CC BY
42
РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 633.14: 631.52
В.И. Полонский, А.В. Сумина
ЗАВИСИМОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ ВОДЫ ЗЕРНОМ ЯЧМЕНЯ ОТ ЕГО ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
В статье приведены результаты исследований, проведенные на 46 образцах ярового ячменя, выращенных в течение двух лет в поле. Изучена зависимость между физическими и химическими параметрами зерна и поглощением им воды. Сделаны выводы, что влажность зерна, содержание в нем белка и липидов не зависят от условий года выращивания ячменя.
Ключевые слова: ячмень, поглощение воды, масса 1000 зерен, плотность, влажность, содержание белка, содержание жира, условия года выращивания.
DEPENDANCE OF BARLEY GRAIN WATER UPTAKE ON ITS PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS
The results of research conducted with 46 samples of summer barley, being cultivated in two years in the field are given in the article. Dependence between physical and chemical parameters of grain and water uptake by it is studied. The conclusions that grain humidity, proteins and lipid availability in it doesn't depend on the barley cultivation year conditions are drawn.
Kew words: barley, water uptake, weight of 1000 grains, density, humidity, protein content, fat content, cultivation year conditions.
Зерно ячменя используется в пищевой промышленности при производстве крупяных изделий, в сельском хозяйстве в качестве корма для животных, а также как сырье для получения солода в пивоваренной промышленности. Структура эндосперма зерновок непивоваренного ячменя является физически более твердой, в результате происходит замедленное поглощение воды при замачивании зерна и меньшее распространение ферментов в его объеме.
К основной характеристике пивоваренных качеств ячменя относится эффективная деградация эндосперма при замачивании зерна в воде. При этом чем быстрее и полнее произойдет поглощение воды зерном, тем лучше сможет осуществиться в дальнейшем гидролиз запасных веществ эндосперма. Экспериментально доказано, что варьирование скорости поглощения воды зерном, вероятнее всего, обусловлено следующими причинами: различием в толщине клеточных стенок эндосперма [5], разницей в содержании химических компонентов этих стенок - бета-глюканов и арабиноксиланов [11, 16], неодинаковой концентрацией белка, а также различием в соотношении малых и больших гранул крахмала [7, 9, 18]. Имеющиеся в литературе сведения о влиянии физических и химических параметров зерновок на их способность поглощать воду довольно противоречивы [11-15].
Цель исследований. Анализ взаимосвязи между относительным поглощением воды зерном и его основными физическими и химическими показателями.
Материалы и методы исследований. В качестве объекта исследований использовались образцы пленчатого ярового ячменя (Hordeum vulgare L.). Ячмень выращивали по паровому предшественнику в ОПХ Минино Красноярского НИИ сельского хозяйства СО РАСХН в 2008-2009 гг. В работе были опробированы 46 образцов этой сельскохозяйственной культуры, 18 образцов урожая 2008 года и 28 образцов 2009 года. Селекционный материал был любезно предоставлен сотрудниками лаборатории серых хлебов КНИИСХ.
V.I. Polonskiy, A.V. Sumina
Измерение относительного поглощения воды зерном производили по методике, использованной в работе [11], в которой преследовалась цель выполнения диагностики пивоваренных качеств ячменя. Образцы взвешивали (навески по 100 г, точность 0,1 г) и помещали в марлевых мешочках в отстоянную водопроводную воду при 18оС на 21 ч (с 9-часовым перерывом нахождения на воздухе). После этой процедуры с поверхности зерна удаляли избыток влаги. Затем зерно взвешивали и вычисляли относительное количество поглощенной воды. Каждый образец был проанализирован в трехкратной повторности.
Параллельно этой операции определяли массу 1000 зерен, величину плотности зерна и биохимические показатели. Плотность зерна находили путем деления массы (навеска около 10 г, точность измерения 0,01 г) зерна на его объем. Для измерения объема навески зерно помещали в мерную пробирку с водой (цена деления
0,2 мл). По разнице конечного и начального объемов воды в пробирке рассчитывали объем зерна. Относительная ошибка определения объема зерна составляла не более 2 %, а его массы - 0,1 %. Содержание белка в зерне измеряли по методу Кьельдаля [1], содержание жира - по стандартному химическому методу [3]. Анализы влажности зерна [2], содержания в нем белка и жира выполнены в ФГУ ГС АС «Хакасская» (Абакан).
Связь между функциональным, физическими и химическими параметрами зерна была найдена с помощью стандартной статистической программы Microsoft Excel 2003.
Результаты исследований и их обсуждение. В работе была исследована зависимость поглощения воды зерном ячменя при набухании от его физических и химических параметров. В табл. 1 представлены сводные результаты парной корреляции между изучаемыми показателями зерна ячменя. Можно видеть, что на поглощение воды оказывало существенное отрицательное влияние величина плотности зерна и массы 1000 зерен. Из химических показателей на этот физиологический процесс заметно влияло лишь содержание жира в зерне, а от концентрации белка поглощение воды практически не зависело (лишь для 2009 г. репродукции была отмечена слабая отрицательная связь поглощения воды с содержанием белка в зерне). При этом указанная негативная связь содержания жира в зерне с поглощением воды являлась достоверной только для ячменя, выращенного в 2009 г.
Таблица 1
Значения коэффициента парной корреляции между функциональным, физическими и химическими параметрами зерна различных образцов ячменя (в числителе данные за 2008 год, n=18; в знаменателе данные за 2009 год, n=28)
Параметр Относительное поглощение воды,% Плотность, г/см3 Масса 1000 зерен, г Влажность, % Содержание белка, % Содержание жира, %
Относительное поглощение воды, % 1,00
Плотность, г/см3 - 0,599*/ - 0,553* 1,00
Масса 1000 зерен, г - 0,487*/ - 0,653* 0,525*/ 0,489* 1,00
Влажность, % 0,132/ 0,010 - 0,066/ - 0,168 - 0,036/ - 0,100 1,00
Содержание белка, % - 0,041/ - 0,251 0,283/ 0,395* 0,063/ 0,390* - 0,421/ 0,184 1,00
Содержание жира, % - 0,412/ - 0,427* 0,091/ 0,196 - 0,125/ 0,644* - 0,115/ - 0,130 0,113/ 0,301 1,00
*Значение коэффициента корреляции достоверно при Р<0,05.
Как видно из данных табл. 1, на плотность зерновки положительно влияла масса 1000 зерен и содержание в них белка (последнее статистически доказано только для условий 2009 г. выращивания ячменя). Для этого же года репродукции ячменя масса 1000 зерен позитивно и достоверно была связана с содержанием белка и особенно жира в зерне. Для урожая, сформированного в 2008 году, указанная связь отсутствовала.
Исходя из представленных в табл. 1 результатов, можно полагать, что уровни влажности зерна, которые были характерны для использованных в работе образцов ячменя (в пределах 10,5 % и менее), практически не оказывали влияния ни на физические, ни на химические показатели зерна. Исключение, пожалуй, составляло содержание белка, особенно в ячмене, выращенном в 2008 году. Здесь была отмечена
слабая негативная связь между уровнем влажности и концентрацией белка в зерне. Как тенденция, не доказанная статистически, наблюдалась слабая связь между концентрацией белка и жира в зерне (табл. 1).
В табл. 2 представлены значения функционального, физических и химических показателей зерна одних и тех же 16 образцов ячменя, выращенных в 2008-2009 гг. Последний год был более благоприятный для выращивания сельскохозяйственных культур, в 2009 г. в Красноярском крае была зарегистрирована рекордная величина урожая зерновых. Можно видеть, что у всех без исключения образцов значения относительного поглощения воды зерном, собранным в 2008 г., были заметно ниже по сравнению с таковыми для зерна урожая 2009 г. Практически тот же самый результат был характерен и для массы 1000 зерен. Для параметра плотности зерна была получена противоположная зависимость: у абсолютного большинства образцов, собранных в 2008 г., эта величина оказалась закономерно выше, чем у ячменя, выращенного в 2009 г.
На основании вычисленных коэффициентов корреляции, которые приведены в табл. 3, можно утверждать, что существенное влияние условий года выращивания на первые два показателя (функциональный и физический) зерна является доказанным. Влияние условий года на величину плотности зерна было зарегистрировано как тенденция и статистически не доказано.
Таблица 2
Параметры зерна образцов ячменя, выращенных в разные годы (в числителе 2008 г., в знаменателе
2009 г., п=16)
Образец Поглощение воды, % Плотность, г/см3 Масса 1000 зерен, г Влажность зерна, % Содержание белка, % Содержание жира, %
Паллидум 4727 46,1/56,4 1,18/ 1,21 38,5/39,4 10,0/9,8 12,0/13,7 2,37/2,49
Г-19921 43,7/53,0 1,26/ 1,25 46,1/48,0 10,1/9,6 8,8/15,4 2,24/2,31
Симон 45,8/56,1 1,23/ 1,16 42,3/41,6 10,0/9,4 11,1/11,7 2,32/2,23
Г-20487 49,4/55,1 1,25/ 1,17 50,1/46,2 9,7/9,7 14,3/11,7 2,27/2,89
Бархатный 53,8/59,6 1,18/ 1,13 39,4/40,1 10,4/9,1 10,8/9,8 2,35/2,49
Паллидум 4759 46,0/67,5 1,23/ 1,11 40,0/40,2 10,3/9,8 7,9/11,5 2,72/2,14
Г-20752 46,9/54,2 1,25/ 1,25 46,9/47,3 10,4/7,5 11,2/10,8 2,30/2,63
Витим 49,3/64,0 1,21/ 1,12 37,2/37,4 9,4/8,6 9,9/12,5 2,24/2,31
Г-18619 46,6/53,7 1,18/ 1,16 47,2/46,4 9,4/9,8 10,8/14,5 2,64/2,68
Г-19589 44,4/53,9 1,21/ 1,16 48,2/50,1 10,5/9,3 8,7/12,8 2,52/2,63
Дыгын 55,3/76,3 1,16/ 1,11 32,4/34,2 10,4/9,2 9,9/11,1 2,20/2,20
Медикум 4771 47,8/59,2 1,19/ 1,11 48,4/41,5 10,5/9,5 6,7/9,9 2,00/2,29
Омский 96 45,3/54,2 1,24/ 1,18 48,7/50,2 10,4/9,4 9,5/12,5 2,45/2,49
КМ-564 46,4/56,4 1,24/ 1,25 43,4/48,2 10,5/9,6 11,9/12,6 2,56/2,61
Рикотензе 4783 47,8/54,0 1,17/ 1,17 37,3/40,1 10,2/9,6 7,6/11,1 2,66/2,33
Красноярский 80 44,3/56,2 1,26/ 1,11 47,2/46,5 10,1/9,2 9,6/12,8 2,34/2,83
Что касается влажности зерна (табл. 2), то для всех образцов, за исключением одного (Г-18619), значение этого показателя было ниже у ячменя, выращенного в 2009 г. Напротив, содержание белка и липидов в зерне урожая 2009 г. превышало таковое для 2008 г. для абсолютного большинства образцов ячменя. Несмотря на эти казалось бы закономерные отличия, влияние условий выращивания (год) на перечисленные биохимические показатели зерна статистически доказать не удалось (табл. 3).
Таблица 3
Зависимость параметров зерна различных образцов ячменя от года репродукции (п=16)
Параметр Поглощение воды, % Плотность, г/см3 Масса 1000 зерен, г Влажность зерна, % Содержание белка, % Содержание жира, %
Коэффициент корреляции 0,666 ±0,199* 0,393 ±0,246 0,862 ±0,135* - 0,095 0,102 0,077
Значение коэффициента корреляции достоверно при Р<0,05.
В литературе показано, что структура эндосперма является существенным фактором, влияющим на концентрацию белка в зерне ячменя [4, 8] и поглощение им воды, при этом на диффузию воды в зерне в значительной мере влияет твердость (стекловидность) эндосперма [12]. Для твердых областей эндосперма характерны повышенные концентрации бета-глюканов и белка [6], что снижает распространение воды по эндосперму и замедляет процесс его деградации [17].
Используя в качестве объекта исследований ячмень, одни авторы нашли сильную позитивную связь между содержанием бета-глюканов и концентрацией липидов в зерне [13], содержанием в нем белка [14-15], а также натурой зерна [13]. Другими исследователями не было обнаружено корреляции между показателем твердости зерна ячменя и поглощением им воды, с одной стороны, и концентрацией в белка в зерне - с другой [11, 13]. Показано, что увеличение содержания белка в зерне ячменя и пшеницы сопровождается повышением твердости зерновок [10, 19]. По-видимому это может относиться не только к твердости зерна, но и к показателю его плотности, рассмотренному в настоящей работе.
Нами также не было обнаружено четкой зависимости поглощения воды зерном ячменя от содержания в нем белка, но удалось найти влияние другого биохимического показателя - содержания жира в зерне (достоверное лишь для урожая 2009 г.). При этом было продемонстрировано существенное влияние значений двух физических параметров - плотности зерна и его абсолютной сухой массы на относительное поглощение воды зерном.
Влияние условий года выращивания ячменя на все исследованные в работе показатели зерна закономерно проявлялось у абсолютного большинства образцов, но статистически доказано это было лишь для поглощения воды зерном и массы 1000 зерен. Влияние условий года на величину плотности зерна было зафиксировано лишь как тенденция. Очевидно, поглощение воды зерном зависело от года выращивания ячменя по причине изменения его физических характеристик - абсолютной массы и плотности эндосперма и в меньшей степени химического состава зерна.
Таким образом, в результате проведенных исследований можно заключить, что найдена заметная корреляция между функциональным параметром - относительным поглощением воды зерном ячменя и физическими его показателями: массой 1000 зерен и плотностью, а также химическим фактором, -содержанием сырого жира. При этом не было обнаружено достоверного влияния на поглощение воды зерном содержания белка. Погодные условия года выращивания оказывали существенное влияние на поглощение воды зерном ячменя и его физические параметры. В свою очередь, плотность зерна была позитивно связана с его абсолютной массой и содержанием белка (для 2009 г.). На содержание жира в зерне заметное положительное влияние оказывала масса 1000 зерен, а на концентрацию белка - дополнительно еще один физический параметр - плотность зерна.
Авторы выражают искреннюю багодарность аспиранту Красноярского государственного аграрного университета С.А. Герасимову за помощь в подборе коллекции образцов ячменя.
Литература
1. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка. ГОСТ 10846-91. - М., 1991.
2. Зерно. Метод определения влажности. ГОСТ 13586.5-93. - М., 1993.
3. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания сырого жира. ГОСТ 13496.15-97. - М., 1997.
4. Agu R.C., Palmer G.H. Some relationships between the protein nitrogen of barley and the production of amy-lolytic enzymes during malting // Journal of the Institute of Brewing. - 1998. - Vol. 104. - N 2. - P. 273-276.
5. Chemical composition and microstructure of two naked waxy barleys / A.A.M. Andersson, R. Andersson, K. Autio [et al.] //Journal of Cereal Science. - 1999. - Vol. 30. - N 1. - P. 183-191.
6. Broadbent R.E., Palmer G.H. Relationship between p-amylase activity, steeliness, mealiness, nitrogen content and the nitrogen fractions of the barley grain //Journal of the Institute of Brewing. - 2001. - Vol. 107.
- N 3. - P. 349-354.
7. Chandra G.S., Proudlove M.O., Baxter E.D. The structure of barley endosperm - an important determinant of malt modification // Journal of the Science of Food and Agriculture. - 1999. - Vol. 79. - № 1. - P. 37-42.
8. Chandraseker A., Mazhar H. The biochemical basis and implications of grain strength in sorghum and maize //Journal of Cereal Science. - 1999. - Vol. 30. - N 2. - P. 193-207.
9. Starch granule associated proteins in barley and wheat / H.F. Darlington, L Tecsi, N. Harris [et al.] //Journal of Cereal Science. - 2000. - Vol. 31. - N 1. - P. 21-29.
10. Measurement of genetic and environmental variation in barley (Hordeum vulgare) grain hardness / G.P. Fox,
B. Osborne, J. Bowman [et al.] // Journal of Cereal Science. - 2007. - Vol. 46. - N 1. - P. 82-92.
11. Gamlath J., Aldred G.P., Panozzo J.F. Barley (1-3; 1-4)-p-glucan and arabinoxilan content are related to ker-
nel hardness and water uptake // Journal of Cereal Science. - 2008. - Vol. 47. - N 3. - P. 365-371.
12. Glen G.M., Johnston R.K. Water vapor diffusivity in vitreous and mealy wheat endosperm //Journal of Cereal Science. - 1994. - Vol. 20. - N 2. - P. 275-282.
13. Grain composition of Virginia winter barley and implications for use in feed, food, and biofuels production /
C. Griffey, W. Brooks, M. Kurantz [et al.] // Journal of Cereal Science. - 2010. - Vol. 51. - N 1. - P. 41-49.
14. Guler M. Barley grain p-glucan content as affected by nitrogen and irrigation // Field Crops Research. - 2003.
- Vol. 84. - N 4. - P. 335-340.
15. Barley amylase and p-glucan: their relationships to protein, agronomic traits, and environmental factors / A. Hang, D. Obert, A.I.N. Gironella [et al.] //Crop Science. - 2007. - Vol. 47. - N 9. - P. 1754-1760.
16. Henry R.J. A comparative study of the total p-glucan content of some Australian barleys // Australian Journal of Experimental Agriculture. - 1985. - Vol. 25. - N 3. - P. 424-427.
17. Effect of grain composition on water uptake by malting barley: a genetic and environmental study / J.L. Molina Cano, T. Ramo, R.P. Ellis [et al.] //Journal of the Institute of Brewing. - 1995. - Vol. 101. - N 1. - P. 79-83.
18. Palmer G.H. Malt Performance is More Related to inhomogeneity of protein and 3-glucan breakdown than to standard malt analyses // Journal of the Institute of Brewing. - 2000. - Vol. 106. - N 2. - P. 189-192.
19. Effects of drought and the presence of the 1BL/1RS translocation on grain vitreosity, hardness and protein content in winter wheat / R.M. Weightman, S. Millar, J. Alava [et al.] // Journal of Cereal Science. - 2008. -Vol. 47. - N 3. - P. 457-468.
УДК: 634.2(571.63):581.543 Н.А. Царенко
АДАПТАЦИЯ НАТИВНОГО И СЕВЕРОАМЕРИКАНСКИХ ВИДОВ РОДА PADUS MILL. (ROSACEAE JUSS.)
К КЛИМАТИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ ЮГА ПРИМОРСКОГО КРАЯ
В статье приведены результаты фенологических исследований, проведенных автором в течение пяти лет (2005-2009 гг.), по изучению растений черемухи на юге Приморского края. В результате сравнений евроазиатского вида Padus avium Mill., его разновидности P. avium var. pubescens (Regel et Til.) Po-lozh. и североамериканских видов P. virginiana (L.) Mill. и P. serotina (Ehrh.) Borkh. были выделены группы образцов внутри каждого вида с различными сроками цветения и плодоношения.
Ключевые слова: черемуха, Padus avium, P. avium var. pubescens, P. serotina, P. Virginiana, фенология, Приморский край.
N-А. Tsarenko
ADAPTATION OF NATIVE AND NORTH AMERICAN SPECIES OF THE PADUS MILL. (ROSACEAE JUSS.)
GENUS TO THE CLIMATE CONDITIONS OF THE PRIMORSKY TERRITORY SOUTH
The results of the phenological research conducted by the author within five years (2005-2009), on studying the bird cherry plants in the south of Primorsky Territory are given in the article. As a result of comparison of the Euroasian species Padus avium Mill., its variety P. avium var. pubescens (Regel et Til.) Polozh. and North American species P. virginiana (L.) Mill. And P. serotina (Ehrh.) Borkh. the groups of samples in each species with various terms of flowering and fructification were emphasized.
Key words: bird cherry, Padus avium, P. avium var. pubescens, P. serotina, P. virginiana, phenology, Primorsky Territory.
Введение. Многолетние фенологические наблюдения за растениями в различных регионах позволяют определить их адаптационные возможности, такие, как сроки наступления основных фенологических фаз и длину вегетационного периода. Это дает возможность для каждого изучаемого вида, сорта установить степень соответствия вегетационного периода тепловому режиму года в данной местности.
Сроки наступления фаз вегетации тесно связаны с биологическими особенностями вида, сорта и с экологическими условиями произрастания растений. Наступление или конец той или иной фазы, ее продолжительность хотя и варьируют по годам, но все же являются характеристикой вида [3, 10].
