Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИЗУЧЕНИЕ АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНОВКИ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ СОРТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТЬЮ ШЕЛУШЕНОГО РИСА

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНОВКИ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ СОРТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТЬЮ ШЕЛУШЕНОГО РИСА"

На правах рукописи

Лоточников Сергей Владимирович

ИЗУЧЕНИЕ АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНОВКИ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ СОРТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТЬЮ ШЕЛУШЕНОГО РИСА

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Краснодар 2007

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт риса в 2004-2007 гг.

Научный руководитель - доктор биологических наук

Туманьян Наталья Георгиевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Авакян Эльмира Рубеновна

кандидат биологических наук Есаулова Любовь Владимировна

Ведущая организация - Государственное научное учреждение

Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им, П.П. Лукьяненко

Защита состоится «30» октября 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.026.01 в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт риса по адресу: 350921, г. Краснодар, п/о Белозерное.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт риса.

Автореферат разослан «29» сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук V Ю,К. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основными направленнями в селекции риса при* знаны выведение высокопродуктивных, с высоким качеством зерна, устойчивых к болезням и неблагоприятным факторам внешней среды сортов. Современные технологии производства зерна и переработки его в крупу невозможны без глубокого изучения всех компонентов биохимического состава рисовой зерновки, выполняющих различные структурные и метаболические функции в обменных процессах жизнедеятельности человека.

Направления исследований обусловлены уровнем развития селекции риса и потребительским спросом на получение из натуральных продуктов белков, липидов, углеводов, витаминов и минеральных элементов естественного происхождения, способных удовлетворить как энергетические, так н физиологические потребности организма. Рис шелушений, или нешлифованный (зерно), представляет собой продукт, у которого удалены цветковые и колосковые чешуи. В отличие от риса шлифованного (крупы) в нем полностью сохранены плодовая и семенная оболочки (перикарп), зародыш и алейроновый слой (Хьюстон Д.Ф., 1976). .Шелушен ый рис сочетает в себе сбалансированный комплекс сложных углеводов, липидов н белков, превосходящих по качеству аминокислотного состава все зерновые культуры. Белок нешлифованного риса выбран Всемирной организацией здравоохранения в качестве стандарта для сравнительной оценки белка растительного происхождения. Селекционеры, постоянно ведущие работы в области создания новых сортов риса, требовательно подходят к подбору исходного материала, в котором органично должны сочетаться ботанические особенности растения, анатомо-морфо логические, био- н физико-химические характеристики зерновки.

Цель и задачи исследований. В связи с вышеизложенным, целью работы явилось комплексное изучение и сравнительный анализ качества шелушеного риса исходного материала по анатомо-морфологическим, био- и физико-химическим признакам, определяющим его пищевую ценность и обеспечивающих формирование расширенного ассортимента рисопродуктов.

Достижение намеченной цели осуществлялось через решение следующих задач:

- сравнительная оценка биохимических свойств шелушеного и шлифованного риса исходного материала по содержанию белка и глубине его залегания в зерновке;

- изучение жирнокислотного состава нешлифованного риса;

- определение соотношения анатомических частей рисовой зерновки исследуемых сортов;

- количественная характеристика кислореагирующих веществ шелушеного и шлифованного риса исследуемых сортов, находящегося в неконтролируемых условиях;

- сравнительная оценка исходного ма- ери ала по сЩГф>£а№оОДпия в зер-

имени К.А. Тимирязева ЦНБ имени Н.И. Ж^лезиова Фонд научйыЙ лите(

не и крупе риса;

Фонд научный ^итр^т^^^

- выявление лучших сортов риса по исследуемым признакам с помощью стандартных биометрических методов — одно- и двухфакторного дисперсионного анализа и методов многомерного статистического анализа — кластерного и д искрим и нантного;

~ оценка статистической достоверности полученных результатов при помощи рангового теста;

- разработка теоретических моделей сортов по основным био- и физико-химическим признакам шелушеного и шлифованного риса;

- распределение сортов риса и модели в пространстве первой и второй дискримннантных функций, выявление лучших по максимальному приближению к ней по содержанию белка и калия в зерне и крупе исследуемых сортов риса, по глубине их залегания в зерновке, качественному и количественному жирнокислотному составу;

- разработка интегральной модели и выявление лучших сортов по максимальному приближению к ней, обладающих наилучшим сочетанием липидно-белкового комплекса рисовой зерновки, крупным зародышем, высоким содержанием калия и сохраняющие первоначальное качество шелушеного риса в течение длительного времени для направленного использования их в селекционном процессе.

Научная новизна. Впервые изучено качество шелушеного риса исследуемых сортов по комплексу анатомо-морфологмческих, био- и физико-химических признаков. Впервые проведена сравнительная оценка исходного материала и выявлены сорта и сортообразцы, обладающие высокой питательной ценностью шелушеного риса, характеризуемые оптимальным жирнокнс-лотным составом липидного комплекса, глубоким залеганием белка, повышенным содержанием калия и проявляющие стабильность при хранении. Разработаны модели сортов по основным биохимическим признакам и интегральная модель качества шелушеного риса. Проведена группировка (кластеризация) сортов ло изученным признакам с целью выявления лучших как внутри групп (коротко-, средне- и дпиннозерных), так и ло объединению их в один кластер с моделью.

Практическая значимость работы. Выведение новых высококачественных сортов риса необходимо проводить с учетом возрастающих потребностей населения к ассортименту рисопродуктов, их пищевым достоинствам и питательной ценности, обусловленной общим биохимическим составом и физико-химическими свойствами. В направленном селекционном процессе создания новых сортов риса в качестве исходного материала при гибридизации рекомендуется использоваггь выявленные сорта, обладающие повышенной питательной ценностью.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- результаты оценки 22 сортов и сортообразцов риса по анатомо-морфол отческим, био- и физико-химическим признакам качества шелушеного зерна;

- анализ жирнокислотного состава шелушеного риса;

- изменение кислореагирующнх веществ шелушепого и шлифованного риса исследуемых сортов, находящихся в неконтролируемых условиях;

- разработка теоретических моделей сортов по признакам: содержание белка и калия в шелушеном и шлифованном рисе исследуемых сортов, глубина их залегания в зерновке, качественный и количественный жирнокислотный состав;

- выявление лучших сортов и сортообразцов исходного материала по их распределению в пространстве первой-второй дискриминантных функций и максимальному приближению к модели по основным б иск и физико-химическим признакам и нх комплексу.

Апробация работы. Результаты исследований ежегодно докладывались в форме отчетов на заседаниях методической комиссии селекционного центра ВНИИ риса (2005-2007 гг.), "а Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных исследований в регионах» (Анапа, 2004), на седьмой и восьмой региональных научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2005-2006 гг.), на ХН, XIV, XV и XVI Международном симпозиуме «Нетрадиционное растениеводство. Эннология. Экология и здоровье)) (Алушта, 20042007 гг.), на Международной научно-практической конференции «Устойчивое производство риса: настоящее и перспективы» (Краснодар, 2006).

По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 11 печатных работ, из них одна в реферируемом издании, рекомендованном ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, изложения и обсуждения результатов, выводов, рекомендаций селекционной практике, списка использованной литературы, включающего 121 источник, в том числе 44 зарубежных авторов, и приложения. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц и 7 рисунков.

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа проводилась в 2004-2007 гг. в лаборатории качества рнса Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт риса.

Климат района - умеренно континентальный. Теплообеспеченность - высокая, сумма эффективных температур выше 10е С достигает 3400-3800° и выше 15е С — 2900-3000°, гидротермический коэффициент составляет 0,9-1,3. Безморозный период длится около 190 дней. Лето жаркое, среднемесячная температура самого жаркого месяца июля +22..,+24" С, но в отдельные дни может достигать +38...+40° С. Осень теплая, в первой половине сухая, во второй — дождливая. Район характеризуется умеренным увлажнением, за год выпадает 600-700 мм осадков, коэффициент увлажнения составляет 0,25-0,30

Почва представлена лу го во-чернозем ны м и слабосолонцеватыми разностями, типичными для рисовых массивов низовий реки Кубань. Грунтовые воды залегают на глубине 2,5-3,0 м. Содержание водорастворимых солей в верхних горизонтах — 0,1-0,2 %. Мощность гумусового горизонта достигает 110 см и более. Содержание гумуса 3.1 %. Емкость поглощения невысокая — 32,0-34,0 мг-экв/ЮО г почвы. Среди катионов преобладают кальций — 49,9 %, магний - 33,5 % и натрий — 13,0 %. Содержание общего азота — 0,21 %, валового фосфора - 0,22 и калия - 1,75 "А. Легкогндролизуемый азот составляет 7,60 мг/100 г почвы, обменный аммоний (Ы-ЫН^) — 0,79 мг/100 г, подвижный фосфор (Р20}) - 8,13 мгЛООг и обменный халий (КгО) - 34,70 мг/100 г. Реакция почвы слабощелочная (рН 7,4).

Материалом исследований служило зерно двадцати двух допущенных к использованию новых сортов и перспективных сортообразцов риса отечественной селекции. Для удобства сравнения и обработки полученных данных сорта риса были разделены на три группы по индексу зерновки (отношение длины (1) к ее ширине (Ь): короткозерные (1/Ь = 1,4-2,0), среднеэерные (1Л> = 2,1-3,0) и длиннозерные (1/Ь более 3,0). В группу короткозерных вошли сорта -Лиман, Рапан, Атлант, Гарант, Южный, Дружный, Айсберг, Хазар, Боярин, Карат; в группу среднезерных — Факел, Новатор, Фонтан, Янтарь, Рубин, Лидер, Регул, Аметист, Серпантин; в группу длиннозерных - Снежинка, Изумруд, Стрелец.

За период проведения лабораторных опытов были определены и изучены анатомо-морфологические, био- и физико-химические свойства шелушеного и шлифованного риса исследуемых сортов: масса 1000 шелущеных зерен, масса зародыша, относительная масса зародыша, содержание белка и калия в зерне и крупе риса, количество амилозы, жирнокислотный состав, кислотность. Стандартными методами определяли массу 1000 зерен и кислотность, содержание белка — методом Къельдаля, амилозы - методом Юлиано, калия - методом пламенной фотометрии, жирнокислотный состав — методом гаэожнд костной хроматографии.

Статистическую обработку результатов исследований проводили методами дисперсионного, дискриминантного, регрессионного и кластерного анализов на персональном компьютере с использованием программы ¿ТАПЭТЮА 6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Одним из важнейших параметров качества шелушеного риса для направленной селекции является содержание белка и глубина его залегания в зерновке риса. В отличие от других злаковых, рис сравнительно беден белками (7-8 %), однако их биологическая ценность признана самой высокой среди зерновых культур, что обусловлено наибольшим содержанием незаменимой аминокислоты - лизина (Мипск Ь,, 1972). Количество белка в зерновке оказывает положительное влияние на ее структурно-механические свойства: зерно риса с

высоким содержанием белка характеризуется большей прочностью и эластичностью, что немаловажно при возделывании, уборке, транспортировке и выработке крупы.

По результатам рангового теста с максимальным содержанием белка в шелушеком рисе за годы исследований выделен сорт Ралан (таблица 1). В среднем значение признака составило 10,5 %. Из этой группы выделены сорта риса Карат и Дружный, содержание белка в шелушеном зерне которых составило от 9,2 до 9,9 %. По годам у многих сортов наблюдаются достоверные различия признака (таблица 2).

Из среднезерных сортов Серпантин достоверно отличался по содержанию белка в шелушеком рисе. Значение признака варьировало в пределах 10,9-11,3 %. В этой группе повышенным содержанием белка в зерне обладают сорта Фонтан (10,6 %), Факел (10,3 %), Рубин (10,2 %) (таблица 3). На протяжении периода исследований все сорта этой группы по количеству белка имели достоверные отличия по годам, о чем свидетельствует ранговый тест (таблица 4). Исключение составил сорт Факел, у которого в 2005 и 2006 г. различий не наблюдалось.

В группе длиннозерных сортов риса наибольшим содержанием белка обладает Стрелец. По год&м исследований оно составило 10,2, 10,5 и 10,7 % соответственно (таблица 5). Исследуемые сорта риса имели достоверные различия по содержанию белка в шелушеном рисе как ло годам между собой, так и в пределах каждого сорта (таблица 5,6).

Таблица 5 - Характеристика длиннозерных сортов по содержанию белка в шелушеном рисе, %_____

СОРТ 2004 Ранговый тест СОРТ 2005 Ранговый тест СОРТ 2006 Ранговый тест

Стрелец 10,2 * Стрелец 10,5 * Стрелец 10,7 *

Снежинка 9,0 * Снежинка 9,5 * Снежинка 9,4 *

Изумруд 8,6 * Изумруд 9,0 * Изумруд 8,8 *

Таблица б - Влияние агроклиматических и генотип и чески х факторов на содержание белка в шелушеном рисе длиннозерных сортов ___

Год СОРТ Источники изменчивости Доля в общей дисперсии, %

Снежинка Изумруд Стрелец А грокл им атические 6,88

2004 * # * Генотипические 91,52

2005 * * * Взаимодействие 1,28

2006 * * * Остаточные 0,32

Таким образом, определяющим для всех групп сортов по содержанию белка в зерне, является генотипи ческиЙ фактор, доля которого в общей дисперсии признака составила 86,5-91,5 %.

Таблица 1 - Характеристика короткозерных сортов по содержанию белка в шелушеном рисе, %

СОРТ 2004 Ранговый тест СОРТ 2005 Ранговый тест СОРТ 2006 Ранговый тест

Рапан год Рапан 11,0 • Рапан 10,5 *

Карат 9,5 * Карат 9,9 * Карат 9,6 *

Дружный 9,2 * Дружный 9,7 * Дружный 9Т5 *

Боярин 8,8 * Лиман 9,7 * ■ Гарант 9,4 *

Лиман 8,7 * Гарант 9,2 * Лиман 9,2 ♦

Гарант 8,3 * Боярин 9,1 * Боярин 9,1 *

Хазар 8,3 * Айсберг 9,1 * Айсберг V

Айсберг 8,2 * Южный 8,6 * Хазар . *

Южный 7,6 # Хазар »,4 * Южный 7,7 *

Атлант 7.4 * Атлант 7,9 * Атлант | 7,3 *

Примечание: расположение звездочек на разных вертикалях указывает на достоверные различия между сортами, на одной - отсутствие различий.

Таблица 2 - Влияние агроклиматических и генотипических факторов на содержание белка в шелушеном рисе корот-

козериых сортов

Год СОРТ Источится изменчивости Доля в обшей дисперсии, %

Лиман Рапан | Атлант Гарант Южный Дружный Айсберг Хазар Боярин Карат Агроклиматические Генотипические ЗзаимодеЙетвие Эстетичные 8,95 86,52 4,26 0Д7

2004 к г * * * * ( * *

2005 * * * * * * * * * *

2006 4 * 4 * « ■ * * # * *

СОРТ 2004 Ранговый тест СОРТ 2005 Ранговый тест СОРТ 2006 Ранговый тест

Серпантин 10,9 * Серпантин 11,3 * Серпантин 11,2 *

Фонтан 10,4 * Фонтан 11,0 * Факел 10,3 *

Факел 10,2 * Рубин 10,9 « Фонтан 10,3 *

Новатор 9,6 * Факел 10,4 « Рубин 10,3 *

Рубин 9,4 * Новатор 10,2 ♦ 4 Новатор 10,0 *

Аметист 9,4 * Аметист 10,0 * Янтарь -9,7 *

Янтарь 9,3 ♦ Янтарь 9,9 » Аметист V «

Лидер 8,9 * Лидер 9,7 • Лидер 9,3 *

Регул 7,9 * Регул 8,5 * Регул 8,1 *

Таблица 4 - Влияние агроклиматических и генотип ических факторов на содержание белка в шелушеном рисе средне-

зерной группы сортов

Год СОРТ Источники . изменчивости Доля в общей дисперсии, %

Факел Новатор Фонтан Янтарь Рубин Лидер Регул Аметист Серпантин Агроклиматические Гекотшгаческие Взаимодействие Остаточные 9,40 87,13 3,27 0,20

2004 і С * 1 » ► % к

2005 • * * * * * • * •

2006 * • * 4 * 4 % *

Важной характеристикой сорта является глубина залегания белка в эндосперме рисовой зерновки. Об этом можно судить по его содержанию в шлифованном рисе. Если белок в основном сосредоточен в поверхностных слоях зерновки, то в процессе шлифования большая его часть попадает в мучку. При равномерном или глубоком распределении белка в эндосперме значительная его часть при шлифовании остается в крупе. Эту особенность сортов необходимо учитывать при селекции на повышенное содержание белка.

В среднем количество белка в крупе уменьшается на 1-3 % по сравнению с зерном (таблица 7), Из всех исследуемых нами сортов с минимальными потерями белка при шлифовании можно выделить Хазар, Гарант, Лидер и Рапан, снижение содержания белка в крупе которых составило 0,93, 1,03, 1,05 и 1,36 % соответственно, что эквивалентно 11А 11,3 и 13,0 % от общего количества белка в зерне. Это свидетельствует о более равномерном или глубоком залегании белка в эндосперме рисовой зерновки отмеченных сортов.

Таблица 7 — Характеристика сортов риса по содержанию белка в шлифованном рисе_ ___ _

СОРТ Потеря белка при шлифовании, Снижение содержания белка в крупе, %

Лиман 1,85 20,2

Рапан 1,36 13,0

Атлант 1,31 17,4

Гарант 1,03 11,3

Южный 2,01 25,1

1,41 14,9

Айсберг 2,21 25,4

Хазар 0,93 11,2

Боярин 1,68 18,6

Факел 2,85 27,7

Новатор 1,52 15,4

Фонтан 1,79 16,9

Янтарь 1,80 18,7

Лидер 1,05 113

Регул 2,83 34,6

Аметист 2,71 28,0

Серпантин 1,90 17,1

Снежинка 2,10 22,6

Изумруд 2,64 29,9

Стрелец 1,62 15,5

HCPos 0,182 1,88

У сортов Южный, Айсберг, Факел, Регул, Аметист и Изумруд потери белка при шлифовании зерновки значительны: 25,1-34,6 %.

и

Среди других ценных питательных веществ шедушеного риса определенное место занимают минеральные элементы, роль которых тем весомее, чем выше удельный вес риса в потреблении человеком, В совокупности содержанке минеральных элементов в рисе шепушеном составляет 1-2 %, в крупе тех же сортов 0,3-1,0 %, поскольку их основная доля приходится на зародыш и пери карп зерновки, которые удаляются при шлифовании (Ерыгин П. С., 1981). Присутствие калия в шелушеной зерновке риса играет положительную роль в обменных процессах жизнедеятельности человека. Калий - основной элемент «натрнево-калиевого насоса», мембранного механизма, поддерживающий соотношение ионов К+ и На* в клетке.

По содержанию калия в шелушеном рисе различия между сортами незначительны (таблица 8). В группе короткозерных сортов риса повышенное содержание этого макроэлемента имеют; Лиман (0,343 %), Атлант и Боярин (по 0,331 %). Из среднезерных достоверно отличается по признаку краснозерный сорт Рубин (0,360 %). у остальных .сортов этой группы содержание калия варьирует от 0,331 % у Лидера до 0,314 % у Серпантина. Из длиннозерных сортов максимальное количество калия принадлежит Снежинке (0,411 %), В крупе выделенных сортов также обнаружено повышенное содержание калия.

Биохимический состав и анатомо-морфологические свойства шелушеного риса зависят от генетической особенности сорта и экологических условий его возделывания. Питательная ценность бурого риса в значительной степени определяется 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, фнтогормонов. Зародыш риса содержит ценные для обменных процессов ненасыщенные жирные кислоты и токоферолы.

Исходя из биологической ценности зародыша, определяли его относительную массу и крупность. Среди короткозерных сортов по массе 1000 зародышей можно выделить: Карат (0,938 г), Айсберг (0,903 г), Гарант (0,886 г), Боярин (0,875 г), Хазар (0,853 г) и Рапан (0,834 г). Ранговый тест характеризует небольшие различия между сортами по годам исследований (таблица 9-10).

В группе среднезерных сортов риса наибольшей массой 1000 зародышей обладают Рубин (0,811 г), Новатор (0,796 г) и Фонтан (0,780 г). Остальные сорта не имеют достоверных различий ло массе зародышей, которая варьирует от 0,727 г у Регула до 0,776 г у Лидера (таблица 11). В пределах каждого сорта наблюдается относительная стабильность по крупности зародыша. Об этом свидетельствуют результаты рангового теста, приведенные в таблице 12. Исключением является сорт Янтарь, у которого масса 1000 зародышей достоверно отличалась в 2004-2006 гг. (таблица 12).

Таблица 8 - Характеристика шелушеного и шлифованного риса исследуемых сортов по содержанию калия, %_

Короткозерная группа

шелушений рис шлифованный рис (крупа)

СОРТ Массовая доля калия, % Ранговый тест СОРТ Массовая доля калия, % Ранговый тест

Лиман 0,343 * Лнман 0,193 *

Атлант 0,331 * * Атлант 0,(69 *

Боярин 0,331 * * Боярин 0,156 •

Гарант 0,309 * * Айсберг 0,149 « *

Айсберг 0,309 * * Хазар 0,139 *

Карат 0,309 * * Карат 0,127 *

Южный1 0,291 Ф Южный 0,122 *

Рапан 0,280 ф * Гарант 0,121 *

Хазар 0,268 • * Дружный 0,096 *

Дружный 0,267 * Рапан 0,089 *

Среднезерная группа

шелушений рис шлифованный рис (крупа)

СОРТ Массовая доля калия, % Ранговый тест СОРТ Массовая доля калия, % Ранговый тест

Рубин 0,360 * Рубин 0,209 *

Лидер 0,331 * Фонтан 0,164 •

Факел 0,320 * Факел 0,162 *

Фонтан 0,315 * Новатор 0,134 *

Регул 0,315 * Регул 0,123 * *

Серпантин 0,314 * Янтарь 0,112 * *

Новатор 0,305 « . * Серпантин 0,102 • *

Аметист 0,291 * Аметист 0,096 *

Янтарь 0,288 * Лидер 0,095 *

Длинномерная группа

шелушены Й рис шлифованный рис (крупа)

СОРТ Массовая доля калия, % Ранговый тест СОРТ Массовая доля калия, % Ранговый тест

Снежинка 0,411 * Снежинка 0,210 *

Стрелец 0,328 * Стрелец 0,151 *

Изумруд 0,309 * Изумруд 0,145 *

Таблица 9 - Характеристика короткозерных сортов риса по массе 1000 зародышей, г

СОРТ 2004 Ранговый тест СОРТ 2005 Ранговый тест СОРТ 2006 Ранговый тест

Карет 0,945 * Айсберг 0,991 * Боярин 0,914 *

Рапан 0,944 * Карат 0,976 * Карат 0,890 * *

Гарант 0,880 * * Гарант 0,917 * Хазар 0,887 * *

Айсберг 0,843 * * Хазар 0,897 * Айсберг 0,876 * *

Боярин 0,830 * * Боярин 0,880 ♦ Гарант 0,861

Южный 0,780 * Рапан 0,816 * Лиман 0,776 *

Атлант 0,778 * Атлант 0,747 Рапан 0,742 *

Хазар 0,776 * Дружный 0,746 * Атлант 0,680 *

Лиман 0,660 * Южный 0,717 * Южный 0,673 *

Дружный 0,654 * Лиман 0,672 Атлант 0,621 *

Таблица 10 - Влияние агроклиматических и генотипических факторов на массу 1000 зародышей короткозерных сортов риса_

Год СОРТ Источники изменчивости Доля в общей дисперсии, %

Лиман Рапан Атлант Гарант Южный Дружный Айсберг Хазар Боярин Карат Агроклиматические Генотипические Взаимодействие Остаточные 2,79 69,83 19,78 7,60

2004 * * » • * » * * « *

2005 |т * * щ » # * * * * *

2006 » * » * * t * * * *

СОРТ 2004 Ранговый тест СОРТ 2005 Ранговый тест СОРТ 2006 Ранговый тест

Лидер 0,811 * Фонтан 0,828 * . Рубин 0,903 *

Аметист 0,789 * * Лидер 0,809 * Фонтан 0,854 *

Рубин 0,788 * * Янтарь 0,806 * Новатор 0,838 *

Серпантин 0,783 * * Новатор 0,798 * Аметист 0,734 *

Новатор 0,752 * * Аметист 0,794 * * Серпантин 0,726 *

Янтарь 0,729 * Серпантин 0,763 * * Лидер 0,708 *

Регул 0,723 * Регул 0,751 * Регул 0,708 *

Фонтан •0,659 • Рубин 0,743 * Янтарь 0,704 «

Факел 0,607 * Факел 0,743 * Факел 0,591 *

Таблица 12-Влияние агроклиматических и генотипическнх факторов на массу 1000 зародышей в среднезерной груп-

Год СОРТ Источники изменчивости Доля в общей дисперсии, %

Фахед Новатор Фонтан Янтарь Рубин! Лидер Регул Аметист Серпантин Агроклиматические Генотипическне Взаимодействие Остаточные 6,70 41,63 46,14 5,54

2004 к • № • ' t * * v *

2005 * * * « * * • * * •

2006 * * * * * { * * * *

Масса 1000 зародышей в длиннозерной группе варьирует от 0,582 г у Снежинки до 0,658 г у Изумруда (таблица 13). В 2004-2005 гг. ранговый тест не установил различий между Изумрудом и Стрельцом, Стрельцом и Снежинкой. По этому признаку сорта достоверно различались только в 2006 г. За три года сорт Стрелец проявлял стабильность по массе 1000 зародышей, что подтверждает ранговый тест (таблица 14),

Таблица 13 - Характеристика длиннозерных сортов риса по массе 1000 зародышей, г

СОРТ 2004 Ранговый тест СОРТ 2005 Ранговый тест СОРТ 2006 Ранговый тест

Изумруд 0,633 * Изумруд 0,664 * Изумруд 0,678 »

Стрелец 0,616 * * Стрелец 0,637 * * Стрелец 0,601 *

Снежинка 0,601 * Снежинка 0,607 * Снежинка 0,539 *

Таблица 14 - Влияние агроклиматических и генотипических факторов на массу 1000 зародышей длиннозерных сортов риса__

Год СОРТ Источники изменчивости Доля в обшей дисперсии, %

Снежинка Изумруд Стрелец Агроклиматические Геноти П и ч еск не Взаимодействие Остаточные 8,80 55,36 19,78 16,06

2004 * * *

2005 * * * *

2006 * * *

Исследования величины зародыша по группам сортов были систематизированы, то есть выделены сорта, сходные по величине исследуемого признака. Осуществить группировку сортов помогла процедура кластеризации и предусмотренная в ней функция К-средних.

Нам удалось выделить три группы сортов, которые имеют максимальное значение массы 1000 зародышей, промежуточное и минимальное. Полученный кластерный дендрит подтверждает и дополняет результаты рангового теста (рисунок 1). При разрезании иерархического дендрита по уровню сходства 0,4 условные единицы образуется четыре кластера, то есть группы сортов с близкими значениями признака. В 1-й кластер объединились сорта с максимально крупным зародышем, им обладают короткозерные сорта. В 3-Я кластер - сорта риса, имеющие минимальную массу зародыша - группа длиннозерных сортов. В кластеры 2 и 2 распределились сорта с промежуточной массой зародыша, принадлежащие среднезерной группе.

1,6

1.4

ч> 1.2

Л

£ 1.о

|

§ 0.8

и

л

5 о,е »

6 пл 0.4

0,2

0.0

Рисунок 1 - Дендрограмма кластеризации сортов по массе 1000 зародышей, 2004-2006 гг.

Величина относительной массы зародыша указывает на его количественное содержание в рисовой зерновке и определяется как отношение массы 1000 зародышей к массе 1000 шелушеных зерен.

Осуществить разделение сортов по относительной массе зародыша удалось с помощью кластеризации (рисунок 2). Разрезая кластерный дендрит по уровню сходства 2 условные единицы, получаем три кластера (группы сортов). В 1-й вошли сорта с минимальной относительной массой зародыша, во 2-Й кластер объединились сорта с максимальной относительной массой и в 3-Й -сорта, обладающие средним значением признака.

Максимальной относительной массой зародыша обладают преимущественно короткозерные сорта риса, а именно Гарант (3,94 %), Хазар (3,83 %), Карат (3,71 %), Боярин (3,62 %) и Рапан (3,59 %). Это связано с тем, что они, обладая высокой массой 1000 зародышей, имеют средние или минимальные значения массы 1000 шелушеных зерен. Из среднезерных сортов выделяется Рубин. Относительная масса его зародыша составляет 3,77 %. Длиннозерные сорта обладают минимальным значением признака. Относительная масса зародыша составляет 2,86 % у Изумруда, 2,63 % у Снежинки и 2,51 % у Стрельца.

хха.х&ь'гь

х 1о к" га го ю а.

о (Г п о К ^ § .я

© о ш ^ и

ü

sí. 4 í

g 3

hA X

S

z г

>>

i

o

Рисунок 2 - Дендрограмма кластеризации сортов по относительной массе зародыша, 2004-2006 гг.

г*рп Л тп л г^Гп П

Биологическую ценность шелушен о го риса определяет его липидный комплекс, в частности качественный состав жирных кислот. Ранее главной характеристикой биологической ценности жнросодержащего продукта питания считалось количество в нем л и нолевой кислоты, синтез которой в организме не осуществляется. Позднее было установлено, что не только абсолютное количество лннолевой кислоты, но и ее соотношение с другими полиненасыщенными и насыщенными жирными кислотами имеет еще большую биологическую ценность.

В организме человека синтезируются не все необходимые жирные кисло- \ ты. Такие пол и ненасыщенные кислоты, как линолевая, линоленовая, и насыщенная — арахиновая поступают в организм только с пищей. Эти кислоты являются основной частью клеточных мембран. Они обеспечивают им проницаемость, способствуют снижению холестерина в крови и тормозят развитие атеросклероза. Линолевая кислота отвечает за образование лецитина, который защищает кожу от вредного воздействия окружающей среды. При недостатке этих кислот нарушается обмен веществ в организме.

Из всех жирных кислот арахиновая кислота обладает наибольшей биологической ценностью, но в пищевых продуктах ее мало, а потребность в ней

высокая — до 5 г в сутки. В продуктах растительного происхождения она отсутствует, но ее недостаток может быть восполнен за счет л и нолевой кислоты, содержащейся в большом количестве в шелушеном рисе, из которой организм способен синтезировать арахиновую, частично покрывая свои потребности в ней (таблица 16).

По высокому содержанию линолевой кислоты можно выделить следующие сорта, в которых количество этой полиненасыщенной кислоты превышает 40 % от общего количества жирных кислот: Лиман (сорт короткозерной группы) - 40,3 %, Фонтан и Новатор (сорта среднезерной группы) — 43,0 и 40,8 % соответственно. Все исследуемые сорта среднезерной группы имели массовую долю линолевой кислоты, близкую к 40

Наибольшим количеством олеиновой кислоты обладают длинномерные сорта Снежинка (46,4 %) и Изумруд (42,0 %}, из короткоэерных - Карат (43,4%), Атлант (42,3 %), Айсберг (41,1 %), из среднезериых - Рубин и Аметист (40,7, 40,5 % соответственно) (таблица 16). В этой группе оказались два сорта с окрашенным в красный цвет пернкарпом — Рубин и Карат. Вероятно, содержание олеиновой кислоты связано с особенностями химического состава поверхностных оболочек зерновки риса.

Максимальное содержание лнноленовой кислоты обнаружено в сортах среднезерной группы — Фонтан и Аметист, у которых ее количество достигает 1,4 %, Из короткоэерных сортов наибольшим количеством лнноленовой кислоты обладают Лиман и Айсберг - по 1,31 и 1,28 % соответственно и из длиннозериых — Изумруд (1,3 %),

Массовая доля арахиновой кислоты у всех сортов практически одинаковая. Она варьирует от 0,53 до 0,63 %. Исключение составляет сорт риса Изумруд, где ее содержание равно 0,47 %.

Обладая повышенной питательной ценностью, шелушений рис является менее стойким при хранении в сравнении со шлифованным рисом. Экспериментально установлено, что кислотность шелушеного зерна несколько выше кислотности крупы. Это связано с наличием непредельных жирных кислот и активностью окислительных ферментов В поверхностных слоях рисовой зерновки. Процесс окисления сопровождается изменением цвета, появлением налета на глянцевой поверхности зерна и запаха хранившегося продукта. Показатель кислотности шелушеного и шлифованного риса, находящегося в течение пяти месяцев в неконтролируемых условиях возрастает, но динамика его изменения неодинакова: у одних сортов на протяжении всего срока (150 дней) наблюдается постепенное возрастание кислотности - группа А: Атлант, Гарант, Айсберг, Хазар, Боярин, Факел, Фонтан, Лидер; у других - отмечен начальный рост и относительная стабилизация в дальнейшем — группа В: Лиман, Южный,- Новатор, Аметист и Серпантин; у третьих — незначительный рост в начале хранения и последующее возрастание кислотности - группа С; Рапан, Дружный, Янтарь, Регул, Снежинка, Изумруд, Стрелец (рисунок 3), Эта особенность сортов риса связана со степенью устойчивости липидного комплекса к окислению и его локализацией в зерновке.

Таблица 16 - Характеристика сортов риса по жирнокислотному составу, % от общего количества кислот

Жирные кислоты короткозерные среднезерные длиннозерные НСР05

Лиман Атлант Айсберг Хазар Карат Новатор Фонтан Рубин Аметист "нежинкг Изумруд

Миристиновая 0,22 0,35 0,30 0,25 0,38 0,32 0,35 0,27 0,27 0,16 0,25 0,035

Пальмитиновая 15,83 15,81 15,56 16,33 15,01 15,65 15,20 15,49 15,73 13,61 15,80 0,943

Пальмиталеиновая 0,11 0,10 0,10 0,10 0,12 0,11 0,11 0,10 0,08 0,10 0,10 -

Стеариновая 1,55 1,62 1,27 1,51 1,98 1,37 1,57 1,44 1,35 1,32 1,51 0,051

Олеиновая 39,54 42,30 41,10 39,54 43,36 39,51 37,26 40,65 40,47 46,36 41,99 0,286

Линолевая 40,27 37,52 39,12 39,76 36,72 40,75 42,98 39,63 39,57 36,34 37,88 0Д84

Линоленовая 1,31 1,16 1,28 1,25 1,25 1,27 1,40 1,28 1,40 0,99 U0 0,030

Арахи новая 0,61 0,57 0,60 0,63 0,63 0,53 0,58 0,56 0,53 0,56 0,47 -

Эйкозеновая 0,50 0,47 0,58 0,54 0,47 0,43 0,47 0,50 0,53 0,49 0,48 0,074

Бегеновая 0,17 0,22 0,20 0,19 0,19 0,15 0,16 0,17 0,17 0,16 0,15 -

4

V 3 2,5 2 М I

0,5 О

.....N

■ а 'Атлант —»—Гарант Айсберг Хазар

-^-Флхеп "» 1 Фонтан Лидер

Группа А

50 100

Продолжительность «ранении, дней

Группа В

50 100

Продолжительность хранения, дней

130

Группа С

50 (00

Продолжительность хранения. ЛМСЙ

150

Рисунок 3 ~ Оценка исходного материала по динамике изменения кислотности шелушеного риса

По исследуемым био- и физико-химическим признакам а группы с высокими показателями объединялись разные сорта риса. Важное значение представляет вопрос о выборе сортов, являющихся лучшими ло рассмотренному комплексу признаков в целом: содержанию белка и калия в шелушеном и шлифованном рисе, их жирнокислотному составу и обладающими стабильностью при хранении. Решение проблемы было найдено при объединении исследуемых признаков в «интегральную» модель с оценкой расстояний каждого объекта (сорта) до нее (рисунок 4). Наиболее близко расположенными к модели оказались сорта: Снежинка, Атлант, Факел, Фонтан и Хазар.

к

X &

ас «

я

К &

ё

-40

Рисунок 4 - Распределение сортов и «интегральной» модели в пространстве первой и второй дискримннантных функций по био- и физико-химическим характеристикам шелушеного и шлифованного риса (полярные координаты)

В рамках кластерного анализа открывается возможность измерения Евклидовых расстояний между объектами. Действительно, наиболее близкими к модели, то есть обладающими высокими показателями по комплексу био- и физико-химических признаков: содержанию белка и калия в зерне и крупе, по их жирнокислотному составу оказались сорта Снежинка, Атлант, Факел, Фонтан и Хазар (таблица 17).

Таблица 17 — Евклидовы расстояния от сортовых характеристик до «интс

СОМ' Расстояние до модели, у.е.

Лиман 12,6

Рапан 65,9

Атлант 6,5

Гарант 43,1

Южный 35.4

Дружный 5117

Айсберг 16.4

Хазар ЮЛ

Боярин 1916

Карат 37,0""" ........

Факел М

Новатор 30,0

Фонтан 9,7

Янтарь 43,6

Рубин 17.6

Лидер пл

Регул ...... 45,3

Аметист

Серпантин 66,6

Снежинка 4,7

Изумруд 20.4

Стрелец 22.9

ВЫВОДЫ

1. На основе комплексных исследований определены важнейшие анатомо-морфологические и б но- физико-химические признаки качества шелушеного зерна короткозерных, среднезерных и длиннозерных сортов риса российской

* селекции, определяющие его питательную ценность.

2. С максимальным содержанием белка в шелушеном рисе выделены сорта Рапан, Дружный, Карат — короткозерные; Серпантин, Фонтан, Факел, Рубин - среднезерные; Стрелец — длиннозерный. Вклад генотипа в формирование признака составляет 86,5-91,5 %. Установлен характер изменения содержания белка при шлифовании шелушеного риса. Потеря белка в среднем составляет 1-3 %. С глубоким залеганием белка в эндосперме рисовой зерновки и минимальным его снижением отмечены Хазар, Гарант, Лидер и Рапан.

37 По содержанию калия в шелушеном рисе выявлены незначительные различия между сортами, В группе короткозерных сортов риса повышенное содержание этого макроэлемента имеют: Лиман (0,343 %), Атлант и Боярин (по 0,331 %); из среднезерных - Рубин (0,360 %); из длиннозерных сортов максимальное количество калия содержит Снежинка (0,411 %).

1 4. Выявлены сорта обладающие крупным зародышем (массой 1000 зародышей). К ним относятся короткозерные сорта риса: Карат (0,938 г), Айсберг (0,903 г), Гарант (0,886 г), Боярин (0,875 г), Хазар (0,853 г) к Рапан (0,834 г). Установлены корреляционные взаимосвязи этого признака с относительной массой зародыша и массой 1000 шелушеных зерен. В группе короткозерных

сортов коэффициенты корреляции равны 0,71 и 0,56 соответственно, средне-зерных—0,83 и 0,37, длиннозерных —0,57 и 0,46.

5. Изучен качественный н количественный жирнокислоткый состав ше-лушеного риса исследуемых сортов. Общее содержание ненасыщенных жирных кислот: олеиновой, пальмитолеиновой, линолевой и линоленовой варьирует от 80,6 до 83,8 %. По этому признаку лучшими определены: Снежинка, Фонтан, Рубин, Айсберг и Новатор.

6. По динамике изменения хислореагирующих веществ шелушен ого и шлифованного риса, находящихся в неконтролируемых условиях в течение пяти месяцев, все исследуемые сорта распределились по трем группам: в группе А на протяжении всего срока хранения наблюдается постепенное возрастание кислотности; в группе В отмечен начальный рост и относительная стабилизация в дальнейшем; в группе С - незначительный рост в начале хранения и последующее возрастание кислотности.

7. Выделены группы сортов с помощью кластеризации по изученным ана-томо-морфологическим, био- н физико-химическим признакам шелушепого риса, определяющим его питательную ценность: содержание белка и калия, непредельных жирных кислот, с крупным зародышем и обладающие максимальными, минимальными и промежуточными значениями этих признаков.

8. Разработана интегральная модель сорта по комплексу признаков качества шелушепого и шлифованного риса исследуемых сортов. Выявлены лучшие сорта по максимальному приближению к модели: Снежинка, Атлант, Факел, Фонтан и Хазар.

РЕКОМЕНДАЦИИ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ

В селекционном процессе создания новых сортов с повышенной питательной ценностью шелушеного риса необходимо учитывать результаты по комплексу изученных анатомо-морфологических, био- и физико-химических признаков, обусловливающих потребительский спрос.

Выделенные в ходе исследований по отдельным признакам сорта и сорто-образцы риса рекомендуется использовать в качестве исходного материала 8 селекционном процессе создания сортов с заданными характеристиками качества зерна и крупы: на высокое содержание белка в шелушеном рисе - Рапан, Дружный и Карат - короткозерные; Серпантин, Фонтан, Факел, Рубин - сред-незерные; Стрелец—длиннозерный; на глубокое залегание белка в эндосперме рисовой зерновки - Хазар, Гарант, Лидер, Карат и Рапан; с повышенным содержанием калия в зерне и крупе — Лиман, Атлант, Боярин, Рубин и Снежинка.

Сорта риса, определенные лучшими по содержанию ненасыщенных жирных кислот: Снежинка, Фонтан, Рубин, Айсберг и Новатор, целесообразно использовать для направленной селекции при создании сортов с повышенной питательной ценностью.

По стабильности липидного комплекса сорта Лиман, Регул, Снежинка и Хазар рекомендуется использовать в селекции как устойчивые к окислительным процессам при хранении.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Лоточникова Т.Н., Костина С.С, Лоточников C.B. Взаимосвязь групп признаков качества сортов риса в построении математических моделей // Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных исследований в регионах». -Анапа, 2004.-С. 10-11

2. Лоточникова Т.Н., Лоточников С,В., Киселева H.H. Характеристика шлифованного риса сортов зарубежной селекции ff Материалы ХШ Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье». - Алушта, 2004. — Книга I. —С. 425

3. Распределение белка в зерновке риса сорта Янтарь / Т.Н. Лоточникова, Е.М. Сорочинская, Н.Г. Туманьян, C.B. Лоточников // Материалы ХШ Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье». - Алушта, 2004, - Книга I, - С. 434

4. Лоточников C.B. Характеристика шелушеного риса // Материалы школы молодых ученых «Экологическая генетика культурных растений». - Краснодар, 2005.-С. 313-315

5. Признаки качества шелушеного и шлифованного риса / C.B. Лоточников, Н.Г. Туманьян, H.H. Киселева, С.С. Костина ff Материалы XÍV Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье». — Алушта, 2005. — С. 448

6. Лоточников C.B., Лоточникова Т.Н. Туманьян Н.Г. Оценка исходного материала в селекционном процессе создания сортов риса с высокими характеристиками качества зерна и крупы // Селекция и семеноводство. - 2006. - № 2. - С. 27-29 (Журнал входит в список изданий, рекомендованных ВАК)

7. Экологическая стабильность сортов риса российской селекции / Т.Н.

, Лоточникова, Н.Г. Туманьян, В.А. Дзюба, C.B. Лоточников // Материалы XV

Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье». - Алушта, 2006. - С. 344-345

8. Лоточников C.B. К вопросу о питательной ценности шелушеного риса // Материалы XV Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Эниология, Экология и здоровье». — Алушта, 2006. - С. 575

9. Лоточников C.B. Питательные свойства шелушеного риса ff Материалы VIII региональной научно-практаческой конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». - Краснодар, 2006. - С. 38-40

10. Лоточников C.B., Лоточникова ТЛ, Туманьян Н.Г. Шелушеный или нешлифованный рис и его особенности при хранении ff Материалы XVI Международного симпозиума «Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье». - Алушта, 2007. - Книга II. - С. 596-597

11. Использование крупы сортов риса Айсберг и Аметист в кулинарии китайской и японской кухни / Т.Н. Лоточникова, Н.Г. Туманьян, H.H. Кузнецова, Д.А. Соловьев, C.B. Лоточников // Материалы XVI Международного симпозиума «Нетрадиционное'растениеводство, Эниология, Экология и здоровье». - Алушта, 2007. - Книга II. - С. 590-591

ЛОТОЧНИКОВ Сергей Владимирович

ИЗУЧЕНИЕ АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНОВКИ ДЛЯ

НАПРАВЛЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ СОРТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТЬЮ ШЕЛУШЕНОГО РИСА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 27.09.07 г. Формат 60 х 84 1/16 Бумага типографская. Печать трафаретная. Усл.- печ. л. 1,5 Тираж 100 экз. Заказ № 104, Гарнитура Times

Отпечатано с оригинал - макета заказчика в типографии

Кубанского государственного университета 350023, г. Краснодар, ул. Октябрьская, 25, тел. 268-52-91