CC BY
75
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10609 УДК 633.13: 581.19 (571.12)
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЗЕРНА У КОЛЛЕКЦИОННЫХ ОБРАЗЦОВ ОВСА ГОЛОЗЕРНОГО В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ*
Ю. С. ИВАНОВА1, научный сотрудник(в-таИ: maria_f72@mail.ru)
М. Н. ФОМИНА1, кандидат сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник
И. Г. ЛОСКУТОВ2, доктор биологических наук, зав. отделом
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья - филиал Федерального исследовательского центра Тюменский научный центр Сибирского отделения РАН, ул. Бурлаки, 2, пос. Московский, Тюменский р-н, Тюменская обл., 625501, Российская Федерация
2Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова, ул. Большая Морская, 42-44, Санкт-Петербург, 190000, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили в условиях северной лесостепи Тюменской области в 2012-2015 гг. с целью выделения ценного исходного материала овса голозерного для использования в селекционных программах при создании новых высокопродуктивных и высококачественных сортов для районов Зауралья и Сибири. Оценивали 213 коллекционных образцов различного эколого-географического происхождения по основным биохимическим показателям качества зерна - содержание белка, жира, крахмала. Почва - серая лесная тяжелосуглинистая. Исследования выполняли в соответствии с методическими указаниями по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. При формировании белка в зерне голозерных сортов овса существенную роль играли условия выращивания (69,4 %). Доля влияния генотипа составила 12,0 %, доля взаимодействия «генотип х среда» - 18,4 %. В меньшей степени от внешних условий зависело содержание жира (35,7 %) и крахмала (32,4 %). Доля влияния генотипа на содержание жира составила 37,1 %, крахмала - 28,1 %. Доля генотипсредового взаимодействия для жира была равна 27,2 %, крахмала - 39,5 %. Отмечена неоднозначная роль метеорологических факторов при формировании биохимических показателей в зерне голозерных сортов овса в различные периоды роста и развития растений. Содержания белка было положительно связано (корреляция от средней до сильной, г=0,52...0,93) с количеством осадков, суммой эффективных температур в период всходы - выметывание и среднесуточной температурой воздуха в период выметывание - восковая спелость. В накоплении жира значимую положительную роль (связь от слабой до сильной, г=0,24... 0,99) играли осадки и ГТК первой и второй половины вегетации. На содержание крахмала положительное влияние оказывали (связь от средней до сильной, г=0,39...0,89) сумма эффективных температур в период всходы - выметывание и ГТК в период выметывание - восковая спелость. Выделены перспективные источники, которые могут быть использованы в селекции на улучшение качественных показателей зерна как голозерных, так и пленчатых сортов овса: к-15132 (Франция); к-14944 (Нидерланды); к-2353 (США) и др.
Ключевые слова: исходный материал, биохимические показатели, белок, жир, крахмал, взаимосвязь, перспективные источники.
Для цитирования: Иванова Ю. С., Фомина М. Н., Лоскутов И. Г. Биохимические показатели качества зерна у коллекционных образцов овса голозерного в условиях северной
лесостепи //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 6. С. 38-41. й01: 10.24411/0235-2451-2018-10609.
Овес - ценная пищевая, кормовая и техническая культура. В зерне ее распространенных сортов содержится 10...15 % белка, 4...6 % жира, 40...55 % крахмала [1]. Продукты из овса отличаются большей калорийностью, высоким содержанием белка и жира, по сравнению с другими крупяными культурами [2, 3].
Содержание белка у зерновых культур зависит от генетических факторов и условий выращивания растений, а его качество, главным образом, - от генотипа [4]. Многие авторы отмечали также влияние генотипа, условий произрастания и их взаимодействия на формирование в зерне овса жира, крахмала и других биохимических и технологических показателей качества [5, 6, 7, 8].
Содержание белка в зерне овса и его выход с единицы площади часто превышает величины этих показателей у других зерновых культур, а его аминокислотный состав лучше сбалансирован [9]. Особый интерес для создания высокобелковых сортов представляют голозерные формы, у которых содержание сырого протеина в зерне составляет 14.22 % [10, 11, 12, 13, 14]. Преимущество голозерного овса - более высокое процентное содержание в зерне масла (до 7 % и более) и незаменимых аминокислот (лизина и аргинина), по сравнению с пленчатыми формами [15]. Питательность голозерного овса выше, чем пленчатого, по энергии на 24,9.26,8 % и находится на одном уровне с кукурузой [16].
В России, как и в мире, основные площади посевов представлены пленчатыми сортами. Голозерные формы овса, по сути, новая культура в земледелии [17]. В России внедрение голозерных сортов в производство началось после включения в 2000 г. в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, сорта Тюменский голозерный. Сегодня к производству допущено 10 сортов.
Однако этого сортимента недостаточно, кроме того, существующие сорта не полностью отвечают требованиям производства. В этой связи изучение и подбор исходного материала с выделением генетических источников для создания сортов голозерного овса, удовлетворяющих запросы производства и перерабатывающей промышленности, весьма актуально.
Цель исследований - выделить ценный исходный материал по основным биохимическим показателям качества зерна (содержание белка, жира, крахмала) для создания новых высокопродуктивных и высококачественных сортов для сельскохозяйственных районов Зауралья и Сибири.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2012-2015 гг. на опытном поле НИИСХ
*Работа выполнена по Государственному заданию (приоритетное направление Х.10.4, программа Х.10.4. 148, проект Х.10.4.148)
Таблица 1. Варьирование биохимических показателей зерна у голозерных образцов овса в условиях северной лесостепи Тюменской области
Год Содержание, %
белок жир крахмал
X R V X 1 R 1 V X R 1 V
2012 20,07 14,49.23,79 10,3 5,38 3,11.7,92 18,6 53,20 41,72.58,42 6,5
2013 15,75 12,83.21,74 8,7 6,81 4,30.9,80 13,9
2014 15,20 11,54.18,25 6,5 6,44 3,45.8,20 12,8 57,48 53,90.62,00 3,5
2015 16,37 13,76.21,45 9,5 7,23 4,24.10,34 16,5 57,80 44,67.62,61 5,1
х - среднее, R - размах варьирования, V - коэффициент вариации.
Северного Зауралья - филиала Федерального исследовательского центра Тюменский научный центр Сибирского отделения РАН (III зона - северная лесостепь). Почва - серая лесная, оподзоленная, тяжелосуглинистая с содержанием гумуса (на абсолютно сухое вещество) - 1,50...4,75 % (ГОСТ 2621391), P2O5 - 7,6.18,0 мг/100 г почвы; K2O - 8,0.25,7 мг/100 г почвы (ГОСТ 26204-91), рН солевой вытяжки - 5,5.6,8. Мощность пахотного горизонта - 18.30 см. Предшественник - чистый пар.
Объектами исследования служили 213 коллекционных образцов овса голозерного разного эколого-географического происхождения, полученных из Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н. И. Вавилова (ВИР). В качестве стандарта использовали сорт Тюменский голозерный. Опыты закладывали в соответствии с методическими указаниями по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса [18]. Площадь делянки 1 м2, стандарт располагали через 20 номеров.
Метеоусловия в годы исследований были различными по обеспеченности теплом и влагой. Сухим и жарким был весенне-летний период 2012 г (ГТК = 0,72). Метеорологические условия 2013 г. отличались нестабильностью: май выдался холодным и влажным, летние месяцы характеризовались высокой среднесуточной температурой воздуха, обильные осадки выпали в июле (ГТК = 1,05). Погодные условия 2014
г. отличались обилием осадков и невысокими температурами в течение всего вегетационного периода (ГТК = 2,16). Значительным выпадением осадков, с высокими среднесуточными температурами в июне и существенным недостатком тепла во второй половине вегетации характеризовался вегетационный период 2015 г. (ГТК = 1,31).
Содержание белка в зерне определяли фотоколориметрическим методом [18], жира - на установке ЭЖ-101 методом экстрагирования по Рушковскому [19], крахмала - поляриметрическим методом по ГОСТ 10845-98. Статистическую обработку данных выполняли методом дисперсионного анализа с использованием пакета прикладных программ Microsoft Excel и «Snedekor».
Результаты и обсуждение. Накопление белка, жира и крахмала в зерне голозерных сортов овса в значительной степени зависело, как от условий выращивания, так и от особенностей сорта. Максимальное в опыте количество белка в среднем по образцам (20,07 %) отмечали в условиях жесткой засухи 2012 г., жира (7,23 %) и крахмала (57,80 %) - в 2015 г. при достаточном увлажнении и невысоких среднесуточных температурах воздуха. О существенном влиянии сорта на содержание белка, жира и крахмала свидетельствовал широкий размах варьирования величин этих показателей при выращивании в равных условиях. Коэффициент вариации содержания белка составил 6,5.10,3 %; жира - 12,8.18,6 %; крахмала -3,5.6,5 % (табл. 1).
Результаты дисперсионного анализа свидетельствуют, что влияние условий возделывания и особенностей сорта на отдельные биохимические показатели было неоднозначно. В накоплении белка существенную роль играли условия выращивания (69,6 %), влияние генотипа составляло 12,0 %, взаимодействия генотип х среда - 18,4 %. В меньшей степени от погодных факторов зависело содержание жира - 35,7; 37,1; 27,2 % соответственно. В формировании крахмала большую роль играло взаимодействие генотип х среда (39,5 %), степень влияния метеоусловий составила 32,4 %, генотипа - 28,1 % (см. рисунок).
Воздействие метеорологических факторов на формирование белка, жира и крахмала в зерне голозерных сортов овса в разные периоды роста и развития растений отличалось. Положительную роль в накоплении белка в зерне голозерных сортов овса играли осадки (г=0,74.0,93), сумма эффективных температур в межфазный период всходы - выметывание (г = 0,78.0,93), сумма эффективных температур за весь период вегетации (г=0,31.0,52), а также среднесуточная температура воздуха в период выметывание - восковая спелость (г=0,52.0,93). На содержание жира положительное влияние оказывали осадки первой (г=0,24.0,86) и второй половины вегетации (г=0,48.0,99). Значимая положительная связь установлена между содержанием жира и ги-
Рисунок. Вклад факторов «среда» и «генотип» на содержание белка, жира и крахмала в зерне голозерных сортов овса (2012-2015 гг.): О - фактор А (год); □ - фактор В (сорт); ■ - взаимодействие «генотип х среда».
Таблица 2. Влияние продолжительности межфазных и вегетационного периода в целом на формирование белка, жира и крахмала в зерне голозерных образцов овса, коэффициент корреляции (г±Бг)
Межфазный период
Год всходы - выметы- выметывание - всходы - восковая
вание восковая спелость спелость
Содержание белка
2012 0,84 ± 0,06* -0,85 ±0,06* 0,90 ± 0,05*
2013 — — 0,84 ± 0,06*
2014 -0,91± 0,04* 0,82 ± 0,05* 0,26 ± 0,08*
2015 -0,46± 0,11* -0,33± 0,11* 0,32 ± 0,11*
Содержание жира
2012 0,61 ± 0,08* -0,19 ± 0,10 0,81 ± 0,06*
2013 — 0,89 ± 0,05* 0,21 ± 0,12
2014 0,84 ± 0,05* — —
2015 0,95 ± 0,04* -0,37± 0,11* -
Содержание крахмала
2012 -0,18 ± 0,10 0,21 ± 0,10* -0,19 ± 0,10
2014 0,32 ± 0,08* 0,34 ± 0,08* -0,44± 0,08*
2015 -0,73 ± 0,08* -0,21 ± 0,12 0,56 ± 0,10*
* достоверно на уровне значимости 5 %.
дротермическим коэффициентом в эти межфазные периоды (г=0,46...0,78; г=0,25...0,85 соответственно). Тесная положительная корреляция (от средней до сильной) отмечена между содержанием крахмала и суммой эффективных температур в период всходы -выметывание (г=0,39...0,81). Сильная положительная связь установлена между содержанием крахмала и ГТК периода выметывание - восковая спелость (г=0,76...0,89) и среднесуточной температурой от всходов до восковой спелости (г=0,68...0,79).
При оценке влияния продолжительности вегетационного периода на формирование в зерне голозерного овса белка, жира и крахмала отмечали значимую положительную корреляцию содержания белка с длительностью периода от всходов до восковой спелости (г=0,26...0,90). Однако связь продолжительности межфазных периодов с содержанием белка была не так прямолинейна. Положительное влияние первого межфазного периода (всходы -выметывание) на формирование белка (г=0,84) отмечали только в засушливых условиях 2012 г.,
Таблица 3. Перспективные источники с высокими биохимическими показателями качества зерна, среднее за 2012-2015 гг.
Увеличение длительности периода всходы - выметывание и вегетации в целом чаще всего отрицательно сказывалось на накоплении крахмала в зерне голозерных сортов овса (табл. 2).
Связь между содержанием белка, жира и крахмала в зерне голозерного овса была неоднозначной. В большинстве случаев она была несущественной или слабой отрицательной.
Многолетняя оценка коллекционных образцов голозерного овса по содержанию в зерне основных биохимических компонентов позволила выделить ряд перспективных форм, которые могут быть использованы в селекции на улучшение качественных показателей:
с высоким содержанием белка (17,69.18,91 %) -к-11278, Успех (Ленинградская обл.); к-15117, Помор (Кемеровская обл.); к-12563, местный (Норвегия); к-15089, MF 9224-106 (США); к-2299, POLARD (Канада); к-1926, HULL-LESS (Китай) и др.;
с высоким содержанием жира (6,99.7,78 %) -к-10765, Тулунский голозерный (Иркутская обл.); к-15063, Сибирский голозерный (Омская обл.); к-15117, Помор (Кемеровская обл.); к-14437, Avoine nue-nue noise (Франция); к-1984, местный (США); к-1930, Naked (Китай) и др.;
с высоким содержанием крахмала (57,92. 58,75 %) - к-15234, Litovsij nagij (Литва); к-1795, местный (США); к-15225, MF9521-196 (США); к-15227, MF9521-196 (США) и др.
с повышенным содержанием трех компонентов -к-15132 (местный, Франция); к-14944 (местный, Нидерланды) и др. (табл. 3).
№ каталога ВИР Сорт Происхождение Содержание, %
белок 1 жир | крахмал
14784 Тюменский голозерный Тюменская обл. 20,76 5,85 57,47
15132 Местный Франция 20,12 7,01 58,07
14944 Местный Нидерланды 18,25 7,53 57,70
2353 Местный США 21,53 7,33 56,87
2299 Polard Канада 20,44 6,23 58,21
НСР05 3,41 0,85 2,25
второго (выметывание - восковая спелость) - в условиях холодной влажной погоды 2014 г. (г=0,82). Накопление жира в зерне голозерных образцов овса в условиях северной лесостепи Тюменской области тесно коррелировало с продолжительностью периода всходы - выметывание (г=0,61.0,95). Увеличение длительности периода выметывание - восковая спелость способствовало накоплению сырого жира лишь в благоприятных условиях 2013 г. (г=0,89). Удлинение вегетационного периода в целом способствовало существенному накоплению жира только в условиях засухи (2012 г.). Установлена слабая положительная корреляция между продолжительностью второго межфазного периода (выметывание - восковая спелость) и содержанием крахмала.
Выводы. В накоплении белка в зерне голозерных образцов овса существенную роль играли условия выращивания (69,4 %), влияние генотипа составило 12,0 %, взаимодействия генотип х среда - 18,3 %. В меньшей степени от внешних условий зависело содержание жира - 35,7; 37,1; 27,2 % соответственно и крахмала - 32,4; 28,1; 39,5 %.
Количество белка в зерне голозерных сортов овса положительно связано (корреляция от средней до сильной, г=0,52.0,93) с суммой осадков и эффективных температур в период всходы - выметывание, а также среднесуточной температурой воздуха в период выметывание - восковая спелость. В накоплении жира значимую положительную роль (связь от слабой до сильной, г=0,24.0,99) играли осадки и ГТК первой
и второй половины вегетации. На содержание крахмала положительное воздействие (связь от средней до сильной, г=0,39.0,89) оказывали сумма эффективных температур в период всходы - выметывание и ГТК в период выметывание - восковая спелость.
Выделены перспективные источники, сочетающие в себе высокое содержание белка, жира и крахмала, которые могут быть использованы в селекции на улучшение качественных показателей зерна: к-15132 (Франция); к-14944 (Нидерланды); к-2353 (США) и др.
Литература.
1. Богачков В. И. Овес и Сибири и на Дальнем Востоке. М.: Россельхозиздат, 1986. 126 с.
2. Касьянова Л. А., Баитова С. Н. Голозёрный овёс - перспективная культура для производства пищевых продуктов // Об-ланання та технологихарчовихвиробництв: темат. зб. наук. пр./Голов. ред. О.О. Шубн//Донец. нац. ун-теконом1киi торпвлi iM. М. Туган-Барановського, Донецьк: ДонНУЕТ, 2009. Вип. 20. С. 105-111
3. Аниканова З., Бакеев В. Голозерный овес - ценное сырье для выработки крупы //Хлебопродукты. 2001. № 2. С. 3133.
4. Шевчук Н. И. Роль сортовых особенностей и сроков посева в накоплении белка в зерне овса //Аграрная наука - сельскому хозяйству. Барнаул: АГАУ, 2008. С. 589-592.
5. Peterson D. M., Dimberg L. H. Avenanthramide concentrations in developing oat genotypes as influenced by crown rust: proc. 7-th International Oat Conference. MTT Agrifood Research Finland. Jokioinen. Printing house: Dapk Oy, 2004. Pp. 182.
6. Баталова Г. А., Вологжанина Е. Н. Влияние элементов технологии возделывания на формирование качества зерна голозерного овса //Достижения науки и техники АПК. 2012. № 10. С. 35-37.
7. Aspects in oat breeding: nutrition quality, nakedness and disease resistance, challenges and perspectives / A. Gorash, R. Armonien, J. Mitchell Fetch et al. //Annals of Applied Biology. 2017. Vol. 171 (3) Pp. 281-302.
8. Loskutov I. G. Avena wild species is a source of diseases resistance, biochemical characters and agronomical traits in oat breeding // Proc. International scientific conference. Agriculture. Lithuania. 2002. Vol. 78. Pp. 94-103.
9. Лоскутов И. Г. Овес (Avena L.) распространение, систематика, эволюция и селекционная ценность. СПб.: ВИР, 2007. С. 146-228.
10. Баталова Г. А. Формирования урожая и качества зерна овса //Достижение науки и техники АПК. 2010. № 11. С. 1013.
11. Briggle L. M., Smith R.T., Pomeranz Y. Protein concentration and amino-acid composition of Avena sterilis L, groats // Crop Sci. 1975. Vol. 15. No 14. Pp. 547-549.
12. Groat yield of naked and covered oat / V.D. Burrows, S.J. Molnar, N.A. Tinker et al. // Can. J. Plant. Sci. 2001. Vol. 81. No 4. Pp. 727-729.
13. Doehlert Douglas C. Quality improvement in oats // J. Crop Prod. 2002. Vol. 5. No 1-2. Pp. 165-189.
14. Новохатин В. В. Биологическая ценность сорта овса Тюменский голозерный // Селекция, семеноводство и производство зернофуражных культур для обеспечения импортозамещения: мат. координ. совещания по сел., семен, техн. возд. и переработке зернофур. Культур / НИИСХ Сев. Заур. Тюмень: ООО «Печатник», 2015. С. 88
15. Белкина Р. И., Марикова М.И. Технологические и биохимические свойства зерна овса в условиях Северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2009. № 5. С. 55-57.
16. Исачкова О. А. Селекционная оценка образцов голозерного овса (Avena sativa Subsp. Nudisativa L.) в условиях северной лесостепи Западной Сибири:дис. канд. с.-х. наук. Кемерово, 2013. 190 с.
17. Баталова Г. А. Перспективы и результаты селекции голозерного овса // Зернобобовые и крупяные культуры. 2014. № 2. С. 64-69.
18. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. С.-Петербург: ВИР, 2012. 63 с.
19. Куркаев В. Т., Ерошкина С. М., Понамарев А. А. Сельскохозяйственный анализ и основы биохимии растений//Москва: Колос, 1977. С. 107-108.
20. Рушковский С. В. Методические указания по определению качества растительной продукции для зональных агрохимических лабораторий. М.: ЦИНАО, 1975. 115 с.
BIOCHEMICAL INDICES OF GRAIN QUALITY OF THE COLLECTIVE SAMPLES OF NAKED OAT UNDER THE CONDITIONS OF NORTHERN FOREST-STEPPE
Yu. S. Ivanova1, M. N. Fomina1, I. G. Loskutov2
Research Agricultural Institute of the Northern Trans-Urals - the branch of the Federal Research Center of Tyumen' Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, ul. Burlaki, 2, pos. Moskovskii, Tyumenskii r-n, Tyumenskaya obl., 625501, Russian Federation
2Federal Research Center the N. I. VavilovAll-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), ul. Bol'shaya Morskaya, 42-44, Sankt-Peterburg, 190000, Russian Federation
Abstract. Studies were conducted under the conditions of the northern forest-steppe of the Tyumen region in 2012-2015. The purpose of the experiment was to highlight a valuable initial material for creating new highly productive and high-quality varieties of naked oat cultivatable in Trans-Urals and Siberia region. 213 collection samples of oats from different eco-geographical zones were studied based on the main biochemical indices of grain quality - protein, fat, starch content. Soil - gray forest heavy loam. The studies were carried out in accordance with the methodological guidelines for studying and preserving the world collection of barley and oats. Growing conditions were essential (69.4 %) for the protein formation in the grain of naked oat varieties. The share of the genotype effect was 12.0 %, the share of the "genotype x environment" interaction was 18.4 %. The fat content (35.7%) and starch content (32.4 %) were less dependent on growing conditions. The share of genotype influence on the fat content was 37.1 %, starch - 28.1%. The share of the "genotype x environment" interaction in the fat content was 27.2%, starch - 39.5 %. The ambiguous role of meteorological factors in the formation of biochemical indices of the grain of naked oat varieties in the different periods of plant growth and development was noted. The protein content was positively related (correlation from medium to strong, r=0.52...0.93) with the amount of precipitation, the sum of the effective temperatures during shoots - paniculation and the average daily air temperature during the period paniculation -middle dough stage. On accumulation of fat, the precipitation and hydrothermal index of the first and second half of vegetation were significantly affected (correlation from weak to strong, r=0.24...0.99). The starch content was positively affected (correlation from medium to strong, r=0.39...0.89) by the sum of the effective temperatures in the period of shoots - paniculation and by the hydrothermal index in the period of paniculation - middle dough stage. Samples k-15132 (France); k-14944 (Netherlands); k-2353 (USA), etc. are perspective sources for improvement of grain quality indices for breeding of naked and chaffy oat varieties. Keywords: initial material, biochemical indices, protein, fat, starch, correlation, perspective sources.
Author Details: Yu. S. Ivanova, research fellow (e-mail: maria_f72@mail.ru); M. N. Fomina, Cand. Sc. (Agr.), chief research fellow; I. G. Loskutov D. Sc. (Biol.), head of division.
For citation: Ivanova Yu. S., Fomina M. N., Loskutov I. G. Biochemical Indices of Grain Quality of the Collective Samples of Naked Oat under the Conditions of Northern Forest-Steppe. Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2018. Vol. 32. No. 6. Pp. 38-41 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10609.
