Изменчивость содержания различных форм токоферолов в семенах сои

Введение. Соя является одной из ведущих масличных культур мира [1], однако качество соевого масла зачастую не удовлетворяет требований пищевых и технических производств и требует улучшения, наиболее экономически выгодным и экологически безопасным методом которого признается генетическое улучшение [2, 3].

Основным недостатком соевого масла является повышенное содержание глицеридов линоленовой кислоты, склонной к активному перекисному окислению и образованию в его результате перекисей и гидроперекисей с крайне нежелательным физиологическим эффектом [4, 5].

Принципиально можно выделить три подхода к генетическому повышению устойчивости соевого масла к перекисному окислению. Первый из них состоит в снижении доли глицеридов линоленовой кислоты в масле путем использования эффекта мутантных генов серии fan [6, 7, 8] и эффектов систем генов-модификаторов [9, 10].

Второй подход заключается в генетическом подавлении активности липоксидазы, катализирующей процесс перекисного окисления, рецессивными аллелями генов серии Lоx [11, 12].

Наконец, третий подход основывается на использовании эффекта природных антиоксидантов и, прежде всего, токоферолов. Он привлекает особое внимание тем, что токоферолы, кроме антиоксидантной активности, отличаются и выраженным полифункцио-нальным витаминным эффектом [13]. В настоящее время известно четыре природных формы токоферолов – α-, β-, γ- и δ-, среди которых наибольшую биологическую активность имеет α- токоферол, а наибольшую антиоксидантную – γ- и δ-токоферолы [14].

Установлено, что соя отличается значительным разнообразием по содержанию каждой из форм токоферолов [15, 16] и в его генетической регуляции существенную роль играют полигенные комплексы [17]. Это создает благоприятные условия для селекционно-генетического повышения витаминной активности соевого масла и его устойчивости к окислению.

Задачей наших исследований было установление содержания различных форм токоферолов в семенах сои различного экологогеографического происхождения, определение влияния на него погодных условий произрастания и выделение исходного материала для дальнейшей зональной селекции на качество масла.

Материалы и методы. Материалом для исследований послужили семена 28 сортов и сортообразцов сои различного эколого– географического происхождения из коллекций лаборатории селекции сои Институт растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН и НЦГРРУ, которые были получены в ходе двухлетних опытов (2008–2009 гг.) в зоне восточной лесостепи Украины. Погодные условия вегетации сои в 2008 и 2009 гг. были достаточно контрастными. Метеорологические условия в период вегетации 2008 г. были благоприятными для сои, однако во время формирования и налива зерна температура воздуха была высокой, что, вместе с отсутствием осадков, снизило её урожайность.

Начальный период вегетации сои 2009 г. характеризовался как прохладный с недостаточным увлажнением, а наиболее засушливые условия сложились в июне. Обильные осадки в июле улучшили состояние посевов, а сухая погода в августе и сентябре благоприятствовала дружному созреванию посевов.

Полевые опыты выполнялись согласно общепринятой методике полевого эксперимента [18] с учетом зональных особенностей выращивания сои.

Количественный анализ комплекса токоферолов в семенах сои проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на

ВЭЖХ–хроматографе ”Knauer” [19]. Идентификацию α-, β-, γ- и δ-форм токоферолов осу ществляли по времени удержания, установленного для достоверных стандартов этих форм, а содержание α-, β-, γ- и δ- токоферолов выражали в процентах к их сумме.

Полученные результаты подвергали статистической обработке методами вариационного и дисперсионного анализа [20] с использованием пакета статиcтических прикладных программ «OSGE», разработанного отделом генетики Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН.

Результаты и обсуждение. Полученные результаты показали, что в комплексе токоферолов семян сои количественно преобладают формы с наибольшей антиоксидантной активностью. Среднее содержание γ- токола в экспериментальной выборке составило 65,0 % от суммы токоферолов, содержание δ-токола – 19,5 %, в то время как среднее содержание α-токола – 13,6 %, а β-токола – 1,8 %. В ходе выполнения исследований были подтверждены выводы других авторов [15, 16] о наличии широкой изменчивости сои по содержанию различных форм токоферолов.

Результаты проведенного анализа свидетельствуют, что основными источниками дисперсии по содержанию токоферолов являются генотип сорта и погодные условия выращивания, причем эффекты условий выращивания оказались более существенными, чем сортовые различия (табл. 1).

Таблица 1

Оценка значимости источников дисперсии по содержанию а-, в-, Ү- и S-токоферолов в семенах различных сортов сои (расчетные значения критерия F)

Харьков, ИР, 2008-2009 гг.

Содержание форм токоферолов	Источник дисперсии
	вариант	сорт	погодные условия	взаимодействия «сорт– погодные условия»
α- токола	54,6	57,2	493,6	35,7
β- токола	36,3	51,4	119,3	18,2
γ- токола	44,2	73,0	127,5	12,3
δ- токола	63,6	60,7	452,3	52,2
F 05 табл.	1,7	1,8	4,1	1,8

В погодных условиях 2008 г. средние групповые по содержанию α- и β-токолов оказались выше, а по содержанию γ- и δ-токолов – ниже, чем в условиях 2009 г.

Оценки коэффициентов вариации прона-лизированных признаков по годам показали, что изменчивость содержания α- и γ-токолов в 2008 и 2009 гг. была примерно равной, тогда как изменчивость содержания β- и δ-токолов в 2008 г. была выше (табл. 2).

Таблица 2

Статистические параметры изменчивости содержания а-, в-, ү- и 8- токоферолов в семенах различных сортов сои

Харьков, ИР, 2008–2009 гг.

Форма токоферолов	Размах изменчивости (мин. – макс.), % к сумме токоферолов		Средняя групповая (х ± ts x ), % к сумме токоферолов		Коэффициент вариации (V ± ts v ), %
	2008 г.    2009 г.		2008 г.	2009 г.	2008 г.	2009 г.
α- токол	5,9-32,7	5,8 21,6	16,2±2,7	11,1±1,8	42,5±13,6	41,1±13, 0
β- токол	0,6-6,8	0,5-4,5	2,1±0,5	1,6±0,3	60,0±21,6	49,3±16, 5
γ- токол	48,5-71,9	53,0-74,5	63,9±1,9	66,1±1,8	7,7±2,1	7,0±1,9
δ- токол	7,7-27,9	14,6-28,5	17,8±2,0	21,2±1,4	29,3±8,7	17,2±4,9

Наиболее высоким содержанием α-токола в проанализированной экспериментальной выборке по двухлетним оценкам отличался сорт Мальвина, а наиболее низким – сорт Fiskebi-840-5-3 и образец IR-2259, причем уровни максимального и минимального содержания α- то-кола у проанализированных сортов различались почти в четыре раза (табл. 3).

Наиболее высокое содержание β-токола зарегистрировано у сортов Мальвина и Романтика, а наиболее низкое – у образцов IR-2259, IR-2258 и сорта Aldana, при этом максимальное и минимальное содержание β- то-кола в семенах сортов сои различалось в 4-8 раз.

Самый высокий уровень содержания γ-токола был свойственен образцу IR-2259 и сорту Aldana, а самый низкий – сорту Мальвина, причем максимальное и минимальное значения признака различались почти в 1,5 раза.

Наиболее высокое содержание δ-токола выявили сорта Fiskebi-840-5-3 и F-35R-W, а наиболее низкое – образцы 123-08 и 140-08, причем максимальное значение признака превышало минимальное почти вдвое.

В ходе выполнения опытов была зарегистрирована существенность эффектов взаимодействий «сорт – погодные условия» (см. табл. 1), которая свидетельствует об отсутствии тождественных реакций проанализиро- ванных сортов на погодные условия выращивания по содержанию α-, β-, γ- и δ-токоферолов.

По характеру реакций на погодные условия в период выращивания проанализированные сорта сои можно разделить на две группы. Сорта первой группы отличались широкой нормой реакции, и содержание различных форм токоферолов у них сильно колебалось в зависимости от погодных условий выращивания.

Таблица 3

Содержание а-, в-, ү- и 8-токоферолов в семенах различных сортов сои (% к сумме)

Харьков, ИР, среднее за 2008-2009 гг.

Сорт, сортообразец	Содержание форм токоферолов, % к сумме
	α- токо-ла	β- токо-ла	γ- токо-ла	δ- токола
Романтика	17,1	4,1	64,8	14,0
Горизонт	13,7	1,0	68,2	17,1
140-08	17,7	1,5	67,5	13,3
Фея	12,0	1,1	67,6	19,3
123-08	17,4	2,0	67,8	12,7
Схидна	9,5	1,9	65,1	23,5
Мальвина	27,1	4,5	50,8	17,6
Скеля	9,9	1,1	69,7	19,3
Мрия	16,4	2,0	64,6	17,1
СН 54-11	13,7	1,3	67,8	17,2
Верас	13,7	1,6	64,0	20,8
Ракиця	11,8	1,9	63,6	22,8
Рось	17,4	2,0	63,4	17,2
Bravalla	18,3	2,7	60,6	18,4
Fiskebi-840-5-3	6,6	1,7	65,3	26,4
Fiskebi-III	16,1	2,6	60,3	21,1
Fiskebi-52-17	15,3	1,9	63,8	19,0
EBS-709	10,1	1,1	68,3	20,5
Halton	15,2	2,1	60,6	22,2
F-35R-W	10,8	1,7	62,9	24,6
R-50R-W	10,6	1,7	64,3	23,3
INRA-654-12-12	9,8	1,0	69,9	19,4
IR-2258	7,0	0,9	68,0	24,1
IR-2259	6,8	0,5	73,2	19,5
Aldana	8,7	0,9	71,2	19,2
Milvus	13,0	1,7	64,8	20,5
Navico	18,0	2,6	61,3	18,2
УИР-021752	18,4	2,4	60,7	18,6
НСР 05	1,7	0,4	1,5	1,2

Напротив, сорта другой группы в условиях и 2008 и 2009 годов проявили очень стабильный уровень содержания α-, β-, γ- и δ-токоферолов. К их числу по содержанию α-токоферола в наших опытах относились Ра-киця, Fiskebi-840-5-3, F-35R-W, INRA-654-1212 и IR-2258, по содержанию β-токоферола – Горизонт, Фея, Мальвина, Скеля, СН-54-11, Верас, F-35R-W, INRA-654-12-12, IR-2258, IR-2259, Milvus и Navico, по содержанию γ-токоферола – Горизонт, Скеля, СН-54-11,

Bravalla, Fiskebi-III, ЕВS-709, INRA-654-1212, IR-2258, Milvus и Navico, а по содержанию δ- токоферола – Верас, Fiskebi-52-17, INRA-654-12-12 и IR-2258.

Полученные результаты показали, что характер экологических реакций сортов сои на погодные условия выращивания независим от генетически обусловленного уровня содержания токоферолов и именно сорта с высоким и стабильным по годам содержанием различных форм токоферолов могут рассматриваться как наиболее ценный исходный материал для селекции. Однако, как свидетельствуют полученные результаты, сорта с высоким генетически обусловленным уровнем содержания токоферолов, как правило, не отличаются его стабильностью по годам и, наоборот, сорта с узкой нормой реакции генотипа на условия выращивания не обеспечивают высокого уровня содержания токоферолов.

Среди сортов проанализированной выборки по совокупности обоих этих требований к исходному материалу для селекции на содержание отдельных форм токоферолов в лучшую сторону можно выделить лишь сорта Мальвина, Fiskebi-840-5-3, INRA-654-12-12, Aldana и образцы IR-2258, IR-2259.

Результаты проведенных исследований показали, что содержание всех форм токоферолов в семенах сои отличается непрерывной изменчивостью, что подтверждает выводы других авторов о полигенной регуляции этих признаков или, во всяком случае, о существенных эффектах полигенных комплексов [17]. Однако, принимая во внимание технические сложности улучшения сои по содержанию токоферолов только за счет использования эффектов полигенов, более перспективным методом решения проблемы представляется идентификация или индукция моногенных мутаций, повышающих уровень содержания токоферолов. Возможность и результативность такого подхода уже получили экспериментальное подтверждение при улучшении комплекса токоферолов у подсолнечника [21, 22].

Выводы. Установлены широкая изменчивость сортов сои по содержанию в семенах α-, β-, γ- и δ-токоферолов и существенное влияние на эти признаки погодных условий выращивания. По средним двухлетним оценкам содержание α-токоферола у различных сортов составило 6,6-27,1 % к сумме токоферо- лов, содержание β-токоферола – 0,5-4,5 %, γ-токоферола – 50,8-73,2 %, а δ-токоферола – 12,7-26,4 %. Идентифицированы сорта со стабильным содержанием токоферолов в контрастных погодных условиях выращивания.