Влияние генотипа и условий года выращивания на поглощение воды зерном ячменя

Полонский В.И.; Сумина А.В.; Polonskiy V.I.; Sumina A.V.

Влияние генотипа и условий года выращивания на поглощение воды зерном ячменя

Автор: Полонский В.И., Сумина А.В.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Растениеводство

Статья в выпуске: 4, 2013 года.

Бесплатный доступ

На 24 образцах сибирской селекции описано воздействие погодных условий, складывавшихся в 2008-2011 годах, на поглощение воды зерном ячменя, содержание в нем белка и массу 1000 зерен. Выявлено, что фактор «год» по сравнению с фактором «генотип» оказывал различное влияние на указанные физико-химические показатели зерна ячменя. Проанализированы перспективные образцы для возможного использования в качестве исходного материала в селекции ячменя крупяного направления.

Зерно, ячмень, поглощение воды, бета-глюканы, содержание белка, масса 1000 зерен, условия года, генотип

Короткий адрес: https://sciup.org/14083001

IDR: 14083001 | УДК: 633.14:

The influence of genotype and cultivation year conditions on water absorption by barley grain

The impact of the weather conditions developing in 2008-2011 on water absorption by barley grain, on the protein content in it and on the mass of 1000 grains is described on Siberian selection 24 samples. It is determined that the “year” factor in comparison with “genotype” factor exerted different impact on the specified physical and chemical barley grain indices. The perspective samples for possible use as an initial material in selection of cereal type barley are analyzed.

Текст научной статьи Влияние генотипа и условий года выращивания на поглощение воды зерном ячменя

Содержание бета-глюканов в зерне ячменя в значительной мере определяется конкретным генотипом и условиями выращивания растений [1, 2–5]. Содержание бета-глюканов в зерне зависит от погодных условий в конкретный год выращивания растений [6, 7]. Ведущими факторами в этом плане выступают температура и влагообеспеченность. Рост первого показателя положительно сказывается на накоплении рассматриваемых полисахаридов клеточной стенки зерна, тогда как увеличение второго играет в этом процессе отрицательную роль.

В экспериментах, выполненных с 9 сортами ячменя и 10 сортами овса, найдено, что межсортовые различия в содержании бета-глюканов у злаков сохраняются по годам [6]. В результате изучения 33 генотипов ячменя при их выращивании в 9 различных географических местах в течение 2 лет было сделано заключение о том, что генотипическая вариация в содержании бета-глюканов довольно существенна для достижения прогресса в селекции на этот хозяйственно-полезный признак [7].

К сожалению, в Российской Федерации селекция ячменя на повышенное (пониженное) содержание бета-глюканов в зерне практически не ведется. Это отчасти объясняется высокими материальными затратами и большой трудоемкостью химического метода измерения концентрации этих полисахаридов в зерне. На сегодняшний день в России существуют единичные публикации, в которых приводятся результаты прямого определения содержания бета-глюканов в зерне ячменя [8].

Недавно на большом наборе сортов ячменя было найдено, что концентрация бета-глюканов в эндосперме отрицательно коррелирует с относительным поглощением воды зерном [9]. Таким образом, стало возможным использование простого косвенного метода оценки селекционного материала на содержание указанных полисахаридов в зерне.

Цель исследований . Косвенное измерение содержания бета-глюканов в зерне различных образцов ячменя и анализ зависимости этого показателя от генотипа, погодных условий выращивания растений и физико-химических характеристик зерна.

Материалы и методы исследований. В качестве объекта исследования использовались сорта и селекционные линии сибирской селекции ярового пленчатого ячменя (Hordeum vulgare L.). Ячмень выращивали по паровому предшественнику в ОПХ «Минино» (Емельяновский район Красноярского края) в 2008–2011 годах. 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±2^оС в течение нескольких месяцев в зимний период. Среднее значение влажности зерна, найденное для образцов по стандартной методике [10], составляло по годам от 8,3 до 10,0%.

Косвенное определение содержания бета-глюканов в зерне ячменя производили по измерению относительного поглощения воды зерном по методике, использованной в работе Дж. Гэмлэта с коллегами [9], 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 час (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 [11]. Анализы содержания белка и влажности зерна выполнены в ФГУ ГС АС «Хакасская» (Абакан).

Статистическая обработка результатов была проведена с помощью программы Microsoft Excel 2003.

Результаты исследований и их обсуждение. В таблице 1 приведены данные по поглощению воды зерном различных генотипов ячменя за 4 года выращивания. Можно видеть, что средние величины относительного поглощения воды зерном ячменя, выращенного в одной и той же географической местности, существенно различались по годам. В более благоприятные по влагообеспеченности годы (2009 и 2010) отмечалось максимальное поглощение воды зерном ячменя, а в менее благоприятный по влагообеспеченности 2011 год наблюдалось минимальное значение этого параметра.

Таблица 1

Относительное поглощение воды зерном различных образцов ячменя в зависимости от года выращивания в условиях ОПХ «Минино»

Образец	Поглощение воды зерном по годам, %				Амплитуда колебания признака по годам	Коэффициент вариации по годам, %
Образец	2008	2009	2010	2011	Амплитуда колебания признака по годам	Коэффициент вариации по годам, %
Бархатный	53,8	59,6	52,8	34,5	25,1	21,7
Ача	-	57,4	49,3*	34,3	23,1	24,9
Паллидум 4727	46,1	56,4	55,2	40,2	16,2	15,6
Г 19921*	43,7	53	47,1	33,6	19,4	18,3
Симон	45,8	56,1	52,4	36,5	19,6	18,0
Г 20487	49,4	55,1	56,2	-	-	6,8
А 5552	-	53,9	57,2	35,4	21,8	24,1
Паллидум 4759	46	67,5	59,8	39	28,5	24,4
Г 20752	46,9	54,2	51,7	40,2	14	12,8
Буян	-	52,4	48,4	38,4	14	15,5
Г 18619	46,6	53,7	52,7	36,3	17,4	16,9
Г 19589	44,4	53,9	47,1	32,6	21,3	20,0
Партнер	-	54,4	51,6	36,2	18,2	20,7
Медикум 4771	47,8	59,2	57,1	34,8	24,4	22,3
Омский 96	45,3	54,2	55,4	35,3	20,1	19,6
Соболек	-	59,7	62,3	36,5	25,8	26,9
Рикотензе 4783	47,8	54	52,2	32,3	21,7	21,2
Красноярский 80	44,3	56,2	53,2	-	-	12,1
А 5554	-	53,6	51,1	33,1	20,5	24,3
Витим	49,3	64	53,9	39,1	24,9	20,0
Нутанс 4765	-	56	55	34,2	21,8	25,4
Дыгын	55,3	76,3	51,6	39,3	37	27,7
СП 44	-	55,8	59,4	33,0	26,4	29,0
Км 564	46,4	56,4	56,4	35,6	20,8	20,4
Среднее	47,7±0,8	57,2±1,1	53,7±0,8	35,8±0,5	21,9±1,1а**	20,4±1,1б
Амплитуда колебания признака у генотипов	11,6	23,9	15,2	7,9	14,6±3,4а	-
Коэффициент вариации у генотипов, %	7,0	9,4	6,9	6,9	-	7,6±1,2в

Примечание: * - полужирным выделено по 5 образцов с минимальным значением поглощения воды зерном за каждый год; ** - значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р<0,05.

Судя по значению коэффициента вариации , изменчивость между генотипами по указанному показателю была существенно меньше, чем таковая между годами (соответственно 7,6 и 20,4%). При этом амплитуда колебания признака между генотипами и таковая между годами достоверно не отличались.

По результатам анализа относительного поглощения воды зерном в каждый год выращивания растений было выделено по 5 образцов с минимальной величиной этого показателя, что соответствует, судя по данным литературы [9], максимальному содержанию бета-глюканов у ячменя. Наименьшим значением поглощения воды зерном за все испытанные годы отличались три селекционных образца: Г 19921, Г 19589 и А 5554. Сорта-стандарты Красноярский 80 и Ача попали в группу с минимальным значением поглощения воды зерном лишь по результатам одного года: соответственно в 2010 и 2008 годах. Следовательно, можно предположить, что для образцов ячменя Г 19921, Г 19589 и А 5554 по сравнению с другими характерно стабильно высокое содержание бета-глюканов по годам, и они потенциально могут явиться исходным материалом для селекции ячменя крупяного направления.

С целью сопоставления показателя поглощения воды зерном с содержанием белка в зерне и массой 1000 зерен у образцов измеряли величины этих ценных для ячменя крупяного направления признаков. Данные приведены в таблицах 2 и 3. Можно видеть, что выделенные ранее по минимальному поглощению воды образцы (табл. 1) были зарегистрированы в течение двух лет в группе с максимальным значением содержания белка (Г 19921, Г 19589) и в группе с максимальной величиной массы 1000 зерен (Г 19589 ). Отметим, что ни амплитуда колебания содержания белка (6,8), ни значения коэффициента вариации этого признака у генотипов (17,1%) достоверно не отличались от таковых по годам (соответственно 5,5 и 22,1%).

Таблица 2

Содержание белка в зерне различных образцов ячменя в зависимости от года выращивания в условиях ОПХ «Минино»

Образец	Содержание белка, %				Амплитуда колебания признака по годам	Коэффициент вариации по годам, %
Образец	2008 г.	2009 г.	2010 г.	2011 г.	Амплитуда колебания признака по годам	Коэффициент вариации по годам, %
Бархатный	10,8	9,8	10,3	13,8	4,0	16,1
Ача	-	11,7	11,2	8,6	3,1	15,8
Паллидум 4727	12,0*	13,7	9,3	13,4	4,4	16,5
Г 19921*	8,8	15,4	12,1	16,4	7,6	26,2
Симон	11,1	11,7	7,8	11,2	3,9	17,1
Г 20487	14,3	11,7	13,9	-	-	-
А 5552	-	12,0	11,0	16,0	5,0	20,3
Паллидум 4759	7,9	11,5	9,0	14,9	7,0	28,7
Г 20752	11,2	10,8	7,5	10,7	3,3	17,1
Буян	-	11,3	9,4	15,6	6,2	26,3
Г 18619	10,8	14,5	14,0	16,1	5,3	16,0
Г 19589	8,7	12,8	13,2	16,0	7,3	23,7
Партнер	-	9,9	6,2	16,0	9,8	46,3
Медикум 4771	6,7	9,9	9,9	15,1	8,4	33,5
Омский 96	9,5	12,5	7,5	16,0	8,5	32,5
Соболек	-	10,0	13,6	15,5	5,5	21,4
Рикотензе 4783	7,6	11,1	12,4	13,0	5,4	22,0
Красноярский 80	9,6	12,8	12,1	-	-	14,6
А 5554	-	11,3	12,5	14,0	2,7	10,7
Витим	9,9	12,5	10,2	10,1	2,6	11,4
Нутанс 4765	-	11,3	10,6	15,5	4,2	21,2
Дыгын	9,9	11,1	10,7	13,5	3,6	13,7
СП 44	-	9,9	8,4	17,0	7,1	39,0
Км 564	11,9	12,6	10,9	16,1	5,2	17,6
Среднее	9,8±0,5	11,7±0,3	10,6±0,4	14,3±0,5	5,5±0,4а**	22,1±1,9а
Амплитуда колебания признака у генотипов	5,3	5,6	7,8	8,4	6,8±0,8а	-
Коэффициент вариации у генотипов, %	19,7	12,4	20,4	15,8	-	17,1±1,9а

Примечание: * - полужирным выделено по 5 образцов с максимальным значением содержания белка в зерне за каждый год; ** - значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р<0,05.

Таблица 3

Образец	Масса 1000 зерен, г				Амплитуда колебания признака по годам	Коэффициент вариации по годам, %
Образец	2008 г.	2009 г.	2010 г.	2011 г.	Амплитуда колебания признака по годам	Коэффициент вариации по годам, %
Бархатный	39,4	40,1	39,2	35,4	4,7	5,5
Ача	-	43,1	41,3	42,1	1,0	2,1
Паллидум 4727	38,5	39,4	34,2	35,0	4,4	7,0
Г 19921	46,1	48,0*	43,9	42,7	5,3	5,2
Симон	42,3	41,6	47,0	43,2	5,4	5,5
Г 20487	50,1	46,2	40,7	-	9,4	10,3
А 5552	-	46,9	47,0	41,2	5,8	7,4
Паллидум 4759	40,0	40,2	40,5	37,7	2,8	3,2
Г 20752	46,9	47,3	47,1	44,5	2,8	2,8
Буян	-	46,7	41,2	43,6	5,5	6,3
Г 18619	47,2	46,4	45,0	44,5	2,7	2,7
Г 19589	48,2	50,1	46,7	45,0	5,1	4,6
Партнер	-	47,8	45,1	46,0	2,7	3,0
Медикум 4771	48,4	41,5	49,9	47,3	8,4	7,8
Омский 96	47,8	50,2	48,2	46,4	3,8	3,3
Соболек	-	43,9	38,0	37,3	6,6	9,1
Рикотензе 4783	37,3	40,1	46,8	35,8	11,0	12,2
Красноярский 80	47,2	46,5	42,0	-	5,2	6,2
А 5554	-	40,7	42,7	42,8	2,1	2,8
Витим	37,2	37,4	40,8	37,3	3,6	4,6
Нутанс 4765	-	46,4	49,4	45,0	4,4	4,8
Дыгын	32,4	34,2	41,0	36,0	8,6	10,3
СП 44	-	40,1	49,8	46,4	9,7	10,8
Км 564	43,4	48,2	49,4	43,0	6,4	7,1
Среднее	43,3±1,3	44,1±0,9	44,0±0,9	41,7±0,9	5,3±0,5а**	6,0±0,6а
Амплитуда колебания признака у генотипов	17,7	15,9	15,7	12,3	15,4±1,1б
Коэффициент вариации у генотипов, %	12,1	9,9	9,6	9,8	-	10,4±0,6б

Примечание: * - полужирным выделено по 5 образцов с максимальным значением массы 1000 зерен за каждый год; ** - значения средних в колонках с разными буквами различаются существенно при Р<0,05.

Масса 1000 зерен различных образцов ячменя в зависимости от года выращивания в условиях ОПХ «Минино»

Что касается показателя массы 1000 зерен, то размах амплитуды колебаний признака и значение коэффициента вариации между генотипами соответственно в 3 и 2 раза превышали таковые между годами.

Выводы. Анализируя полученные результаты, можно заключить, что погодные условия года выращивания ячменя по сравнению с генотипами существенно сильнее сказывались на поглощении воды зерновками (и, вероятно, содержании бета-глюканов). И наоборот, конкретные условия года значительно слабее, чем генотип, влияли на массу 1000 зерен. При этом, исходя из того, что амплитуда колебания поглощения воды зерновками между генотипами и таковая между годами достоверно не отличались (21,9 и 14,6), можно говорить о наличии стабильного варьирования рассматриваемого показателя среди генотипов по годам. Последнее обстоятельство теоретически не отвергает надежду на успех в выполнении отбора образцов на минимальное значение поглощения воды зерном ячменя, т.е. повышенное содержание в нем бета-глюканов.