Исходный селекционный материал подсолнечника с высоким содержанием стеариновой кислоты

Бесплатный доступ

В пищевой промышленности незаменимы твердые жиры. К наиболее широко используемым твердым маслам относятся гидрогенизированные растительные, пальмовое, кокосовое и масло какао. Твердость данных масел обусловлена высоким содержанием насыщенных жирных кислот С8:0–С16:0. Диетологически наиболее полезными среди твердых масел являются масла с меньшим количеством лауриновой, миристиновой и пальмитиновой жирных кислот и сравнительно более высокой долей стеариновой кислоты. В традиционном подсолнечном масле основными насыщенными жирными кислотами являются пальмитиновая и стеариновая, их суммарная массовая доля не превышает 10–12 %. После открытия мутации высокостеариновости у подсолнечника стало возможным повышение содержания С18:0 более чем на 10 %. В результате шестилетней селекционной работы во ВНИИМК созданы семь линийдоноров высокого содержания стеариновой кислоты (14–23 %). Пять из них: ЛГ31, ЛГ32, ЛГ34, ЛГ36 и ЛГ37, в среднем содержат 58–74 % олеиновой кислоты, а линиидоноры ЛГ33 и ЛГ35 – 12 и 45 % соответственно. Линии с подобным жирнокислотным составом масла семян в генетической коллекции ВНИИМК ранее отсутствовали. В настоящий момент данные линии включены в селекционную программу в качестве исходного материала для получения родительских линий гибридов подсолнечника с повышенным содержанием насыщенной стеариновой кислоты.

Еще

Подсолнечник, донор, селекция, стеариновая кислота, олеиновая кислота, качество масла

Короткий адрес: https://sciup.org/142244401

IDR: 142244401   |   DOI: 10.25230/2412-608X-2025-1-201-21-28

Текст научной статьи Исходный селекционный материал подсолнечника с высоким содержанием стеариновой кислоты

Введение. Растительные масла состоят из насыщенных (SFA) и ненасыщенных, включая мононенасыщенные (MUFA) и полиненасыщенные (PUFA), жирных кислот. В традиционном подсолнечном масле основными насыщенными жирными кислотами являются пальмитиновая и стеариновая, их суммарная массовая доля не превышает 10–12 %. Тогда как на ненасыщенные жиры приходится до 90 %, главными из них являются мононенасыщенная олеиновая и полиненасыщенная линолевая жирные кислоты. Подсолнечное масло широко используется в питании человека, однако такое масло не пригодно для приготовления многих продуктов, включая кондитерские изделия, выпечку, снэки и полуфабрикаты, т.к. для них необходимо твердое состояние масла при комнатной температуре и повышенная окислительная стабильность. Поэтому в пищевой промышленности незаменимы твердые жиры. Такие свойства масел обусловлены высоким содержанием насыщенных жирных кислот (С6:0-С18:0).

Наиболее широко используемыми твердыми маслами являются гидрогенизированные растительные, пальмовое, кокосовое и масло какао. В последнее время потребление твердых жиров, полученных путем гидрогенизации, существенно сократилось после открытия факта опасности потребления транс-изомеров жирных кислот, образующихся при производстве. Пальмовое масло стало заменой гидрогенизированным жирам благодаря твердому состоянию и отсутствию в составе трансжиров. Около 35 % мирового потребления среди всех растительных масел приходится на пальмовое. Кроме того, масличная пальма - это самая высокоурожайная масличная культура с выходом масла с 1 га в 5 раз больше, чем у рапса, подсолнечника или сои. Однако увеличение производства пальмового масла наносит ущерб экосистемам тропических лесов и ведет к сокращению биоразнообразия [1]. К твердым жирам также относят другие тропические масла, такие как кокосовое, какао и масло ши. В 2024 г. производство пальмового масла составило 79,6 млн т, кокосового - 3,7 млн т, какао-масла - 4,3 млн т, масла ши - лишь 0,8 млн т, а подсолнечного масла - 20,0 млн т [2; 3].

На основании многочисленных медицинских исследований ученые сходятся во мнении, что избыток потребления насыщенных жирных кислот вызывает повышение уровня общего холестерина, холестерина ЛПНП и ЛПВП, снижению уровня триглицеридов. Однако разные насыщенные жирные кислоты по-разному влияют на концентрацию холестериновых фракций липопротеидов в плазме крови. Например, лауриновая (C12:0), миристиновая (C14:0) и пальмитиновая (C16:0) кислоты повышают уровень холестерина ЛПНП, в то время как стеариновая (C18:0) не оказывает никакого эффекта. Поэтому наиболее полезными среди твердых масел являются масла с меньшим количеством С8:0–С16:0 и сравнительно более высокой долей С18:0 [4-6].

Твердость пальмового масла обусловлена высоким содержанием пальмитиновой кислоты - до 42 % [7]. В кокосовом масле на насыщенные жирные кислоты приходится до 90-95 %, из них до 80-85 % составляют короткоцепочечные НЖК [8]. В какао-масле имеется высокое содержание как стеариновой (35,8 %), так и пальмитиновой (26,3 %) кислот [9]. Наиболее полезным с диетологический точки зрения является масло ши, так как его твердость детерминирована высоким содержанием именно стеариновой кислоты (37,2– 60,7 %), а других насыщенных кислот не более 5 % [10].

В подсолнечнике были индуцированы мутации высокого содержания пальмитиновой и стеариновой кислот. Высокое содержание стеариновой кислоты было впервые зафиксировано после химического мутагенеза в мутантах CAS-8 (>10 %), CAS-4 (>13 %) и CAS-3 (>25 %) [11]. В 2002 г. с помощью мутагенеза был выделен мутант CAS-14 с очень высоким содержанием стеариновой кислоты - более 35 % [12]. Еще две линии, CAS-19 и CAS-20, со средним содержанием стеариновой кислоты были выведены путем скрещивания CAS-3 и линии со стандартным содержанием жирных кислот [13]. Все перечисленные генотипы относились к так называемому линолевому типу с содержанием олеиновой кислоты не более 36 %. Позже были получены новые высокостеариновые линии путем скрещивания линий с высоким содержанием стеариновой кислоты между собой, а также со стандартными и высоко-олеиновыми линиями. Так, CAS-29 и CAS-

30 содержали до 34,5 % стеариновой кислоты на линолевом фоне, а CAS-15 и CAS-33 – 24,9 и 17,4 % С18:0 соответственно на олеиновом фоне [14]. Несмотря на создание широкой линейки линий с высоким содержанием стеариновой кислоты, до настоящего времени компанией Advanta был выведен только один высокостеариновый гибрид подсолнечника Nutrisun (С18:0 – 16 %) [15], однако в промышленном производстве данный гибрид не возделывается из-за низких показателей продуктивности.

Во ВНИИМК с 2018 г. одним из направлений селекционно-генетической работы на улучшение качества масла стало повышение степени насыщенности и увеличение оксистабильности масла подсолнечника. На первых этапах работы с признаком повышенного содержания стеариновой кислоты перед нами стояла задача выделить исходный материал с различным уровнем С18:0 и сочетанием основных жирных кислот, а также оценить селекционно-ценные признаки новых доноров вы-сокостеариновости у подсолнечника.

Материалы и методы. Полевые исследования проведены на ЦЭБ ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК в х. Октябрьском, г. Краснодар. Лабораторные анализы выполнены в лаборатории генетики, включая экспериментальное оборудование лаборатории биохимии.

Посев подсолнечника на опытных делянках проводили с помощью ручных сажалок по традиционной схеме при расстановке 70 × 35 см. Растения, отобранные для исследований, принудительно само-опыляли под индивидуальными изоляторами. После окончания цветения измеряли высоту растений и диаметр корзинок. Для определения масличности, массы 1000 семянок и лузжистости собирали семена свободно цветущих растений. Лузжи-стость и массу 1000 семянок определяли по стандартным методикам (ГОСТ 1085564 и ГОСТ 12042-80 соответственно) [16; 17]. Масличность семянок оценивали в отделе физических методов исследований на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М по ГОСТ 8.597-2010 [18].

Анализ состава десяти жирных кислот масла семянок проводили с помощью газожидкостной хроматографии метиловых эфиров жирных кислот на приборе Хро-матэк-Кристалл 2000 с автоматическим дозатором ДАЖ-2М на капиллярной колонке SolGelWax 30 м × 0,25мм × 0,5 мкм в токе газа носителя – гелия, со скоростью 22 см/с, с программированием температуры в пределах 170–230 °С. Получение метиловых эфиров и их хроматографирование выполняли в соответствии с нормативными методами (ГОСТ 31663-2012; ГОСТ Р 31665-2012) [19; 20]. Жирнокислотный состав определяли в средних пробах семянок (по 15 шт.) и в отдельных семянках (по 10 шт.). На начальных этапах отбора проводили определение состава стеариновой жирной кислоты в отдельных семянках на базе лаборатории биохимии ВНИИМК с использованием ИК-спектро-метрии на приборе MATRIX-I Bruker Optics.

В качестве источника была использована расщепляющаяся популяция подсолнечника, в которой отдельные растения содержали повышенное количество стеариновой кислоты.

Результаты и обсуждение. Создание доноров с высоким содержанием стеариновой кислоты в семенах подсолнечника из расщепляющегося источника было начато в 2018 г. Семена, гетерозиготные по признакам содержания стеариновой и олеиновой кислоты, высеяли в условиях ФТК в зимний период 2018–2019 гг. Все растения самоопыляли под индивидуальными изоляторами и убирали раздельно. В полевых условиях 2019 г. получили семена поколения I 3 . Данные семена с использованием метода ИК-спектрометрии анализировали по содержанию стеариновой, олеиновой и линолевой жирных кислот. В 2019–2020 гг. были проанализированы 400 семянок подсолнечника поколения I 2 и I 3 . После этого работы проводили в три этапа.

На первом этапе по результатам анализа отобрали 17 семянок с высоким уровнем стеариновой кислоты для выращивания в условиях ФТК в зимний период 2019–2020 гг. В результате получили семена поколения I4 трёх растений HSLO и семи растений HSHO. В 2020– 2023 гг. в лабораторных условиях с применением метода газожидкостной хроматографии выполнили посемяночный анализ жирнокислотного профиля каждого поколения новых линий, по 20 семянок каждого генотипа (табл. 1). Трем образцам с наиболее желательным жирнокислотным составом присвоили названия ЛГ31, ЛГ32 и ЛГ33. Установлено, что все эти линии имели повышенное содержание стеариновой кислоты, в среднем 14,4–22,6 % в разные годы, что существенно выше значений у линий ВК1-клп – 2,8–3,5 %. Из таблицы видно, что в результате инбридинга в каждом поколении вариация по признаку содержания стеариновой кислоты снижалась. В поколении I8 размах изменчивости сократился до 4,7–8,5 % при коэффициенте вариации 11–12 %. Наиболее высокие значения С18:0 характерны для линии ЛГ33 – в среднем около 22 %.

Таблица 1

Изменчивость содержания стеариновой кислоты в семенах линий подсолнечника (2020 2023 гг.)

Донор

Поколе-ние

Год

X

R

min

max

CV, %

ЛГ31

I 5

2020

18,6

13,4

9,6

23

17

I 6

2021

18,0

8,2

13,4

21,7

11

I 7

2022

15,4

9,3

10,3

19,6

19

I 8

2023

14,4

4,7

11,5

16,2

11

ЛГ32

I 5

2020

19,3

7,6

15,5

23

14

I 6

2021

18,0

4,5

15,5

19,9

7

I 7

2022

19,9

11,6

14,1

25,7

21

I 8

2023

19,9

8,8

15,4

24,3

12

ЛГ33

I 5

2020

22,6

11,8

15,5

27,3

15

I 6

2021

21,9

12

14,6

26,6

17

I 7

2022

21,2

15,1

13,9

29,0

19

I 8

2023

22,0

8,5

17,5

26,0

12

ВК1-клп (st)

2020

3,3

0,9

2,8

3,7

9

2021

3,5

1,2

3,0

4,2

11

2022

2,8

0,7

2,4

3,1

8

2023

3,8

1,9

2,8

4,7

14

НСР 05

1,7

Линии ЛГ31 и ЛГ 32 содержали в среднем от 66,7 до 74,6 % олеиновой кислоты в поколении I8, а коэффициент вариации составил 2–3 % (табл. 2). Наличие высокого содержания стеариновой кислоты не позволяет фенотипически проявится мутации высокоолеиновости с максимальной экспрессивностью. Однако в генотипе линии ЛГ33 нет мутации высокоолеиново-сти, вследствие чего доля стеариновой кислоты выше, чем у ЛГ31 и ЛГ32.

Таблица 2 Изменчивость содержания олеиновой кислоты в семенах подсолнечника

(2020 2023 гг.)

Донор

Поколе-ние

Год

X

R

min

max

CV, %

ЛГ31

I 5

2020

70,5

12,4

66,7

79,0

4

I 6

2021

72,4

10,0

67,5

77,6

3

I 7

2022

73,8

11,3

67,6

78,9

4

I 8

2023

74,6

5,3

71,8

77,1

2

ЛГ32

I 5

2020

56,7

62,4

9,3

71,8

36

I 6

2021

71,7

5,4

68,7

74,1

2

I 7

2022

65,8

28,6

46,7

75,3

13

I 8

2023

66,7

7,3

62,6

69,9

3

ЛГ33

I 5

2020

11,4

6,2

9,5

15,7

16

I 6

2021

19,2

32,0

11,9

43,9

41

I 7

2022

16,9

13,6

10,2

23,8

24

I 8

2023

16,4

7,5

13,4

20,9

17

ВК1-клп (st)

2020

90,0

2,1

88,8

90,9

1

2021

89,8

1,6

89,2

90,8

1

2022

89,4

6,4

85,6

92,0

2

2023

88,0

1,8

86,8

88,6

1

НСР 05

3,0

На втором этапе в результате скрининга селекционных линий коллекции ВНИИМК была выявлена линия ВК276, в отдельных семенах которой наблюдалась изменчивость значений содержания стеариновой кислоты (от 5,3 до 16,2 % в 2020 г.). В результате самоопыления и отбора отдельных корзинок в 2020–2021 гг. получили семью, которая в отличие от линии ВК276 имела среднее содержание стеариновой кислоты 14,1 % при CV = 10 % (табл. 3). По содержанию олеиновой кислоты в семенах данной линии также была отмечена изменчивость в широком диапазоне – от 20,0 до 53,4 % при CV = 27 % в 2020 г. После дальнейшего отбора интервал сократился, и коэффициент вариации снизился до 9 %, что говорит о слабой изменчивости по признакам содержания стеариновой и олеиновой жирных кислот в отобранной семье. На основании этих показателей данную самоопылённую семью выделили в отдельную линию под названием ЛГ35.

Таблица 3

Изменчивость содержания стеариновой и олеиновой жирных кислот в семенах при отборе линии ЛГ35 (2020 2022 гг.)

Год

X

R

min

max

CV, %

Стеариновая кислота

2020

11,6

10,9

5,3

16,2

27

2021

10,1

10,38

3,42

13,8

32

2022

14,1

4,7

11,9

16,6

10

Олеиновая кислота

2020

42,4

33,4

20,0

53,4

27

2021

40,7

36,7

14,6

51,3

29

2022

45,8

12,6

38,3

50,9

9

На третьем этапе с использованием метода ИК-спектрометрии проанализировали 280 отдельных семянок из 28 корзинок поколения I 4 . Из них отобрали 18 семей для посева. Потомства данных семей также были проанализированы по содержанию стеариновой и олеиновой жирных кислот и отобраны по комплексу морфологических особенностей растений. В 2022 г. в поколении I 6 по результатам анализа ЖКС были выделены девять семей с определённым содержанием кислот: стеариновой (не менее 15 %), олеиновой (более 60 %) и линолевой (менее 6,1 %) (табл. 4).

Таблица 4

Содержание основных жирных кислот в масле средней пробы семян высокостеариновых доноров в поколении I 6

Номер образца

Пальмитиновая

Стеариновая

Олеиновая

Линолевая

1194

4,8

15,5

73,9

1,7

1195

5,7

20,7

63,2

6,1

1196

5,6

20,4

64,1

5,3

1197

5,8

23,4

60,6

5,3

1198

5,9

21,1

66,7

2,6

1199

6,2

19,9

68,4

1,5

1200

5,6

15,3

72,0

2,9

1201

5,7

16,8

69,7

3,5

1202

5,3

15,8

71,7

2,7

В 2023 г. при самоопылении данных семей получили семена поколения I 7 . Все линии также имели содержание стеариновой кислоты не менее 15 %. Однако наибольший интерес представляют образцы под номерами 1195, 1196, 1197, 1198 и 1199, т.к. данные линии имеют более высокое содержание стеариновой кислоты (более

19 %) на высокоолеиновом фоне (62–67 %) по сравнению с ранее выделенными линиями ЛГ31 и ЛГ32, а также низкое содержание линолевой кислоты (1,2–4,9 %). Образцы под номерами 1200, 1201 и 1202 из дальнейшей работы были выбракованы по морфологическим признакам и низкой пыльцевой продуктивности.

Также в 2022–2024 гг. выполнили скрининг отдельных семянок образцов 1195, 1196 и 1197 поколения I 5 –I 7 для определения размаха изменчивости содержания основных жирных кислот. Было установлено, что все семянки имели стабильно высокое содержание стеариновой кислоты. В результате отбора отдельных растений и самоопыления в каждом поколении коэффициент вариации снизился до 8– 11 % в 2024 г. В среднем линии показывали 17,8–23,7 % С18:0 в разные годы исследований. Также определили, что минимальные значения доли стеариновой кислоты в отдельных семенах не опускались ниже 14 %, тогда как максимальные значения достигали 25–27 % (табл. 5).

Таблица 5

Изменчивость содержания стеариновой кислоты в семенах образцов 1195, 1196 и 1197 (2022 2024 гг.)

Донор

Поколе-ние

Год

X

R

min

max

CV, %

№1195 (ЛГ34)

I 5

2022

21,1

4,3

19,4

23,7

6

I 6

2023

18,9

5,3

17,2

22,5

7

I 7

2024

17,8

4,3

14,8

19,1

8

№1196 (ЛГ36)

I 5

2022

21,2

7,5

17,9

25,5

13

I 6

2023

19,7

3,1

18,0

21,1

6

I 7

2024

19,1

4,9

16,1

21,0

8

№1197 (ЛГ37)

I 5

2022

23,7

9,7

17,9

27,6

13

I 6

2023

21,7

9,5

16,3

25,7

14

I 7

2024

19,7

6,0

16,5

22,4

11

ВК1-клп

2022

2,8

0,7

2,4

3,1

8

2023

3,8

1,9

2,8

4,7

14

2024

2,5

1,8

1,7

3,5

20

НСР 05

1,5

По содержанию олеиновой кислоты все линии в поколении I 7 стали стабильными (CV = 2–3 %), а средний уровень составил 65,7–69,1 % (табл. 6).

В результате постоянного контроля уровня С18:2 и отбора только корзинок с максимальным содержанием С18:0 и С18:1 были получены линии с наиболее желаемым соотношением основных жирных кислот. Данным генотипам были присвоены названия ЛГ34 (образец №1195), ЛГ36 (образец №1196) и ЛГ37 (образец №1197).

Таблица 6

Изменчивость содержания олеиновой кислоты в семенах образцов 1195, 1196 и 119 7 (2022 - 2024 гг.)

Донор

Поколе-ние

Год

X

R

min

max

CV, %

№1195 (ЛГ34)

I 5

2022

61,8

6,6

57,5

64,1

3

I 6

2023

65,9

20,4

50,4

70,8

8

I 7

2024

69,1

3,7

66,8

70,5

2

№1196 (ЛГ36)

I 5

2022

62,8

14,1

53,1

67,2

7

I 6

2023

66,2

5,8

62,0

67,8

3

I 7

2024

68,1

3,8

66,7

70,5

2

№1197 (ЛГ37)

I 5

2022

58,9

11,8

51,8

63,6

7

I 6

2023

60,6

17,5

51,3

68,8

8

I 7

2024

65,7

4,9

63,6

68,4

2

ВК1-клп

2022

88,0

6,4

85,6

92,0

2

2023

87,7

2,9

85,6

88,5

1

2024

87,8

4,1

85,4

89,5

1

НСР 05

2,4

Все новые доноры высокого содержания стеариновой кислоты оценили по основным селекционно-ценным признакам. Линии ЛГ31, ЛГ33 и ЛГ35 были однокорзиночными, а линии ЛГ32, ЛГ34, ЛГ36 и ЛГ37 – ветвистыми. Также проведены тест-скрещивания линий ЛГ31, ЛГ32, ЛГ33, ЛГ34, ЛГ36 и ЛГ37 с однокорзиночной ЦМС-линией для выявления наличия гена Rf и типа наследования признака ветвления, полученные гибридные семена были высеяны в полевых условиях. В результате все растения F 1 оказались фертильными и однокорзиночными, что говорит о наличии гена восстановителя фертильности пыльцы у всех изучаемых линий и рецессивного типа наследования ветвления. Линия ЛГ35 была отобрана из селекционной материнской линии, поэтому она не несет гена Rf .

Высота растений в среднем варьировала от 79 до 120 см. Диаметр корзинки для однокорзиночных форм составил в среднем 16–19 см, для ветвистых – 8–11 см (табл. 7–8).

Масличность всех доноров была ниже, чем у контрольных селекционных линий, только у трех масличность была выше 40 % (табл. 8). По массе 1000 семянок все доноры также были более мелкосемяноч-ными. Лузжистость семянок составляла от 18,7 до 29,6 %.

Таблица 7

Селекционно-ценные признаки доноров высокого содержания стеариновой кислоты ЛГ31, ЛГ32 и ЛГ33

ФБГНУ ФНЦ ВНИИМК, х. Октябрьский,

2022 г.

Донор

Высота растения, см

Диаметр корзинки, см

Мас-личность, %

Луз-жис-тость, %

Масса 1000 семян, г

ЛГ31

113

19

31,0

27,4

53,4

ЛГ32

102

16

35,3

21,9

26,5

ЛГ33

120

19

28,3

25,6

46,8

ВК101-зу (st)

113

23

41,2

27,7

65,0

НСР 05

7

3

Таблица 8

Селекционно-ценные признаки доноров высокого содержания стеариновой и олеиновой кислоты

ФБГНУ ФНУ ВНИИМК, х. Октябрьский,

2024 г.

Донор

Высота растения, см

Диаметр корзинки, см

Мас-личность, %

Луз-жис-тость, %

Масса 1000 семян, г

№1194

101

8

35,2

18,7

16,3

№1195 (ЛГ34)

107

9

42,2

24,5

24,5

№1196 (ЛГ36)

109

11

41,9

24,6

25,4

№1197 (ЛГ37)

99

10

38,0

27,3

24,1

№1198

79

11

48,7

25,0

20,7

№1199

88

9

32,9

29,6

29,1

ВК305 (st)

138

10

51,6

21,2

31,2

НСР 05

6

2

Заключение. В результате шестилетней работы создан исходный селекционный материал с высоким содержанием стеариновой кислоты. Семь новых линий гомозиготны по гену Rf и имеют рецессивное ветвление, что позволяет успешно использовать их в создании новых отцовских линий гибридов подсолнечника с измененным качеством масла. Была отобрана однокорзиночная линия-закрепитель стерильности ЛГ35 с повышенным содержанием стеариновой кислоты, которая может быть исходным материалом для селекции материнских линий гибридов подсолнечника. Также установлено, что в отдельных семянках новых линий уровень стеариновой кислоты доходит до 27 % на высокоолеиновом фоне. Данный факт показывает высокий потенциал для отбора по изучаемому признаку. Линии с подобным жирнокислотным составом масла семян в генетической коллекции ВНИИМК ранее отсутствовали. В настоящий момент лучшие линии-доноры включены в селекционную программу лаборатории генетики и успешно используются для создания высокостеариновых аналогов селекционных линий.

Статья научная