторы указывают на актуальность создания сортов овса голозерного, пригодных к выращиванию на большей части территорий России.

Для повышения качества питания населения и улучшения кормовой базы животноводства необходима селекция на продуктивность и качество зерна, устойчивость к полеганию, увеличение доли зерна в урожае (Кхоз.) [13]. Актуальна селекция на устойчивость к болезням метелки и зерна – пыльной головне, фузариозу и другим заболеваниям. Фузариоз не только снижает продуктивность метелки на 20-50%, но и приводит к накоплению в зерне опасных для человека и животных микотоксинов [14, 15].

Целью настоящей работы было создание сорта голозерного овса с улучшенными признаками продуктивности и качества зерна для возделывания в условиях изменения климата и использования в селекции в качестве источника хозяйственно ценных признаков.

Методика. Исследования проведены в ФАНЦ Северо-Востока (Кировская область) в 2008-2018 гг. в соответствии с Методикой [16] и Методическими указаниями [17]. Климатические условия периода вегетации в годы исследований существенно различались. Проявление засухи отмечали  от посева до всходов в 2015 и 2016 гг. (ГТК=0,5), избыточное увлажнение – в 2013 и 2017 гг. (ГТК – соответственно 2,65 и 8,21). Средняя засушливость (ГТК=0,59-0,62) от всходов до выметывания была в 2013 и 2016 гг., переувлажнение – в 2017 и 2018 гг. (ГТК – соответственно 3,25 и 2,83). В 2018 г. условия от посева до созревания (ГТК 1,66) оказались более благоприятными для развития овса, чем в 2016 и 2017 гг. (ГТК – соответственно 1,09 и 2,27). Экологическое испытание проведено в Самарском НИИСХ и Фаленской селекционной станции − филиале ФАНЦ Северо-Востока. Биохимические показатели качества зерна изучали с использованием экспресс-анализатора INFRAMATIC 8620 ("Perten Instruments AB", Швеция). Жирно-кислотный состав липидов определяли по ГОСТ 10857-64, согласно ГОСТ Р ИСО 5508:2010 в Санкт-Петербургском политехническом университете. Обработка экспериментальных данных проведена с использованием пакета селекционно-ориентированных биометрико-генетических программ AGROS, версия 2.07 и пакета прикладных программ Microsoft Exсel.

Результаты и обсуждение. Исходная форма для селекции нового сорта овса голозерного − образец Пушкинский голозерный создана в Федеральном исследовательском центре Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова – ФИЦ ВИР. В качестве материнской формы в скрещиваниях 1992 г. использовали источник из Чехии − Nahy с высокой продуктивностью и повышенным содержанием в зерне масла олеиново-линолевой группы, отцовской − голозерный сорт Успех (Россия), полученный из гибридной популяции пленчатого образца Виктория (США) и местного голозерного овса из Узбекистана. В последующем провели отбор устойчивой по признаку «голозерность зерна» продуктивной элиты. После размножения и изучения семена образца Пушкинский голозерный в 2007 г. были переданы в ФАНЦ Северо-Востока для продолжения исследований. По результатам изучения 2008 г. образец сформировал склонный к полеганию стеблестой, имел массу 1000 зерен 26,2 г, натурную массу зерна – 654 г/л и уступал по урожайности зерна (4,2 т/га) стандарту – сорту Вятский на 0,25 т/га. В 2009 г. урожайность исследуемого генотипа составила 4,8 т/га или на 0,4 т/га меньше сорта-стандарта. В связи с этим для повышения урожайности и крупности зерна применили массовый лабораторный отбор по выполненности и крупности зерна. В 2010 г. изучали образующие урожай признаки исходной формы и развитие отдельных растений, полученных из отборных семян. По визуальным признакам продуктивности метелки (размер и озерненность), высоте и устойчивости к полеганию, болезням и вредителям выделили лучшие (элитные) растения. В лабораторных исследованиях отобрали элиты с требуемыми для селекции конкурентоспособного генотипа параметрами озерненности и продуктивности метелки, выравненности и крупности зерна.

Дальнейшие полевые и лабораторные исследования по признакам различимости, однородности и стабильности, продуктивности генотипа и  другим позволили сформировать селекционный номер 1h07. В 2011 г. урожайность данного номера составила 5,5 т/га или на 0,7 т/га выше показателя сорта-стандарта и на 0,85 т/га – исходной формы. Для условий Кировской области установлена существенная зависимость урожайности овса голозерного от доли зерна в общей биомассе урожая (r = 0,595), поэтому было актуально повысить коэффициент хозяйственной эффективности (Кхоз). Известно, чем выше показатель Кхоз, тем эффективнее генотип утилизирует ассимилянты из вегетативных в генеративные органы [18]. Кхоз  генотипа 1h07 составил 0,45 (табл. 1). В конкурсном испытании (2013-2018 гг.) урожайность номера 1h07, названного сорт Вировец, была значимо выше или на уровне сорта-стандарта (прибавка составила 0,21-0,62 т/га) и варьировала от 2,25 т/га в условиях засухи до 5,63 т/га в благоприятных. В экологическом испытании Фаленской селекционной станции урожайность составила 3,40-5,00 т/га, что существенно выше сорта-стандарта на 0,30-0,44 т/га. Таким образом, выбранное направление селекционного улучшения исходной формы Пушкинский голозерный было эффективным.

 

Табл. 1. Характеристика перспективного генотипа овса голозерного Вировец по некоторым хозяйственно ценным признакам, 2016-2018 гг.

Признак

Вировец

+/- к стандарту

Период от всходов до выметывания, дни

52

3

Высота растения, см

83,0

2,7

Длина метелки, см

16,7

0,1

Площадь листьев главного стебля, см2

50,72

13,50*

Площадь флагового листа, см2

16,4

3,44

Площадь подфлагового листа, см2

23,28

5,50*

Облиственность, %

67,29

1,09

Кхоз (выход зерна)

0,45

0,01

Продуктивная кустистость

1,2

-0,1

Зерен в метелке, шт.

46

12*

Масса 1000 зерен, г

29,2

0,3

Масса зерна с метелки, г

1,09

0,14

Натура зерна, г/л

670

-15

Содержание (%) в зерне:

    масла

7,71

0,85*

    сырого протеина

16,3

2,65*

 

*Отклонение от стандарта статистически значимо при р ≤ 0,05.

 

Табл. 2. Кормовая продуктивность и питательность сухого вещества овса голозерного Вировец, 2016-2018 гг.

Признак

Вировец

+/- к стандарту

Урожайность зеленой массы, т/га

26,43

4,44*

Урожайность сухого вещества, т/га

5,86

-0,17

Овсяные кормовые единицы

0,6278

0,0093

Содержание (%):

  сырого протеина

 

14,55

 

1,07

  жира

1,86

-0,20

  клетчатки

26,38

-1,76

*Отклонение от стандарта статистически значимо при р ≤ 0,05.

 

С ростом урожайности отмечено увеличение количества овсяных кормовых единиц в 1 кг зерна (ОКЕ, r = 0,51). В свою очередь показатель ОКЕ имел обратные зависимости с содержанием в зерне сырого протеина (r = -0,92), золы (r = -0,70), облиственностью стебля (r = -0,51) и положительную – с содержанием клетчатки (r = 0,47). Содержание сырого протеина (белка) варьировало по годам, максимальный показатель составил 19,8% (2010 г.). Установлены отрицательные зависимости урожайности и содержания белка в зерне (r = -0,52), урожайности и массы 1000 зерен (r = -0,37). Корреляция для пары признаков «сырой протеин − масло» была отрицательная (r = -0,581). Аналогичные зависимости отмечены для сухого вещества. С ростом урожайности сухого вещества увеличивались показатели ОКЕ (r = 0,49) и клетчатки (r = 0,35), уменьшалось содержание сырого протеина (r = -0,41).

По жирно-кислотному составу масло зерна овса Вировец (1h07) относится к олеиново-линолевой группе растительных масел, соотношение олеиновой (35,74%) и линолевой кислот (36,25%) от суммы кислот близко к 1:1 [19]. Зерно овса Вировец пригодно для производства продуктов специального назначения (gluten free) – содержание глютена меньше 2 мг/г продукта, высокое содержание ẞ-глюкана – 3,6% и арабиноксилана – 7,0%, слабое опушение зерновки и выщепление пленчатых зерен (0,7%) (рис. а). В засушливых условиях Самарского НИИСХ (2015-2018 гг.) пленчатых зерен в урожае не наблюдали.

 

Зерно колоска (а) и колосок (б) овса голозерного Вировец (1h07)

 

Колосок, как и метелка голозерного овса – сложный многоцветковый, количество зерен в колоске определяют генотип и в значительной степени агроклиматические условия в период от закладки генеративных органов (начало выхода в трубку) до цветения и молочной спелости зерна (рис. б). В условиях естественной эпифитотии отмечено слабое поражение метелки пыльной головней и фузариозом, заражение зерна фузариозом было минимальным.

Наряду с зерном сорт Вировец (1h07) формирует сухое вещество высокого качества при урожайности на уровне сорта Вятский за счет более высокого стеблестоя и облиственности стебля (табл. 2). Установлено существенное влияние площади подфлагового листа на формирование числа зерен и массы зерна в метелке, общей биомассы (r= 0,78-0,85). Площадь листьев зависела от продолжительности периода всходы – восковая спелость (r = -0,79) и условий вегетации (ГТК, r = 0,76). Отмечено значимое влияние на массу 1000 зерен содержания пигментов во флаговом листе (Chl a, Chl b, Car) в период цветения – молочной спелости (r = 0,79-0,88) и слабое – площади флагового и подфлагового листа (r = 0,42-0,46).

Таким образом, в результате комплексных исследований определены закономерности формирования урожайности и качества зерна, а также сухого вещества голозерного овса в условиях нестабильности агроклиматических ресурсов европейского Северо-Востока России. Создан сорт овса голозерного Вировец (1h07) с улучшенными показателями продуктивности и качества зерна (масса 1000 зерен – 29,2 г, содержание сырого протеина – до 19,8%, масла олеиново-линолевой группы – 7,71%, натура зерна – 670 г/л), пригодный для выращивания на продовольственные и фуражные цели, производства безглютеновых продуктов питания (глютена меньше 2 мг/г продукта), использования в селекции в качестве источника хозяйственно ценных признаков.

About the authors

G. A. Batalova

Federal Agricultural Scientific Center of North-East

Author for correspondence.
Email: g.batalova@mail.ru

Russian Federation, Kirov, ul. Lenina, 166А

academician of RAS

I. G. Loskutov

Federal Research Center N. I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources

Email: i.loskutov@vir.nw.ru

Russian Federation, Sankt-Peterburg, ul. Bolshaya Morskaya, 44

S. N. Shevchenko

Samara Agricultural Research Institute

Email: samniish@mail.ru

Russian Federation, Bezenchuk, Samarskaya oblast, ul. K. Marxa, 41

corresponding member of the RAS

O. A. Zhuikova

Federal Agricultural Scientific Center of North-East

Email: g.batalova@mail.ru

Russian Federation, Kirov, ul. Lenina, 166А

candidate of agricultural sciences

N. V. Krotova

Federal Agricultural Scientific Center of North-East

Email: g.batalova@mail.ru

Russian Federation, Kirov, ul. Lenina, 166А

candidate of agricultural sciences

M. V. Tulyakova

Falenskaya breeding station – branch of Federal Agricultural Scientific Center of North-East.

Email: fss-nauka@mail.ru

Russian Federation, s. Falenki, ul. Timiryazeva, 3

References

  1. https://www.agroxxi.ru/analiz-rynka-selskohozjaistvennyh-tovarov/mirovoe-proizvodstvo-ovsa-lidery i autsaidery.html].
  2. https://smart-lab.ru/blog/495544.php
  3. www.prod.center/news/tag/2/23055-valovoi-sbor-ovsa
  4. Ahokas H., Heikkila E., Alho M. Variation in the ratio of oat (Avena) protein fractions of interest in celiac grain diets // Genetic Resource and Crop Evolution. – 2005. – V. 52. – P. 813–81.
  5. Rzedzicki Z., Blaszczak W. Impact of microstructure in modeling physical properties of cereal extrudates // International Agrophysics. – 2005. – V. 19. – P. 175–186.
  6. Peltonen-Sainio P., Kirkkari A.M., Jauhiainen L. Charactering strengths, weaknesses, opportunities and threats in producing naked oat as a novel crop for northern growing conditions // Agricultural and Food Science. – 2004. – V.13. – №1-2. – P. 212-228.
  7. Leonova, S., Shelenga, T., Hamberg, M., Konarev, A.V., Loskutov, I., Carlsson A.S. Analysis of oil composition in cultivars and wild species of oat (Avena sp.) // Journal of Agricultural and Food Chemistry. – 2008. – V. 56. –. P.7983-7991.
  8. Girardet N., Webster F.H. Oat milling: specifications, storage, and processing. In Oats: Chemistry and Technology, Processing of oats // British Journal of Nutrition. – 2011. – 2. – P. 301-316.
  9. Decker E.A., Rose D.J., Stewart D. Processing of oats and the impact of processing operations on nutrition and health benefits // British Journal of Nutrition. – 2014. – 112. – P. 58-64.
  10. Šubarić D., Babić J., Lalić A., Ačkar Đ., Kopjar M. Isolation and Characterisation of Starch from Different Barley and Oat Varieties // Czech Journal of Food Sciens (CJFC). – 2011. – V.29. – № 4. – P. 354 – 360.
  11. http://gossort.com/docs/REESTR_2018.pdf
  12. Лоскутов И.Г. Овес (Avena L.). Распространение, систематика, эволюция и селекционная ценность. – СПб.: ГНЦ РФ ВИР, 2007. – 336 с.
  13. Колмаков Ю.В. Объективность идентификации форм овса с высокими крупяными свойствами // Вестник Россельхозакадемии. – 2009. – № 6. – С. 56-58.
  14. Tekauz A.B., Fetch J.M., Rossnagel B.G., Savard M.E. Progress in assessing the impact of Fusarium head blight on oat in western Canada and screening of Avena germplasm for resistence // Cereal Res. Comm. – 2008. – 36. – 8. – P. 49-56.
  15. Гагкаева Т.Ю., Шамшев И.В., Гаврилова О.П., Селицкая О.Г. Биология взаимоотношений грибов рода Fusarium и насекомых (обзор) // Сельскохозяйственная биология. – 2014. – №3. – C. 13-23. doi: 10.15389/agrobiology.2014.3.13rus.
  16. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур, 1985. – 230 с.
  17. Методические указания по селекции ячменя и овса. – Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2014. – 64 с.
  18. Пакуль В.Н., Мартынова С.В., Андросов Д.Е. Источники ярового ячменя по засухоустойчивости в условиях лесостепи Западной Сибири // Международный научно-исследовательский журнал. – 2016. – №2(44). – 3. – С. 102-106.
  19. Krasilnikov V.N., Batalova G.A., Popov V.S., Sergeeva S.S. Fatty Acid Composition of Lipids in Naked Oat Grain of Domestic Varieties // Russian Agricultural Sciences. – 2018. – V. 44. – No. 5. – Р. 406–408.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1.
Grain of a spikelet (a) and spikelet (b) of oats of a glozernoy Virovets (1h07)

Download (2MB) Indexing metadata

Statistics

Views

Abstract - 140

PDF (Russian) - 74

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies