vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ19.496vavilov-2024Research ArticleСелекция растений на иммунитет и продуктивностьPlant breeding for immunity and performanceОптимизация параметров качества зерна для селекции озимой ржиOptimization of grain quality parameters for winter rye breedinghttps://orcid.org/0000-0002-1648-3938ПономареваМ. Л.PonomarevaM. L.smponomarev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8898-4435ПономаревС. Н.PonomarevS. N.Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук»; Казанский (Приволжский) федеральный университетРоссияTatar Scientific Research Institute of Agriculture – Subdivision of the “Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”; Kazan (Volga region) Federal UniversityRussian FederationТатарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук»РоссияTatar Scientific Research Institute of Agriculture – Subdivision of the “Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”Russian Federation201914052019233320327Copyright © Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., 20192019Пономарева М.Л., Пономарев С.Н.Ponomareva M.L., Ponomarev S.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2024

Цель настоящей работы – оценить фенотипическую изменчивость показателей качества зерна и выявить комплекс наиболее информативных признаков для селекции разнообразных по направлению использования сортов озимой ржи. Исследования выполнены в Татарском научно-исследовательском институте сельского хозяйства – обособленном структурном подразделении Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук» в 2001–2015 гг. на 15 сортах озимой ржи. Оценены 20 параметров, определяющих качество зерна и сырьевую ценность: технологические показатели (масса 1000 зерен, натурная масса и выравненность зерна), параметры устойчивости к прорастанию зерна (число падения, высота амилограммы, температура пика клейстеризации крахмала), кинематическая вязкость водного экстракта (ВВЭ) зернового шрота, хлебопекарные свойства (органолептическая оценка пробной выпечки хлебцев). Наибольшее влияние генотипа выявлено по ВВЭ (34.8 %) и содержанию белка (27.8 %). Эти признаки должны быть в первую очередь предметом фенотипической оценки в селекционном процессе. Фенотипическая изменчивость критериев углеводно-амилазного комплекса и активности α-амилаз и технологических параметров определялась преимущественно (68.6…82.5 %) средовыми факторами. Между числом падения (ЧП) и содержанием белка отсутствовала значимая связь. ЧП существенно коррелировало с высотой амилограммы и температурой пика клейстеризации. Выявлена положительная сопряженность средней силы ВВЭ с высотой амилограммы и ЧП. На основании многолетней фенотипической оценки с помощью метода главных компонент проведена оптимизация анализируемых показателей качества зерна озимой ржи. Для селекционной оценки озимой ржи предлагается использовать четыре интегральных показателя, имеющих наибольшую весовую нагрузку: содержание белка, число падения, вязкость водного экстракта и масса 1000 зерен. Этот комплекс признаков будет обеспечивать объективность и полноту оценки создаваемого селекционного материала. Показано, что кинематическая вязкость водного экстракта должна стать важным селекционным показателем как для определения хлебопекарных качеств ржи, так и для выявления кормовых достоинств зерна.

The purpose of this work was to evaluate the phenotypic variability of grain quality indicators and to identify the set of the most informative indicators for the selection of different use varieties of winter rye. The research was carried out in Tatar Scientific Research Institute of Agriculture – Subdivision of the “Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences” in 2001–2015 on 15 varieties of winter rye. Twenty parameters defining quality of grain and raw value were estimated: technological indicators (thousand grain mass, full-scale weight and grain uniformity), parameters preharvest sprouting (falling number, rate of amylogram, temperature of peak of starch gelatinization), kinematic water extract viscosity (WEV) of grain meal, baking properties (organoleptic assessment of trial baking bread). The greatest influence of genotype was found on WEV (34.8 %) and protein content (27.8 %). These features should be primarily the subject of phenotypic evaluation in the breeding process. Phenotypic variability of criteria of carbohydrate-amylase complex, α-amylases activity and technological parameters was determined predominantly (68.6…82.5 %) by environmental factors. There was no significant relationship between falling number and protein content. The falling number correlated with the rate of amylogram and the temperature of gelatinization. Positive conjugation of the average power of WEV with the rate of amylogram and falling number was found. On the basis of a prolonged phenotypic evaluation using principal component analysis we have optimized the analyzed indicators of quality properties of winter rye grain. For breeding evaluation of winter rye it is proposed to use four integral indi cators having the greatest weight load: protein content, falling number, water extract viscosity and thousand grain mass. This complex of features will provide objectivity and completeness of the evaluation of the breeding material. It was shown that the kinematic viscosity of the water extract should become an important selection index, both for determining the baking qualities of rye, and for revealing the fodder grain advantages.

озимая рожькачество зерначисло падениявязкость водного экстрактабелокамилограммаметод главных компонентwinter ryegrain qualityfalling numberwater extract viscosityproteinamylogramprincipal component analysisThis work was supported by the Kazan Research Center, Russian Academy of Sciences, project АААА-А18-118031390148-1 and the Russian Foundation for Basic Research, project 17-29-08023ofi_m.This work was supported by the Kazan Research Center, Russian Academy of Sciences, project АААА-А18-118031390148-1 and the Russian Foundation for Basic Research, project 17-29-08023ofi_m.ReferencesАлтухов А.И. Развитие рынка продовольственного зерна в России. Нива Поволжья. 2012;4(25):2-12. [Altukhov A.I. The development of the food grain market in Russia. Niva Povolzhya = Volga Region Farmland. 2012;4(25):2-12. (in Russian)]Алтухов А.И. Развитие рынка продовольственного зерна в России. Нива Поволжья. 2012;4(25):2-12. [Altukhov A.I. The development of the food grain market in Russia. Niva Povolzhya = Volga Region Farmland. 2012;4(25):2-12. (in Russian)]Бебякин В.М. Методические подходы к оценке качества зерна озимой ржи в процессе селекции. Озимая рожь: селекция, семеноводство, технологии и переработка. Саратов, 2008;90-94. [Bebyakin V.M. Methodology of the evaluation of winter rye grain quality during breeding. Winter Rye: Breeding, Production, Technology and Processing. Saratov, 2008;90-94. (in Russian)]Бебякин В.М. Методические подходы к оценке качества зерна озимой ржи в процессе селекции. Озимая рожь: селекция, семеноводство, технологии и переработка. Саратов, 2008;90-94. [Bebyakin V.M. Methodology of the evaluation of winter rye grain quality during breeding. Winter Rye: Breeding, Production, Technology and Processing. Saratov, 2008;90-94. (in Russian)]Гончаренко А.А. Актуальные вопросы селекции озимой ржи. М., 2014. [Goncharenko A.A. Topical Issues of Winter Rye Breeding. Moscow, 2014. (in Russian)]Гончаренко А.А. Актуальные вопросы селекции озимой ржи. М., 2014. [Goncharenko A.A. Topical Issues of Winter Rye Breeding. Moscow, 2014. (in Russian)]Гончаренко А.А., Беркутова Н.С., Тимощенко А.С. Сравнительная оценка сортов озимой ржи по различным показателям качества зерна. Докл. РАСХН. 2002;5:3-7. [Goncharenko A.A., Berkutova N.S., Timoshenko A.S. Comparative evaluation of winter rye cultivars with regard to various grain quality indicators. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2002;5:3-7. (in Russian)]Гончаренко А.А., Беркутова Н.С., Тимощенко А.С. Сравнительная оценка сортов озимой ржи по различным показателям качества зерна. Докл. РАСХН. 2002;5:3-7. [Goncharenko A.A., Berkutova N.S., Timoshenko A.S. Comparative evaluation of winter rye cultivars with regard to various grain quality indicators. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2002;5:3-7. (in Russian)]Гончаренко А.А., Исмагилов Р.Р., Беркутова Н.С., Ванюшина Т.Н., Аюпов Д.С. Оценка хлебопекарных качеств зерна озимой ржи по вязкости водного экстракта. Докл. РАСХН. 2005;1:6-9. [Goncharenko A.A., Ismagilov R.R., Berkutova N.S., Vanyushina T.N., Ayupov D.S. Evaluation of the bread-making quality of rye grain by viscosity of water extract. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2005;1:6-9. (in Russian)]Гончаренко А.А., Исмагилов Р.Р., Беркутова Н.С., Ванюшина Т.Н., Аюпов Д.С. Оценка хлебопекарных качеств зерна озимой ржи по вязкости водного экстракта. Докл. РАСХН. 2005;1:6-9. [Goncharenko A.A., Ismagilov R.R., Berkutova N.S., Vanyushina T.N., Ayupov D.S. Evaluation of the bread-making quality of rye grain by viscosity of water extract. Doklady Rossiyskoy Akademii Selskokhozyaystvennykh Nauk = Proceedings of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2005;1:6-9. (in Russian)]Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (технологическая оценка зерновых, крупяных и зернобобовых культур). М., 1988. [Methods of the State Testing of Agricultural Crop Varieties: Technological Evaluation of Grain, Cereal, and Leguminous Crops. Moscow, 1988. (in Russian)]Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (технологическая оценка зерновых, крупяных и зернобобовых культур). М., 1988. [Methods of the State Testing of Agricultural Crop Varieties: Technological Evaluation of Grain, Cereal, and Leguminous Crops. Moscow, 1988. (in Russian)]Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш. Динамика факторов производства и использования зерна ржи в Российской Федерации и Республике Татарстан. Земледелие. 2014;8:6-9. [Ponomareva M.L., Ponomarev S.N., Tahirov M.Sh. Dynamics of indices of rye grain production and use in the Russian Federation and the Republic of Tatarstan. Zemledelie = Agriculture. 2014;8: 6-9. (in Russian)]Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш. Динамика факторов производства и использования зерна ржи в Российской Федерации и Республике Татарстан. Земледелие. 2014;8:6-9. [Ponomareva M.L., Ponomarev S.N., Tahirov M.Sh. Dynamics of indices of rye grain production and use in the Russian Federation and the Republic of Tatarstan. Zemledelie = Agriculture. 2014;8: 6-9. (in Russian)]Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш., Гильмуллина Л.Ф., Маннапова Г.С. Генотипическая изменчивость содержания пентозанов в зерне озимой ржи. С.-х. биология. 2017; 52(5):1041-1048. [Ponomareva M.L., Ponomarev S.N., Tagirov M.Sh., Gilmullina L.F., Mannapova G.S. Pentosan content genotypic variability in winter rye grain. Selskokhozyaistvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2017;52(5):1041-1048. DOI 10.15389/agrobiology.2017.5.1041rus. (in Russian)]Пономарева М.Л., Пономарев С.Н., Тагиров М.Ш., Гильмуллина Л.Ф., Маннапова Г.С. Генотипическая изменчивость содержания пентозанов в зерне озимой ржи. С.-х. биология. 2017; 52(5):1041-1048. [Ponomareva M.L., Ponomarev S.N., Tagirov M.Sh., Gilmullina L.F., Mannapova G.S. Pentosan content genotypic variability in winter rye grain. Selskokhozyaistvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2017;52(5):1041-1048. DOI 10.15389/agrobiology.2017.5.1041rus. (in Russian)]Bengtsson S., Andersson R., Westerlund E., Aman P. Content, structure and viscosity of soluble arabinoxylans in rye grain from several countries. J. Sci. Food Agric. 1992;58:331. DOI 10.1002/jsfa. 2740580307. Bruemmer J.M. Rye and its baking behavior. Cereal Technol. 2005;59: 95-106.Bengtsson S., Andersson R., Westerlund E., Aman P. Content, structure and viscosity of soluble arabinoxylans in rye grain from several countries. J. Sci. Food Agric. 1992;58:331. DOI 10.1002/jsfa. 2740580307. Bruemmer J.M. Rye and its baking behavior. Cereal Technol. 2005;59: 95-106.D’Appolonia B.L. Comparison of pentosans extracted from conventional and continuous bread. Cereal Chem. 1973;50:27.D’Appolonia B.L. Comparison of pentosans extracted from conventional and continuous bread. Cereal Chem. 1973;50:27.Delcour J.A. Structure of water- and alkali-extractable rye (Secale cereale L.) arabinoxylans. International Rye Symposium: Technology and Products. Espoo: VTT Biotechnology and Food Reserch. 1995; 161:103-111.Delcour J.A. Structure of water- and alkali-extractable rye (Secale cereale L.) arabinoxylans. International Rye Symposium: Technology and Products. Espoo: VTT Biotechnology and Food Reserch. 1995; 161:103-111.Gomez M., Pardo J., Oliete B., Caballero P.A. Effect of the milling process on quality characteristics of rye flour. J. Sci. Food Agric. 2009; 89:470-476. DOI 10.1002/jsfa.3475.Gomez M., Pardo J., Oliete B., Caballero P.A. Effect of the milling process on quality characteristics of rye flour. J. Sci. Food Agric. 2009; 89:470-476. DOI 10.1002/jsfa.3475.Gudmundsson M., Eliasson A.C. Thermal and viscous properties of rye starch extracted from different varieties. Cereal Chem. 1991;68: 172-177.Gudmundsson M., Eliasson A.C. Thermal and viscous properties of rye starch extracted from different varieties. Cereal Chem. 1991;68: 172-177.Hansen H.B., Moller B., Andersen S.B., Jorgensen J.R., Hansen A. Grain characteristics, chemical composition, and functional properties of rye (Secale cereale L.) as influenced by genotype and harvest year. J. Agric. Food Chem. 2004;52:2282-2291. DOI 10.1021/ jf0307191.Hansen H.B., Moller B., Andersen S.B., Jorgensen J.R., Hansen A. Grain characteristics, chemical composition, and functional properties of rye (Secale cereale L.) as influenced by genotype and harvest year. J. Agric. Food Chem. 2004;52:2282-2291. DOI 10.1021/ jf0307191.Kucerova J. Effects of location and year on technological quality and pentosan content in rye. Czech J. Food Sci. 2009;27:418-424.Kucerova J. Effects of location and year on technological quality and pentosan content in rye. Czech J. Food Sci. 2009;27:418-424.Laidig F., Piepho H.P., Rentel D., Drobek T., Meyer U., Huesken A. Breeding progress, variation, and correlation of grain and quality traits in winter rye hybrid and population varieties and national on-farm progress in Germany over 26 years. Theor. Appl. Genet. 2017;130(5):981-998. DOI 10.1007/s00122-016-2810-3.Laidig F., Piepho H.P., Rentel D., Drobek T., Meyer U., Huesken A. Breeding progress, variation, and correlation of grain and quality traits in winter rye hybrid and population varieties and national on-farm progress in Germany over 26 years. Theor. Appl. Genet. 2017;130(5):981-998. DOI 10.1007/s00122-016-2810-3.Muenzing K., Huesken A., Unbehend G., Begemann J., Arent L., Wolf K., Lindhauer M.G. Die Qualität der deutschen Roggenernte 2014. Mühle Mischfutter. 2014;155:745-754.Muenzing K., Huesken A., Unbehend G., Begemann J., Arent L., Wolf K., Lindhauer M.G. Die Qualität der deutschen Roggenernte 2014. Mühle Mischfutter. 2014;155:745-754.Nowotna A., Buksa K., Gambus H., Ziobro R., Krawontka J., Sabat R., Gryszkin A. Retrogradation of rye starch pastes. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 2007;6(4):95-102.Nowotna A., Buksa K., Gambus H., Ziobro R., Krawontka J., Sabat R., Gryszkin A. Retrogradation of rye starch pastes. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 2007;6(4):95-102.Rattunde H.F., Geiger H.H., Weipert D. Variation and covariation of milling-and baking-quality characteristics among winter rye singlecross hybrids. Plant Breed. 1994;113(4):287-293. DOI 10.1111/ j.1439-0523.1994.tb00738.x.Rattunde H.F., Geiger H.H., Weipert D. Variation and covariation of milling-and baking-quality characteristics among winter rye singlecross hybrids. Plant Breed. 1994;113(4):287-293. DOI 10.1111/ j.1439-0523.1994.tb00738.x.Repeckiene A., Eliasson A.-C., Juodeikiene G., Gunnarsson E. Predicting baking performance from rheological and adhesive properties of rye meal suspensions during eating. Cereal Chem. 2001;78:193-199. DOI 10.1094/CCHEM.2001.78.2.193.Repeckiene A., Eliasson A.-C., Juodeikiene G., Gunnarsson E. Predicting baking performance from rheological and adhesive properties of rye meal suspensions during eating. Cereal Chem. 2001;78:193-199. DOI 10.1094/CCHEM.2001.78.2.193.Schlegel Rolf H.J. Rye: Genetics, Breeding and Cultivation. London: CRC Press Taylor and Francis Group, 2013.Schlegel Rolf H.J. Rye: Genetics, Breeding and Cultivation. London: CRC Press Taylor and Francis Group, 2013.Weipert D. Рrocessing performance of rye as influenced by sprouting resistance and pentosans contents. International Rye Symposium: Technology and Products. Espoo: VTT Biotechnology and Food Research. 1995;161:39-49.Weipert D. Рrocessing performance of rye as influenced by sprouting resistance and pentosans contents. International Rye Symposium: Technology and Products. Espoo: VTT Biotechnology and Food Research. 1995;161:39-49.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.