CC BY
26
УДК633.854.78:631.527:632.9
СЕЛЕКЦИЯ ПОДСОЛНЕЧНИКА НА УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА МАСЛА
Н. С. ХАРИТОНЕНКО, В. В. КИРИЧЕНКО, В. В. ПОЗДНЯКОВ, О. В. АНЦЫФЕРОВА,
В. П. КОЛОМАЦКАЯ, С. И. СВЯТЧЕНКО
Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН Украины, г. Харьков, Украина, 61060
(Поступила в редакцию 18.04.2018)
Селекция подсолнечника ведется по многим признакам, однако существуют основные ее направления, которые могут изменяться в зависимости от зоны возделывания. К этим направлениям относятся селекция на высокую продуктивность, устойчивость к болезням и вредителям, высокую масличность и высокое качество масла, технологичность, адаптивность [1]. В последние годы селекция на качество подсолнечного масла перешла на принципиально новый этап. В семенах сортов и гибридов масличного подсолнечника содержится от 55 до 60 % масла. Долгое время основным направлением селекции подсолнечника было получение сортов и гибридов с высоким содержанием масла.
В статье наведены результаты исследований линий подсолнечника селекции Института растениеводства им. В. Я. Юрьева (ИР) и линий-мутантов на содержание разных изомеров токоферолов, которые использовались для создания новых инцухт-линий. В линиях ИР установлено высокое содержание а-токоферола - Х135В (99,22 %), в-токоферола -Х736В (6,13 %), у-токоферола -Х279 (3,59 %), S-токоферола -Х134В (1,22 %). Проведен анализ линий-мутантов с измененным составом токоферолов, который показал высокое содержание в-токоферола - Vk-L-4 (57,21 %), у-токоферола -Vk-L-1 (21,37 %), S-токоферола - Vk-L-1 (68,75 %). Установлена степень фенотипического доминирования по каждому изомеру в инцухт-линиях первого и второго поколений. Результаты показали, что за исключением отдельных случаев по типу сверхдоминирования наследуется а-, в- и у-токоферол, а S-токоферол наследуется по типу частичного отрицательного наследования.
Ключевые слова: подсолнечник, антиоксидантная способность, токоферолы, качество масла.
Selection of sunflower is carried out according to many indicators, but there are its main directions, which can vary depending on the cultivation zone. These areas include selection for high productivity, resistance to diseases and pests, high oil content and high oil quality, processability, adaptability. In recent years, selection for the quality of sunflower oil has moved to a fundamentally new stage. Seeds of varieties and hybrids of oil-bearing sunflower contain from 55 to 60% of the oil. For a long time, the main direction of sunflower breeding was the production of varieties and hybrids with a high oil content. The article presents results of research into the lines of sunflower of the selection at the Institute of Plant Growing named after V.Ia. Iurev and mutant lines according to the content of different isomers of tocopherols, which were used to create new in-breeding lines. In the lines of the Institute, we established a high content of а-tocopherol - X135B (99.22%), в-tocopherol - X736B (6.13%), y-tocopherol - Х279 (3.59%), S-tocopherol - Х134В (1.22%). We have analyzed mutant lines with a changed composition of tocopherols and found high content of в-tocopherol - Vk-L-4 (57.21%), y-tocopherol - Vk-L-1 (21.37%), S-tocopherol - Vk-L-1 (68.75%). The degree ofphenotypic dominance of each isomer in the first and second generations of in-breeding lines has been established. The results showed that, with the exception of individual cases, а-, в- and y-tocopherol is inherited by the type of over-dominance, and S-tocopherol is inherited by the type of partial negative inheritance.
Key words: sunflower, antioxidant capacity, tocopherols, oil quality.
Введение
Исследования в области биохимии свидетельствуют о широких пределах варьирования жирнокис-лотного состава подсолнечного масла, что способствует возникновению нового направления селекции подсолнечника на качество масла, что характеризуется его пищевой, биологической и технологической ценностью, зависит от жирнокислотного состава, а также от наличия различных жирорастворимых сопутствующих компонентов, таких как токоферолы, стеролы, пигменты и др. Селекция подсолнечника на высокое качество масла заключается в создании сортов и гибридов с новым типом масла, который определяется характером его использования [2].
В результате исследований жирнокислотного состава масла идентифицировано четырнадцать компонентов. Однако девять из них не представляют собой промышленного интереса. Оставшиеся пять компонентов являются важными биохимическими составляющими масла подсолнечника, которые и определяют его качество. К ним относят: пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линоле-вую и линоленовую жирные кислоты [3]. Нами созданы компоненты гибридов подсолнечника, которые обеспечивают получение линий подсолнечника с разным содержанием жирных кислот.
В зависимости от преобладания одного из компонентов семена подсолнечника условно делятся на четыре категории: высокоолеиновый подсолнечник - содержание олеиновой кислоты составляет 9495 %. В Институте растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН уже созданы гибриды F1, которые обеспечивают содержание олеиновой кислоты на уровне 85-92 %; среднеолеиновый подсолнечник - самый распространенный вид подсолнечного масла, который производится в США и Канаде. Олеиновая кислота составляет 65 %, линолевая кислота - 26 % , насыщенные жиры - 9 %; высоколинолевый
подсолнечник - традиционный вид подсолнечника, который производится на протяжении многих лет со стандартным жирнокислотным составом масла, в котором 69 % - линолевой кислоты, 20 % -олеиновой кислоты, 11 % - насыщенных жиров. В настоящее время в странах Северной Америки производится в малых объемах ввиду ограниченного использования при жарке. Основная масса гибридов, зарегистрированных в Украине относятся к этой группе; высокостеариновый подсолнечник с жирнокислотным составом масла 18 % - стеариновая кислота, 72 % - олеиновая кислота, 5 % - лино-левая кислота и 5 % - другие насыщенные жиры [4].
Здоровое питание, а также потребность перерабатывающей промышленности в разных видах масел стало основной причиной развития повышенного интереса к маслу разного жирнокислотного состава. Существует множество способов получения масла, которое удовлетворяло бы требования потребителей. Одним из них является использование методов селекции, которые имеют ряд преимуществ перед другими способами и позволяют получать высококачественные масла нужного биохимического состава без дополнительных финансовых или энергетических затрат, а также ограничить использование синтетических антиоксидантов. Также селекционные методы сводят к минимуму загрязнение окружающей среды.
В современной селекции вопросы улучшения качества подсолнечного масла решают путем повышения содержания глицеридов олеиновой кислоты. Масло олеинового типа имеет ряд преимуществ перед традиционным маслом. Оно характеризуется высокой устойчивостью к автоокислению, а также высокими технологическими свойствами. Но перераспределение жирнокислотного состава в сторону повышения олеиновой кислоты имеет и свои негативные стороны. При повышении содержания олеата в подсолнечном масле снижается содержание полиненасыщенных жирных кислот, которые характеризуются Б-витаминной активностью. В свою очередь подсолнечное масло с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот имеет свои негативные свойства, связанные с низкой устойчивостью к автоокислению [5]. Одним из способов решения задачи создания подсолнечного масла с высокой устойчивостью к автоокислению, а также присутствием Б-витаминной активности является использование гибридов подсолнечника с повышенным содержанием природных антиоксидантов -токоферолов.
Токоферолы являются веществами, которые защищают клеточные мембраны от окислительных повреждений. Их положение в клеточных мембранах препятствует контакту кислорода с ненасыщенными липидами мембран. Такие свойства токоферолов способствуют защите биомембран от пере-кисного разрушения. Антиоксидантные свойства токоферолов обусловлены способностью гидро-ксильной группы хроманового ядра их молекулы на прямую взаимодействовать со свободными радикалами кислорода, ненасыщенных жирных кислот и перекисями жирных кислот. Также их антиокси-дантные свойства проявляются в процессах защиты от окисления двойных связей в молекулах каротина и витамина А. Токоферолы имеют свойства активизировать ферментативную антиоксидантную систему, стабилизировать митохондриальную мембрану и экономить потребление кислорода клетками. Эти свойства играют очень важную роль, так как в митохондриях содержится наибольшее количество легко окисляющихся ненасыщенных липидов [6]. Окисленная форма токоферола может реагировать с донорами водорода и таким образом вновь переходить в восстановленную форму [7].
С осуществлением идентификации генов, которые отвечают за контроль токоферолов подсолнечника, стало возможным создание сортов и гибридов, сочетающих в себе различные формы токоферолов с другими ценными сельскохозяйственными признаками [8]. Контроль токоферолов осуществляется взаимодействием двух генов IрН1 и 1рк2 [9, 10, 11]. В зависимости от состояния этих генов синтезируются различные формы токоферола.
Исследования Я. Н. Демурина показали, что изменения содержания токоферолов в сторону повышения Р-, у- и 5- форм значительно повышает устойчивость масла к автоокислению [12].
Целью нашей работы является поиск и создание надежных доноров признака перераспределения спектра изомеров токоферолов в линиях подсолнечника для обеспечения селекционных программ по созданию новых специализированных гибридов этой культуры с высокой устойчивостью к окислению.
Основная часть
Полевые исследования проводили в 2013-2015 гг. в научном севообороте Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН (ИР). В качестве материала для исследования использовали линии селекции подсолнечника ИР, линии, полученые из Всеросийского института масличных культур им. В. С. Пустовойта (ВНИИМК), инцухт-линии.
В условиях лаборатории содержание и состав токоферолов методом высокоэфективной жидкос-ной хроматографии на хроматографической системе Smartline фирмы «Knauer» (Германия) с использованием колонки EurospherII - 5 - Si 250 х 4, в варианте прямофазного разделения. Подвижной фазой служил 0,5 % раствор изопропилового спирта в н-гексане. Скорость потока элюэнта составляла 1,5 мл/мин. Фотометрирование совершали УФ-детектором при длине волны 295 нм. Пики на хроматографе идентефицировали по времени удержания, установленого для чистых препаратов a-, ß-, у- и 5- токоферолов фирмы Merck. Содержание изоформ токоферолов определяли с помощью програмы ClarityChrom (фирма Knauer).
Степень фенотипического доминирования в инцухт-линиях по содержанию токоферолов определяли по формуле B. Griffing[13].
hp = (F1 - MP)/(BP - MP),
где hp - степень доминирования содержания токоферолов в инцухт-линиях подсолнечника; Fi -среднее арифметическое значение содержания токоферолов в инцухт-линиях; MP - среднее арифметическое значение содержания токоферолов отцовских форм за 3 года испытаний; BP - максимальное содержание токоферолов среди отцовских форм за 3 года испытаний.
Полученные результаты степени фенотепического доминирования группировали согласно классификации G. M. Beil, R. E. Atkins[14]. Статистический анализ данных по содержанию токоферолов проводили по методике Б. А. Доспехова [15]. На начальном этапе выполнения исследований проведен анализ определения среднего значения содержания изомеров токоферолов линий лаборатории селекции и генетики подсолнечника ИР (табл. 1.).
Таблица 1. Среднее значение содержания изомеров токоферолов линий лаборатории селекции и генетики
подсолнечника ИР, 2013-2015 гг.
Название образца Токоферолы, мг% X токоферолов, мг%
a-Т Р-Т Y-T 8-Т
мг% % от X мг% % от X мг% % от X мг% % от X
Х134В 32,74 94,59 1,45 4,19 — - 0,42 1,22 34,61
Х114В 12,15 95,01 0,39 3,08 0,24 1,9 - - 12,79
Х736В 13,68 92,94 8,81 6,13 1,13 0,79 0,21 0,15 14,84
Х135В 20,46 99,22 1,45 0,69 0,18 0,09 - - 20,09
Х279В 11,8 92,47 0,5 3,94 0,46 3,59 - - 12,76
Х1334В 29,68 96,38 0,68 2,19 0,19 0,65 0,24 0,78 30,79
Х220В 35,41 95,38 0,9 2,43 0,54 1,46 0,27 0,74 37,12
Среднее значение 22,27 95,14 2,03 3,24 0,46 1,41 0,29 0,72 23,28
Коэффициент вариации, V, % 113,5 2,4 149,2 53,6 79,3 87,8 32,7 60,8 111,5
НСР0,05 67,0 2,0 2,7 1,6 0,3 1,1 0,1 0,4 68,5
Результаты проведенных анализов показали, что линии подсолнечника селекции ИР содержат в основном а-форму изомеров токоферолов. Линия Х135В характеризуется наибольшим содержанием а-токоферола, его количество составляет 99,22 % от общей суммы токоферолов. Наименьшее количество а-токоферола выявлено в линии Х279В, 92,47 % от общей их суммы. Максимальное содержание Р-токоферола находится в линии Х736В, его количество составляет 6,13 % от общей суммы токоферолов. В свою очередь минимальное количество Р-токоферола находится в линии Х135В, что составляет 0,69 % от общей суммы токоферолов. Максимальное содержение у-токоферола - в линии Х279В, его количество составляет 3,59 % от общей их суммы. Что касается количества у-токоферола, минимальное его количество находится в линии Х135В (0,09 % от общей их суммы). Максимальное содержение 5-токоферола находится в линии Х134В, его количество составляет 1,22 % от общей их суммы. В свою очередь минимальное количество 5-токоферола находится в линии Х736В, что составляет 0,15 % от общей сумы токоферолов. Низкое содержание Р-, у-, и 5-изомеров токоферола в линиях подсолнечника селекции ИР ограничивает возможность селекции этой культуры на повышение оксистабильности масла. Это обусловило необходимость привлечения доноров признака перераспределения изомеров токоферола для создания новых линий и гибридов подсолнечника с повышенной устойчивостью к окислению и длительностью хранения семян и продуктов их переработки [16-18].
Анализ среднего значения содержания изомеров токоферолов линий ВНИИМК позволил выявить варьирирование признака (табл. 2.). Так Ук-Ь-1 содержит все четыре изомера токоферола, максимальное количество в линии 5-токоферола, что составляет 68,75 % от общей суммы, минимальное количество а-токоферола, что составляет 5,91 % от общей суммы. В Ук-Ь-2 перераспределение содержания токоферолов идет в сторону а-формы, что составляет 69,77 % от общей суммы, минималь-
ное количество Р-формы, что составляет 3,40 % от общей суммы. Линия Vk-L-4 характеризуется близким к равномерному распределению содержания изомеров токоферола между а-формой и Р-формой, что составляет 40,14 % и 57,21 % от общей суммы изомеров токоферола, соответственно. Линии Vk-L-5 и VK-L-6 содержат в основном а-форму изомеров токоферола, что составляет 93,11 % 94,03 % от общей их суммы соответственно. Линии Vk-L-7 и Vk-L-8 также имеют близкое к равномерному распределению а- и р-форм. Такое перераспределение изомеров токоферолов в сторону повышения содержания Р-, у-, и 5-форм изомеров вызвано разным генетическим контролем этого признака.
Таблица 2. Среднее значение содержания изомеров токоферолов линий ВНИИМК, 2013-2015 гг.
Название образца Токоферолы, мг% X токоферолов, мг%
а-Т Р-Т у-Т 5-Т
мг% % от X мг% % от X мг% % от X мг% % от X
Ук^-1 1,59 5,91 1,07 3,98 5,75 21,37 18,5 68,75 26,91
Ук^-2 19,48 69,77 0,95 3,4 3,63 13,0 3,86 13,83 27,92
Ук^-4 13,94 40,14 19,87 57,21 0,47 1,35 0,45 1,3 34,73
Ук^-5 29,23 93,11 1,76 5,61 0,2 0,64 0,2 0,64 31,39
Ук^-6 17,32 94,03 0,52 2,82 0,58 3,15 0 0 18,42
Ук^-7 11,3 44,38 14,16 55,62 0 0 0 0 25,46
Ук^-8 11,25 53,19 9,9 46,81 0 0 0 0 21,15
Середнее значение 14,87 57,22 6,89 25,06 1,52 5,64 3,29 12,07 26,57
Коэффициент вариации, У, % 57,35 54,83 113,4 105,9 148,9 147,3 208,5 211,14 21,11
НСР0,05 7,62 28,04 6,98 23,72 2,02 7,43 6,12 22,78 5,01
В 2013 г. были проведены скрещивания на фертильной основе линий подсолнечника ИР с линиями, полученными из ВНИИМК, в результате чего в 2014 г. получены инцухт-линии. По результатам расчетов степени фенотипического доминирования инцухт-линий (табл. 3.), гетерозис (сверхдоминирование) по содержанию а-токоферола обнаружено в комбинации Vk-L-1/Х114В (2,07) и в комбинации Vk-L-1/Х135В (1,30). В комбинациях Vk-L-4/Х114В и Vk-L-4/Х135В наблюдается промежуточное наследование. По типу сверхдоминирования был унаследован Р-токоферол, в комбинации Ук^-1/Х135В (2,69), в инцухт-линии Vk-L-1/Х114В наблюдалось частично положительное наследование (0,66), в то время как в комбинициях Vk-L-4/Х114В и Vk-L-4/Х135В - частично отрицательное наследование. Промежуточное наследование у-токоферол выявлено в комбинациях Vk-L-1/Х114В (-0,39) и Vk-L-1/Х135В (-0,20), а также частично отрицательное наследование в комбинициях Vk-L-4/Х114В (0,98) и Vk-L-4/Х135В (-0,57). По типу сверхдоминирования был унаследован 5-токоферол, в комбинациях Vk-L-4/Х114В (51) и Vk-L-4/Х135В (55), в комбинациях Ук^-1/Х114В (-0,96) и Ук^-1/Х135В (-0,88) наблюдалось частично отрицательное наследование.
Таблица 3. Степень фенотипического доминирования инцухт-линий, 2014 г.
Инцухт-линия Количество корзинок Степень( эенотепического доминирования,
а-Т Р-Т у-Т 5-Т X
Ук^-1/Х114В 26 2,07 0,66 -0,39 -0,96 -0,09
Ук^-4/Х114В 23 -0,08 -0,84 -0,98 51,00 -0,47
Ук^-1/Х135В 10 1,30 2,69 -0,20 -0,88 0,09
Ук^-4/Х135В 41 -0,17 -0,68 -0,57 55,00 -0,45
По результатам покорзиночного анализа инцухт-линий на состав разных изомеров токоферолов, полученных в 2014 году, были отобраны образцы с разным изомерным составом токоферолов. В результате чего в 2015 году получены инцухт-линии второго поколения. Степень фенотипического доминирования инцухт-линий второго поколения указывает на то, что а-токоферол во всех комбинациях наследуется по типу сверхдоминирования. Также по типу сверхдоминирования наследуется Р-токоферол, кроме комбинаций Vk-L-4/Х114В (-0,03) и Vk-L-4/Х135В (-0,20), которые унаследовались по типу промежуточного. По типу сверхдоминирования наследуется у-токоферол, кроме Ук^-4/Х135В (-0,44), у которой унаследование было по типу промежуточного. В гибридных комбинациях Ук^-1/Х114В 19 корзинка, Ук^-1/Х135В 3, 6, 7 корзинки, Ук^-4/Х114В 2 корзинка, Vk-L-4/Х135В 11 корзинка 5-токоферол унаследовался по типу частично отрицательного наследования (-0,67, -0,83, -0,91, -0,63, -1,00, -1,00, -1,00 соответственно). Депрессия наблюдалась в гибридной комбинации Ук-L-4/Х135В 4 корзинка (-1,05). Промежуточный тип наследования присутствовал в комбинации Ук^-1/Х114В 7, 9 корзинка (-0,20, -0,30).
Заключение
Результаты проведенных анализов на определение изомерного состава токоферолов показали, что в семенах подсолнечника обычного типа присутствует в основном а-токоферол. Привлеченные в селекционные схемы скрещиваний мутантные формы представлены различными изомерами токоферолов, перераспределение которых зависит от генетического влияния генов, которые отвечают за контроль содержания токоферолов. Результаты исследований инцухт-линий первого и второго поколений свидетельствуют о разном характере наследования по каждому из изомеров, что вызвано рецессивным характером генов контролирующих содержание токоферолов, а выделенные формы с измененным спектром изомеров токоферолов дают возможность создавать новые линии подсолнечника с повышенной устойчивостью к окислению.
ЛИТЕРАТУРА
1. D. Skoric Sunflower genetics and breeding: international monography / Skoric D., Seiler G. J., Liu Z. et al. // Novi Sad: Serbian Academy of Sciences and Arts Branch (Novi Sad : Graphics). - 2012. - 520 p.
2. Ефименко, С. Г. Использование мутаций состава токоферолов и жирных кислот в селекции подсолнечника на качество масла: автореф дис. степени канд. биол. наук / С. Г. Ефименко. - Краснодар, 2003.
3. Сивенко, В. I. Особливост створення лшш та гiбридiв соняшнику олешового типу: автореферат дис. на здобуття наук. ступеня канд. с/г наук.: спец. 06.01.05. - селекцш рослин. - Харюв, 2007.
4. Куниця, К. В. Структура ацилглщеришв олп нових лшш насшня соняшнику насиченого типу / К. В. Куниця, А. Ли-твиненко, Ф. Ф. Гладкий // Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 2/6 ( 62 ) - 2013.
5. Морозкина, Т. С. Витамины / Т. С. Морозкина, А. Г. Мойсеёнок /- Минск: Асар, 2002. — 66—72 с.
6. Traber Vitamins C and E / Maret G.,Stevens, Jan F // Free Radical Biology and Medicine. — Fasc. 51. — No. 5. —P. 100013.
7. Попов, В. Н. Мужская стерильность подсолнечника / В. Н. Попов, В. В. Кириченко. - Харьков, 2010. - 156 с.
8. Попов, П. С. Генетический анализ состава токоферолов и жирных кислот в семенах подсолнечника / П. С Попов, А. Б. Дьяков, А.А. Бородулина, Я. Н. Демурин // Генетика. - 1988. - Т.24,№3. - С. 518-527.
9. Demurin, Y. N. Genetic variability of tocopherol composition in sunflower seeds / Y.N. Demurin // Helia. - 1993. - V.16. -P.59-62.
10. Demurin Y., Skoric D., Karlovic D. Genetic variability of tocopherol composition in sunflower seeds as a basic of breeding for improwed oil quality // Plant Breeding. - 1996. - V.115. - P.33-36.
11. Демурин, Я. Н. Генетический анализ и селекционное использование признака состава жирных кислот и токоферолов в семенах подсолнечника: автореферат док. биол. наук / Я. Н. Демурин, - Краснодар, 1999. - 36 с.
12. Griffing B. Analysis of quantitative gene-action by constant parentregressionan drelated techniques / B. Griffing // Genetics. - 1950. - V. 35. - P. 303-321.
13. Beil, G. M. Inheritance of quantitative character singrains orghum / G. M. Beil, R. E. Atkins // Iowa State Journal. - 1965. -N 39. - P. 3.
15. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
16. Харитоненко, Н. С. Значення вмюту та iзомерного складу токоферолiв у рослиннш сировит / Н. С. Харитоненко, В. В. Кириченко, В. М. Попов // Поибник украшського хтбороба. - 2014. - № 2. - С. 100-102.
17. Харитоненко, Н. С. Створення нового вихщного матерiалу соняшнику з тдвищеним вмютом вггамшу Е та його iзомерiв токоферолiв (в, у, 5) / Н. С. Харитоненко, В. В. Поздняков, О. В. Анциферова // Науковi засади тдвищення ефекти-вност сшьського-сподарського виробництва: матерiали М1жнародно1 науково-практично! конференци (Харюв, 23-24 жов-тня 2017 р.). - Харюв, 2017 - С. 356-357.
18. Харитоненко, Н. С. Перспективы селекции подсолнечника с изменённым содержанием и изомерным составом токоферолов / В. В. Кириченко, В. М. Попов // VII Международная конференция «Масложировая отрасль: Технологии и рынок», 8-9 октября, Украина, Институт масел и жиров НААН. - Киев, - 2014 - С.40-41.
