Содержание к диссертации
Введение
I. Обзор литературы 8
1.1. Исторические аспекты развития производства переработки на хрустящий картофель 8
1.2. Питательная ценность картофелепродуктов 12
1.3. Требования к сортам картофеля, пригодные для переработки на готовые продукты 18
1.4. Селекционное направление создания сортов картофеля, пригодных к промпереработке на картофелепродукты 32
1.5. Слабо изученные вопросы и перспективы 36
II. Экспериментальная часть 42
Материал, методика и условия проведения исследований 42
III. Результаты исследований 55
3. Оценка коллекционных образцов на пригодность к переработке и по комплексу хозяйственно ценных признаков 55
4. Оценка выделившихся образцов по стабильности признака пригодности в период хранения 67
5. Распределение гибридов в потомстве по признаку цвета хрустящего картофеля 76
6. Оценка гибридных популяций на пригодность к переработке в разные периоды хранения 88
7. Оценка выделенных форм по комплексу хозяйственно ценных признаков 95
7.1. Характеристика пригодных форм по комплексу признаков 95
7.2. Характеристика селекционных образцов из лучших гибридных комбинаций 99
Выводы 101
Рекомендации для селекции 102
Список использованной литературы
- Питательная ценность картофелепродуктов
- Селекционное направление создания сортов картофеля, пригодных к промпереработке на картофелепродукты
- Оценка коллекционных образцов на пригодность к переработке и по комплексу хозяйственно ценных признаков
- Характеристика селекционных образцов из лучших гибридных комбинаций
Питательная ценность картофелепродуктов
По происхождению картофель является культурой умеренного климата. Поэтому в условиях Центрально-Черноземного региона биологические особенности картофеля вполне удовлетворяются. Среди ученых картофелеводов и специалистов сельского хозяйства существует мнение, что среди всех регионов страны, почвенно-климатические условия ЦЧР способствуют получению самого вкусного картофеля [118].
Высокая питательная ценность картофеля связана с содержанием в нем целого комплекса питательных веществ, это белок, небелковые азотистые соединения, крахмал, органические кислоты, минеральные вещества, сахара. В клубнях присутствуют витамины, алкалоиды, ферменты, жиры и липоиды (жироподобные вещества), оказывающие влияние на пищевые и вкусовые качества картофеля.
В нашей стране недостающую долю белка мы компенсируем за счет потребления картофеля, если в меню отсутствуют другие его источники -мясо, рыба, яйца, это могут восполнить продукты переработки картофеля, в них меньше воды и более высок процент сухих веществ [1, 205].
Оптимальное соотношение в клубнях картофеля органических и минеральных веществ, необходимых человеку, определяет его ценность как продукта питания. В среднем в клубнях содержится 76-78% воды и 22-24% сухих веществ. Причем, основу сухих веществ составляет крахмал - 12-15%, значительно меньше белка - 1-3% и около 1% - минеральных соединений. Белок картофеля отличается исключительной биологической ценностью благодаря оптимальному соотношению незаменимых кислот, превосходит горох и бобы по содержанию метионина, а зерно - по содержанию лизина [122, 22, 137].
В клубнях картофеля в среднем содержится 1,9-2,2% азотистых веществ, а под влиянием различных факторов их количество колеблется в пределах 0,7-4,6% [98]. Из общего содержания азотистых веществ белок составляет более половины. Ряд авторов отмечают влияние сорта на накопление сырого протеина [92]. Поздние сорта синтезируют больше белка, чем ранние, но уступают последним по накоплению небелкового азота.
Немаловажное значение имеет форма употребления картофеля в пищу, так как питательная ценность наиболее распространенных блюд, приготовленных из 100 грамм клубней, весьма различна. В расчете на единицу земельной площади картофель уступает в качестве источника растительного протеина лишь сое, а источника энергии - кукурузе [89, 9].
Крахмал - важнейший полисахарид, определяющий питательную ценность картофеля, его калорийность и рассыпчатость при варке. На крахмал приходится основная масса сухого вещества клубня - от 8 до 29% в зависимости от сорта. В крахмале содержится 50-100 мг фосфора, небольшое количество липидов (жиров) и некоторых других соединений. Количество крахмала в клубнях зависит от сорта картофеля: ранние сорта отличаются более низкой крахмалистостью, чем среднеспелые и поздние сорта.
Картофель, поступающий на переработку для получения сухих и обжаренных картофелепродуктов, крахмала и спирта, ценится, прежде всего, содержанием крахмала, который обеспечивает выход готового продукта. С увеличением содержания сухих веществ в перерабатываемом картофеле растет выход готового продукта, сокращается продолжительность обжаривания, уменьшается впитываемость масла [220, 11].
По данным И.А. Веселовского, Р.А. Черноусовой и М.И. Бохоновой [27], высокое содержание сухого вещества и крупнозерного или мелкозерно-го крахмала неизменно связано с повышенной мучнистостью клубней картофеля. Аналогичного мнения придерживаются и другие исследователи, кото рые установили, что мучнистость положительно коррелирует с содержанием сухого вещества, крахмала и наличием в нем амилазы, а отрицательно - с содержанием сахара [245, 276]. При различных способах кулинарной обработки сортов картофеля из нескольких мест выращивания также была выявлена положительная корреляция между удельным весом и мучнистостью клубней [249, 82].
Ряд авторов особо подчеркивают существенное влияние технологических процессов обработки картофеля на содержание свободного крахмала и консистенции приготовления пюре. Снижение содержания свободного крахмала обеспечивает рассыпчатую консистенцию [125, 223]. Из других полимерных углеводов в клубнях содержится клетчатка и пектиновые вещества (в кожуре).
Из Сахаров содержатся глюкоза, фруктоза, сахароза. Их количество в клубнях зависит от сорта и изменяется в течение года, увеличивается в период зимнего хранения.
Сахароза - наиболее распространенный в природе дисахарид. Это главное соединение, в форме которого углерод и энергия транспортируются по растению [37]. Кроме того, что сахароза являются метаболическим субстратом, она участвует в передаче ряда важных сигналов, в том числе о переходе клеток к делению [246].
Селекционное направление создания сортов картофеля, пригодных к промпереработке на картофелепродукты
Для переработки на хрустящий картофель по данным Скляровой Н.П. [148] пригодны 16 сортов ВНИИКХ: Белоусовский, Вестник, Голубизна, Ра-менский, Бронницкий, Резерв, Осень, Эффект; а также для переработки в осенний период: Скороплодный и Удача. Один из важных показателей сорта - стабильное качество продукции независимо от сезонного времени переработки. Исследования показывают, что большинство современных сортов дают продукцию высокого качества в основном лишь в период уборки, более низкого - в январе-феврале и совсем неудовлетворительного - в апреле-мае [129].
Для расширения генетической базы сортов, пригодных к переработке, придания им наравне с основным признаком, других важных признаков, обуславливающих хозяйственную ценность сортов, начали вводить в скрещивание дикие формы.
Первые данные по изучению наследования в потомстве диплоидных и тетраплоидных форм были опубликованы американскими исследователями в 1973 году [172]. Авторы постулировали два доминантных гена, ответствен ных за проявление признака, где один ген контролирует блокировку накопления Сахаров при пониженной температуре.
Обсуждается проблема необходимости рекондиционирования в период хранения клубневого материала перед переработкой, так как при понижении температуры до +6, +8С происходит увеличение содержания редуцирующих Сахаров, вызывающие потемнение готового продукта.
Чтобы выявить наиболее ценные формы с точки зрения пригодности к переработке и в СССР и за рубежом изучили ряд диких диплоидных и тетра-плоидных видов, примитивные культурные виды. Основные работы по этому вопросу проводились в Ленинградском ВИРе В.И. Шинкаревым, Л.И. Туру-левой, А.ф. Бавыко, Е.В. Морозовой [159, 160, 161]. Они оценили большое количество диких и примитивных форм по пригодности к переработке на хрустящий картофель (изготовлением пробных образцов), по содержанию редуцирующих Сахаров в период уборки, способности сохранять довольно низкий уровень Сахаров в период хранения при +2С и способности быстро снижать его во время 14 дневного рекондиционирования при +21 С.
Изучение межвидовых гибридов с участием ряда форм серии Andigena позволило выявить, что не менее чем у 20% полученных гибридов (от скрещивания диких форм в сочетании с пригодными формами) наблюдалась устойчивость к потемнению мякоти при кулинарной обработке (варении и жарении) [218].
Устойчивость к ферментативному потемнению мякоти входит в оценку пригодности к переработке [199, 30]. Ее связывают с низким содержанием хлорогеновой кислоты, ферментативное окисление которой обуславливает потемнение сырой и вареной мякоти. Ряд ученых [269] предлагают вести отбор на пониженное содержание хлорогеновой кислоты.
Сорт Зарево является высококрахмалистым и высокоурожайным, выведен украинским селекционером А.А. Осипчуком. КЗ. Будин [1984] указывает, что крахмалистость контролируется многими неаллельными преимущественно доминантными генами, следовательно, есть возможность повысить содержание крахмала у будущих высокопродуктивных сортов за счет трансгрессии [18]. Для этого один из родителей должен быть высококрахмалистым. К таким сортам относятся: Эрдкрафт, Бекра, Березка, Белорусский крахмалистый, Кореневский и др. Альсмик П.И. [1972] установил, что наиболее эффективными будут скрещивания тех сортов и форм, где признак крахмалистости наиболее четко выражен, это у таких типов скрещивания, как высококрахмалистый х высококрахмалистый [4].
Основным направлением современной селекции картофеля на крах-малистость является не столько получение новых сортов с какой-то рекордной крахмалистостью, сколько соединение уже достигнутой высокой крахмалистости с другими важными хозяйственными и биологическими свойствами картофеля - со скороспелостью, урожайностью, устойчивостью к заболеваниям, механическим повреждениям, пригодностью к промышленной переработке [66, 41, 138].
При скрещивании форм картофеля, гомозиготных по ряду доминантных генов, наблюдали трансгрессию по ряду признаков: урожайности, содержание сухого вещества, крахмала, протеина. Обнаружение этих трансгрессий имеет большое значение в связи с тем, что раз созданные формы картофеля потом размножаются вегетативно, и полученный эффект может сохраняться в течение длительного времени [176, 251, 50, 51].
Содержание белка является полигенным признаком и определяется совместным действием многих неаллельных генов. Согласно обзору И.М. Яшиной и др. [167], наследование белковости определяется рядом рецессивных генов и проявляется лишь у гомозиготных по этому признаку форм. Получили высокобелковое потомство в результате скрещивания высокобелковых форм и низкобелковых - при использовании гетерозиготных родителей. Они предположили, что белковость имеет промежуточный тип наследования, т.е. подбор родительских пар можно осуществлять по фенотипу.
Селекция в этом направлении связана с определёнными трудностями из-за того, что систематические испытания исходного материала по таким показателям качества, как содержание редуцирующих Сахаров, склонность мякоти клубней к потемнению в процессе жарения и др. проводятся в незначительных объёмах, недостаточно разработаны методы подбора родительских пар для гибридизации и экспресс-тесты селекционно-ценных гибридов на пригодность к переработке.
Таким образом, успешное решение проблемы выведения пригодных сортов возможно путем целенаправленного подбора родительских форм с нейтральной реакцией к холодному хранению, с низким содержанием редуцирующих Сахаров на протяжении всего периода хранения.
Кроме того, одним из важных показателей высокой пригодности сорта к переработке является стабильность основных хозяйственно ценных признаков в различных агроэкологических условиях выращивания, гарантирующая получение сырья необходимого качества. Новые сорта должны удовлетворять не отдельным требованиям, а их комплексу, что значительно осложняет задачу селекционеров.
Оценка коллекционных образцов на пригодность к переработке и по комплексу хозяйственно ценных признаков
В направлении создания гибридов с высоким качеством пригодности к переработке без рекондиционирования в 2003 году впервые провели целенаправленные скрещивания. Для анализа использовали гибридные популяции, полученные с участием выделенных сортов и селекционных форм I группы пригодности, предположительно дающих в потомстве формы, пригодные для переработки без рекондиционирования, а также с участием образцов из других групп пригодности, как источники других ценных селекционных признаков (продуктивность, устойчивость к болезням и др.). Анализ популяций провели на гибридах первой и второй клубневых репродукций.
В остальных одноклубневых популяциях по цвету хрустящего картофеля оценивали только перспективные гибриды, отобранные в период уборки, по хозяйственно ценным признакам.
Из отборов, сделанных во II клубневой репродукции (2002г.), анализировали 12 популяций и в 7 оценили отобранные гибриды. Определение качества хрустящего картофеля проводили по методике предыдущего года. Применяли 3-4 срока оценки с рекондиционированием и один без рекондицио-нирования.
В 2003 году в конце декабря (28.12) оценили 12 одноклубневых гибридных популяций (с рекондиционировании) для проведения анализа наследования признака пригодности к переработке по показателям цвета образца. Результаты анализа, приведенные в таблице 7 показывают, что в большинстве популяций расщепление потомства по изучаемому признаку выражается непрерывным вариационным рядом от 9 до 1 балла, в некоторых - от 8 до 1 или от 7 до 1, а в одной популяции (2539) - от 5 до 1 балла.
Кривые распределения гибридов в отдельных популяциях соответствуют нормальному распределению (2450, 2545, 2543), но большинство из них характеризуются ассиметричностью в сторону минус-вариантов (популяции 2527, 2537, 2538, 2539, 2540, 2547) и значительно реже - в сторону плюс-вариантов (2451).
Часть проанализированных популяций при распределении по 9 классам характеризовалась некоторой неравномерностью, вызванной спадом частот в классах с баллами 4 и 5. Поэтому в каждой популяции расщепление пред ставлено и вторым вариационным рядом, в котором частоты распределены по более крупным четырём классам (9-7): (6-5): (4-3): (2-1).
Закономерности расщепления по цвету, наблюдаемые как при распределении по 9 классам, так и по 4 классам показывают, что средние значения в гибридных популяциях во всех случаях ниже средней у родительских форм, даже в вариантах 9x9, в которых использованы высокопригодные родители.
В популяциях, полученных с участием хотя бы одной родительской формы с баллами 8-9, средняя цвета хрустящего картофеля и частота встречаемости гибридов с баллами 7-9 была значительно выше, чем в популяциях от скрещивания 5x5 и 5x4.
Анализ потомства по цвету хрустящего картофеля в конце декабря 2003 года при рекондиционировании убедительно показывает, что для повышения частоты встречаемости пригодных гибридов необходимо в скрещиваниях использовать родительские формы с баллами 8 и 9. При этом достаточно высокие показатели отбора можно получить в потомстве от скрещиваний 9x9, 9x6, 9x5, 9x4, 9x3, 8x7, 8x6, 8x5 и другие, которые в нашем эксперименте отсутствовали (9x7, 9x8, 8x8, 8x7). Из числа родительских форм с баллами 8-9 выделились популяции, происходящие от сортов Эффект, Леди Розетта и Белоснежка, которые отличались высокими показателями средней цвета хрустящего картофеля и процентом пригодных гибридов в классах 7-9 баллов.
Экспериментальные данные, характеризующие закономерности расщепления по признаку цвета (табл. 7), показывают, что доля высокопригодных гибридов с баллами 7-9 в конце декабря, т.е. после двух месяцев хранения была достаточно высокой в популяциях с участием пригодных родителей, хотя и в этих популяциях вариационный ряд распределения гибридов уже был сдвинут в сторону минус-вариантов (популяции 2450, 2543, 2555, 2537).
Характеристика селекционных образцов из лучших гибридных комбинаций
В потомстве от скрещивания 5x5 и 4x5 доля пригодных гибридов в этот период была более низкой и составляла в среднем 4,27-7,2%.
По мере хранения клубней количество пригодных гибридов в популяциях постепенно уменьшалась, и во второй половине хранения остаются только единичные формы в потомстве от высокопригодных родителей. Об этом свидетельствуют данные оценки с рекондиционированием 9 гибридных популяций из 12 (табл. 7), и оценки проведенной без рекондиционирования (табл. 8), в которой расщепление в популяциях также отражено двумя вариационными рядами - по девяти и четырем классам.
Данные таблицы 8 показывают, что сразу после холодного хранения присутствие гибридов с баллами 7-9 отмечено только в трех популяциях, происходящих от скрещивания Эффект х Диво (36,8%), Леди Розетта х 88.16/20 (17,8%) и 88.16/20 х Россиянка (11,7%). В первой из них отмечен также относительно высокий процент гибридов с баллами 5-6.
В других шести проанализированных гибридных популяциях формы с баллами 7-9 отсутствовали. Только в двух популяциях, происходящих от сорта Эффект (Эффект х Гранола и Эффект х 128-6), отмечены формы с баллом 5, составляющие 21,8% и 11,1% соответственно.
Низкой степенью пригодности сразу после холодного хранения отличались остальные четыре популяции (2538, 2539, 2540, 2555). В потомстве, полученном с участием сорта Белоснежка, оценено слишком ограниченное количество образцов, что не позволяет в полной мере судить об этой популяции.
Распределение гибридного потомства по цвету хрустящего картофеля в пределах от 9 до 1 балла в популяции 2545 (Эффект х Диво) характеризовалось одним максимумом (с центром в классе 6 баллов) и соответствовало нормальному распределению. В остальных популяциях этой комбинации скрещивания частоты сдвинуты в сторону классов с низкими показателями, причем максимум частот в популяциях 2537 и 2543 отмечен в классе с баллом 3, а в остальных популяциях - в классе с баллом 2. Наиболее высокие показатели средней отмечены в популяциях, происходящих от пригодных родителей (Эффект, Леди Розетта), в которых ее значение составляло 6,2-3,1 балла, в отличие от потомства слабопригодных родителей с более низкими значениями средней (1,7-2,1 балла).
Таким образом, из 9 изученных популяций без рекондиционирования только в трех (33% от общего числа) наблюдалось наличие ценных гибридов с нейтральной реакцией к пониженным температурам, когда картофель хранится при +2, +3С. Частота таких форм варьировала от 36,8% до 7,8% и отмечена в основном в потомстве пригодных родителей - Эффект, Леди Розетта.
Относительно высокая доля пригодных гибридов в этих популяциях по сравнению с данными предыдущих лет, полученными при выделении образцов с нейтральной реакцией к холодному хранению, объясняется более высокой температурой хранения в зимний период 2003-2004 годах (+6, +6,5С). Мягкая теплая зима внесла свои коррективы в биохимические процессы, идущие в клубнях в период хранения и в частности в равновесие процесса крахмал-моносахара.
Для определения частоты встречаемости гибридов, пригодных к переработке в течение всего периода хранения (при условии рекондиционирования) были проанализированы генотипы 18 гибридных популяций. Данные, приведенные в таблице 9, показывают, что пригодные к переработке образцы с баллами 7-9 отмечены в 10 популяциях, из которых 5, с участием сорта Эффект, отличаются наиболее высокой частотой встречаемости пригодных гибридов (варьирование от 42,1-15,8%).
Относительно высокая частота ценных гибридов, сохранивших пригодность к переработке с рекондиционированием до конца хранения, наблюдалась также в потомстве от скрещивания Вестник х Зарево (25%), 93.20-149 х Россиянка (14,3%) и Сантэ х Белоусовский (13,3%). Более низкие показатели частоты гибридов с баллами 7-9 имели популяции Леди Розетта х 88.16/20 (10,8%) и Ресурс х 128-6 (4,8%). Из остальных 8 популяций в четырех встречались только формы с баллами 6-5 и в другой половине - формы с баллами 4-1. Результаты проведенного анализа убедительно показывают, что использование родительских форм с высокой пригодностью к переработке позволяет получить в потомстве наиболее высокий процент гибридов с баллами 7-9 и осуществлять перекомбинацию признака пригодности с другими хозяйственно ценными признаками. Особый интерес представляют популяции, содержащие высокий процент гибридов, пригодных к переработке в течение всего периода хранения, где в качестве материнского компонента скрещивания участвовал сорт Эффект, а в качестве отцовской - сорт Зарево. К их числу относятся популяции от скрещивания Эффект х Зарево, Эффект х 128-6, Эффект х Пушкинец, Вестник х Зарево. То есть, лучшие комбинации родительских форм, дающие в потомстве высокий процент ценных гибридов с баллами 7-9, следует использовать в скрещиваниях по программе селекции на пригодность к производству картофелепро-дуктов.
Согласно ранее проведенным исследованиям (Яшина, Юрьева, 1992) признак нейтральности обусловлен действием доминантного независимого гена-супрессора С, который блокирует действие доминантного гена М, ответственного за накопление редуцирующих Сахаров при понижении температуры до +1, +4С при которых картофель хранится. Причем, процессы накопления Сахаров, и реакция на рекондиционирование находятся под раздельным генетическим контролем.
