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

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

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.

Статья научная