CC BY
105
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур
кандидат сельскохозяйственных наук
доктор сельскохозяйственных наук
Е. В. Мошненко,
научный сотрудник В. С. Петибская,
А. В. Кочегура,
С. В. Зеленцов,
2005, вып. 2 (133)
кандидат биологических наук
ВНИИ масличных культур
СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ УЛУЧШЕНИЕ СОИ ПО БИОХИМИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ СЕМЯН
УДК 633.853.52:575.113:581.19
Соя - важнейшая белково-масличная культура мирового земледелия, получившая в настоящее время широкое распространение. В настоящее время трудно назвать страну, которая бы в той или иной мере не использовала бы сою или продукты её переработки (Енкен, 1959; Жуковский, 1964; Brooks, 1966; Hymowitz, 1970; Бабич, 1993).
Высокие объёмы производства сои в мире, составившие в 2004 г. 206 млн. 410 тыс. тонн обусловлены её уникальным биохимическим составом и широчайшей многофункциональностью, что обеспечивает значительные преимущества по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами (Norman, 1978; Лещенко и др., 1987; ФАО, 2004).
Тем не менее, сохраняется необходимость дальнейшей селекционно-генетической работы по улучшению биохимического состава семян сои.
В настоящее время возникла необходимость создания специальных сортов сои пищевого использования, что было связано с развитием в конце ХХ века в России индустрии по производству соевых пищевых продуктов. По данным Шершнева с соавторами (1998), с середины 90-х годов в США непосредственно на продовольственные цели используется около 4 % всего производимого зерна этой культуры. В этой стране выпускается около 300 тыс. т различных белковых пищевых добавок, из них 25 % -текстурированный белок. Продукты, получаемые в результате глубокой переработки зерна сои, широко используются в системе здорового и рационального питания (Мессина и др., 1994).
Кроме этого, ставилась задача упростить использование сои в кормлении животных и птицы непосредственно в хозяйствах. При этом основной целью было выведение качественно новых сортов сои, семена которых можно было бы включать в корма в натуральном виде, то есть без термической обработки. Предполагалось, что использование более высокобелковых семян сои позволит балансировать корма по белку меньшим их количеством и за счёт этого снизить негативный суммарный эффект антипитательных компонентов семян.
Материалы и методы. В качестве исходного материала для селекции использованы образцы мировой коллекции сои ВИР, сорта и селекционные линии ВНИИМК и других научных учреждений. Посев, фенологические наблюдения, оценку и анализы селекционного материала проводили по методикам Государственной комиссии по испытанию и охране селекционных достижений, а также принятым во ВНИИМК методам.
Полевые эксперименты были заложены на полях селекционного севооборота ВНИИМК с соблюдением принятой в Краснодарском крае технологии возделывания сои. При выполнении полевых и лабораторных исследований наблюдения за растениями, их измерения и учёты проводили в соответствии с методическими указаниями по селекции сои, принятой во ВНИИМК (Мякушко и др., 1981).
Для изучения динамики содержания белка и масла, а также активности ингибиторов трипсина (ТИА) анализировали перспективные высокобелковые сортообразцы. Для этого каждые 5 дней, начиная с 25-го дня после зацветания узлов среднего яруса и до полной спелости, отбирали для анализа созревающие семена.
Все биохимические анализы проводили в отделе биохимии ВНИИМК. Оценку видов, сортов, линий, коллекционных сортообразцов и индивидуальных элитных растений сои на содержание белка, масла и трипсинингибирующей активности белка проводили на инфракрасном анализаторе ИК-4500. Жирно--кислотный состав масла определяли методом газожидкостной хроматографии.
Результаты и обсуждение. С 90-х годов ХХ века улучшение питательной ценности семян сои стало одним из важнейших направлений в селекции сои во ВНИИМК. Эта работа была инициирована развитием индустрии по переработке сои в пищевые продукты. Поскольку для этих целей использовали семена обычных сортов культуры, не обеспечивающих высоких потребительских качеств получаемых продуктов, было решено предложить специальные сорта с улучшенными пищевыми достоинствами для производства соевых молочных продуктов, консервирования, получения концентратов соевого белка и т. д.
Одновременно с этим была поставлена задача по созданию сортов сои с улучшенным биохимическим составом для использования их в кормлении животных и птицы. Поскольку в кормопроизводстве получили большое распространение необезжиренное зерно сои и продукты его переработки, то, естественно, по содержанию белка они уступали жмыху или шроту, у которых масло частично или полностью удалено. Селекция высокобелковых сортов должна была повысить эффективность использования зерна сои в кормлении всех видов животных непосредственно в условиях хозяйств. Применение сортов с пониженной активностью антипитательных веществ - ингибиторов трипсина, должно было способствовать уменьшению энергетических затрат на тепловую обработку сои, а при определённых условиях - использованию на корм зерна сои в сыром (не прошедшем термообработку) виде.
Первый этап работы по селекции сортов сои с улучшенными биохимическими характеристиками семян был инициирован нами во ВНИИМК в 1988 г. с поиска исходных форм, обладающих пониженной трипсинингибирующей активностью семян.
Оценка коммерческих сортов сои, возделываемых на территории Краснодарского края, показала, что их ТИА в среднем составляет 22,9 мг/г. Все исследуемые сорта хорошо отработаны по комплексу хозяйственно ценных признаков, однако различия между ними по активности ингибиторов трипсина были значительны (табл. 1).
Таблица 1 - Активность ингибиторов трипсина в семенах промышленно возделываемых сортов сои (в мг/г)
_ВНИИМК, КСИ, 1993-1995 гг.
Сорт Год Среднее за 3 года
1993 1994 1995
Ходсон 24,6 24,6 24,0 24,4
Лань 23,2 23,3 23,3 23,3
Быстрица 2 21,1 24,1 21,5 22,2
Руно 22,7 23,8 23,7 23,4
Юг-30 26,1 25,3 25,1 25,5
Ладья 21,6 19,3 21,9 20,9
Волна 20,5 21,3 20,8 20,9
НСРо5 2,1 2,4 2,0 -
Максимальные различия по этому признаку достигали 4,6 мг/г, при этом наиболее высоким уровнем ТИА отличались сорта Юг-30 и Ходсон, а самыми низкоингиби-торными были сорта Ладья и Волна.
Широкий диапазон варьирования трипсинингибирующей активности обнаружен при многолетнем изучении более чем 800 коллекционных образцов сои различного происхождения. Максимальные различия между образцами достигали 26,5 мг/г при крайних значениях признака 11,5 и 38,0 мг/г. Низкой ТИА, как правило, отличались коллекционные образцы, плохо адаптированные к условиям выращивания. Они характеризовались низкой урожайностью семян, низкорослостью, растрескиванием бобов при созревании.
Ранее неоднократно высказывались предположения, что высокая активность ингибиторов трипсина у сои является результатом эволюционного отбора, как способ защиты растений от поражения патогенной микрофлорой и поедания животными и птицами (Валуева, Мосолов, 2002). Однако в наших исследованиях не было обнаружено связи ТИА с устойчивостью к одной из наиболее распространённых в зоне Западного Предкавказья болезней - ложной мучнистой росе Peronospora manchurica (Naum) Syd. ex Gäum. (син. P. sojae Lehman & Wolf), а также к наиболее распространенному вредителю - паутинному клещу Tetranychus urticae Koch. (Шабалта и др., 1996). К тому же, предположение о роли ингибиторов трипсина, как фактора, обеспечивающего защиту видов рода Glycine, опровергается данными о том, что практически все исследованные нами дикорастущие виды сои подродов Soja и Glycine отличаются более низким уровнем трипсинингибирующей активности, по сравнению с культурной соей.
На основе статистического анализа всего массива данных была установлена значительная корреляционная связь между ТИА и основными биохимическими компонентами зерна сои. Так, коэффициенты корреляции между активностью ингибиторов трипсина и содержанием белка варьировали от r = -0,44 до r = -0,90; между активностью ингибиторов и содержанием масла - от r = 0,76 до r = 0,98. Не обнаружено существенной связи между ТИА и содержанием серосодержащих аминокислот и лизина.
Эксперименты показали также, что при оптимальном сроке сева между трипси-нингибирующей активностью и урожайностью корреляционная связь была положительной и составила от r = 0,53 до r = 0,79.
В целом в результате проведения скрининга коллекции было установлено, что в имеющемся в нашем распоряжении генофонде сои содержание белка варьировало от 36 до 48 %, масла - от 15 до 24 %, трипсинингибирующая активность - от 11,5 до 38,0 мг/г. В результате многолетней оценки коллекционного материала были выделены образцы сои, характеризующиеся благоприятным сочетанием интересующих признаков (табл. 2).
Таблица 2 - Перспективные низкоингибиторные коллекционные образцы сои
ВНИИМК, ПИМ, 1992-1995 гг.
Генотип Трипсинингибирующая активность, мг/г Содержание в семенах, % Масса 1000 семян, г
белка масла
Ходсон (стандарт) 23,5 40,2 22,3 174
0240 16,8 43,4 17,7 263
Т-245 15,7 45,8 17,4 286
Sioux 12,6 46,9 17,3 120
Р-73-9 11,9 47,5 17,3 101
Самыми низкоингибиторными оказались сортообразцы Р-73-9 и Sioux. Их инги-биторная активность была в 2 раза ниже, чем у стандартного сорта Ходсон. Низкий уровень ТИА у этих образцов сопровождался высоким уровнем белка, превышающим контрольный сорт на 6,7-7,3 % (абсолютных). Однако сортообразцы Sioux и Р-73-9 отличались раннеспелостью, очень низкой урожайностью семян, тёмной окраской их оболоч-
ки и высокой степенью пигментированности, а также высокой степенью растрескивае-мости бобов, что существенно усложняет селекционно-генетическую работу с ними.
Пониженной активностью ингибиторов трипсина характеризовались позднеспелые сортообразцы Т-245 и 0240. По массе 1000 семян эти образцы значительно превышали стандарт - сорт Ходсон. Они также отличались повышенным содержанием белка и имели повышенную, по сравнению с Sioux и Р-73-9, урожайность. Генотипы Т-245 и 0240 также имели признак растрескиваемости бобов, вызывающий необходимость незамедлительной уборки семян сразу после достижения фазы физиологической спелости. При этом семена сортообразца Т-245 имели чёрно-зелёную окраску оболочки, а семена сортообразца 0240 - светло-жёлтую.
В целом, все 4 выделенных низкоингибиторных сортообразца, несмотря на наличие целого ряда отрицательных доминантных признаков в их геномах, пригодны для селекционно-генетической работы с ними.
Для изучения динамики содержания белка и масла, а также активности ингибиторов трипсина были проанализированы все выделенные перспективные высокобелковые сортообразцы: Юг-30, Ходсон, 0240, Sioux и Р-73-9.
Экспериментальные данные показали, что по мере накопления сухих веществ в семенах, в них увеличивается количество белка, масла и ТИА. Коэффициенты корреляции между средней массой развивающегося семени и этими показателями составили соответственно 0,99, 0,96 и 0,87.
Было установлено, что темпы накопления основных биохимических компонентов в течение роста и развития семян сои были неодинаковы. У высокомасличного и низкобелкового сорта Юг-30 процесс образования масла нарастал вплоть до полной спелости и находился на высоком уровне, тогда как темп накопления белка стал снижаться уже после 40-го дня после образования завязи бобов (рис. 1а).
I ^ & £
<3 1
50 40
30 -■ 20 -■ 10 0
Юг-30
н—I—I—I—I—I—I-
250
200
150
100
50
0
25 35 45 55 65
День после зацветания
■ — белок ■х— ТИА
■ масло
■ масса 1000 семян
50 т
40 --
30 -■
20 -■
10
0240
т 300 ,
i
250 33
С С
-■ 200 --■ 150: -■ 100 -■ 50
0
25 35 45 55
- — белок -х— ТИА
65 75
День после зацветания
- масло
- масса 1000 семян
0
б
а
Рисунок 1 - Динамика основных биохимических компонентов в процессе развития семян сои на примере сортов Юг-30 и 0240
У высокобелковых и низкомасличных сортообразцов на примере сорта 0240 наблюдалась обратная закономерность: процесс синтеза белка сохранял положительную динамику вплоть до полной спелости (см. рис. 1б).
Экспериментальные данные показали, что характер динамики ТИА в полной мере соответствует характеру изменения масличности семян (г = 0,99) и обратно коррелирует с изменчивостью содержания общего белка (г = -0,94).
Низкоингибиторные сортообразцы Sioux и Р-73-9 характеризовались тем, что пик ингибиторной активности в них достигался раньше, имел меньшую величину, а накопление общего белка заканчивалось позже и достигало большей величины, чем у вы-сокоингибиторных сортов Юг-30 и Ходсон.
Многочисленные наблюдения, проведенные нами в 1993-1997 гг., показали, что в зрелых семенах сои также проявляется отрицательная зависимость между ТИА и содержанием общего белка (от r = -0,44 до r = -0,99) и более высокая, но положительная связь ТИА с содержанием масла (от r = 0,76 до r = 0,98).
Уровень активности ингибиторов в зрелых семенах зависел от величины и направленности процессов накопления белка и масла в процессе созревания. В тех сортах, в которых изначально синтез общего белка шел интенсивнее и заканчивался позже, а синтез масла снижал темпы после середины периода налива семян, достигая невысокого уровня, трипсинингибирующая активность была понижена.
В целом сорта сои с генетически обусловленным пониженным содержанием ингибиторов трипсина характеризовались тем, что в их зерне накопление общего белка в процессе развития семени происходило более высокими темпами и длилось вплоть до полной спелости. При этом накопление масла у таких сортов сокращалось уже на 4045-й день после зацветания. Для сортов с повышенной ТИА было характерно пониженное содержание белка, более раннее снижение темпов его накопления в процессе роста и развития, и одновременно повышенное содержание масла, а также интенсивные темпы его накопления вплоть до полной спелости.
Выделенные нами в коллекции низкоингибиторные сортообразцы 0240 и Sioux в течение ряда лет включались в скрещивания с высокопродуктивными технологичными сортами с целью получения рекомбинантных форм, которые наряду с пониженной трип-синингибирующей активностью и высоким содержанием белка в семенах обладали бы хорошим комплексом других хозяйственно ценных признаков.
В результате селекционной работы к 1995 г. было выделено более 120 линий F5 с активностью ингибиторов трипсина от 13 до 18 мг/г. Лучшие по основным хозяйственно ценным признакам линии приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Биохимическая характеристика лучших низкоингибиторных линий
ВНИИМК, 1995 г.
Родительские формы, гибридные комбинации Трипсинингибирующая активность, мг/г Содержание в семенах, %
белка масла
Ходсон (стандарт) 24,0 40,2 22,8
Р-73-9 10,3 48,8 16,2
0240 15,7 44,5 17,2
УСХИ-6 22,0 41,8 21,7
Руно 23,7 40,8 22,2
Fred 25,3 39,8 23,3
0240 х УСХИ-6 12,0 45,8 14,9
0240 х УСХИ-6 12,4 47,3 15,7
Ходсон х Р-93-9 13,0 45,1 16,1
Руно х 0240 13,4 46,8 16,8
0240 х Ходсон 13,6 46,8 16,1
0240 х Fred 14,0 46,6 16,4
Большинство из выделенных линий получены при скрещивании селекционных сортов с образцом 0240. Из всех коллекционных источников низкой активности ингибиторов трипсина геном этого образца содержал наименьшее число доминантных отрица-
тельных признаков, что и определило его частое использование в качестве родительской формы.
Следует отметить, что все низкоингибиторные линии отличались повышенным содержанием белка в семенах, что повышает их кормовые и пищевые достоинства, а также позволяет предположить сцепленное наследование этих признаков.
В результате при скрещивании образца 0240 с сортом Fred была выделена линия Л-317, отличающаяся пониженной растрескиваемостью бобов и увеличенной продуктивностью по сравнению с родительской формой 0240. На основе этой линии был создан первый отечественный низкоингибиторный сорт сои пищевого использования - Фора.
Растения сорта Фора относительно низкорослы, их высота обычно не превышает 70 см. Нижние бобы располагаются от поверхности почвы на высоте 13-15 см. Тип роста растений детерминантный - главный стебель заканчивается крупной кистью с 1015 бобами. Главный и боковые побеги толстые, повышенной грубости. Куст средней плотности, на одном растении образуется 3-6 ветвей. Опушение растений серое. Листья тройчатые, крупные, овальной формы с заострённым кончиком, тёмно-зелёной окраски. Цветки крупные, собраны в кисти по 3-6 штук в каждой. Окраска венчика цветка белая. Бобы большого размера, преимущественно двусемянные. Форма боба слабоизогнутая, окраска створок при созревании светло-коричневая. Семена крупные, удлинённой формы. Окраска семенной оболочки жёлтая, матовая, без пигментации. Семенной рубчик крупный, хорошо выражен, овально удлинённый, светло-коричневой окраски.
Сорт среднеспелый, вегетационный период 124-127 дней. Семенная продуктивность несколько пониженная и составляет 2,24-2,73 т/га. Требует особого внимания при уборке, так как даже при незначительном перестое бобы могут растрескиваться. Высокоустойчив к пепельной гнили.
От обычных сортов зернового типа сорт Фора отличается крупносемянностью (масса 1000 штук 250-300 г), повышенным содержанием белка (43,4-44,8 %). Трипсининги-бирующая активность нового сорта варьирует в зависимости от условий года и составляет 16,3-17,9 мг/г при 22-24 мг/г у обычных сортов. Содержит пониженное количество масла в семенах - 16,1-17,4 %.
Биохимические достоинства семян сорта Фора удачно сочетаются с повышенной крупностью семян, их хорошей набухаемостью, светлой окраской семенной оболочки без признаков пигментации и светлоокрашенным рубчиком. Сочетание всех этих признаков у нового сорта позволило рекомендовать его в качестве специального сорта для пищевого использования.
Практическим подтверждением этому являются результаты использования семян сорта Фора для консервирования. Совместно со специалистами КНИИ хранения и переработки сельхозпродукции (г. Краснодар) были изготовлены пробные партии консервов из семян сортов Фора и Ходсон по известной рецептуре. Пробные партии консервов из сорта Фора практически не содержали ингибиторы трипсина и обладали высокими потребительскими качествами (Патент РФ на способ производства консервов из сои № 2105482).
Наилучшие потребительские качества консервов (самая низкая ТИА, мягкая, нежная консистенция, повышенное содержание белка) во всех случаях показали образцы, изготовленные из семян сои сорта Фора.
Проведённые испытания семян сорта Фора в нескольких фирмах, специализирующихся на производстве соевых молочных продуктов, показали, что для этих целей сорт также является непревзойдённым. Он обеспечивает повышенное содержание сухих веществ в готовой продукции, высокие вкусовые качества и привлекательный товарный вид.
С 1996 г. этот сорт был передан на государственное испытание, а с 1998 г. был включен в Государственный реестр селекционных достижений и допущен к использованию в производстве в зоне Северного Кавказа (А. с. № 29222). Однако широкого распространения сорт Фора в производстве не получил из-за сохраняющегося в его геноме
доминантного признака слабой устойчивости к растрескиванию бобов при созревании. Несмотря на это, сорт Фора до настоящего времени остаётся сортом-эталоном с непревзойдёнными вкусовыми качествами семян и по этой причине он широко используется в селекционном процессе.
В период 1997-1999 гг. в конкурсном испытании изучалась линия Л-983, выделенная из гибридной комбинации 0240 х УСХИ-6. По вкусовым качествам и биохимическому составу семян эта линия оказалась близка к сорту Фора, однако превышала его по урожайности. Под названием «Веста» в 1999 г. эта линия была передана на государственное сортоиспытание.
Веста является сортом пищевого использования. От обычных сортов зернового типа отличается крупносемянностью (масса 1000 штук 230-260 г), повышенным содержанием белка (42,4-44,1 %) и пониженной активностью ингибиторов трипсина (17,219,8 мг/г). Содержит пониженное количество масла в семенах - 17,4-19,1 % (табл. 3).
Таблица 3 - Характеристика высокобелковой линии Л-283 (Веста)
ВНИИМК, КСИ, 1997-1999 гг.
Признак Веста (Л-283) Фора
1997 г. 1998 г. 1999 г. среднее за 3 года 1997 г. 1998 г. 1999 г. среднее за 3 года
Урожайность, т/га 3,40 1,66 2,37 2,48 2,15 1,03 1,91 1,70
НРС05 0,16 0,14 0,16
Вегетац. период, дни 139 123 126 129 139 123 126 129
Высота растений, см 80 72 72 74,7 54 53 47 51
Масса 1000 семян, г 265 193 233 230 296 213 294 268
Содержание белка в семенах, % 44,1 43,9 42,4 43,5 44,7 44,1 44,5 44,4
ТИА, мг/г 17,2 17,1 19,8 18,0 15,1 15,8 16,2 15,7
Сорт среднеспелый, в типичные по увлажнению годы его вегетационный период составляет 123-126 дней. Семенная продуктивность выше, чем у сорта Фора и составляет 2,5-3,0 т/га; во влажные годы, достигая 3,4 т/га.
Высота растений сорта Веста составляет 70-80 см. Нижние бобы располагаются от поверхности почвы на высоте 13 -15 см. В отличие от сорта Фора устойчив к растрескиванию бобов. Тип роста растений детерминантный - главный стебель заканчивается крупной кистью. Сорт высокоустойчив к полеганию. Главный и боковые побеги толстые, повышенной грубости. Куст средней плотности, на одном растении образуется 3 -6 ветвей. Опушение растений - серое. Семена крупные, удлинённой формы. Окраска семенной оболочки жёлтая, матовая, без пигментации. Семенной рубчик крупный, хорошо выражен, овально-удлинённый, светло-коричневой окраски. Высокоустойчив к бактериозам и ложной мучнистой росе.
Сорт сои Веста внесён в Государственный реестр селекционных достижений и допущен к использованию в производстве в зоне Северного Кавказа с 2002 г. (А. с. № 33494). Рекомендуется к использованию при производстве соевых пищевых молочных продуктов и для консервирования.
Многолетние исследования гибридных комбинаций с участием родительской формы 0240 показали, что максимальное содержание белка у гибридных линий не превышает 44-45 %. При этом высокий уровень белка в семенах, как правило, сопровождается наличием сниженной продуктивности растений и повышенной растрескиваемости бобов, что позволяет предположить наличие корреляции между высоким содержанием белка и растрескиваемостью у формы 0240.
С целью разрыва предполагаемой связи нами была проведена серия скрещиваний высокобелковых гибридных комбинаций с другими сортами: Юг-30, Лань, Ходсон, Быст-рица2.
В F4 была выделена гибридная комбинация Юг-30 х (0240 х Fred), у которой на фоне повышенного содержания белка отсутствовал признак растрескиваемости. Из этой гибридной комбинации был выделен целый ряд линий, которые прошли всестороннюю оценку в предварительном и конкурсном сортоиспытаниях.
Лучшая в гибридной комбинации Юг-30 х (0240 х Fred), селекционная линия Л-784 в течение нескольких лет стабильно накапливала в семенах 43,0-44,5 % белка, при этом её урожайность и масличность находились на уровне сортов со средними значениями этих признаков (табл. 4).
Таблица 4 - Характеристика высокопродуктивной высокобелковой линии Л-784
ВНИИМК, КСИ, 1998-2001 гг.
Признак Л-784 (Юг-30 х (0240 х Fred)) Быстрица 2 (стандарт)
1998 1999 2000 2001 среднее 1998 1999 2000 2001 среднее
Урожайность, т/га 1,22 2,48 1,42 1,05 1,54 1,03 2,13 1,38 0,99 1,38
НСР05 0,14 0,24 0,22 0,12
Вегетационный период, дни 95 112 104 103 103,5 93 112 103 111 104,8
Масса 1000 семян, г 93 121 101 97 103 103 144 132 124 126
Содержание белка, % 44,8 44,5 43,9 42,9 44,0 42,7 43,5 42,4 43,2 43,0
Содержание масла, % 20,0 21,1 21,1 21,1 20,8 21,4 21,4 21,4 20,8 21,2
ТИА, мг/г 16,3 19,1 19,2 20,6 18,8 18,5 19,6 20,1 19,8 19,5
По данным конкурсного испытания за 1998-2001 гг., линия Л-784, имея равный с сортом-стандартом Быстрица 2 вегетационный период, превысила его не только по содержанию белка, но и по урожайности семян, а в конечном итоге по сбору белка с гектара в среднем на 115 кг, или на 13 %. Поскольку линия Л-784 не отличается крупносемянностью и особо привлекательным внешним видом, её семена можно использовать в качестве сырья при получении соевой муки, концентратов, изолятов и текстуратов белка.
Уникальность данной линии заключается в том, что высокое содержание белка сочетается с высокой продуктивностью растений.
С целью дальнейшего увеличения содержания белка в семенах относительно достигнутого уровня 44-45 % в программу скрещиваний были вовлечены еще более низкоин-гибиторные, а следовательно, и более высокобелковые исходные формы Р-73-9 и Sioux. Эти образцы скрещивали с линиями, выделенными из гибридных комбинаций с участием высокобелковых родительских форм 0240 и Фора. В результате ступенчатых скрещиваний течение целого ряда лет нами был создан богатый селекционный материал, в котором выделен ряд линий с изменённым биохимическим составом и ценным сочетанием его с другими признаками.
Наиболее перспективной по содержанию белка в семенах и активности ингибиторов трипсина оказалась гибридная комбинация Л-2574/4 х Р-73-9, полученная методом ступенчатой гибридизации (рис. 2).
С 2003 г. высокобелковая линия Л-799 под названием «Валента» проходила государственное сортоиспытание, а с 2005 г. сорт сои Валента внесен в Государственный реестр селекционных достижений (А.с. № 39216). Рекомендуется к использованию при производстве соевых пищевых молочных продуктов и для консервирования.
Рисунок 2 - Происхождение высокобелковой линии Л-799
Лучшая в данной гибридной комбинации раннеспелая высокобелковая линия Л-799 в 2001-2002 гг. проходила конкурсное сортоиспытание (табл. 5).
Таблица 5 - Характеристика высокобелковой линии Л-799 (Валента) _ВНИИМК, КСИ, 2001-2002 гг.
Признак Л-799 (Валента) Быстрица 2 (стандарт)
2001 2002 среднее 2001 2002 среднее
Урожайность, т/га 0,71 1,76 1,24 0,93 2,25 1,59
НСР05 0,12 0,30
Вегетационный период, дни 106 124 115 111 120 116
Масса 1000 семян, г 112 180 146 118 195 157
Содержание белка, % 49,2 46,6 47,9 43,6 42,8 43,2
Содержание масла, % 16,3 17,2 16,7 20,6 20,0 20,3
ТИА, мг/г 10,6 14,3 12,4 19,2 19,2 19,2
В семенах этого сорта в среднем накапливается 47,9 % белка, в отдельные годы, достигая уровня более 49 %. По урожайности семян высокобелковый сорт Валента несколько уступает стандарту - сорту Быстрица 2, тем не менее, Валента отнесена нами к категории особо ценных.
Это объясняется тем, что у этого сорта наряду с высоким процентом белка, содержание масла в семенах остаётся на достаточно высоком уровне. Биохимическая оценка коллекционных образцов, в том числе и дикорастущих форм сои, показывает, что уровню белка в семенах 47-48 %, как правило, соответствует масличность 12-14 %. У сорта Валента в семенах накапливается в среднем 17,1 % масла, что всего на 2,9-4,1 % меньше, чем у обычных сортов.
Наибольшая практическая ценность и уникальность сорта Валента заключается в том, что у него на 36-71 %, по сравнению с обычными сортами, снижена трипсинингиби-рующая активность белка. В то время как активность ингибиторов трипсина в семенах обычных сортов составляет 19,2-23,5 мг/г муки, у сорта Валента она варьирует в пределах 10,6-14,3 мг/г (в среднем 12,5 мг/г). Кроме того, этот сорт хорошо отселектирован по основным хозяйственно ценным признакам. Урожайность семян в сравнении с обычными сортами (со средним содержанием белка) несколько пониженная (на 10-15 %). Устойчив к ложной мучнистой росе и раку стеблей.
Растения средней высоты - 45-85 см. Главный стебель с незаконченным типом роста, форма куста полусжатая, устойчивость растений к полеганию высокая. Высота расположения нижних бобов 12-13 см от поверхности почвы. Опушение растений густое, серое. Бобы средней величины, преимущественно двусемянные, слабоизогнутой формы. Окраска бобов при созревании коричневая. Бобы устойчивы к растрескиванию при перестое растений на корню. Семена от мелких до средних - масса 1000 семян 120-140 г; по форме семена овально-удлинённые. Окраска семенной оболочки жёлтая, рубчик семени коричневый, средней величины, овально-удлинённой формы, хорошо выражен.
Ранее нами были получены положительные результаты, свидетельствующие о том, что низкая трипсинингибирующая активность позволяет использовать семена сорта Вален-та в кормлении птиц без предварительной термообработки. Так, в совместном опыте, проведённом в Кубанском государственном аграрном университете на перепелах, наилучшие результаты были достигнуты на варианте кормления, где в качестве источника белка использовали натуральные семена сорта Валента замоченные на 2-е суток в воде с добавлением спирулины (Spirulina platensis). На этом варианте живая масса перепела на 49-е сутки кормления была на 6,4 % больше, чем на варианте с термообработанной (автоклавирован-ной) соей со средней активностью ингибиторов трипсина (Петенко и др., 2003).
Ещё более значительные преимущества низкоингибиторного белка сорта Вален-та отмечены при оценке яйценосной продуктивности перепелов. В этом опыте натуральные (замоченные в воде) семена сорта Валента обеспечили в среднем 8,2 яиц на одну несушку, при использовании же автоклавированных семян обычного сорта количество яиц было в 2,5 раза меньше и составило всего 3,3 шт.
Биохимический анализ семян сорта Валента показал повышенную вариабельность между отдельными растениями по содержанию белка и ТИА (У=19-25 %), превышающую матрикальную (в пределах растения) вариабельность ^=15-18 %). Это позволило предположить наличие гетерогенности сорта Валента по биохимическому составу. Индивидуальный внутрисортовой отбор растений с оценкой содержания белка в потомстве позволил выделить в сорте Валента несколько морфологически не отличающихся изолиний с содержанием белка от 44 до 49 % (табл. 6).
Таблица 6 - Содержание белка у очень высокобелковых линий, выделенных из сорта Валента
_ВНИИМК, СП, 2000-2002 гг.
Сорт Содержание белка, % Среднее
2000 г. 2001 г. 2002 г.
Вилана 41,2 42,0 41,1 41,4
Валента 47,5 48,7 46,6 47,6
Л-799/72 48,9 49,0 49,1 49,0
Л-799/1733 48,5 49,4 48,8 48,9
НСР05 0,7 0,9 1,1
Приведенные в табл. 6 лучшие линии с очень высоким (до 49 %) константным содержанием белка в семенах практически не отличались от исходного сорта по морфо-метрическим признакам, что позволяет в перспективе заменить сорт Валента на еще более высокобелковую форму.
Наличие в нашей рабочей коллекции форм сои как с высокими, так и со средними значениями этих признаков, позволили провести их гибридологический анализ. С этой целью в 2002 г. был проведён ряд скрещиваний с участием высокобелковых образцов сои Л-799 (Валента), Т-245 и Фора, а также сортов и линий сои со средним (39-41 %) количеством белка в семенах.
По каждой комбинации было опылено по 15-20 цветков. Завязываемость составила в среднем 26 %, с варьированием от 5 до 67 %. Малое число семян в F1 - 1-15 шт. не позволило оценить их биохимический состав в этом поколении.
В обнаружено широкое варьирование по содержанию масла, белка и ТИА в семенах индивидуальных гибридных растений всех гибридных комбинаций (табл. 7). Практически во всех гибридных комбинациях выявлены растения с трансгрессивным увеличением или снижением биохимических показателей по отношению к родительским формам.
Минимальное содержание масла, составившее 11,9 %, было обнаружено у гибридного растения в комбинации Лира х Фора. В семенах этого же растения сформировалось максимальное в опыте количество белка - 50,8 % и минимальное ТИА - 9,3 мг/г.
Анализ компонентного состава семян гибридных комбинаций Б2 позволил сделать ряд предварительных выводов.
Таблица 7 - Биохимический состав семян гибридных комбинаций _ВНИИМК, 2003 г.
Гибридная комбинация Всего растений F2, шт. Содержание в семенах, % ТИА, мг/г
масла белка
средн. min max средн. min max средн. min max
Л-784 х Л-799 37 17.5 12,5 20,7 43,6 40,3 49,8 16,0 9,9 20,7
Л-1196 х Л-799 45 17,1 13,1 21,7 44,1 39,1 48,9 15,4 10,4 22,3
Примор х Л-799 57 18,4 13,2 21,7 42,6 39,0 48,7 17,4 10,6 22,4
Лира х Т-245 30 19,8 15,4 21,5 41,3 39,3 45,7 19,3 13,1 22,1
Лира х Фора 31 17,9 11,9 21,2 43,2 39,7 50,8 16.6 9,3 21.6
Почти во всех комбинациях изменчивость признаков содержания масла, белка и ТИА, в целом, носила непрерывный характер. Наличие непрерывного вариационного ряда по всем исследуемым показателям указывает на полигенную природу признаков содержания белка, масла и трипсинингибирующей активности.
В целом полученные результаты селекционно-генетического улучшения сои по признакам содержания белка и трипсинингибирущей активности подтверждают достоверность теоретических прогнозов (рис. 3).
G. soja G.gracilis G.max G.max* G. soja G.gracilis G.max G.max*
Вид сои Вид сои
-► Тренд эволюции
___^ Направление селекционно-генетического улучшения
Рисунок 3 - Результаты селекционно-генетического улучшения культурной сои по содержанию белка и ТИА
в. тах* - высокобелковый и низкоингибиторный сорт сои Валента Выделенные формы с различной экспрессивностью биохимических признаков были включены в серию скрещиваний. В результате была создана группа сортов сои с пониженной ТИА и повышенным содержанием в семенах белка. Улучшенный биохими-46
ческий состав, привлекательный внешний вид и хорошая набухаемость семян сортов Фора и Веста позволили рекомендовать их как специальные сорта для пищевого использования. По сути, эти сорта явились первыми в России специальными сортами сои пищевого типа.
Новым этапом в селекции сои во ВНИИМК можно считать создание первого в России супервысокобелкового и низкоингибиторного сорта сои Валента. Развитие этого направления привело к созданию линий сои, позволяющих получать 47-49 %, а в отдельные годы до 50 % белка.
Литература
1. Бабич А. О. Сучасне виробництво i використання со!. - Кшв: Урожай, 1993. -
430 с.
2. Валуева Т. А., Мосолов В. В. Роль ингибиторов протеолитических ферментов в защите растений // Успехи биологической химии. - 2002. - Т. 42. - С. 193-216.
3. Енкен В. Б. Соя. - М.: Гос. изд-во с.-х. лит-ры, 1959. - 653 с.
4. Жуковский П. М. Культурные растения и их сородичи. - Л.: Колос, 1964. -
752 с.
5. Лещенко А. К., Сичкарь В. И., Михайлов В. Г., Марьюшкин В. Ф. Соя (Генетика, селекция, семеноводство) // Киев: Наукова думка, 1987. - С. 91.
6. Мессина М., Мессина В., Сетчелл К. Обыкновенная соя и ваше здоровье. -Майкоп: ассоциация «АССОЯ», 1995. - 203 с.
7. Мякушко Ю. П., Лунин Н. Д., Подкина Д. В., Кочегура А. В. Методические указания по селекции и семеноводству сои. - М., 1981. - 35 с.
8. Петенко А. И., Кощаева О. В., Кошаева А. Г., Петибская В. С., Кочегура А. В., Зеленцов С. В. Влияние биохимического состава семян сои на эффективность их использования при кормлении перепелов // Науч.-техн. бюл. ВНИИМК. - 2003. - Вып. 2 (129). - С. 75-78.
9. Шабалта О. М., Петибская В. С., Кочегура А. В., Зеленцов С. В., Трембак Е. Н. Оценка селекционного материала сои на повреждаемость паутинным клещем // Науч.-техн. бюл. ВНИИМК. - Краснодар, 1996. - Вып. 117. - С. 88-90.
10. Шершнев Е. С., Коротких А. А., Ларионов В. Г., Табагуа Л. Д., Мамико-нян М. Л. Соевые бобы - ключевое звено современного кормопроизводства и повышения качества питания человека // М.: Пищевая промышленность. - 1998. - № 8. - С. 36-38.
11. Brooks H. Applied and economic botany // The plant sciences now and in the coming decade. Nat. Acad. Sci.-Nat. Res. Council Publ. - 1966. - № 14.05. - P. 100-114.
12. Hymowitz T. On the domestication of the soybean // Economic Botany. - 1970. -Vol. 24. - № 4. - P. 408-421
13. Norman A. G. Soybean Physiology, Agronomy and Utilization. - Academic Press,
1978.
14. The 2004 Year Database of Food and Agriculture Organization (FAO) [Электронный ресурс]. - 2004. - Режим доступа: http://www.fao.org/ agriculture/prime crops/soybean.
