Введение к работе
Актуальность темы. Озимая рожь является важной продовольственной и зернофуражной культурой России. Ее зерно богато энергией и содержит больше лизина и переваримого протеина, чем овес или ячмень. Однако переваримость зерна ржи ниже, чем других зерновых культур, что снижает эффективность его использования. Из производимых ежегодно примерно 4 млн. т зерна на приготовление комбикормов расходуется лишь десятая часть (В. Попов, 2009). Особенно сильно эта негативная тенденция обозначилась в областях Нечерноземной зоны, где в структуре зернофуража ведущее место занимает пшеница, а доля основных зерновых культур (ржи и овса) из года в год снижается (А.М. Гурьянов, А.А. Артемьев, 2009).
В этой связи особого внимания заслуживает проблема диверсификации зерна ржи, т. е. расширения сферы его хозяйственного использования. Чтобы повысить спрос на рожь, необходимо производить разнообразное по цели использования зерно, пригодное не только для хлебопечения, но и для использования на корм животным, получения крахмала, спирта, солода, сиропа, фармацевтических препаратов, разнообразных биополимеров, биотоплива (W. Flamme et al., 1996; А.А. Гончаренко, 2000). Сегодня комбикормовая промышленность не проявляет повышенного интереса к этой культуре, так как кормовые рационы с большим количеством ржи вызывают снижение переваримости и усвояемости кормов в желудке животных. Главным антипитательным фактором зерна ржи является высокое содержание в нем водорастворимых пентозанов, которые являются нежелательными не только при использовании ржи на корм, но и при производстве крахмала, сахара и этилового спирта.
В то же время водорастворимые пентозаны положительно влияют на хлебопекарные качества зерна ржи: повышают вязкость теста, усиливают его формоустойчивость и структурно – механические свойства мякиша (В. Бушук и др.,1980; M. Cyran, A. Cygankiewicz, 2001). Водорастворимые пентозаны обладают высокой водопоглотительной способностью, а их водные экстракты – высокой вязкостью. Установлена высокая корреляция (r=0,97) между вязкостью водного экстракта зернового шрота озимой ржи и содержанием пентозанов (D. Boros et al., 1993), т. е. вязкость может служить косвенным показателем содержания водорастворимых пентозанов.
Прямое определение содержания водорастворимых пентозанов является очень трудоемким, поэтому в селекционном процессе используют косвенные методы оценки, основанные на измерении вязкости водного экстракта ржаного шрота с помощью высокоточных вискозиметров. Имеются данные (W.D. Voth et al., 1994), что методами селекции можно создать сорта с высокой и низкой вязкостью и тем самым улучшить рыночную пригодность зерна ржи. В этой связи особый селекционный интерес представляет метод дивергентного отбора, позволяющий получить популяции ржи с новым (измененным) полисахаридным комплексом.
Цель работы: получить методом дивергентного отбора популяции озимой ржи с высокой и низкой вязкостью водного экстракта и провести их сравнительную оценку по морфобиологическим, биохимическим, технологическим и хлебопекарным свойствам.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить динамику основных признаков качества зерна озимой ржи в процессе его созревания;
- провести 5 циклов дивергентного отбора (в плюс - и минус - направлении) по признаку вязкости водного экстракта зернового шрота на базе 2-х популяций озимой ржи (сорт Альфа и сорт Московская 12);
- определить коэффициент реализованной наследуемости (h2) признака вязкости водного экстракта;
- провести селекционную оценку популяций ржи с контрастной вязкостью водного экстракта по основным хозяйственно – ценным признакам (урожайность, зимостойкость, устойчивость к полеганию, элементы структуры урожая, устойчивость к поражению грибными болезнями – снежная плесень, мучнистая роса, бурая ржавчина);
- провести оценку популяций озимой ржи с различной вязкостью водного экстракта по биохимическим и технологическим признакам качества зерна;
- изучить коррелятивный эффект проведённого отбора по различным селекционным признакам.
Научная новизна. Изучена динамика признака вязкости водного экстракта и других признаков качества зерна озимой ржи в зависимости от фаз спелости. Впервые на базе 2-х сортов озимой ржи проведено 5 циклов дивергентного отбора по вязкости водного экстракта зернового шрота и получены популяции с контрастным проявлением этого признака. Изучена динамика генетического сдвига по вязкости водного экстракта в ряду последовательных циклов отбора. Определена величина генетического сдвига и коэффициент реализованной наследуемости (h2) признака вязкости, который при плюс - отборе составил 0,70 - 0,74, а при минус-отборе - 0,33 – 0,44. Обнаружена асимметричная реакция на отбор по вязкости водного экстракта, которая наблюдалась во всех циклах отбора. Причиной её проявления могла быть исходная асимметрия частот генов, ответственных за высокий и низкий потенциал вязкости. Выявлены сортовые различия между популяциями по реакции на многократный отбор. У сорта Московская 12 отбор в обоих направлениях был более эффективный, чем у сорта Альфа. Направленный отбор по вязкости водного экстракта коррелятивно повлиял на многие технологические и хлебопекарные свойства ржи. Популяции с высокой вязкостью достоверно отличались более высокой натурой зерна, числом падения, высотой амилограммы, формоустойчивостью теста. Отбор низковязких генотипов увеличивал высоту растений, снижал массу 1000 зерен, повышал устойчивость к поражению грибными болезнями и положительно влиял на содержание белка в зерне.
Практическая значимость работы. Проведено сравнительное изучение вязкости водного экстракта у сортов озимой ржи Татьяна, Альфа, Московская 12, Валдай. Установлена доля влияния генотипа сорта и фаз спелости на экспрессию этого признака. Зерно сортов Татьяна и Альфа, обладающих высокой вязкостью водного экстракта, предложено использовать для хлебопечения. В кормовых и технических целях рекомендовано использовать сорт Валдай, характеризующийся более низкой вязкостью водного экстракта. Обосновано новое направление селекции озимой ржи, позволяющее создавать сорта с измененными технологическими и хлебопекарными свойствами зерна. В популяционной селекции рекомендуется применять метод дивергентного отбора по вязкости водного экстракта с целью направленного улучшения качества зерна ржи в соответствии с задачами селекции. Отбор должен проводиться интенсивно и многократно, особенно при отборе в минус-направлении. Признак вязкости водного экстракта предложено использовать в качестве ведущего критерия при оценке хлебопекарных и кормовых качеств зерна озимой ржи. Создан ценный исходный материал с высокой (12,9-20,8 сП) и низкой (4,9-5,7 сП) вязкостью водного экстракта, представляющий интерес для селекции. Результаты исследований внедрены в селекционный процесс ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка» Россельхозакадемии.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на заседаниях Научно – технического совета селекцентра Московского НИИСХ «Немчиновка» (2008, 2009, 2010, 2011), на научной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения акад.Э.Д. Неттевича «Проблемы селекции и технологии возделывания зерновых культур» (Московская область, Новоивановское, 18-19 марта 2008 г.) и на Всероссийской научно-практической конференции «Озимая рожь: селекция, семеноводство, технологии и переработка» (г. Екатеринбург, 28-29 июня 2012 г.).
Публикации автора. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации.
Объем и структура диссертации.
