CC BY
84
DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10609 УДК 633.174:631.527:631.524.6
Антиоксидантные свойства зерна сорго
В. В. КОВТУНОВ, Н. А. КОВТУНОВА, Н. С. КРАВЧЕНКО
Аграрный научный центр «Донской», пос. Научный городок, 3, Зерноград, 347740, Российская Федерация
Резюме. Цель исследования - определение содержания танина в зерне коллекционных образцов сорго зернового и выявление его маркерного признака для последующего использования в селекционной работе. Изучали 320 коллекционных образцов сорго зернового урожая 2016 и 2017 гг. различного эколого-географического происхождения. Опытный участок расположен в Ростовской области в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения. Почва - обыкновенный карбонатный чернозем с содержанием гумуса в пахотном слое 3,6 %. Удобрения не вносили. Гидротермический коэффициент в годы исследований составлял 0,86...0,97. Оценку содержания танина в зерне осуществляли в двухкратной повторности методом определения полифенолов, основанном на их реакции с ванилином в присутствии соляной кислоты. Распределение образцов по окраске зерновки и классификацию по содержанию танина в зерне проводили согласно широкому унифицированному классификатору СЭВ и международному классификатору СЭВ возделываемых видов рода Sorghum Moench. Содержание танина в зерне варьировало от 0,04 до 9,20 % и зависело от окраски зерновки (r = 0,74 ± 0,04). Образцы с белой окраской зерновки содержали от 0,04 до 3,37 % танина в зерне, в среднем - 1,29 ± 0,56 %; с зерновкой цвета слоновой кости - от 0,32 до 4,50 %, в среднем - 1,38 ± 1,02 %; желтозёрные - от 0,41 до 4,70 %, в среднем - 1,52 ± 0,93 %; с розовой зерновкой - от 0,78 до 7,95 %, в среднем - 3,69 ± 1,69 %; с красной зерновкой - от 1,45 до 8,89 %, в среднем - 4,83 ± 1,92 %. Образцы с бурой окраской зерновки характеризовались высоким содержанием танина - от 2,10 до 9,00 %, в среднем - 6,10 ± 2,00 %. Содержание танина сильно варьировало как в пределах цветовых групп (V = 33.74), так и в общей выборке (V = 77). Ключевые слова: сорго, зерно, танин, антиоксидантные свойства, корреляция, питание.
Сведения об авторах: В. В. Ковтунов, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: kowtu-now85@mail.ru); Н. А. Ковтунова, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: n-beseda@mail.ru); Н. С. Кравченко, кандидат биологических наук; научный сотрудник (e-mail: ninakravchenko78@mail.ru).
Для цитирования: Ковтунов В. В., Ковтунова Н. А., Кравченко Н. С. Антиоксидантные свойства зерна сорго // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 6. С. 37-39. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10609.
Antioxidant Properties of Sorghum Grains
V. V. Kovtunov, N. A. Kovtunova, N. S. Kravchenko
Agrarian Scientific Center "Donskoj", pos. Nauchnyi gorodok, 3, Zernograd, 347740, Russian Federation
Abstract. This study was aimed at determining the content of tannin in collection samples of sorghum grain and identifying its marker trait for subsequent use in breeding work. To this end, 320 collection samples of sorghum grain harvested in 2016 and 2017 in various ecological and geographical areas were investigated. The experimental plot was located in the Rostov region in the zone of insufficient and unstable moistening. The soil was ordinary carbonate chernozem with the humus content in the arable layer of 3.6%. Fertilizers were not applied. The hydrothermal coefficients over the years of the study ranged from 0.86 to 0.97. Estimation of the tannin content in the grain was carried out in duplicate by the method of determining polyphenols, based on their reaction with vanilla in the presence of hydrochloric acid. The distribution of samples by kernel colouring and their classification in terms of tannin content were performed according to the unified CMEA classifier and CMEA International Classifier for Croplands of the Genus Sorghum Moench. The tannin content in the grain samples under study is shown to vary from 0.04 to 9.20% and to depend on the kernel colour (r = 0.74 ± 0.04). Samples characterized by a white, ivory, yellow, pink and red colour of the kernel contained tannin in the amount of 0.04-3.37% (1.29 ± 0.56% on average), 0.32-4.50% (1.38 ± 1.02% on average), 0.41-4.70% (1.52 ± 0.93% on average), 0.78-7.95% (3.69 ± 1.69% on average) and 1.45-8.89% (4.83 ± 1.92% on average), respectively. Samples with a brown colour of the kernel were characterized by high tannin content values ranging from 2.10 to 9.00% (6.10 ± 2.00% on average). The tannin content varied greatly both within the groups in terms of colour (V = 33-74) and in the total sample (V = 77). Keywords: sorghum; grain; tannin; antioxidant properties; correlation; nutrition.
Author Details: V. V. Kovtunov, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: kowtunow85@mail.ru); N. A. Kovtunova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: n-beseda@mail.ru); N. S. Kravchenko, Cand. Sc. (Biol.), research fellow (e-mail: ninakravchenko78@ mail.ru).
For citation: Kovtunov V. V., Kovtunova N. A., Kravchenko N. S. Antioxidant Properties of Sorghum Grains. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2019. Vol. 33. No. 6. Pp. 37-39 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10609.
Во всём мире наблюдается увеличения интереса к фенольным соединениям из растений, которые рекомендуют включать в рацион человека из-за их антиоксидантной активности [1]. Одним из источников этих соединений может служить сорго [2, 3].
Дубильные вещества (танины) сорго обычно рассматривают как нежелательные из-за их способности образовывать белково-таниновые комплексы, снижая усвояемость белков. Имеются сведения о том, что танины сорго (главным образом конденсированные) ингибируют активность ферментов (трипсина, а-амилазы, липазы). Тем не менее, они могут обладать нутрицевтическим действием благодаря мощной антиоксидантной активности. У сортов и гибридов сорго с пигментированной зерновкой она выше, чем у растений с непигментиро-ванными семенами.
Хлеб с добавлением танинового сорго содержит много пищевых волокон, обладает высокой антиоксидантной
активностью, естественным темно-коричневым цветом и превосходным вкусом. Зерно сорго с красно-коричневой окраской, содержащее танины, часто используют при производстве непрозрачного пива [2].
Сорго с повышенным содержанием танина в зерне имеет необоснованную репутацию токсичного для животных, так как в ранних публикациях сообщалось, что дубильные вещества сорго представлены таниновой (дубильной) кислотой. Несмотря на то, что ее никогда не обнаруживали в сорго, этим часто мотивируют невозможность использования сорго в кормлении.
Танины сорго не токсичны для животных, но эффективность кормления таниновым сорго зависит от вида животных, способа обработки зерна и рациона питания. Она может снижаться на 10.. .30 %, по сравнению с сорго, не содержащим танина в зерне. На единицу прироста массы, как правило, расходуется больше корма из сорго с высоким содержанием танина, по сравнению с низко-
10
8
О О
д
(D
■с
ж
ш
X 5
(D т ш X
s х
ш
Рис. 1. Распределение образцов сорго зернового по содержанию танина.
таниновым [2].
Поэтому работа селекционных учреждений направлена на снижение содержания танина в зерне сорго. Так, с 2012 по 2018 гг. в ФГБНУ «АНЦ «Донской» созданы и внесены в Государственный реестр селекционных достижений РФ новые белозёрные сорта сорго зернового Зерноградское 88, Атаман и Великан с очень низким содержанием танина.
Таким образом, для различных направлений использования зерна сорго необходимо вести соответствующую селекцию.
Цель наших исследований - изучение содержания танина в зерне коллекционных образцов сорго зернового и выявление его маркерного признака для последующего использования в селекционной работе.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в 2016-2017 гг. на базе ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской» (Зерно-градский район, Ростовская область). В качестве объекта исследования использовали 320 коллекционныхобразцов сорго зернового различного эколого-географического происхождения урожая 2016 и 2017 гг.
Опытный участок расположен в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения. Почва представлена обыкновенным карбонатным черноземом, с содержанием гумуса в пахотном слое 3,6 %. Сумма температур за период всходы - полная
спелость сорго в 2016 г. составляла 2763,1 °С, в 2017 г. - 2816,9 °С. Гидротермический коэффициент был равен 0,97 и 0,86 соответственно, что указывает на отсутствие засухи в годы исследований. Удобрения не вносили.
Сорго выращивали на однорядковых делянках площадью 4,9 м2. Через 19 образцов высевали стандарт - сорт сорго зернового Зерноградское 88. Растения на участке располагали рен-домизированно с соблюдением принципа единственного различия. Таким образом, все образцы находились в одинаковых условиях.
Оценку содержания танина в зерне сорго проводили в двухкратной повторности методом определения полифенолов, основанном на их реакции с ванилином в присутствии HCl.
Распределение коллекционных образцов сорго зернового по окраске зерновки и классификацию по содержанию танина в зерне проводили по широкому унифицированному классификатору СЭВ и международному классификатору СЭВ возделываемых видов рода Sorghum Moench, согласно которым содержание танина менее 1,0 % соответствует низкому уровню, 1,0.. .2,0 % -среднему, а более 2,0 % - высокому.
Статистическую обработку данных и корреляционно-регрессионный анализ с оценкой парной корреляции и построением однофакторной модели зависимости содержания танинов в зерновке от ее окраски проводили
6
4
2
0
: <Ь о з 8 <j) 8
2 3 э 1
i 8 8 з 0 В 3 а о .
О 3 ° о 3 | 1 з 3 5 j \ э э э ...................i 3 з X..................
1 9 8 ° О D
0
1
3 4 5
Окраска зерновки
Рис. 2. Взаимосвязь между содержанием танина в зерне и окраской зерновки: 1 - белая; 2 - слоновая кость; 3 - желтая; 4 - розовая; 5 - красная; 6 - серая; 7 - оливковая; 8 - бурая; 9 - черноватая.
Таблица. Влияние окраски зерновки на содержание танина
Окраска зерновки Число образцов Содержание танина, % V
min max среднее стандартное отклонение
Белая 79 0,04 3,37 1,29 0,56 43
Слоновая кость 58 0,32 4,50 1,38 1,02 74
Желтая 29 0,41 4,70 1,52 0,93 61
Розовая 64 0,78 7,95 3,69 1,69 46
Красная 52 1,45 8,89 4,83 1,92 40
Бурая 38 2,10 9,00 6,10 2,00 33
Общая выборка 320 0,04 9,00 2,86 2,21 77
по Б. А. Доспехову [4] с использованием программы 81а^юа 10.0.
Результаты и обсуждение. Концентрация танина в зерне изученных коллекционных образцов варьировала от 0,04 до 9,20 % (рис. 1). Низкое его содержание в зерне отмечено у 61 (19,0 %) образца, среднее - у 96 (30 %). Значительная часть (51 %, или 163 экземпляра) образцов коллекции характеризовалась высоким содержанием танина в зерне (более 2 %) .
Величина этого показателя сильно коррелировала с окраской зерновки (г = 0,74 ± 0,04). Образцы сорго зернового со светлой окраской характеризовались более низким содержанием танина, чем у генотипов с тёмноо-крашенным зерном (рис. 2).
Цвет околоплодника зерна сорго контролируют гены Я и У. Белый перикарпий образуется, когда ген Yнаходится в рецессивном гомозиготном состоянии (ггуу или Я_уу), тогда как желтый перикарпий имеет рецессивный Я и доминантный У гены (ггУ_). В случае, если оба гена Я и У доминантные, околоплодник - красный. Ген-усилитель I влияет на интенсивность окраски околоплодника и наиболее выражен в краснозёрных образцах сорго.
Цвет околоплодника - ненадежный показатель уровня содержания танинов в сорго. Сорго с околоплодником белого, желтого, красного или коричневого цвета может иметь или не иметь дубильные вещества в зависимости от наличия пигментированного слоя, которое контролируют гены В1 и В2. Сорго с пигментированным слоем должно
иметь оба доминантных гена (В1_В2_) [2, 5].
Результаты наших исследований также показали, что, несмотря на наличие сильной положительной корреляционной связи между окраской зерновки и содержанием танина, образцы с семенами белого, желтого, розового цвета и цвета слоновой кости, могут иметь как низкое (менее 1,0 %), так и высокое (более 2,0 %) содержание танина в зерне (см. табл.). У образцов с красной окраской содержание танина варьировало от среднего до высокого (1,45.8,89 %). Образцы с бурой окраской характеризовались только высоким содержанием танина (более 2,0 %). Кроме того, этот признак имеет очень сильную вариацию как в пределах изученных групп (V = 33.74), так и в общей выборке (V = 77).
Таким образом, окраску зерновки можно использовать в качестве маркерного признака только на начальном этапе селекции при большом объёме селекционного материала и невозможности проведения биохимического анализа. На более поздних этапах селекционного процесса требуется проведение соответствующих лабораторных исследований.
Выводы. Содержание танина в зерне сорго имеет сильную положительную корреляционную связь с окраской зерновки (г = 0,74 ± 0,04), которая может быть использована в качестве маркера при отборе на ранних этапах селекции.
В то же время вариабельность этого признака у изученных коллекционных образцов была очень сильной (V = 77). Образцы с окраской зерновки белого, желтого, розового цвета и цвета слоновой кости имели как низкое (менее 1,0 %), так и высокое (более 2,0 %) содержание танина в зерне, с красной окраской - среднее и высокое, с бурой окраской - только высокое (более 2,0 %).
Литература.
1. Antioxidant and antibacterial activities of total polyphenols isolated from pigmented Sorghum (Sorghum bicolor) lines / K. M. Shaza, A. A. Abdel Azim, M. Y. Sakina, etc. // Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. Vol. 7. No. 1. 2009. Pp. 51-58.
2. Awika J. M. Antioxidant properties of sorghum. Dissertation Doctor of philosophy. Texas A&M Universiti, 2003. 118 p.
3. Antioxidant activity in a set of sorghum landraces and breeding lines / M. Alfieri, C. Balconi, G. Cabassi, etc. // Maydica 62. 2017. Pp. 1-7.
4. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга, 2012. 352 с.
5. Characterization of phenolic compounds and antioxidant activity in sorghum grains / R. Shiwangni, A. B. Santhakumara, K. A. Chinkwo, etc. // Journal of Cereal Science 84. 2018. Pp. 103-111.
ВНИМАНИЮ СОИСКАТЕЛЕЙ УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ И ДРУГИХ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ ЛИЦ!
Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК» издает монографии и другую книжную продукцию с редактированием и всеми выходными данными.
Цены договорные. Заявки отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166. Тел.: (963) 758-48-44. E-mail: agroapk@mail.ru
