CC BY
48
Попова Валентина Ивановна, канд. с.-х. наук, Омский ГАУ, tina1971_2011@mail.ru; Чуди-нов Владимир Анатольевич, ТОО «Карабалык-ская СХОС», a.orsisagro@yandex.ru; Болдышева Елена Павловна, канд. с.-х. наук, Омский ГАУ, bolepa@mail.ru; Бекмагамбетов Абай Ислямо-вич, магистрант, Омский ГАУ, mc_zed.de@mail.ru.
Popova Valentina Ivanovna, Cand. Agr. Sci., tina1971_2011@mail.ru; Chudinov Vladimir Anato-lyevich, Karabakh SHOS, a.orsisagro@yandex.ru; Boldysheva Elena Pavlovna, Cand. Agr. Sci., bole-pa@mail.ru.; Bekmagambetov Abay Islyamovich, master student, Omsk SAU, mc_zed.de@mail.ru.
УДК 631.527
М.У. УТЕБАЕВ1, 2, Н А. БОМЕ1, Т В. ШЕЛАЕВА2, О.О. КРАДЕЦКАЯ2, И В. ЧИЛИМОВА2
1Институт биологии, Тюменский государственный университет, Тюмень 2Научно-производственный центр зернового хозяйства им. А.И. Бараева, Шортанды-1
КАЧЕСТВО ЗЕРНА ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА
Работа выполнена при финансовой поддержке КН МОН РК по проекту № BR 05236351 «Управление экологическими рисками при производстве зерна на основе различной степени интенсификации земледелия в целях предотвращения неблагоприятных эффектов для здоровья населения и окружающей среды».
Для успешной селекции пшеницы на хозяйственно-ценные признаки огромное значение имеет подбор родительских пар, которые должны обладать комплексом необходимых селекционеру признаков. Цель исследования - выделить лучшие сорта по комплексу биохимических и технологических показателей для дальнейшего использования в селекционных программах на качество зерна. По результатам анализов выделены сорта, стабильно формировавшие качественное зерно и хлеб с высокой хлебопекарной оценкой, - среднеспелые: Асыл-Сапа, Орал, Шортандинская 2007; среднепоздние: Карабалыкская 90, Шортандинская 95 улучшенная и Омская 18; среднеранние: Карагандинская 22. Установлены сильные положительные связи между содержанием белка и водопоглотительной способностью (ВПС) - 0,88, а также ВПС с содержанием клейковины - 0,83. По содержанию протеина к сильным пшеницам (> 14,0%) отнесено 22 сорта из 30 (73,3%). Повышенное содержание и качественная клейковина формировались в сортах: Акмола 2 (клейковина - 29,3%; 74 ед. ИДК), Акмола 40 (34,2% и 68 ед. ИДК); Асыл-Сапа (32,0%; 69 ед. ИДК); Байтерек (29,0%; 73 ед. ИДК); Екатерина (33,3%, 74 ед. ИДК); Карабалыкская 90 (29,1%; 73 ед. ИДК); Карагандинская 22 (29,4%; 72 ед. ИДК); Целинная 20 (31%; 75 ед. ИДК); Целинная 21 (28,4%; 68 ед. ИДК); Целинная 90 (30,0%; 70 ед. иДк); Целинная юбилейная (30,6%; 75 ед. ИДК); Цели-ноградка (34,2%; 75 ед. ИДК). Проведен SDS-электрофорез и установлен состав высокомолекулярных субъединиц глютенинов сортов Екатерина (2*, 7 + 8, 5 + 10) и Тобольская (2*/№П, 7 + 8, 5 + 10).
Ключевые слова: аллель, глютенины, качество зерна, технологическая оценка, хлебопекарное качество, SDS-электрофорез.
Введение
Качественное зерно пшеницы - это важная часть продовольственной безопасности страны. Основной задачей селекционеров является получение сорта не только с постоянной урожайностью, но и с высокими технологическими и биохимическими характеристиками зерна. При этом в процессе селекции важная роль отводится оценке зерна
© Утебаев М.У., Боме Н.А., Шелаева Т.В., Крадецкая О.О., Чилимова И.В., 2020
по показателям качества в возможно полном объеме. Тем не менее, первым этапом в селекции является подбор родительских пар, которые изучаются по всем параметрам качества, от урожайности и устойчивости к стресс-факторам до хлебопекарной оценки.
Цель настоящего исследования - выделить исходный материал яровой мягкой пшеницы на основании биохимической, технологической и хлебопекарной оценки для использования в селекционных программах на качество зерна.
Объекты и методы исследований
Для биохимического и технологического анализа взяты образцы зерна 30 сортов яровой мягкой пшеницы российской и казахстанской селекции урожая 2016-2018 гг. Сорта высевались по пару, в демонстрационном питомнике отдела селекции яровой пшеницы НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева, в подзоне засушливой степи на южных карбонатных черноземах Акмолинской области. Обработка почвы проводилась по безотвальной технологии.
Метеорологические условия. По данным Шортандинской метеостанции, условия 2016-2018 гг. различались по количеству осадков в мае - сентябре: в 2016 г. - 254,4 мм; в 2017 г. - 114,6; 2018 г. - 264,5, при средних многолетних данных - 193,7 мм. Среднесуточная температура воздуха 2016 г. в период с мая по сентябрь составила 15,4°С, в 2017 г. -16,7°С, а в 2018 г. - 14,2°С при уровне среднемноголетней нормы 15,8°С. Необходимо отметить, что условия 2018 г. были не совсем благоприятны для формирования зерна, что в дальнейшем отразилось на качественных характеристиках зерна, муки и хлеба. Так, если метеорологические условия в начальном периоде были благоприятны для прохождения фенофаз пшеницы до колошения, то выпавшие в августе - сентябре осадки и снижение температуры сказались на развитии болезней и задержке формирования зерна и в целом продлили вегетационный период пшеницы на 12-15 суток.
Биохимический и технологический анализ. Оценка качественных и количественных показателей зерна и хлеба проводилась на базе отдела биохимии и технологии качества НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева. Содержание протеина в цельном зерне оценено с помощью ИК-анализатора (ИнфраЛюм ФТ-10, Россия) [1], натуру зерна определяли по ГОСТ [2]. Массу 1000 зерен - путем взвешивания двух проб по 500 зерновок для каждого образца. Содержание клейковины и индекс деформации клейковины определены в соответствии с СТ РК [3]. Физические свойства теста изучали на альвеографе Шопена по следующим характеристикам: удельная работа деформации теста (Ж) и отношение P/L (упругость/растяжимость) [4]. На фаринографе Брабендера определены: водопогло-тительная способность (ВПС) и валориметрическая оценка [5]. Хлеб, приготовленный из 100 г муки, оценивали по объему [6] и ставили общую хлебопекарную оценку [7].
Статистический анализ. Корреляционный анализ и построение дендрограммы осуществлены в пакете программ Ехе11 и Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение
Усредненные результаты полного технологического анализа и происхождение сортов яровой мягкой пшеницы урожая 2016-2018 гг. представлены в табл. 1.
Содержание белка в зерне пшеницы характеризует ее питательную и кормовую ценность. Содержание протеина в сортах колебалось от 13,14 до 16,01% при среднем уровне 14,40. Десять (33,3%) сортов из тридцати преимущественно накапливали белок в пределах от 14,0 до 14,5% (рис. 1).
Содержание протеина в среднем более 15,0% за три года зафиксировано для шести сортов: двух российских - Памяти Азиева (среднеранний тип) и Екатерина (среднеспелый тип) и четырех казахстанских - Астана (среднеранний), Асыл-Сапа (среднеспелый), Шортандинка и Целиноградка (среднепоздний тип).
Таблица 1
Технологическая и хлебопекарная оценка зерна, муки и хлеба из 30 сортов яровой мягкой пшеницы урожая 2016-2018 гг.
№ п/п Сорт Содержание протеина, % Натура зерна, г/л Масса 1000 зерен, г Содержание клейковины, % ИДК, ед Удельная работа деф. теста, е.а. ВПС, % Валориметрическая оценка, ед. вал Объем хлеба, мл Общая хлебопекарная оценка, балл
НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева
1 Акмола 2 14,5 793 33,0 29,3 74 269 0,63 69,8 71,7 810 4,7
2 Акмола 3 14,8 790 34,5 34,2 88 154 0,48 68,7 66,0 699 4,2
3 Акмола 40 13,7 798 36,3 28,0 68 359 1,64 70,7 80,3 785 4,7
4 Астана 15,1 796 33,7 33,7 80 299 0,68 70,0 71,7 795 4,6
5 Астана 2 14,5 784 35,7 31,2 78 267 0,66 67,8 72,7 744 4,6
6 Асыл Сапа 15,2 767 31,9 32,0 69 401 1,15 69,1 83,7 809 4,8
7 Байтерек 14,1 795 32,0 29,0 73 348 1,44 72,2 75,7 721 4,5
8 Орал 14,2 798 34,9 31,3 76 333 0,79 68,7 74,3 833 4,8
9 Пиротрикс 28 14,6 796 32,8 29,5 89 160 0,56 67,6 66,7 665 3,7
10 Целина 50 13,7 771 35,0 29,5 76 272 0,81 69,1 70,7 735 4,4
11 Целинная 20 14,6 806 35,3 31,0 75 271 0,85 68,9 72,3 759 4,8
12 Целинная 21 14,1 798 35,0 28,4 68 295 1,68 69,7 73,7 765 4,8
13 Целинная 3С 14,8 797 35,2 33,9 85 269 0,74 70,6 71,7 711 4,7
14 Целинная 90 14,0 790 33,1 30,0 70 342 0,88 68,3 74,3 783 4,7
15 Целинная юб. 14,7 789 33,7 30,6 75 309 0,80 69,4 75,0 815 4,6
16 Целиноградка 15,6 798 33,0 34,2 75 270 0,83 69,3 73,0 829 4,8
17 Шортандинка 15,1 795 34,9 39,1 97 84 0,43 68,8 63,7 661 3,8
18 Шортандинская 2007 13,9 780 37,7 27,7 66 301 1,36 68,3 80,3 802 4,7
19 Шортандинская 2012 14,0 790 37,9 29,6 79 271 1,05 67,9 71,7 756 4,7
20 Шортандинская 2014 13,9 792 34,2 30,0 79 314 0,71 69,2 71,7 777 4,9
21 Шортандинская 2015 13,7 773 38,7 30,8 79 273 1,10 67,8 70,7 735 4,4
22 Шортандинская 25 14,0 796 34,8 30,5 79 271 0,84 70,7 71,7 801 4,6
23 Шортандинская 95 улучш. 14,1 779 36,8 28,9 74 312 0,76 69,0 72,7 773 4,5
Карабалыкский СХОС (Казахстан)
24 Карабалыкская 90 14,2 790 34,0 29,1 73 289 1,08 69,8 76,0 717 4,8
Карагандинский СХОС (Казахстан)
25 Карагандинская 22 14,3 798 36,6 29,4 72 340 1,06 70,9 79,0 752 4,8
СибНИИСХ (Россия)
26 Омская 18 14,4 784 34,1 30,4 78 280 0,69 67,2 71,7 786 4,8
27 Памяти Азиева 15,5 791 34,3 34,5 84 248 0,49 69,3 72,0 750 4,7
28 Росинка 3 13,5 783 35,9 28,9 77 331 0,99 69,8 76,0 794 4,7
Уральский НИИСХ (Россия)
29 Екатерина 16,0 790 37,4 33,3 74 326 0,76 69,1 78,3 707 4,4
Алтайский НИИСХ (Россия)
30 Тобольская 13,1 783 37,1 26,7 67 292 0,79 66,5 77,0 737 4,7
Минимум 13,1 767 31,9 26,7 66 84 0,43 66,5 63,7 661 3,73
Максимум 16,0 806 38,7 39,1 97 401 1,68 72,2 83,7 833 4,87
Среднее 14,4 790 35,0 30,8 77 285 0,89 69,1 73,5 760 4,60
Стандартное отклонение 0,66 9,08 1,8 2,6 6,99 63 0,32 1,2 4,3 45 0,27
12
Содержание протеина, %
Рис. 1. Распределение сортов яровой мягкой пшеницы на группы по содержанию протеина в зерне
По требованиям к сильной пшенице содержание протеина должно быть выше 14,0% [7], по результатам исследований по данному признаку к категории сильных пшениц можно отнести 22 сорта (73,3%). При анализе содержания протеина в 30 сортах оказалось, что наиболее благоприятным для накопления белка стал 2017 г. - 16,33%; тогда как в 2016 г. содержание белка составило 14,44%, а наименьшее значение зафиксировано для 2018 г. - 12,43%. Столь низкое содержание протеина, возможно, связано с тем, что 2018 г. характеризовался невысокими температурами и большим количеством осадков в период накопления белка в зерне. Установлено, что в период налива и созревания зерна высокие температуры и низкое выпадение осадков благоприятно сказываются на качественных показателях [8].
Показатели «натурная масса зерна» и «масса 1000 зерен» являются косвенными характеристиками мукомольных и технологических свойств. Чем выше показатель, тем больше выход муки. Так, за три года натура зерна варьировала от 767 до 806 г/л при среднем уровне 790 г/л (рис. 2). Отмечено, что даже среднее наименьшее значение за 2016-2018 гг. вполне соответствует требованиям к сильной пшенице. Интересно отметить, что 2018 г., который негативно отразился на накоплении протеина, особо не повлиял на параметр натурной массы зерна.
г/л 840 820 800 780 760 740 720 700 680 660
Рис. 2. Натурная масса зерна яровой мягкой пшеницы
826
2016 г. 2017 г. 2018 г. Среднее (2016-
2018 гг.)
а Мин. «Макс. ^ Ср. знач.
Масса 1000 зерен колебалась в среднем за три года от 31,93 до 37,87 г при среднем значении 34,98 г. Отметим, что количество сортов в 2016 г., превышающих средне-трехлетнее значение массы 1000 зерен, составило 16% (5 из 30 сортов), тогда как в 2017 и 2018 гг. 76 и 86% соответственно.
Для получения качественных хлебобулочных изделий важной характеристикой является содержание и качество клейковины. При этом особую роль играют белковые компоненты (глиадины и глютенины), составляющие каркас клейковины. Установлено, что компоненты глиадина могут по-разному влиять на качество зерна [9]. Не менее важный, а даже существенный вклад в хлебопекарное качество вносят различные субъединицы глютенина [10].
Содержание клейковины в исследованиях за три года находилось в пределах от 26,73 до 39,10% при среднем 30,82% (рис. 3).
ч
<и
«
Л
К «
«
§ «
И
<и «
И
а
<и Ч О
О
2016 г.
36.4
29,6
30,8
19,4
1
1
23,9
2017 г.
2018 г. Среднее (2016-
2018 гг.)
ШМин.% «"Макс. % в®Ср. знач. % —Ср. знач. ел. ИДК
Рис. 3. Содержание (%) и качество клейковины (ед. ИДК) зерна 30 сортов яровой мягкой пшеницы
На основании требований к сильной пшенице содержание клейковины должно быть более 28%. Как видно из рис. 3, 2018 г. оказался наименее благоприятным. Однако следует учесть, что высокое содержание клейковины еще не гарантирует хорошее хлебопекарное качество. Важным критерием оценки влияния клейковины является ее качество - индекс деформации клейковины (ИДК). По классификационным требованиям он должен быть в пределах 45-75 ед. ИДК [7]. По результатам исследований стабильное формирование зерна с высоким содержанием и качественной клейковиной, согласно требованиям российского [11] и казахстанского [12] стандартов, отмечено для 12 сортов: Акмола 2 (клейковина - 29,3%; 74 ед. ИДК), Акмола 40 (34,2% и 68 ед. ИДК); Асыл-Сапа (32,0%; 69 ед. ИДК); Байтерек (29,0%; 73 ед. ИДК); Екатерина (33,3%, 74 ед. ИДК); Карабалыкская 90 (29,1%; 73 ед. ИДК); Карагандинская 22 (29,4%; 72 ед. ИДК); Целинная 20 (31%; 75 ед. ИДК); Целинная 21 (28,4%; 68 ед. ИДК); Целинная 90 (30,0%; 70 ед. ИДК); Целинная юбилейная (30,6%; 75 ед. ИДК); Целиноградка (34,2%; 75 ед. ИДК).
Для определения качества теста применялась альвеографическая и фаринографи-ческая оценка.
Так, на альвеографе Шопена получены данные по удельной работе деформации теста (Ж, е.а.) и отношению упругости к растяжимости ^/Ь). В среднем за три года по-
казатель W составил ~ 285 е.а. при максимальном значении 401 и минимальном 83 е.а. Низкие значения по данному показателю в течение трех лет были характерны для старого сорта Шортандинка: 2016 г. - 100 е.а.; 2017 г. - 94; 2018 г. - 57. По требованиям к качественной сильной пшенице W должно быть более 280 е.а. За исследованный период стабильную работу по деформации теста показало 18 сортов (60%). Стоит сказать, что 2018 г. негативно сказался и на показателе W. Так, в 2018 г. только 7 сортов превысили порог в 285 е.а., что составило всего 23%, тогда как в 2016 и 2017 гг. - 21 (70%) и 23 (76%) сорта. Интересно отметить, что 7 сортов, выделившиеся в 2018 г., были также стабильны и в предыдущих годах (рис. 4), чего нельзя сказать об остальных более отзывчивых к внешним условиям сортах.
ед.а.
® 2016 г. "2017 г. ■ 2018 г.
Рис. 4. Работа по деформации теста (W) сортов яровой мягкой пшеницы
Отношение P/L характеризует сбалансированность физических свойств теста, таких, как упругость и растяжимость. В предыдущих исследованиях [13; 14] указывается, что размах P/L от 0,7 до 2,0 характеризует сильную пшеницу с хорошими хлебопекарными свойствами. В среднем за три года показатель P/L варьировал от 0,43 до 1,68 ед. при среднем 0,89. И только один сорт Шортандинская 2007 по показателю P/L соответствовал требованиям к сильной пшенице.
На фаринографе Брабендера определялись валориметрическая оценка и водопо-глотительная способность (ВПС). Относительно недавно для определения ВПС был предложен альтернативный способ, основанный на микроскопировании частиц размолотой муки [15]. Требования, предъявляемые к сильной пшенице, подразумевают вало-риметрическую оценку не менее 70 ед. валориметра. По результатам исследований сорта в течение трех лет в среднем оценивались в 74 ед. вал. при максимальном значении 84 ед. вал. и минимальном 64 ед. вал. Валориметрическая оценка с годами не менялась, при этом наименьшее значение за 2016-2018 гг. имел сорт Шортандинка.
Водопоглотительная способность (ВПС) - параметр, характеризующий выход хлеба. Если ВПС соответствует нормам (более 60%), то хлебопекарное производство может выпустить рассчитанное количество хлеба. В исследованиях значение ВПС находилось в пределах 67-72%. Указывалось, что значение ВПС может зависеть от содержания протеина [16], корреляция была подтверждена и была равна 0,88 ед., что по шкале Чеддока [17] свидетельствует о сильной связи (табл. 2).
Таблица 2
Корреляционные связи параметров качества зерна, муки и хлеба из яровой мягкой пшеницы по результатам 2016-2018 гг.
Показатель Содержание протеина, % Натура зерна, г/л Масса 1000 зерен, г Содержание клейковины, % ИДК, ед Удельная работа деф. теста, е.а. Отношение Р^ ВПС, % Валорим. оценка, ед. вал. Объем хлеба, мл. Общая хлебопек оценка, балл
Содержание протеина, % 1
Натура зерна, г/л 0,34 (3,35) 1
Масса 1000 зерен, г -0,15 (-1,43) 0,48 (5,14) 1
Содержание клейковины, % 0,92 (22,40) 0,19 (1,81) -0,20 (-1,96) 1
ИДК, ед. 0,74 (10,28) 0,03 (0,32) -0,28 (-2,72) 0,85 (15,22) 1
Уд. работа деф. теста, е.а. 0,28 (2,78) -0,02 (-0,20) -0,11 (-1,06) 0,16 (1,53) -0,08 (-0,72) 1
Отношение Р^ -0,62 (-7,48) -0,32 (-3,15) -0,01 (-0,13) -0,62 (-7,48) -0,63 (-7,57) 0,00 (0,04) 1
ВПС, % 0,88 (17,54) 0,73 (9,90) -0,20 (-1,87) 0,83 (14,00) 0,68 (8,78) 0,55 (6,22) -0,51 (-5,63) 1
Валорим. оценка, ед. вал -0,27 (-2,67) -0,30 (-3,00) -0,05 (-0,51) -0,38 (-3,81) -0,56 (-6,38) 0,56 (6,33) 0,56 (6,37) -0,23 (-2,25) 1
Объем хлеба, мл 0,61 (7,21) -0,05 (-0,51) -0,34 (-3,36) 0,57 (6,54) 0,46 (4,83) 0,58 (6,69) -0,34 (-3,42) 0,75 (10,77) 0,02 (0,20) 1
Общая хлебопек. оценка, балл. 0,25 (2,46) 0,02 (0,21) -0,09 (-0,86) 0,18 (1,70) -0,07 (-0,65) 0,57 (6,54) 0,10 (0,96) 0,32 (3,22) 0,36 (3,63) 0,56 (6,31) 1
Примечания:
1. В скобках приведено значение критерия существенности (У коэффициента корреляции.
2. При 05 = 1,98.
Объем хлеба и хлебопекарная оценка - это практически итоговые параметры при определении всех биохимических, технологических критериев. Объем хлеба за три года варьировал от 661 до 833 мл при среднем 760 мл. В требованиях к сильной пшенице указано, что величина объема хлеба не должно быть меньше 1200 мл, но это при использовании 200 г муки. В нашем случае, при использовании 100 г, объем не должен быть менее 600 мл для сильной пшеницы и 550 мл для ценной. Таким образом, по показателю «объем хлеба» изученные сорта соответствовали ценной и сильной пшенице. Хлебопекарная оценка в среднем была равна 4,6 балла, при максимальном значении 4,9 и минимальном 3,7. Хлеб, полученный из зерна таких сортов, как Пиротрикс 28 и Шор-тандинка, оценивался невысокими баллами.
Для установления связей между критериями качества зерна, муки и хлеба пшеницы был проведен корреляционный анализ (табл. 2). Установлена сильная положительная связь между содержанием белка и ВПС (0,88), подтвердились положительные связи протеина с содержанием и качеством клейковины, а также отрицательная слабая связь содержания протеина и массы 1000 зерен [18]. Довольно высокая положительная связь
ВПС с содержанием клейковины - 0,83. Скорее всего, это связано с тем, что клейковина обладает способностью сорбировать воду, тогда как связь ВПС с ИДК (0,68) уже не столь сильная и ее можно отнести к средней.
Для группирования изученных сортов по схожим результатам биохимической, технологической оценки проведена кластеризация по методу Уорда (рис. 5).
Акмола 2 Шортандинская 25 Целинограда Целинная 21 Шортандинская 2014 Шортандинская 95 ул. Шортандинская 2007 Омская 18 Астана
Целинная юбилейна) Акмола 40 Росинка 3 Целинная 90 Карагандинская 22 Орал Асыл-Сапа Бантерек Екатерина Астана 2 Шортандинская 2012 Памяти Алиева Целинная 20 Целина 50 Шортандинская 2015 Карабалыкская 90 Тобольская Целинная ЗС Акмола 3 Пиротрикс 2$ Шортандпнка
Рис. 5. Кластеризация сортов яровой мягкой пшеницы по результатам технологической, биохимической и хлебопекарной оценки
В результате образовалось 3 группы, в которые вошло различное количество сортов. Так как кластеризация проводилась на основе результатов биохимической и технологической оценки, происхождение сорта не оказало влияния на распределение по группам. Так, в кластер «А» вошло 18 сортов, в кластер «Б» - 9 сортов и в кластер «В» -3 сорта. При усреднении результатов биохимической, технологической и хлебопекарной оценки по трем группам, оказалось, что сорта кластера «А» ненамного, но превышают результаты сортов кластеров «Б» и «В» (табл. 3). Показатели, характеризующие свойства теста, а также объем хлеба и хлебопекарная оценка предпочтительнее в группе сортов кластера «А».
Установлено, что некоторые параметры качества зерна, муки и хлеба связаны с компонентами клейковинного комплекса: глиадинами [9; 19; 20] и глютенинами [2123]. Однако связь глиадинов с параметрами качества пшеницы может быть слабой или вовсе отсутствовать [24; 25]. Поэтому было предложено изучить состав высокомолекулярных субъединиц глютенинов (ВМСГ) данных сортов.
На основе открытых источников [14; 26] провели расчет влияния субъединиц глютенина на общую хлебопекарную оценку по шкале Пейна [27]. При этом оказалось, что информация о составе ВМСГ сортов Екатерина и Тобольская отсутствовала. Был
□л У 1Н А
>1 -г з- В в
проведен денатурирующий электрофорез глютенинов по методу Лэммли [28] в модификации [14]. По результатам электрофореза идентифицированы компоненты ВМСГ сорта Екатерина (2*, 7 + 8, 5 + 10) и сорта Тобольская (2*/Ки11, 7 + 8, 5 + 10). Установлен полиморфизм по локусу Glu-A1 сорта Тобольская.
Таблица 3
Усредненные и сгруппированные результаты биохимической и технологической оценки сортов яровой мягкой пшеницы на основе кластеризации
Показатель качества Кластер А Кластер Б Кластер В
Содержание белка, % 14,4 14,2 14,8
Натура зерна, г 790,4 787,2 793,9
Масса 1000 зерен, г 34,7 35,9 34,1
Содержание клейковины, г 30,3 30,7 34,3
ИДК, ед. 73,8 77,3 91,4
Деформация теста, е.а. 316,6 272,5 132,7
Отношение упругость/растяжимость, р/1 1,0 0,8 0,5
Валориметрический индекс, ед. вал. 75,3 72,7 65,4
ВПС, % 69,5 68,6 68,4
Объем хлеба, мл 785,4 738,1 675,1
Общая хлебопекарная оценка, балл 4,7 4,6 3,9
При оценке влияния ВМСГ на хлебопекарное качество учитывался тот факт, что если сорт полиморфен по тому или иному локусу, то балл выставлялся по каждой субъединице и делился на количество идентифицированных субъединиц этого локуса.
Например, в сорте Шортандинская 25 по локусам Glu-A1 и Glu-B1 идентифицированы по одному аллелю - Ь (субъединица 2 *) и c (субъединицы 7 + 9), оцениваемому в 3 и 2 балла соответственно. Тогда как по локусу Glu-D1 сорт полиморфен и идентифицированы два аллеля - a и c, контролирующие синтез двух пар компонентов: 2 + 12 (2 балла) и 5 + 10 (4 балла) [14]. Как видно, пары ВМСГ отличаются по вкладу в хлебопекарное качество. Тогда для выставления оценки баллы локуса Glu-D1 были усреднены: (2 + 4)/2 = 3. Общий балл влияния ВМСГ на хлебопекарное качество для сорта Шортандинская 25 складывался из суммы баллов локусов Glu-A1, Glu-B1 и Glu-D1 и был равен: 3 + 2 + 3 = 8.
Таким образом, каждый сорт в кластере был оценен по шкале влияния ВМСГ на качество хлеба, затем все балы были суммированы и усреднены для каждого кластера. Для кластеров «А» и «Б» общий средний балл равен 8, а для кластера «В» - 7.
Анализ состава ВМСГ сортов пшеницы кластеров «А» и «Б» показал, что при одинаковом общем среднем балле все же имеются различия в соотношении компонентов глютенина (рис. 6). Так, сорта кластера «А» чаще содержат компоненты, которые оцениваются выше (7 + 9, 5 + 10) и соответственно вносят больший вклад в хлебопекарное качество.
%
2* N1111 7+8 7+9 20 7 2+12 5+10
С1и-Л1 сы-в1 Ыи-т
Рис. 6. Частота встречаемости (%) ВМСГ в сортах яровой мягкой пшеницы
Было установлено положительное влияние пар субъединиц ВМСГ lDx5 + IDylO и 1Bx7 + 1By9 на соотношение P/L и валориметрическую оценку [14], что отразилось на объединенных результатах сортов кластера «А» по сравнению с группой сортов кластера «Б» (табл. 3). Тем не менее, наблюдаются некоторые несоответствия реальной технологической оценки с прогнозируемым качеством на основе оценки влияния ВМСГ на хлебопекарное качество. Например, сорт Пиротрикс 28 (2*, 7 + 9, 5 + 10), оцениваемый в 9 баллов (кластер «В»), в течение трех лет не выделился по параметрам качества. Такие противоречия встречались и в ранних работах по изучению взаимосвязей ВМСГ с качеством зерна [29; 30]. К тому же на основе современных исследований стало известно, что на хлебопекарное качество оказывает влияние не только локус Glu-D1, но и локус Glu-Bl. Например, наличие субъединицы Bx7°E увеличивает стабильность теста при замесе [31], а пара ВМСГ 1Bx17 и 1By18 улучшает текстуру хлеба [32]. Дальнейшее и более глубокое изучение влияния субъединиц глютенинов на хлебопекарное качество остается актуальным и востребованным для селекции пшеницы на качество.
Заключение
Была проведена биохимическая, технологическая и хлебопекарная оценка зерна сортов яровой мягкой пшеницы в условиях Северного Казахстана за 2016-2018 гг. На основе полученных данных выделились среднеспелые сорта, стабильно формировавшие качественное зерно: Асыл-Сапа, Орал, Шортандинская 2007; среднепоздние: Ка-рабалыкская 90, Шортандинская 95 улучшенная и Омская 18; среднеранние - Карагандинская 22. Данные сорта можно использовать в качестве исходного материала в селекционных программах, нацеленных на качество зерна. Проведен SDS-электрофорез и идентифицированы высокомолекулярные субъединицы глютенинов для сортов Екатерина (2*, 7 + 8, 5 + 10) и Тобольская (2*/Null, 7 + 8, 5 + 10).
12 1 2 2 2 M.U. Utebayev ' , N.A. Bome , T.V. Shelaeva , °.°. Kradetskaya , I.V. Chilimova
institute of Biology, University of Tyumen, Tyumen
2A.I. Barayev Research and Production Center of Grain Farming, Shortandy-1
Quality of grain of common wheat in Northern Kazakhstan
For a successful breeding of wheat for economically valuable traits, the choice of parental pairs, which should have a set of traits necessary for the breeder, is of great importance. The purpose of the study was to highlight the best cultivars according to a set of biochemical and technological indicators for further use in breeding programs for grain quality. According to the results of the analysis, mid-season varieties that stably formed high-quality grain and bread with a high baking grade were identified: Asyl-Sapa, Oral, Shortandinskaya 2007; mid-late varieties: Karabalykskaya 90, Shortandinskaya 95 uluchshennaya and Omskaya 18; mid-early varieties: Karagandinskaya 22. Strong positive relationships were established between the protein content and water absorption capacity (WAC) - 0.88, as well as between WAC and gluten content - 0.83. According to the protein content, 22 cultivars out of 30 (73.3%) are assigned to the category of "strong" wheat (> 14.0%). An increased content of top-quality gluten was formed in the following cultivars: Akmola 2 (gluten - 29.3%; 74 units of gluten deformation index (GDI)), Akmola 40 (34.2% and 68 units of GDI); Asyl-Sapa (32.0%; 69 units of GDI); Baiterek (29.0%; 73 units of GDI); Ekaterina (33.3%, 74 units of GDI); Karabalykskaya 90 (29.1%; 73 units of GDI); Karagandinskaya 22 (29.4%; 72 units of GDI); Tselinnaya 20 (31%; 75 units of GDI); Tselinnaya 21 (28.4%; 68 units of GDI); Tselinnaya 90 (30.0%; 70 units of GSM); Tselinnaya yubileynaya (30.6%; 75 units of GDI); Tselinogradka (34.2%; 75 units of GDI). SDS electrophoresis was performed and the composition of high molecular weight subunits of glutenins of the cultivars Ekaterina (2*, 7 + 8, 5 + 10) and Tobolskaya (2*/Null, 7 + 8, 5 + 10) was established.
Keywords: allele, glutenin, grain quality, technological evaluation, bread-making quality, SDS-electrophoresis.
Список литературы
1. СТ РК 1564-2006. Определение основных показателей качества зерна с помощью инфракрасных анализаторов.
2. ГОСТ 10840-64. Зерно. Методы определения натуры.
3. СТ РК 2234-2012. Зерно. Методы определения количества и качества клейковины в пшенице.
4. ГОСТ Р 51415-99 (ИСО 5530-4:91). Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Определение реологических свойств с применением альвеографа.
5. ГОСТ ISO 5530-1-2013. Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Часть 1. Определение водопоглощения и реологических свойств с применением фаринографа.
6. ГОСТ 27669-88. Мука пшеничная хлебопекарная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба.
7. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Технологическая оценка зерновых, крупяных и зернобобовых культур. - М., 1988. - 121 с.
8. Экологические аспекты формирования качества урожая и его оценки в селекции озимой и яровой пшеницы / А.И. Прянишников, С.В. Ляще-ва, Т.Б. Кулеватова, Л.В. Андреева, Г.А. Бекетова // Аграр. вестн. Юго-Востока. - 2017. - № 1. - С. 27-35.
9. Созинов А.А. Полиморфизм проламинов и селекция / А.А. Созинов, Ф.А. Попереля // Вестник с.-х. науки. - 1979. - № 10. - С. 21-34.
10. High-Molecular-Weight Glutenin 1Bx17 and 1By18 Subunits Encoded by Glu-B1i Enhance Rheological Properties and Breadmaking Quality of Wheat Dough / H. Guo, J. Wu, Y. Lu, Y. Yan // J. Food Qual. - 2019. - ID. 1958747.
11. ГОСТ Р 52554-2006. Пшеница. Технические условия.
12. СТ РК 1046-2008. Пшеница. Технические условия.
13. Летяго Ю.А. Физические свойства теста и хлебопекарные качества сортов яровой пшеницы в условиях Северного Зауралья // Перспективы развития АПК в работах молодых ученых : сб. матер. регион. НПК молодых ученых / ГАУ Северного Зауралья. - Тюмень : ГАУСЗ. - 2014. -С. 103-106.
14. Genetic polymorphism of glutenin subunits with high molecular weight and their role in grain and dough qualities of spring bread wheat (Triticum aestivum L.) from Northern Kazakhstan / M. Ute-bayev, S. Dashkevich, K. Kunanbayev, N. Bome, B. Sharipova, Y. Shavrukov // Acta Physiol. Plant. -2019. - 41(5). - 71.
15. Медведев П.В. Способ определения хлебопекарных качеств зерна пшеницы / П.В. Мед-
References
1. ST RK 1564-2006. Opredelenie osnovnyh pokazatelej kachestva zerna s pomoshch'yu infrakras-nyh analizatorov.
2. GOST 10840-64. Zerno. Metody opredele-niya natury.
3. ST RK 2234-2012. Zerno. Metody oprede-leniya kolichestva i kachestva klejkoviny v pshenice.
4. GOST R 51415-99 (ISO 5530-4:91). Muka pshenichnaya. Fizicheskie harakteristiki testa. Opredelenie reologicheskih svojstv s primeneniem al'veog-rafa.
5. GOST ISO 5530-1-2013. Muka pshenichnaya. Fizicheskie harakteristiki testa. Chast' 1. Opredelenie vodopogloshcheniya i reologicheskih svojstv s primeneniem farinografa.
6. GOST 27669-88. Muka pshenichnaya hle-bopekarnaya. Metod probnoj laboratornoj vypechki hleba.
7. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya sel'skohozyajstvennyh kul'tur. Tekhnologicheskaya ocenka zernovyh, krupyanyh i zernobobovyh kul'tur. -M., 1988. - 121 s.
8. Ekologicheskie aspekty formirovaniya ka-chestva urozhaya i ego ocenki v selekcii ozimoj i ya-rovoj pshenicy / A.I. Pryanishnikov, S.V. Lyashcheva, T.B. Kulevatova, L.V. Andreeva, G.A. Beketova // Agrar. vestn. Yugo-Vostoka. - 2017. - № 1. - S. 27-35.
9. Sozinov A.A. Polimorfizm prolaminov i se-lekciya / A.A. Sozinov, F.A. Poperelya // Vestnik s.-h. nauki. - 1979. - № 10. - S. 21-34.
10. High-Molecular-Weight Glutenin 1Bx17 and 1By18 Subunits Encoded by Glu-B1i Enhance Rheological Properties and Breadmaking Quality of Wheat Dough / H. Guo, J. Wu, Y. Lu, Y. Yan // J. Food Qual. - 2019.
11. GOST R 52554-2006. Pshenica. Tekhni-cheskie usloviya.
12. ST RK 1046-2008. Pshenica. Tekhni-cheskie usloviya.
13. Letyago Yu.A. Fizicheskie svojstva testa i hlebopekarnye kachestva sortov yarovoj pshenicy v usloviyah Severnogo Zaural'ya // Perspektivy razvitiya APK v rabotah molodyh uchyonyh : sb. mater. region. NPK molodyh uchyonyh / GAU Severnogo Zaural'ya. -Tyumen' : GAUSZ. - 2014. - S. 103-106.
14. Genetic polymorphism of glutenin sub-units with high molecular weight and their role in grain and dough qualities of spring bread wheat (Triticum aestivum L.) from Northern Kazakhstan / M. Ute-bayev, S. Dashkevich, K. Kunanbayev, N. Bome, B. Sharipova, Y. Shavrukov // Acta Physiol. Plant. -2019. - 41(5). - 71 c.
15. Medvedev P.V. Sposob opredeleniya hle-bopekarnyh kachestv zerna pshenicy / P.V. Medvedev, V.A. Fedotov // Patent na izobretenie: RU 2433398 C1. - 2011 g.
ведев, В.А. Федотов // Патент на изобретение: RU 2433398 C1. - 2011 г.
16. Водопоглотительная способность муки [Электронный ресурс]. - URL: https://agro-day.ru/gosnews/vodopoglatitelnaja_sposobnost_muki/.
17. Величина и сила коэффициента корреляции [Электронный ресурс]. - URL: https://statp-sy. ru/correlation/velicina/.
18. Захаров В.Г. Изменение качества зерна яровой мягкой пшеницы в процессе селекции /
B.Г. Захаров, О.Д. Яковлева // Зерновое хозяйство России. - 2018. - (4). - 41-45 с.
19. Созинов А.А. Проблемы использования блоков компонентов проламина в качестве генетических маркеров у пшеницы и ячменя / А.А. Созинов, Е.В. Метаковский, А.А. Поморцев // С.-х. биология. - 1987. - № 1. - С. 3-12.
20. Изучение взаимосвязи состава глиади-нов и хозяйственно-ценных признаков мягкой пшеницы / А.А. Хрунов, А.В. Фисенко, С.Л. Белецкий, А.Ю. Драгович // Известия ТСХА. - 2011. - 2. -
C. 11-19.
21. Payne P.I. Catalogue of alleles for the complex gene loci, Glu-A1, Glu-B1 and Glu-D1 which code for high-molecular-weight subunits of glutenin in hexaploid wheat / P.I. Payne, G.J. Lawrence // Cereal Res. Commun. - 1983. - P. 29-35.
22. Izadi-Darbandi A. Marker-assisted selection of high molecular weight glutenin alleles related to bread-making quality in Iranian common wheat (Triticum aestivum L.) / A. Izadi-Darbandi, B. Yazdi-Samadi // J. Genet. - 2012. - 91(2). - P. 193-198.
23. Allelic variation of high-molecular weight glutenin genes in bread wheat / O.I. Zaitseva, A.A. Burakova, A.T. Babkenov, S.A. Babkenova, M.U. Utebayev, V.A. Lemesh // Cytol Genet. - 2017. -51. - 6. - P. 432-440.
24. Пискарев В.В. Полиморфизм глиадин-кодирующих локусов сортообразцов пшеницы мягкой яровой Сибирского генофонда / В.В. Пискарев, Н.И. Бойко // Сиб. вестн. с.-х. науки. - 2015. -№ 6. - С. 19-24.
25. Functional properties of wheat gliadins. I. Effects on mixing characteristics and bread making quality / B.S. Khatkar, R.J. Fido, A.S. Tatham, J.D. Schofield // J. Cereal Sci. - 2002. - 35. - P. 299306.
26. GRIS - Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale. - URL: http://wheatpedigree.net/.
27. The relationship between HMW glutenin subunit composition and the bread-making quality of British-grown wheat varieties / P.I. Payne, M.A. Nightingale, A.F. Krattiger, L.M. Holt // J. Sci. Food Agric. -1987. - V. 40. - № 1. - P. 51-65.
28. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 / U.K. Laemmli // Nature. - 1970. - 227(5259). -P. 680-685.
16. Vodopoglotitel'naya sposobnost' muki [Electronnyj resurs]. - URL: https://agro-day.ru/gosnews/vodopoglatitelnaja_sposobnost_muki/.
17. Velichina i sila koefficienta korrelyacii [Electronnyj resurs]. - URL: https://statpsy.ru/cor-relation/velicina/.
18. Zaharov V.G. Izmenenie kachestva zerna yarovoj myagkoj pshenicy v processe selekcii / V.G. Zaharov, O.D. Yakovleva // Zernovoe hozyajstvo Rossii. - 2018. - (4). - 41-45.
19. Sozinov A.A. Problemy ispol'zovaniya blokov komponentov prolamina v kachestve geneti-cheskih markerov u pshenicy i yachmenya / A.A. Sozinov, E.V. Metakovskij, A.A. Pomorcev // S.-h. bi-ologiya. - 1987. - № 1. - S. 3-12.
20. Izuchenie vzaimosvyazi sostava gliadinov i hozyajstvenno cennyh priznakov myagkoj pshenicy / A.A. Hrunov, A.V. Fisenko, S.L. Beleckij, A.Yu. Dra-govich // Izvestiya TSKHA. - 2011. - 2. - S. 11-19.
21. Payne P.I. Catalogue of alleles for the complex gene loci, Glu-A1, Glu-B1 and Glu-D1 which code for high-molecular-weight subunits of glutenin in hexaploid wheat / P.I. Payne, G.J. Lawrence // Cereal Res. Commun. - 1983. - P. 29-35.
22. Izadi-Darbandi A. Marker-assisted selection of high molecular weight glutenin alleles related to bread-making quality in Iranian common wheat (Triticum aestivum L.) / A. Izadi-Darbandi, B. Yazdi-Samadi // J. Genet. - 2012. - 91(2). - P. 193-198.
23. Allelic variation of high-molecular weight glutenin genes in bread wheat / O.I. Zaitseva, A.A. Burakova, A.T. Babkenov, S.A. Babkenova, M.U. Utebayev, V.A. Lemesh // Cytol Genet. - 2017. -51. - 6. - P. 432-440.
24. Piskarev V.V. Polimorfizm gliadinkodi-ruyushchih lokusov sortoobrazcov pshenicy myagkoj yarovoj Sibirskogo genofonda / V.V. Piskarev, N.I. Bojko // Sib. vestn. s.-h. nauki. - 2015. - № 6. -S. 19-24.
25. Functional properties of wheat gliadins. I. Effects on mixing characteristics and bread making quality / B.S. Khatkar, R.J. Fido, A.S. Tatham, J.D. Schofield // J. Cereal Sci. - 2002. - 35. - P. 299306.
26. GRIS - Genetic Resources Information System for Wheat and Triticale. - URL: http://wheat-pedigree.net/.
27. The relationship between HMW glutenin subunit composition and the bread-making quality of British-grown wheat varieties / P.I. Payne, M.A. Nightingale, A.F. Krattiger, L.M. Holt // J. Sci. Food Agric. -1987. - V. 40. - № 1. - P. 51-65.
28. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 / U.K. Laemmli // Nature. - 1970. - 227(5259). -P. 680-685.
29. The high-molecular-weight glutenin subunit composition of Soviet wheat varieties / A.I. Mor-
29. The high-molecular-weight glutenin subunit composition of Soviet wheat varieties / A.I. Mor-gunov, W.J. Rogers, E.J. Sayers, E.V. Metakovsky // Euphytica. - 1990. - 51(1). - P. 41-52.
30. Характеристика отечественных сортов пшеницы по высокомолекулярным глютенинам зерна / Э.Д. Неттевич, А.И. Моргунов, Д.У. Роджерс, А.М. Беспалов, Е.В. Метаковский // Докл. ВАСХНИЛ. - 1991. - № 7. - С. 2-5.
31. The overexpression of high-molecular-weight glutenin subunit Bx7 improves the dough rheo-logical properties by altering secondary and microstructures of wheat gluten / S. Li, Y. Liu, J. Tong, L. Yu, M. Ding, Z. Zhang, A. Rehman, M. Majzoobi, Z. Wang, X. Gao // Food Res. Int. - 2020. - 130. -108914.
32. High-Molecular-Weight Glutenin 1Bx17 and 1By18 Subunits Encoded by Glu-B1i Enhance Rheological Properties and Breadmaking Quality of Wheat Dough / H. Guo, J. Wu, Y. Lu, Y. Yan // J. Food Qual. - 2019.
Утебаев Марал Уралович, аспирант, Тюм-ГУ, НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева, phyto-chem@yandex.ru; Боме Нина Анатольевна, д-р с.-х. наук, проф., ТюмГУ, bomena@mail.ru; Ше-лаева Татьяна Васильевна, старший научный сотрудник, НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева, tsenter-zerna@mail.ru; Крадецкая Оксана Олеговна, младший научный сотрудник, НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева, oksana_cwr@mail.ru; Чилимова Ирина Владимировна, младший научный сотрудник, НПЦ ЗХ им. А.И. Бараева, coronela@mail.ru.
gunov, W.J. Rogers, E.J. Sayers, E.V. Metakovsky // Euphytica. - 1990. - 51(1). - P. 41-52.
30. Harakteristika otechestvennyh sortov pshenicy po vysokomolekulyarnym glyuteninam zerna / E.D. Nettevich, A.I. Morgunov, D.U. Rodzhers, A.M. Bespalov, E.V. Metakovskij // Dokl. VASKHNIL. - 1991. - № 7. - S. 2-5.
31. The overexpression of high-molecular-weight glutenin subunit Bx7 improves the dough rheo-logical properties by altering secondary and microstructures of wheat gluten / S. Li, Y. Liu, J. Tong, L. Yu, M. Ding, Z. Zhang, A. Rehman, M. Majzoobi, Z. Wang, X. Gao // Food Res. Int. - 2020. - 130. -108914.
32. High-Molecular-Weight Glutenin 1Bx17 and 1By18 Subunits Encoded by Glu-B1i Enhance Rheological Properties and Breadmaking Quality of Wheat Dough / H. Guo, J. Wu, Y. Lu, Y. Yan // J. Food Qual. - 2019.
Utebayev Maral Uralovich, Postgraduate, University of Tyumen, A.I. Barayev Research and Production Centre of Grain Farming, phyto-chem@yandex.ru; Bome Nina Anatol'evna, Doc. Agr. Sci., Prof., University of Tyumen, bome-na@mail.ru; Shelaeva Tatyana Vasil'evna, Senior Researcher, A.I. Barayev RPC GF, tsenter-zerna@mail.ru; Kradetskaya Oksana Olegovna, Junior Researcher, A.I. Barayev RPC GF, oksa-na_cwr@mail.ru; Chilimova Irina Vladimirovna, Junior Researcher, A.I. Barayev RPC GF, corone-la@mail.ru.
УДК 631.53.027.2:633.3
СЮ. ХРАМОВ1, А.Ф. СТЕПАНОВ2
1Омский аграрный научный центр, Омск
2Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН КЛЕВЕРА ЛУГОВОГО БИОЛОГИЧЕСКИМИ ПРЕПАРАТАМИ
Изучение биологической фиксации атмосферного азота бобовыми растениями и повышение коэффициента его использования относится к числу важнейших проблем развития сельскохозяйственного производства. Цель исследований - установить влияние различных штаммов клубеньковых бактерий на симбиотическую азотфиксацию и продуктивность клевера лугового в условиях подтаежной зоны Западной Сибири. Долю азота, фиксированного из атмосферы и используемого на формирование биомассы клевера лугового - коэффициент азотфиксации (Кф), - определяли методом сравнения клевера с небобо-
© Храмов С.Ю., Степанов А.Ф., 2020
