Оптимизация параметров качества зерна для селекции озимой ржи

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.

озимая рожь, качество зерна, число падения, вязкость водного экстракта, белок, амилограмма, метод главных компонент

1. 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)]

2. 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)]

3. Гончаренко А.А. Актуальные вопросы селекции озимой ржи. М., 2014. [Goncharenko A.A. Topical Issues of Winter Rye Breeding. Moscow, 2014. (in Russian)]

4. 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)]

5. 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)]

6. 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)]

7. 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)]

8. 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)]

9. 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.

10. D’Appolonia B.L. Comparison of pentosans extracted from conventional and continuous bread. Cereal Chem. 1973;50:27.

11. 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.

12. 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.

13. Gudmundsson M., Eliasson A.C. Thermal and viscous properties of rye starch extracted from different varieties. Cereal Chem. 1991;68: 172-177.

14. 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.

15. Kucerova J. Effects of location and year on technological quality and pentosan content in rye. Czech J. Food Sci. 2009;27:418-424.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Schlegel Rolf H.J. Rye: Genetics, Breeding and Cultivation. London: CRC Press Taylor and Francis Group, 2013.

22. 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.