CC BY
69
зерна пшеницы и других зерновых культур». - М.: РАСХН. - 199S.
Т. Влияние азотных подкормок на содержание азота в почве и растениях озимой пшеницы. / Сандухадзе Б.И., Лобода Б.П., Асхадуллин Д.Ф., Журавлева Е.В. // Агрохимический вестник. - 2006. - №1.
WINTER WHEAT BREEDING IS THE MOST IMPORTANT FACTOR FOR INCREASE IN PRODUCTIVITY
AND QUALITY
B.I. Sandukhadze
Summary. An analysis of yield and quality of winter wheat grain is given, a variability of these signs under condition of the Central Nonblack Soil zone is shown, methods for quality increase are cited and the complication of its realization is noted. It is noted, that severe for high quality grain formation years are not often in this region and it can be obtained with using appropriate varieties and technologies, many thanks to breeding. The low phenotypic variability of gluten and protein quality and of bread volume yield has a preferable value in a point of breeding. This could indicate the availability of primary evaluation and selection of breeding material for such characteristics.
Key words: winter wheat, breeding, variety, productivity, quality.
УДК 633.14
ПЕРСПЕКТИВЫ УЛУЧШЕНИЯ КОРМОВОЙ ЦЕННОСТИ ЗЕРНА РЖИ МЕТОДАМИ СЕЛЕКЦИИ
А.А. ГОНЧАРЕНКО, академик РАСХН, зам. директора
Московский НИИСХ
E-mail: [email protected]
Резюме. Обоснована возможность использования показателя средневзвешенной молекулярной массы пентоза-нов в селекции ржи. Доказано, что на его основе можно надежно прогнозировать уровень вязкости водного экстракта (г=0,95) и связанные с ним технологические и хлебопекарные качества зерна. Показано, что с молекулярной массой пентозанов положительно коррелирует содержание водорастворимых пентозанов, формоустойчивость подового хлеба и содержание белка, а отрицательно -натура зерна, масса 1000 зерен и объемный выход формового хлеба. Кроме того, на основании проведенных исследований сделан предварительный вывод о необходимости целевой селекции на кормовое использование пшеницы Ключевые слова: рожь, селекция, петозаны, вязкость водного экстракта, молекулярная масса, пшеница.
Озимая рожь имеет большое значение не только как хлебная, но и как кормовая культура. Ценность ее определяется тем, что весной она дает ранний высококачественный зеленый корм и силос, а белок зерна ржи содержит больше лимитирующих аминокислот (лизина, аргинина, треонина и валина), чем у пшеницы. По концентрации обменной энергии (13 МДж/кг) рожь превосходит ячмень и овес, а также распологает богатым спектром других питательных веществ (витамины, микроэлементы, биологически активные вещества), которые необходимы для питания животных. Привлекает животноводов и сравнительно низкая цена фуражной ржи.
Однако в зерне этой культуры содержится относительно много веществ, снижающих переваримость питательных элементов и эффективность кормления. Это некрахмальные полисахариды (пентозаны), основные компоненты которых - водорастворимые и водонерастворимые глюкоза, арабиноза и ксилоза (так называемые арабиноксиланы). Суммарно в зерне ржи содер-Достижения науки и техники АПК, №11-2010 __
жится 7...13 % арабиноксиланов [1], из них на долю водорастворимых приходится 20.38 % от общего содержания [2]. Некрахмальные полисахариды - главное препятствие при использовании зерна ржи на корм. В пищеварительном тракте животных они сильно набухают и образуют вязкие растворы (слизи), которые обволакивают гранулы крахмала и протеинов, затрудняя доступ к ним гидролитических ферментов. В результате возникают два отрицательных последствия: жидкий помет и снижение продуктивности животных [3]. Во избежание этого в рационы приходится включать специальные полиферментные добавки и премиксы, что удорожает производство животноводческой продукции [4].
Высокое количество пентозанов нежелательно и при промышленной переработке ржи на крахмал, сахар, этиловый спирт. Для эффективного извлечения чистого крахмала зерно должно характеризоваться низким содержанием водорастворимых пентозанов, что изменит водо-поглощение в процессе его производства, а также отличаться низкой активностью фермента альфа-амилаза, чтобы избежать преждевременного повреждения крахмальных зерен [5]. Кроме того, при производстве спирта и сахара структура крахмала должна быть крупнозернистой, а амилазная активность высокой [6].
В то же время при производстве ржаного хлеба водорастворимые пентозаны играют положительную роль. Обладая высокой водопоглотительной способностью, они в сочетании с низкой амилазной активностью и клейкими свойствами крахмала существенно улучшают хлебопекарные качества муки из зерна ржи [7]. Их роль особенно возрастает в случаях, когда крахмал в силу ряда причин не способен связывать всю влагу теста и образует много липких декстринов. Пентозаны фактически компенсируют отсутствие клейковинных белков у ржи, так как повышают вязкость теста, усиливают его формоустойчивость и улучшают структурно-механические свойства мякиша
- уменьшают липкость, заминаемость, влажность [8].
Расширение сферы использования зерна озимой ржи
- важная проблема. Особенность требований нынешне-
го рынка к селекции ржи - это технологическая и потре------------------------------------------------ 7
Таблица 1. Сравнительная оценка динамической вязкости водного экстракта зернового шрота различных зерновых культур (сПуаз, 2003-2009 гг.)
Озимая рожь | Озимая тритикале Озимая пшеница Яровая пшеница
Восход 1 4,20 Антей 1,31 Немчиновская 24 1,25 Амир 1,14
Восход 2 4,62 Виктор 1 ,62 Инна 1,24 МИС 1,13
Крона 6,05 Гермес 1,83 Памяти Федина 1 ,20 Родина 1,17
Альфа 5,32 Немчиновская 56 1,42 Московская 39 1,22 Лада 1,19
Среднее 5,05 1,52 1,23 1,16
бительская адресность создаваемых сортов, которая се-
годня должна вытеснять прежний универсализм [9]. Задача селекции состоит в том, чтобы дать разнообразное по цели использования зерно, пригодное не только для хлебопечения, но и на корм животным, для производства крахмала, спирта, солода, сиропа, фармацевтических препаратов, разнообразных биополимеров и др.[10]. В этой связи представляет интерес использование в качестве универсального критерия потенциала вязкости водного экстракта зерна озимой ржи.
Результаты наших исследований показывают, что по вязкости водного экстракта озимая рожь превосходит озимую тритикале в 3,3 раза, а яровую и озимую пшеницу более чем в 4 раза (табл. 1). Межсортовые различия по этому признаку весьма значительны и варьируют в пределах 4,3...7,3 сП.с (рис. 1). При этом многолетний мониторинг подтверждает, что потенциал вязкости обусловлен не только генетическими, но и экологическими факторами. Модификационная изменчивость этого признака зависит от количества осадков в период налива и созревания зерна, а также от технологии возделывания и условий хранения. Установлено, что вязкость водного экстракта ржи сильнее реагирует на изменение погодных условий года, чем у других зерновых культур. Одновременно ее варьирование под влиянием погодных условий более чем в 2 раза превосходит генотипическое (рис. 2). В засушливые годы потенциал вязкости у ржи значительно повышается, а во влажные - снижается.
Поскольку пентозаны представляют собой высокомолекулярные полисахариды, то можно предположить, что их молекулярная масса у сортов с разной экстрагируемой вязкостью будет различаться. С этой целью мы в 2004-2007 гг. изучили 20 сортов ржи по средневзвешенной молекулярной массе водорастворимых пентозанов [11]. Были выделены инбредные линии с высокой, средней и низкой вязкостью. Оказалось, что мак-
Рис. 2. Влияние погодных условий года на уровень вязкости водного экстракта (сП.с, Оу=38,7 %).
ромолекулы пентозанов ржи с высокой вязкостью отличаются большей молекулярной массой, по сравнению с пентозанами от ржи со средней и низкой вязкостью. Обнаружено двухдисперсное состояние водных экстрактов водорастворимых пентозанов, которое у ржи было выражено сильнее, чем у пшеницы и тритикале. Межсортовое варьирование оказалось средним и составило 13,5.22,1 %. Во влажные годы молекулярная масса пентозанов снижалась, а в засушливые возрастала. Установлена положительная связь этого признака с вязкостью водного экстракта (г=0,95, рис.З). Кроме того, с молекулярной массой пентозанов положительно коррелировали содержание водорастворимых пентозанов, формоустойчивость подового хлеба и содержание белка, а отрицательно - натура зерна, масса 1000 зерен и объемный выход формового хлеба.
Таким образом, оценка сортов ржи по степени полимеризации водорастворимых пентозанов может служить важным индикатором их технологических и хлебопекарных качеств. Большая межсортовая изменчивость среднезве-шенной молекулярной массы водоростворимых пентозов указывает на целесообразность включения этого признака в стратегию селекции ржи на качество. На основе этого признака можно надежно прогнозировать уровень вязкости водного экстракта и связанные с ним технологические и хлебопекарные качества зерна. В селекционном плане важно то, Достижения науки и техники АПК, №11-2010
Таблица 3. Переваримость зерна у различных зерновых культур (по данным ВНИИФБиПЖ, Боровск, 2009)
ракта и молекулярной массой пентозанового комплекса у ржи (п=30).
что выею кая натура и высокая масса 1000 зерен коррелятивно отражают низкую вязкость водного экстракта и наоборот.
По результатам 6-летней (2004-2009 гг.) оценки ржи мы отобрали инбредные линии с контрастной (от 2,7 до 9,9 сП, то есть более чем в 3 раза) вязкостью водного экстракта (табл. 2). У стандарта Валдай средняя величина этого показателя была промежуточной (5,3 сП). Важно отметить, что некоторые инбредные линии по вязкости водного экстракта были близки к уровню озимой тритикале. Мы полагаем, что на их основе возможен синтез зернофуражных гибридов. Пока что на базе этих линий получены синтетики с контрастной вязкостью водного экстракта и ведется изучение их кормовой ценности, предварительные результаты которого позволяют оптимистично оценивать это направление селекции (табл. 3). Так, пере-
Культу-
ра
Вяз-
кость
Сорт водно гв
экстра-
кта, сП
Доступность иперевариванию за 12 ч в рубце фистул иро-ванных коров. %
Озимая
пшеница
Озимая
тритигале
Озимая
рожь
Московская
39
Немчинсе-скаябб Лтия Н-224 Іїіния Н-1079
сухого ве-щества
протеина
1,1
1,5
4,0
1А-
58,8
78,7
87,3
76,6
48,8
72,7
87,2
левой селекции пшеницы на кормовое использование.
Сильнее всего вязкость водного экстракта у изучаемых сортов варьировала под влиянием метеоусловий года (табл. 4). Модификационная изменчивость этого признака бала тесно связана с количеством осадков, выпавших в период созревания зерна ржи, а также со степенью полегания растений. Синхронно с вязкостью изменялась и средневзвешенная молекулярная масса пентозанов. По этим двум признакам межсортовые различия наиболее четко проявились в засушливом 2007 г, что можно объяснить отсутствием влияния такого фактора, как полегание растений. Характер же межсортового варьирования содержания водорастворимых пентозанов заметно контрастировал: в 2007 г. он был наименьшим (3,0 %), а в
2009 г. - более чем удвоился (7,3 %). Вероятно, это могло Таблица 4. Динамика изменения статистических параметров вязкости вод-варимость сухого вещества ного экстракта, содержания водорастворимых пентозанов и их средневзве-
кой линии ржи Н-224 явно превосходила величины этих показателей у тритикале и высоковязкой линии Н-1079. Что касается сильной пшеницы Московская 39, то низкую переваримость зерна этого сорта можно объяснить наличием ряда биохимических свойств, негативно влияющих на ее кормовую ценность. Отсюда напрашивается предварительный вывод и о необходимости це-
Таблица 2. Инбредные линии озимой ржи с контрастной вязкостью водного экстракта зернового
Признак Параметр Год
2007 2008 2009
Вязкость водного экстракта, Х±вх 9,7±0,6 4,6±0,2 4,4±0,2
сЛ.с Х/пЬ...Хлмк 4,9...18,4 ю со ча- со 3,4...6,5
О, % 28,5 18,8 18,1
Содержание водораствори- ХіЬс 7,4±0,05 6,4±0,07 6,3±0,10
мых пентозанов,% Хщії ■ ■ ■ Хтвх 7,0...7,8 5,9...7,1 5,7... 7,2
О/, % 3,0 5,4 7,3
Средневзвешенная молеку- х±эх 3,5±0,14 2,2±0,06 2,1 ±0,07
лярная масса пентозанов, ХтЦ...Хтах 2,6...5,6 1,8...2,7 1,8...2,7
кДа О/, % 18,6 13,2 12,4
Линия 2004 г. 2005 г. 2006 а. 2007 а. 2008 а. 2009 а. Сре- днее
Низкая вязкость
Н-312 2,2 3,6 3,2 3>8 1,9 1,9 2,8
Н-515 2,8 2,7 3,7 5^3 2,6 2,5 3,1
Н-606 2,1 2,2 2,4 6^6 2,7 2,1 2,9
Н-619 2,2 2,6 2,9 4,2 2,4 2,1 2,7
В-696 3,1 2,4 3,7 6,2 2,4 2,4 3,3
Высокая вязкость
Н- 577 11,2 8,5 11,5 14,6 6,5 6,4 9,8
Н-637 9,2 6,1 11,7 14,7 73 5,8 9,2
В-720 12,0 6,5 7,1 13,6 8,1 7,5 9,1
В-822 9,0 7,7 8 13,3 6,7 9,9 9,1
В-826 4,7 7,4 8,8 7,1 5,7 26,0 9,9
В-1048 7,6 6,1 8,3 13,4 6,2 9,4 8,5
Валдай
(стандарт) 4,2 4,4 6,2 7г4 4,3 5,2 Й.З
Достижения науки и техники АПК, №11-2010
быть обусловлено различием сортов по устойчивости к полеганию. Тем не менее, мы констатировали низкое межсортовое варьирование содержания водорастворимых пентозанов, а также то обстоятельство, что при равном количестве пентозанов сорта ржи могут различаться по вязкости водного экстракта.
Особый интерес представляют перспективы селекции ржи на улучшение зернофуражной пригодности. В свете изложенного ясно, что главная задача состоит в том, чтобы методами селекции изменить структуру некрахмальных полисахаридов, увеличив долю легко гид-ролизуемыех в желудочно-кишечном тракте животных углеводов этого типа. Такое направление селекции привлекает тем, что это может существенно расширить сферу кормового использования зерна ржи. Поскольку возможности селекции в этом направлении пока не реализованы на практике, представляет интерес спрогнозировать будущие результаты. Имеющиеся на сегдня данные позволяют предположить, что отбор низковязких генотипов из-за коррелятивных эффектов приведет к изменению внутренней структуры зерновки ржи, в частно-
-------------------------------------------- 9
сти, к уменьшению размера алейроновых клеток и тол- менении и во внешней архитектонике растения, в част-
щины клеточных стенок эндосперма, перемещению цен- ности, некоторого увеличения длины стебля. Взвешивая
тра локализации низкомолекулярных пентозанов преиму- все возможные эффекты, мы полагаем, что создать низ-
щественно в периферическую часть зерновки, а в целом ковязкую рожь будет сложнее, чем высоковязкую. Поэто-
к изменению соотношения между массой оболочки и эн- му перспективным направлением исследований следу-
досперма в пользу последнего, то есть к повышению крах- ет считать поиск путей биохимической перестройки по-
малистости зерна ржи. Вероятно, следует ожидать из- лисахаридного комплекса зерна ржи.
Литература.
1. Henry R.J. Pentosan and (1 3), (14)-beta-glucan concentrations in endosperm and wholegrain of weat, barley, oats and
rye.// J.Cereal Sci.,1987, 6: 253-258.
2. Nilsson M., Aman P., Harkonen H., Hallmans G., Bach Knudsen K.E., Mazur W., Adlercreutz H. Nutrient and lignan content, dough properties and baking performance of rye samples used in Scandinavia.//Acta Agric.Scand., select.B, Soil and Plant Sci. - 1997. - 47. - P. 26-34.
3. Rakowska M. The nutritive quality of rye. //Vortr. Pflanzenzuchtung. - 1996. - 35. - P. 85-95.
4. Зимин С. Рожь в комбикормовой продукции// Комбикормовая промышленность. - 1993. - 5-6. - C. 30-31.
5. Flamme W., Dill P., Jansen G., Roux S. Developing rye germplasm for alternative uses: Quality assessment methods and progress from selection. //Vortr. Pflanzenzuchtung. - 1996. - 35. - P. 129-138.
6. Drews E., Seibel W. Bread baking and other uses around the World.// In: Bushuk W. Rye: Production, Chemistry and Technology. - 1976. - P.127-174.
7. Бушук В., Кэмпбелл У.П., Древс Э. Рожь: производство, химия и техноогия.//М.: Колос. - 1980. - 247 с.
8. Weipert D. Pentosans as selection traits in rye breeding.//Vortr. Pflanzenzucht. - 1996. - 35. - P. 109-119.
9. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России. М.:Агрорус. - 2004. - 1109 с.
10. Flamme W., Dill P., Jansen G., Roux S. Developing rye germplasm for alternative uses: Quality assessment methods and progress from selection. //Vortr. Pflanzenzuchtung. - 1996. - 35. - P. 129-138.
11. Гончаренко А.А., Тимощенко А.С., Беркутова Н.С., Лазарева Е.Н. Связь средневзвешенной молекулярной массы водоэкстрактивных пентозанов озимой ржи с технологическими и хлебопекарными качествами //Доклады Росельхозака-демии. - 2008. - 4. - С. 3-6.
PROSPECTS FOR IMPROVING OF RYE GRAIN FEED VALUE BY BREEDING METHODS A.A. Goncharenko
Summary. The possibility of using the index of weight average molecular mass of pentosans in rye breeding are justified. In is proved, that it could reliably predict the level of aqueous extract viscosity (r = 0.95) and related technological and baking quality of grain. It is shown that the molecular mass of pentosans positively correlated with content of water-soluble pentosans, stability of shape of hearth bread and protein content, and negatively - with natural weight of grain, mass of 1000 seeds and volume yield of pan bread.
Key words: rye, breeding, pentosans, aqueous extract viscosity, molecular mass, wheat.
УДК 633.13
ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЯ И КАЧЕСТВА ЗЕРНА ОВСА
r.A^ATAnOBA, член-корреспондент РACХH, зам. директора
НИИСХ Северо-Востока E-mail: [email protected]
Резюме. В статье предложены перспективные направления селекции овса на улучшение различных признаков качества продукции. Проведено сопоставление качества зерна голозерных и пленчатых сортов этой культуры, отмечены преимущества голозерных форм (большее на 1,86 %, по сравнению с шелушенным зерном пленчатых форм, содержание белка и на 1,28 % - жира, меньшее на 1,13 % - клетчатки и др.) и их недостатки (меньшая урожайность и устойчивость к ряду заболеваний, опушенность, невыровненность массы зерна и др.). Указаны возможности повышения селекционным путем количества белка (у пленчатых форм до 17 %, у голозерных - до 18...19 %) и жира (до 9...12 %) в зерне овса. Представлены способы улучшения качества основной продукции овса технологическими методами (увеличе-
ние содержания белка в зерне в зависимости от предшественника на 0,61...4,91 %, от подкормки азотом - на 0,27. ..2,47 %, содержания жира от применения биологических препаратов - на 0,28.1,08 % и др.)
Ключевые слова: овес, сорт, генетический потенциал, голозерный овес, селекция, предшественник, биологический препарат.
Овес - одна из наиболее важных и распространенных зерновых культур, как в мировом земледелии, так и в России. В России производится 22,5 % мирового объма зерна этой культуры, в Канаде - 12,1 %, в США и Австралии -5,6 %. Практически весь мировой валовой сбор овса потребляется внутри стран производителей (табл. 1). В целом производство зерна этой культуры в последние годы стабилизировалось, однако наблюдается тенденция к неполному удовлетворению потребностей в нем.
Основные посевы овса в России сосредоточены в Сибирском (1337,1 тыс. га), Приволжском (861,9 тыс.га) и Центральном (553,7 тыс.га) федеральных округах. Наибольшее его производство в 2009 г отмечено, как и в __ Достижения науки и техники АПК, №11-2010
