Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

Перспективные образцы озимой ржи для селекции кормовой ржи в условиях Юго-Западного Предуралья

Перспективные образцы озимой ржи для селекции кормовой ржи в условиях Юго-Западного Предуралья
Сегодня в рубрике «Агронаука-сельхозпроизводству» мы знакомим Вас с результатами трехлетних исследований (2016-2018 гг.) по определению содержания водорастворимых пентозанов в зерне озимой ржи в условиях Юго-Западного Предуралья. Авторы поставили целью создание сортов ржи, содержащих малое количество водорастворимых пентозанов и увеличении переваримости и усвояемости зерна ржи до уровня зерна пшеницы. Создание зернофуражных сортов ржи позволит снизить затраты на производство комбикормов и повысит рентабельность животноводческой продукции. Поэтому изучили межпопуляционное варьирование содержания водорастворимых пентозанов в зерне ржи и выделили низкопентозановые образцы для использования в селекции зернофуражной ржи.
 
Высокая адаптационная способность озимой ржи обуславливает низкую требовательность к плодородию, структурному составу и кислотности почвы, высокую зимостойкость и засухоустойчивость, стабильность урожая зерна, что позволяет отнести ее к культурам пониженного экономического риска. Биологический «запас прочности» на случай неблагоприятных погодных условий у ржи значительно выше, чем у других культур. Озимая рожь – одна из немногих сельскохозяйственных культур, которая может выращиваться бессменно на протяжении десятилетий. Она имеет мощную корневую систему, которая по биомассе сопоставима с наземной частью растения.

Сегодня спрос на зерно ржи со стороны основных его потребителей крайне низкий. Одна из причин этого – слишком узкая сфера отечественной переработки зерна ржи. Рожь в России используется главным образом в хлебопекарной, крахмало-паточной, спиртовой и винокуренной промышленностях. В течение длительного периода ее выращивают для получения ржаного хлеба, в кормопроизводстве – в качестве раннего зелёного корма и для заготовки на силос, зерно входит в состав комбикормов на корм скоту.

Значительное количество зерна перерабатывается на спирт. Поэтому нецелесообразно стремиться к созданию универсальных сортов ржи. Удовлетворить запросы потребителя будет легче, создавая сорта для целевого использования. Принципиально разные требования к биохимическим свойствам зерна лежат в основе необходимости дифференцированного подхода к выбору тех или иных направлений селекции. Создание сортов разного направления использования – приоритетная задача современной селекции озимой ржи.

Вся историческая селекция ржи была направлена на получение сортов продовольственного назначения, в том числе на увеличение водорастворимых пентозанов, положительно влияющих на консистенцию, пористость, сохранность свежести мякиша хлеба и требования для кормового зерна не учитывались. В комбикормовой промышленности его использование ограниченно. 

Тем не менее, перспектива использования зерна ржи для кормового использования всегда привлекала животноводов по той причине, что относительно дешевое зерно ржи по питательной ценности белка превосходит другие зерновые культуры, за исключением овса. Белок ржи на 83% соответствует молочному казеину, тогда как белок зерна пшеницы только на 41%. Также белок ржи содержит 3…4% лизина и лучше сбалансирован по другим незаменимым кислотам. Однако при всех перечисленных достоинствах, зерно ржи неохотно поедается животными и переваривается в желудочно-кишечном тракте хуже других культур. По этой причине на кормовые цели в России используется всего 8…12% от общего производства зерна ржи, а в комбикормовой промышленности его доля не превышает 3…5%. 


 



Использование зерна сортов традиционной ржи на корм животным ограничено присутствием в нем очень большого количества водорастворимых пентозанов, представленных арабинозой и ксилозой (арабиноксиланов), входящих в состав некрахмальных полисахаридов. Это важные при хлебопечении вещества, так как связывают воду при замесе теста, увеличивают его вязкость и улучшают физические свойства. Их суммарное содержание в зерне ржи варьирует от 7,0 до 13,0%, в пшенице 5…7%, из них водорастворимых 0,5…1,0%.

Пентозаны входят в состав клеточных стенок и выполняют важные функции: вместе с другими компонентами определяют прочность и растяжимость клеточных стенок, обеспечивают водный режим, засухоустойчивость и морозостойкость растений, устойчивость к патогенам. 

По отношению к воде их подразделяют на водорастворимые (содержание в зерне 4,5...5%) и нерастворимые. 

Водонерастворимые пентозаны (ВНП) большей частью содержатся в оболочках клеток, а водорастворимые (ВРП) – только в стенке клеток в оболочке и алейроновом слое. Есть данные, что пентозаны в слизях водной вытяжки зерна озимой ржи составляют 20…38% по отношению к другим моносахарам. Их ценное свойство – способность давать высоковязкие водные растворы, что очень важно в технологии приготовления ржаного теста. Содержание пентозанов в зерне ржи в 5…7 раз выше, по сравнению с пшеницей. 

Водорастворимые арабиноксиланы в сухом зерне, находясь в полимерном состоянии молекул, обладают высокой гидрофильностью и способны поглощать воды в 8…10 раз больше своей массы. При этом образуются слизи, которые ограничивают доступ пищеварительных ферментов к питательным веществам зерна. Кроме того, арабиноксиланы, покрывая слизью стенки кишечника, ограничивают всасывание продуктов пищеварения. Они не гидролизуются ферментами животных и не сбраживаются дрожжами, что позволяет им в виде слизей пройти через весь пищеварительный тракт, сохраняя свою вредоносность. Другие сахара, входящие в состав некрахмальных полисахаридов, легко гидролизуются ферментами и не создают проблем пищеварения и усваивания кормов. 


 



Наиболее рациональное решение вопроса об использовании зерна озимой ржи для фуражных целей заключается в снижении содержания водорастворимых пентозанов до уровня содержания их в пшенице методами селекции. В связи с этим создание низкопентозановых сортов ржи, целенаправленно предназначенных для фуражного использования, в настоящее время очень актуально. С помощью этого направления селекции возможно повысить конкурентоспособность культуры и улучшить кормовую базу.

Исследования проведены в 2016-2018 гг. в условиях Юго-Западного Предуралья Чишминского селекционного центра Башкирского НИИСХ УФИЦ РАН. Материалом для исследований послужили 59 образцов из генофонда доноров ценных признаков и редких форм озимой ржи коллекции ВИР, включающих доноры иммунитета к грибковым болезням, короткостебельности, крупнозерности, характеризующиеся высокими показателями урожайности и других биологических и агрономических признаков. Коллекционные образцы были изучены в сравнении с перспективными селекционными сортами Башкирского НИИСХ УФИЦ РАН, таких как «Чулпан 7», «Чулпан 10» «Памяти Кунакбаева».

Содержание водорастворимых пентозанов в зерне ржи в среднем составляет 1,5...2,8%, в зерне пшеницы – 0,5...1,5%. Из общего количества всех пентозанов зерна пшеницы лишь 20...24% относятся к водорастворимым, в то время как в зерне ржи они составляют 40%, т.е. почти в 2 раза больше, чем в пшенице. В связи с этим, в качестве эталононизкого содержания водорастворимых пентозанов мы взяли сорт пшеницы Мироновская 808.

Рельеф опытных участков выровненный. Почвенный покров поля представлен легкосуглинистыми типичными карбонатными чернозёмами средней мощности. По механическому составу – среднесуглинистые. Состав почвы с глубиной становится более лёгким. Подстилающие породы – песчаники и мергели, способствуют лёгкому просачиванию осадков вглубь. 




 
 ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСКРЫВАЮТ ВОЗМОЖНОСТИ ВЫДЕЛИТЬ ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ
 И СОЗДАТЬ ПОПУЛЯЦИОННЫЙ СОРТ ОЗИМОЙ РЖИ С МАЛЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ОДОРАСТВОРИМЫХ
 ПЕНТОЗА-НОВ И ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ БЕЛКА В ЗЕРНЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
 В КОМБИКОРМОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ БАШКОРТОСТАНА 




Поэтому при недостатке в этой зоне атмосферных осадков часто проявляется почвенная засуха.

Среднее содержание гумуса в верхнем пахотном слое колеблется от 7 до 9%. На глубине 40…60 см оно составляет 3,2…3,4%, а на 80 см – около 2%. Водородный показатель (pH ) водной суспензии 7,2…7,6. Содержание общего азота – 0,4%, подвижного калия и фосфора – 20,5 мг/100 г и 10,2 мг/100 г сухой почвы, содержание кальция – 5,6%, по Мачигину.

Предшественник – черный пар. Агротехника опыта общепринятая в зоне селекционного центра для озимых культур. Предпосевную подготовку почвы, посев и уход за посевами осуществляли в оптимальные сроки и в соответствии с зональными рекомендациями. Посев проводили на изолированном поле хозяйственного севооборота агрегатом Т-16 сеялкой СКС-6-10 центрального высева. Длина делянок 1 м, число рядков 7, междурядье – 30 см, расстояние между семенами в рядке – 5 см. Уборку осуществляли в фазе полной спелости вручную.


 



В годы исследований наблюдали сильное варьирование климатических условий в период вегетации растений. В 2016 г. был ярко выражен дефицит осадков на протяжении всего вегетационного периода, что подтверждает очень низкое значение гидротермического коэффициента – ГТК = 0,7. В течение вегетации 2017 г. температура воздуха была ниже среднемноголетней с осадками выше нормы (ГТК = 1,4). Гидротермический коэффициент за период вегетации в 2018 г. был равен 0,9, что указывает на достаточно засушливые условия.

Лабораторные опыты проводили на базе Чишминского селекционного центра. Размол зерна осуществляли на лабораторной мельнице, отбор навесок муки и шро-та – по ГОСТ 13586.5-85. Экстракцию образцов для определения содержания водорастворимых пентозанов (ВРП) и вязкости водного экстракта (ВВЭ) проводили по методике, описанной D. Boros.

Содержание водорастворимых полисахаридов в образцах озимой ржи определяли по оригинальному методу, разработанному А.И. Ермаковым, исключающему из анализа спирторастворимые сахара; белка с пересчетом на абсолютно сухое вещество в зерне –методом Кьельдаля. Проведен структурный анализ колосового и зернового материала: определена масса 1000 зерен по ГОСТ 10842-64 и натурный вес – по ГОСТ 10840-64. Для измерения динамической вязкости зернового шрота озимой ржи использовали вискозиметр капиллярный типа ВПЖ-1 (ГОСТ 10028-67) с диаметром капилляра 1,52 мм (диапазон измерения вязкости от 60 до 300). Для анализа были взяты 8 сортов ржи, у которых определяли вязкость зернового шрота из урожая зерна 2016-2018 гг. Предполагалось, что под влиянием разных погодных условий и сортовых особенностей они будут иметь ощутимые различия в вязкости экстракта.

Образцы муки экстрагировали с водой в отношении 1:5 (масса/объем). Суспензии встряхивали в течение 1 часа при комнатной температуре (20-25˚С) и затем центрифугировали при 1000хg в течение 10 минут. Надосадочную жидкость испытывали на вязкость. Измерение вязкости производили при комнатной температуре. Кинематическую вязкость водного экстракта рассчитывали в сантистоксах по формуле V = g/9,807 × T × K, где К –постоянная вискозиметра, мм2/с2; V – кинематическая вязкость, мм2/с; Т– время истечения жидкости, с; g – ускорение свободного падения в месте измерения, м/с2. При внутреннем диаметре капилляра 1,52 мм постоянная вискози-метра 0,3617 мм2/с2.

Определение динамической вязкости экстракта зернового шрота сортов озимой ржи выполнено по методу Гончаренко А.А. и по видоизмененному нами его варианту, суть которого заключается в экстрагировании изучаемого образца на водяной бане в течение 30 минут при температуре не выше 45˚С.



 
 ВСЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СЕЛЕКЦИЯ РЖИ БЫЛА НАПРАВЛЕНА НА ПОЛУЧЕНИЕ СОРТОВ
 ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ, В ТОМ ЧИСЛЕ НА УВЕЛИЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ
 ПЕНТОЗАНОВ, ПОЛОЖИТЕЛЬНО ВЛИЯЮЩИХ НА КОНСИСТЕНЦИЮ, ПОРИСТОСТЬ, СОХРАННОСТЬ
 СВЕЖЕСТИ МЯКИША ХЛЕБА И ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ КОРМОВОГО ЗЕРНА НЕ УЧИТЫВАЛИСЬ 


 

Для идентификации низкопентозановых генотипов в период кущения растений использовали оригинальный метод клоновых половинок с последующей биохимической оценкой зерна у каждого генотипа. Данный метод предполагает увеличение числа первичных растений, то есть образцов индивидуального генотипа, при многократном расчленении куста каждого растения озимой ржи до получения нескольких десятков кустов (клонов) того же растения. При использовании метода клоновых половинок для каждого первичного растения (генотипа) изучаемой популяции в течение весны-лета (до ухода на зимовку) получают до 25-30 клонов. На следующий год в период выколашивания растений половину (50 колосьев) каждого клонированного генотипа изолируют до цветения с целью получения самоопыленных потомств. Зерно свободно опыленных колосьев второй части клонов этих же генотипов используют для биохимического анализа на содержание ВРП.

Экспериментальные данные обработаны общепринятыми методами математической статистики. 

Изученные сорта и доноры ценных признаков имели большое разнообразие по содержанию ВРП в зерне. Диапазон изменчивости образцов ржи по содержанию водорастворимых пентозанов составил 1,36…2,30% на сухое вещество зерна (табл. 1), тогда как в зерне сорта – эталона пшеницы Мироновская 808, в среднем за годы исследования – 1,20%. Выявлено 9 образцов ржи с пониженным содержанием водорастворимых полисахаридов (1,36… 1,50%) на сухое вещество зерна, что близко к их содержанию в зерне пшеницы. Большая часть образцов исследованной выборки (43 шт.) отличалась средним содержанием ВРП – т 1,51...1,70%. Альтернативную группу с высоким содержанием ВРП (2,01...2,30%) составили 10 сортов.

 



Пять образцов (ГАК тетра, Ярославна, Сибирская 82, Иммунная 762, Вавиловская) содержали наименьшее количество (1,36…1,46%) водорастворимых пентозанов с высоким содержанием белка в зерне (14,8…16,4 %), что позволяет использовать их в качестве источников указанного признака для селекции зернофуражной ржи (табл. 2). Альтернативную группу с высоким содержанием ВРП (2,01…2,30%) наполнили сорта Дымка, Фаленская 4, Спасская, Пышма, Amilo, Ил 23/94, Крона, Волхова, Россул, К 11/76. Эти образцы представляют собой ценность для селекции на высокие хлебопекарные свойства.

В результате структурного анализа исследуемого материала, низкая натура зерна выявлена у сортов Кировская 89 (636 г/л), Саратовская 4 (628 г/л), Россул (625 г/л) и Чулпан 7 (649 г/л). Масса 1000 зерен колебалась в пределах от 27,10 г до 36,08 г.

В группу крупнозерных сортов с массой 1000 зерен выше 35 г вошли 3 сорта (Харьковская 60, Волхова, Память Кондратенко). Большинство изученных сортов имело зерно средней крупности (31…35 г). Четыре сорта (Кировская 89, Чулпан 7, Бухтарминская, Саратовская КВ) обладали массой 1000 зерен на уровне ниже средней (менее 28 г). Как правило, все крупнозерные сорта характеризовались высокой (732-769 г/л) натурной массой зерна. Размах изменчивости содержания белка в зерне изученных образцов озимой ржи составил 13,3…16,9% на сухое вещество.

Выявленные малопентозановые образцы имели зерно средней крупности (30,5…34,6 г). Высокую натуру зерна за эти годы показали сорта ГАК тетра (700 г/л) и Таловская 29 (689 г/л). Низкая натура зерна у образцов Таловская 33 (610 г/л), Ярославна (610 г/л), Комбайниняй 3. Содержание белка в выявленных малопентозановых образцах было довольно высокое и составило 14,8…16,4% (см. табл. 2). Высокое содержание белка в сочетание со сниженным количеством водорастворимых пентозанов (ВРП) позволяет использовать эти образцы в качестве исходного материала для селекции зернофуражной ржи в Башкортостане.

Определение вязкости водного экстракта зернового шрота ржи при помощи капиллярно-проточного вискозиметра показало, что среди селекционного материала присутствуют образцы, существенно различающиеся по указному признаку. Вязкость растворов изменялась в пределах от 5,28 до 33,34 сСт. У стандартного сорта Мироновская 808 вязкость водного экстракта зернового шрота составила 3,23 сСт. Исследования подтвердили предположение, что вязкость экстракта зависит не только от сортовых особенностей, но и от года выращивания. Наименьшее значение экстрагируемой вязкости пентозанов имели образцы Комбайниняй 3 и Крупнозерная 2, что позволяет отнести их в разряд сортов для кормового использования (табл. 3). Было выявлено, что при экстрагировании в теплой воде, практически во всех вариантах, вязкость водного экстракта зернового шрота увеличивалась. На основании этого можно делать вывод, что экстрагирование зерна озимой ржи дает отрицательный результат.

Наследование содержания ВП в зерне клонов озимой ржи модельной популяции Волга 3 HI в первом поколении (F1) после межклонового свободного переопыления. Выявленная изменчивость по содержанию ВРП недостаточна для селекции малопентозановой ржи. Однако в популяциях ржи имеются единичные малопентозановые (0,5...1,0%) биотипы, для идентификации которых предложен метод клоновых половинок.

В результате предшествующих исследований модельной популяции Волга 3 HI были выделены клоны с малым содержанием (1,27…1,50%) водорастворимых пентозанов в зерне. Количество ВРП в зерне каждого клона отражает фенотипическое проявление признака при неизвестном генетическом содержании, которое зависит от опыления материнских растений клона пыльцой неизвестных растений в предшествующем поколении. Генотипическое проявление содержания ВРП в зерне может быть выявлено лишь в потомстве, выращенном из семян, полученных при самоопылении растений клона. Эти сведения будут получены в последующих исследованиях.

При изучении первого поколения (F1) от свободного переопыления клонов следует учитывать, что к ситуации, описанной выше о фенотипическом и генетическом проявлении признаков оригинальных клонов, добавляется фактор их межклонового переопыления. В результате наших исследований, у 15 клонов F1, полученныхот свободного переопыления, характеризующихся малым содержанием ВРП, мы не наблюдали значительных изменений по содержанию в зерне ВРП, массе 1000 и натурной массе зерна (табл.4). 


 



Увеличение содержания ВРП в зерне потомства отдельных клонов наблюдали в 62% случаях, с колебаниями от 0,01 до 0,41%. В остальных случаях отмечено уменьшение содержания ВРП от 0,01 до 0,19%. Среднее по опыту содержание ВРП в зерне клонов F1 увеличилось незначительно (0,03%). 

Другие физические показатели не претерпели больших изменений. Так, масса 1000 зерен в 40% случаев несколько увеличилась, а в 60% – уменьшилась. В среднем по опыту уменьшение составило 1,4 г. Натурная
масса зерна уменьшилась на 2 г/л. Слабую изменчивость признаков зерна в первом поколении свободно переопыленных клонов озимой ржи можно объяснить слабой их дифференциацией по изучаемым признакам. Кроме того, содержание ВРП в зерне, вероятно, обусловлено материнским эффектом наследования. Это представляет собой положительное явление, полезное для его использования при подборе компонентов для составления синтетических популяций ржи, более гомогенных по селектируемым признакам.


 
ВЫВОДЫ
 
Проведенные исследования раскрывают возможности выделить исходный материал и создать популяционный сорт озимой ржи с малым содержанием водорастворимых пентозанов и повышенным содержанием белка в зерне для использования в комбикормовой промышленности Башкортостана. Выявлено, что генофонд коллекций мировых ресурсов ржи и селекционный фонд, сосредоточенный в Чишминском селекционном центре, характеризуются достаточно высоким биоразнообразием для положительного решения поставленных задач. Отдельные формы различаются в пределах статистической ошибки.

В результате исследований выявлено 9 образцов с пониженным содержанием водорастворимых полисахаридов: 1,36…1,50% в пересчете на сухое вещество, что близко к содержанию в зерне пшеницы. Это дает возможность использовать такие формы в качестве исходного материала для создания сортов озимой ржи хлебопекарной, комбикормовой и перерабатывающей промышленности.

В зерне сорта-стандарта пшеницы Мироновская 808 содержание водорастворимых пентозанов в среднем за 2016-2018 гг. составило 1,20%. 

Пять образцов (ГАК тетра, Ярославна, Сибирская 82, Иммунная 762, Вавиловская) характеризовались пониженным содержанием (1,36-1,46%) водорастворимых пентозанов и высокими показателями белка (14,8-16,4%), что позволяет использовать их в качестве источников для селекции зернофуражной ржи. Вязкость растворов изменялась в пределах от 5,28 до 33,34 сСт. У стандартного сорта Мироновская 808 вязкость водного экстракта зернового шрота составила 3,23 сСт. 

Подтверждено предположение, что вязкость экстракта зависит не только от сортовых особенностей, но и от года выращивания. Наименьшее значение экстрагируемой вязкости пентозанов имели образцы Комбайниняй 3 и Крупнозерная 2, что позволяет отнести их в разряд сортов для кормового использования.

Результаты исследований дают предпосылки, что содержание ВРП в зерне, обусловлено материнским эффектом наследования. Это представляет собой положительное явление, полезное для его использования при подборе компонентов для составления синтетических популяций ржи более гомогенных по селектируемым признакам. 

Использование методов дифференциации селекционных популяций ржи на отдельные генотипы методом клонирования, идентификация и наследственное сохранение желаемых генотипов позволили отобрать селекционный исходный материал для формирования новых сортовых популяций ржи и создания сортов, адаптированных к природным условиям Республики Башкортостан.



 
Текст: А.Х. ШАКИРЗЯНОВ, д. с.-х.н., главный научный сотрудник; 
Н.И. ЛЕЩЕНКО, к.с.-х.н., заведующая лабораторией; 
И.М. НИКОНОРОВА, агроном; 
В.А. АГАФОНОВА, главный агроном, Башкирский научно-
исследовательский институт сельского хозяйства 
Уфимского федерального исследовательского центра РАН
Журнал «Нивы России» №10 (176), ноябрь 2019
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Реклама
Яндекс Директ