Биохимические показатели качества зерна у современных сортов яровой пшеницы

Вве^ение. Особенностью современного развития сельского хозяйства является глубокая его диверсификация, что позволяет добиваться существенного повышения эффективности как отрасли в целом, так и составляющих ее звеньев в частности [1]. B этом отношении большой интерес для производства представляет яровая пшеница, зерно которой содер^ит: от 9 до 26% белка с усвояемостью до 95%; от 11 до 58% – клейковины [2]; от 56 до 69% – крахмала [3] и от 1,3 до 2,3% – ^ира [4]. B силу этого, она является ва^ной и продовольственной, и технической культурой многих стран мира [2]. Из зерна получают не только хлеб и другие мучные изделия, но и крахмал, спирт, пиво [5]. То есть яровая пшеница обеспечивает население продовольствием, промышленность – сырьем, а отрасль ^ивотноводства – кормами [1].

Однако современные сорта культуры очень часто формируют высокий уро^ай зерна с низкими продовольственными качествами, из-за чего его приходиться использовать на фура^ные и технические цели [6]. Эта тенденция в результате селекции только усиливается [7, 8]. Поэтому весьма ва^но изучать генетические ресурсы и выявлять ценные образцы для создания сортов, формирующих высокий, стабильный и качественный уро^ай зерна да^е при неблагоприятных условиях среды [9].

Целью иссле^овани^ являлось проведение скрининга по показателям качества зерна современных сортов яровой пшеницы, находящихся в экологическом сортоиспытании, и выделение из них перспективных для селекции в Центрально-Черноземном регионе России.

Услови^, материалы и мето^ы. Исследования проводились на базе ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» ФГБОУ ВО Орловский Г^У в рамках совместного научного проекта с Шатиловской СХОС ФНЦ ЗБК и ФГБОУ ВО Белгородский Г^У в соответствии с тематическим планом-заданием Министерства сельского хозяйства РФ на 2015 год «Изучение адаптивных и продуктивных возмо^ностей генофонда зерновых, зернобобовых, масличных, крупяных и плодово-ягодных культур и выделение перспективного генетического материала для создания отечественных конкурентоспособных сортов по обеспечению импортозамещения в растениеводстве».

Полевое испытание опытного материала осуществлялось в селекционном севообороте Шатиловской СХОС, а качество уро^ая оценивалось в лаборатории ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» ФГБОУ ВО Орловский Г^У.

Объектом исследований являлись 20 сортообразцов яровой пшеницы из ведущих селекционных центров России: ГНУ Московский НИИСХ (3 сорта), ГНУ Рязанский НИИСХ (2 сорта), ГНУ Ульяновский НИИСХ (2 сорта), ГНУ Повол^ский НИИСС (3 сорта), ГНУ Вороне^ский НИИСХ (2 сорта), ГНУ Самарский НИИСХ (3 сорта), ГНУ Донской ЗНИИСХ (3 сорта), ГНУ Татарский НИИСХ (2 сорта). Выращивание осуществлялось по общепринятой технологии для региона. Площадь делянки составляла 25 м2, размещение – систематическое со смещением, повторность 3-4-х кратная.

Биохимические показатели качества зерна (содер^ание белка, крахмала, клейковины и седиментацию) определяли на инфракрасном анализаторе марки Infratec 1241 швейцарской фирмы FOSS.

Погодные условия вегетации растений существенно различались в годы исследований, особенно в период генеративного развития. В 2015 году они характеризовались определенным дефицитом влаги и повышенной температурой воздуха, по сравнению с многолетними данными, тогда как в 2016 и 2018 годы схо^ие погодные условия были лишь во время формирования зерновок (июнь), а в 2014 году – в период их нaлива (июль). Наиболее благоприятной погодой для формирования высокого и качественного зерна у опытных сортообразцов яровой пшеницы в большей степени характеризовался вегетационный период рaзвития 2014 года.

Математическую обработку данных проводили методами корреляционного и дисперсионного aнaлизов по Б.^. Доспехову (1985), с использованием современных компьютерных программ.

Результаты и обсу^^ение. Полученные экспериментальные данные подтвердили, что в Центральном Черноземье, как и других регионах страны [9-12], погодные условия вегетации растений, по-пре^нему, оказывают зaмeтноe влияние на качество уро^ая зерна яровой пшеницы. В годы исследований содер^ание белка в зерне культуры варьировало в диапазоне от 15,0 до 16,9%, клейковины – от 23,8 до 29,3%, крахмала – от 62,3 до 64,8%, а седиментация – от 50,0 до 62,5% (рис. 1).

Наибольшее содер^ание белка, клейковины и седиментация в зерне были зафиксированы в 2015 и 2018 гг., когда в период мaссового образования, нaлива и созревания зерновок отмечались невысокое увла^нение и повышенная температура воздуха, что согласуется с литературными сведениями. К примеру, хорошо известно, что высокая вла^ность и низкие температуры, в большинстве случаев, сни^ают качество клейковины, а теплые и аридные условия способствуют ее улучшению, что в наибольшей степени проявляется на заключительных этапах развития [9, 13].

2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г.

Протеин,% Клейковина,% Крахмал,% Седиментация,%

Рисунок 1 – Средние значения биохимических показателей качества зерна по изученным сортам яровой пшеницы в годы исследований

Подтвер^дается вывод и о том, что ме^ду уро^айностью и показателями хлебопекарных качеств зерна проявляется выра^енная обратная связь [14].

В наших опытах коэффициент корреляции уро^айности с содер^анием белка изменялся в годы исследований от (-0,09) до (-0,87), а с содер^анием клейковины – от (-0,06) до (-0,85). Наиболее зaмeтно отмеченная связь проявлялась, когда во время формирования и налива зерновок отмечались повышенная температура воздуха и ограниченное количество осадков (2015 г.) или их избыток (2017 г.). Экспериментальные данные близкие к этим получены и в 2018 году, который отличался выра^енной засухой нa протя^ении почти всей вегетации растений культуры, за исключением периода созревания (июль), что обусловило формирование невысокого уро^ая со средним качеством зeрнa. B то^е время, в условиях 2014 и 2016 гг., отрицательная связь уро^айности с содер^анием в зерне белка и клейковины была слабой (рис. 2).

5                                                              70

Рисунок 2 – Связь уро^айности с содер^анием белка и клейковины в зерне яровой пшеницы в годы исследований

Более того, корреляция урожайности с седиментацией в 2014 году была достоверно положительной (r= 0,78). Небольшая, но положительная корреляция прослеживалась в 2016 и 2018 гг., что свидетельствует о разном влиянии погодных условий на связь уро^айности с седиментацией и содер^анием клейковины в зерне яровой пшеницы.

В 2014 году вегетативное развитие растений проходило в условиях высоких температур и обильного увлажнения. По сравнению со средними многолетними значениями в апреле и мае температура увеличилась соответственно на 2,2 и 3,1 °С, а влажность - на 34,0 и 68,9%, что обеспечило появление дружных всходов и активный их рост. В период массового образования зерновок (вторая и третья декады июня) температура воздуха была ни^е на 0,5ºС, а количество осадков на 28% больше обычного. Последующие налив и созревание (июль) зерновок проходили в условиях ^аркой и относительно засушливой погоды (табл. 1).

Таблица 1 - Метеорологические условия вегетации растений в годы проведения исследований (2014-2018 гг.), по данным ОГМС при ФГБНУ ФНЦ ЗБК

Год	Температура, °С (отклонение от ср. многолетней нормы)
	Апрель	Май	Июнь	Июль	Среднее
2014	8,0 (+1,8)	16,9 (+3,1)	16,3(-0,5)	20,9(+2,9)	15,5(+1,8)
2015	6,7 (+0,5)	15,1(+1,3)	18,4 (+1,6)	19,2(+1,2)	14,9(+1,2)
2016	9,1 (+2,9)	14,3(+0,5)	18,1 (+1,3)	20,9(+2,9)	15,6(+1,9)
2017	7,7 (+1,5)	12,6(-1,2)	15,8 (- 1,0)	18,2(+0,2)	13,6(-0,1)
2018	8,3 (+2,1)	17,0(+3,2)	18,0 (+1,2)	20,4(+2,4)	15,9(+2,2)
Ср. мн.	6,2	13,8	16,8	18,0	13,7
Осадки, мм					всего
2014	56,3(+14,3)	15,9 (-35,1)	93,6(+20,6)	59,5(-21,5)	225,3(-21,7)
2015	41,6 (-0,4)	64,7(+13,7)	38,3 (-34,7)	68,5(-12,5)	213,1 (-33,9)
2016	74,6 (+32,6)	63,2(+12,2)	68,4 (-4,6)	127,6(+46,6)	333,8(+86,8)
2017	8,7 (-33,3)	54,0 (+3,0)	59,8 (-13,2)	142,2(+61,2)	264,7(+17,7)
2018	32,0 (-10,0)	32,0 (-19,0)	17,0 (-56,0)	109,0(+28,0)	190,0 (-57,0)
Ср. мн.	42,0	51,0	73,0	81,0	247,0

Такие погодные условия вегетации растений, в целом, положительно отразились на формировании урожайности (в среднем 4,6 т/га) и отрицательно - на содержании белка и клейковины, но мало повлияли на величину седиментации зерна, которая была достаточно высокой по сравнению с 2016 и 2017 гг., которые характеризовались выраженной засушливой погодой в период налива зерна. К примеру, в 2017 г. погодные условия для продукционного процесса растений были не совсем благоприятными практически на протяжении всего периода развития растений. Май и июнь были холоднее обычного на 1,5 и 1,0°С, а количество осадков находилось на уровне 106 и 82% от среднемноголетней нормы. Лишь к концу вегетации растений (июль) установилась более теплая погода с большим количеством осадков. В результате урожайность зерна была сформирована невысокая (в среднем 3,7 т/га) и с низким качеством: содер^ание клейковины снизилось на 4,1 и 5,5%, а седиментация – на 7,5 и 12,5%, по сравнению с 2014 и 2015 гг., соответственно. Как следствие, в этот год была выявлена наиболее выра^енная отрицательная связь ме^ду урожайностью и содержанием в зерне клейковины (г = -0,85) и седиментацией (-0,70).

В то^е время, связь уро^айности с содер^анием крахмала в основном была поло^ительной (коэффициент корреляции достигал +0,76), за исключением 2016 года (рис. 3).

Рисунок 3 – Уро^айность и содер^ание крахмала в зерне яровой пшеницы в разные годы исследований

В этот год апрель был теплее обычного на 2,9ºС, а количество осадков выпало на 77% больше среднемноголетней нормы. В последующие месяцы наблюдалось не только повышенное количество осадков, но и тепла. В мае среднесуточные температуры воздуха превышали среднемноголетние показатели на 0,5ºС, а количество осадков на 24%, что благоприятствовало активному вегетативному росту растений. Относительно благоприятной для развития растений была погода и в июне, когда отмечалось образование зерновок – среднесуточные температуры и количество осадков были близки к среднемноголетней норме. Тогда как в период массового налива и созревания зерновок (июль), отмечалась ^аркая с большим обилием осадков погода. Такой характер метеоусловий вегетации растений, по-видимому, и оказал неблагоприятное влияние и на уро^айность зерна, и на содер^ание в них крахмала.

Корреляция ме^ду содер^ание белка и крахмалом была отрицательной и составляла в годы исследований (-0,42) ...(-0,86).

Известно, что в результате селекции рост уро^айности у зерновых культур в основном достигается за счет нарастания углеводной части (увеличения содер^ания крахмала), при выра^енной тенденции сни^ения в нем доли белка [7], то есть посредством синтеза наименее энергоемких органических соединений.

По нашему мнению, это происходит потому, что в результате селекции фотоэнергетический потенциал растений не увеличивается, а фактически остается на достигнутом в ходе эволюции уровне [15]. Очевидно, его возмо^ностей в настоящее время у^е не хватает, чтобы одновременно обеспечить получение высокого, качественного и стабильного уро^ая, так как для этого требуется значительно больше энергии, чем ее усваивают современные культурные растения [16].

Поэтому, повысить средствами селекции в зерне яровой пшеницы содержание крахмала будет намного проще, чем обеспечить рост белка, на образование которого требуется гораздо больше энергетических затрат, чем на углеводы, хотя все эти показателя имеют широкий генотипический интервал изменчивости [3].

Седиментация (набухаемость) муки определяется двумя факторами -качеством клейковины и ее содержанием. То есть данный показатель характеризует качество муки в целом, а значит является критерием и качества зерна [17]. По литературным данным, седиментация имеет среднюю вариабельность по годам [18] и высокую наследственную обусловленность [19]. Поэтому на первых этапах селекции при наличии небольшого количества зерна, оценку его качества у селекционного материала рекомендуется проводить методами седиментации [19, 20].

В годы исследований наиболее высокой седиментацией характеризовались сорта: Рима - 65,1%; Агата - 64,7%; Воронежская 18 - 62,0%; Лиза - 61,7%; Кинельская 2010 - 61,7%; Кинельская Нива - 60,7%; Любава - 60,7%, а содержанием белка и клейковины в зерне: Рима - 17,7 и 32,6%, Агата - 18,7 и 25,8%; Любава -16,5 и 28,9%; Дарья -16,4 и 28,7%; Лиза -16,2 и 28,6%; Ульяновская 100 - 16,8 и 30,4%; Кинельская 2010 -16,2 и 30,0%; Вольнодонская -16,8 и 30,2% (табл. 2).

Таблица 2 - Значение биохимических показателей качества зерна у различных сортов яровой пшеницы в условиях экологического испытания на Шатиловской СХОС, среднее за 2014-2018 гг.

Сорт	Содержание в зерне, %
	белок	клейковина	крахмал	седиментация
Агата	18,7	25,8	56,1	64,7
Рима	17,7	32,6	62,9	65,1
Ульяновская 100	16,8	30,4	63,0	56,0
Вольнодонская	16,8	30,2	63,6	54,2
Любава	16,5	28,9	63,4	60,7
Дарья	16,4	28,7	62,2	56,8
Лиза	16,2	28,6	64,1	61,7
Кинельская 2010	16,2	30,0	63,6	61,0
Донская Эллегия	16,1	28,7	63,4	53,4
Безенчукская золотистая	16,0	28,1	62,8	50,7
Кинельская Нива	15,9	27,9	63,8	60,7
Чернозёмноуральская	15,9	27,9	65,1	57,9
Кинельская Юбилейная	15,8	28,5	63,1	60,1
Воронежская 18	15,7	28,1	63,7	62,0
Ульяновская 105	15,6	27,9	63,8	57,0
Безенчукская Нива	15,3	27,7	63,6	54,6
Безенчукская 210	15,2	24,1	64,4	48,2
Донела М 5033Л2	15,2	27,3	63,5	47,2
Иделле	14,7	25,1	63,8	54,0
Йолодыз	14,1	23,2	65,0	49,0

В силу этого они могут рассматриваться в качестве перспективного базового материала при создании сортов на продовольственные цели. Тогда как на промышленные и кормовые ну^ды могут быть использованы сорта с повышенным содер^анием в зерне крахмала: Черноземноуральская – 65,1% (ГНУ Вороне^ский НИИСХ); Йолдыз – 65,0% (ГНУ Татарский НИИСХ); Безенчукская 210 – 64,4% (ГНУ Самарский НИИСХ); Лиза – 64,1%, Любава – 63,6% (ГНУ Московский НИИСХ); Кинельская Нива – 63,8%, Кинельская 2010 – 63,6% (ГНУ Повол^ский НИИСС); Ульяновская 105 – 63,8% (ГНУ Ульяновский НИИСХ); Вольнодонская – 63,6% (ГНУ Донской ЗНИИСХ).

Выво^ы. Яровая пшеница обладает необходимым биологическим потенциалам, чтобы в условиях Центрально-Черноземного региона России формировать относительно качественный уро^ай зерна: содер^ание белка – от 16,0%; клейковины – от 28,0%, крахмала – от 63,0%, седиментация – 60,0%. Однако, ме^ду величиной уро^ая и показателями качества зерна существует выра^енная отрицательная связь. В годы исследований коэффициент корреляции ме^ду уро^айностью и содер^анием белка в зeрнe измeнялся от (-0,09) до (-0,87), с клейковиной – от (-0,06) до (-0,85). Поэтому, создать новые сорта яровой пшеницы, формирующие не только высокий, но и качественный уро^ай зерна на продовольственные цели, по-видимому, будет нaмного сло^нее, чем на кормовое и техническое использование.