Сельскохозяйственная биология, 2008, № 5, с. 38-42.

УДК 633.111«321»:575.11.3:581.2

КАЧЕСТВО ЗЕРНА И МУКИ У ИНТРОГРЕССИВНЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ГЕНАМИ УСТОЙЧИВОСТИ К ЛИСТОВОЙ РЖАВЧИНЕ ОТ Triticum timopheevii Zhuk.

Л.В. ОБУХОВА, Е.Б. БУДАШКИНА, М.Ф. ЕРМАКОВА, Н.П. КАЛИНИНА, В.К. ШУМНЫЙ

У интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы с генами устойчивости к листовой ржавчине от Triticum timopheevii Zhuk., полученных на основе 5 районированных сортов (Саратовская 29, Новосибирская 67, Иртышанка 10, Скала и Целинная 20), исследовали содержание сырой клейковины и белка в зерне, проламиновых фракций в муке, текстуру зерна и физические свойства теста на альвеографе. Большая часть линий по перечисленным показателям удовлетворяет нормам Центральной лаборатории Госкомиссии, предъявляемым к хлебной пшенице по критерию «не ниже ценной».

Ключевые слова: интрогрессивные линии, Triticum aestivum L., Triticum timopheevii Zhuk., мягкая пшеница, устойчивость к листовой ржавчине, технологические свойства, альвеограф, проламиновые фракции.

Сильная поражаемость сортов яровой мягкой пшеницы патогенами требует создания доноров устойчивости к болезням, которые могут использоваться в селекционной работе. Общеизвестно, что большая часть эффективных генов устойчивости к патогенам перенесена в геном мягкой пшеницы от других видов (1). Ранее одним из авторов (2) при гибридизации мягкой пшеницы с Triticum dicoccum (2n = 28) была получена мягкая пшеница (Гибрид 21) с комплексной устойчивостью к грибным патогенам, включенная в качестве донора генов устойчивости к болезням в селекционную программу (3). По оценке хлебопекарных качеств (ХПК) донор был отнесен к «сильным пшеницам—отличным улучшителям». Более детальное изучение белков клейковинного комплекса подтвердило эти характеристики (4). Таким образом, при переносе в геном мягкой пшеницы генетического материала тетраплоидного вида наблюдалась трансгрессия по признаку ХПК. Однако продуктивность растений у формы Гибрид 21 ниже, чем у сортов-стандартов. В литературе отмечены случаи ухудшения ХПК, связанные с ржаными транслокациями (5, 6).

В Институте цитологии и генетики СО РАН создана коллекция интрогрессивных линий мягкой пшеницы (7), устойчивость которых к листовой ржавчине и другим патогенам обусловлена генами, перенесенными от тетраплоидной пшеницы Triticum timopheevii Zhuk. Ранее у 11 линий из этой коллекции был исследован состав проламинов, определяющих, как известно, качество клейковины (8), и сделано предварительное заключение, что сила муки у этих линий не должна ухудшиться относительно родительского сорта, поскольку состав высокомолекулярных субъединиц глютенина (ВМСГ) не изменился (9).
Цель настоящей работы состояла в изучении технологических параметров, характеризующих качество зерна и муки у 7 интрогрессивных линий, устойчивость которых к листовой ржавчине обусловлена генами, перенесенными в их геномы от Triticum timopheevii Zhuk.

Методика. Линии были получены при скрещивании сортов яровой мягкой пшеницы с тетраплоидным эндемичным видом T. timopheevii Zhuk.(2n = 28, A^tA^tGG), характеризующимся уникальным пулом генов устойчивости к патогенам. Стерильные гибриды F₁ (T. aestivum L. × T. timopheevii Zhuk.) однократно беккроссировали с исходным сортом мягкой пшеницы. Индивидуальные растения F₁B₁ в последующих поколениях размножали самоопылением при изоляции. В поколениях F₄B₁-F₇B₁ отбирали цитологически стабильные растения (2n = 42), устойчивые к листовой ржавчине (Puccinia recondita Erikss) (7). Оценку устойчивости отдельных растений в поколениях проводили по международной шкале иммунности Майнса-Джексона. На основе 5 сортов яровой мягкой пшеницы (Саратовская 29, Новосибирская 67, Скала, Иртышанка 10, Целинная 20) была создана коллекция интрогрессивных линий мягкой пшеницы (2n = 42), устойчивость которых к листовой ржавчине подтверждалась ежегодно в полевых условиях и при искусственном заражении популяцией рас листовой ржавчины, характерной для Западной Сибири. В настоящем исследовании использовали 7 линий из этой коллекции (18-е и 20-е поколения). Линии и их исходные сорта выращивали в полевых условиях в 2004 и 2006 году соответственно в Новосибирской и Омской областях.

Технологические качества зерна и муки анализировали по методикам Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (10). Зерно размалывали на мельнице Quadrumat Senior («Brabender», Германия). Физические свойства теста определяли на альвеографе Chopin (Франция), признак твердозерности пшеницы — на приборе ПСХ-4 и ранжировали согласно описанию (11). Технологические параметры ранжировали в соответствии с нормами Центральной лаборатории Госкомиссии РФ (12). Содержание белка в зерне (N×5,7) определяли по Кьельдалю в технологической лаборатории Сибирского НИИ сельского хозяйства (г. Омск), белка во фракциях глиадина и глютенина — по M.M. Bradford (13), используя калибровочные кривые для каждой фракции белка; определение Glu-1 проводили по P.I. Payne (14).

Оценки существенности разности параметров по t-критерию для линий относительно исходных сортов рассчитывали по Б.А. Доспехову (15).
Результаты. Все изученные интрогрессивные линии имели высокую степень устойчивости к листовой ржавчине (наивысшую в обоих районах отмечали у родительской формы T.timopheeviiZhuk.и линии 821) (табл.).

Один из важнейших технологических показателей качества зерна пшеницы — твердозерность, как известно, находится под контролем 5DS хромосомы (16). Наблюдается также комбинированное влияние других хромосом гексаплоидной пшеницы: 2A, 2D, 4B, 4D, 5A, 5B, 6D и 7A (17). Сильные и ценные сорта пшеницы по этому показателю характеризуются не ниже, чем среднетвердозерные. По такому мукомольному показателю, как средний диаметр частиц муки (см. табл.), к твердозерным относились только некоторые родительские формы (T. timopheevii Zhuk. и Новосибирская 67), другие сорта (Саратовская 29, Целинная 20, Иртышанка 10, Скала) — к среднетвердозерным. Увеличился показатель твердозерности относительно исходных сортов (вероятно, под влиянием интрогрессии фрагмента(ов) генома T. timopheevii Zhuk.) у линий 676, 175, 67. У линий 821, 191 и 206 произошло его ухудшение, а линии 191 и 206 перешли в разряд мягкозерных.

Содержание сырой клейковины в зерне у всех линий и их исходных сортов соответствовало показателям для категории сильные пшеницы—отличные улучшители (кроме сорта Новосибирская 67 — хорошего улучшителя), белка в зерне у всех линий — показателям для категорий не ниже, чем хороший улучшитель (линия 821). Этот показатель достоверно повысился относительно исходного сорта у линий 140, 676, 206, 175 и 191 (соответственно на 0,7; 1,0; 1,1; 2,4 и 2,0 %), что, по-видимому, произошло за счет интрогрессии из генома T. timopheevii Zhuk.
У линий 821, 676, 191 увеличилась сила муки относительно исходных сортов из-за повышения содержания сырой клейковины (в первую очередь, фракции глютенинов).

У линии 175 повысилось содержание сырой клейковины за счет увеличения количества глиадинов (особенно S-бедных цистеином белков — ω-глиадинов), а не глютенинов (9), чем, по-видимому, было обусловлено отсутствие влияния высокого содержания клейковины и белка на показатель силы муки. У линий на основе сорта Иртышанка 10 (67 и 140) произошло уменьшение силы муки (несмотря на высокое содержание сырой клейковины) за счет увеличения обеих фракций проламинов: эти линии были получены на основе другого генотипа сорта Иртышанка 10, чем использованный для сравнения качества муки (эти образцы также отличались по Glu-1-оценке — 5 баллов вместо 7). По показателям силы муки, измеренной на альвеографе (ед. а.), все линии относились к категории не ниже ценной пшеницы. В категорию отличных улучшителей могут быть отнесены линии 821, 676, 191 с наибольшими баллами по Glu-1 при сохранении спектрального состава низкомолекулярных субъединиц глютенина (НМСГ) и ?-глиадинов без изменения (9). У этих линий сила муки возросла относительно соответствующих исходных сортов, по-видимому, за счет достоверного увеличения содержания глютенинов. В категорию ценной пшеницы попала только одна линия — 175, как и ее родительский сорт Скала.

Поскольку все исследованные интрогрессивные линии сохранили состав высокомолекулярных субъединиц глютенина исходных сортов, сила муки у них оказалась не ниже, чем у исходного сорта. Некоторые линии (676, 821 и 191) значительно превосходили по силе муки исходные сорта, по-видимому, за счет увеличения доли глютенинов. Интересно, что у линий 676 и 821 возросла экспрессия всех проламинов, при этом продукты интрогрессии обнаружены не были (9). Наблюдаемый эффект можно объяснить появлением усилителей экспрессии проламиновых генов в 1-й и 6-й группах хромосом.

По упругости теста (P) все сорта и линии, созданные на их основе, относились к категории отличных улучшителей (за исключением сорта Скала: величина P — 92 мм). Наибольшую упругость теста отмечали у линий 676, 821, 191, 67, 140, 206, 175 (в порядке убывания). По отношению упругости теста к растяжимости (P/L) все сорта и линии не выходили за пределы показателей для категории пшениц—улучшителей. В разряд отличных улучшителей попали линии 140, 175, 206 и 821. Относительно исходных сортов этот показатель ухудшился у линий 67, 191 и 676 (у последней — значительно).

Средняя масса зерновки достоверно увеличилась (относительно показателя у исходного сорта) у линий 67, 140 и 175, незначительно — у линий 676 и 191. Масса 1000 зерен оказалась наибольшей у линии 140, уменьшилась у линий 821 и 206. Удлиненная форма зерновки, как у T.ti-mopheeviiZhuk., наблюдалась у линии 821.

Итак, все изученные линии характеризуются устойчивостью к полевой популяции листовой ржавчины в Западно-Сибирском регионе в течение ряда поколений (включая F₂₀B₁). По технологическим параметрам качества зерна и муки 5 линий удовлетворяют нормам Центральной лаборатории Госкомиссии РФ (ЦлГ), предъявляемым к хлебной пшенице из категории не ниже ценной. Исключение составляют линии 191 и 206 с мягкой текстурой зерновок. Линия 676 по всем исследованным параметрам относится к сильным пшеницам — удовлетворительным улучшителям. По содержанию и качеству клейковины линии 821, 140, 191 и 206 удовлетворяют нормам ЦлГ для сильных пшениц-улучшителей. Все линии, кроме 191 и 206, можно рекомендовать для использования в селекционных программах для передачи генов устойчивости к листовой ржавчине и хороших технологических качеств. По всем показателям наилучшей была линия 821.

Авторы выражают благодарность Ю.В. Колмакову за определение содержания белка в зерне.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. M c I n t o s h R.A., M a r t J.E., D e v o s J. e.a. Catalogue of gene symbols for wheat. Proc. 9th Wheat Genet. Sym., v. 5. Saskatoon, Canada, 1998.
2. Б у д а ш к и н а Е.Б. Цитогенетическое изучение межсортовых гибридов пшеницы (Triticum aestivum × Triticum dicoccum) и их селекционное значение. Автореф. канд. дис. Новосибирск, 1975.
3. Генетика признаков продуктивности яровой пшеницы в Западной Сибири. /Отв. ред. Д.К. Беляев, Новосибирск, 1984.
4. О б у х о в а Л.В., Е р м а к о в а М.Ф., Б у д а ш к и н а Е.Б. и др. Иммунный Гибрид 21 как потенциальный донор высокого хлебопекарного качества пшеницы. В сб.: Селекция сельскохозяйственных культур на иммунитет. Новосибирск, 2004: 112-114.
5. M a r t i n D.J., S t e w a r t B.G. Dough-mixing properties of a wheat-rye derived cultivar. Euphytica, 1986, 35: 225-232.
6. M o r e n o - S e v i l l a B.P., B a e n z i g e r S., S h e l t o n D.R. e.a. Agronomic performance and end-use quality of 1B vs. 1BL/1RS genotypes derived form winter wheat «Rawhide». Crop Sci., 1995, 35: 1607-1612.
7. Б у д а ш к и н а Е.Б., К а л и н и н а Н.П. Способ создания интрогрессивных линий мягкой пшеницы (2n = 42), устойчивых к бурой ржавчине. Патент РФ № 2138155 от 19.03.1998. Государственный реестр изобретений Российской Федерации. М., опубл. 27.09.1998.
8. W r i g l e y C.W. Giant proteins with flour power. Nature, 1996, 381: 738-739.
9. O b u k h o v a L.V., B u d a s h k i n a E.B. Storage proteins analysis of prolamins common wheat introgression lines with leaf rust resistance from Triticum Timopheevii Zhuk.European wheat aneuploid Cc-operative newsletter /A. Boerner, J.W. Snape (eds). Gatersleben, Germany, Norwich, UK, 2008: 165-169.
10. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур /Под ред. М.А. Федина. М., 1988.
11. Б е р к у т о в а Н.С., Ш в е ц о в а И.А. Технологические свойства пшеницы и качество продуктов ее переработки. М., 1984.
12. Ж у ч е н к о А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России, М., 2004.
13. B r a d f o r d M.M. A rapid and sensitive method for quantification of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Anal. Biochem., 1976, 72: 248-254.
14. P a y n e P.I. Genetics of wheat storage proteins and the effect of allelic variation on bread-making quality, Ann. Rev. Plant Physiol., 1987, 38: 141-153.
15. Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
16. L a w C.N., Y o u n g C.F., B r o w n J.W.S. e.a. The study of grain-protein control in wheat using whole chromosome substitution line. In: Seed protein improvement by nuclear techniques. Vienna, 1978: 483-502.
17. T u r n b u l l K., R a h m a n S. Endosperm texture in wheat. J. Cereal Sci., 2002, 36: 327-337.

GRAIN AND FLOUR QUALITY IN INTROGRESSIVE LINES OF SPRING SOFT WHEAT CARRING LEAF RUST RESISTANCE GENES FROM Triticum timopheevii Zhuk.

L.V. Obukhova, E.B. Budashkina, M.F. Ermakova, N.P. Kalinina, V.K Shumnyi

Technological properties of grain and flour, including contents of raw gluten, protein, and prolamine fractions, together with grain texture and flour physical properties from alveograph, have been investigated in common wheat introgressive lines carrying leaf rust resistance genes from T. timopheevii Zhuk. which were obtained on the basis of 5 regionalised cultivars (Saratovskaya 29, Novosibirskaya 67, Irtyshanka 10, Skala and Tselinnaya 20). The most of lines on listed parameters pass standards of Central State Commission Laboratory of Russian Federation as for enumerates indices of bread wheat on not lower than «valuable» criterion.

Key words: introgressive lines, Triticum aetivum L., Triticum timopheevii Zhuk., bread wheat, resistance to leaf rust, technological properties, alveograph, prolamine fractions.

Оформление электронного оттиска