doi: 10.15389/agrobiology.2017.5.1041rus
УДК 633.14:631.524.6
ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ПЕНТОЗАНОВ
В ЗЕРНЕ ОЗИМОЙ РЖИ
М.Л. ПОНОМАРЕВА, С.Н. ПОНОМАРЕВ, М.Ш. ТАГИРОВ,
Л.Ф. ГИЛЬМУЛЛИНА, Г.С. МАННАПОВА
Создание сортов разного направления использования — приоритетная задача селекции озимой ржи (Secale cereale L.). Дифференцирующим показателем, определяющим направление диверсификации ржаного зерна, служит его качественный состав и содержание пентозанов. Целью представленной работы стала оценка изменчивости общего количества пентозанов и содержания водорастворимой фракции арабиноксиланов у российских и зарубежных популяций, гибридов и линий озимой ржи. Объектом исследования служили популяционные и гибридные сорта, линейный и гибридный селекционный материал озимой ржи отечественной и зарубежной селекции. Содержание пентозанов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в системе HPLC-RI («JASCO Deutschland GmbH», Германия), химическим микрометодом с использованием орцин-хлорида и косвенно, посредством оценки вязкости водного экстракта (ВВЭ). Анализ фенотипической и генотипической вариансы, расчет коэффициента вариации проводили на основе двухфакторного дисперсионного анализа с использованием множественного рангового критерия Дункана. В отечественном и зарубежном генофонде были идентифицированы образцы с низким и высоким содержанием пентозанов. Отечественные популяционные сорта и высокопентозановые линии селекции Татарского НИИ сельского хозяйства (ТатНИИСХ) выделялись высокими показателями общего содержания пентозанов и экстрагируемой вязкости. Зависимость между ВВЭ и содержанием фракции водорастворимых пентозанов в изученных количественных пределах с высокой вероятностью (95 %) имела прямолинейный характер. У низкопентозановых линий селекции ТатНИИСХ ВВЭ составляла 6,40-6,45 сантистокс (сСт), у российских популяционных сортов этот показатель находился в пределах 15,40-34,50, у гибридных сортов немецкой селекции достигал 47,50 сСт. У высокопентозановых образцов установлена высокозначимая положительная взаимосвязь между общим содержанием пентозанов, вязкостью водного экстракта и водорастворимой фракцией. Косвенная оценка пентозановой фракции посредством определения ВВЭ ржаного шрота позволяет начинать отбор на ранних этапах селекционного процесса и анализировать значительное число образцов за относительно короткое время. Необходим дальнейший поиск и селекция линий-доноров с низким содержанием арабиноксиланов и их водорастворимой фракции. Фенотипическая оценка малопентозановых форм, основанная только на определении косвенного показателя вязкости, затруднена. У малопентозановых линий выявлена значимая корреляция ВВЭ и содержания водорастворимой фракции (r = 0,745, Р = 0,05). Наследуемость вязкости водного экстракта зернового шрота составила H2 = 0,71, генотипический коэффициент вариации — 32,53 %, что свидетельствует о целесообразности совершенствования этого показателя селекционными методами. По содержанию водорастворимых пентозанов показатель наследуемости равнялся 0,50, а генотипический коэффициент вариации — 13,02 %, поэтому результативность отбора в этом случае будет невысокой. Представленные параметры генотипической изменчивости применимы только в отношении генотипов, использованных в рамках проведенного нами эксперимента. Выделены российские сорта Марусенька, Огонек, Чулпан 7 с наименьшим количеством водорастворимых пентозанов в муке и шроте. У сорта Огонек выявлено низкое содержание водорастворимой фракции в отрубях. Для более четкой дифференциации образцов, помимо количественной оценки содержания пентозанов (высокомолекулярных арабиноксиланов) в продуктах размола зерна, необходимо разработать экономичные методы анализа их состояния (водопоглощения, вязкости и растворимости).
Ключевые слова: озимая рожь, пентозаны, фракции, арабиноксиланы, вязкость водного экстракта, шрот, сорта, линии, наследуемость, генотипическая изменчивость.
PENTOSAN CONTENT GENOTYPIC VARIABILITY IN WINTER RYE GRAIN
M.L. Ponomareva, S.N. Ponomarev, M.Sh. Tagirov, L.F. Gilmullina,
G.S. Mannapova
Varieties intended for diverse use are modern priority in winter rye (Secale cereale L.) breeding. Composition and content of pentosans are indicators to diversify rye grain use. The aim of this work was estimation of variability in total arabinoxylans and soluble arabinoxylans in rye grain. Pentosans content was determined by high performance liquid chromatography in the HPLC-RI system (JASCO Deutschland GmbH, Germany), by chemical micro method with use of orcin-chloride, and indirectly by determining the viscosity of water extract (VWE). As a result, the samples with low and high pentosan content were identified at the linear, population and hybrid level in domestic and foreign gene pools. It was shown that Russian population varieties and high-pentosan lines selected at Tatar Research Institute of Agriculture stood out due to high rates of general pentosan level and extracted viscosity. The relationship between VWE and the content of water-soluble pentosans in the studied quantitative limits with a high probability (95 %) has a rectilinear character. In low pentosans lines originated from Tatar Research Institute of Agriculture VWE amounted to 6.40-of 6.45 centistokes (sSt), in the domestic population varieties VWE ranged from 15.40 to 34.50 sSt, and in hybrid varieties from Germany VWE reached 47.50 sSt. So we have a gene pool sufficient for baking rye breeding. In high-pentosan forms, we found the high significant positive correlation between the total content of pentosans, viscosity of water extracts and water-soluble fraction. An indirect estimate of pentosans fraction through determination of the water extract viscosity of rye meal allows to start selection in the early steps of breeding and to analyze a large number of samples in a relatively short time. Further search is necessary to select donor lines with low total level of arabinoxylans and water-soluble fraction. It is difficult to phenotypically evaluate low-pentosans plants based on an indirect indicator of viscosity only. Low pentosan lines had a significant correlation between VWE and the water-soluble fraction (r = 0.745, Р = 0.05). Heritability of water extract viscosity of grain meal was rather high (H2 = 0.71), and genotypic variation coefficient reached 32.53 %, indicating advisability of VWE improving by breeding techniques. Heritability index of water-soluble pentosan content was 0.50, and genotypic coefficient of variation was 13.02 %, so the impact of breeding on these indicators should be low. The presented genotypic variability parameters are applicable only to the genotypes used in our experiment. The smallest amounts of water-soluble pentosans in flour and meal were characteristic of the Russian varieties Marusenka, Ogonek, Chulpan 7. We revealed a low content of water-soluble fraction in the bran in variety Ogonek. To distinguish rye genotypes more precisely, it is necessary to develop effective tests which will allow to assess water absorption, viscosity and solubility of pentosans (high-molecular arabinoxylans) in addition to their quantitation in grain grind products.
Keywords: winter rye, pentosans, fractions, arabinoxylan, viscosity of water extract, meal, variety, lines, heritability, genotypic variability.
ФГБНУ Татарский НИИ сельского хозяйства, |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
