Сельское хозяйство

/5.Растениеводство, селекция и семеноводство

К.б.н. Ротарь Е.А., Фратя С.П., д.б.н. Ротарь А.И.,

к.с-х.н. Матичук В.Г., *к.б.н. Комарова Г.Е.

Института Растениеводства «Порумбень»,

*Государственный Аграрный Университет Молдовы

Индекс плавучести зерна -

селективный параметр качества кукурузы

Введение

Возникшая необходимость переориентации на европейские требования качества к создаваемую и репродуцируемому селекционно-генетическому материалу определяет целесообразность поиска новых показателей качества зерна кукурузы . В частности, детальный анализ методических возможностей румынских коллег, изучающих качество пищевой кукурузы, свидетельствуют об эффективном использовании такого параметра, как «индекс плавучести зерна» [5,4]. Поэтому, представляет интерес рассмотреть вопрос возможного использования в селекции Республики Молдова и постсоветского пространства кукурузоводческой отрасли указанный параметр качества зерна кукурузы.

К настоящему времени методология физиолого-биохимической оценки семенного материала кукурузы, создаваемого и производимого в Республике Молдова, включает совокупность следующих показателей: потенциал прорастания покоящихся семян, энергия прорастания, содержание крахмала, масла, b-каротина, белка, незаменимых аминокислот и, в первую очередь – лизина, а также белковых субъединиц зеина, позволяющих в качестве маркерных систем идентифицировать биологическую чистоту семян различных гомо- и гетерозиготных генотипов кукурузы [3]. Исходя из этого, цель настоящей работы состояла в изучении функциональной связи индекса плавучести зерна с перечисленными параметрами жизнеспособности и биохимического качества, определяющих питательную ценность зерна кукурузы.

Материал и методы.

В качестве материала для проводимых исследований было использовано 70 линий кукурузы (кремнистого и зубовидного типа), а также 70 гибридных комбинаций (включающие гибриды кремнистого типа).

Эксперимент проводили на материале, полученном в результате 2-х сезонов вегетации (2013 и 2014 гг). Всхожесть и энергия прорастания определяли по стандарту Российской Федерации ГОСТ R 52235-2005; процент влажности - в соответствии со стандартом 13496.4-80 с использованием гравиметрических методов; сырой белок - по стандарту 13496.4-93 на основе метода Къельдаля; масло - в соответствии со стандартом 13496.15-97, в основе которого используют метод Рушковского; крахмал – методом Эверса; b-каротин - по Ермакову [1]. Совокупность указанных методов составила основу калибровки анализатора в ближней инфракрасной области спектра, что позволило обеспечить экспресс- диагностику качества зерна 33 гибридов кукурузы кремнистого типа [2].

Для изучения «индекса плавучести» в лаборатории биохимии и физиологии Института Растениеводства (ИР) «Порумбень» был апробирован румынский стандарт STAS 5447,п.4.7 [1] с рядом специфических модификаций лабораторных процедур.

Результаты, полученные на основе общепринятой физиолого-биохимической оценки зерна испытуемого материала сопоставляли с соответствующими индексами плавучести семян этих же образцов методом корреляционного анализа, с помощью программ Microsoft Word, Microsoft Оffice, Excell 2007, Point Adobe Photoshop 7,0 посредством операционной системы Windows XP.

Результаты и обсуждение

В соответствии с работами румынских коллег до настоящего времени индекс плавучести семян для культуры Zea mays L. используется лишь в рамках оценки качества зерна пищевой кукурузы. В стандарте отсутствует научное обоснование функциональной роли «индекса плавучести». В представленной работе эксперименты были проведены в более широком диапазоне поиска возможных функциональных зависимостей индекса плавучести зерна (IP) с репродуктивным и физиологическим состоянием семян кукурузы.

Установлено, что в каждой из трёх достаточно репрезентативных выборок кремнистых линий (n = 40), зубовидных линий (n = 30) и гибридных комбинаций (n=37) прослеживается высокая степень варьирования по изученным параметрам. Причём, выборка кремнистых линий, в отличие от других групп изученных генотипов, характеризуется более высоким уровнем репродуктивного потенциала (по массе 1000 зерен) и существенно пониженным количественным уровнем всплывших семян, а также индексом плавучести.

Таблица 1.

Корреляционные зависимости (r) между

факториальным «индексом плавучести» и результативными параметрами покоящегося и прорастающего зерна кукурузы.

Результативные параметры	Факториальный «индекс плавучести»
	Выборка кремнистых линий	Выборка зубовидных линий	Выборка простых гибридов
Масса 1000 зерен	0,52	0,003	0,46
Всхожесть	0,09	0,10	-0,08
Энергия прорастания	0,06	-0,06	-0,05
N1	0,99*	0,60*	0,99*

Анализ корреляционных зависимостей между факториальным индексом плавучести и результативными физиологическими параметрами покоящегося и прорастающего зерна кукурузы (табл.1) выявил корреляции средней значимости лишь для результативного гравиметрического показателя массы 1000 зерен по двум выборкам - кремнистых линии и гибридных комбинаций: 0.52 и 0.46, соответственно. Интересные зависимости также обнаружены при сопоставлении следующих показателей: индекса плавучести и количества семян, всплывших в растворе NaNO₃ (N_!).

Выявлена сильная корреляция между этими показателями в выборках кремнистых линий и гибридных комбинаций (r = 0.99) и обратная корреляция средней значимости в выборке зубовидных линий (r= 0.60). Этот факт вызвал интерес к проведению дальнейшего анализа корреляционных зависимостей между количеством всплывших семян в растворе с плотностью 1.250 г/см³ (N₁) с остальными результативными параметрами покоящегося и прорастающего зерна кукурузы.

Таблица 2

Корреляционные зависимости между факториальным «количеством всплывших семян в растворе NaNO_3» (N₁) и результативными параметрами покоящегося и прорастающего зерна кукурузы.

Результативные параметры	Факториальный параметр N1
	Выборка кремнистых линий	Выборка зубовидных линий	Выборка простых гибридов
Масса 1000 зерен	0,51	0,30	0,35
Всхожесть %	0,10	0,35	-0,16
Энергия прорастания	0,07	0,33	-0,11

По данным таблицы 2, отмечена положительная корреляционная связь средней значимости выбранного факториального показателя N₁ c репродуктивной характеристикой массой 1000 зерен как кремнистых гомозиготных генотипов, так и гибридных форм кукурузы.

Наибольший интерес для дальнейших более углубленных физиологических исследований представляют установленные корреляционные зависимости средней значимости именно для выборки зубовидной кукурузы между количеством зерен, всплывших в растворе NaNO₃ , и показателями всхожести и энергии прорастания.

Анализ характера распределения линий кукурузы по индексу плавучести (рис.1) свидетельствуют о достаточной четкой их классификации по обсуждаемому показателю IP: для группы из 40 кремнистых линий показатель индекса плавучести варьирует от 3% до 65%, а для выборки из 30 зубовидных линий диапазон величин IP составляет 66% - 100%.

Рис.1. Распределение кремнистых Рис.2. Распределение гибридных

и зубовидных линий кукурузы комбинаций кукурузы

по индексу плавучести зерна. по индексу плавучести зерна.

Полученные результаты существенно дополняют требования существующего румынского стандарта STAS 5447-72, предусматривающие отбор по IP генотипов кукурузы с улучшенным пищевым качеством по двум классам: 1 класс – IP < 50%; 2 класс - 50% < IP < 65%.

Проведенный эксперимент на представительных выборках кремнистых и зубовидных гомозигот позволяет рекомендовать параметр индекса плавучести (IP) в качестве селективного маркера как кремнистых (IP< 65%), так и зубовидных (IP> 65%) линий кукурузы.

Изученная по обсуждаемой схеме эксперимента выборка 37 гибридных комбинаций не была предварительно охарактеризована фенотипически по структуре зерна: кремнистой и (или) зубовидной. Графическое распределение каждой из гибридных комбинаций, охарактеризованной и по IP (рис.2), позволяет констатировать широкий диапазон варьирования этого показателя: от 3% до 99%, - причем с максимальной частотой распределения (по 9 гетерозиготным генотипам) в двух интервалах варьирования IP:50 - 60%, и 99 -- 100%.

Поэтому, исходя из обсуждения результатов, представленных на рисунке 2, было принято решение углубить изучение возможной роли показателя индекса плавучести как селективного маркера качества, именно на гибридных комбинациях кукурузы с кремнистым фенотипом. Отобранные 33 гибрида были охарактеризованы визуально как гибриды кремнистого типа. Однако, следует заметить, что в проведенной работе не учитывалась полная родословная родительских форм, использованных при создании изученных экспериментальных гибридных комбинаций (23 генотипа) и конкурсных гибридов (10 генотипов). Лишь 67% (т.е.22 гибрида) от общей выборки изученных кремнистых гибридов кукурузы вошли в селективную группу кремнистых форм, соответствующих диапазону варьирования индекса плавучести: от 21 до 65%. Остальные 33% из общей выборки изученных простых кремнистых гибридов характеризуются индексом плавучести зерна высокого уровня в пределах 66 - 100%. Установленный факт обосновывает необходимость более углубленного анализа морфофизиологических особенностей и генетической специфики родительских форм этих гибридов, что, однако, выходит за рамки задач проведенного эксперимента.

Именно на обсуждаемой выборке 33 кремнистых гибридов было проведено сопоставление индекса плавучести с урожайностью и биохимическим качеством зерна кукурузы на основе использования принципов корреляционного анализа.

Как свидетельствуют данные таблицы 3, оьбнаружена средняя значимость корреляционных связей IP с урожаем зерна, независимо от качественных и (или) количественных характеристик анализируемых выборок.

Таблица 5

Корреляционные зависимости (r) между

факториальным индексом плавучести, урожайностью

и параметрами биохимического качества зерна кукурузы.

Результативные параметры качества и продуктивности зерна кукурузы	Факториальный индекс плавучести
	Общая выборка кремнистых гибридов (n=33)	Экспериментальные гибридные комбинации (n=23)	Конкурсные гибридные комбинации (n=10)
Влажность, %	0,11	0,18	-0,15
Белок, %	0,10	-0,14	+0,56
Масло,%	-0,04	0,01	- 0,42
Крахмал, %	-0,04	0,04	-0,29
β-каротин, мг/кг	-0,66*	-0,58*	-0,86*
Урожайность, т/га	0,26	0,32	0,45

Лишь для выборки конкурсных кремнистых гибридов прослеживается корреляционная связь средней значимости между индексом плавучести зерна и такими биохимическими показателями, как содержание белка (r =-+ 0,56) и масла (r = -0,42). Но наиболее существенная корреляция установлена между индексом плавучести и содержанием b-каротина в зерне как по общей выборке кремнистых гибридов, так и по отдельным субгруппам. Для конкурсных кремнистых гибридов обратная корреляция между этими параметрами – самая высокая и существенная: r = - 0,86. Известно, что содержание b-каротина в зерне кукурузы является чётким индикатором качества зерна этой культуры, используемой в пищевых целях. В то же время, химический метод определения b-каротина требует существенных временных (длительность проводимого анализа) и финансовых (стоимость используемых в анализе реактивов) затрат. Следовательно, для экспресс-диагностики исходного селекционного материала на качество кремнистых форм пищевой кукурузы вполне обосновано рассматривать «индекс плавучести» как селективный маркер высококаротиновых форм кукурузы.

Выводы

1. Индекс плавучести зерна кукурузы характеризуется средней корреляционной зависимостью с репродуктивными признаками этой культуры:, массой 1000 зерен и урожаем зерна.

2. Установлены диапазоны варьирования индекса плавучести, позволяющие чётко распределять кремнистые и зубовидные линии кукурузы, соответственно следующим двум интервалам величин IP: от 3 до 65% (кремнистые) и от 65 до 100% (зубовидные).

3. У кремнистых гибридов кукурузы выявлена существенная отрицательная корреляционная зависимость с содержанием b-каротина в зерне изученных генотипов.

4. В процессе экспериментальных манипуляций по определению индекса плавучести показана эффективность использования показателя «количество всплывших в растворе NaNO₃ зерен кукурузы изучаемого генотипа» (N₁), для выявления коррелятивных связей средней значимости с физиологическими параметрами прорастания зубовидной кукурузы.

Рекомендации

1. Параметр «индекс плавучести» (IP) рекомендуется:

а) в качестве селективного маркера как кремнистых (IP< 65%), так и зубовидных (IP>65%), линий кукурузы;

б) как селективный маркер высококаротиновых образцов кукурузы для экспресс-диагностики исходного селекционного материала на качество кремнистых форм пищевой кукурузы.

2. Показатель N₁ (количество всплывших зёрен в растворе NaNO₃) рекомендуется использовать для более углубленных физиологических исследований первого этапа прорастания зубовидной кукурузы с целью выявления возможности экспресс-диагностики показателей всхожести и энергии прорастания по маркеру N₁.

Литература

1. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Смирнова-Иконникова М.И., Ярош Н.П., Луковникова Г.А. Методы биохимического исследования растений. Ленинград ВО «Агропромиздат» , 1987, 430с.
2. Крищенко В. П. И Ближняя инфракрасная спектроскопия . Издательство: КРОН-ПРЕСС ISBN, Москва, 1997, 638с..

3.Ротарь А.И. Эффективность научного сотрудничества Института Растениеводства «Порумбень» и агрономического факультета Государственного Аграрного Университета Молдов. Univ.Agrară de Stat din Modova. Lucrări ştiinţifice, Vol. 39. Agronomie şi Ecologie. Chişinău, 2013, p. 366-370.

4.Ротарь А.И., Балан Ю.П. Физические и технологические свойства зерна // Ж.: " Кукуруза и сорго”, N 2. Москва, 1995, с.22-23.

5.Standarde de calitate cereale. STAS 5447-72. Porumb pentru consum. Standart de Stat,http://cereale.wikispaces.com/file/view/Standarde+de+calitate+cereale.pdf , Institutul Român de standardizare, p.4.7, с.3.