Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние, направления и методы селекции картофеля (обзор литературы) 14
1.1 Роль сорта в промышленном производстве картофеля 14
1.2 Генетико-биологические особенности картофеля 20
1.3 Морфологические признаки и реакция картофельного растения на основные факторы среды 32
1.4 Основы селекции на продуктивность, скороспелость, биохимические показатели, устойчивость к фитофторозу и нематоде 41
1.5 Подбор родительских форм на основе оценки комбинационной способности селекционного материала 65
1.6 Переработка на картофелепродукты 68
1.7 Теоретические вопросы основных элементов технологии выращивания картофеля 71
Глава 2 Условия и методика проведения исследований 75
2.1 Природно-климатические условия Среднего Урала 75
2.2 Метеоусловия в годы проведения работ 77
2.3 Материал и методика научных исследований 81
Глава 3 Исходный материал для селекции картофеля 85
3.1 Исходный материал для селекции на скороспелость 89
3.2 Исходный материал для селекции на продуктивность 90
3.3 Исходный материал для селекции на повышенное содержание крахмала 91
3.4 Исходный материал для селекции на высокие биохимические показатели 92
3.5 Исходный материал для селекции на устойчивость к фитофторозу 95
3.6 Исходный материал для селекции на устойчивость к золотистой цистообразующей картофельной нематоде 96
Глава 4 Закономерности наследования гибридных комбинаций по основным хозяйственно-ценным признакам 99
4.1 Анализ гибридных комбинаций по наследованию признака продуктивности 99
4.2 Анализ гибридных комбинаций по числу клубней 103
4.3 Анализ гибридных комбинаций по крахмалистое 106
4.4 Взаимосвязь между урожайностью, количеством клубней и крахмалистостью 110
4.5 Анализ морфологических признаков клубней картофеля 113
Глава 5 Комбинационная способность исходных родительских форм картофеля 117
5.1 Анализ ОКС и СКС гибридных комбинаций по продуктивности 118
5.2 Анализ ОКС и СКС гибридных комбинаций по количеству клубней 120
5.3 Анализ ОКС и СКС гибридных комбинаций по крахмалистости 122
5.4 Определение селекционной ценности родительских форм 125
Глава 6 Основные направления и результаты селекционной работы 127
6.1 Параметры сорта 127
6.2 Скороспелость 129
6.3 Устойчивость к фитофторозу 135
6.4 Устойчивость к золотистой картофельной нематоде 142
6.5 Устойчивость к колорадскому жуку 153
6.6 Селекция на качественные показатели 156
6.7 Селекция картофеля для диетического питания 171
6.8 Селекционный материал с комплексом признаков. 177
Глава 7 Пригодность сортов картофеля к переработке на быстрозамороженные продукты 189
Глава 8 Экономическая эффективность новых сортов картофеля 211
Выводы 238
Предложения для селекции и производства 241
Список литературы 243
Приложения 289
- Морфологические признаки и реакция картофельного растения на основные факторы среды
- Взаимосвязь между урожайностью, количеством клубней и крахмалистостью
- Анализ ОКС и СКС гибридных комбинаций по крахмалистости
- Селекция на качественные показатели
Введение к работе
Актуальность проблемы. Концепция долгосрочного социально экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает обеспечение потребности населения сельскохозяйственной продукцией и продовольствием российского производства, повышение конкурентоспособности продукции аграрного комплекса, эффективное импортозамещение и развитие экспортного потенциала. Согласно доктрине продовольственной безопасности обеспеченность картофелем собственного производства должна быть не менее 95%.
В решении задач современного растениеводства центральное место принадлежит селекции, созданию и использованию новых сортов различного целевого назначения. Сорта – наиболее эффективные и доступные средства повышения урожайности и качества продукции, обеспечения стабильных урожаев при изменяющихся экологических условиях. Вклад селекции в повышение урожайности за последние десятилетия оценивается в 50 %, а с учетом изменяющегося климата роль её будет возрастать. В Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, включено более 150 сортов картофеля, созданных российскими селекционерами. По основным хозяйственно-ценным признакам многие отечественные сорта относятся к достижениям мирового уровня.
Требования сельскохозяйственного производства к создаваемым сортам картофеля постоянно растут и на ближайшую перспективу включают не только высокую и стабильную продуктивность, но и отличные товарные характеристики, питательную ценность, устойчивость к биотическим и абиотическим факторам среды, наиболее вредоносным болезням и вредителям, адаптацию к почвенно-климатическим условиям возделывания, пригодность к длительному хранению и промышленной переработке. Сочетание в одном сорте максимального количества достоинств и оптимальных хозяйственно – биологических свойств является труднодостижимой задачей, но возможной на основе вовлечения в селекционный процесс разнообразного генетического материала, глубокого понимания закономерностей наследования и изменчивости признаков, совершенствования методов оценки и схемы селекционного процесса.
В связи с вышеизложенным, проведение исследований, направленных на повышение эффективности селекции по комплексу важнейших показателей и создание на этой основе конкурентоспособных сортов картофеля различных групп спелости и целевого назначения, имеет важное теоретическое, практическое значение и высокую актуальность на современном этапе развития картофелеводства Российской Федерации.
Цель исследований: Создание новых конкурентоспособных сортов картофеля различных групп спелости и хозяйственного назначения.
Для достижения цели на изучение были поставлены следующие задачи исследований:
- изучить генофонд картофеля мировой коллекции в условиях Среднего Урала и выделить ценные исходные формы для основных направлений селекции;
- осуществить программу гибридизации генетически разнообразных источников, позволяющих достигнуть в потомстве сочетания высокой и стабильной устойчивости к основным фитопатогенам с комплексом хозяйственно ценных признаков;
- оценить сорта картофеля по комбинационной способности содержания крахмала, продуктивности, количества клубней и выделить образцы, способные передавать потомству высокий уровень этих показателей;
- выявить общие закономерности наследования количественных и качественных признаков (урожайность, крахмалистость, биохимический состав, устойчивость к фитофторозу и нематоде);
- дать оценку ОКС, СКС и выделить перспективные сорта и гибриды, хорошо передающие ценные признаки потомству, благодаря генетической обусловленности вовлекаемых в гибридизацию источников;
- создать генетически разнообразный исходный материал и новое поколение сортов с комплексом востребованных производством признаков: раннеспелость, устойчивость к золотистой картофельной нематоде и фитофторозу, пригодные для промышленной переработки и для диетического питания;
- оценить пригодность созданных сортов и перспективных гибридов картофеля к промышленной переработке на быстрозамороженный картофель фри;
- изучить экономическую эффективность выращивания новых сортов картофеля в зависимости от генотипической, средовой и экологической изменчивости при изучении основных элементов технологии.
Научная новизна исследований. Впервые в условиях Среднего Урала проведена комплексная оценка коллекции в количестве 450 селекционных сортов и межвидовых гибридов картофеля. Выделены ценные генетические источники для селекции на скороспелость, высокую продуктивность, повышенное содержание крахмала, протеина, витамина С; низкое накопление сахаров и нитратов; устойчивость к фитофторозу, золотистой картофельной нематоде и колорадскому жуку.
На основе анализа комбинационной способности сортов выявлен механизм генетического контроля признаков высокой продуктивности, крахмалистости и многоклубневости. Проведено сравнение результативности различных вариантов скрещиваний в селекции на данные признаки.
Выделенные сорта-доноры предложены для включения в селекционные программы.
Выявлена эффективность использования гибридов-беккроссов, в геномах которых присутствуют гены диких и культурных видов в селекции на устойчивость к фитофторозу, золотистой картофельной нематоде и улучшение биохимических показателей.
Впервые на Среднем Урале методом гибридизации получены формы картофеля с синей мякотью клубней и проведен анализ содержания в них антиоксидантов. Установлен комплекс факторов, влияющих на пригодность сортов картофеля для промышленной переработки на быстрозамороженный картофель фри; с высоким оценочным баллом выделено три сорта.
Обоснована необходимость изучения реакции сортов на основные элементы технологии, обеспечивающие максимальный экономический эффект и потенциальную продуктивность.
Созданы сорта картофеля: раннеспелые – Лидер, Барон, Каменский; среднеранние, устойчивые к золотистой картофельной нематоде – Табор, Ирбитский, Отрада, Югра, Маяк.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Генетические источники выделены для селекции на скороспелость, высокую продуктивность, повышенные биохимические показатели, устойчивость к фитофторозу и золотистой картофельной нематоде.
-
Новое направление селекции картофеля с повышенным содержанием в клубнях антиоксидантов.
-
На основе разработанных методических принципов селекционной работы созданы новые сорта картофеля, включенные в Госреестр селекционных достижений РФ с комплексом хозяйственно ценных признаков.
Практическая значимость результатов исследований и их реализация. На основе результатов системного анализа изменчивости количественных и качественных признаков, оценки общей и специфической комбинационной способности обоснованы принципы эффективного подбора родительских форм для гибридизации. Применение новых методических подходов, использование выявленных особенностей и закономерностей наследования признаков позволяет создавать высокоценный исходный и селекционный материал, устойчивый к золотистой картофельной нематоде и фитофторозу; высокопродуктивный, с улучшенными биохимическими показателями. Результаты исследований характера корреляционных взаимосвязей между урожайностью, количеством клубней и крахмалистостью представляют непосредственный интерес для селекционеров. Созданные гибриды с синей мякотью имеют высокую ценность для диетического питания.
Выделенные по основным хозяйственно-полезным признакам и свойствам современные сортообразцы предлагается использовать в селекционных программах для условий Урала и Сибири, что обеспечит высокую результативность и сокращение продолжительности селекционного процесса.
Практическая ценность разработанных научно-методических подходов подтверждена созданием серии новых сортов картофеля: Лидер, Барон, Каменский, Табор, Ирбитский, Отрада, Югра и Маяк, которые прошли и проходят процедуру государственного испытания и допущены к хозяйственному использованию. Пригодность новых сортов картофеля к переработке на быстрозамороженный продукт подтверждена производственной проверкой. Высокая экономическая эффективность использования созданных сортов доказана комплексной оценкой важнейших элементов технологии в различных почвенно-климатических условиях.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на Международных (Архангельск, 2004; Костанай, Казахстан, 2004; Кемерово, 2006; Москва, 2007, 2010; Минск, 2008, 2010; Уфа, 2010; Казань, 2010), Всероссийских (Москва 2004, 2006, 2008, 2009; Екатеринбург, 2006, 2008; С.-Петербург, 2009; Казань, 2005; Елец, 2005) и региональных (Екатеринбург, 2003, 2004, 2009; Самара, 2005; Челябинск, 2006; Уфа, 2008), научно-практических, координационных и научно-методических конференциях и совещаниях; ежегодно на заседаниях Ученого Совета ГНУ Уральский НИИСХ (1999-2010 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 работ, в том числе 13 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ. Восемь патентов и восемь авторских свидетельств на сорта картофеля.
Личный вклад соискателя. Исследования выполнены в отделе селекции картофеля ГНУ Уральский НИИСХ Россельхозакадемии в 1999-2011 гг. в рамках научно-технических программ по заданию 01 «Создать сорт картофеля, сочетающий высокую продуктивность и качество клубней с комплексной устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды и наиболее опасным болезням и вредителям» (№ гос. регистрации: 01.9.70 006030, 01.200.114139, 01.2.00700177, 01201175598). Работа является обобщением результатов исследований, выполненных автором лично и совместно с доктором с.-х. наук, профессором В.П. Кокшаровым и кандидатом с.-х. наук Е.М. Клюкиной, которые являются соавторами всех сортов и некоторых публикаций. Автор выражает им искреннюю благодарность и признательность за совместную творческую работу.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 293 страницах основного текста, состоит из введения, 9 глав, выводов, практических рекомендаций, включает 61 таблицу, 35 рисунков, 14 приложений. В работе использовано 504 источника литературы, в том числе 95 иностранных авторов.
Морфологические признаки и реакция картофельного растения на основные факторы среды
Картофель принадлежит к семейству пасленовых. Куст картофеля состоит из отдельных стеблей. Мощность куста может быть различной в зависимости от сорта, уровня плодородия почвы, влажности почвы и воздуха, освещенности, величины посадочных клубней.
Клубень - подземная утолщенная и укороченная часть столона. Фенотипически различают белую, красную (розовую) и синюю окраску клубней; белую, красно-фиолетовую, сине-фиолетовую и синюю окраску цветков и аналогичную им окраску ростков. Глазки клубней бывают красноокрашенными, синеокрашенными и неокрашенными. Имеются также типы пятнистой окраски клубней (Асеева и др., 1935; Яшина и др., 1973).
Антоциановая окраска клубней, глазков и цветков у селекционных сортов картофеля обусловливается присутствием тех же пигментов, что и у культурных видов (Dodds, 1955). Обзор всех работ, выполненных до 1937 г. по генетике антоциановых окрасок у S. tuberosum, был сделан Т.В. Асеевой (1935), в дальнейшем - Swaminathan и Howard (Swaminathan, 1954).
Клубни у разных сортов различаются по форме. Она бывает круглой, округло-овальной, овальной, длинно-овальной и длинной. Хозяйственное значение имеют лишь округлая и округло-овальная формы. Результаты исследований многих авторов, изучавших наследование формы клубня, позволяют сделать вывод о полигенном контролировании этого признака (Heribert-Nilsson, 1913; Bartosch, 1930; Black, 1930; Huber, 1930; Feistritzer, 1952; Schick, 1956; Rudorf и др., 1958).
Окраска мякоти клубня имеет более важное хозяйственное значение, чем окраска кожуры, так как она влияет на пищевую ценность вареного картофеля. По Schick и Hopfe (1962) у S. tuberosum различают белую, желтовато-белую и желтую окраску мякоти. Давно установлено, что желтая окраска доминирует над белой (Fruwirth, 1912; Salaman, 1937).
Глазки у клубней картофеля бывают мелкие (поверхностные), среднеглубокие и глубокие. Единого мнения ученых о закономерности наследования данного признака нет. Некоторые авторы (Heribert-Nilsson, 1913; Salaman, 1937) сделали вывод о доминировании глубоких глазков, другие считали глубокие глазки рецессивным признаком (East и др., 1925; Engel, 1957), а третьи указывали на полигенное наследование (Feistritzer, 1952).
Противоречивость в выводах разных авторов указывает на то, что генетический контроль этого признака определяется, по-видимому, несколькими генами. Округлую и округло-овальную форму клубней и мелкие глазки довольно легко можно комбинировать с другими хозяйственно-ценными признаками (Яшина и др., 1973).
Многочисленными исследованиями установлено, что картофель растение умеренного климата, но, благодаря своей высокой экологической пластичности, он при определенных условиях может произрастать как на крайнем юге, так и далеко на севере. Быстрое прорастание и наилучшее накопление качественного урожая проходит в районах средних широт, имеющих относительно невысокую температуру в период вегетации — 15-20С (Lindegardh, 1925; Bushnell, 1933; Epstein, 1966; Букасов, 1974; Lowelidge, 1978). Требования картофеля к температуре по периодам онтогенеза различные (Арнаутов, 1951; Арнаутов и др., 1955; Руденко, 1959; Slater, 1968).
Агроклиматические условия основных регионов России, возделывающих картофель, характеризуются разнообразием по составу и плодородию почв, количеству и равномерности распределения осадков за период вегетации, сумме эффективных температур, безморозному периоду и другим факторам. Эти особенности в значительной мере обусловливают использование картофелем биоклиматического потенциала территорий, степень риска и уровень урожайности. Для большинства регионов и хозяйств особенно важное практическое значение имеет правильный подбор сортов с учетом длительности периода вегетации, необходимого для их полного созревания (Симаков и др., 2005).
В отличие от многих возделываемых сельскохозяйственных культур картофель не требует большого количества тепла. Нормальное клубнеобразование происходит при температуре почвы 15-20С. По данным А.Г. Лорха (1948), для ранних сортов (Эпрон, Эпикур и др.) наиболее благоприятная температура клубнеобразования 17С, а для среднепоздних -19С. Величина оптимальных температур клубнеобразования меняется не только в зависимости от скороспелости сорта, но и от комплекса внешних условий. Длительное воздействие высокими температурами (30-40С) в период формирования клубней вызывает «климатическое» вырождение картофеля. При этом нарушается обмен веществ, значительно снижается урожай клубней и их семенные качества (Альсмик, 1979).
Клубни, прошедшие период покоя и высаженные в почву, способны прорастать при температуре 4С, оптимум - 15-16С (Эдельштейн, 1959). Образование ростков практически начинается лишь при температуре выше 5С, при 20-25С возрастает интенсивность развития проростков, усиливается рост молодых побегов, и раньше появляются всходы (Писарев, 1977). Опытами научно-исследовательского института картофельного хозяйства установлено, что при температуре почвы 11-12С всходы появляются на 23-е сутки, 14-15С на 17-18-е сутки, 18-25С - на 12-й и 27-28С - через 16-17 суток (Лорх, 1968).
Наиболее благоприятные значения среднесуточных температур в период вегетации картофеля находятся обычно в диапазоне 15-22С; количество осадков - на уровне 300 мм, большинство из которых необходимы в период клубнеобразования. С учетом этих особенностей преобладание в ассортименте рано- и среднесозревающих сортов (около 80%) соответствует агроклиматическим условиям большинства регионов страны (Анисимов, 2000; Симаков и др., 2005).
При температуре почвы ниже 6С и выше 23С прирост клубней резко задерживается, при повышенных температурах в пределах 26-29С клубнеобразование прекращается, так как в процессе усиленного дыхания растрачиваются продукты фотосинтеза (Burt, 1961; Epstein, 1966; Slater, 1968).
В почве, прогретой на глубине посадки до 7-8С, клубни всходят в условиях Западной Сибири в среднем через 20-25 дней. При посадке пророщенными клубнями всходы появляются на 6-10 дней раньше (Дорожкин, 2004).
Ранние сорта способны прорастать при более низкой температуре почвы, поэтому всходы их появляются несколько раньше, чем у позднеспелых сортов. Имея повышенный фотосинтез, растения быстро формируют вегетативную массу и обычно на 20-25 сутки после появления всходов приступают к клубнеобразованию (Беседин и др., 1971).
При температуре 10-18С для массового появления всходов необходима сумма среднесуточных температур 243-316С. При очень низких и слишком высоких температурах темпы прорастания замедляются. Разные по скороспелости сорта требуют разной суммы положительных температур (выше 10С) за вегетационный период. В среднем для ранних сортов она равна 1000-1100С, для среднеранних 1100-1400С, для среднеспелых и среднепоздних -1400-1500С (Лорх, 1960; Писарев, 1977).
Высокие летние, воздушные и почвенные температуры при недостатке влаги приводят к быстрому физиологическому старению клубней, вызывая так называемое «экологическое вырождение». При этом проростки деформируются, приобретают нитевидную форму или совсем не образуются (Verdevskaya и др., 1999).
По данным американских ученых, наиболее благоприятными для культуры картофеля являются местности с июльской изотермой не выше 21 С. В Онтарио урожай клубней 42 т/га был получен при осадках 300 мм и среднесуточной температуре 16,4С, а рекордный урожай в Канаде - 118 т/га -при осадках 283 мм и среднесуточной температуре за вегетацию 15С (Альсмик, 1979).
Осадки - наиболее неуправляемый фактор, влияющий на урожай. При снижении влажности почвы ниже 50% полной влагоемкости наблюдается повышение степени заражения растений вирусными болезнями. В засушливых районах США довольно широко применяют дождевальные установки и орошение по бороздам (Наумов и др., 1981).
Взаимосвязь между урожайностью, количеством клубней и крахмалистостью
На основании данных исследований был проведен расчет коэффициентов корреляции между урожайностью и количеством клубней, урожайностью и крахмалистостью, количеством клубней и крахмалистостью (табл. 8).
Положительная корреляция между урожайностью и количеством клубней отмечена во всех гибридных комбинациях (г = 0,271-0,838). Наибольшая величина коэффициента корреляции получена в потомстве популяций: 95-42-7 х Timo (0,838), ССЭ х 03-22-4 (0,825), Asteriks х 94-42-3 (0,797), Зарево х 04-3-8 (0,792), Raja х Жуковский ранний (0,766), Зарево х 04-35-4 (0,756), Росинка х Свитанок киевский (0,732). Сильно выраженная положительная корреляция говорит о том, что у гибридов данных комбинаций можно достигнуть сочетания высокой продуктивности и многоклубневости.
Исследуя корреляционную зависимость между урожайностью и крахмалистостью, мы установили, что данные признаки могут по-разному" сочетаться в гибридных комбинациях. Значения коэффициентов корреляции варьировали от среднеотрицательных (г = - 0,507) до среднеположительных (г = 0,625).
Отрицательную связь между урожайностью и крахмалистостью наблюдали у перспективных в селекции на повышенное содержание крахмала комбинаций: 95-42-7 х 0-5-7 (-0,490); Зарево х 04-3-8 (-0,355); Зарево х 0-8-43 (-0,134); лишь в одной комбинации Van Gog х 0-5-7 теснота связи была незначительной - 0,025. Следовательно, в данной популяции можно отобрать формы с высокой потенциальной урожайностью и высоким содержанием крахмала.
Средневыраженную позитивную корреляцию выявили у популяций, отличающихся низкой средней крахмалистостью и урожайностью. В таких комбинациях, как правило, нельзя отобрать большого количества продуктивных форм с высоким содержанием крахмала.
Высокая корреляционная зависимость выявлена в следующих комбинациях скрещиваний: Зарево х 02-22-4 (0,625), 88-2 х 0-8-10 (0,491); Дина х 0-8-10 (0,483); Дина х ССЭ (0,432); Karlena х ССЭ (0,423); Вершининский х 0-8-10 (0,420); Лазарь х 96-27-4 (0,402). Именно в этих комбинациях можно отобрать гибриды, сочетающие в себе высокую урожайность и крахмалистость.
Анализ корреляций между различными признаками позволил установить, что между величиной коэффициента корреляции и средней арифметической признака в комбинации существует определенная зависимость. В потомстве высокоурожайных родителей с повышенным числом клубней на куст частота появления желаемых форм выше так же, как и величина прямой корреляционной связи между этими признаками.
Анализ ОКС и СКС гибридных комбинаций по крахмалистости
В результате выполненного дисперсионного анализа комбинационной способности сортов и гибридов картофеля по признаку крахмалистости была установлена высокая значимость генотипических различий (табл. 15).
Высокая комбинационная способность по передаче потомству признака крахмалистости среди материнских форм отмечена у сортов - Чародей (2,47), Rosara (1,66), Karlena (1,44) и гибрида 96-27-4 (1,95) (рис. 5).
Низкое выражение ОКС (-2,48) по данному признаку отмечено для низкокрахмалистого родителя Amorosa. Среди тестеров выделены гибриды 0-5-7 и 94-42-3, показатели ОКС которых составили 2,25 и 2,05 соответственно. Низкие эффекты общей комбинационной способности по признаку крахмалистости у гибридов: 0-8-10 и ССЭ (-1,75).
По специфической комбинационной способности выделены все комбинации скрещивания с положительным эффектом (табл. 16). В комбинации Лазарь х 96-27-4, где родительский формы отличаются высоким содержанием крахмала, более высокие показатели СКС — 12,40.
Анализ 15 изученных комбинаций скрещиваний по общей (ОКС) и специфической комбинационной способности (СКС) показал, что существенно высокие оценки продуктивности по ОКС имели сорта Karlena и Дина, несколько ниже - Rosara и Чародей. Среди тестеров положительные эффекты показали гибриды 0-5-7, 96-27-4 и 94-42-3. По признаку продуктивности все изучаемые комбинации имели высокие показатели по СКС, что определяет их использование для создания высокопродуктивных сортов.
Высокая ОКС по передаче многоклубневости отмечена у гибридов 96-27-4, 0-5-7, 94-42-3 и сортов Чародей и Rosara. По СКС во всех комбинациях отмечен положительный эффект.
При передаче потомству признака крахмалистое по ОКС выделились сорта: Чародей, Rosara, Karlena и гибриды - 96-27-4, 0-5-7 и 94-42-3. По СКС все комбинации с положительным эффектом.
Селекция на качественные показатели
Одним из определяющих факторов конкурентоспособности и целевого использования сорта картофеля остается его качество, которое обусловлено наличием и соотношением в клубнях химических компонентов. Качество -главный критерий производства любого вида продукции, в том числе и картофеля. Можно вырастить высокий урожай, а эффективность окажется нулевой, если клубни будут иметь низкие потребительские показатели. По этой причине в селекции картофеля на Среднем Урале большое внимание всегда уделялось и уделяется вопросам улучшения биохимического состава клубней: повышению содержания в клубнях сухого вещества, крахмала, сырого протеина, витамина С, снижению редуцирующих Сахаров и нитратов.
Вновь выводимые сорта должны отличаться не только высокими качественными показателями, но и количественными, вне зависимости от условий выращивания. Эти вопросы не могут быть решены без оценки исходного и селекционного материала по биохимическим показателям.
В аналитической лаборатории института ежегодно исследуется от 50 до 250 образцов картофеля различных групп спелости. В клубнях определяется содержание сухого вещества, крахмала, сырого протеина, суммарного белка, витамина С, редуцирующих Сахаров, нитратов, тяжелых металлов.
Известно, что биохимический состав клубней картофеля, наряду с высокой генотипической обусловленностью, в значительной степени зависит от почвенно-климатических условий, поэтому селекция предусматривает создание генотипов не только с высокими качественными показателями, но и их стабильностью.
Наиболее экологически устойчивым показателем считается содержание в клубнях крахмала, коэффициент вариации которого в среднем за годы испытания в зависимости от сорта составил 1,5-17,9% (табл. 27).
Средняя степень варьирования характерна для протеина (V - 2,0-22,2%) и витамина С (V - 9,7-31,7%). В зависимости от условий выращивания значительно изменяется накопление нитратов (V - 27,1-87,2%) и Сахаров (2,4-68,7%).
В результате исследований установлено, что к наиболее стабильным биохимическим показателям на Среднем Урале относятся содержание в клубнях сухого вещества, крахмала, протеина, вкусовые качества; самые нестабильные - содержание Сахаров и нитратов.
Дождливая погода в августе 2009 года (осадков 169% к норме) способствовала низкому накоплению нитратов в клубнях картофеля (20-140 мг/кг) и витамина С (12,1-16,5 мг%). В засушливом 2010 году, когда осадков за 10-ный период выпало 226 мм, или 80%) от нормы (в августе 85% ) резко повысилось содержание нитратов (222-303 мг/кг) и увеличилось содержание белка в клубнях, например, у гибрида 05-6-3 до 4,12%. Такая разница биохимического состава по годам объясняется не только экологической неустойчивостью сортов, но и подтверждает отрицательное влияние резких колебаний температурного режима и влажности по годам и периодам роста растений.
Большое влияние на качество картофеля оказывают условия хранения, при которых важно сохранить питательные вещества в максимальном количестве. После шести месяцев хранения проведена оценка сортов и перспективных номеров по биохимическим показателям. Выявлено, что содержание протеина изменилось незначительно (рис. 6).
Содержание Сахаров оказывает существенное влияние на вкусовые, кулинарные и технологические свойства картофеля. Накопление Сахаров в картофеле, при оптимальной для ранних сортов температуре хранения 2-3С, обусловлено скоростью реакции углеводного обмена - распадом крахмала до Сахаров. В нашем случае оценка клубней проводилась без рекондиционирования; у двух сортов Барон и Каменский наблюдается незначительное накопление Сахаров (рис. 7). Существенное ухудшение цвета и других технологических свойств картофеля наступает уже при содержании Сахаров 1,0-1,5%; при 2,0% ощущается сладкий привкус.
Картофель считается важным источником необходимого для нас витамина С, содержание которого варьирует в опытах от 9,1 до 31,7 мг% в зависимости от сорта и условий произрастания. В период зимнего хранения происходит незначительное снижение витамина С в клубнях - на 2,9-5,0 мг% (рис. 8).
Накопление в клубнях картофеля нитратов зависит от генотипа и метеорологических условий года. В наших опытах после шести месяцев хранения значительно уменьшилось содержание нитратов у сортов - Каменский, Ирбитский и гибрида 0-8-38, практически на одном уровне остался данный показатель у сорта Табор (рис. 9).
Изучая качественные показатели, особое внимание уделяли накоплению тяжелых металлов в клубнях. К токсичным отнесены следующие тяжелые металлы: кобальт, никель, медь, цинк, кадмий, ртуть, свинец, молибден, марганец. Однако многие микроэлементы, такие как медь, цинк, кобальт, молибден, марганец - очень важны для жизни растений, они имеют большое значение в процессах метаболизма.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) тяжелых металлов в клубнях картофеля, согласно гигиеническим требованиям к качеству: Zn (цинк) - 10,0 мг/кг, Си (медь) - 5,0, Cd (кадмий) - 0,03, РЬ (свинец) - 0,5 мг/кг. У всех изучаемых сортов накопление цинка, меди, свинца намного ниже ПДК (у сорта Югра свинец вообще не обнаружен), содержание кадмия - в пределах нормы (табл. 28).
Протеин. Белок картофеля по биологической ценности высокопитательный и превосходит многие другие сельскохозяйственные культуры. Обычно считают, что в курином яйце содержится наиболее полноценный белок. Если биологическую питательную ценность куриного белка принять за 100%, то переваримость белка пшеницы составляет в среднем 64%, а белка картофеля - 85%.
Все сорта нашей селекции отличаются средней и высокой белковостью. Максимальное содержание суммарного белка отмечено в 2010 г. у гибридов 05-6-3 (4,12%), 05-10-44 (4,00%), у сортов Отрада (3,81%), Лидер (3,50%).
В разные по погодным условиям годы сорта и гибриды имели различные показатели содержания белка в клубнях картофеля: в 1999 г. - средний показатель по всем изученным образцам составил — 2,40%; 2000 г. — 2,45%; 2001 - 2,92%; 2002 г. - 2,67%; 2003 г. - 2,64%; 2004 г. - 2,74%; 2005 г. - 2,97%; 2006 г. - 2,51%; 2007 г. - 2,87%; 2008 г. - 2,72%; 2009 г. - 2,53%; 2010 г. -3,28%.
Питательная ценность белка зависит от его сбалансированности по аминокислотному составу. В состав белка входят следующие аминокислоты: лизин, гистидин, аргинин, аспарагиновая кислота, треонин, серии, глутаминовая кислота, пролин, глицин, аланин, валин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин. В среднем около 1/3 общего аминокислотного состава клубней картофеля составляют незаменимые аминокислоты, из которых больше всего валина, аргинина, лизина и фенилаланина. Основное содержание заменимых аминокислот составляет аспарагиновая и глутаминовые кислоты. Значение незаменимых аминокислот не ограничивается их участием в синтезе тканевых белков. Каждая из них, помимо этого, выполняет в организме важные и сложные функции.
Валин необходим для метаболизма в мышцах, восстановления поврежденных тканей и для поддержания нормального обмена азота в организме.
Лизин относится к наиболее важным незаменимым аминокислотам, он является ростовым фактором. Недостаток его в пище приводит к нарушению процессов кроветворения, снижению количества эритроцитов и содержания в них гемоглобина, нарушается азотистое равновесие. Необходим для номального формирования костей и роста детей, способствует усвоению кальция и поддержанию нормального обмена азота у взрослых.
Фепилаланин — исходный материал для синтеза гормонов щитовидной железы и меланина, участвует в процессе синтеза глюкозы. Влияет на настроение, улучшает память и способность к обучению.
