Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Связь между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиадинкодирующих локусов

ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Связь между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиадинкодирующих локусов"

На правах рукопиот

005061666

ХРУНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СВЯЗЬ МЕЖДУ СОСТАВОМ ГЛИАДИНОВ И ПОКАЗАТЕЛЯМИ ПРОДУКТИВНОСТИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНА У ГЕНОТИПОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С РАЗНЫМИ АЛЛЕЛЯМИ ГЛИАДИНКОДИРУЮЩИХ ЛОКУСОВ

03.01.05 - физиология и биохимия растений 03.02.07 - генетика (биологические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 з и:он 2013

Москва - 2013

005061666

Работа выполнена в Российском государственном аграрном университете -МСХА имени К.А. Тимирязева и Институте общей генетики РАН имени Н.И. Вавилова

Научные руководители:

Новиков Николай Николаевич,

доктор биологических наук, профессор Драгович Александра Юрьевна, доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Кондратьев Михаил Николаевич доктор биологических наук, профессор, кафедра физиологии растений, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Пожидаева Елена Станиславовна,

кандидат биологических наук,

Старший научный сотрудник,

лаборатория экспрессии генома,

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева

Российской академии наук

Ведущая организация: Московский НИИ сельского хозяйства «Немчиновка»

Защита диссертации состоится " 0 f" июня 2012 года в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 220.043.08 при ФГБОУ ВПО Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева. Адрес: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.15 (тел./факс: 8(499)976-24-9 e-mail: dissovet@timacad.ru.

Автореферат разослан "24" мая 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большинство показателей продуктивности и качества зерна пшеницы наследуются как количественные признаки, для оценки которых требуется значительное количество растительного материала, вследствие чего не представляется возможным осуществлять отбор отдельных перспективных растений. Поэтому ведётся разработка точных и быстрых методов определения селектируемых или маркерных показателей, имеющих генетическое сцепление с основными хозяйственно ценными признаками пшеницы.

В ходе биохимических и генетических исследований было установлено, что эффективными маркерами продуктивности растений и технологических свойств зерна мягкой пшеницы могут служить аллели локусов 1 и 6 гомеологических групп хромосом, которые кодируют структуру специфичных для злаковых растений глиадиновых белков. Идентифакация этих белков, выделенных из отдельных зерновок, методом электрофореза в полиакриламидном геле позволяет очень быстро оценивать наличие у генотипов пшеницы соответствующих глиадинкодирующих аллелей, которые генетически сцеплены с генами, контролирующими различные количественные признаки, включая показатели продуктивности и технологических свойств зерна (Созинов, Попереля, 1979; Метаковский и др., 1985; Попереля, 1989; Dong et al., 1991; Kolster et al., 1991; Cerny et al., 1991; Blanlard, 1992; Jackson et al., 1996; Metakovsky et al., 1997; Zhang et al., 2003; Tanaka et al., 2005; Branlard and Metakovsky, 2006; Драгович, 2008; Li et al., 2009).

При маркировании аллелями глиадинкодирующих локусов количественных признаков мягкой пшеницы создается возможность сократить сроки создания новых сортов и отбирать на ранних стадиях селекции генетические линии (биотипы) с повышенной продуктивностью растений, устойчивостью к полеганию и болезням, а также улучшенными технологическими свойствами зерна.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - выяснение связи между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с различными аллелями глиадинкодирующих локусов для обоснования возможности их использования в качестве генетических маркеров хозяйственно важных признаков при создании новых сортов с повышенной продуктивностью растений и улучшенными технологическими свойствами зерна.

В задачи исследований входило:

- изучить генетическую гетерогенность сортов и гибридов мягкой пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов при разделении глиадиновых белков методом электрофореза в полиакриламидном геле;

- выделить из сортовых и гибридной популяций биотипы пшеницы, различающиеся аллелями глиадинкодирующих локусов, и установить генетические формулы их глиадинов;

- размножить в полевых условиях выделенные по аллелям глиадинкодирующих локусов биотипы пшеницы и оценить их по основным показателям структуры урожая, определяющим продуктивность растений;

- оценить у выделенных по аллелям глиадинкодирующих локусов биотипов пшеницы технологические свойства зерна, муки и полученных из них хлебопекарного теста и хлеба;

- выяснить связи между аллелями глиадинкодирующих локусов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у изучаемых биотипов мягкой пшеницы;

- на основе анализа глиадиновых белков выявить аллели глиадинкодирующих локусов, которые можно рекомендовать для использования в селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров при создании сортов с повышенной продуктивностью растений и улучшенными технологическими свойствами зерна.

Научная новизна работы. В ходе изучения состава глиадиновых белков получены новые сведения о генетической гетерогенности сортов мягкой пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов и установлены генетические формулы глиадинов для сортов Приокская, Дальневосточная 10, Самсар.

При изучении биотипов мягкой пшеницы, выделенных из сортов Приок-ская, Самсар, Саратовская 29, Дальневосточная 10 и гибридной популяции от скрещивания сортов Купава х Новосибирская 32, установлена связь глиадинкодирующих аллелей Gli-A2s, Gli-Ali, Gli-Alm, Gli-B2d с большим набором полезных признаков, связанных с повышением продуктивности растений и улучшением технологических свойств зерна, что обосновывает возможность использования этих аллелей в качестве генетических маркеров указанных признаков в селекции мягкой пшеницы. В результате анализа состава глиадинов и показателей структуры урожая у изучаемых биотипов выявлена положительная связь глиадинкодирующих аллелей Gli-Ala, Gli-Blf, Gli-Blb, Gli-A2q, Gli-B2o с высотой растений, что не отвечает требованиям селекции мяпсой пшеницы, направленной на создание короткостебельных генотипов. У биотипов мягкой пшеницы, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, установлена отрицательная связь между содержанием в зерне клейковины и ее упругостью, а также основными мукомольно-хлебопекарными показателями.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при оценке и идентификации сортов и гибридов мягкой пшеницы по составу глиадиновых белков при их разделении методом электрофореза в полиакриламидном геле.

На основе изучения биотипов, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, обосновывается возможность использования в

селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров повышенной продуктивности растений и улучшенных технологических свойств зерна глиадинкодирующих аллелей ОИ-А2з, вИ-АП, ОИ-А1т, йИ-Ый, которые могут быть идентифицированы по установленным блокам электрофоретических компонентов глиадиновых белков.

У сорта мягкой пшеницы Дальневосточная-10 выделен мутантный биотип с отсутствием глиадиновых компонентов, контролируемых локусом (7И-01, который отличается от основного биотипа данного сорта большей высотой растений и уменьшением показателей массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна. Последнее свидетельствует о возможной связи аллелей этого глиадинкодирующего локуса с понижением высоты растений, увеличением массы зёрен, натуры и твёрдости зерна, что может использоваться в селекции мягкой пшеницы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной научно-практической конференции «О проблемах обеспечения в современных условиях количественной и качественной сохранности материальных ценностей, поставляемых и закладываемых в государственный резерв» (М.: НИИ проблем хранения Росрезерва, 2011); на международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Вклад молодых ученых в развитие инноваций аграрной науки» (М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2010); на 6-й международной конференции «Мельница - 2011». Модернизация. Инновации. Техническое перевооружение» (М.: Международная промышленная академия, 2011): на международной научно-практической конференции «Проблемы развития АПК и сельских территорий в 21 веке» (М.: РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованныъ ВАК для публикации материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах стандартного текста и включает введение, обзор литературы (4 главы), экспериментальную часть (4 главы), заключение, выводы, практические рекомендации, список использованной литературы. Иллюстративная часть диссертации представлена в виде 23 таблиц и 18 рисунков. Список литературных источников содержит 193 наименования, в том числе 79 работ зарубежных авторов.

1. Объекты и методы исследований

Для изучения связи между составом спирторастворимых белков и показателями продуктивности растений и качества зерна мягкой пшеницы исследовались сортообразцы различных генотипов озимой и яровой мягкой пшеницы и выделенные из них биотипы, являющиеся носителями определённых глиадинкодирующих локусов. В ходе исследований были изучены глиадиновые биотипы, выделенные из гетерогенных по составу глиадинов сортов мягкой пшеницы: Приокская (районирована в Средне-

Русском агроклиматическом регионе), Саратовская 29 (Нижневолжский, Уральский и Западно-Сибирский регионы), Самсар (Средневолжский и Уральский регионы), Дальневосточная 10 (Дальневосточный регион).

Для более полного нивелирования различий между биотипами, обусловленных влиянием других (не глиадиновых) генов на основе скрещивания двух сортов Купава х Новосибирская 32 была создана гибридная популяция, из Б2 которой были отобраны биотипы, отличающиеся по составу глиадинов. В таких биотипах при достаточной выборке гены родительских сортов распределяются примерно с равными частотами и отличие биотипов друг от друга определяется преимущественно составом глиадинов.

Сортообразцы для разделения на биотипы, а также для гибридизации были получены от оригинаторов сортов, пересеяны с целью получения колосового материала и разделены на биотипы по составу запасных белков зерна - глиадинов.

Изучаемые генотипы пшеницы выращивали на полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в 2006-2007 гг. на выравненном агрофоне. Почва на опытном участке дерново-подзолистая среднесуглинистая, содержа-ние гумуса 2,4-2,5%, рН солевой вытяжки - 6,16,2; содержание Р203 (по Кирсанову) - 21-22, К20 (по Масловой) - 16-17 мг/100 г почвы.

Пшеницу убирали при наступлении полной спелости зерна, технологические показатели которого определяли после завершения процессов послеуборочного дозревания. В ходе исследований определяли показатели структуры урожая по общепринятой методике (Доспехов, 1985; Федин, 1989); физико-химические показатели качества зерна, число седиментации, число падения, количество и качество клейковины, реологические свойства теста - стандартными методами (Беркутова, 1991). Массовую долю белков определяли на спектране. Пробную лабораторную выпечку хлеба проводили безопарным методом с интенсивным замесом теста по методике ВЦОКС. Хлебопекарные качества зерна оценивали по объему хлеба, цвету и пористости хлебного мякиша.

Спирторастворимые белки (глиадины) выделяли экстракцией 70%-ным раствором этанола из навески цельносмолотого зерна в течение 30 мин при температуре 37°С. После экстракции белковый раствор отделяли от растительного материала центрифугированием, затем добавляли в него краситель - метиленовый зеленый. Для разделения белков использовали метод вертикального электрофореза в полиакриламидном геле с использованием алюминиеволактатного буфера (рН 3,1) при толщине геля 1,8 мм (Метаковский, Новосельская, 1991).

Все результаты исследований подвергались статистической обработке с использованием компьютерной программы «Б^аг» в модификации информационно-вычислительного центра РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева (версия 2.1,1989-1991).

2. Биохимический и генетический анализ изученных сортов и гибридов пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов Биохимический и генетический анализ аллельного состава глиадинкодирующих локусов исследуемых сортов мягкой пшеницы Приокская, Саратовская 29, Самсар, Дальневосточная 10, а также образцов второго поколения гибридной комбинации, полученной от скрещивания сортов Купава х Новосибирская 32, проводился по глиадиновым белкам, которые разделяли методом одномерного электрофореза в полиакриламидном геле. В ходе исследований была выявлена значительная гетерогенность сортов и гибридов мягкой пшеницы по глиадиновым белкам и составу аллелей глиадинкодирующих локусов. На основе сопоставления полученных электрофореграмм глиадиновых белков выделенных из сортовых и гибридной комбинации биотипов со стандартными электрофоретическими спектрами глиадинов мягкой пшеницы были определены глиадиновые формулы этих биотипов (табл. 1). Следует отметить, что сорта Приокская, Самсар и Дальневосточная 10 разделены на глиадиновые биотипы впервые.

Таблица 1

Состав аллелей глиадинкодирующих локусов изучаемых биотипов пшеницы

Название сорта Номер биотипа Аллели глиадинкодирующих локусов

вП-А1 ви-ві ви-т &І-А2 &І-В2 аи-о2

Приокская Биотип 1 т / ъ т Ъ /

Биотип 2 т ъ ь т Ъ /

Биотип 3 / ь ъ т Ь а

Биотип 4 а ъ ъ т Ь /

Формула сорта т+/+а ь+і ъ т ь /+«

Саратовск ая 29 Биотип 1 і е а я е

Биотип 2 і е а Я я е

Формула сорта і е а s+q 9 е

Самсар Биотип 1 і е а я Я е

Биотип 2 і е а Я Я е

Биотип 3 т е / Я V/ е

Биотип 4 т е а Я Я е

Формула сорта і+т е «+/ е

Дальневос точная 10 Биотип 1 Ь т пиїї к с т

Биотип 2 ь т а к с т

Формула сорта ь т а+пиіі к с т

У сорта пшеницы Приокская выделены 4 биотипа, которые различались по аллелям глиадинкодирующих локусов Gli-Al, Gli-Bl, GU-D2. Два из этих биотипов с глиадинкодирующими аллелями Gli-Blf и Gli-Blb были главными и составляли 90% сортовой популяции. У Саратовской 29 95% сортовой популяции приходилось на два биотипа, различающихся по аллелям глиадинкодирующего локуса GU-A2 (Gli-A2s и Gli-A2q). Из внутрисортовой популяции сорта Самсар были выделены 4 биотипа, которые различались по аллелям глиадинкодирующих локусов Gli-Al, GH-A2, GH-B2, Gli-Dl. Сорт Дальневосточная 10 по составу глиадинкодирующих аллелей оказался гомогенным, но в его внутрисортовой популяции выявлен мутантный биотип, у которого по глиадиновым белкам не было идентифицировано ни одного глиадинкодирующего аллеля (Gli-Dlnull). Электрофоретический спектр глиади-нов данного биотипа отличается отсутствием компонентов, контролируемых хромосомой 1D). Отсутствие данного блока компонентов на электрофореграмме является следствием транслокации участка короткого плеча хромосомы 1D на длинное плечо хромосомы 2А (Badaeva et al., 2007).

Аналогичным образом была разделена на биотипы гибридная популяция, полученная при скрещивании сортов Купава и Новосибирская 32. В потомстве F2 этой гибридной комбинации было выделено 3 биотипа, которые различались по аллелям глиадинкодирующих локусов Gli-Bl и Gli-В2 (Gli-B2d; Gli-B2o, Gli-BIL) (табл. 2).

Таблица 2

Аллельный состав глиадинкодирующих локусов гибридной

комбинации Купава х Новосибирская 3 2_

Номер биотипа Аллели глиадинкодирующих локусов

Gli-Al Gli-Bl Gli-Dl GU-A2 GU-B2 Gli-D2

Биотип 1 g+o Ь я+Ь f+n d b+a

Биотип 2 Я+о Ъ я+ъ f+n О b+a

Биотип 3 Х+о L я+ь f+n о b+a

Для локусов СН-А1, СП-В1, СН-А2, ОИ-й2 в гибридной комбинации представлены по 2 аллеля, так которые трудно было разделить в данном скрещивании из-за присутствия ржаной транслокации, маркируемой аллелем ОН-В1Ь. Поэтому, фактически, выделенные из гибридной комбинации биотипы различались по локусам, СН-В1 и в/г-52.

3. Выяснение связи меяеду составом глиадинов, показателями продуктивности растений и технологическими свойствами зерна у изучаемых биотипов мягкой пшеницы

У выявленных биотипов изучена структура урожая и мукомольно-хлебопекарные качества зерна. При этом в исследования преимущественно были включены биотипы, которые различались лишь составом аллелей по одному из глиадинкодирующих локусов, что позволило установить связь

б

определённых глиадинкодирующих аллелей с уровнем наследования количественных признаков, определяющих продуктивность растений и технологические свойства зерна.

При сопоставлении показателей структуры урожая и технологических свойств зерна у биотипов сорта пшеницы Приокская, различающихся аллелями одного и того же глиадинкодирующего локуса, было установлено, что с аллелем С7/г-Л// возможно связано увеличение длины главного, бокового побега, главного колоса, числа колосков и зёрен в главном и боковом колосе, массы зерна с колоса, а также повышение качества клейковины и упругости теста (табл. 3,4). У биотипа с аллелем СИ-В1Ь повышена масса 1000 зёрен, белизна муки, содержание клейковины, число падения, показатель седиментации, сила муки. Однако повышение содержания клейковины у данного биотипа сопровождается ухудшением её качества.

Таблица 3

Структура урожая биотипов сорта Приокская, различающихся аллелями

глиадинкодирующих локусов ЄН-АІ, &і-В1, аі-Р2

~-~-^Глиадиновая формула 1 биотип 2 биотип 3 биотип 4 биотип

—биотипа ЄІіАІт вНАІт вІіАІУ аіАІа

— вивіу вИВІЬ вІіВІЬ аіВІЬ

Показатели вЮ2Г ЫЮ2Г С1Ю2а вїЮ2(

Продуктивная кустистость 6,6 6,3 4,2 5,4

НСРм 0,5 0,4 1.7 1,3

Длина главного побега, см 88,8 84,3 99,0 92,0

НСР05 1,1 1,0 4,1 4,0

Длина боковых побегов, см 58,8 58,3 70,0 65,0

НСР05 1,6 0,8 5,3 4,4

Длина главного колоса, см 12,7 12,2 13,3 12,7

НСР05 0,2 0,3 0,7 0,4

Длина боковых колосьев, см 10,2 9,3 10,1 9,4

НСР05 0,8 1,0 1,1 1,2

Число колосков в главном колосе 19,2 18,6 19,4 19,0

НСРо5 0,3 0,3 0,4 0,3

Число колосков в боковом колосе 17,8 17,4 17,6 17,6

НСР05 0,7 0,7 1,0 0,8

Число зерен в главном колосе 49,6 42,4 45,0 40,1

НСР05 2,0 2,2 2,7 2,2

Число зерен в боковом колосе 32,7 26,3 31,9 28,5

НСРм 2,4 2,7 2,8 2,9

масса 1000 зерен, г 38,1 43,7 45,5 45,7

НСР05 1,5 1,3 1,6 1,5

Масса зерна с колоса, г 1,62 1,12 1,44 1,14

НСР05 0,22 0,18 0,34 0,29

У биотипа указанного сорта с аллелем &і-А1т повышены показатели продуктивности растений - продуктивная кустистость и число зёрен в главном колосе. Присутствие у другого биотипа аллеля ЬііАІа сопровождалось увеличением длины главного, бокового побега, главного колоса, числа колосков в главном колосе и числа зёрен в боковом колосе, массы 1000 зёрен.

Таблица 4

Мукомольно-хлебопекарные качества зерна биотипов сорта Приокская,

различающихся по аллелям локуса аі-В1

---£лиадиновая формула 1 биотип 2 биотип

-бшщпа аіві/ ЄІІВІЬ НСР05

Показатель —__

Белизна муки, % 46,7/С 53,9/ВС 2

Твердозерность, % 23,7 22,9 5

Число падения 225 235 5

Показатель седиментации, мл 4,8 5,4 0,5

Сырая клейковина, % 33,9 40,4 2

Качество клейковины, ед. ИДК 68 84 5

Группа качества клейковины I II -

Упругость теста, мм 188 156 7

Сила муки, ед. альвеографа 333 371 20

При сравнении биотипов сорта Саратовская 29 установлено, что биотип с аллелем &і-А2з отличается более высокими показателями массы 1000 зёрен, натуры зерна, содержания белков и клейковины в зерне, а биотип с аллелем СИ-А2д имеет большую длину главного побега и главного колоса, большее число колосков в главном колосе (табл. 5,6).

Таблица 5

Сравнительная характеристика глиадиновых биотипов сорта

Саратовская 29 по структуре урожая

Показатели вИ-А2$ вЫ-А2,7 НСР05

Длина главного побега, см 106,7 111,3 3,8

Длина главного колоса, см 8,7 9,1 0,3

Число колосков в главном колосе 15,6 16,5 0,5

масса 1000 зерен, г 36,0 34,4 1.2

Таблица 6

Сравнительная характеристика глиадиновых биотипов сорта

Глиадинкодирующие аллели, по которым отличаются биотипы вИ-А2д НСР05

Натура, г 793,6 783,4 5

Содержание белков, % 16,7 15,9 0,5

Сырая клейковина, % 31,0 28,9 2,0

Таблица 7

Сравнительная характеристика биотипов сорта Самсар с Ы1-А25 и СП-А2д

Глиадинкодирующие аллели, по которым отличаются биотипы вИА2$ ОИА2д НСР03

Продуктивная кустистость 6,7 5,6 0,8

Длина главного побега, см 107,6 114,9 3,2

масса 1000 зерен, г 38,5 40,3 0,9

Таблица 8

Сравнительная характеристика биотипов сорта Самсар с СН-А2& и _по мукомольно-хлебопекарным показателям_

--------------------- аллели Показатели '------ СІІА2ї вІІА2ц НСР05

Стекловидность, % 98 92 5

Натура, г 807 813 5

Число падения 278 299 5

Показатель седиментации, мл 5,4 6,0 0,5

Сырая клейковина, % 35,5 41,9 2

Качество клейковины, ед. ИДК 66 94 5

Группа качества клейковины I П -

Упругость теста, мм 176 99 7

Отношение упругости к растяжимости теста 2,6 1,0 1

Сила муки, ед. альвеографа 488 300 20

Объёмный выход хлеба из 100 г муки, см3 970 795 20

Цвет мякиша, баллы 4,5 3.5 0,5

Пористость мякиша, баллы 4,5 3,8 0,5

Биотип сорта Самсар с аллелем СИ-А2$ характеризовался повышенными показателями продуктивной кустистости, стекловидности зерна, качества клейковины, упругости теста, силы муки, объёма и качества хлеба (цвет и пористость мякиша). Целый ряд других показателей были

повышены у биотипа с аллелем СИ-А2д - длина главного побега, масса 1000 зёрен, натура зерна, содержание в зерне клейковины, число падения и седиментации (табл. 7, 8). Следует отметить, что с наличием данного аллеля у сорта Саратовской 29 также связано увеличение длины главного побега, что подтверждает существующую связь между указанным аллелем и рассматриваемым признаком.

У сорта Самсар, как и у сорта Приокская, выявлен биотип с аллелем СИ-А1т, у которого отмечаются более высокие показатели числа колосков в главном колосе, массы 1000 зёрен, содержания клейковины, тогда как у биотипа с аллелем СИ-АН повышены число зёрен в главном колосе, число падения и седиментации, упругость теста, сила муки, качество клейковины, показатели объёма хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша (табл. 9,10).

Таблица 9

Сравнительная характеристика биотипов сорта Самсар с аллелями СИ-АН

и Ші-АІш по структуре урожая

Показатели Биотип 2 Биотип 4 НСР05

вІі-АІі & і-А 1т

Длина главного побега, см 114,9 117,1 3,3

Число колосков в главном колосе 15,8 16,5 0,7

Число зерен в главном колосе 39,6 27,4 3,5

масса 1000 зерен, г 40,3 41,6 0,9

Таблица 10

Мукомольно-хлебопекарные показатели зерна биотипов сорта Самсар, _различающихся по аллелям локуса СИ-А1_

" Елиадинкодирующие аллели Показатели " ' —------- СІіАІі ашт НСР05

Белизна муки, % 51,9/ІС 47,5/1 С 2

Число падения 299 247 5

Показатель седиментации, мл 6,0 4,6 0,5

Сырая клейковина, % 41,9 44,1 2

Качество клейковины, ед.ИДК 94 106 5

Группа качества клейковины П Ш -

Упругость теста, мм 99 69 7

Сила муки, ед. альвеографа 300 128 20

Объём хлеба из 100 г муки, см3 795 765 20

Цвет мякиша, баллы 3,5 3,0 0,5

При сопоставлении мукомольно-хлебопекарных показателей у биотипов сорта Самсар установлено, что повышение у них содержания белков и клейковины в зерне сопровождается ухудшением качества клейковины и некоторых других технологических показателей - силы муки,

упругости теста, объёма хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша (табл. И).

Таблица 11

Коэффициенты корреляции между содержанием белков и клейковины и технологическими показателями зерна, муки и хлеба у биотипов сорта Самсар* ______

идк Сила муки Объём хлеба Цвет мякиша Пористость мякиша Упругость теста

Содержание белков 0,85 -0,93 -0,67 -0,93 -0,95 -0,90

Содержание клейковины 0,99 -0,97 -0,95 -0,98 -0,95 -0,99

•"Корреляция достоверна при г 2 0,91 и уровне вероятности 0,95

В ходе исследований внутрисортового полиморфизма глиадиновых белков у сорта Дальневосточная 10 был обнаружен и размножен мутантный биотип с отсутствием блока электрофоретических компонентов глиадинов, кодируемых аллелями глиадинкодирующего локуса ОИФ1. Было установлено, что этот биотип отличается от основного меньшей продуктивностью. При этом оба биотипа имеют достаточно высокое содержание клейковины в зерне, и хлеб, полученный из зерна этого сорта, отличается хорошими вкусовыми качествами, но имеет низкий подъем и пористость вследствие высокой активности а-амилаз в зерне.

Таблица 12

Сравнительная характеристика структуры урожая глиадиновых _биотипов сорта Дальневосточная 10__

Показатели вИ-ШпиИ вИ-Ша НСР05

Длина главного побега, см 120,1 104,4 4,2

Число колосков в главном колосе 15,2 13,7 0,8

Число зерен в главном колосе 24,0 20,0 1,4

Масса 1000 зерен, г 34,5 39,3 1,0

Изучение мутантного биотипа у сорта Дальневосточная 10 показывает, что отсутствие у него аллелей глиадинкодирующего локуса БИ-О! сопровождается увеличением длины главного побега, числа колосков и зёрен в главном колосе, повышением белизны муки, но при этом уменьшаются масса 1000 зёрен, натура и твёрдость зерна (табл. 12, 13). Исходя из этого можно предполагать, что, вероятно, с аллелями указанного локуса связано уменьшение высоты растений и увеличение массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна.

В биотипах, выделенных из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32, изучалось влияние ржаной транслокации в геноме пшеницы, маркируемой блоком электрофоретических глиадиновых компонентов Ьи-В1 Ь и известной по литературным данным своим отрицательным действием на качество хлеба (Созинов, 1985).

Таблица 13

Сравнительная характеристика биотипов сорта Дальневосточная 10 _по мукомольно-хлебопекарным показателям_

---------Биотипы с аллелями Показатель ----- вІі-ОІпиІІ аі-ОІа НСР05

Белизна муки, % 17.1/2С 11,1/НС 2

Твердозерность, % 12,1 14,6 5

Натура зерна, г 723 777 5

Последнее было подтверждено и в наших исследованиях, но было обнаружено также положительное влияние G^/-B^L на ряд показателей структуры урожая и качества зерна (табл. 14, 15). У данного биотипа понижены высота растений, масса 1000 зёрен, показатель седиментации муки, содержание клейковины, упругость теста, сила муки, показатели объёма хлеба, цвета и пористости мякиша, однако повышены продуктивная кустистость растений, число зёрен в главном колосе, число падения и упругость клейковины (уменьшение показателя ИД К).

Таблица 14

Сравнительная характеристика биотипов с аллелями СН-В1Ь и СИ-В1Ь

из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32 по структуре урожая

Показатели аіВІЬ вивп НСРп,

Продуктивная кустистость 4,8 5,7 0,9

Длина главного побега, см 107,5 97,7 5,2

Число зерен в главном колосе 39,2 48,3 5,6

Масса 1000 зерен, г 41,5 37,5 1,1

Таблица 15

Технологические показатели зерна биотипов пшеницы с аллелями &1-В1Ь и _Ы'1-В1Ь из гибридной популяции Купава х Новосибирская 32_

•—биотипы, различающиеся ■—аллелям Показатель ______ аі-віь вІі-ВІЬ НСР05

Число падения 218 312 5

Показатель седиментации, мл 7,2 5,8 0,5

Сырая клейковина, % 36,4 29,3 2

Качество клейковины, ед.ИДК 67 62 5

Группа качества клейковины I І _

Упругость теста, мм 107 80 7

Сила муки, ед. альвеографа 306 220 20

Объём хлеба из 100 г муки, см3 1165 690 20

Цвет мякиша, баллы 5.0 3,8 0,5

Пористость мякиша, баллы 5,0 3,5 0,5

Учитывая современные данные о снижении отрицательного влияния ржаной транслокации при комбинировании её с набором различных генов, представляется возможным не отбраковка селекционного материала, содержащего ржаную транслокацию (как это делается в настоящее время), а использование её при создании короткостебельных генотипов с повышенной продуктивностью и качеством клейковины.

На том же материале (гибридная комбинация Купава х Новосибирская 32) было изучено влияние аллелей СИ-В2о и СЛ1-В2<1 на показатели структуры урожая и качество зерна (табл. 16, 17). Установлено, что аллель СИ-В2о по-видимому маркирует увеличение высоты растений, показателей натуры зерна, белизны муки, числа падения и седиментации, содержания клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба по сравнению с аллелем ОИ-В2ё. Однако у биотипа с аллелем СИ-В2с1 существенно выше озернённость колоса, показатель твердозёрности и упругость клейковины, а также понижена высота растений, что повышает устойчивость данного биотипа к полеганию.

Таблица 16

Сравнительная характеристика биотипов с аллелями СИ-В2(1 и СИ-В2о

Аллели, по которым отличаются биотипы GliB2d GliB2o НСР05

Длина главного побега, см 100,0 107,5 4,5

Число зерен в главном колосе 45,2 39,2 5,6

Таблица 17

Технологические свойства зерна биотипов пшеницы с аллелями СИ-В2<1 и

йИ-В2о из гибридной популяции Купава X Новосибирская 32

Показатели Биотип с Биотип с НСР05

Gli-B2d Gli-B2o

Белизна муки, % 57,0/ВС 65,7/ВС 2

Твердозерность, % 19,7 13,8 5

Натура зерна, г 786 804 5

Число падения 172 218 5

Показатель седиментации, мл 4,2 7,2 0,5

Сырая клейковина, % 28,3 36,4 2

Качество клейковины,' ед.ИДК 61 67 5

Группа качества клейковины I I -

Упругость теста, мм 93 107 7

Сила муки, ед. альвеографа 271 306 20

Объём хлеба из 100 г муки, см3 1100 1165 20

Цвет мякиша, баллы 4,5 5,0 0,5

Пористость мякиша, баллы 4,5 5,0 0,5

Исходя из полученных данных, можно отметить, что с аллелем СИ-А1а связаны большая высота растений и масса 1000 зёрен. В связи с селекцией на короткостебельность наличие данного аллеля в генотипе пшеницы является нежелательным. С аллелем СИ-В1/ сопряжены большая высота растений, число зёрен и масса зерна с колоса, упругость клейковины и хлебопекарного теста. В данном случае, хотя и наблюдается повышенная продуктивность растений, хорошие реологические свойства клейковины и теста, для использования в селекции не подходит увеличение высоты растений. Поэтому наличие данного аллеля в генотипе также является нежелательным.

С аллелем Ы1-В1Ь связано улучшение многих хозяйственных и технологических показателей пшеницы (число зёрен с колоса, масса 1000 зёрен, белизна муки, повышение числа седиментации и падения, содержания клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, цвета хлеба и пористости хлебного мякиша), однако наблюдается увеличение высоты растений, что не удовлетворяет требованиям современной селекции.

У биотипов с аллелем СИ-А2д отмечается увеличение массы 1000 зёрен и натуры зерна, числа падения и седиментации, содержания в зерне клейковины, но формируется большая высота растений, что понижает ценность данного аллеля для использования в селекции. Аналогичная оценка может быть дана аллелю СИ-В2о, который связан с увеличением показателей натуры зерна, белизны муки, числа падения и седиментации, содержания клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, но для него одновременно характерно увеличение высоты растений.

Определённую ценность для селекции могут иметь аллели йИ-АЬп, СИ-В2с1, СИ-АН, которые по-видимому маркируют понижение высоты растений пшеницы. С аллелем СИ-А1т связано возрастание числа зёрен в колосе, массы 1000 зёрен и массовой доли клейковины в зерне. У биотипов пшеницы с аллелем Gíi-B2d наблюдается более высокая озернённостъ колоса, твёрдо-зёрность и упругость клейковины. Глиадинкодирующий аллель СИ-АН имеет положительную связь с повышенной озернённостью колоса, числом падения и седиментации, упругостью клейковины и хлебопекарного теста, силой муки, объёмным выходом, цветом и пористостью хлебного мякиша.

Ещё более важное значение для селекции имеет аллель СИ-А2$, который по-видимому может маркировать многие полезные признаки пшеницы -понижение высоты растений, повышенную продуктивную кустистость растений, увеличение массы 1000 зёрен, натуры зерна, содержания и упругости клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша. Характерно отметить, что в данном случае не наблюдается отрицательной связи между количеством и качеством клейковины.

Выявлена положительная связь глиадинкодирующего аллеля СИ-Ша с массой 1000 зёрен и натурой зерна. При отсутствии у биотипов пшеницы аллелей локуса С/г-Ш увеличивается высота растений, однако наблюдается улучшение некоторых важных показателей - повышение озернённости колоса, белизны муки.

Таким образом, в ходе наших исследований выявлены аллели глиадин-кодирующих локусов Gli-A2s, Gli-Ali, Gli-Altn, Gli-B2d, которые представляют определённую ценность для использования в селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров повышенной продуктивности растений и улучшенных технологических свойств зерна.

Генетическими источниками глиадинкодирующих аллелей Gli-A2s и Gli-AJi являются сорта Саратовская 29 и Самсар, тогда как у других сортов мягкой пшеницы этот аллель не обнаружен. Сорт Саратовская 29 наиболее распространён в Нижневолжском, Уральском и Западно-Сибирском, а сорт Самсар - в Средневолжском и Уральском агроклиматических регионах. Поэтому, вероятно, рассматриваемый глиадинкодирующий аллель можно рекомендовать для использования в селекции при создании сортов, хорошо адаптированных в природно-климатических условиях указанных агроклиматических регионов. Установлено, что в каждой агроклиматической зоне наиболее хорошо адаптируются к условиям выращивания генотипы пшеницы с определённым набором глиадинкодирующих аллелей, который обусловлен действием естественного отбора (Li et al., 2000; Korol et al., 1996; Korol et al., 1998; Ryndin et al., 2001; Nevo et al., 2002; Драгович, 2008).

Глиадинкодирующий аллель Gli-Alm, идентифицированный у сортов Приокская и Самсар, обнаруживается у многих сортов Предкавказского агроклиматического региона, что свидетельствует о значительной лабильности генотипов, имеющих этот аллель. По-видимому, генотипы с данным глиадин-кодирующим аллелем способны достаточно хорошо адаптироваться в широком диапазоне природно-климатических условий и могут использоваться при создании сортов для районирования в Среднерусском, Средне-волжском, Уральском, Западно-Сибирском агроклиматических регионах.

Глиадинкодирующий аллель Gli-B2d, выявленный в гибридной комбинации Купава X Новосибирская 32, наследуется гибридными растениями от сорта Новосибирская 32, который распространён в Западно-Сибирском агроклиматическом регионе. Этот аллель также содержится у сорта Оренбургская 14, распространённом в Заволжском агроклиматическом регионе. В связи с этим указанный аллель может быть рекомендован для использования в селекции мягкой пшеницы для создания сортов, предназначенных для районирования прежде всего в рассматриваемых агроклиматических регионах.

ВЫВОДЫ

1. В ходе электрофоретических исследований глиадиновых белков подтверждается генетическая гетерогенность сорта мягкой пшеницы Саратовская 29 по аллелям гладинкодирующих локусов и впервые показаны генетическая неоднородность по указанным аллелям сортов Приокская, Самсар и относительная гомогенность по аллелям глиадинкодирующих локусов сорта Дальневосточная 10. По составу глиадинов выявлен значительный полиморфизм в гибридной популяции F2 от скрещивания сортов мягкой пшеницы Купава и Новосибирская 32.

2. При изучении биотипов сортов Саратовская 29 и Самсар установлена связь глиадинкодирующего аллеля Gli-A2s с большим набором полезных

признаков - понижением высоты растений, повышенной продуктивной кустистостью растений, увеличением массы зёрен, натуры зерна, содержания и упругости клейковины, упругости теста, силы муки, объёмного выхода, цвета и пористости хлебного мякиша, что обосновывает возможность использования этого аллеля в селекии мягкой пшеницы для маркирования указанных выше признаков продуктивности и технологических свойств зерна.

3. Установлена значительная ценность для селекции мягкой пшеницы глиадинкодирующих аллелей СИ-А1т (выявлен у биотипов сортов Приок-ская и Самсар), ОИ-В2<1 (идентифицирован у биотипа гибридной комбинации Купава X Новосибирская 32), которые маркируют понижение высоты растений. С аллелем СИ-А1т связано возрастание озернённости колоса, массы зёрен и содержания в зерне клейковины. У биотипов пшеницы с аллелем СИ-В2с1 повышены озернённость колоса, твёрдозёрность и упругость клейковины.

4. На основе изучения биотипов у сортов Саратовская 29 и Самсар показано, что глиадинкодирующий аллель СИ-АН по-видимому может маркировать многие полезные признаки мягкой пшеницы - понижение высоты растений, увеличение озернённости колоса, числа падения и седиментации, упругости клейковины и хлебопекарного теста, силы муки, объёмного выхода хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша.

5. В ходе изучения состава глиадинов и показателей структуры урожая у биотипов мягкой пшеницы сортов Приокская, Саратовская 29, Самсар и гибридной комбинации Купава X Новосибирская 32 установлена связь глиадинкодирующих аллелей вИ-А1а, СИ-ВЦ, вИ-В1Ь, СИ-А2д, СИ-В2о с увеличением высоты растений, что не отвечает современным требованиям селекции мягкой пшеницы, направленной на создание короткостебельных генотипов.

6. У сорта мягкой пшеницы Дальневосточная-10 выделен мутантный биотип с отсутствием глиадиновых компонентов, контролируемых локусом СИ-01, который отличается от основного биотипа данного сорта большей высотой растений и меньшими показателями массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна, что свидетельствует о возможной связи аллелей этого глиадинкодирующего локуса с понижением высоты растений и увеличением массы зёрен, натуры и твёрдости зерна.

7. При изучении биотипов, выделенных из гибридной комбинации Купава х Новосибирская 32, выяснено, что ржаная транслокация, маркируемая аллелем СИ-В1Ь, имеет положительную связь с высокой продуктивной кустистостью растений и озернённостью колоса, увеличением упругости клейковины и числа падения, но отрицательно связана с высотой растений, содержанием клейковины и основными мукомольно-хлебопекарными показателями зерна.

8. У биотипов сортов Приокская и Самсар, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, установлена отрицательная связь между содер-жанием в зерне клейковины и ее упругостью: биотипы, отличающиеся высоким содержанием в зерне клейковины, имеют более низкое качество

клейковины (увеличение ИДК), а также низкие показатели упругости теста, силы муки, объемного выхода хлеба, цвета и пористости хлебного мякиша.

Практические рекомендации

В селекции мягкой пшеницы при создании генотипов с повышенной продуктивностью и улучшенными технологическими свойствами зерна рекомендуется использовать в качестве генетических маркеров аллели глиадинкодирующих локусов Gli-A2i, Gli-Ali, Gli-Alm, Gli-B2d, которые возможно идентифицировать по установленным блокам глиадиновых белков при их разделении в 8,3% полиакриламидном геле с использованием алюминиеволактатной буферной системы (pH 3,1).

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Хрунов A.A., Фисенко A.B., Белецкий С.Л., Драгович А.Ю. Изучение взаимосвязи состава глиадинов и хозяйственно ценных признаков мягкой пшеницы // Известия ТСХА. - 2011. Вып. 2. - с. 11-19.

2. Хрунов A.A., Новиков H.H., Драгович А.Ю., Белецкий C.JI. Связь между составом глиадинов и технологическим свойствами зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиаднкодирующих локусов // Хлебопродукты. - М., 2012. - № 8. - с.56-57.

3. Хрунов A.A., Фисенко A.B., Драгович А.Ю, Белецкий C.JI. Влияние глиадинов на некоторые показатели качества мягкой пшеницы // Сборник материалов научно-практической конференции «О проблемах обеспечения в современных условиях количественной и качественной сохранности материальных ценностей, поставляемых и закладываемых в государственный резерв» - М.: ФГБУ НИИПХ Росрезерва, 2011. - С. 327-330.

4. Хрунов A.A., Фисенко A.B. Влияние глиадинового состава биотипов сорта пшеницы Приокская на показатели структуры урожая и силу муки // Сборник материалов международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Вклад молодых ученых в развитие инноваций аграрной науки». - М.: Изд-во РГАУ - МСХА им К.А. Тимирязева, 2010 - С. 660-664.

5. Хрунов A.A., Фисенко A.B., Драгович А.Ю., Белецкий СЛ. Изучение взаимосвязи между составом глиадинов и качеством мягкой пшеницы.// Материалы 6-й международной конференции «Мельница -2011». Модернизация. Инновации. Техническое перевооружение»/ Международная промышленная академия, 20-22 сентября 2011 года - М.: Пищепромиздат, 2011 - С. 240-244.

6. Хрунов A.A., Новиков Н.Н, Драгович А.Ю., Белецкий СЛ. Исследование связи между составом глиадинов и технологическими свойствами зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиадинкодирующих локусов.// Теория и практика длительного хранения: информационный сборник; под общей редакцией В. JI. Уланова / ФГБУ НИИПХ Росрезерва. - М., 2012. - № 3 (19) - с. 135.

Отпечатало с готового оригинал-макета

Формат 60х84'/|б Усл.печ.л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 238.

Издательство РГАУ-МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12, 977-26-90, 977-40-64

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хрунов, Алексей Александрович, Москва

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ - МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ К.А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

04201358736

Хрунов Алексей Александрович

Связь между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с разными аллелями глиадинкодирующих локусов

03.01.05 - физиология и биохимия растений 03.02.07 - генетика

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор

Новиков H.H.

доктор биологических наук, профессор

Драгович А.Ю.

Москва-2013

Введение...................................................................................................................4

Обзор литературы....................................................................................................8

1. Характеристика основных показателей качества зерна мягкой пшеницы.8

1.1. Мукомольные показатели качества зерна.................................................10

1.2. Хлебопекарные показатели качества зерна...............................................14

2. Белки пшеницы и их влияние на качество зерна........................................24

3. Молекулярно-генетическая классификация глиадинов.............................36

3.1. Молекулярная структура глиадинкодирующих генов.............................36

3.2. Генетическая классификация глиадинов..................................................39

4. Связь компонентного состава глиадинов с хозяйственно ценными признаками мягкой пшеницы............................................................................47

Экспериментальная часть.....................................................................................62

5. Объекты и методы исследований.................................................................62

5.1. Характеристика сортов и гибридной комбинации...................................62

5.2. Условия выращивания генотипов пшеницы.............................................69

5.3 Методы анализа.............................................................................................71

6. Биохимический и генетический анализ изученных сортов и гибридов пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов.....................................81

7. Установление связи между составом глиадинов и показателями структуры урожая у генотипов мягкой пшеницы...........................................91

7.1. Структура урожая биотипов пшеницы сортов Приокская, Саратовская 29 и Самсар, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов.....92

7.2. Структура урожая биотипов сорта Дальневосточная-10.........................98

7.3. Структура урожая биотипов гибридной комбинации

Купава х Новосибирская-32.............................................................................101

8. Выяснение связи между составом глиадинов и технологическими

свойствами зерна у биотипов мягкой пшеницы............................................104

8.1 Выяснение связи между составом глиадинов и технологическими свойствами зерна у сортов Приокская и Самсар...........................................104

8.2 Выяснение связи между составом глиадинов и технологическими свойства зерна у биотипов гибридной комбинации

Купава х Новосибирская-32.............................................................................117

8.3 Выяснение связи между составом глиадинов и мукомольно-хлебопекарными показателями биотипов сорта Дальневосточная 10........124

Заключение...........................................................................................................125

Выводы..................................................................................................................135

Список Литературы..........................................................................................138

Введение

Актуальность работы. Большинство показателей продуктивности и качества зерна пшеницы наследуются как количественные признаки, для оценки которых требуется значительное количество растительного материала, вследствие чего не представляется возможным осуществлять отбор отдельных перспективных растений. Поэтому ведётся разработка точных и быстрых методов определения селектируемых или маркерных показателей, имеющих генетическое сцепление с основными хозяйственно ценными признаками пшеницы.

В ходе биохимических и генетических исследований было установлено, что эффективными маркерами продуктивности растений и технологических свойств зерна мягкой пшеницы могут служить аллели локусов 1 и 6 гомеологических групп хромосом, которые кодируют структуру специфичных для злаковых растений глиадиновых белков. Идентифакация этих белков, выделенных из отдельных зерновок, методом электрофореза в полиакриламидном геле позволяет очень быстро оценивать наличие у генотипов пшеницы соответствующих глиадинкодирующих аллелей, которые генетически сцеплены с генами, контролирующими различные количественные признаки, включая показатели продуктивности и технологических свойств зерна (Созинов, Попереля, 1979; Метаковский и др., 1985; Попереля, 1989; Dong et al., 1991; Kolster et al., 1991; Cerny et al., 1991; Blanlard, 1992; Jackson et al., 1996; Metakovsky et al., 1997; Zhang et al., 2003; Tanaka et al., 2005; Branlard and Metakovsky, 2006; Драгович, 2008; Li et al., 2009).

При маркировании аллелями глиадинкодирующих локусов количественных признаков мягкой пшеницы создается возможность сократить сроки создания новых сортов и отбирать на ранних стадиях селекции генетические линии (биотипы) с повышенной продуктивностью

растений, устойчивостью к полеганию и болезням, а также улучшенными технологическими свойствами зерна.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - выяснение связи между составом глиадинов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у генотипов мягкой пшеницы с различными аллелями глиадинкодирующих локусов для обоснования возможности их использования в качестве генетических маркеров хозяйственно важных признаков при создании новых сортов с повышенной продуктивностью растений и улучшенными технологическими свойствами зерна.

В задачи исследований входило:

- изучить генетическую гетерогенность сортов и гибридов мягкой пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов при разделении глиадиновых белков методом электрофореза в полиакриламидном геле;

- выделить из сортовых и гибридной популяций биотипы пшеницы, различающиеся аллелями глиадинкодирующих локусов, и установить генетические формулы их глиадинов;

- размножить в полевых условиях выделенные по аллелям глиадинкодирующих локусов биотипы пшеницы и оценить их по основным показателям структуры урожая, определяющим продуктивность растений;

- оценить у выделенных по аллелям глиадинкодирующих локусов биотипов пшеницы технологические свойства зерна, муки и полученных из них хлебопекарного теста и хлеба;

- выяснить связи между аллелями глиадинкодирующих локусов и показателями продуктивности и технологических свойств зерна у изучаемых биотипов мягкой пшеницы;

- на основе анализа глиадиновых белков выявить аллели глиадинкодирующих локусов, которые можно рекомендовать для использования в селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров при создании

сортов с повышенной продуктивностью растений и улучшенными технологическими свойствами зерна.

Научная новизна работы. В ходе изучения состава глиадиновых белков получены новые сведения о генетической гетерогенности сортов мягкой пшеницы по аллелям глиадинкодирующих локусов и установлены генетические формулы глиадинов для сортов Приокская, Дальневосточная 10, Самсар.

При изучении биотипов мягкой пшеницы, выделенных из сортов Приокская, Самсар, Саратовская 29, Дальневосточная 10 и гибридной популяции от скрещивания сортов Купава X Новосибирская 32, установлена связь глиадинкодирующих аллелей Gli-A2s, Gli-Ali, Gli-Alm, Gli-B2d с большим набором полезных признаков, связанных с повышением продуктивности растений и улучшением технологических свойств зерна, что обосновывает возможность использования этих аллелей в качестве генетических маркеров указанных признаков в селекции мягкой пшеницы. В результате анализа состава глиадинов и показателей структуры урожая у изучаемых биотипов выявлена положительная связь глиадинкодирующих аллелей GJi-Ala, Gli-Blf, Gli-Blb, Gli-A2q, Gli-B2o с высотой растений, что не отвечает требованиям селекции мягкой пшеницы, направленной на создание короткостебельных генотипов. У биотипов мягкой пшеницы, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, установлена отрицательная связь между содержанием в зерне клейковины и ее упругостью, а также основными мукомольно-хлебопекарными показателями.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при оценке и идентификации сортов и гибридов мягкой пшеницы по составу глиадиновых белков при их разделении методом электрофореза в полиакриламидном геле.

На основе изучения биотипов, различающихся по аллелям глиадинкодирующих локусов, обосновывается возможность использования в

селекции мягкой пшеницы в качестве генетических маркеров повышенной продуктивности растений и улучшенных технологических свойств зерна глиадинкоди-рующих аллелей СИ-А2з, СИ-АН, ОН-А1т, ОН-В2с1, которые могут быть идентифицированы по установленным блокам электрофоретических компонентов глиадиновых белков.

У сорта мягкой пшеницы Дальневосточная-10 выделен мутантный биотип с отсутствием глиадиновых компонентов, контролируемых локусом аг-О!, который отличается от основного биотипа данного сорта большей высотой растений и уменьшением показателей массы 1000 зёрен, натуры и твёрдости зерна. Последнее свидетельствует о возможной связи аллелей этого глиадинкодирующего локуса с понижением высоты растений, увеличением массы зёрен, натуры и твёрдости зерна, что может использоваться в селекции мягкой пшеницы.

Исследования выполнялись в 2006-2011 гг. в Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева и Институте общей генетики РАН имени Н.И. Вавилова.

Обзор литературы

1. Характеристика основных показателей качества зерна

мягкой пшеницы

Качество зерна пшеницы представляет собой комплексный показатель, который определяется многими признаками и в очень сильной степени зависит от генетических особенностей сорта, природно-климатических условий, режима питания растений и технологии возделывания культуры, способа уборки и приёмов послеуборочной обработки зерна, а также условий его хранения. При оценке технологических свойств зерна применяются как прямые методы определения показателей, так и косвенные. К прямым методам относится размалывание зерна и последующая пробная выпечка хлеба. Косвенные методы оценки качества зерна включают целый набор показателей, которые тесно коррелируют с основными хлебопекарными показателями пшеницы. Несмотря на большое количество проведенных исследований специалистами аналитиками не выявлено единого показателя, который бы в полной мере давал представление о качестве зерна. Для оценки качества применяется в общей сложности около трех десятков методов, которые дополняют друг друга. Поэтому на практике, используя определённый набор принятых показателей, технологические свойства зерна оценивают по их совокупному вкладу (Казаков, 1978, 1987; Козьмина, 1959, 1969; Максимов и др., 1981; Беркутова, 1991; Шатилов, 2001).

Существуют различные классификации показателей, характеризующих качество зерна. В.А. Бутковский (1997) подразделяет всю совокупность показателей, характеризующих качество зерна пшеницы, на три группы: первая группа включает общие показатели состояния оцениваемой массы зерна - влажность, цвет, вкус и запах, засорённость, содержание повреждённых зёрен, заражённость вредителями; ко второй группе отнесены показатели, характеризующие мукомольные свойства зерна, - типовой

состав, крупность, выравненность по крупности, прочность и натура зерна, стекловидность, масса 1000 зерен, зольность; в третью группу входят показатели хлебопекарных свойств зерна - содержание клейковины и её качество, химический состав зерновок, показатели свойств муки и теста, показатели качества хлеба на основе пробной выпечки.

В России в настоящее время на пшеницу действует ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия», в соответствии с которым пшеница разделяется на пять классов качества в зависимости от типового состава, массовой доли белков и сырой клейковины, мукомольных и хлебопекарных качеств, сорной и зерновой примеси. Класс пшеницы устанавливают после ее послеуборочной обработки на технологических линиях очистки и сушки. Характеристики и ограничительные нормы для классов качества мягкой пшеницы определяют по наихудшему значению одного из показателей. Пшеница мягкая и твердая 1-4 классов используется на продовольственные цели, а 5-го класса - на фуражные и технические цели (ГОСТ Р 52554-2006).

Типовой состав. По устойчивым природным признакам, связанным с ее технологическими, пищевыми и товарными достоинствами, пшеницу подразделяют на типы, по изменяющимся природным признакам (стекловидности и цвету) - на подтипы. Различают шесть типов пшеницы: I -мягкая яровая краснозерная, II - твердая яровая, III - мягкая яровая белозерная, IV - мягкая озимая краснозерная, V - мягкая озимая белозерная, VI - твердая озимая (ГОСТ Р 52554-2006).

Влажность. Этот показатель имеет большое значение при хранении зерна. При влажности менее 15 % процессы дыхания в зерне идут медленно и оно может храниться длительное время. При более высокой влажности усиливается дыхание, активизируются микробиологические процессы, температура зерновой массы начинает повышаться, наблюдается так называемое самосогревание, от которого качество зерна резко ухудшается и оно может стать совершенно непригодным для пищевых целей (Созинов,

Жемела, 1983).

1.1. Мукомольные показатели качества зерна

Технологическая оценка качества зерна пшеницы включает в себя определение его мукомольных и хлебопекарных свойств. Мукомольная ценность зерна заключается в возможности получить высокий выход муки определенных сортов при минимальных затратах энергии на размол. Мукомольные качества пшеницы характеризуются такими показателями, как выход муки, цвет, зольность и крупность муки, длительность размола зерна, удельный расход энергии на размол пшеницы. В производстве и селекционной практике для определения мукомольной ценности эффективно использование косвенных методов определения показателей качества пшеницы: натуры, цвета зерна, массы 1000 зерен, выравненности, стекловидности, зольности и т.д.

Масса 1000 зёрен - один из показателей структуры урожая, его величина определяется крупностью, плотностью и выполненностью зерновок. Высокое значение этого показателя даёт информацию о повышенном содержании в зерновках пшеницы запасных веществ. Предполагается, что крупное зерно содержит больше эндосперма и меньше оболочек (Любарский, 1967; Козьмина, 1969). Однако лабораторные и производственные экспериментальные размолы показали, что крупность зерна мало влияет на выход муки. Пшеницы, у которых масса 1000 зерен колеблется от 22,0 до 37,9 г, дают практически одинаковый выход муки. Но зерно с массой 1000 зерен менее 22 г резко снижает свои мукомольные достоинства (Роменский, 1949; Чинго-Чингас, 1931; Зейбен и др., 1969; цит. по Созинов, Жемела, 1983).

Отмечена обратная корреляция между массой 1000 зерен и содержанием белков в зерне, однако зачастую для оценки зависимости между этими показателями берется щуплое зерно, полученное при неблагоприятных погодных условиях. В таком случае это зерно, несмотря на

более высокое содержание белков, имеет невысокую пищевую ценность, так как белки у него в основном находятся в периферических частях, которые удаляются при размоле (Марушев, 1968). Выровненное по крупности зерно позволяет провести правильную регулировку технологического оборудования и имеет более высокие показатели натуры.

Цвет зерна. Качественное здоровое зерно большинства районированных сортов имеет однородную красную (разных оттенков) или белую окраску. Наличие в зерновой массе большого количества желтобоких зерен (среди краснозерных сортов), как правило, сопряжено с пониженными мукомольными и хлебопекарными качествами. Красная окраска зерна обусловлена наличием красного пигмента в оболочке зерновки; данный пигмент ингибирует синтез а-амилазы в созревающем зерне, обеспечивая устойчивость краснозерных сортов к прорастанию на корню, особенно в годы с избыточным увлажнением в период созревания зерна.

Однако в засушливых условиях, например, при выращивании яровой пшеницы на каштановых почвах знойно-засушливой зоны Заволжья данный эффект нивелируется; здесь районированы только белозерные сорта, дающие при хлебопечении хлеб с чисто-белой окраской мякиша, пользующийся более высоким потребительским спросом (Сибикеев, Крупное, 1991).

Натура зерна - важный показатель качества зерна пшеницы, который выражает массу объема зерна, равного 1 дм3, и отличается очень простой методикой определения. Форма зерна, однородность его размеров и степень выполненности эндосперма - это набор основных показателей, которые влияют на натуру зерна. Натура зерна также зависит от строения поверхности зерновок, их плотности и удельного веса. Все указанные призн