Влияние агроклиматических условий и генотипа на показатели поглощения воды, массы 1000 зерен и содержания белка в зерне ячменя сибирской селекции
Автор: Сумина А.В., Полонский В.И.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Растениеводство
Статья в выпуске: 5, 2013 года.
Бесплатный доступ
В работе описано влияние агроэкологических факторов, характерных для трех географических территорий, на поглощение воды зерном ячменя, содержание в нем белка и массу 1000 зерен у 24 образцов сибирской селекции.
Зерно, ячмень, поглощение воды, бета-глюканы, содержание белка, масса 1000 зерен, генотип, географические условия
Короткий адрес: https://sciup.org/14083058
IDR: 14083058
Текст научной статьи Влияние агроклиматических условий и генотипа на показатели поглощения воды, массы 1000 зерен и содержания белка в зерне ячменя сибирской селекции
Как известно, в состав клеточных стенок эндосперма ячменя, овса и других зерновых культур входят специфические полисахариды, так называемые (1,3;1,4)-β-D-глюканы, которые способствуют снижению уровня холестерина и сахара в крови, уменьшают риск сердечно-сосудистых заболеваний и диабета, являются эффективными средствами в предотвращении и лечении ряда серьезных болезней человека, включая рак кишечника, помогают снижению избыточного веса, поддерживая чувство насыщения, укрепляют иммун- ную систему, обладая антимикробными свойствами [1]. Поэтому очень важно, чтобы зерно ячменя сортов пищевого (крупяного) направления имело высокое содержание бета-глюканов.
Целое зерно ячменя в среднем содержит 3–9% этих полисахаридов [2]. Однако существуют интересные мутанты ячменя с низким уровнем крахмала и повышенным накоплением бета-глюканов, полностью или частично компенсирующим потерю крахмала. Так, высоколизиновые мутанты ячменя Riso 13 и 29 имеют пониженный на 30% уровень крахмала и повышенное на 20% содержание бета-глюканов [3].
Содержание бета-глюканов в зерне в значительной мере определяется конкретным генотипом и условиями выращивания растений [4]. При этом одними авторами показано, что генетический фактор имеет большее влияние на изменение уровня бета-глюканов в зерне [5], другие исследователи пришли к заключению о решающем значении в указанном процессе параметров внешней среды [6,7].
Компоненты клеточных стенок эндосперма (бета-глюканы и арабиноксиланы), влияя на его структуру и физические свойства, играют значительную роль в процессе поглощения воды набухающими и прорастающими зерновками. Показано, что относительное поглощение воды зерном отрицательно коррелирует с содержанием бета-глюканов в эндосперме ячменя [8].
Кроме того, некоторыми авторами зафиксирована неустойчивая, но явно отрицательная корреляция между уровнем бета-глюканов в зерне ячменя и значением массы 1000 зерен [9], содержанием амилозы [10]. У овса обнаружена сильная положительная связь между уровнем бета-глюканов в зерне, с одной стороны, и содержанием белка и натурой, с другой [11]. В работах других исследователей не было обнаружено корреляции между содержанием бета-глюканов в зерне ячменя и концентрацией в нем белка [8], а также массой 1000 зерен [12]. Для ячменя найдена сильная позитивная связь между содержанием бета-глюканов и концентрацией липидов в зерне [12], содержанием в нем белка [10], а также натурой зерна [12].
Целью исследования являются косвенное измерение содержания бета-глюканов у различных образцов ячменя по относительному поглощению воды зерном, изучение взаимосвязи этого параметра с содержанием белка и массой 1000 зерен у исследуемых образцов и анализ зависимости этого показателя от генотипа и экологических условий выращивания.
Материалы и методы исследований. В качестве объекта исследования использовались сорта и селекционные линии сибирской селекции ярового пленчатого ячменя ( Hordeum vulgare L .). Ячмень выращивали в 2010–2011 годах по паровому предшественнику в Емельяновском районе Красноярского края (ОПХ Минино), а также на территории Бейского и Алтайского районов (Республика Хакасия). В работе использовали 24 образца ячменя, которые были любезно предоставлены сотрудниками лаборатории селекции серых хлебов КНИИСХ СО РАСХН. Показатели влажности зерна всех образцов выравнивались в результате выдерживания их в помещении лаборатории при 20±2о С в течение нескольких месяцев в зимний период. Среднее значение влажности в процентах, найденное по стандартной методике [13], составляло 9,35 ±0,61.
Косвенное определение содержания бета-глюканов в зерне ячменя производили по измерению относительного поглощения воды зерном по методике, использованной в работе Дж. Гэмлэта с коллегами [8], в которой была найдена сильная отрицательная корреляция между относительным поглощением воды зерном ячменя и содержанием в нем бета-глюканов. Образцы взвешивали (навеска 100 г, точность измерения 0,1 г) и помещали в марлевых мешочках в отстоянную водопроводную воду при 18оС на 21 ч (с 9-часовым перерывом нахождения на воздухе). После этой процедуры зерно помещали между двух слоев фильтровальной бумаги для удаления избытка воды с поверхности. Операцию повторяли до полного удаления влаги. Затем зерно взвешивали и вычисляли относительное количество поглощенной воды. Каждый образец был проанализирован в трехкратной повторности.
Параллельно определяли массу 1000 зерен ячменя и содержание в нем белка по методу Кьельдаля [14]. Анализы влажности зерна и содержания белка выполнены в ФГУ ГС АС «Хакасская» (Абакан).
Статистическая обработка результатов была проиведена с помощью программы обработки данных полевого опыта Field Expert vl.3 Pro [15] и Microsoft Excel 2003.
Пункты проведения опыта различались как по метеорологическим, так и по почвенным характеристикам. В Емельяновском районе почвы представлены обыкновенным маломощным и среднемощным черноземами с проявлением эрозионных процессов и содержанием гумуса 4,2%, реакция почвенного раствора рН – 6,2. Для участка в Алтайском районе характерны обыкновенные черноземомы с низким содержанием гумуса – 2,6% и нейтральной рН – 7,1. Почва в Бейском районе – обыкновенный чернозем, содержание гумуса 3,8%, рН близок к нейтральной – 7,3.
Метеорологические условия в вышеуказанных географических точках различались по обеспеченности осадками и режимам среднесуточных температур. Наиболее благоприятный режим сочетания температуры и осадков в течение вегетационного периода сложился в Алтайском районе в 2011 году. Несмотря на то, что в 2010 году рост и развитие основных фаз проходило при оптимальном режиме среднесуточных температур, в период закладки колоса (июнь) и налива зерна (август) отмечалось недостаточное количество осадков, что являлось барьером для оптимального созревания зерна.
Результаты исследований и их обсуждение. В таблицах 1 и 2 приведены данные по поглощению воды зерном различных генотипов ячменя, выращиваемых в трех географических точках в течение двух лет. Вышеуказанный параметр рассматривается, прежде всего, как обратно пропорциональный индикатор содержания бета-глюканов в зерне исследуемых образцов ячменя.
Можно отметить, что средние величины относительного поглощения воды зерном ячменя, выращенного в течение одного вегетационного периода в различных географических условиях, различались незначительно. Вместе с тем эти значения рассматриваемого показателя достоверно различаются между условиями Емельяновского и Алтайского районов (2010 г.), между условиями Емельяновского и Бейского районов либо Бейского и Алтайского района (2011 г.). По годам же этот показатель менялся в широком диапазоне на всех опытных участках: среднее значение поглощения воды зерном ячменя в 2010–2011 годах соответствовало значениям 52,3±0,8 и 34,8±1,05 соответственно.
Таблица 1
Относительное поглощение воды зерном различных образцов ячменя в зависимости от географического места выращивания в 2010 г.
|
Образец |
Относительное поглощение воды зерном, % |
Амплитуда колебания по местам |
Коэффициент вариации по местам, % |
||
|
Емельяновский район |
Бейский район |
Алтайский район |
|||
|
А 5552 |
57,2 |
63,0 |
53,4 |
9,6 |
5,9 |
|
А 5554 |
51,1* |
59,0 |
45,6 |
13,4 |
9,1 |
|
Ача |
49,3 |
46,1 |
49,1 |
3,2 |
2,9 |
|
Бархатный |
52,8 |
54,1 |
51,2 |
2,9 |
1,9 |
|
Буян |
48,4 |
48,5 |
52,0 |
3,6 |
3,2 |
|
Витим |
53,9 |
53,7 |
59,5 |
5,8 |
4,5 |
|
Г 18619 |
52,7 |
43,1 |
44,0 |
9,6 |
8,7 |
|
Г 19589 |
47,1 |
53,9 |
45,4 |
8,5 |
7,0 |
|
Г 19921 |
47,1 |
49,5 |
53,7 |
7,8 |
4,8 |
|
Г 20487 |
56,2 |
47,2 |
47,2 |
9 |
8,0 |
|
Г 20752 |
51,7 |
52,8 |
51,6 |
1,2 |
1,0 |
|
Дыгын |
51,6 |
49,5 |
49,3 |
2,3 |
2,0 |
|
Км 564 |
56,4 |
49,7 |
49,1 |
7,3 |
6,0 |
|
Красноярский 80 |
53,2 |
41,4 |
55,8 |
14,4 |
11,6 |
|
Медикум 4771 |
57,1 |
58,2 |
49,2 |
9 |
6,8 |
|
Нутанс 4765 |
55,0 |
54,9 |
48,3 |
6,7 |
5,6 |
|
Омский 96 |
55,4 |
54,8 |
46,7 |
8,7 |
7,1 |
|
Паллидум 4727 |
55,2 |
45,6 |
48,2 |
9,6 |
7,4 |
|
Паллидум 4759 |
59,8 |
60,1 |
52,3 |
7,8 |
5,9 |
|
Партнер |
51,6 |
64,2 |
52,6 |
12,6 |
9,6 |
|
Рикотензе 4783- |
52,2 |
50,8 |
49,4 |
2,8 |
1,8 |
|
Симон |
52,4 |
52,4 |
53,3 |
0,9 |
0,8 |
|
Соболек |
62,3 |
61,9 |
51,2 |
11,1 |
8,3 |
|
СП 44 |
59,4 |
52,6 |
54,3 |
6,8 |
4,8 |
|
Среднее |
53,7±0,8 |
52,8±1,2 |
50,5±0,7 |
7,2 ±1,7 а** |
5,6±1,2 а |
|
Амплитуда колебания признака у генотипов |
15,2 |
22,8 |
15,5 |
17,8±2,5 б |
- |
|
Коэффициент вариации у генотипов, % |
5,7 |
9,0 |
5,7 |
- |
6,8 ± 2,4 а |
*Полужирным выделено по 5 образцов с минимальным значением поглощения воды за каждый год.
** Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р≤0,05.
Таблица 2
Относительное поглощение воды зерном различных образцов ячменя в зависимости от географического места выращивания в 2011 г.
|
Образец |
Относительное поглощение воды зерном, % |
Амплитуда колебания признака по местам |
Коэффициент вариации по местам, % |
||
|
Емельяновский район |
Бейский район |
Алтайский район |
|||
|
А 5552 |
35,4 |
32,5 |
36,1 |
3,6 |
4,2 |
|
А 5554 |
33,1* |
32,1 |
33,5 |
1,4 |
1,6 |
|
Ача |
34,3 |
33,6 |
37,2 |
3,6 |
4,1 |
|
Бархатный |
34,5 |
30,2 |
31,2 |
4,3 |
5,3 |
|
Буян |
38,4 |
30,1 |
36,5 |
8,3 |
9,3 |
|
Витим |
39,1 |
33,5 |
37,3 |
5,6 |
5,7 |
|
Г 18619 |
36,3 |
31,6 |
37,0 |
5,4 |
6,4 |
|
Г 19589 |
32,6 |
35,3 |
36,1 |
3,5 |
4,0 |
|
Г 19921 |
33,6 |
32,7 |
32,8 |
0,9 |
0,2 |
|
Г 20487 |
- |
31,0 |
36,2 |
5,6 |
7,7 |
|
Г 20752 |
40,2 |
33,1 |
32,4 |
7,8 |
9,4 |
|
Дыгын |
39,3 |
31,9 |
33,0 |
7,4 |
8,8 |
|
Км 564 |
35,6 |
30,4 |
33,6 |
5,2 |
5,6 |
|
Красноярский 80 |
- |
31,4 |
38,2 |
6,8 |
9,8 |
|
Медикум 4771 |
34,8 |
33,2 |
37,5 |
4,3 |
4,4 |
|
Нутанс 4765 |
34,2 |
32,6 |
31,9 |
2,3 |
2,6 |
|
Омский 96 |
35,3 |
34,1 |
39,1 |
5,0 |
5,4 |
|
Паллидум 4727 |
40,2 |
33,5 |
39,1 |
6,7 |
7,3 |
|
Паллидум 4727 |
39,0 |
35,4 |
37,3 |
3,6 |
3,3 |
|
Партнер |
36,2 |
31,6 |
32,6 |
4,6 |
5,4 |
|
Рикотензе 4783- |
32,3 |
33,6 |
35,1 |
1,5 |
2,8 |
|
Симон |
36,5 |
35,2 |
38,2 |
3,0 |
2,9 |
|
Соболек |
36,5 |
36,2 |
40,2 |
4,0 |
4,5 |
|
СП 44 |
33,0 |
32,8 |
32,9 |
0,2 |
0,2 |
|
Среднее |
36± 0,5 |
32,8± 0,3 |
35,6± 0,5 |
4,4±0,8 а** |
5,0±1,1 а |
|
Амплитуда колебания признака у генотипов |
7,9 |
6,1 |
9,0 |
7,7±0,8 б |
- |
|
Коэффициент вариации у генотипов, % |
5,6 |
4,0 |
6,4 |
- |
5,3±0,5 а |
*Полужирным выделено по 5 образцов с минимальным значением поглощения воды за каждый год.
** Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р ≤ 0,05.
По результатам изучения относительного поглощения воды зерном в каждый год выращивания и на каждом участке было выделено по 5 образцов с минимальной величиной этого параметра, что соответствует, максимальному содержанию бета-глюканов в зерне ячменя. Можно предположить, что селекционные образцы: А 5554, Г 19619, Г 20487, Ача (2010 г.) и Г 19921, Бархатный (2011 г.), по значению поглощения включенные в эту группу, как минимум на двух участках, имеют высокое содержание бета-глюканов.
Методом дисперсионного анализа [15] было установлено, что фактором, определяющим способность зерна к поглощению воды, является год выращивания, на долю которого приходится более 50%.
Как известно, одними из основных показателей, влияющих на крупяные качества зерна, являются содержание белка и масса 1000 зерен. В таблицах 3 и 4 представлены средние значения этих параметров у исследуемых образцов ячменя по годам и пунктам исследования.
Таблица 3
Среднее содержание белка в зерне различных образцов ячменя в зависимости от географического места и года выращивания
|
Год |
Показатель |
Среднее содержание белка в зерне, % |
Амплитуда колебания признака по местам |
Коэффициент вариации по местам, % |
||
|
Емельяновский район |
Бейский район |
Алтайский район |
||||
|
2010 |
Среднее содержание белка в зерне, % |
10,57±1,05 |
9,24±0,8 |
14,54±1,06 |
6,02± 1,12 а** |
19,8±0,1 а |
|
Амплитуда колебания признака по образцам |
7,68 |
6,6 |
7,52 |
7,27± 0,4 а |
- |
|
|
Коэффициент вариации по образцам, % |
16,5 |
14,9 |
12,5 |
- |
14,6±0,8 б |
|
|
2011 |
Среднее содержание белка в зерне, % |
14,28±0,9 |
16,2±1,2 |
14,93±0,6 |
3,01±0,9 а |
8,0±2,4 а |
|
Амплитуда колебания признака по образцам |
8,36 |
7,31 |
6,8 |
7,49±0,5 б |
- |
|
|
Коэффициент вариации по образцам, % |
12,8 |
15,2 |
8,5 |
- |
12,2±1,8 б |
|
* Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р ≤ 0,05.
Таблица 4
Среднее значение массы 1000 зерен различных образцов ячменя в зависимости от географического места и года выращивания
|
Год |
Показатель |
Среднее значение массы 1000 зерен,г |
Амплитуда колебания признака по местам |
Коэффициент вариации по местам, % |
||
|
Емельяновский район |
Бейский район |
Алтайский район |
||||
|
2010 |
Среднее значение массы 1000 зерен, г |
44,0±1,7 |
45,8±1,6 |
46,6±1,5 |
5,4±1,0 а** |
4,8±0,9 а |
|
Амплитуда колебания признака по образцам |
15,7 |
19,2 |
13 |
16,0±2,0 б |
- |
|
|
Коэффициент вариации по образцам, % |
8,1 |
8,4 |
6,6 |
- |
7,7±0,7 б |
|
|
2011 |
Среднее значение массы 1000 зерен, г |
41,7±1,7 |
46,2±2,4 |
42,8±1,3 |
5,4±1,5 а |
5±1,3 а |
|
Амплитуда колебания признака по образцам |
12,3 |
18,2 |
10,0 |
13,5±3,1 б |
- |
|
|
Коэффициент вариации по образцам, % |
8,3 |
10,6 |
6,3 |
- |
8,4±0,9 б |
|
* Значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р ≤ 0,05.
Можно отметить влияние показателя содержания белка по годам на поглощение воды зерном ячменя, а следовательно, и на содержание в нем бета-глюканов. Так, в 2010 году наблюдалось меньшее значение содержания белка во всех географических точках по сравнению с 2011 годом. При этом поглощение воды в 2010 году было выше, чем в 2011 году, в среднем на 50%, что косвенно указывает на присутствие обратной зависимости между указанными параметрами и прямой между содержанием белка и содержанием бета-глюканов в зерне. Показатель содержания белка в большей степени зависит от метеорологических условий года выращивания зерна. Доля участия фактора год за исследуемый период составляет более половины.
Достоверной взаимосвязи показателя массы 1000 зерен и содержания бета-глюканов по пунктам и годам не выявлено. Вместе с тем у образцов, выращенных в Алтайском и Емельяновском районах, при увеличении средних значений массы 1000 зерен в 2011 году отмечается снижение показателя поглощения воды зерном ячменя. Доли влияния факторов на вышеуказанный параметр за период 2010–2011 годов распределились практически равномерно между годом, пунктом выращивания и генотипом.
Таким образом, определяющим фактором, влияющим на значения исследуемых показателей, является фактор год, а именно, метеорологические условия вегетационного периода выращивания ячменя.
