Выделение источников высокого качества зерна яровой пшеницы для использования в селекции

Автор: Икусов Р.А., Орлов В.П., Ларионов С.С.

Журнал: Научный журнал молодых ученых @young-scientists-journal

Статья в выпуске: 4 (17), 2019 года.

Бесплатный доступ

В статье представлены результаты оценки сортообразцов яровой пшеницы экологического испытания на Шатиловской СХОС по выявлению перспективных генотипов для использования в селекции сортов, способных формировать высокий и качественный урожай зерна. Такими сортами являются: Мелодия Дона, Воронежская 18, Воронежская 13, Донская Элегия, Вольнодонская, Юбилейная 60.

Яровая пшеница, селекция, качество зерна, белок, клейковина, крахмал, седиментация

Короткий адрес: https://sciup.org/147230827

IDR: 147230827

Текст научной статьи Выделение источников высокого качества зерна яровой пшеницы для использования в селекции

Введение. Яровая пшеница является важной продовольственной культурой. Главными ее производителями считаются Россия, США, Канада, Франция, Индия. В Российской Федерации основная доля собираемого зерна культуры расходуется на хлебопекарные цели, что обусловлено его биохимическими особенностями. Зерно пшеницы содержит от 9 до 26% белка с усвояемостью до 95%, от 11 до 58 % ̶ клейковины [4], от 56 до 69 % – крахмала [5], от 1.3 до 2.3% ̶ жира [13]. В силу этого, из зерна получают не только хлеб и другие мучные изделия с высокими вкусовыми питательными качествами, но и крахмал, спирт, пиво [8]. То есть, яровая пшеница по сути является и продовольственной, и технической, и кормовой культурой [12].

Однако, современные сорта яровой пшеницы нередко формируют урожай зерна с низкими продовольственными качествами, из-за чего приходится часто использовать его на фуражные и технические цели [9]. И эта тенденция в результате селекции только усиливается [6, 7]. Поэтому, весьма важно изучать генетические ресурсы яровой пшеницы и выделять генотипы, перспективные для селекции, направленной на обеспечение не только высокого, но и качественного урожая зерна, пригодного на хлебопекарные цели. Результатам таких исследований и посвящена данная статья.

Условия, материалы и методы. Объектом исследований являлись сортообразцы яровой пшеницы из семи ведущих селекционных центров России, представленные для агроэкологического испытания на Шатиловской СХОС. В 2019 году изучалось 25 сортообразцов культуры. Их выращивание проводилось на опытных полях станции, где основным типом почв являются черноземы оподзоленные, тяжелосуглинистые. Содержание гумуса составляет 6,6%, доступного фосфора (Р 2 О 5 ) – 8,1, обменного калия (К 2 О) – 10 мг/100 г почвы, а рН – 5.0.

Возделывание сортов осуществлялось по общепринятой технологии для региона. Площадь делянки составляла 25 м2, размещение – рендомизированное, повторность 4-х кратная.

Учеты и наблюдения проводились в соответствии с общепринятыми методиками [10, 11].

Биохимические показатели качества зерна (содержание белка, крахмала, клейковины, седиментацию и влажность) определяли на инфракрасном анализаторе марки Infratec 1241 швейцарской фирмы FOSS.

Погодные условия в течение вегетационного периода в целом были благоприятные для развития растений яровой пшеницы. В основные фазы роста они характеризовались умеренной влажностью и теплом, что положительно отразилось на формировании урожайности и качества зерна.

Математическую обработку данных проводили методами корреляционного и дисперсионного анализов по Б.А. Доспехову (1985), с использованием современных компьютерных программ.

Результаты исследований и их обсуждение. На основе многолетних полевых исследований ранее было показано, что содержание белка в зерне сортов яровой пшеницы варьирует в диапазоне от 15.0 до 16.9 %, клейковины ̶ от 23,8 до 29,3%, крахмала – от 62,3 до 64,8 %, а седиментация – от 50,0 до 62,5% [3].

В исследованиях, проведенных в 2019 году, также было подтверждено, что биохимические показатели качества зерна культуры действительно имеют высокий генетический полиморфизм. В погодных условиях вегетации растений данного года у опытных сортообразцов яровой пшеницы содержание белка в зерне изменялось от 11,7 до 14,8%, клейковины – от 18,5 до 27,4%, крахмала – от 63,4 до 66,8%, а седиментация – от 30,9 до 58,1% (табл. 1).

Таблица 1 – Значения биохимических показателей качества зерна у опытных сортообразцов яровой пшеницы в погодных условиях вегетации 2019 года

Значение показателя	Показатель, %
Значение показателя	белок	клейковина	седиментация	крахмал	влажность
минимальное	11,7	18,5	30,9	63,4	10,8
максимальное	14,8	27,4	58,1	66,8	14,5
среднее значение	13,2	23,1	43,6	65,0	12,7

Это свидетельствует о том, что в селекции яровой пшеницы вполне успешно можно проводить целенаправленный отбор форм с повышенным содержанием в зерне того или иного биохимического вещества. Особенно широкий диапазон генотипического варьирования отмечен по содержанию в зерне клейковины и седиментации, что открывает для селекции широкие возможности для целевого отбора по этим показателям.

В опытах связь урожайности с содержанием крахмала была близкой к нейтральной (r=-0,09), а с содержанием белка и клейковины она имела отрицательную тенденцию: коэффициент корреляции составлял (-0,17) и (-0,12), соответственно. Связь между содержанием белка и крахмалом была достоверно отрицательной – r=-0,70.

Известно, что в результате селекции рост урожайности у зерновых культур в основном достигается за счет нарастания углеводной части ̶ увеличения содержания крахмала, при выраженном снижении в нем доли белка [6], то есть посредством синтеза наименее энергоемких органических соединений.

По нашему мнению это происходит потому, что в результате селекции фотоэнергетический потенциал растений не увеличивается, а фактически остается на достигнутом в ходе эволюции уровне [1]. И, очевидно, его возможностей в настоящее время уже не хватает, чтобы одновременно обеспечить получение высокого, качественного и стабильного урожая, так как для этого требуется значительно больше энергии, чем ее усваивают современные культурные растения [2].

Поэтому, повысить средствами селекции в зерне яровой пшеницы содержание крахмала, очевидно, будет намного проще, чем обеспечить рост белка, на образование которого требуется почти в 5 раз больше энергетических затрат, чем на молекулу углеводов.

Тем не менее, наличие в генофонде отдельных образцов, формирующих высокий урожай с повышенным содержанием белка и клейковины, свидетельствует о том, что все же можно добиваться желаемого результата в этом направлении селекции, если использовать данные генотипы в качестве исходного перспективного материала. В 2019 году наиболее высокий и качественный урожай в опытах формировали сортообразцы: Мелодия Дона, Воронежская 18, Воронежская 13, Донская Элегия, Вольнодонская, Юбилейная 60. В силу этого они могут рассматриваться в качестве ценного исходного материала при создании сортов на продовольственные цели. Тогда как на промышленные и кормовые нужды могут быть использованы сорта с повышенным содержанием в зерне крахмала (табл. 2).

Таблица 2 – Значение биохимических показателей качества зерна урожая 2019 года у сортов яровой пшеницы в условиях экологического испытания на Шатиловской СХОС

№ п/п	Вариант	Урожайность, т/га	Показатель, %
№ п/п	Вариант	Урожайность, т/га	Белок	Клейковина	Седиментация	Крахмал	Влажность
1	2	3	4	5	6	7	8
1	ЭК 214	6,01	12,5	20,6	37,9	65,0	13,0
2	ЭК 258 (5231/16)	5,92	12,4	21,8	37,5	66,1	11,9
3	Мелодия Дона	5,60	13,8	25,5	48,7	64,1	12,5
4	Воронежская 18	5,40	12,9	22,4	43,6	65,4	11,8
5	Триада	5,21	12,3	20,4	34,6	64,5	12,4
6	Воронежская 13	5,20	13,9	25,4	43,2	64,0	12,8
7	Донская Элегия	5,03	13,8	25,5	49,6	63,8	12,0
8	Башкирская 28	5,01	12,8	21,4	37,7	65,8	12,0
9	Бурлак	5,02	12,1	19,8	36,0	66,5	14,0
10	Вольнодонская	4,60	14,3	26,4	50,5	64,0	12,4
11	Донэла М	4,80	13,6	24,6	46,0	63,9	12,8
12	Л-43510	4,70	13,6	23,7	49,9	63,9	12,7
13	ЭК 257 (5230/16)	4,71	12,7	21,9	37,5	66,3	12,7
14	Юбилейная 60	4,51	14,8	27,4	58,1	64,1	12,8
15	Воронежская 20	4,50	12,7	21,2	36,4	66,7	14,3
16	Юбилейная 80	4,40	14,2	25,8	56,6	65,3	13,8
17	ЭК 253 (5218/16)	4,41	11,7	18,5	30,9	66,6	13,1
18	Безенчукская 210	4,32	13,3	22,8	40,6	63,5	11,2

Окончание таблицы 2

1	2	3	4	5	6	7	8
19	ЭК 247 (5189/17)	4,22	13,3	23,0	48,9	64,5	13,5
20	Безенчукская Нива	4,21	13,7	24,2	48,9	63,4	10,8
21	Хуторянка	4,21	14,2	26,7	52,3	64,0	11,6
22	Рима	4,02	12,1	20,0	35,3	66,2	12,5
23	Злата	4,03	14,3	25,8	53,9	65,1	14,1
24	Лиза	3,81	12,8	21,6	34,8	65,7	10,8
25	Арсея	3,82	12,8	22,7	40,6	66,8	12,9
НСР 05		0,03

Заключение. Яровая пшеница обладает достаточным биологическим потенциалом, чтобы в условиях Центрально-Черноземного региона России формировать относительно высокий и качественный урожай зерна. Однако между урожайностью и качеством зерна (содержанием белка и клейковины) существует выраженная отрицательная связь. В годы исследований коэффициент корреляции между урожайностью и содержанием белка в зерне был равен (-0,17), с клейковиной – (-0,12). Поэтому, создать новые сорта яровой пшеницы, формирующие не только высокий, но и качественный урожай зерна на продовольственные цели, по-видимому, будет намного сложнее, чем на кормовое и техническое использование. Однако, наличие в генофонде культуры отдельных образцов, формирующих высокий урожай с повышенным содержанием белка и клейковины, свидетельствует о том, что и в этом направлении селекции можно добиваться важного результата.

Список литературы Выделение источников высокого качества зерна яровой пшеницы для использования в селекции

Амелин А.В. Морфофизиологические основы повышения эффективности селекции гороха: 03.00.12 «Физиология и биохимия растений»: автореф. дис. на соиск. уч. степ. д-ра с.-х. наук; [Орел ГАУ]. М., 2001. 46 с.
Амелин А.В. Чекалин Е.И. Селекция на повышение фотоэнергетического потенциала растений и эффективности его использования, как стратегическая задача в обеспечении импортозамещения и продовольственной безопасности России // Вестник Орел ГАУ. 2015. № 6. С. 9-17.
Биохимические показатели качества зерна у современных сортов яровой пшеницы / А.В. Амелин [и др.] // Вестник аграрной науки. 2019. № 2 (77). С. 3-11.
Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория и практика). М.: ООО «Издательство Агрорус», 2004. 1109 с.
Изменчивость количества первичных метаболитов в зерне разных по скороспелости сортов яровой мягкой пшеницы / Е.П. Кондратенко [и др.] // Вестник Алтайского ГАУ. 2016. № 10 (144). С. 5-13.
Ильина Л.Г. Селекция яровой пшеницы в НИИСХ Юго-Востока // Тр. НИИСХ Юго-Востока. Саратов, 1970. Вып.27. С. 5-126.
Кумаков В.А. Физиологическое обоснование моделей сортов пшеницы. М.: Агропромиздат, 1985. 270 с.
Макаренко Е.В. Перспективы применения зерна яровой пшеницы Иркутской области в прикладной биотехнологии // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2011. № 1 (1). С. 177-178.
Мартьянова А.И. Особенности качества зерна пшеницы урожая и пути его рационального использования // Зерновое хозяйство. 2003. № 1. С. 25.
Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск первый. Общая часть / Под общей редакцией председателя государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при МСХ СССР, доктора с.-х. наук М.А. Федина. М., 1985. 269 с.
Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск второй. Зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры. М., 1989. 194 с.
Смирнов Н.А., Суслов С.А. Диверсификация отраслей сельского хозяйства – основа эффективности в условиях рыночной экономики // Вестник НГИЭИ. 2013. № 5 (24).
Щукин Н.Н. Адаптивность и хозяйственно-биологическая оценка сортов зернофуражных культур на дерново-подзолистых почвах Нечерноземья // Инновации и продовольственная безопасность. 2018. № 3 (21). С. 127-137.

Еще

Статья научная