Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка исходного материала риса с окрашенным перикарпом в целях создания сортов с повышенной питательной ценностью зерна

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Оценка исходного материала риса с окрашенным перикарпом в целях создания сортов с повышенной питательной ценностью зерна"

Давоян Аревик Едвардовна

ОЦЕНКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА РИСА С ОКРАШЕННЫМ ПЕРИКАРПОМ В ЦЕЛЯХ СОЗДАНИЯ СОРТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТЬЮ ЗЕРНА

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

1 6 МАЙ 2013

Краснодар 2013

005059033

005059033

Работа выполнена в ГНУ Всероссийском научно-исследовательском институте риса РАСХН в 2007-2011 гг.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Туманьян Наталья Георгиевна

Официальные оппоненты:

Гончаров Сергей Владимирович

доктор биологических наук,

ФГБОУ ВПО «Кубанский

государственный

аграрный университет»

профессор кафедры генетики, селекции

и семеноводства

Щеглов Сергей Николаевич

доктор биологических наук, ФГБОУ ВПО

«Кубанский Государственный Университет» профессор кафедры генетики, микробиологии и биотехнологии

Ведущая организация:

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт маслиничных культур имени B.C. Пустовойта РАСХН

Защита состоится 22 мая 2013 года в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.03 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13 главный корпус, 1-й этаж, конференц-зал, тел/факс 8(861)221-57-93

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», с авторефератом - на сайтах http://vak.ed.gov.ru/ и ЬПр:/Аууууу/киЬкаи.ш/

Автореферат разослан «18» апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, д.б.н„ профессор Ц^енк0 ЛВ'

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Представитель семейства злаковых, рис является важнейшим источником питания для населения земного шара. По объемам мирового производства он занимает второе место среди зерновых культур. Вырабатываемые из зерна рисопродукты являются важной составной частью пищевого рациона отечественного потребителя.

Сорта и формы риса, зерно которых имеет окрашенный перикарп (плодовую оболочку), относят к краснозерным. Цвет перикарпа варьирует от розового до темно-коричневого и черного. Красный пигмент -проантоцианидин, является защитным фактором риса от патогенов и вредителей. Одной из главных причин интереса селекционеров к красному рису является его повышенная питательная ценность. В связи с тем, что красный рис только шелушат или частично шлифуют, и используется он в пищу в нешлифованном или слабошлифованном виде, содержание в нем белков, витаминов и микроэлементов значительно выше, чем в традиционной белозерной крупе.

Селекционерами ВНИИ риса собрана коллекция образцов краснозерного риса и проведена их агробиологическая оценка. Первым таким сортом стал Карат, который был не устойчив к перикуляриозу. В 2009 г. два новых сорта - среднезерный Рубин и длиннозерный Марс - было передано в Госсортоиспытание. В 2012 году эти сорта внесены в Реестр охраняемых селекционных достижений.

Цель и задачи исследований. Провести оценку перспективного исходного материала риса с окрашенным перикарпом по признакам структуры урожая и качества зерна и крупы. Изучить генотипическую и экологическую изменчивость исходного материала риса с окрашенным перикарпом по комплексу технологических и биохимических признаков;

создать селекционные модели перспективных образцов по основным технологическим характеристикам.

Для достижения цели решали задачи:

- изучить исходный материал риса с окрашенным перикарпом по биометрическим, технологическим признакам; физико-химическим параметрам;

- изучить биохимические свойства риса по содержанию белка, амилозы, аминокислот, а также амилографические характеристики крахмала сортов, соргообразцов, линий с окрашенным перикарпом;

- разработка и построение селекционных моделей исходного материала риса с окрашенным перикарпом по основным технологическим признакам качества зерна и выявление лучших по максимальному приближению к модели;

- выявить формы риса с высоким качеством зерна и крупы, которые являются ценными донорами по отдельным признакам и свойствам.

Научная новизна. С помощью однофакторного и двухфакторного дисперсионного анализов оценена генотипическая и экологическая изменчивость сортов, соргообразцов, линий риса с окрашенным перикарпом по технологическим и биохимическим признакам качества зерна и крупы. Выделены образцы, способные устойчиво сохранять высокий уровень качества зерна и крупы независимо от агроклиматических условий. Эти образцы рекомендуется использовать в качестве исходного материала в направленном селекционном процессе о целью создания сортов с окрашенным перикарпом, имеющих высокие пищевые достоинства. Созданы селекционные модели риса по основным технологическим признакам качества зерна и интегральная модель по совокупности этих признаков.

Практическая значимость. В результате изучения исходного материала риса с окрашенным перикарпом выделены источники ценных морфологических признаков, со средневысоким содержанием белка и

амилозы. С их использованием создан перспективный исходный материал, который может быть использован в качестве доноров ценных признаков в селекционном процессе.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Комплексная оценка исходного материла риса с окрашенным перикарпом по морфологическим признакам: высота растения, кустистость (общая и продуктивная), длина метелки, число колосков в метелке, пустозерность, масса зерна с метелки, масса зерна с растения; физико-химическим: масса 1000 абсолютно сухих зерен, пленчатость, стекловидность, трещиноватость, индекс зерновки, амилографические характеристики крахмалистой пасты; биохимическим признакам: содержание белка, содержание амилозы в зерне, состав и содержание аминокислот для селекции на качество.

2. Взаимосвязь физико-химических и биохимических признаков качества зерна.

3. Интегральные модели доноров селекционно-ценных признаков.

Апробация работы. Результаты исследований ежегодно

заслушивались на заседаниях методической комиссии селекционного центра

ВНИИ риса РАСХН (2009-2011 гг.) Основные положения диссертационной

работы были доложены в материалах XVIII и XIX Международных

симпозиумов «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана

природы. Эниология. Экология и здоровье» (Алушта, 2009, 2010 гг.); на III

Международной научно-практической конференции преподавателей,

молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационные процессы в

АПК», посвященные 50-летию образования аграрного факультета РУДН

(Москва, РУДН, 2011); на практической конференции «Селекция сортов

риса, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам для стран

умеренного климата в Центральной Азии» (ГНУ ВНИИ риса, 2008 г.); на VI

Международной конференции «Факторы Экспериментальной эволюции

5

организмов» (АР Крым, Украина, 2010,2011 гг.); на I, III и IV Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропормышленного комплекса» (Краснодар, КГАУ, 2007, 2009, 2010, 2011гг.).

По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, изложения и обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа изложена на 123 страницах печатного текста, включает 53 таблицу, 19 рисунков.

Список литературы включает 155 источника, в том числе 46 — иностранных авторов.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Работа обобщает результаты исследований, проведенных во Всероссийском научно-исследовательском институте риса за период с 2007 по 2011 гг.

Исходным материалом служили сорта Марс и Рубин с окрашенным перикарпом зерновки; сортообразцы: Г-84 А/126205, Г-181 с окрашенным перикарпом зерновки; линии, выделенные из крупнозерного гибрида Крузер 8 с окрашенным перикарпом, предоставленные доктором сельскохозяйственных наук П.И. Костылевым (ВНИИ зерновых культур им. Калиненко, г. Зерноград); краснозерные линии спонтанного гибрида (СГ); образцы линии Heibar х 38351 с широкой амплитудой окраски перикарпа.

Биометрические признаки определяли по стандартными методиками (Сметанин А.П., Дзюба В.А., Апрод А.И., 1972). Оценку качества зерна

проводили: массу 1000 зерен по ГОСТу 10842-89, плёнчатость по ГОСТу 10843-76, стекловидность и трещиноватость по ГОСТу 10987-76, линейные размеры рисовой зерновки - с помощью системы анализа изображения La 2400 (ПО WinSEEDLE) . Содержание белка в зерне определяли на приборе Кьельтек 2300 по методу Къельдаля. Содержание амилозы в рисовой крупе, устанавливали в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 6647 1987. Анатомо-морфологические признаки эндосперма зерновки - в поле зрения бинокулярного микроскопа МБИ-6. Определение качественного и количественного состава аминокислот проводили путем разложения проб кислотным гидролизом с переводом аминокислот в свободные формы, на приборе Капель 105/105М. Все вычисления были выполнены с использованием программы StatGraphics 5.1 с помощью методов дисперсионного, дискриминантного, регрессионного и кластерного анализов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Морфологические характеристики растений риса

При формировании коллекции риса с окрашенным перикарпом по фенотипу выделяли группы образцов со стабильным проявлением конкретных селекционно-ценных признаков, одновременно выясняя их изменчивость. Такой анализ дает возможность выделить наиболее ценные для коллекции формы, которые максимально отражают внутривидовую изменчивость и представляют собой основную базу (совокупность) селекционно-ценных признаков.

В таблице 1 представлены показатели биометрических признаков за два последних года изучения крупнозерных линий, выделенных из Крузер 8 с окрашенным перикарпом.

Таблица 1 - Биометрические показатели линий, выделенных из Крузер 8, по

хозяйственно-ценным признакам (2010,2011 гг.).

Образец Количество колосков в метелке, шт. Пустозерность, % Масса зерна с главной метелки, г Масса зерна с растения, г

2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011

5803 98 113 19,2 14,5 3,5 4,0 11,5 14,2

5804 108 119 17,1 12,5 3,5 3,9 11,9 13,7

5805 144 163 17,2 14,2 4,7 | 5,4 14,4 15,3

5806 104 123 16,2 14,7 3,4 I 4,1 12,8 13,6

5812 133 126 13,9 12,1 3,8 4,2 13,8 Г 14,4

5815 89 117 16,3 11,4 3,3 4,1 10,7 13,2

5201 112 107 20,6 15,5 3,6 4,0 12,2 14,0

5203 105 120 21,9 18,3 4,0 4,4 13,4 14,8

5204 98 135 23,4 20,6 3,4 4,2 11,6 13,7

5205 106 125 20,5 18,4 3,9 4,8 13,2 16,7

5206 120 114 21,3 19,4 4,4 5,2 13,7 15,9

5207 131 150 24,1 22,1 '"5,2 5,9 16,6 18,1

5208 128 110 20,8 17,2 4,2 3,8 14,4 1 13,0

5209 129 141 15,2 17,8 ! 4,9 6,1 15,2 17,4

5210а 107 116 17,3 13,8 3,5 3,9 12,1 13,6

НСР05 7,1 8,2 0,43 | 0,41 I 0,18 0,15 0,52 0,56

Количество зерен в метелке находилось в пределах 89 - 163 шт.; пустозерность - 11,4-24,1 %; масса зерна с главной метелки соответственно -3,3 - 6,1 г; масса зерна с растения - 10,7 - 18,1 г.

В селекционном питомнике ВНИИ риса был выделен в 2004 г. спонтанный гибрид (СГ) с крупной удлиненной зерновкой и содержанием амилозы в крупе 26,2 %. На основании проведенной лабораторной оценки для формирования новой популяции были выделены наиболее ценные образцы, которые были высеяны в 2009-2011 гг. Биометрический анализ четырех поколений позволил достаточно полно оценить селекционный материал и в 2011 г. выделить лучшие из образцов по ряду ценных признаков.

В таблице 2 представлены результаты биометрических признаков за последних два года изучения четырех нерасщепляющихся линий из СГ, сортов Марс и Рубин, двух сортообразцов - Г-84А, Г-181, образцов потомства гибридной комбинации НеШаг х 38351 (5214, 5223, 5212, 5236) с широкой амплитудой окраски перикарпа.

Таблица 2 - Биометрические показатели образцов линии из СГ, НеШаг х 38351,сортов МарсиРубин, сортообразцов - Г-84А, Г-181 (2010,2011 гг.).

Образец Длина метелки, см Число колосков в метелке, шт Пустозерность, % Масса зерна с метелки, г

2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г.

54 (СГ) 17,0 16,7 111 147 12,2 10,6 2,8 4,2

58 (СГ) 19,6 19,8 139 171 16,7 15,6 3,2 4,8

61 (СГ) 18,5 19,7 101 137 15,6 12,9 3,0 4,3

63(СГ) 20,3 18,3 119 164 17,0 14,8 2,8 4,1

Марс 20,6 20,0 138 149 7,5 4,2 3,1 4,9

Рубин 13,5 13,9 126 165 6,8 5,8 3,5 4,0

Г-84А 15,2 16,8 137 154 8,0 12,7 3,5 5,2

Г-181 17,8 20.1 152 171 14,9 12,1 3,8 4,5

5214 Heibar 19,8 20,7 117 153 11,9 9,4 2,9 3,6

5223 Heibar 17,2 18,0 20,9 183 154 10,8 11,3 4,5 4,2

5212 Heibar 22,8 105 133 9,1 12,2 3,1 3,5

5236 Heibar 22,0 20,8 123 142 7,6 10,7 2,7 3,8

НСРоз 0,88 0,73 7,58 6,93 0,53 0,47 0,21 0,17

В 2010, 2011 гг. исследований низкой пустозерностью отличался сорт Марс (7,5 и 4,2 %). Большое количество колосков в метелке отмечалось у

9

сортообразца Г-181 (152 и 171 шт). Образец 5223 имел высокий показатель массы зерна с метелки - 4,5 и 4,2 г соответственно, в 2011 году у сортообразца Г-84А он достиг 5,2 г.

Сложные погодные условия 2010, 2011 гг. позволили провести детальную оценку исходного материала, полностью выбраковав образцы с низкими биометрическими показателями. Удалось выделить линии, выровненные по морфологическим признакам в селекционном и контрольном питомниках. Условия 2010 года существенно сказались на продолжительности вегетационного периода, уменьшив его по количеству дней вегетации, что соответствовало ускорению развития и созревания зерна.

3.2 Исследования физико-химических свойств зерна риса, относящихся к технологическим признакам качества

Создаваемые сорта, наряду с продуктивностью, должны обладать высокими технологическими признаками и кулинарными достоинствами. Технологическому качеству зерна уделяется большое внимание уже на начальных этапах селекции риса.

Проверка исходного материала включает следующие основные показатели, определяющие его качество: массу 1000 зерен, стекловидность и трещиноватость зерна, отношение длины к ширине зерновки, пленчатость. С этой целью был изучен набор образцов из селекционного и контрольного питомников, из которого выделены растения с наилучшими изучаемыми признаками.

В линиях, выделенных из крупнозерного гибрида Крузер 8, отмечены различия по признакам качества (таблица 3).

Таблица 3 - Результаты оценки образцов линий, выделенных из Крузер 8 по

признакам качества (2010,2011 гг.).

Образец Масса 1000 а. с. зерен,г Пленчатость, % Стекловидность, % Трещиноватость, % Индекс зерновки 1/Ь

2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г.

5803 ! 48,1 45,4 17,0 19,8 78 69 2 1 2,6 2,6

5804 | 38,4 42,9 22,6 21,2 65 60 6 4 2,7 2,5

5805 37,6 39,2 18,9 19,7 76 80 5 6 2,6 2,5

5806 41,5 43,6 19,4 18,3 65 66 1 3 2,5 2,6

5812 40,2 44,5 21,8 20,9 67 62 2 3 2,6 2,5

5815 44,3 47,3 20,6 19,1 62 78 3 2 2,4 2,4

5201 43,2 45,2 20,7 19,4 69 81 2 2 2,2 2,3

5203 40,6 44,7 18,1 19,6 67 80 2 4 2,4 2,5

5204 46,4 44,3 21,0 19,4 82 64 3 2 2,7 2,5

5205 43,5 45,6 19,0 19,9 69 78 6 5 2,4 2,3

5206 | 43,2 45,6 18,9 18,1 77 66 1 2 2,5 2,7

5207 1 42,5 45,8 19,0 20,5 79 72 2 3 2,4 2,3

5208 47,5 43,7 17,1 20,1 75 71 4 4 2,6 2,7

5209 46,2 42,8 18,3 20,7 74 72 1 3 2,8 2,9

5210а 42,5 46,2 19,8 20,2 67 63 3 3 2,6 2,6

НСР05 0,52 0,49 0,61 0,49 3,2 2,8 1,5 1,8 0,11 0,10

В результате изучения признаков качества перспективных линий с окрашенным перикарпом, выделенных из Крузер 8 в 2010 году полученные образцы имели массу 1000 а. с. зерен от 37,6 до 48,1 г, пленчатость от 17 до 22,6 %, стекловидность от 60 до 81 %, трещиноватость от 1 до 6 %. В 2011 году масса 1000 а. с. зерен составила от 39,2 до 47,3 г, пленчатость от 18,1 до 21,2 %, стекловидность от 60 до 81 %, трещиноватость от 1 до 6 %.

Трещиноватость влияет в большей степени на содержание целого ядра в крупе и ассортимент рисовой крупы по сравнению со стекловидностью. Низкая трещиноватость эндосперма находится в пределах 5 -10 %, средняя -10,1 -20 %, свыше 20 % - высокая.

Таблица 4 - Результаты оценки по признакам качества сортообразцов,

сортов, линий с окрашенным перикарпом (2010,2011 гг.).

Образец Масса 1000 а. с. зерен, г Пленчатость, % Стекловидность, % Трещиноватость, % Индекс зерновки 1Л>

2010 г. 2011г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г.

54 27,9 25,3 18,9 16,8 85 75 2 0 2,4 2,3

58 24,8 27,6 19,6 16,6 85 82 0^ 2 2,8 2,6

61 23,1 25,1 18,1 16,9 76 84 3 1 2,1 2,0

63 24,2 26,3 20,2 17,8 89 90 1 1 ! 2,6 2,8

Марс 22,7 23,1 17,8 19,5 96 92 1 3 3,4 3,3

Рубин 26,3 27,4 20,4 18,9 81 89 2 1 2,0 2,0

Г-84А 28,3 26,5 19,6 17,3 73 89 3 1 2,0 2,1

Г-181 24,3 25,9 17,9 16,3 80 93 0 1 2,4 2,4

5214 28,1 26,7 20,2 18,9 87 91 2 2 ЗД j 3,0

5223 26,2 27,0 22,1 19,3 85 93 1 п 0 2,8 2,7

5212 28,5 27,4 21,3 18,7 97 95 2 2 ! 2,7 2,7

5236 27,3 25,3 23,5 20,9 91 93 0 2 3,1 ЗД

HCPos 0,64 0,48 0,45 0,56 3,0 2,5 0,10 0,11 0,11 0,10

Показатели признаков качества образцов в 2010 и 2011 году составили: масса 1000 а. с. зерен от 22,7 до 28,5 г и 23,1-27,4 г, пленчатость 17,8-23,5 % и 16,6-20,9 %, стекловидность от 73 до 97 % и 75-95 %, трещиноватость 0-3 % и 0-2 % соответственно.

Сорт Марс, а также образцы 5236, 5214 относятся к длиннозерным (индекс зерновки от 3,0 до 3,4). Образцы 54, 58, 63, Г-181, 5223, 5212 - к среднезерным (индекс зерновки от 2,3 до 2,8). Сорт Рубин, образцы Г-84А, 61 были отнесены к короткозерным (индекс зерновки от 2,0 до 2,1).

3.3. Исследования биохимических свойств зерна риса с окрашенным перикарпом

В результате исследования химических свойств зерна риса с окрашенным перикарпом была проведена оценка содержания белка, аминокислот в зерне и амилозы в крупе.

Одной из задач в селекции риса является повышение содержания белка в зерне. Формы риса с окрашенным перикарпом представляют особую ценность для селекции, так как отличаются повышенным содержанием белка, и используются в пищу в нешлифованном виде. Белок и другие полезные компоненты (витамины, аминокислоты, микроэлементы), содержащиеся в поверхностном слое перикарпа, удаляются в мучку при шлифовании зерна.

К низкобелковым за два года исследований были отнесены образцы 61, 5207; к среднебелковым сорт Марс. В 2010,2011 гг. к высокобелковым были отнесены образцы 54, 5205, 5203, 5209, сорт Рубин, сортообразцы Г-84А, Г-181, а также образцы 5214, 5223, 5212, 5236. В связи с тем, что рис с окрашенным перикарпом используется в пищу в нешлифованном виде, содержание белка определяли только в зерне (таблица 5).

Таблица 5 - Содержание белка в зерне линий, сортообразцов, сортов (2010, 2011 гг.).

Образец Содержание белка, %

2010 г. 2011 г.

54 9,6 8,7

61 6,5 7,2

5205 8,3 7,9

5203 9,8 9,2

5207 6,1 5,8

5209 9,4 9,7

Марс 7,0 7,2

Рубин 9,6 8,7

Г-84А 8,3 7,9

Г- 181 9,8 9,2

5214 9,6 10,4

5223 10,2 9,7

5212 13,8 14,6

5236 11,7 12,2

HCPos 0,36 0,31

За период исследований с максимальным содержанием белка в зерне с окрашенным перикарпом выделены образцы 5212, 5236 (14,6 %, 12,2 %). Из этой группы выделены также образцы 5214, 5223, содержание белка в зерне которых составило от 9,6 и 10,4 %.

Крахмал риса представлен двумя видами углеводов - амилозой и амилопектином. Молекулы амилозы представляют собой длинную неразветвленную цепь остатков глюкозы, соединенной а-1,4-гликозидными связями. Пространственная конфигурация амилозы имеет спиральную форму, каждый виток спирали состоит из шести глюкозных остатков. Молекула амилопектина имеет разветвленное строение.

Содержание амилозы в крупе определяли у сортов, линий и сортообразцов. Полученные данные представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Содержание амилозы в крупе у изучаемых сортов, линий и

сортообразцов (2010,2011 гг.).

Образец Содержание амилозы, %

2010 г. 2011 г.

5203 (Крузер 8) 18,6 19,4

5205 (Крузер 8) 23,5 24,6

5207 (Крузер 8) 25,7 24,8

5209 (Крузер 8) 18,2 19,0

58 (СГ) 25,2 23,7

61 (СГ) 22,7 22,5

Марс 20,2 19,8

Рубин 20,7 23,4

Г-84А 26,1 25,6

Г- 181 26,8 23,5

5214 (НЫЬагх 38351) 18,3 19,5

5236(НиЬагх 38351) 19,8 21,2

5214(НеПэагх 38351) 14,5 -

НСРп, 0,45 0,28

Изучаемые образцы можно отнести к низко- и среднеамилозным. Содержание амилозы в изучаемых образцах в 2010 году составило от 14,5 до

26,8 %, в 2011 году от 19,0 до 25,6 %. За два года исследований максимальное значение содержания амилозы в крупе (26,8 %) отмечено у сортообразца Г-181 в 2010 г., минимальное (14,5 %) - у образца 5212 в 2010 г.

Для зерна риса характерно сбалансированное по пищевой ценности соотношение незаменимых аминокислот в суммарном белке по сравнению с кукурузой, пшеницей, ячменем. В зерне риса синтезируются в основном глютелины (оризенины), содержащие значительно больше незаменимых аминокислот. Относительно высокая сбалансированность белков риса по аминокислотному составу обусловливается их низким (до 5-8 %) содержанием проламиновой фракции.

Использование методов биохимической оценки белков в селекционном процессе дает возможность получения всесторонней характеристики исходного материала. Абсолютное содержание так называемого сырого белка не дает достаточно полного представления о биологической ценности продукта. О ней можно судить, лишь учитывая аминокислотный состав белков.

Качественный состав белков риса характеризуется сравнительно высоким содержанием незаменимых аминокислот, таких как лизин, триптофан, лейцин, метионин, фенилаланин, валин, треонин, изолейцин и довольно низким содержанием глутаминовой и других заменимых аминокислот.

Качественный и количественный состав аминокислот в зерне риса с окрашенным перикарпом представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Качественный и количественный состав аминокислот у

изучаемых сортов, сортообразцов и линий риса с окрашенным перикарпом (2011 г.).

Образец Содержание аминокислот, %

аргинин лизин тирозин Фенил-ал анин гистидин Лейцин, изойлецин метионин валин [ пролин треонин серин аланин глицин

5236 10,1 5,3 8,2 6,3 4,5 8,5 6,3 11,2 9,3 5,3 8,6 9,1 9,3

Г-181 15,7 2,8 7,9 9,2 3,4 10,2 4,5 9,7 8,5 6,3 6,7 11,5 8,2

61 16,3 6,4 8,9 4,9 1,6 8,7 3,4 9,4 10,3 5,2 7,3 9,3 7,8

5205 10,3 4,2 5,3 7,5 5,2 10,9 6,5 8,5 9,7 6,4 8,7 12,5 8,8

5805 13,9 5,8 4,3 10,2 3,1 8,9 4,5 7,8 9,8 4,6 9,7 10,7 7,2

Марс 8,2 9,5 8,4 8,2 2,9 10,7 3,6 11,3 10,3 3,2 6,9 11,7 4,7

Г-84А 9,3 8,3 7,6 7,4 7,5 12,2 1,7 12,5 8,7 2,5 5,9 9,8 5,3

5813 11,2 8,5 7,6 9,3 2,6 11,5 10,5 17,8 2,5 4,7 12,3 2,3 4,2

Рубин 10,9 8,2 10,4 9,3 2,7 11,8 1,9 11,8 8,5 3,7 9,2 10,5 1,3

Рапан 8,7 9,3 9,5 6,8 5,3 10,9 2,3 10,5 8,7 3,5 8,7 12,5 6,1

Лиман 11,2 8,6 13,1 7,5 2,5 10,9 2,7 12,3 6,3 3,9 5,9 11,9 5,7

У образца 61 отмечено наибольшее содержание аргинина (16,3 %), а у линии 5813 отмечено максимальное содержание валина (17,8 %), пролина (10,3 %), серина (12,3 %). Наибольшее содержание лейцина, изолейцина отмечена у образцов Г-84А, 5813, а также сорта Рубин. Образцы 5236, Г-181, 5205 характеризовались наибольшим содержанием глицина.

3.4. Анатомо-морфологические признаки зерновки риса с окрашенным перикарпом

Форма поперечного сечения зерновки может быть различной в связи со степенью выраженности подпучковых зон. Данный признак является сортовым. В соответствии с этим у риса различают 3 группы по форме поперечного сечения зерновки в связи с латеральными подпучковыми буфами: «рапан», «жемчуг» и «кулон».

Выделение групп по форме поперечного сечения зерновки дает

представление о многообразии морфотипа зерновки риса и может быть

16

использовано в селекционном процессе - в подборе исходного материала и оценке и отборе селекционных образцов, в характеристике селекционного образца при проведении испытаний на отличимость, однородность и стабильность.

Сорт Рубин относится к группе «жемчуг», так как зерновка в поперечном направлении почти круглая, совсем незначительно удлиненная в дорсо-вентральном направлении без выраженных подпучковых зон. В центре эндосперма имеется мучнистое пятно. Преобладает среднекристаллическая структура крахмалистой паренхимы (рисунок 1а).

Сорт Марс также относится к группе «жемчуг». Зерновка в поперечном направлении почти круглая, незначительно удлиненная в дорсо-вентральном направлении. Мучнистых пятен и трещин в эндосперме нет (рисунок 1 б).

а б

Рисунок 1 - Поперечный скол зерновки сортов Рубин (а), Марс (б).

3.5. Сравнительная характеристика риса с окрашенным перикарпом по биометрическим, анатомо-морфологическим и физико-химическим свойствам

Анализ структуры изменчивости биометрических, анатомо-морфологических и физико-химических признаков производился с использованием однофакторной и двухфакторной перекрестной модели дисперсионного анализа. В рамках первой модели общая изменчивость раскладывается на изменчивость, обусловленную действием контролируемых факторов: агроклиматических, генотипических - и изменчивость, источником которой является действие случайных факторов.

По результатам двухфакторных дисперсионных анализов влияния агроклиматических (межсезонных) и генотипических (межсортовых) факторов линий, выделенных из Крузер 8 с окрашенным перикарпом, в

17

структуре изменчивости всех анализируемых признаков обнаружены достоверные эффекты генотипических (между образцами) различий, различий условий года и их взаимодействия. Исключение составляют признаки трещиноватости и индекс зерновки 1/Ь. Для этих признаков не установлено взаимодействия источников изменчивости. Для большинства признаков вклад генотипических различий значительно превышал различия среды, характеризующихся различными климатическими условиями, в которые проводилась оценка образцов (таблица 8).

Таблица 8 - Результаты двухфакторного дисперсионного анализа физико-химических, морфологических характеристик с фактором «образец» линий,

выделенных из Крузер 8 с окрашенным перикарпом (средние за 2009-2011 гг.)

Изменчивость ¿Г тБ р а" Доля, %

Масса 1000 а. с. зерен, г

Общая 95 5,28 100

Между образцами 15 13,89 100,23 2,29 43,41

Между годами 2 45,89 331,25 1,43 27,09

Взаимодействие 30 2,98 21,48 1,42 26,88

Остаточная 48 0,14 0,14 2,62

Пленчатость, %

Общая 95 - - 2,3 100

Между образцами 15 3,5 15,5 0,5 23,6

Между годами 2 6,6 29,4 0,2 8,7

Взаимодействие 30 2,9 12,9 1,3 57,9

Остаточная 48 0,2 - 0,2 9,8

Стекловидность, %

Общая 95 - - 64,2 100

Между образцами 15 120,2 10,3 18,1 28,1

Между годами 2 89,5 7,6 2,4 3,8

Взаимодействие 30 75,6 6,5 32 49,9

Остаточная 48 11,7 - 11,7 18,2

Трещиноватость, %

Общая 95 - - 3,7 100

Между образцами 15 11,1 6,6 1,6 42

Между годами 2 2,5 1,5 0 0

Взаимодействие 30 2,6 1,5 0 0

Остаточная 48 1,7 - 1,7 48

Индекс зе рновки 1/Ь

Общая 95 - - 0 100

Между образцами 15 0,1 15,3 п 0 69,2

Между годами 2 0 1,3 0 0

Взаимодействие 30 0 1,11 0 0

Остаточная 48 0 - 0 29,8

Структура изменчивости признаков: соотношение вкладов факторов была различной. Так, для признака «масса 1000 зерен» превалировала генотипическая 43,4 % против 26,8 % взаимодействия факторов и 27 % для средовых различий (сезонов выращивания). Для признака «пленчатость» соотношение факторов также было различным: превалировал компонент взаимодействия факторов 57,9 % против 23,6 % для вклада генотипа и 8,7 % для средовых различий. Для признака «стекловидность» соотношение факторов также было различным: превалировал компонент взаимодействия факторов 49,8 % против 28,1 % для вклада генотипа и 3,8 % для средовых различий.

Важное значение представляет вопрос о выборе лучшего по рассмотренному комплексу признаков в целом: с максимальной массой 1000 зерен и стекловидностью, с минимальной пленчатостью и трещиноватостью.

¿.и 1 ,5 £ 1 .О

^ 0.5 ' -

1 ар

¿я

Ц 0,5

еЙ 1 .0

=1

1 .5

-2.0 -2.5

■* -э -2 1 а 1 2

Дискримннантная функция 1

Рисунок 2 - Распределение центров линий, выделенных из Крузер 8 и точки модели в пространстве дискриминантных функций

Наиболее близким к модели, то есть обладающими высокими физико-химическими показателями: высокой стекловидностью, массой 1000 зерен, низкой трещиноватостью и пленчатостью оказались линии: 5208, 5813, атакже 5205, 5805.

а5203 ай2с

• 5вОЗ «

5В15

5204 5210 *

♦ •

5В04

5В02 520Э

выводы

1. Проведена комплексная оценка сортов, сортообразцов, линий, риса с окрашенным перикарпом по морфо-биологическим, технологическим, биохимическим характеристикам, определяющим их питательную ценность. Различные условия вегетации в годы исследований позволили выделить образцы риса с окрашенным перикарпом, способные устойчиво сохранять высокие показатели качества зерна и крупы.

2. По биометрическим показателям выделены лучшие линии (из Крузер 8) с окрашенным перикарпом: 5804, 5806, 5803, 5815, 5812, 5805, 5210а, 5201, 5203, 5204, 5205, 5206, 5207, 5208, а также сортообразцы из СГ: 58, 54,63,61.

3. За время проведения эксперимента лучшими показателями по признакам качества обладали следующие линии: 5805, 5813, 5201, 5203 (Крузер 8); атакже сортообразцы из СГ - 63, 61,58; Г-181 и сорт Марс.

4. Изучаемые образцы линии Heibar х 38351 с красной и темно-фиолетовой окраской перикарпа относятся к высокостекловидным, с низкой степенью трещиноватости (от 0 до 2 %). По признаку «индекс зерновки» образцы 5223 и 5212 отнесены к среднезерным, 5214 и 5236 - к длиннозерным.

5. В период исследований изучаемые образцы были охарактеризованы по форме поперечного сечения зерновки в целях использования в селекционном процессе - в подборе исходного материала, оценке и отборе селекционных образцов, в характеристике селекционного материала при проведении испытаний на отличимость, однородность и стабильность.

6. С максимальным содержанием белка в шелушенном рисе выделены линии из Крузер 8 - 5203 (9,2 %) и 5209 (9,7 %), сорт Рубин (8,7 %), линии Heibar х 38351 - 5214 (10,4 %). 5223 (9,7 %), 5212 (14,6 %), 5236

(12,2%), сортообразец Г-181 (9,2 %) Вклад генотипа в формирование признака составляет 13,9 % - 93,5 %.

7. С максимальным содержанием амилозы в крупе выделены линии из Крузер 8 со средневысоким содержанием амилозы: 5205 (24,6 %), 5207 (24,8), образец СГ 61 (22,5 %), сортообразцы Г-84 А (25,6 %), Г-181 (23,5 %), линии Не1Ьаг х 38351 - 5236 (21,2 %). Вклад генотипа в формирование признака составляет 9,7 % - 92,7 %.

8. Наибольшим по содержанию аминокислот характеризовался образец 61 линия СГ, а также сорт Рубин, линия 5813 Крузер 8. У образца 61 отмечена наибольшее содержание аргинина, а у линии 5813 отмечено максимальное содержание валина (17,8 %), пролина (10,3 %), серина (12,3%).

9. Сравнение исходного материала риса с окрашенным перикарпом для каждого года по средним значениям признаков, включающим измерения по биометрическим показателям было выполнено при помощи однофакторного дисперсионного анализа. Результат данного анализа дал возможность сопоставить группы образцов и определить внутрилинейную изменчивость, которая оценивалась остаточной дисперсией.

10. С помощью двухфакторного дисперсионного анализа определены доли вкладов (влияния) генотипической и экологической изменчивости анализируемого исходного материала риса с окрашенным перикарпом в общую дисперсию по технологическим и биохимическим признакам качества зерна и крупы. Генотипическая изменчивость по данным признакам с учётом доли вкладов в общую дисперсию в большинстве случаев значительно превышала экологическую.

11. Созданы селекционные модели сортов по основным признакам качества зерна риса с окрашенным перикарпом. Выявлены лучшие образцы риса по максимальному приближению к модели. К ним относятся линии, выделенные из Крузер 8 - 5208, 5813, 5205, 5805, образец 54 СГ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ

Выделенные в процессе исследований образцы риса рекомендуется использовать в качестве доноров по отдельным признакам зерна и крупы для направленной селекции:

- на признак высокой продуктивности линии, выделенные из Крузер 8 5208,5813, 5205,5805;

- на признак высокой стекловидности сорт Марс, образец 5212 потомства гибридной комбинации НеШаг х 38351;

- на признак низкой трещиноватое™ - сортообразцы Г-181, Г-84А

- на признак высокое содержание белка в зерне - образцах НеШаг х 38351 -5214, 5212, 5236; сортообразец Г-181;

- на признак средневысокое содержание амилозы в крупе линии, выделенные из Крузер 8: 5205 (24,6 %), 5207 (24,8), сортообразец 61 из СГ (22,5 %), сортообразцы Г-84 А (25,6 %), Г-181 (23,5 %);

Линии, выделенные из Крузер 8 с окрашенным перикарпом 5208, 5813, 5205, 5805, а также сортообразец 54, выделенный из СГ рекомендуются для направленной селекции, как экологически стабильные с высоким качеством зерна и крупы по комплексу признаков.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК

1. Давоян А.Е. Оценка исходного материала риса в целях создания сортов с высокими пищевыми достоинствами / А.Е. Давоян / Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского аграрного университета. - 2011. -№70. - С. 15-24.

2. Давоян А.Е. Оценка исходного материала риса с окрашенным перикарпом в целях создания сортов с высокими пищевыми достоинствами / А.Е. Давоян /Зерновое хозяйство России.-2012-№ 1.-С. 34-36.

3. Давоян А.Е Оценка исходного материала риса с окрашенным перикарпом / Н.Г. Туманьян, А.Е. Давоян, Н.В. Остапенко, С.С. Чижикова // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2012. - №4. -С.57-59.

Публикации в других изданиях

1. Давоян А.Е. Элементы структуры урожая и показатели признаков качества потомств спонтанного гибрида риса / Н.Г. Туманьян, Э.Ю. Сорочинская, А.Е. Давоян, С.С. Костина, Н.В. Остапенко / Международная научно-практическая конференция «Селекция сортов риса, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам для стран умеренного климата и Центральной Азии», ГНУ ВНИИ риса. - Краснодар 2008. - С. 115 - 119.

2. Давоян А.Е. Показатели признаков качества и элементы структуры урожая потомств спонтанного гибрида риса / С.С. Костина, Э.Ю. Сорочинская, А.Е. Давоян, Н.В. Остапенко, Н.Г. Туманьян / Материалы XVIII Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Селекция и генетика. Эниология. Экология и здоровье». - Алушта, Симферополь 2009. - С. 323 - 325.

3. Давоян А.Е. Краснозерные формы риса /А.Е.Давоян/ Материалы III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», КГАУ. - Краснодар,

2009.-С. 23-24. "

4. Давоян А.Е. Исходный материал для селекции риса со средним содержанием амилозы и окрашенным перикарпом зерновки / Е.М. Харитонов, Н.Г. Туманьян, Э.Ю. Папулова, А.Е. Давоян, Т.Н. Лоточникова, Н.В. Остапенко / Материалы VI Международной конференции «Факторы экспериментальной эволюции организмов. - ЛОГОС, АР Крым, Украина,

2010.-С. 454-458.

5. Давоян А.Е. Качество зерна и крупы глютинозных и краснозерных сортов риса отечественной селекции / Н.Г. Туманьян, Т.Н. Лоточникова, C.B. Лоточников, С.С. Костина, Е.М. Сорочинская, Н.В. Остапенко, Э.Ю. Папулова, А.Е. Давоян / Материалы XIX Международного научного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство, селекция и генетика. Эниология. Экология и здоровье. - Алушта, Симферополь, 2010. - С. 898900.

6. Давоян А.Е. Оценка исходного материала риса с окрашенным перикарпом в целях создания сортов с повышенной питательной ценностью зерна /А.Е. Давоян / Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», КГАУ. - Краснодар, 2010. - С. 38 - 40

7. Давоян А.Е. Характеристика исходного материала риса с окрашенным перикарпом по содержанию амилозы в зерновке /А.Е. Давоян / Доклады III Международной научно-практической конференции молодых ученых «Инновационные процессы в АПК» РУДН. - Москва. 2011. - С. 101 -102.

8. Давоян А.Е. Оценка исходного материала риса с окрашенным перикарпом в целях создания сортов с повышенной питательной ценностью зерна /А.Е.Давоян / Вклад ВОГиС в решение проблем инновационного развития России. - Краснодар, 2012. - С. 112 - 114.

9. Давоян А.Е. Характеристика исходного материала риса по содержанию белка в зерне и крупе / Н.Г. Туманьян, C.B. Лоточников, Т.Н. Лоточникова, Э.Ю. Папулова, А.Е. Давоян / Материалы Международной конференции «Факторы Экспериментальной эволюции организмов. -ЛОГОС, АР Крым, Украина, 2011. - Том 10. - С. 565 - 570.

10. Давоян А.Е. Липиды - основа биологической ценности сортов селекции ВНИИ риса / C.B. Лоточников, Н.Г. Туманьян, Т.Н. Лоточникова, А.Е. Давоян, С.Г. Ефименко // Зерновое хозяйство России. - Ростов-на-Дону, 2011.-№ 1 (13).-С. 53-56.

Подписано в печать 16.04.2013 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ №280

Отпечатано в типографии КубГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Давоян, Аревик Едвардовна, Краснодар

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

РИСА

ВСЕРОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

04201358656

На п

кописи

ДАВОЯН Аревик Едвардовна

ОЦЕНКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА РИСА С ОКРАШЕННЫМ ПЕРИКАРПОМ В ЦЕЛЯХ СОЗДАНИЯ СОРТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТЬЮ ЗЕРНА

специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных

растений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Н.Г. Туманьян

Краснодар -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РИСЕ. СЕЛЕКЦИОННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА ЗЕРНА И КРУПЫ. ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9

1.1 Народно-хозяйственное значение риса 9

1.2 Признаки качества зерна и крупы, определяющие питательную ценность и пищевые достоинства риса 15

1.3 Химический состав зерновки риса 24

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 31

2.1 Почвенно-климатические условия 31

2.2 Материал и методы исследований 32

2.3 Методы определения морфологических показателей риса, относящихся к элементам структуры урожая 36

2.4 Методы определения физико-химических свойств риса, относящихся к технологическим признакам 39

2.5 Методы определения биохимических свойств зерна и крупы риса 41

2.6 Статистические методы исследования 42

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 45

3.1 Морфологические характеристики растений риса 45

3.2 Исследование физико-химических свойств зерна риса, относящихся к технологическим признакам 54

3.3 Исследование биохимических свойств зерна риса с окрашенным перикарпом 64

3.4 Анатомо-морфологические признаки зерновки риса с окрашенным перикарпом 72

3.5 Сравнительная характеристика риса с окрашенным перикарпом по биометрическим, анатомо-морфологическим и физико-химическим свойств.............................................................................................................76

выводы

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Рис принадлежит к числу основных возделываемых культур. По площади посева и валовым сборам зерна он занимает второе место после пшеницы, а по урожаю значительно превосходит пшеницу и другие культуры, несколько уступая кукурузе.

По данным института питания Академии медицинских наук РФ для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека, для пополнения организма необходимыми веществами, ежегодное потребление человеком должно быть не менее 13-15 кг крупы, в том числе 20-30 % рисовой. По калорийности, легкой усвояемости и диетическим свойствам рисовая крупа занимает одно из первых мест среди всех видов круп.

В настоящее время достигнутый уровень мирового производства риса не удовлетворяет возрастающие в нем потребности растущего по численности населения. Для решения данной ситуации необходимо увеличение валового сбора зерна, производство крупы высокого качества, расширение ассортимента рисопродуктов. Эта задача решается за счет совершенствования технологии возделывания, расширения посевных площадей, выведения и внедрения в производство новых высокоурожайных сортов риса с высоким качеством зерна.

Для выполнения задачи по выведению новых сортов необходимо мобилизовать все растительные ресурсы, выделить из них необходимые доноры ценных признаков и в основу селекционной работы положить генетические закономерности по подбору исходного материала для селекции.

До недавнего времени формы риса с окрашенным перикарпом

воспринимались как сорные и не привлекали внимание со стороны селекции.

Однако в последние 10 лет ведутся работы по их селекции как перспективного

исходного материала. Интерес селекционеров к формам риса с окрашенным

перикарпом связан с тем, что у него имеются неоспоримые преимущества

4

перед белозерными формами как по его качеству, так и по агробиологическим особенностям.

Цель и задачи исследования. Провести оценку перспективного исходного материала риса с окрашенным перикарпом по признакам структуры урожая и качества зерна и крупы. Изучить генотипическую и экологическую изменчивость исходного материала риса с окрашенным перикарпом по комплексу технологических и биохимических признаков; создать селекционные модели перспективных образцов по основным

технологическим характеристикам.

Для достижения цели решали задачи:

- изучить исходный материал риса с окрашенным перикарпом по биометрическим, технологическим признакам; физико-химическим параметрам;

- изучить биохимические свойства риса по содержанию белка, амилозы, аминокислот, а также амилографические характеристики крахмала сортов, сортообразцов, линий с окрашенным перикарпом;

- разработка и построение селекционных моделей исходного материала риса с окрашенным перикарпом по основным технологическим признакам качества зерна и выявление лучших по максимальному приближению к модели;

- выявить формы риса с высоким качеством зерна и крупы, которые являются ценными донорами по отдельным признакам и свойствам.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являлись биометрические, относящиеся к морфологическим характеристикам растения, физико-химические, относящиеся к технологическим, и биохимические признаки качества зерна различных сортов, сортообразцов, линий и гибридных комбинаций риса с окрашенным перикарпом. Предметом исследования служили гибриды, линии, сортообразцы и сорта риса с окрашенным перикарпом отечественной и зарубежной селекции.

Методологическая и теоретическая основа исследования. Информационная база. Методологическую и теоретическую основу диссертации составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области генетики и селекции риса с окрашенным перикарпом, связанные с изучением различных признаков и свойств риса с окрашенным перикарпом.

Для оценки исходного материала риса с окрашенным перикарпом по анатомо-морфологическим, физико-химическим и биохимическим признакам были использованы стандартные методы анализа. Обработку экспериментальных данных проводили с помощью методов многомерного статистического анализа, который включал результаты однофакторного дисперсионного анализа, двухфакторные модели дисперсионного анализа для оценки структуры изменчивости исходного материала риса, дискриминантного анализа, выявление параметров селекционной модели для интересующих нас селекционно-ценных признаков, кластерный анализ для решения задач классификации изучаемых линий, в основе которого лежит процедура вычисления расстояний между сравниваемыми объектами и моделью, корреляционный анализ для изучения взаимосвязи изучаемых признаков.

Научная новизна. С помощью однофакторного и двухфакторного дисперсионного анализов оценена генотипическая и экологическая изменчивость сортов, сортообразцов, линий риса с окрашенным перикарпом по технологическим и биохимическим признакам качества зерна и крупы. Выделены образцы, способные устойчиво сохранять высокий уровень качества зерна и крупы независимо от агроклиматических условий. Эти образцы рекомендуется использовать в качестве исходного материала в направленном селекционном процессе с целью создания сортов с окрашенным перикарпом, имеющих высокие пищевые достоинства. Созданы селекционные модели риса по основным технологическим признакам качества зерна и интегральная модель по совокупности этих признаков.

Практическая значимость работы. В результате изучения исходного материала риса с окрашенным перикарпом выделены источники ценных морфологических признаков, со средневысоким содержанием белка и амилозы. С их использованием создан перспективный исходный материал, который может быть использован в качестве доноров ценных признаков в селекционном процессе.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная оценка исходного материла риса с окрашенным перикарпом по морфологическим: высота растения, кустистость (общая и продуктивная), длина метелки, число колосков в метелке, пустозерность, масса зерна с метелки, масса зерна с растения; физико-химическим: масса 1000 абсолютно сухих зерен, пленчатость, стекловидность, трещиноватость, индекс зерновки, амилографические характеристики крахмалистой пасты; биохимическим признакам: содержание белка, содержание амилозы в зерне, состав и содержание аминокислот для селекции на качество.

2. Взаимосвязь физико-химических и биохимических признаков качества зерна.

3. Интегральные модели доноров селекционно-ценных признаков.

Апробация работы._Результаты исследований ежегодно заслушивались

на заседаниях методической комиссии селекционного центра ВНИИ риса

РАСХН (2009-2011 гг.) Основные положения диссертационной работы были

доложены в материалах XVIII и XIX Международных симпозиумов

«Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология.

Экология и здоровье» (Алушта, 2009, 2010 гг.); на III Международной научно-

практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и

студентов «Инновационные процессы в АПК», посвященные 50-летию

образования аграрного факультета РУДН (Москва, РУДН, 2011); на

практической конференции «Селекция сортов риса, устойчивых к

абиотическим и биотическим стрессам для стран умеренного климата в

Центральной Азии» (ГНУ ВНИИ риса, 2008 г.); на VI Международной

7

конференции «Факторы Экспериментальной эволюции организмов» (АР Крым, Украина, 2010, 2011 гг.); на I, III и IV Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропормышленного комплекса» (Краснодар, КГАУ, 2007, 2009, 2010, 2011 гг.).

По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, изложения и обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа изложена на 123 страницах печатного текста, включает 53 таблицу, 19 рисунков.

Список литературы включает 155 источника, в том числе 46 -иностранных авторов.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РИСЕ. СЕЛЕКЦИОННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА ЗЕРНА И КРУПЫ, ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Народно-хозяйственное значение риса

Рис является одним из древнейших (окультуренных человеком) злаком земного шара, основным продуктом питания более чем для трети населения Земли (Шеуджен А.Х., Харитонов Е.М., 2006). Местом введения риса в культуру, по мнению многих авторов, является Юго-Восточная Азия. Н. И. Вавилов считал, что рис впервые стал выращиваться в Южно-Азиатском тропическом очаге, включающем весь Индостанский полуостров и прилегающие части Индокитая и Сиама (Вавилов Н.И., 1967). Японскими учеными убедительно доказано, что рис посевной (О. sativa) произошел от азиатского подвида О. perennis subsp. balunga, другой культурный вид - рис африканский (О. glaberrima Steud.) - от дикорастущего вида О. breviligulata А. Chev. et Roehr (Oka H., 1975). В различных зонах рисосеяния установлены формы, промежуточные между дикими сородичами и культурными видами, что позволяет определить начальные шаги эволюции последних (Ляховкин А. Г., 1987). За десятки тысячелетий развития культуры риса возникло огромное разнообразие форм культурного риса и технологий его возделывания (Алешин Е.П., Алешин Н.Е., 2007). Количество сортов риса, возделываемых во всех странах мира, равно примерно количеству сортов зерновых вместе взятых (Гущин Г.Г., 1938).

На основе классификации Р.Ю. Рожевица род Oryza был разделен на

четыре секции: Sativa, Granulata, Coarctata и Rhynchoryza. Позже ученые

различных стран: Chevalier (1932), Chatterjee (1948), Sampath (1961) и Tateoka

(1968) создали классификацию, которая была окончательно признана

ботаниками и генетиками всего мира. Она включает также четыре секции

Sativa, Granulata, Coarctata и Rhynchoryza. В род Oryzae включено 18 видов

(Дзюба В.А., 2004). В культуру введено только 2 вида: О. sativa L. (во всех

9

частях света) и О. glaberrima Steud (только в Африке). Согласно литературным данным, культурный вид Oryza sativa представлен двумя подвидами - indica и japónica, различающимися между собой морфологическими, физиологическими и экологическими характеристиками (Коновалов Ю.Б., 1990; Holcomb J., Tolbert D.M., Jain S.K., 1977; Hsien S.C., Frey K.I., 1972; Katayma Т., 1982; Nakagahra M., 1977; Palanichamy К., Siddig E.A., 1977; Siddig E.A., Nerkar J.S., Mehta S.L., 1972; Singh V.P., Swaminathan M. S., Mehra R.B., 1979; Sinha M. K., Banerjee S. P., Seetharaman R., 1977).

Кроме этих двух основных подвидов выделена группа сортов - javanica, с промежуточными признаками обоих подвидов (Holcomb J., Tolbert D.M., Jain S.K., 1977; Hsien S.C., Frey K.I., 1972; Singh V.P., Swaminathan M. S., Mehra R.B., 1979; Sinha M. K., Banerjee S. P., Seetharaman R., 1977). Возделывание риса посевного (Oryza sativa L.) в различных климатических зонах привело к появлению большого разнообразия его наследственных форм. В коллекциях рисосеющих стран собрано около 200 тыс. образцов (Kahre L., 1982).

Представители рода Oryza L. распространены преимущественно в тропиках и субтропиках, в умеренном поясе северного полушария заходят: в Азии до 50 - 51 ° с. ш., в Европе до 45 - 46 ° с. ш., и в Америке до 41 ° с. ш. Распространение же в южном полушарии значительно менее обширно. За пределы жаркого пояса представители риса заходят здесь лишь в Южной Америке, до 35 0 ю. ш. (Гущин Г.Г., 1938).

Рис в нашей стране выращивают в Краснодарском крае, Чеченской республике и Дагестане, а также в более северных районах, включающих Ростовскую, Астраханскую и Волгоградскую области, Калмыкию и Дальний Восток (Костылев П.И., 2008 г).

Большая часть риса, выращиваемого в производственных условиях, имеет белую окраску перикарпа, однако зерновки этой культуры могут быть с коричневым, красным и пурпурными оттенками. Красный перикарп распространен у диких форм культурного риса (Oryza rufipogon) (Меган Т.С., Томсон М.ДЖ., Пфейл Б.Е., Маккоуч С., 2007).

Разновидности риса с окрашенным перикарпом зерновки называют «красными» или «краснозерными». Они считаются одним из основных засорителей рисовых посевов во всем мире (Зеленская О.В., 2004; Туманьян Н.Г., Харитонов Е.М., 2011; Токмаков C.B., Мухина Ж.М., 2011). Эти растения конкурируют с возделываемыми сортами за свет и элементы питания (Зеленский Г.Л., Зеленская О.В., 2007).

Единого мнения у ученых по проблеме возникновения массового появления неосыпающихся краснозерных форм практически во всех выращиваемых сортах нет. Одни считают, что это продукт спонтанного мутагенеза (Ляховкин А.Г., 1992), другие объясняют феномен разблокированием эпигенов окраски перикарпа зерновки, как возврат к предкам (Туманьян Н.Г., 2001). К тому же известно, что предковая форма культурного риса - Oryza perennis - имеет зерно с окрашенным перикарпом. Третьи высказывают предположение, что это результат перекрестного опыления между культурным белозерным рисом и «дикими» краснозерными формами (Апрод А.Ф., Колесников Ф.А., 1971).

В странах древней культуры риса встречаются культурные сорта с окрашенным перикарпом, обладающие отличным качеством и высокой урожайностью. Такие формы риса, которые пользуются довольно большой известностью. В культуре они встречается главным образом в Азии (Индия, Япония, Цейлон), на Мадагаскаре, в Центральной Африке, в Болгарии. Такой рис довольно высоко ценится за свои пищевые и вкусовые качества (Гущин Г.Г., 1938). Красный пигмент рисового зерна - проантоцианидин, также называют «конденсированным танином» (Oki T., Masuda M., Kobayashi M., Nishiba Y., 2002). Проантоцианидины - это одна из ветвей обмена антоциана, в которой участвуют группа сходных генов биосинтеза. Проантоцианидины являются одним из защитных факторов от патогенов и вредителей (Shirley В., 1998).

Следует отметить, что красный пигмент представляет интерес как

носитель питательной ценности риса. Он является мощным антиоксидантом,

11

снижает риск образования атеросклеротических бляшек (Ling W.H., Cheng Q.X., Ma J., Wang T., 2001; Зим Д.И., 2012; Михайлов И.Г., Шазо А.А, Гюлушанян А.П., 2011). Окраска перикарпа зерновки риса контролируется тремя доминантными генами Prp-Purple pericarp; Rc-Brown pericarp; Rd-Red pericarp. У каждого доминантного гена есть ген-ингибитор I-Prp, I-Rc, I-Rd, который подавляет образование окрашенного пигмента в перикарпе и обуславливает белую окраску.

Гены Rc и Rd определяют красный перикарп; Rc, rd - серо-коричневый; rc, Rd - розовый; Rc - коричнево-красные крапинки; Ргр - лиловый цвет. Рецессивные аллели rc rd ргр, а также ген-ингибитор контролирует белый перикарп (Туманьян Н.Г., 2001).

Питательная ценность бурого риса в значительной степени определяется также количественным соотношением отдельных анатомических частей -зародыша, поверхностных оболочек и эндосперма. Зародыш характеризуется высоким содержанием Сахаров, белков, липидов, минеральных элементов и биологически активных веществ - витаминов, ферментов, фитогормонов. Зародыш риса содержит ценные для обменных процессов ненасыщенные жирные кислоты и токоферолы, являющиеся мощными антиоксидантами и способные связывать свободные радикалы в организме человека (Лоточников C.B., Туманьян Н.Г., Киселева H.H., 2004).

По калорийности рисовая крупа и мука занимают одно из пер�