Содержание к диссертации
Введение
1. Селекция на качество зерна риса (литературный обзор) .10
1.1 Рис. Общие сведения 10
1.2 Технологические, кулинарные и потребительские качества зерна риса .12
1.3 Содержание белка, амилозы и крахмала в зерне риса .18
1.4 Изменчивость признаков качества белка и амилозы в зависимости от условий выращивания 24
1.5 Генетические аспекты наследования признаков, определяющих качество зерна риса 26
1.6 Селекция риса на качество зерна 29
1.7 Молекулярное маркирование в селекции растений 34
2. Материалы, условия и методы исследований 37
2.1 Условия проведения исследований (почвенно – климатические условия) .37
2.2 Методы проведения исследований .39
3. Результаты исследований .47
3.1. Выделение источников по признакам качества среди сортов российской и итальянской селекции .47
3.1.1. Выделение источников по содержанию белка среди сортов российской и итальянской селекции .49
3.1.2. Выделение источников по содержанию амилозы среди сортов и сортообразцов российской и итальянской селекции 52
3.2. Влияние агроклиматических условий выращивания на содержание белка и амилозы в зерне риса 54
3.2.1. Анализ температурного режима в период вегетации растений риса 54
3.2.2. Влияние температурного режима в период вегетации растений риса на содержание белка и амилозы в зерне риса 59
3.2.3. Изменение содержания белка и амилозы в зерне риса в зависимости от засоления почвы, загущения посевов и уровня минерального питания 61
3.3. Кластеризация изученных сортов по комплексу признаков качества (содержание белка и амилозы в зерне) 65
3.4. Молекулярное маркирование сортов, различающихся по признакам качества ("масса 1000 зерен", "стекловидность", "плёнчатость", "содержание целого ядра в крупе") 70
3.4.1. Изучение генетической системы признаков, определяющей качество зерна риса 73
3.4.2. Разделение групп с различными признаками качества с использованием выявленных в работе молекулярных SSR маркеров 79
3.5. Отбор глютинозных растений в гибридных популяциях, основанный на анализе пыльцевых зерен .92
3.6. Характеристика источников по признакам, характеризующим продуктивность растений риса и содержание белка и амилозы в зерне .99
Заключение 110
Предложения для селекционной практики .112
Список литературных источников
- Генетические аспекты наследования признаков, определяющих качество зерна риса
- Методы проведения исследований
- Выделение источников по содержанию амилозы среди сортов и сортообразцов российской и итальянской селекции
- Отбор глютинозных растений в гибридных популяциях, основанный на анализе пыльцевых зерен
Введение к работе
Актуальность работы. Особенности потребительского спроса и
необходимость вывода зерна отечественных сортов риса на мировой рынок
требуют диверсификации признаков качества. Один из важнейших резервов
повышения технологических и потребительских качеств риса –
интенсификация селекционного процесса в направлении создания и
внедрения в производство новых высокопродуктивных сортов риса, превосходящих по перечисленным признакам существующие образцы. Эффективная селекция на данном этапе невозможна без знания генетики изучаемых признаков, их изменения при воздействии факторов среды, наличия исходного материала, что определяет актуальность исследований.
Степень разработанности темы. В ФГБНУ "ВНИИ риса" длительное
время изучались вопросы, связанные с качеством зерна отечественных
сортов риса и оценкой коллекционных образцов по различным признакам
качества. Однако до сих пор для целенаправленного выделения материала и
проведения массовых анализов содержания белка и амилозы и их изменения
в зависимости от условий выращивания не было необходимого
оборудования. В зарубежной литературе описаны локусы, связанные с
качеством зерна, отмечено, что эти локусы различаются для генплазмы
сортов риса различных регионов мира. Причина этого – иные механизмы
формирования признаков качества. Для отечественной генплазмы
локализация генов, связанных с качеством зерна до сих пор не проводилась.
Цель исследований: выделить селекционный материал с повышенной продуктивностью, характеризующийся высоким содержанием амилозы, белка; гомозиготные образцы с глютинозным эндоспермом. Выделить сорта -источники стабильно высокого качества зерна; выделить хромосомные регионы, связанные с формированием изучаемых признаков.
Основные задачи исследований:
-
Изучить признаки качества (содержание белка, амилозы) перспективных образцов ФГБНУ «ВНИИ риса» и итальянских сортов под влиянием различных факторов среды.
-
Установить закономерности в изменчивости признаков качества (содержание белка, амилозы) при влиянии различных факторов среды в период созревания зерна.
-
Выделить образцы со стабильным проявлением признаков качества (содержание белка, амилозы).
-
Кластеризовать образцы по комплексу признаков качества.
-
В ранее созданных гибридных комбинациях (межподвидовые и внутривидовые гибриды) выделить высокопродуктивные растения с повышенным содержанием белка и амилозы.
-
Отобрать в гибридных популяциях, гомозиготные растения по гену, определяющему формирование глютинозного эндосперма на основе анализа окраски пыльцевых зерен.
-
Изучить полиморфизм российских сортов по SSR-маркерам,
распределенным по геному риса. Выявить маркеры, достоверно
разделяющие группы сортов с контрастным качеством зерна (по признакам
качества: "плёнчатость", "стекловидность", "трещиноватость", "выход
целого ядра", "форма зерновки").
8. Установить ассоциации выделенных маркеров с признаками,
определяющими качество зерна ("плёнчатость", "стекловидность", "трещиноватость", "выход целого ядра", "форма зерновки"). Выявить хромосомные регионы, связанные с разделением российских сортов риса на группы по изучаемому признаку.
Методы исследований. Исследования проводились с помощью вегетационных и лабораторных опытов. Фенологические наблюдения за растениями, биометрический анализ и уборка урожая проводили по стандартной методике, принятой в ФГБНУ «ВНИИ риса» (А. П. Сметанин, В. А. Дзюба и др.). Постановка ПЦР и визуализация продуктов амплификации проводили по методике Международного института риса, Филиппины (IRRI) (1995 г.). Экспериментальные данные обрабатывали с помощью программы Statistica 6.0.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Характеристика признаков качества зерна риса перспективных образцов селекции ФГБНУ "ВНИИ риса" и итальянских сортов риса в различных условиях среды. Выделенные источники со стабильным проявлением высокого качества зерна риса.
-
Закономерности изменения признаков качества зерна риса при влиянии различных факторов среды в период его созревания, кластеризация образцов по комплексу признаков качества зерна риса для подбора пар при гибридизации с целью создании сортов с высоким качеством зерна.
-
Создание исходного материала для селекции глютинозных сортов риса методом отбора в гибридных популяциях гомозиготных растений по гену, определяющему формирование глютинозного эндосперма рисовой зерновки, на основе анализа окраски пыльцевых зерен.
-
Характеристика маркеров, достоверно разделяющих группы сортов риса с контрастным качеством зерна. Локализация хромосомных регионов, связанных с разделением российских сортов на группы по изучаемым признакам, для дальнейшего использования в маркер вспомогательной селекции.
-
Выделение высокопродуктивных растений в полученых гибридных комбинациях (межподвидовые и внутривидовые гибриды) для создания сортов с повышенным содержанием белка и амилозы в зерне и признаками продуктивности растений риса.
Научная новизна. Выделен исходный материал с комплексом ценных признаков, характеризующих качество зерна риса (содержание амилозы, белка, а также продуктивность растений). Установлены закономерности изменения признаков качества при влиянии различных факторов среды в период созревания зерна. Выделены сорта со стабильным проявлением признаков качества. Выявлены маркеры, достоверно разделяющие группы
сортов с контрастным качеством зерна по признакам – "плёнчатость", "стекловидность", "трещиноватость", "выход целого ядра", "форма зерновки". Выявлены хромосомные регионы, связанные с разделением российских сортов на группы по изучаемым признакам.
Теоретическая и практическая значимость. Установленные
закономерности в формировании признаков качества при влиянии различных
факторов среды в период созревания зерна позволят прогнозировать
качество получаемой продукции и повышать его, контролируя или изменяя
условия выращивания. Выявленные маркеры, достоверно разделяющие
группы сортов с контрастным качеством зерна по форме зерновки, плёнчатости, стекловидности, выходу целого ядра, позволят в дальнейшем сократить сроки селекционной работы по данным признакам. Практическая значимость состоит в создании и выделении высокопродуктивных образцов, адаптированных к условиям среды Краснодарского края, характеризующихся высоким содержанием белка и амилозы, стабильностью признаков качества для внедрения в производство и применения в селекционных программах по созданию сортов с высоким качеством зерна.
Личный вклад автора. Автор реализовала схему исследований, провела молекулярное маркирование сортов, выполнила экспериментальную часть работы, статистическую обработку данных, сделала выводы, собрала необходимые литературные данные.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
рассматривались на заседаниях методической комиссии ФГБНУ "ВНИИ
риса" (2013–2015 гг.), а также были представлены на научно-практических
конференциях: II Международной научно-практической конференции
молодых ученых, преподавателей, аспирантов, студентов "Инновационные
разработки молодых ученых для развития АПК" (Краснодар, 2014 г.); III
Международной научно-практической конференции "Инновационные
исследования и разработки для научного обеспечения производства и
хранения экологической безопасности сельскохозяйственной и пищевой
продукции" (Краснодар, 2015 г.); II Международной научно-практической
конференции «Пути повышения конкурентоспособности отечественных
сортов, семян, посадочного материала и технологий в условиях мирового
рынка» (Ялта, 14-20 сентября 2015 г.); IV Международной конференции
"Инновационные разработки молодых ученых – развитию АПК" (Краснодар
(КубГАУ), 22 марта 2015 г.); XII Международной конференции
"Современное состояние и перспективы развития селекции, семеноводства и
размножения растений в связи с импортозамещением в АПК РФ" (Ялта, 5-10
сентября 2016 г.). Также основные результаты диссертационной работы были
отмечены в журналах: "Рисоводство" (Краснодар, 2014 г.); Вестник
Российской академии сельскохозяйственных наук (2013 г.); Труды КубГАУ
(Ялта, 2015 г., 2016 г.); Зерновое хозяйство России (2016 г.); XII
Международной конференции "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования" (Ялта, 6-10 июня 2016 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по тематике
диссертационной работы опубликованы в 15 работах, их них в 4 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 148 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 3 глав, выводов, практических предложений для селекционной практики и производства, содержит 35 таблиц, 33 рисунка, 13 приложений. Список литературных источников включает 192 работы, из них 83 иностранных.
Генетические аспекты наследования признаков, определяющих качество зерна риса
Качество зерна риса складывается из совокупности химических, биологических и технологических признаков, и зависит от сортовых особенностей, обусловленных генотипом, природно-климатических условий, агротехники, технологии выращивания, условий уборки, переработки и хранения [7; 32; 60]. Критерии качества зерна риса можно свести в следующие группы: 1. Форма зерновки (по стандарту США): длиннозёрный рис (шелушённый) имеет отношение длины к ширине 3,1 и более, а нешлифованный – 3,0 и более; среднезерный – от 2,1 до 3,0 и более; короткозерный – 2,0 – 1,9 и менее [38; 41; 142]. Так, на Филиппинах и в Индии сосредоточены длиннозёрные сорта, в Японии распространены как длиннозёрные, так и короткозёрные, в Пакистане и России преобладают короткозёрные формы [106; 143]. 2. Технологические признаки: выход крупы, выход целого ядра, плёнчатость, крупность зерна, форма зерновки, стекловидность, трещиноватость [6; 44]. 3. Стекловидность – признак консистенции эндосперма рисовой зерновки, характеризуется прозрачностью на свету. Существуют также полустекловидная (с наличием мучнистого пятна в эндосперме зерновки) и мучнистая зерновки [6; 27; 91]. Стекловидная консистенция эндосперма рисовой зерновки определяет технологическую, пищевую и кулинарную ценность рисовой крупы [58]. При варке такая крупа не разваривается, сохраняет рассыпчатость и привлекательный внешний вид долгое время [162]. Стекловидные зерновки обладают более высоким содержанием амилозы, нежели мучнистые [59; 78]. 4. Трещиноватость – специфическое свойство рисовой зерновки образовывать трещины, на которое оказывают влияние как генетические особенности сорта, поздние сроки уборки, неправильная транспортировка, хранение, так и физико- химические свойства: относительно низкое количество белка и высокое – крахмала [7; 32; 40]. 5. Биохимические качества: содержание белка, амилозы, крахмала, незаменимых аминокислот [13; 144; 160; 168]. 6. Кулинарные свойства: реакция набухания; диапазон температур клейстеризации, при котором водный раствор крахмальной суспензии переходит в пастообразную форму; водопоглотительная способность; консистенция; вкус; запах сваренного риса [83; 132; 149]. 7. Пищевые достоинства: содержание отдельных компонентов химического состава, калорийность, усвояемость [41; 99]. 8. Эстетические показатели: внешний вид крупы и каши [41; 44].
Все сортовые признаки связаны друг с другом и оказывают влияние на выбор того или иного сорта для приготовления различных блюд из рисовой крупы [105]. Такие показатели, как высокая урожайность, одновременность созревания, устойчивость к болезням и вредителям, к полеганию и осыпанию, хорошая отзывчивость на удобрения, легкость обмолота – важны для производителей. Технологические характеристики, по которым определяют общий выход крупы и ее сортовой состав: плёнчатость, стекловидность, трещиноватость, размеры и форма зерна, коэффициент шелушения необходимо знать его переработчикам [32; 40; 41]. Рис – один из наиболее ценных зерновых злаков, поскольку в зерне содержатся различные полезные питательные вещества: витамины, липиды (сырые жиры), углеводы, белки и т.д.
Ценными качествами обладает рисовое масло, содержащее оризанол, используемое для лечения онкологических и других заболеваний, а входящий в состав зерна риса рибофлавин (витамин В6) в соединении с фосфорной кислотой, входит в состав флавиновых ферментов, с участием которых проходят многие важнейшие биохимические процессы в растении и в организме человека [57].
Липиды (глюколипиды, нейтральные липиды и фосфолипиды) в зерне риса представлены жирами, фосфатидами и восками и находятся в небольшом количестве. Жир сосредоточен, главным образом, в зародыше [103; 106].
К основным жирным кислотам рисовых липидов относятся: пальмитиновая, олеиновая и линолевая (отвечает за снижение холестерина в крови). В нешелушеном зерне риса и отрубях ее содержание может достигать 30-50 % от общего количества жирных кислот. В шлифованном зерне этот показатель составляет только 0,3-0,6 % [103; 106; 131; 143].
Человечеством употребляется в пищу более тысячи видов блюд из риса [126], отличающегося сравнительно высоким содержанием незаменимых и низким количеством заменимых аминокислот, по питательной ценности превосходящего другие хлебные злаки, зерновые культуры и корнеплоды [77; 82; 91].
Кулинарные качества риса важны для определения рыночного спроса. Так, например, в России пользуется спросом как круглозёрный и среднезёрный, так и длиннозёрный рис. В странах Южной Америки большинство посевных площадей составляет длиннозерный рис, в Калифорнии – среднезерный. Каждый тип зерна был выведен, чтобы ассоциироваться с определенными кулинарными характеристиками качества, которые образуют ядро рыночного спроса для каждого типа зерна [41]. В Японии предпочитают мягкий, клейкий глютинозный и низкоамилозный рис, в Индии и Таиланде, странах Западной Европы и США – сухой и рассыпчатый высокоамилозный (содержание амилозы свыше 30 %).
В Индонезии и на Филиппинах распространен рис, содержание амилозы в котором не превышает 25 %, в России – 18-25 %. Данный рис остается мягким после приготовления на протяжении нескольких часов [41; 170].
Содержание витаминов в различных сортах риса сильно варьирует. В результате шлифовки в зерне риса значительно снижается содержание витаминов группы В, которые почти полностью утрачиваются в процессе варки. Также в таком зерне отсутствуют витамины А, С и D, в то время как зародыш и отходы богаты витаминами [57; 59].
Зерно риса в процессе его переработки в крупу теряет 35 % первоначальной массы, при этом наблюдается уменьшение содержания витаминов комплекса В, РР. Мытье рисовой крупы перед приготовлением сопровождается снижением содержания витамина В на 60 %, а во время варки еще на 25 % [59].
В азиатских странах селекция направлена на повышение питательной ценности риса. В Индии, Китае, Корее, где рис является национальным продуктом питания, издревле используются его целебные свойства. Создано множество сортов и гибридов с повышенным содержанием витаминов А, B, B2, B6, B12, E, PP, микроэлементов – Se, Zn, Gr, белков, амилозы, углеводов, липидов [106; 130; 136].
Методы проведения исследований
Методика проведения молекулярного маркирования. Молекулярное маркирование сортов риса (проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) и визуализацию продуктов амплификации) проводили по методике Международного института риса IRRI (Филиппины) (1995 г.) с использованием микросателлитных SSR - маркеров [16]. При проведении молекулярного маркирования использовали следующие отечественные сорта риса: Анаит, Аметист, Атлант, Боярин, Виола, Гарант, Дальневосточный, Дружный, Жемчуг, Изумруд, Касун, Курчанка, Лидер, Лиман, Нарцисс, Новатор, Рапан, Регул, Павловский, Приморский, Садко, Серпантин, Снежинка, Спринт, Янтарь, Факел, Флагман, Фонтан, Хазар, Ханкайский 429, Шарм, Юпитер.
В ходе проведенного исследования был изучен полиморфизм выделенных групп сортов, контрастных по признакам качества с помощью микросателлитных SSR-маркеров, распределенных по 12 хромосомам риса. Количество маркеров на хромосому было различным: от 1 (на первой, третьей, шестой, девятой и одиннадцатой хромосомах), до 3 (на второй и четвертой); на 5, 7 и 8 хромосомах расположено соответственно по два маркера (Приложение 6). Выделение ДНК из листьев риса производилось с использованием СTAB метода. Измельченные листья риса помещают в пробирку типа Эппендорф на 2 мл, добавляют 800 мкл двухкратного буфера, содержащего цетилтриметиламмоний бромид (2хCTAB) и закладывают в термостат с температурой 65 oC на 45 минут. Далее добавляют 800 мкл охлажденного хлороформ-изоамилового спирта (24:1) и в течение 20 минут перемешивают на шейкере, затем центрифугируют 10 минут при 12 000 оборотах/мин.
Переносят верхний супернатант в новую пробирку на 2 мл. Добавляют 400 мл ледяного (-20oC) изопропилового спирта и проводят преципитацию в течение 1 часа, затем центрифугируют 10 минут при 12 000 оборотах/мин. Сливают изопропиловый спирт. Осадок ДНК промывают 70 %-ым этанолом, высушивают, затем растворяют в TE буфере (100 мкл) [16].
ПЦР проводят в реакционном буфере: 60 мМ Трис-HCl (рН 8.5), 25мМ KCl, 1,5мM MgCl2, 0,1% Тритон Х-100, 10 мМ 2-меркаптоэтанол с применением специально подобранных праймеров. Далее подготавливают необходимое количество растворов 40 мМ MgCl2 и 10 мМ dNTP и т.д. и вносят по 8 мкл смеси на дно каждой ячейки плашки и по 2 мкл ДНК. Добавляют по 1 капле минерального масла, накрывают крышкой и помещают в амплификатор (объем смеси – 10 мкл).
Температура отжига праймеров варьировала в зависимости от используемых праймеров: начальная денатурация происходит при температуре 94 C и длится 3 мин (1 цикл), денатурация – при 94 C 30 секунд (35 циклов), отжиг - при 55 C 30 секунд (35 циклов), синтез цепи ДНК происходит при 72 C (35 циклов по 30 секунд) и конечный синтез при 94 C длится 10 минут (1 цикл).
Для приготовления полиакриламидного геля (8 % ПААГ) смешивают следующие компоненты: вода дистиллированная, акриламид (40 %), 10хТАЕ буфер. Далее добавляют ТЕМЕД – 5 мкл и аммония персульфат (APS) 10 %.
Полученный раствор заливают между стеклянными пластинами до их верхнего края, вставиляют гребенку и оставляют гель застывать на 20 минут.
К 2 мкл красителя (бромфенолового синего) в буфере для нанесения добавляют 5-6 мкл ПЦР-продукта, пипетированием вносят в каждую лунку геля 5-6 мкл данной смеси и раствор со стандартным маркером молекулярной массы ДНК и запускают процесс электрофореза (продолжительность которого зависит от молекулярной массы фрагмента). Как только окрашенные фрагменты достигают края геля, электрофоретическую камеру отключают, удаляют пластины с гелем и помещают в раствор бромистого этидия на 20 минут. Полученные продукты амплификации просматривают и фотографируют в системе гель-документации.
Методика идентификации гетерозиготных растений и отдельных пыльцевых зерен по гену Wх с помощью анализа окраски пыльцевых зерен. С целью идентификации гетерозиготных растений и отдельных пыльцевых зерен по гену Wх, определяющему формирование глютинозной зерновки в фазу цветения у межподвидовых и внутривидовых гибридов риса был проведен анализ окраски пыльцевых зёрен, находящихся в гаплоидном состоянии [25; 100].
В период начала цветения растений риса с помощью микроскопа определяли состояние растений по гену wx путём окрашивания пыльцы 2-%-ным раствором йодистого калия.
Для этого с каждой метелки брали по 10 – 15 колосков в средней и верхней частях метелки, помещали на предметное стекло микроскопа по 2 – 3 пыльника с каждого колоска, которые пассировали препаровальной иглой в капле раствора 2%-ного KI.
Пыльцевые зёрна освобождались из пыльников и окрашивались в иссиня-черный или коричнево-оранжевый цвета. Синий цвет характерен для пыльцевых зёрен с доминантными генами Wx, а коричнево-оранжевый – с рецессивным wx.
Подсчет окрашенных пыльцевых зёрен с различной окраской проводился в 10 полях зрения на образец с использованием микроскопа "Nikon H 550 S" под увеличением 1015.
Для анализа отбирали 60 высокопродуктивных растений каждой гибридной комбинации и подсчитывали общее количество пыльцевых зерен в 10 полях зрения, отдельно подсчитывалось количество пыльцевых зерен с синей и коричневой окраской, для последующего выражения в процентном соотношении.
Растения, пыльцевые зёрна которых имели только синюю окраску, относили к гомозиготным по доминантному гену, а имевшие только оранжевый цвет пыльцевых зёрен – к гомозиготным с рецессивным геном wx.
Остальные растения были гетерозиготными и отличались по количеству синих и оранжевых пыльцевых зерен [22; 25; 100].
Статистические методы исследований. Основная роль в обработке экспериментальных данных отведена дисперсионному анализу и методам многомерного статистического анализа.
Статистическая обработка данных проведена при помощи программы STATISTICA 6.0, состоящей из отдельных программ-модулей, каждый из которых содержит конкретный метод обработки данных.
Оценка достоверности различий долей была выполнена при помощи дисперсионного анализа. Проверка значимости в дисперсионном анализе основана на сравнении компонентов дисперсии, обусловленной межгрупповым разбросом (средний квадрат эффекта или MS эффект) и компонентами дисперсии, обусловленной внутригрупповым разбросом (средний квадрат ошибки или MS ошибка).
Если верна нулевая гипотеза (равенство средних в двух популяциях), то можно ожидать сравнительно небольшое различие выборочных средних из-за чисто случайной изменчивости.
Из категорий многомерных методов использовался кластерный анализ. В его основе лежит процедура вычисления расстояний между сравниваемыми объектами, характеризованными по комплексу признаков. В данном кластерном анализе использовали Евклидово расстояние [72].
Выделение источников по содержанию амилозы среди сортов и сортообразцов российской и итальянской селекции
Амилоза и амилопектин являются углеводными компонентами крахмала риса, чем выше содержание амилозы, тем более рассыпчатым получается готовое блюдо. По содержанию амилозы в зерновке риса различают сорта: высокоамилозные – 25-32 %, среднеамилозные – 20-25 %, низкоамилозные – 12-20 %, восковые – 1-2 % и глютинозные – 0 % [29; 91; 92; 141].
В лабораторных условиях с помощью прибора "Инфралюм-FT" нами также было определено содержание амилозы в зерне изучаемых сортов риса. Характеристика изученного материала по содержанию амилозы приведена в таблице 6 и на рисунке 2.
Погодные условия вегетативного периода – температура, продолжительность и интенсивность освещенности, количество и распределение осадков и другие факторы значительно влияют на урожайность и качество продукции растений. Генетические особенности сортов риса определяют комплекс признаков качества зерна и крупы. Основные признаки качества зерна риса подвержены изменчивости в зависимости от агроклиматических условий [84; 85; 91].
Так, исследования ряда ученых показали, что повышение температуры воздуха и количества осадков как в период вегетации риса, так и в отдельные периоды созревания влияют на высокое содержание белка [81; 88; 97; 167].
Содержание амилозы в зависимости от года и условий выращивания также может варьировать, что подтверждено данными ряда авторов [45; 56; 92; 93; 97].
По мнению некоторых специалистов, увеличение температуры воздуха окружающей среды на 2-3оС в период созревания рисовой зерновки ведет к снижению содержания амилозы на 1 % [97].
Для подтверждения достоверности влияния температуры воздуха на формирование содержания белка и амилозы в эндосперме рисовой зерновки необходимо установить достоверность различий температур в годы исследований.
Температура воздуха в мае в период проведения опытов в 2013-2015г.г. была выше средней многолетней (+ 16,9 0С) на 3,3 С, 2,3 С и 0,2 С соответственно (Приложение 1) [2; 3; 4; 5].
Достоверно различались между собой по средним показателям температуры воздуха в 2013 и 2014 годы, 2015 год достоверно от них не отличался, причем размах варьирования температуры воздуха в данном году был наибольшим (рисунок 3).
Проведенный дисперсионный анализ показал, что по максимальным температурам воздуха 2013-2015 годы исследований достоверно не различались (рисунок 4). Рисунок 4 – Вариабельность максимальных температур воздуха, 0С (2013-2015 гг.)
Только 2015 год по минимальным температурам воздуха достоверно отличался от остальных лет исследования. Размах варьирования показателей температуры данного года был наибольшим (рисунок 5).
Вариабельность минимальных температур воздуха, 0С (2013-2015 гг.) Температура воздуха варьирует в течение года, то есть сделать однозначные выводы, анализируя средние температуры воздуха сложно. Поэтому необходимо выделить те периоды, которые оказывают наиболее значительное влияние на качество зерна: это периоды с начала цветения и начала налива зерна до его созревания (июль, август и начало сентября) (рисунки 6, 7, 8).
Данные, представленные на рисунке 6, позволяют увидеть, что только в сентябре средние температуры воздуха достоверно различались в изучаемые годы, в августе достоверно отличался только 2014 год, а в июле все годы различались недостоверно.
Отбор глютинозных растений в гибридных популяциях, основанный на анализе пыльцевых зерен
Выделение источников, отличающихся повышенным содержанием амилозы в зерне и признаками продуктивности растений риса является очень важной задачей, так как для селекции важно объединить эти важнейшие характеристики [11; 50]. Выделение источников по признакам, определяющим продуктивность среди сортообразцов – интродуцентов риса. Одной из задач исследования был поиск сортов - источников по признакам качества, в связи с этим по признакам, характеризующим продуктивность были изучены коллекционные образцы различного происхождения. Задачей данных исследований было выделение высокоамилозных и высокопродуктивных образцов, произрастающих в условиях Краснодарского края. В результате проведенной работы выделены образцы зарубежной селекции с высоким содержанием амилозы (от 25,5 до 31,5 %) (таблица 29).
Данные представленной таблицы 29 показывают, что наибольшее значение массы зерна главной метелки (более 2,5 г) оказалось у таких образцов, как: IR 82635-ВВ-25-4 и ее среднее значение составило 3,6 г; Dedalo – 3,3 г; WAB 272-B-B-5 – 2,5 г; WAB 56-125 – 2,9 г; ANJAJJ – 3,5 г, а наименьшей - IR 82310-B-B-67-2 (0,2 г), IR 50 (0,6 г)
Из данных таблицы 30 видно, что масса 1000 зерен в изучаемых гибридных комбинациях (более 25 г) отличала следующие образцы: 272 - B- B-5 – 29,6 г; Dedalo – 27,6 г; GHARIB – 27,4 г; 88023-RE – 28, 0 г. Данные, отображенные в таблице 31 позволяют выделить наиболее высокопродуктивные образцы по признаку "масса зерна с растения". Масса зерна с растения интродукционных образцов, г (2013-2015 гг.) Название образца масса зерна с растения, x±sx, г масса зерна с растения, min, г масса зерна с растения, max, г Выделение источников по признакам "содержание белка" и "содержание амилозы" среди высокоамилозных образцов зарубежной селекции. В рамках проведенного исследования основной задачей являлось выделение высокоамилозных образцов с содержанием амилозы в эндосперме зерновки более 25 % (таблица 32).
Анализ влажности зерна образцов показал, что она изменялась в среднем в незначительных пределах (от 7,9 % до 8,4 %), что позволяет анализировать образцы без учета различий по влажности (так как различия находились в пределах ошибки опыта).
Для образца WAB 272-B-B-5 показатель содержания белка оказался наибольшим и составил в среднем 10,1 %. Достоверно уступали данной комбинации образцы WAB 56-125 (10,1 %) и IR 28 (9,4%). По содержанию амилозы выделились образцы WAB 272-B-B-5 (30,4%), IR 78948-B-21-B (31,1%), IR 75499-73-1-B (30,5%).
Выделение источников по признакам, определяющим продуктивность, в гибридных комбинациях среднеамилозных образцов. Одной из основных задач исследований было выделение высокопродуктивных растений в гибридных комбинациях пятого поколения отечественных сортов с высокоамилозными, и среднеамилозными образцами. В результате проведенных иследований среди изучаемых гибридов выделили высокопродуктивные образцы (таблица 33). Таблица 33 – Характеристика признаков продуктивности среднеамилозных образцов в гибридных комбинациях ( F5) (2013-2015 гг.)
Образец Масса главной метелки, г Масса зерна главнойметелки, г Количество полных колосков, шт Количество пустых колосков, шт Масса боковых метелок, г Масса зерна боковых метелок, г Масса1000зерен,г Длина метелки, см
Масса зерна главной метелки (более 2,5 г) оказалась наиболее высокой у образцов следующих гибридных комбинаций: Moroberican Анаит (выделены образцы с ее массой от 2,5 г до 4,0 г); N158 Анаит (1 образец - 2,5 г); IR64 Новатор (5 образцов с массой зерна главной метелки от 2,5 г до 3,2 г); Шарм Dular (3 образца с ее массой от 2,24 г до 3,6 г); Рапан (st) – 3,68 г. По массе 1000 зерен (более 25-30 г) среди образцов изучаемых гибридов выделили: N158 Янтарь; IR64 Анаит; Moroberican Анаит; N158 Флагман; N158 Шарм; N158 Анаит, N158 Рапан; IR64 Новатор; Шарм Dular; стандарт Рапан (st) – 29,8 г (таблица 34).
Образец масса зерна главной метелки,x±sx массазернаглавнойметелкиmin, г массазернаглавнойметелки,max, г масса 1000 зерен,x±sx масса 1000 зерен min, г масса1000зерен,max, г
Выделение источников по признакам "содержание белка" и "содержание амилозы " в гибридных комбинациях среднеамилозных образцов.
Задачей данного исследования было изучение содержания амилозы и белка в зерне у образцов различных гибридных комбинаций риса с целью выделения образцов с повышенным содержанием амилозы и белка. Анализ влажности зерна у образцов показал, что она изменялась в среднем в незначительных пределах, что позволяет анализировать образцы без учета различий по влажности, так как различия находились в пределах ошибки опыта (таблица 35).