Генотипическая изменчивость содержания пентозанов в зерне озимой ржи

Генотипическая изменчивость содержания пентозанов в зерне озимой ржи

Автор: Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш., Гильмуллина Л.Ф., Маннапова Г.С.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Генетические и физиологические основы селекции

Статья в выпуске: 5 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

Создание сортов разного направления использования - приоритетная задача селекции озимой ржи ( Secale cereale L.). Дифференцирующим показателем, определяющим направление диверсификации ржаного зерна, служит его качественный состав и содержание пентозанов. Целью представленной работы стала оценка изменчивости общего количества пентозанов и содержания водорастворимой фракции арабиноксиланов у российских и зарубежных популяций, гибридов и линий озимой ржи. Объектом исследования служили популяционные и гибридные сорта, линейный и гибридный селекционный материал озимой ржи отечественной и зарубежной селекции. Содержание пентозанов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в системе HPLC-RI («JASCO Deutschland GmbH», Германия), химическим микрометодом с использованием орцин-хлорида и косвенно, посредством оценки вязкости водного экстракта (ВВЭ). Анализ фенотипической и генотипической вариансы, расчет коэффициента вариации проводили на основе двухфакторного дисперсионного анализа с использованием множественного рангового критерия Дункана. В отечественном и зарубежном генофонде были идентифицированы образцы с низким и высоким содержанием пентозанов. Отечественные популяционные сорта и высокопентозановые линии селекции Татарского НИИ сельского хозяйства (ТатНИИСХ) выделялись высокими показателями общего содержания пентозанов и экстрагируемой вязкости. Зависимость между ВВЭ и содержанием фракции водорастворимых пентозанов в изученных количественных пределах с высокой вероятностью (95 %) имела прямолинейный характер. У низкопентозановых линий селекции ТатНИИСХ ВВЭ составляла 6,40-6,45 сантистокс (сСт), у российских популяционных сортов этот показатель находился в пределах 15,40-34,50, у гибридных сортов немецкой селекции достигал 47,50 сСт. У высокопентозановых образцов установлена высокозначимая положительная взаимосвязь между общим содержанием пентозанов, вязкостью водного экстракта и водорастворимой фракцией. Косвенная оценка пентозановой фракции посредством определения ВВЭ ржаного шрота позволяет начинать отбор на ранних этапах селекционного процесса и анализировать значительное число образцов за относительно короткое время. Необходим дальнейший поиск и селекция линий-доноров с низким содержанием арабиноксиланов и их водорастворимой фракции. Фенотипическая оценка малопентозановых форм, основанная только на определении косвенного показателя вязкости, затруднена. У малопентозановых линий выявлена значимая корреляция ВВЭ и содержания водорастворимой фракции ( r = 0,745, Р = 0,05). Наследуемость вязкости водного экстракта зернового шрота составила H2 = 0,71, генотипический коэффициент вариации - 32,53 %, что свидетельствует о целесообразности совершенствования этого показателя селекционными методами. По содержанию водорастворимых пентозанов показатель наследуемости равнялся 0,50, а генотипический коэффициент вариации - 13,02 %, поэтому результативность отбора в этом случае будет невысокой. Представленные параметры генотипической изменчивости применимы только в отношении генотипов, использованных в рамках проведенного нами эксперимента. Выделены российские сорта Марусенька, Огонек, Чулпан 7 с наименьшим количеством водорастворимых пентозанов в муке и шроте. У сорта Огонек выявлено низкое содержание водорастворимой фракции в отрубях. Для более четкой дифференциации образцов, помимо количественной оценки содержания пентозанов (высокомолекулярных арабиноксиланов) в продуктах размола зерна, необходимо разработать экономичные методы анализа их состояния (водопоглощения, вязкости и растворимости).

Еще

Озимая рожь, пентозаны, фракции, арабиноксиланы, вязкость водного экстракта, шрот, сорта, линии, наследуемость, генотипическая изменчивость

Короткий адрес: https://sciup.org/142214081

IDR: 142214081   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2017.5.1041rus

Список литературы Генотипическая изменчивость содержания пентозанов в зерне озимой ржи

  • Nilsson M., Aman P., Harkonen H., Hallmans G., Bach K.E. Nutrient and lignin content, dough properties and baking performance of rye samples used in Scandinavia. Acta Agric. Scand., Select. B, Soil and Plant Sci., 1997, 47: 26-34 ( ) DOI: 10.1080/09064719709362435
  • Andersson R., Fransson G., Tietjen M., Аman P. Content and molecular-weight distribution of dietary fiber components in whole-grain rye flour and bread. J. Agric. Food Chem., 2009, 57(5): 2004-2008 ( ) DOI: 10.1021/jf801280f
  • Bach Knudsen K.E., Lærke H.N. Rye arabinoxylans: Molecular structure, physicochemical properties and physiological effects in the gastrointestinal tract. Cereal Chem., 2010, 87(4): 353-362 ( ) DOI: 10.1094/CCHEM-87-4-0353
  • Izydorczyk M.S., Biliaderis C.G. Cereal arabinoxylans advances in structure and physicochemical properties. Carbohyd. Polym., 1995, 28: 33-48 ( ) DOI: 10.1016/0144-8617(95)00077-1
  • Vinkx C.J.A., Delcou J.A. Rye (Secale cereale L.) arabinoxylans: A critical review. Journal of Cereal Science, 1996, 24(1): 1-14 ( ) DOI: 10.1006/jcrs.1996.0032
  • Cui S.W., Wang Q. Cell wall polysaccharides in cereals: Chemical structures and functional properties. Struct. Chem., 2009, 20(2): 291-297.
  • Bengtsson S., Andersson R., Westerlund E., Аman P. Content, structure and viscosity of soluble arabinoxylans in rye grain from several countries. J. Sci. Food Agr., 1992, 58(3): 331-337 ( ) DOI: 10.1002/jsfa.2740580307
  • Wang M.W., Vliet T.V., Hamer R.J. How gluten properties are affected by pentosans. J. Cereal Sci., 2004, 39: 395-402 ( ) DOI: 10.1016/j.jcs.2004.02.002
  • Jankiewicz M., Michniewic J. The effect of soluble pentosans isolated from rye grain on staling of bread. Food Chem., 1987, 25: 241-249 ( ) DOI: 10.1016/0308-8146(87)90010-0
  • Bonnand-Ducasse M., Della Valle G., Lefebvre J., Saulnier L. Effect of wheat dietary fibers on bread dough development and rheological properties. J. Cereal Sci., 2010, 52(2): 200-206 ( ) DOI: 10.1016/j.jcs.2010.05.006
  • Buksa K., Nowotna A., Praznik W., Gambuś H., Ziobro R., Krawontka J. The role of pentosans and starch in baking of wholemeal rye bread. Food Res. Int., 2010, 43: 2045-2051 ( ) DOI: 10.1016/j.foodres.2010.06.005
  • Hartmann G., Michael P., Peter K. Isolation and chemical characterization of water-extractable arabinoxylan from wheat and rye during bread making. Eur. Food Res. Technol., 2005, 221: 487-492 ( ) DOI: 10.1007/s00217-005-1154-z
  • Ragaee S.M., Campbell G.J., Scoles G. J., McLeod J.G., Tyler R.T. Studies on rye (Secale cereale L.) lines exhibiting a range of extract viscosities. 2. Rheological and baking characteristics of rye and rye/wheat blends and feeding value for chicks of wholemeals and breads. J. Agr. Food Chem., 2001, 49: 2446-2453 ( ) DOI: 10.1021/jf0012289
  • Antoniou T., Marquardt R.R., Cansfield P.E. Isolation, partial characterization, and antinutritional activity of a factor (рentosans) in rye grain. J. Agr. Food Chem., 1981, 29: 1240-1247 ( ) DOI: 10.1021/jf00108a035
  • McLeod J.G., Gan Y., Scoles G.J. Extract viscosity and feeding quality of rye. Vortr. Pflanzenzucht, 1996, 35: 97-108.
  • Boros D., Marquardt R.R., Slominski B.A., Guenter W. Extract viscosity as an indirect assay for water-soluble pentosans content in rye. Cereal Chem., 1993, 70: 575-580.
  • Jürgens H.-U., Jansen G., Wegener C.B. Characterisation of several rye cultivars with respect to arabinoxylans and extract viscosity. J. Agr. Sci., 2012, 4(5): 1-12 ( ) DOI: 10.5539/jas.v4n5p1
  • Гончаренко А.А., Тимощенко А.С., Беркутова Н.С. Вязкость водного экстракта зерна озимой ржи как универсальный признак при селекции на целевое использование. Сельскохозяйственная биология, 2007, 3: 44-49.
  • Гончаренко А.А., Исмагилов Р.Р., Беркутова Н.С., Ванюшина Т.Н., Аюпов Д.С. Оценка хлебопекарных качеств зерна озимой ржи по вязкости водного экстракта. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2005, 1: 6-9.
  • Cyran M.R., Ceglinska A. Genetic variation in the extract viscosity of rye (Secale cereale L.) bread made from endosperm and wholemeal flour: Impact of high-molecular-weight arabinoxylan, starch and protein. J. Sci. Food Agr., 2011, 91(3): 469-479 ( ) DOI: 10.1002/jsfa.4208
  • Гильмуллина Л.Ф., Пономарев С.Н., Пономарева М.Л. Изучение исходного материала озимой ржи по кормовым и хлебопекарным свойствам зерна. Мат. Всерос. науч.-практ. конф. «Озимая рожь: селекция, семеноводство, технология и переработка». Екатеринбург, 2012: 54-59.
  • Гончаренко А.А., Ермаков С.А., Макаров А.В., Семенова Т.В., Точилин В.Н., Цыганкова Н.В. Использование дивергентного отбора по вязкости водного экстракта в селекции озимой ржи. Зерновое хозяйство России, 2011, 5: 11-19.
  • Gan Y.T., McLeod J.G., Scoles G.L., Campbell G.L. Extract viscosity of winter rye: variation with temperature and precipitation. Canadian Journal of Plant Science, 1997, 77(4): 555-560 ( ) DOI: 10.4141/P96-129
  • Finnie S.M., Bettgе A.D., Morris C.F. Influence of cultivar and environment on water-soluble and water insoluble arabinoxylans in soft wheat. Cereal Chem., 2006, 83(6): 617-623 ( ) DOI: 10.1094/CC-83-0617
  • Li S., Morris C.F., Bettge A.D. Genotype and environment variation for arabinoxylans in hard winter and spring wheat of the U.S. Pacific Northwest. Cereal Chem., 2009, 86: 88-95 ( ) DOI: 10.1094/CCHEM-86-1-0088
  • Hansen H.B., Rasmussen C.V., Bach Knudsen K.E., Hansen А. Effects of genotype and harvest year on content and composition of dietary fibre in rye (Secale cereale L.) grain. J. Sci. Food Agr., 2003, 83(1): 76-85 ( ) DOI: 10.1002/jsfa.1284
  • Martinant J.P., Billot A., Bouguennec A., Charmet G., Saulnier L., Branlard G. Genetic and environmental variations in water-extractable arabinoxylans content and flour extract viscosity. J. Cereal Sci., 1999, 30(1): 45-48 ( ) DOI: 10.1006/jcrs.1998.0259
  • Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Гильмуллина Л.Ф., Маннапова Г.С. Фенотипическая оценка содержания пентозанов в ржаном шроте методом определения вязкости водного экстракта. Достижения науки и техники АПК, 2015, 29 (11): 32-35.
  • Hashimoto S., Shogren M.D., Pomeranz Y. Cereal pentosans: their estimation and significance. I. Pentosans in wheat and milled wheat products. Cereal Chem., 1987, 64(1): 30-34.
  • Delcour J.A., Vanhamel S., De Geest C. Physico-chemical and functional properties of rye nonstarch polysaccharides. I. Colorimetric analysis of pentosans and their relative monosaccharide compositions in fractionated (milled) rye products. Cereal Chem., 1989, 66(2): 107-111.
  • Gomez K.A., Gomez A.A. Statistical procedures for agricultural research. J. Wiley and Sons, NY, 1984: 207-215.
  • Burton G.W., DeVane E.H. Estimating of heritability in tall Fescue (Festuca arundinacea) from replicated clonal material. Agronomy Journal, 1953, 45: 478-481 (doi: 10.2134/agronj1953.00021962004500100005x).
  • Рокицкий П.Ф. Введение в статистическую генетику. Минск, 1978: 226-278.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp