0Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН Том 26 № 2 2024
СЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 633.15:631.527.85 Научная статья
DOI: 10.35330/1991-6639-2024-26-2-64-71 EDN: XQGUVK
Анализ химического состава зерна белозерных гибридов кукурузы селекции ФГБНУ ВНИИ кукурузы
Л. А. Галговская, О. В. Теркина, А. Н. Романова
Всероссийский научно-исследовательский институт кукурузы 357528, Россия, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1
Аннотация. В ФГБНУ ВНИИ кукурузы проводится селекционная работа по созданию перспективных белозерных гибридов кукурузы с улучшенным химическим составом зерна. В статье приведены результаты исследований белозерных гибридов кукурузы селекции ВНИИ кукурузы по химическому составу зерна: протеина (белка), масла, крахмала. Изучались образцы белозерных гибридов кукурузы разных групп спелости - 11 среднеранних и 6 среднеспелых, включая стандарты. В результате проведенных исследований отмечено, что зерно белозерных гибридов кукурузы отличается высоким содержанием крахмала. 75 % среднеранних белозерных гибридов содержат 68,5-72,1 % крахмала. По содержанию протеина в зерне заслуживают внимания всего лишь 8 % от общего числа изучаемых гибридов. Почти все экспериментальные гибриды имели среднее содержание масла 4,2-5,1 %. Гибриды среднеспелой группы спелости отличились высоким содержанием крахмала 68,7-72,9 % и низким уровнем протеина. Количество гибридов по среднему содержанию масла 4,2-5,1 % составило 83 % от общей численности гибридов. Анализ данных позволил выделить лучшие экспериментальные гибриды, сочетающие высокую урожайность с высоким содержанием крахмала. Среднеранний гибрид 280-11 содержит 72,1 % крахмала и среднеспелый 278-153 -72,9 % при урожае 7-8 т/га. Определены перспективные белозерные гибриды кукурузы с повышенным содержанием основных пищевых нутриентов.
Ключевые слова: зерно, белозерные гибриды кукурузы, химический состав, протеин, масло, крахмал
Поступила 13.02.2024, одобрена после рецензирования 15.03.2024, принята к публикации 20.03.2024
Для цитирования. Галговская Л. А., Теркина О. В., Романова А. Н. Анализ химического состава зерна белозерных гибридов кукурузы селекции ФГБНУ ВНИИ кукурузы // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2024. Т. 26. № 2. С. 64-71. DOI: 10.35330/1991-6639-2024-26-2-64-71
Original article
Analysis of the chemical composition of grain of white grain corn hybrids bred by the Federal State Budgetary Institution All-Russian Research Institute of Corn
L.A. Galgovskaya, O.V. Terkina, A.N. Romanova
All-Russian Research Scientific Institute of Corn 357528, Russia, Pyatigorsk, 14-o Ermolov street, building 1
Abstract. At the Federal State Budgetary Institution All-Russian Research Institute of Corn, breeding work is being carried out to create promising white-grain corn hybrids with an improved chemical composition of the grain. The article presents the results of studies of white grain corn hybrids bred by the
© Галговская Л. А., Теркина О. В., Романова А. Н., 2024
All-Russian Research Institute of Corn on the chemical composition of the grain: protein, oil, starch. Samples of white grain corn hybrids of different ripeness groups were studied - 11 mid-early and 6 mid-ripening, including standards. As a result of the research, it was noted that the grain of white corn hybrids is characterized by a high starch content. 75 % of mid-early white-grain hybrids contain 68.5-72.1 % of starch. In terms of protein content in grain, only 8 % of the total number of hybrids studied are worthy of attention. Almost all experimental hybrids had an average oil content of 4.2-5.1 %. Hybrids of the mid-ripening ripeness group were distinguished by a high starch content of 68.7-72.9 % and a low protein level. The number of hybrids with an average oil content of 4.2-5.1 % amounted to 83 % of the total number of hybrids. Data analysis made it possible to identify the best experimental hybrids that combine high yields with high starch content. The mid-early hybrid 280-11 contains 72.1 % starch and the mid-season 278-153 - 72.9 % with a yield of 7-8 t/ha. Promising white grain corn hybrids with increased content of basic nutritional nutrients have been identified.
Keywords: grain, white grain corn hybrids, chemical composition, protein, oil, starch
Submitted 13.02.2024, approved after reviewing 15.03.2024, accepted for publication 20.03.2024
For citation. Galgovskaya L.A., Terkina O.V., Romanova A.N. Analysis of the chemical composition of grain of white grain corn hybrids bred by the Federal State Budgetary Institution All-Russian Research Institute of Corn. News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS. 2024. Vol. 26. No. 2. Pp. 64-71. DOI: f0.35330/f99f-6639-2024-26-2-64-7f
Введение
Во многих странах мира зерно кукурузы используют в основном на корм скоту. В пищевой промышленности из зерна кукурузы производят крахмал, глюкозу, патоку, крупу, муку, кукурузные хлопья, кексы, мамалыгу. Продукты из кукурузы благодаря своему разнообразию, высокой калорийности, оригинальному вкусу популярны и востребованы потребителем. На российском рынке крахмалов и крахмалопродуктов более 80 % занимает кукурузный крахмал, который имеет ряд преимуществ по технологичности и качеству сырья [1-3]. По данным ФАО и CIMMYT - International Mais and Wheat Improvement Center, в мире ежегодно производится 65-70 т белозерной кукурузы при суммарном производстве желтого зерна более 900 млн т, т.е. примерное соотношение выращиваемой желтозерной и белозерной кукурузы составляет 1:13 [4].
Белозерная кукуруза используется исключительно на пищевые цели и составляет основу рациона для населения развивающихся стран, преимущественно Африки. В рамках научно-образовательной инициативы для стран Восточной Африки, разработанной Министерством образования и науки России, в 2018 году в Национальном центре зерна им. П. П. Лукьяненко была разработана и реализована программа по созданию позднеспелых сортолинейных белозерных и желтозерных гибридов кукурузы для стран Восточно-Африканского региона [5].
Национальные кухни большинства народов Северного Кавказа построены на основе использования муки и крупы из белозерной кукурузы. В связи с этим весьма актуальным является внедрение в производство наряду с желтозерными формами, используемыми на фураж, высокопродуктивных гибридов белозерной кукурузы.
Исследованиями отечественных технологов в середине ХХ века было установлено, что хорошим сырьем для получения кукурузной крупы, хлопьев, муки может служить именно белозерная кукуруза [6, 7]. Кремнистая белозерная кукуруза по качеству мало уступает лопающейся кукурузе, где в большом количестве присутствует стекловидный эндосперм, но значительно превосходит по урожайности.
Зерно белой кукурузы содержит легкоусвояемый растительный белок, обладает хорошими органолептическими качествами и содержит много полезных веществ, таких как кальций, хром, магний, селен, сера и витамины [8].
Химический состав кукурузы колеблется в зависимости от сорта и условий возделывания. Содержание белка в зерне сортов различных подвидов кукурузы колеблется от 6 до 21 %. Однако большинство сортов в мировой коллекции ВИР содержит в зерне в основном от 8,0 до 11 % белка. Самое высокое его содержание в зародыше - 14-26 %, в эндосперме - от 7 до 12 % [9].
Исследованиями установлено, что кукуруза по сравнению с другими зерновыми культурами имеет максимальное (73 %) количество углеводов в зерне. Наибольший выход крахмала - до 67 % от общего содержания сухого вещества в зерне - получают из зерна кукурузы зубовидного и полузубовидного типа, немного меньший из кремнистого. Кукуруза, используемая для выработки крахмала, должна иметь его высокое содержание и, следовательно, меньше белка и жира [10, 11].
Зерно кукурузы характеризуется наибольшим содержанием жира (3,5-7,0 %), который распределяется в зерновке неравномерно. Наибольшее количество жира (до 60 %) сконцентрировано в зародыше и только 0,61-0,73 % содержится в эндосперме [9]. Цель наших исследований - провести оценку продуктивных белозерных гибридов кукурузы по химическим показателям зерна, создать новые гибриды белозерной кукурузы разных групп спелости с улучшенным составом химических компонентов в зерне.
Материал и методика
Научные исследования проведены на базе ВНИИ кукурузы в 2022-2023 гг. в предгорной зоне Ставропольского края. Объектом исследований служили новые перспективные белозерные гибриды селекции института разных групп спелости. В испытании двух лет исследований было изучено 314 простых белозерных гибридов (гибридных комбинаций). Для дальнейшей работы выбрано 15 наиболее продуктивных белозерных гибридов.
Гибриды кукурузы высевали на 2-рядковых делянках ^ = 7,8 м2 с густотой стояния на 1 м2 4-5 растений) в оптимальные сроки - с 20 апреля по 6 мая. Почва опытного участка -чернозем обыкновенный мощный тяжелосуглинистый. Содержание физической глины в пахотном горизонте - 55,96 %, преобладает фракция ила - 31,0 %, мелкого песка - 21,69 %, крупной пыли - 21,32 %. По содержанию гумуса почвы являются малогумусирован-ными. Агротехника возделывания включала вспашку (на глубину 23-25 см), весеннее боронование, культивацию. Уборку проводили вручную в фазе полной спелости (сентябрь - октябрь). Фенологические наблюдения и учеты проводились по общепринятой методике во всех питомниках [12]. Учет урожая - весовой по всем повторениям с последующим обмолотом и определением выхода и уборочной влажности зерна. Математическая обработка данных производилась методом дисперсионного анализа по методике Доспехова [13].
Погодные условия вегетационного периода кукурузы 2022-2023 гг. сложились благоприятно для роста и развития кукурузы, однако 2022 г. был более засушливым по сравнению с 2023 г. В 2022 г. за вегетационный период выпало 234,9 мм осадков, что на 50 мм ниже средней многолетней. 2023 г. был достаточно влажным - 322,4 мм, причем основная часть осадков пришлась на май - июль, что создало благоприятные условия
для роста и развития кукурузы. По среднесуточной температуре воздуха существенных различий не было.
По результатам проведенного испытания заслуживают внимания 15 экспериментальных высокопродуктивных белозерных гибридов разных групп спелости. Стандартом в среднеранней группе выбрали гибрид Белозерный 250, а в среднепоздней - Белозерный 305. В изучаемых гибридах был проведен анализ по химическим показателям зерна. Определяли содержание хозяйственно ценных веществ (процент крахмала, протеина и масла) методом спектроскопии в ближней инфракрасной области с использованием анализатора «Ин-фра ЛЮМ ФТ-12» в зерне кукурузы. Для оценки материала по содержанию в нем химических веществ использовали справочник и шкалу Широкого унифицированного классификатора СЭВ и международного классификатора СЭВ видов Zea mays L. (Ленинград, 1997): содержание белка 8,0-10,4 % считается низким, 10,5-12,8 % - средним, 12,9-15,2 % -высоким, >15,2 % - очень высоким; масла 2,2-3,9 % - низким, 4,0-5,7 % - средним, 5,8-7,5 % - высоким, >7,5 % - очень высоким; крахмала 60,0-64 % - низким, 64,1-68,5 % -средним, >68,5 % - высоким [14, 11].
Результаты исследований
По результатам сортоиспытания белозерных гибридов кукурузы, полученных от топкроссных скрещиваний, выделены 10 лучших гибридных комбинаций в группе спелости ФАО 200 и 5 в группе ФАО 300. Урожай зерна 10 лучших гибридных комбинаций (табл. 1) варьирует в пределах от 6,2 т/га (276-120) до 8,7 т/га (280-5) при урожае стандарта 6,3 т/га. Содержание крахмала находится в пределах 64,7-72,1 %, протеина - от 7,9 (стандарт Белозерный 250) до 10,5 % (279-61) и масла - от 3,7 (274-74) до 5,1 % (278-38).
Таблица 1. Урожай зерна среднеранних белозерных гибридов и содержание химического состава зерна кукурузы, % (в среднем за 2022-2023 гг.)
Table 1. Grain yield of mid-early white grain hybrids and the content of the chemical composition of corn grain, % (average for 2022-2023)
Название Урожай при 14 % влажности зерна, т/га Уборочная влажность зерна, % Индекс урожайности Крахмал, % Протеин, % Масло, %
Белозерный 250,стандарт 6,3 15,6 4,1 70,3 7,9 4,3
280-5 8,7 14,9 5,8 69,1 9,9 5,1
279-61 7,9 15,5 5,1 65,8 10,5 4,6
273-58 7,7 15,9 4,9 71,3 8,5 4,2
274-74 7,5 15,3 4,9 71,4 8,0 3,7
280-11 7,2 13,2 5,5 72,1 8,3 4,4
280-7 7,2 14,9 4,8 71,3 8,2 4,0
278-40 6,6 13,3 5,0 64,7 10,1 4,4
278-38 6,4 12,8 5,1 66,4 9,2 5,1
280-10 6,4 15,2 4,2 69,1 9,8 4,7
276-120 6,2 12,2 5,1 68,5 10,2 4,8
НСР 0,6
Изучение признака содержание крахмала в зерне кукурузы выявило 8 гибридов с высоким показателем. Это гибриды Белозерный 250, 280-5, 273-58, 274-74, 280-11, 280-7, 280-10 и 276-120. Самый высокий показатель протеина в данной группе у гибрида 279-61 (10,5 %), что согласно классификатору СЭВ отмечается как средний. Остальные гибриды имели низкие показатели белка (7,9-10,2 %). Среднее содержание масла (4,0-5,7 %) имели почти все гибриды данной группы спелости (исключение 274-74 с низким его содержанием 3,7 %).
Диапазон урожайности 5 лучших среднеспелых гибридных комбинаций (табл. 2) варьирует от 6,8 т/га (274-80) до 8,0 т/га (278-153) при урожае стандарта 7,2 т/га. Содержание хозяйственно ценных веществ варьировало в пределах: крахмал - от 68,7 до 72,9 %; протеин - от 8,1 до 9,6 % и масло - 2,9-5,1 %. Все гибриды данной группы выделяются по высокому содержанию крахмала (>68,5 %). Низкие показатели протеина (<10,4 %) были у всех выделившихся гибридов. По содержанию масла гибриды имели среднее значение (4,0-5,7 %), за исключением (278-153) с низким значением 2,9 %.
Таблица 2. Урожай зерна среднеспелых белозерных гибридов и содержание химического состава зерна кукурузы, % (в среднем за 2022-2023 гг.)
Table 2. Grain yield of mid-season white-grain hybrids and the content of the chemical composition of corn grain, % (average for 2022-2023)
Название Урожай при 14 % влажности, т/га Уборочная влажность, % Индекс урожайности Крахмал, % Протеин, % Масло, %
Белозерный 305,стандарт 7,2 15,9 4,6 70,6 8,7 4,2
278-153 8,0 21,4 3,7 72,9 8,2 2,9
275-109 7,6 16,0 4,7 71,0 8,1 4,6
277-140 7,1 13,0 5,5 70,3 8,8 4,5
276-125 7,1 15,3 4,6 69,5 9,0 4,4
274-80 6,8 14,9 4,6 68,7 9,6 5,1
НСР 0,8
Выводы
В результате проведенных исследований по химическим показателям зерна кукурузы высокое содержание крахмала (68,5-72,1 %) имели 75 % продуктивных белозерных гибридов среднеранней группы спелости: Белозерный 250, 280-5, 273-58, 274-74, 280-11, 280-7, 280-10 и 276-120. На долю белка (среднее содержание 10,5 %) приходится 8 % гибридов. Содержание масла (4,2-5,1 %) как средний показатель отмечен у 92 % белозерных гибридов. В среднеспелой группе все гибриды имели высокое содержание крахмала (68,7-72,9 %) и низкий уровень белка (протеина). По среднему содержанию масла (4,2-5,1 %) выделяется 83 % белозерных гибридов. Анализ данных позволил выделить лучшие экспериментальные гибриды, сочетающие высокую урожайность с высоким содержанием крахмала по химическому составу: 280-11 и 278-153.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аппаев С. П., Кагермазов А. В., Хачидогов М. Р. и др. Хозяйственная ценность экспериментальных гибридов восковидной кукурузы // Материалы Международной научно-практической конференции «Стратегия, приоритеты и достижения в развитии земледелия и селекции сельскохозяйственных растений в Белорусии». 2022. С. 240-242.
2. Кузенко М. В., Ешугов А. Ш. Этапы работы по созданию сорта белозерной кукурузы Адыгейская // Материалы VII международной научно-практической онлайн-конференции «Наука, образование и инновации для АПК: состояние, проблемы и перспективы». Майкоп, 2022. С. 114-117.
3. Шомахов Б. Р., Кагермазов А. М., Хачидогов А. В. Селекция кукурузы - состояние и перспективы развития в Институте сельского хозяйства КБНЦ РАН // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2021. № 3(101). С. 100-111. DOI: 10.35330/19916639-2021-3-101-100-111
4. White Mais: a traditional food grain in developing countries. Rome: FAO-CIMMYT, 1997. 27 с.
5. Нижимбере Ж., Супрунов А. И. Селекция позднеспелых сортолинейных белозерных и желтозерных гибридов кукурузы для стран Восточной Африки // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2022. № 177. С. 58-70. DOI: 10.21515/1990-4665-177-005
6. Козьмина Е. П. Технологические свойства крупяных и зернобобовых культур. М.: ЦИНТИ Госкомзага, 1963. 293 с.
7. Смирнова-Иконникова М. И., Парамонов Ф. Ф. Химический состав зерна пищевой кукурузы // Кукуруза. 1963. № 6. С. 45-46.
8. Кузенко М. В. Кукуруза белозерная Адыгейская - сохраняя традиции // Новые технологии. 2022. Т. 18. № 1. С. 122-128.
9. Шмараев Г. Е. Генофонд и селекция кукурузы. Санкт-Петербург, 1999. С. 294-296, 269-272.
10. Жушман А. И., Карпов В. Г. Перспективное сырье // Кукуруза и сорго. 1993. № 5. С. 2-3.
11. Сотченко Ю. В., Галговская Л. А., Теркина О. В., Жиркова Е. В. Оценка белозерных линий кукурузы по химическим показателям зерна // Кукуруза и сорго. 2018. № 2. С. 9-13.
12. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М.: Колос. 1985. 250 с.
13. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
14. Скурихина И. М., Тутельяна В. А. Химический состав российских пищевых продуктов: справочник. М.: ДеЛи принт, 2002. 236 с.
REFERENCES
1. Appaev S.P., Kagermazov A.V., Khachidogov M.R. et al. Economic value of experimental hybrids of waxy corn. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Strategiya, prioritety i dostizheniya v razvitii zemledeliya i selektsii sel'skokhozyaystvennykh rasteniy v Belorusii» [Materials of the International scientific and practical conference "Strategy, priorities and achievements in the development of agriculture and selection of agricultural plants in Belarus"]. 2022. Pp. 240-242. (In Russian)
2. Kuzenko M.V., Yeshugov A.Sh. Stages of work on creating the Adygei white corn variety. Materialy VII mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy onlayn-konferentsii «Nauka, obrazovaniye i innovatsii dlya APK: sostoyaniye, problemy i perspektivy» [Materials of the VII International scientific and practical online conference "Science, education and innovation for the agro-industrial complex: status, problems and prospects"]. Maykop, 2022. Pp. 114-117. (In Russian)
3. Shomakhov B.R., Kagermazov A.M., Khachidogov A.V. Corn breeding - state and prospects of development in the agricultural institute of the KBSC of RAS. News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS. 2021. No. 3(101). Pp. 100-111. DOI: 10.35330/ 1991-6639-2021-3-101-100-111. (In Russian)
4. White Mais: a Traditional Food Grain in Developing Countries. FAO-CIMMYT. 1997.
5. Nizhimbere Zh., Suprunov A.I. Selection of late-ripening varietal linear white-grain and yellow-grain corn hybrids for the countries of East Africa. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University]. 2022. No. 177. Pp. 58-70. DOI: 10.21515/1990-4665-177-005. (In Russian)
6. Kozmina E.P. Tekhnologicheskiye svoystva krupyanykh i zernobobovykh kul'tur [Technological properties of cereals and leguminous crops]. Moscow: TsINTI Goskomzaga. 1963. 293 p. (In Russian)
7. Smirnova-Ikonnikova M.I., Paramonov F.F. Chemical composition of edible corn grain. Kukuruza [Corn]. 1963. No. 6. Pp. 45-46. (In Russian)
8. Kuzenko M.V. White grain Adyghe corn - preserving traditions. Novyye tekhnologii [New technologies]. 2022. T. 18. No. 1. Pp. 122-128. (In Russian)
9. Shmaraev G.E. Genofond i selektsiya kukuruzy [Gene pool and selection of corn]. St. Petersburg, 1999. Pp. 294-296, 269-272. (In Russian)
10. Zhushman A.I., Karpov V.G. Promising raw materials. Kukuruza i sorgo [Corn and sorghum]. 1993. No. 5. Pp. 2-3. (In Russian)
11. Sotchenko Yu.V., Galgovskaya L.A., Terkina O.V., Zhirkova E.V. Evaluation of white grain lines of corn based on chemical parameters of grain. Kukuruza i sorgo [Corn and sorghum]. 2018. No. 2. Pp. 9-13. (In Russian)
12. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur [Methodology for state variety testing of agricultural crops]. Moscow: Kolos, 1985. 250 p. (In Russian)
13. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta [Methodology of field experience]. Moscow: Agropromizdat, 1985. 351 p. (In Russian)
14. Skurikhina I.M., Tutelyana V.A. Khimicheskiy sostav rossiyskikh pishchevykhproduktov: spravochnik [Chemical composition of Russian food products]: a reference book. Moscow: DeLi print, 2002. 236 p. (In Russian)
Информация об авторах
Галговская Людмила Анатольевна, ст. науч. сотр. отдела селекции, Всероссийский научно-исследовательский институт кукурузы;
357528, Россия, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1;
e-m252@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3990-0220
Теркина Ольга Валентиновна, ст. науч. сотр. отдела селекции, Всероссийский научно -исследовательский институт кукурузы;
357528, Россия, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1;
kukuruza.ekologiya.14@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4733-5719
Романова Анна Николаевна, мл. науч. сотр. отдела селекции, Всероссийский научно -исследовательский институт кукурузы;
357528, Россия, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14-о, пом. 1;
selektsiya.kukuruza@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7337-7093
Information about the authors
Lyudmila A. Galgovskaya, Senior Researcher at the Department of Selection, All-Russian Research Scientific Institute of Corn;
357528, Russia, Pyatigorsk, 14-o Ermolov street, building 1; e-m252@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3990-0220
Olga V. Terkina, Senior Researcher at the Department of Selection, All-Russian Research Scientific Institute of Corn;
357528, Russia, Pyatigorsk, 14-o Ermolov street, building 1; kukuruza.ekologiya.14@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4733-5719 Anna N. Romanova, Junior Researcher at the Department of Selection, All-Russian Research Scientific Institute of Corn;
357528, Russia, Pyatigorsk, 14-o Ermolov street, building 1; selektsiya.kukuruza@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7337-7093
