CC BY
14
Научная статья УДК 633.111.1
Сопряжённость компонентного состава глиадина с качеством зерна яровой мягкой пшеницы Тюменской области
Галина Васильевна Тоболова1, Татьяна Константиновна Федорук2
1 Государственный аграрный университет Северного Зауралья
2 Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений
по Тюменской области
Аннотация. Изучены технологические показатели качества зерна и физические свойства теста трёх сортов яровой мягкой пшеницы Новосибирская 31, Омская 36, Мелодия. Сорта были выращены в зоне северной лесостепи Тюменской области. Идентифицированы аллели глиадинкодирующих локусов этих сортов. Рассчитаны корреляционные связи аллельного состава с содержанием клейковины, белка, натурой зерна и физическими свойствами теста. Расчёт корреляционных связей между показателями качества зерна и аллельным составом показал, что у сорта Новосибирская 31 технологические показатели сильнее коррелировали с физическими свойствами теста, натура зерна - с объёмом хлеба, белок - с объёмом хлеба. У сорта Омская 36 натура зерна сильнее коррелировала с белком, натура зерна - с клейковиной; у сорта Мелодия - содержание белка с разжижением теста.
Ключевые слова: пшеница, аллели глиадинкодирующих локусов, качество зерна, качество хлеба.
Для цитирования: Тоболова Г.В., Федорук Т.К. Сопряжённость компонентного состава глиадина с качеством зерна яровой мягкой пшеницы Тюменской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 31 - 34.
Original article
Correlation of the component composition of gliadin with the grain quality of spring bread wheat of the Tyumen region
Galina V. Tobolova1, Tatiana K. Fedoruk2
1 Northern Trans-Ural State Agricultural University
2 State Commission of the Russian Federation for Testing and Protection of Breeding Achievements in the
Tyumen Region
Abstract. The technological indicators of grain quality and physical properties of the dough of three varieties of spring soft wheat Novosibirskaya 31, Omskaya 36, Melodiya were studied. The varieties were grown in the northern forest-steppe zone of the Tyumen region. Alleles of the gliadin-coding loci of these varieties have been identified. The correlations of the allelic composition with the content of gluten, protein, grain nature and physical properties of the dough were calculated. Calculation of correlations between indicators of grain quality and allelic composition showed that in Novosibirskaya 31, technological indicators correlated more strongly with the physical properties of the dough, the nature of the grain - with the volume of bread, protein - with the volume of bread. In the Omskaya 36 variety, the nature of grain was more strongly correlated with protein, the nature of grain - with gluten; in the Melodia variety - the protein content with thinning of the dough.
Keywords: wheat, wheat grain quality, alleles of gliadin coding loci.
For citation: Tobolova G.V., Fedoruk T.K. Correlation of the component composition of gliadin with the grain quality of spring bread wheat of the Tyumen region. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021 ; 92(6): 31 - 34. (In Russ.).
Пшеница занимает одно из ведущих мест в мире по занимаемым площадям и валовому сбору зерна. В Тюменской области она является ведущей культурой в структуре посевных площадей [1, 2].
Наряду с увеличением продуктивности большое внимание уделяется и качеству зерна [3 - 7]. Подбор и создание сортов с высокими технологическими показателями зерна решает многие проблемы функционального питания. Источники высококачественного зерна определяются с использованием разных генетических систем. Для использования запасных белков в качестве генетических маркеров у зерновых культур необходимо знать сопряжённость компонентного состава глиадина, авенина с технологическими показателями качества зерна [8 - 14].
С хлебопекарной силой пшеницы связывают биохимическую сущность клейковинных белков. Установлена связь компонентов глиадина с хлебопекарными качествами пшеницы [15].
На уровень накопления белка в зерне мягкой пшеницы влияние оказывают блоки компонентов, контроль которых осуществляется хромосомой 1В. Более высокий уровень качества муки наблюдался, когда в состав глиадина входили характерные для сорта Одесская 51 блоки компонентов, контролируемые хромосомами 1А, 1Д и 6А [16].
По данным Г.В. Тоболовой, Н.А. Асташевой, наличие 11, 16 и 23 компонентов в спектре глиа-дина у сортообразцов карталинской пшеницы К-32496, К-7887 (уаг. fuliginosum) и К-27490 (уаг. rubiginosum) увеличило содержание клейковины в зерне на 3,8 % (г = 0,72) [17].
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92)
Агрономия
Исследования качественных показателей с компонентным составом проламинов показали, что устойчивые сочетания аллельных вариантов глиадина - GliAla-GliBlb-GliDla (Новосибирская 15), GliA1a-GliB1b (Новосибирская 29), GliA1a-GliA2m (Ирень) являются маркерными при определении сильной пшеницы. Наличие в сортах таких аллелей, как GliAlf (Казахстанская ранняя), GliA1o (Аделина, Рикс), возможно, связано с высокими технологическими свойствами муки [18].
В связи с этим целью наших исследований
было выявить корреляционные связи между компонентным составом глиадина у сортов мягкой пшеницы с показателями качества зерна.
Материал и методы. В исследования были включены три сорта яровой мягкой пшеницы, выращенные на Ишимском ГСУ (зона северной лесостепи) Тюменской области в 2011, 2013, 2014 гг.
Сорт Омская 36 создан в СибНИИСХ совместно с ЗАО «Кургансемена». Родословная: Лютесценс 150/86-10 х Runar (Норвегия); разновидность lutescens. Включён в Госреестр по Тюменской области с 2008 г.
Сорт Новосибирская 31 создан методом индивидуального отбора из популяции, полученной в результате гибридизации сортов (Тюменская 80 х Л41) х Sport. Разновидность lutescens. Среднеран-ний, вегетационный период - 70 - 76 суток. Устойчив к прорастанию, полеганию, пыльной головне. Масса 1000 зёрен - 33 - 38 г. Содержание белка в зерне составляет до 20 %, клейковины - до 40 %. Средняя урожайность зерна за годы конкурсного испытания составляла 32,6 ц/га. Формирует зерно на уровне ценной пшеницы. Включён в Госреестр по Тюменской области с 2012 г.
Сорт Мелодия. Родословная: Омская 19 х Лютесценс 6747. Разновидность lutescens. Масса 1000 зёрен - 31 - 41 г. Средняя урожайность в Западно-Сибирском регионе составляет 23,8 ц/га; максимальная урожайность 72 ц/га получена в 2011 г. в Тюменской области. Среднепоздний сорт, вегетационный период - 78 - 89 суток. Устойчив к полеганию; среднеустойчив к засухе. Хлебопекарные качества хорошие. Ценная пшеница. Сорт восприимчив к твёрдой головне, бурой ржавчине и мучнистой росе; сильно восприимчив к корневым гнилям. Включён в Госреестр по Тюменской области с 2015 г.
Полиморфизм проламинов пшеницы изучали в лаборатории сортовой идентификации семян Института прикладных аграрных исследований и разработок Государственного аграрного университета Северного Зауралья в 2011 - 2014 гг. Для анализа от каждого сорта случайным методом отбирали по 100 зерновок. В качестве стандарта использовали зерновки сорта мягкой пшеницы Безостая 1 [19].
Одномерный электрофорез глиадина в по-лиакриламидном геле (ПААГ) осуществляли согласно принятой методике [20] с модификациями для вертикальных пластин (1,8 мм х 140 мм х 150 мм) [21, 22]. Раствор геля содержал 8,3 % акриламида, 0,4 % метиленбисакриламида, 0,1 % аскорбиновой кислоты и 0,001 % Fe2(SO4)3. Полимеризацию осуществляли путём добавления в раствор геля перекиси водорода (9 - 15 мкл). Электрофорез проводили в 0,005М алюминий - лактатном буфере (рН 3,1), в течение 3 - 4 часов при постоянном напряжении 550 V. После окончания электрофореза гели фиксировали в 10 %-ном растворе трихлоруксусной кислоты (ТХУ) не менее 20 мин. и затем окрашивали в течение 8 час. в растворе, содержащем 0,04 % Кумасси R-250 и 10 % ТХУ. После окраски гели промывали проточной водой и фотографировали. Полученные электрофоретические спектры идентифицировали в соответствии с каталогом генов пшеницы R.A. Mcintosh [23]. Аллели ло-кусов обозначали буквами латинского алфавита в последовательности: Gli-A1, Gli-B1, Gli-D1, Gli-A2 и Gli-D2.
Анализ технологических показателей качества зерна и муки сортов яровой мягкой пшеницы, включённых в Государственный реестр по Тюменской области, проводили в Западно-Сибирском центре по комплексной оценке испытываемых сортов (г. Барнаул).
С использованием пакета программ Statistica 10 (StatSoft, Inc. (2011) рассчитывали корреляционные зависимости показателей качества зерна и аллельного состава глиадинов.
Результаты исследования. Погодные условия в годы исследований были разными по обеспеченности растений пшеницы теплом и влагой. Так, 2011 г. характеризовался наиболее благоприятными условиями, в 2012 г. наблюдалась засуха в июне и июле. 2014 г. был более влажным в летние месяцы, с пониженными температурами (табл. 1).
Под действием различных погодных условий у сортов пшеницы наблюдалось значительное варьирование признаков качества.
Анализ технологических показателей качества показал, что сорта яровой пшеницы сформировали натуру зерна на уровне 765 - 768 л/ га, что соответствовало параметрам сильной пшеницы. По стекловидности существенных различий между сортами не наблюдалось. По содержанию клейковины сорт Новосибирская 31 соответствовал требованиям действующего ГОСТа Р 52554-2006 в зоне для сортов сильной пшеницы, сорт Мелодия - ценным. Кроме того, сорт Новосибирская 31 по содержанию белка превышал остальные сорта на 3,3 - 3,4 % (табл. 2).
Изучение физических свойств теста показало, что сорт Новосибирская 31 имел самую
1. Погодные условия в годы исследования, 2011 - 2012, 2014 г., метеостанция г. Ишим (Тюменская область)
Температура, °С Год Май Июнь Июль Август
2011 11,4 18,2 17,4 14,5
2012 12,6 19,6 21 17,2
2014 12,8 17,3 14,9 18,4
среднее многолетнее 10,7 16,3 18,7 16,1
Осадки, мм 2011 23,7 85,5 55,7 79,6
2012 66,3 128,7 45,7 52,4
2014 29,8 81,7 152 22,3
среднее многолетнее 42 48 92 54
2. Технологические показатели качества зерна сортов яровой мягкой пшеницы, 2011 - 2012, 2014 гг.
Сорт Натура, г/л Общая стекловидность, % Белок, % Сырая клейковина, % ИДК-1, е.п.
Новосибирская 31 765 52,7 16,7 36,7 68,3
Омская 36 765 52,7 13,4 28,0 63,3
Мелодия 768 57,3 13,3 27,3 71,7
3. Характеристика сортов яровой мягкой пшеницы по физическим свойствам теста,
2011 - 2012, 2014 гг.
Сорт Упругость теста, мм Сила муки, е.а. Разжижение теста, е.ф.
среднее значение min - max среднее значение min - max среднее значение min - max
Новосибирская 31 111,7 96 - 131 362,0 348 - 384 63,3 40 - 80
Омская 36 139,0 102 - 168 380,0 367 - 389 60,0 50 - 80
Мелодия 135,7 120 - 167 378,3 297-419 53,3 20 - 70
4. Аллельный состав глиадина сортов мягкой пшеницы, возделываемых в Тюменской области
Сорт Локусы Gli-
A1 B1 D1 A2 D2
Безостая 1, стандарт b b b b b
Новосибирская 31 a b f f l
Омская 36 i e a b q
Мелодия m d a p g
низкую упругость теста и силу муки (табл. 3). Влажные условия 2014 г. снизили значение этого показателя до 96 мм и силы муки - до 348 е.а. Однако разжижение теста быстрее проходило у сорта Мелодия - 53,3 е.ф.
Таким образом, в условиях северной лесостепи сорт Новосибирская 31 за годы исследований имел более качественное зерно.
Сравнительный анализ электрофореграмм исследованных сортов методом электрофореза показал, что все они были сортоспецифичны. Аллели по локусам Gli-А1, Gli-B1, Gli-D1, Gli-А2 и Gli-D2 приведены в таблице 4.
Идентифицированные аллели у исследованных сортов пшеницы отнесены к группе наиболее часто встречаемых в Западной Сибири, согласно ранее полученным результатам [24, 25].
Расчёт корреляционных связей между показателями качества зерна и аллельным составом показал, что у сорта Новосибирская 31 технологические показатели сильнее коррелировали с физическими свойствами теста; натура зерна - с объёмом хлеба г = 0,91; белок - с объёмом хлеба
r = 0,94. У сорта Омская 36: натура зерна - с белком r = 0,72; натура зерна - с клейковиной r = 0,88. У сорта Мелодия - содержание белка -с разжижением теста r = 0,64.
Вывод. По результатам исследований, наличие аллеля a локуса Gli-A1 и аллеля b локуса Gli-B1 указывает на высокие технологические показатели зерна и физические свойства теста.
Литература
1. Казак А.А., Логинов Ю.П. Урожайность и качество зерна среднеспелых и среднепоздних ценных сортов яровой мягкой пшеницы сибирской селекции в северной лесостепи Тюменской обла сти // АгроЭкоИнфо. 2019, № 1. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STArYI/2019/1/ st_106.doc.
2. Харисова Г.В. Подбор и создание исходного материала для селекции мягкой пшеницы в условиях Северного Зауралья: автореф. ... канд. с.-х. наук. Ленинград, 1988. 18 с.
3. Kazak A.A., Loginov Y.P. The yield rate and grain quality of mid-ripening and mid-late valuable varieties of spring soft wheat bred in Siberia, in the northern foreststeppe of the Tyumen region // Annals of Agri Bio Research. 2019; 24(2): 174 - 182.
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № В (92)
Агрономия
4. Поляков М.В., Белкина Р.И., Летяго Ю.А. Варьирование признаков качества зерна у сортов яровой мягкой пшеницы в условиях Северного Зауралья // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. 2020. № 4 (61). С. 20 - 26.
5. Белкина Р.И. Сорт как фактор повышения качества зерна в условиях ресурсосбережения // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 2. С. 102 - 104.
6. Kazak A.A., Loginov Y.P., Eremin D.I. Influence of mineral fertilizers on productivity and quality of wheat varieties seeds in the northern forest-steppe of the Tyumen region. Agricultural Science Euro-North-East. 2019; 20(3): 219 - 229.
7. Белкина Р.И., Кучеров Д.И., Барышников И.В. Качество зерна сортов сильной пшеницы в северной лесостепи Тюменской области // Агропродовольственная политика России. 2013. № 3(15). С. 51- 53.
8. Копусь М.М., Ионова Е.В., Марченко Д.М. Про-ламины зерна пшениц - от биохимии к генетике // Зерновое хозяйство России. № 4 (64). 2019. С. 54 -60.
9. Качество зерна яровой мягкой пшеницы в условиях Северного Казахстана / М.У Утебаев, Н.А. Боме, Т.В. Шелаева [и др.] // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2020. № 2 (38).
10. Остапенко А.В. Полиморфизм проламина культурных видов рода Avena L. в филогенетических и прикладных исследованиях: дис. ... канд. биол. наук. М., 2016. 175 с.
11. Lyubimova A., Eremin D. Laboratory varietal control as a guarantee of successful work of gribusiness in Russia, Matec Web of Conferences, 2018; 170: 04015; https://doi.org/10.1051 /matecconf/201817004015
12. Fomina M.N., Tobolova G.V., Lyubimova A.V. New Generation Varieties of Spring Oats Selected for Areas with the Climate as in Ural, Siberia and the Far East of Russia // International scientific and practical conference "AgroSMART - Smart solutions for agriculture" (AgroSMART, 2018). 2018. P. 201 - 205.
13. Остапенко А.В., Тоболова Г.В. Создание базы данных сортов рода Avena L. на основе изменчивости компонентного состава проламинов // Агропродоволь-ственная политика России. 2015. № 4 (40). С. 44 - 46.
14. Фомина Е.А., Дмитриева Т.М., Урбанович О.Б. Использование молекулярных маркеров в селекционном процессе озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) для выделения образцов, перспективных по аллельному составу генов, оказывающих влияние на хлебопекарное качество зерна и высоту растений // Молекулярная и прикладная генетика. 2019. Т. 20. С. 19 - 33.
15. Созинов А.А. Полиморфизм белков и его значение для генетики и селекции // Вестник АН СССР. 1982. № 11. С. 18 - 29.
16. Оморбекова З.А. Электрофоретические блоки компонентов глиадина и их роль в определении качества пшеницы: дис. ... канд. биол. наук. Одесса - Фрунзе, 1980. С. 124.
17. Тоболова Г.В., Асташева Н.А. Сопряжённость компонентного состава глиадина с показателями качества зерна персидской пшеницы // Использование современных методов в селекции новых сортов сельскохозяйственных культур, их семеноводство и технологии возделывания в Восточной Сибири: матер. науч.-практич. конф. (1 - 2 августа 2012 г.). Красноярск: Гротеск, 2012. С. 60 - 65.
18. Летяго Ю.А., Тоболова Г.В., Белкина Р.И. Оценка сортов мягкой яровой пшеницы по технологическим свойствам и биохимическим признакам // Агропродо-вольственная политика России. 2015. N° 5 (41). С. 64 - 67.
19. Лабораторный анализ белков семян пшеницы / В.П. Упелниек, А.Ю. Новосельская-Драгович, А.А. Шишкина [и др.] // Методическое пособие. Лабораторный анализ белков семян пшеницы. Технологическая инструкция. ООО «Ваш формат». М., 2013. 174 с.
20. Bushuk W., Zillman R.R. Wheat cultivar identification by gliadin electrophorograms / Canad. G. Plant. Sci., 1978-2; 58: 505 - 515.
21. Metakovsky E.V., Novoselskaya A.Yu. Gliadin allele identification in common wheat. 1. Methodological aspckts of the analysis of gliadin patterns by one-dimensional Polyacrylamide gel electrophoresis // J. Genet and Breed. 1991; 45(4): 317 - 324.
22. Остапенко А.В., Тоболова Г.В. Изучение полиморфизма авенина сортов овса посевного (Avena sativa L.) в Тюменской области // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013. Т. 171. С. 38 - 42.
23. Mcintosh R.A., Yamazaki Y., Devos K.M., Dubkovsky J., Rogers J., Appels R. MacGene 2008. Catalogue of Gene Symbols for Wheat / http://www.grs. ni.ac.jp/wheat/komugi/gene s.
24. Тоболова Г.В. Анализ частоты встречаемости аллелей глиадин-кодирующих локусов у сортов пшеницы // Оптимизация селекционного процесса - фактор стабилизации и роста продукции растениеводства Сибири ОСП-2019: матер. междунар. науч. конф., провед. в рамках 46-го заседания Объединенного научного и проблемного совета по растениеводству, селекции, биотехнологии и семеноводству ОУС СО РАН по с.-х. наукам и посвящ. 90-летию академика РАН П.Л. Гончарова. 2019. С. 75 - 78.
25. Тоболова Г.В. Определение компонентного состава глиадина у сортов сильной пшеницы Тюменской области // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2008. № 4 (184). С. 34 - 37.
Галина Васильевна Тоболова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент. ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, tgv60@mail.ru
Татьяна Константиновна Федорук, заместитель начальника филиала. ФГБУ «Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений по Тюменской области». Россия, 625006, г. Тюмень, ул. Пархоменко, 54, gossort72semena@mail.ru
Galina V. Tobolova, Candidate of Agriculture, Associate Professor. Northern Trans-Ural State Agricultural University. 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia, tgv60@mail.ru
Tatiana K. Fedoruk, Deputy head of the branch. State Commission of the Russian Federation for Testing and Protection of Breeding Achievements in the Tyumen Region. 54, Parchomenko St., Tyumen, 62506, Russia, gossort72semena@mail.ru
-Ф-
