Қазақстанның тәлімі және суғарылмайтын жерлерінде өсіруге арналған арпаның факультативті формаларын селекциялық және биотехнологиялық әдістері негізінде шығару

ИРН АР 19678544

Б.С. Сариев — Ғылыми жетекші, жетекші ғылыми қызметкер, биология ғылымдарының докторы, профессор, АШҒА академигі.

Зерттеу мақсаты: Оңтүстік-шығыс, батыс және орталық Қазақстанның тәлімі және суарылмайтын егістік аймақтарына байланысты өнімділігі 25,0-ден 40,0 ц/га дейін, дән сапасы 14,0% протеиннен жоғары факультативті арпа сортын жасап шығару.

Міндеттері — факультативті арпаның будандастыру бағдарламасына коллекциялық үлгілерден  перспективті бастапқы үлгілерін іріктеп алу;

— факультативтік арпаның таза үлгілерін зерттеу мақсатында гибридті популяциядан іріктеп алу;

— селекциялық процестің толық схемасын пайдалану үшін арпаның факультативтік үлгілерін таңдау және зерттеу (коллекциялық, гибридтік, 1-ші жылғы және 2-ші жылғы селекциялық, бақылау және баламалы сорт сынау танаптары —  жалпы саны 1500 үлгілер);

— табиғи және жасанды ортада ауруларға төзімділігін бағалау;- жаздық және күздік арпаның коллекциялық үлгілердің вернализация гендерінің (Vrn) аллельді әртүрлілігін және фотопериодтық сезімталдықты (Ppd) ДНҚ анықтау;- гибридті популяциялардағы, селекциялық үлгілердің маркер-делдалдық селекция, вернализация гендері (Vrn) және фотопериодқа сезімталдық (Ppd) бойынша анықтау. 

Зерттеу нәтижелері: . 2023-2025 жылдары күн тізбелік жоспар бойынша жобаланған факультативті арпаның селекциялық жұмысы толығымен орындалды.

2023-2025 жылдары жергілікті және шетелдік перспективті күздік, жаздық және факультативті арпа сорттарының қатысуымен 115 жаңа будан популяция алынды, жоспар бойынша 100.

Коллекциялық танапта үш жылда  халықаралық ғылыми орталықтарынан ICARDA-Мароккодан 100 үлгі және Егістік дақылдардың орталық ғылыми-зерттеу институтынан (Анкара, Түркия) 105 факультативті арпа үлгілері зерттелді. Биологиялық қасиеттері мен экономикалық құнды белгілері бойынша 100 үлгіден іріктеп алынды: екі қатарлы арпадан 19 үлгі және көп қатарлы арпадан 8 үлгі; 24 үлгіден: Оя 27, Оя 330, Оя 503, Оя 155 және Оя 521 үлгілері іріктеп алынды. Зерттелеген 105 факультативті арпаның ішінен 26 үлгі ерекшеленді: 1045, 1071, 114, 114, 118, 118, 118. 1595, 1599, 1611, 1614, 1621, 1671, 1679, 1758, 1761, ТАРМ-92, Бұлбұл-89, ОРЗА-96, Весеви-93, Ялин, Т-5, Т-7, Т-9, Т-20,

Селекциялық жұмыстардың алғашқы питомниктерінде факультативті арпаның келешекте зерттеу үшін жеткілікті мөлшерде перспективті тізбектері мен үлгілері ерекшеленді  (будандық питомникте-31, бірінші жылғы селекциялық питомникте — 220, екінші жылғы селекциялық питомникте – 51, Бақылау питомнигінде – 15).

Баламалы сорт сынау питомнигінде  24 үлгіні үш жылдық зерттеу нәтижесінде өнімділігі жағынан 2 үлгі: 70/08-3, 76/13-1 перспективті үлгілері ерекшеленді. Ерекшеленген үлгілерден 70/08-3 үлгісі өнімділігі және сапасы  жағынан жақсы көрсеткіштерге ие болды

Дәннің сапасы бойынша  2023-2025 жылдары бақылау және баламалы сорт сынау питомниктерден алынған факультативті арпаның келесі үлгілері ерекшеленді: 2023 жылы – ақуыз мөлшері 18,0%-ден жоғары – 23/05-6, 54/80-2, 14/16-9, 76, 4031/ 67/08-13, 10/16-2, 14/16-2, крахмал мөлщері 50,0%-дан  жоғары — 1/78-7, 41/16-3, 5/05-1, B 1 cl9-3; 60/15-4, 40/16-10, 67/08-6; β-глюканның құрамы 2,38% дейін (6/09-7); 2024 жылы – дәндегі ақуыз мөлшері 18,2% — 17/18-2, 76/13-4; дәндегі крахмал мөлшері – 14/09-4, 71/12-7, 60/15-1, 70/08-3 (53,1%-ға дейін), β-глюкан мөлшері бойынша 2,4%-дан жоғары: 6/09-7, 17/12-7, 17/1882, 14182, β-глюкан 71/13-13; 2025 жылы — 20/18-2, 14/18-1, 14/18-4, 9/17-1, 4/17-3 және 8/07-3, 1/05-4, 4/17-7, 70/08-3 және 64/112, салыстырмалы түрде дәннің көлемі жоғары, әрі дәннің толықтығы жақсы, ақуыздың қалыпты мөлшері және экстрабелсенділігінің жоғары деңгейімен ерекшеленді.

Генетикалық талдау негізінде «ҚазЕжӨШҒЗИ! арпаның 340 коллекциялық және селекциялық үлгілерінен 295 вернализациялық локусында (VRN-H1, VRN-H2 ЖӘНЕ VRN-H3) аллельді вариация анықталды. Генотиптеу нәтижесінде генотип формулалары анықталып, келесілер анықталды: 56 нағыз қысқы генотип, 211 көктемгі генотип және 28 факультативті генотип. Зерттеу барысында VRN-H1 генінің аллельді вариацияларын анықтау үшін екі тиімді маркер анықталды: HvBM5A-intronI-F3b/R3b және HvBM5.84/85 F/R. Олар көктемгі егілген масақтану фенотипімен (χ² = 171,5 және χ² = 102,1, p < 0,001) байланыстың жоғары дәрежесін көрсетті, сонымен қатар маңызды Cohen’s kappa κ = 0,66, SE = 0,04, бұл олардың практикалық таңдау мүмкіндігін растайды. VRN-H2 локусын талдау үшін сыналған алты маркерден екі маркер оқшауланды: HvZCCT.06F/07R және ZCCT.HcF/ZCCT.HcR, олар көктемгі егіс кезінде өсімдіктердің репродуктивті фазасына өтуімен маңызды байланысты көрсетті (χ² = 39,3-01, p<6,30). Генетикалық талдау нәтижелері бойынша 197 арпа үлгісінде фотопериодтық сезімталдықтың екі локусында (Ppd-H1, Ppd-H2) аллельді вариация анықталды. Бақылау және баламалы сорт сынау питомниктерінен алынған арпаның коллекциялық және асыл тұқымдық линияларының үлгілерінің арасында ppd-H1 Ppd-H2 (61,4%) фотопериодтық сезімталдық гендерінің аллельдік вариациясы басым екені анықталды. ppd-H1/ppd-H2 генотиптері 7,61%, Ppd-H1/Ppd-H2 5,1% құрады. VRN-H1, VRN-H2, VRN-H3, Ppd-H1 және Ppd-H2 гендері туралы барлық ақпарат селекционерлерге берілді. Зерттелетін арпа үлгілерін салыстыру талдауы өсімдіктің вернализацияға реакциясын және күн ұзақтығын анықтайтын негізгі Vrn және Ppd локустары туралы толық мәліметтерді пайдалана отырып жүргізілді. Өсімдіктердің вернализацияға реакциясын және күн ұзақтығын анықтайтын негізгі Vrn және Ppd локустары бойынша толық мәліметтерді пайдалана отырып, зерттелген арпа үлгілеріне салыстырмалы талдауы жүргізілді. Баламалы сорт сынау питомнигіндегі факультативті өсу үлгісі (RRR генотипі) бар бес селекциялық үлгі анықталды. Факультативті өсу түрі Vrn-H2 локусында жойылумен және қысқы типтегі vrn-H1 аллельінің болуымен анықталады. Бұл генотиптер өте құнды және маңызды болуы мүмкін, өйткені олар күздік арпаның өнімділігі мен қысқа төзімділігін міндетті вернализацияның болмауымен біріктіреді. 70/08-3 (RRR) факультативті арпа  Ppd (DD) локустары үшін бірегей формуланы ұсынады, бұл оның солтүстік ендіктерге кеңеюіне мүмкіндік береді. Vrn және Ppd гендерінің генотиптік талдауы селекционерлердің вернализация локустарындағы аллельдік вариациялардың құрылымы туралы хабардар болуын және арпаның коллекциялық және селекциялық материалының фотопериодқа сезімталдығын айтарлықтай арттырды. Алынған мәліметтердің селекциялық тәжірибе үшін құндылығы жоғары және Vrn, Ppd гендерінің аллельдерін рекомбинациялауға және маркер селекциясын қолдану арқылы белгілі бір аймаққа бейімделу, ерте пісу және қысқы төзімділік сипаттамалары негізінде генотиптерді таңдауға бағытталған айқастарды жобалауда қолдануға болады.

2025 жылы үш жылдық зерттеу нәтижесінде 70/08-3 үлгісі Мемелекеттік сорт сынау комиссиясына «КИЗ-Биотех 1» атымен тапсырылды және патент алу үшін 1 өтінім берілді.

Зерттеу нәтижелері бойынша 3 мақала жарияланды, оның ішінде 83%-ды құрайтын Scopus деректер базасы бойынша Q1, MDPI Agriculture рецензияланған басылымында 1 мақала, Scopus деректер базасы бойынша Q2, 49%-ды құрайтын Sabrao басылымында 1 мақала, және 1 мақала отандық басылымда.

2025 жылы «КИЗ-Биотех 1» жаңа сортынан (70/08-3) әрі қарай көбейту мақсатында 2,0 тонна жоғарғы элиталы (Р-1, Р-2) тұқым алынды.

«KIZ-Биотех 1» сорты Бұлбұл (Түркия) x Южно-Казахстанский 43 (Қазақстан) гибридті популяциясынан маркер көмегімен (ДНҚ идентификациясы) жеке сұрыптап алынған. Т

үрі: Hordeum distichum L., екі қатарлы, екі сапты; вегетациялық кезеңі: күзде себілгенде 222-236 күн; көктемде себілгенде 75-90 күн;

Күзгі егіс кезінде «КИЗ-Биотех 1» сортының баламалы сорт сынау питомнигінде үш жылдық орташа өнімділігі «Береке 54» стандартты сортының өнімділігі 30,4 ц/га болса, орташа өнімділігі 38,1 ц/га құрады.

Көктемгі егіс кезінде «КИЗ-Биотех 1» сортының баламалы сорт сынау питомнигінде үш жылдағы орташа өнімділігі «Береке 54» стандартты сортының өнімділігі 17,5 ц/га болса, орташа өнімділігі 27,0 ц/га құрады.

Ұсынылатын өсіру аймақтары: Алматы, Жамбыл, Қарағанды ​​және Батыс Қазақстан облыстары.

Оригинаторы: «Қазақ егіншілік және өсімдік шаруашылығы ғылыми зерттеу институты» ЖШС-і — 100%.

Авторлары: Биология ғылымдарының докторы, профессор, ҚР АШҒА академигі Сариев Б.С., ауыл шаруашылық ғылымдарының кандидаты Баймуратов А.Ж., биология ғылымдарының кандидаты Ержебаева Р.С., Базылова Т.А.

Қолдану аясы: Ауылшаруашылығы.

СОЗДАНИЕ ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ФОРМ ЯЧМЕНЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ НА БОГАРНЫХ И НЕПОЛИВНЫХ ЗЕМЛЯХ КАЗАХСТАНА

(заключительный)

ИРН АР 19678544

Б.С. Сариев — Руководитель НИР, главный научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор, академик АСХН РК

Цель проекта:

Создание факультативного сорта ячменя на богарных и неполивных землях юго-востока, западного и центрального Казахстана с урожайностью в зависимости от зон возделывания от 25,0 до 40,0 ц/га, качеством зерна выше 14,0% белка.

Задачи:

— подбор коллекционных образцов факультативных форм ячменя для выделения перспективных исходных форм для программы гибридизации;

— изучение гибридных популяции с целью выделения факультативных исходных форм для закладки чистых линий;

— подбор и изучение линий и номеров факультативных форм для использования полной схемы селекционного процесса (коллекционный питомник, гибридный питомник, селекционный питомник 1-го года, селекционный питомник 2-го года, контрольный питомник, конкурсный питомник с общим объемом – 1500 образцов);

— оценка на устойчивость к болезням на естественном и искусственном фонах;

— ДНК-идентификация аллельного разнообразия генов Vrn (Vrn-H1, Vrn-H2, Vrn-H3) и Ppd (Ppd-H1, Ppd-H2) гибридных популяций факультативного ячменя.

В 2025 году будет создан и передан в ГКСИСК МСХ РК 1 сорт факультативного ячменя для юго-востока, западного и центральных регионов РК с уровнем урожайности для богарных земель от 25,0 до 40,0 ц/га, с содержанием белка в зерне – выше 14,0 %. Будет подано 1 заявка для получения патента на селекционное достижение.

Будут произведены 2 тонны семян высших репродукции нового сорта факультативного ячменя (Р-1, Р-2).

Результаты исследований: Согласно календарному плану работы по факультативному ячменю за 2023-2025 годы объем исследовании выполнены полностью.

В 2023-2025 годы в программах гибридизации с участием местных и зарубежных перспективных сортообразцов озимого, ярового и факультативного ячменя получены 115 новых гибридных популяции, по плану 100.

В коллекционном питомнике за три года изучены 100 образцов мировой коллекции из международных научных центров ICARDA-Марокко и 105 образцов факультативного ячменя из Центрального научно-исследовательского института полевых культур (г. Анкара, Турция). По биологическим свойствам и хозяйственно-ценным признакам из 100 образцов выделено: 19 номеров двурядных форм и 8 номеров многорядных форм; из 24 образцов выделено: оя 27, оя 330, оя 503 , оя 155 и оя 521. Среди изученных 105 линии и номеров факультативного ячменея выделено 26 номеров: 1045, 1071, 1135, 1149, 1518, 1548, 1595, 1599, 1611, 1614, 1621, 1671, 1679, 1758, 1761, TARM-92, Bulbul-89, ORZA-96, Vesevi-93, Yalin, Т-5, Т-7, Т-8, Т-9, Т-19, Т-20.

В начальных питомниках селекционного процесса факультативного ячменя выделены достаточно большое количество перспективных линии и номеров для дальнейшего изучения (в гибридном питомнике- 31, в селекционном питомнике 1-го года – 220, в селекционном питомнике 2-го года – 51, в контрольном питомнике -15).

В конкурсном питомнике по итогам трех лет испытания из 24 номеров по урожайности под озимый и яровой посев выделены 2 номера: 70/08-3 и 76/13-1. Среди выделенных номеров 70/08-3 показал лучший показатель по продуктивности и качеству зерна.

В 2023-2025 годы по оценке на качество линии и номеров факультативного ячменя контрольного и конкурсных питомников выделены: в 2023 году – по содержанию протеина выше 18,0 % — 23/05-6, 54/80-2, 14/16-9, 76/13-4, 70/08-3, 67/08-13, 10/16-2, 14/16-2, по содержанию крахмала  выше 50,0% – 1/78-7, 41/16-3, 5/05-1, В 1 кл9-3; 60/15-4, 40/16-10, 67/08-6; по содержанию β-глюкана до 2,38% (6/09-7); в 2024 году — по содержанию протеина в зерне 18,2% — 17/18-2, 76/13-4; по содержанию крахмала в зерне — 14/09-4, 71/12-7, 60/15-1, 70/08-3 (до 53,1%), по содержанию β-глюкана выделены номера с показателями выше 2,4%: 6/09-7, 17/18-2, 14/09-6, 87/13-2, 71/13-13; в 2025 году — особо выделяются линии 20/18-2, 14/18-1, 14/18-4, 9/17-1, 4/17-3 и 8/07-3, 1/05-4, 4/17-7, 70/08-3 и 64/11-2, отличающиеся сравнительно высокой натурой, хорошим наливом зерна, умеренным содержанием белка и высоким уровнем экстрактивности.

На основании генетического анализа была установлена аллельная вариация по трем локусам яровизации VRN-H1, VRN-H2, VRN-H3 295 образцов ячменя из 340 изученных образцов коллекции и селекционных линий ячменя КазНИИЗиР. В результате генотипирования были определены формулы генотипов и выделены: 56 истинно озимых генотипов, 211 яровых, 28 факультативных. В ходе исследования были выделены два эффективных маркера для идентификации аллельной вариации гена VRN-H1: HvBM5A-intronI-F3b/R3b и HvBM5.84/85 F/R. Они продемонстрировали высокую степень сопряжённости с фенотипом выколашивания при весеннем посеве (χ² = 171,5 и χ² = 102,1, p < 0,001), а также значительный коэффициент согласия Cohen’s kappa κ = 0,66, SE = 0,04, что подтверждает их практическую применимость для маркер-ассоциированной селекции. Из шести апробированных маркеров для анализа локуса VRN-H2 были выделены два маркера:HvZCCT.06F/07R и ZCCT.HcF/ZCCT.HcR, которые, продемонстрировали значимую ассоциацию с переходом растений к репродуктивной фазе при весеннем посеве (χ² = 39,3-66,3, p < 0,001). По результатам генетического анализа была установлена аллельная вариация по двум локусам (Ppd-H1, Ppd-H2) фотопериодической чувствительности 197 образцов ячменя. Установлено, что среди образцов коллекции и селекционных линий ячменя питомников КП и КСИ преобладает аллельная вариация генов чувствительности к фотопериоду ppd-H1 Ppd-H2  (61,4%). Генотипы ppd-H1/ppd-H2 составили 7,61 %, Ppd-H1/Ppd-H2 5,1 %. Вся информация по генам VRN-H1, VRN-H2, VRN-H3, Ppd-H1 и Ppd-H2 передана селекционерам. Проведен анализ сопоставления изученных образцов ячменя по полным данным ключевых локусов Vrn и Ppd, определяющих реакцию растения на яровизацию и длину дня. В самом продвинутом питомнике КСИ озимого ячменя выделены 5 селекционных линий с факультативным типом роста (генотип RRR). Факультативный тип роста определяется делецией в локусе Vrn-H2 и наличием аллеля озимого типа vrn-H1. Такие генотипы могут иметь высокую ценность и значимость, поскольку сочетают продуктивность, зимостойкость озимого ячменя с отсутствием обязательной яровизации. Факультативная линия ячменя 70/08-3 (RRR) отличается уникальной формулой по локусам  Ppd (DD), которая позволит продвигать ее в северные широты. Проведённый генотипический анализ по генам Vrn и Ppd значительно повысил осведомлённость селекционеров о структуре аллельных вариаций в локусах яровизации и чувствительности к фотопериоду среди коллекционного и селекционного материала ячменя. Полученные данные представляют высокую ценность для селекционной практики и могут быть использованы при проектировании скрещиваний, направленных на рекомбинацию аллелей генов Vrn, Ppd и отбор генотипов по признакам адаптивности к определенной зоне, скороспелости и зимостойкости с использованием маркерной селекции.

В 2025 году по итогам трех лет испытания номер 70/08-3 под название «КИЗ-Биотех 1» будет передан в качестве нового сорта факультативного ячменя в ГКСИСК МСХ РК и 1 заявка на получения патента.

По результатам исследований опубликовано 3 статей, из них 1 статья в рецензируемом издании MDPI Agriculture, имеющим  по базе Scopus, 83%, Q1, 1 статья в рецензируемом издании Sabrao, имеющим  по базе Scopus, 49%, Q2 и 1 статья в отечественном издании рекомендованном КОКСНВО РК.

В 2025 году по новому сорту «КИЗ-Биотех 1» (70/08-3) получено 2,0 тонны элитных семян (Р-1, Р-2) для дальнейшего размножения.

Рисунок  – Посев коллекционных образцов

 факультативного ячменя, 2023 г.

Рисунок 4 – Проведение гибридизации 2024 г.

Рисунок 5 – Прополка дорожек контрольного питомника

                  Рисунок 6 – Питомник конкурсного сортоиспытания, 2025 г.

а- не перешел к фазу колошения; б – перешел к фазе колошения

Рисунок 7 – Оценка способности переходить к фазе колошения образцов ячменя при посеве в весеннем полевом селекционном питомнике Алматинской области на юго-востоке Казахстана. Селекционная линия КСИ (40/16-10) (а), линия ИКАРДА 738, (б)

Рисунок 13 – Сорт нового факультативного ячменя

«КИЗ-Биотех 1».

Характеристика

сорта факультативного ячменя кормового направления

«КИЗ-Биотех 1» (70/08-3)

Сорт «КИЗ-Биотех 1» создан методом индивидуального отбора из гибридной популяции Bulbul (Турция) х Южно-Казахстанский 43 (Казахстан) с применением маркерной селекции (ДНК-идентификация).  Разновидность — Hordeum distichum  L., двурядный, двуручка; вегетационный период; при осеннем севе — 222-236 дней, при весеннем севе – 75-90 дней; высота растения- 85,3 – 99,7 см; продуктивная кустистость – 2,7-3,3 шт; число зерен в колосе – 26,3-28,0 шт; форма куста – прямостоячий; стебель – прочный средней толщины, полый; колос- цилиндрической формы, окраска желтый, средней плотности; масса 1000 зерен – 44,7 – 47,7 г; содержание белка – 15,1-15,6 %.

При осеннем севе средняя урожайность сорта «КИЗ-Биотех 1» за три года конкурсного сортоиспытания составила 38,1 ц/га при урожайности стандарта «Береке 54» -30,4 ц/га.

При весеннем севе средняя урожайность сорта «КИЗ-Биотех 1» за три года конкурсного сортоиспытания составила 27,0 ц/га при урожайности стандарта «Береке 54» — 17,5 ц/га.

Сорт отличается от других сортов по росту (среднерослый), устойчивостью к полеганию, не ломкостью колоса, не осыпается при перестое.

Рекомендуемое зоны возделывания: Алматинская, Жамбылская, Карагандинская и Западно-Казахстанская область.

Оригинатор: ТОО «Казахский научно-исследовательский институт земледелия и растениеводства» — 100%.

Авторы: доктор биол. н., профессор, академик АСХН РК Сариев Б.С., кандидат с.-х. н. Баймуратов А.Ж., кандидат биол. наук Ержебаева Р.С., Базылова Т.А.

3.10 Связь с зарубежными НИУ

В 2024 году лаборатория провел совместную работу по обмену коллекционным материалом факультативного ячменя с Центрально научно-исследовательским институтом полевых культур (г. Анкара, Турция) и в период 13-17 мая 2024 года сотрудники лаборатории (А.Ж. Баймуратов и Т.А. Базылова) прошли стажировку по теме: “Скрещивание ячменя, методы селекции: Применение двойного гаплоидного метода в селекции ячменя и селекции для сохранения сортов” (Рисунок 14).

Рисунок 14 – В полевом стационаре (Анкара, Турция, 2024 г)

Приложение В

Список опубликованных работ

1 Baimuratov AZ, Sariev B (2024). Genetic potential of the promising winter barley (Hordeum vulgare L.) genotypes in Almaty Region, Kazakhstan. SABRAO J. Breed. Genet. 56(6): 2216-2226. http://doi.org/10.54910/sabrao2024.56.6.4. (Scopus, 49%, Q2)

2 Yerzhebayeva, R., Bazylova, T., Zhumaliyeva, G., Bastaubayeva, S., Baimuratov, A., Sariev, B, Shegebayev G, Ergun N., Shavrukov, Y. Combination of Vrn Alleles Assists in Optimising the Vernalization Requirement in Barley (Hordeum vulgare L.) // MDPI Agriculture. — (2025). –Vol. 15(13). – P. 1389. https://doi.org/10.3390/agriculture15131389. (Scopus, 83%, Q1).

3 Баймуратов А.Ж., Сариев Б.С. Результаты исследовании перспективных номеров факультативного ячменя в условиях Алматинской области // Вестник Кызылординского университета им. Коркыт-Ата — 2025. — №2. — С. 16-25. https://doi.org/10.52081/bkaku.2025.v73.i2.250. (Рекомендовано КОКСНВО).

Копии заявок на селекционное достижение и на патент