Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 13
1.1 Производство высококачественного зерна пшеницы как важное 13
условие продовольственной безопасности
1.2 Содержание и качество клейковины как наиболее важные критерии качества зерна
1.2.1 Качественные характеристики зерна в связи с генетической обусловленностью содержания белка в зерне пшеницы
1.2.1.1 Генетика формирования белка в эндосперме зерна пшеницы
1.2.1.2 Генетические маркеры как метод повышения эффективности отбора на качество зерна 1.2.1.3 Влияние глютенинов на хлебопекарные качества зерна пшеницы
1.3 Биосинтез крахмала в зерне пшеницы в связи с проблемой Waxy- пшеницы
1.3.1 Крахмал и сахароза как основные продукты ассимиляции СО2 растений
1.3.1.1 Структура и свойства крахмала 31
1.3.1.2 Функции крахмала в хлебопечении 33
1.3.2 Генетическая природа Waxy-пшеницы 35
1.3.2.1 Полиморфизм Waxy-белков 37
1.3.2.2 Использование Waxy-пшениц 38
1.3.3 Особенности структуры крахмальных зерен в связи с качественными характеристиками зерна
1.3.3.1 Типы крахмала 41
1.4 Краткая история создания морфобиотипов
аллоцитоплазматической яровой пшеницы 43
1.4.1 Влияние генетических систем цитоплазмы на экспрессию ядерного генома 46
1.4.2 Основные требования, предъявляемые к хлебопекарным сортам пшеницы 50
2 Объект, методы и условия проведения исследований
2.1 Объекты исследований 53
2.2 Методы исследований
2.2.1 Полевые опыты (наблюдения и анализ структуры урожая растений)
2.2.2 Лабораторный анализ структуры урожая растений 54
2.2.3 Морфобиологическая идентификация генотипов растений АЦПГ
2.2.4 Методика проведения полимеразной цепной реакции 56
(ПЦР)
2.2.4.1 Выделение ДНК 56
2.2.4.2 Проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) 57
2.2.5 Основные критерии количества и качества клейковины 58
2.3 Агроклиматические условия проведения исследований 60
2.3.1 Полевые опыты 60
2.3.2. Характеристика метеоусловий в 2013-2015 годах 61
3 Результаты и их обсуждение 73
3.1 Сравнительная оценка морфобиотипов аллоцитоплазматической яровой пшеницы T.aestivum L. с различными типами цитоплазмы по комплексу хозяйственно-ценных признаков
3.1.1 Общая характеристика генетического разнообразия изучаемых генотипов (АЦПГ)
3.1.2 Сравнительный анализ формирования элементов продуктивности растений АЦПГ в зависимости от условий вегетации (2013 – 2015 годы)
3.1.3 Сравнительная характеристика изучаемых генотипов по содержанию и качеству клейковины
3.1.4 Уровень вариабельности количественных и качественных характеристик клейковины у отобранных генотипов с высоким содержанием клейковины в различных погодных условиях 2013 и 2014 годов
3.1.5 Морфологические особенности зерновок у ценных по качеству клейковины генотипов аллоцитоплазматической яровой пшеницы 5
3.2 Анализ высококачественных генотипов АЦПГ на основе 106
морфобиологической идентификации с использованием
молекулярного маркирования
3.2.1 Анализ генетического полиморфизма различных форм АЦПГ на основе молекулярного маркирования
3.2.1.1 Первая группа с эффектом «замещения» (№№ 1-12). 108
3.2.1.1.1 Особенность формирования элементов продуктивности растений у генотипов АЦПГ с эффектом «замещения»
3.2.1.1.2 Количественные и качественные характеристики клейковины в зерне генотипов у которых в геноме обнаружен эффект интрогрессии (замещение)
3.2.1.2 Вторая группа – генотипы с нефункциональным «нуль-аллелем» Wx- пшеницы (№№ 23; 26; 30)
3.2.1.2.1 Особенность формирования элементов продуктивности растений у генотипов АЦПГ выделенных по признаку наличия в геноме "нуль-аллеля" по Waxy- В1b (праймер 4F/4R)
3.2.1.2.2 Количественные и качественные арактеристики 127
клейковины в зерне генотипов, имеющих один "нуль-аллель" Waxy (Waxy-В1b)
3.2.1.3 Третья группа – генотипы с нормальным аллелем «normal allele» (№№ 13-22; 24; 25; 27-29)
3.2.1.3.1 Особенность формирования элементов продуктивности растений у генотипов АЦПГ, выделенных по признаку наличия в геноме нормального аллеля (праймер 4F/4R)
3.2.1.3.2 Количественные и качественные арактеристики 137
клейковины в зерне генотипов, имеющих
нормальный аллель (праймер 4F/4R)
Заключение 140
Выводы 14 3
Список сокращений 146
Список литературы
- Качественные характеристики зерна в связи с генетической обусловленностью содержания белка в зерне пшеницы
- Полевые опыты (наблюдения и анализ структуры урожая растений)
- Сравнительный анализ формирования элементов продуктивности растений АЦПГ в зависимости от условий вегетации (2013 – 2015 годы)
- Особенность формирования элементов продуктивности растений у генотипов АЦПГ выделенных по признаку наличия в геноме "нуль-аллеля" по Waxy- В1b (праймер 4F/4R)
Введение к работе
Актуальность исследований. Важнейшей и актуальной проблемой пищевой и
хлебопекарной промышленности является потребность в сильных и ценных
сортах пшеницы, у которых высокое качество зерна устойчиво сохраняется
даже в неблагоприятных условиях выращивания (переувлажнение, низкие
температуры). Сложность решения этой системной проблемы заключается в
известной биологической зависимости снижения качественных критериев зерна
у сортов по мере повышения у них урожайности, поскольку в системе
целостного онтогенеза между ними часто существуют отрицательные
корреляции. Изучение нового исходного материала на основе идентификации
сортообразцов аллоцитоплазматической пшеницы с улучшенной
урожайностью зерна при одновременном повышении или сохранении качества зерна, - актуальная проблема в решении продовольственного обеспечения страны.
Цели и задачи исследований – Цель исследований заключается в изучении уровня вариабельности качественных характеристик клейковины у генотипов аллоцитоплазматической яровой пшеницы в зависимости от уровня влагообеспеченности в фазу формирование и налива зерна в 2013-2015 годы. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Анализ 30 форм аллоцитоплазматической яровой пшеницы с различными типами цитоплазмы по комплексу биологических хозяйственно-ценных признаков в 2013-2015 годах.
-
Осуществить генетическую идентификацию изучаемых форм АЦПГ методом скрининга аллельного состава генов, связанных с качеством клейковины зерна.
-
Изучить вариабельность количественных и качественных характеристик клейковины у высококачественных генотипов аллоцитоплазматической пшеницы в зависимости от погодных условии в период налива зерна.
-
Провести анализ морфологических особенностей зерновок отражающих мукомольные свойства зерна у ценных по качеству клейковины форм ал-лоцитоплазматической яровой пшеницы.
-
Осуществить морфобиологическую идентификацию высококачественных генотипов АЦПГ с использованием молекулярного маркирования.
-
Изучить генотипические особенности сортов АЦПГ, связанные с качественными характеристиками зерна.
Научная новизна исследований заключается в разработке и практическом
использовании методических подходов к созданию новых высококачественных
морфобиотипов яровой пшеницы на основе ядерно-цитоплазматических
генетических систем с различными типами чужеродной цитоплазмы. Впервые установлена возможность создания морфобиотипов с повышенной устойчивостью сохранения качественных и количественных характеристик в условиях высокой влагообеспеченности в фазу налива зерна.
Впервые изучены высококачественные морфобиотипы
аллоцитоплазматической пшеницы, у которых в геноме обнаружен неактивный Wx–аллель, снижающий содержание амилозы в крахмале, что представляет практическую ценность для его использования в пищевой и спиртовой промышленности.
Практическая значимость работы. Впервые дана сравнительная оценка формирования качественных и количественных характеристик клейковины у созданных на основе молекулярного маркирования групп морфобиотипов в различные по влагообеспеченности годы (2013-2015): группа генотипов с эффектом интрогрессии (замещения); группа генотипов с нефункциональным «нуль-аллелем» Waxy-пшеницы (Waxy-B1b) и группа генотипов с нормальным аллелем («normal allele»)
Основные положения, выносимые на защиту:
генетическая идентификация различных морфбиотипов аллоцитоплазматической яровой пшеницы методом скрининга аллельного состава генов, связанных с качеством клейковины зерна.
вариабельность количественных и качественных характеристик клейковины высококачественных генотипов АЦПГ в зависимости от уровня влагообеспе-ченности в период налива зерна.
морфобиологические особенности зерновок, определяющих мукомольные свойства зерна у ценных по качеству клейковины генотипов пшеницы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, 3 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на IV (2013 г.) и V (2014 г.) Международных научно-практических конференциях преподавателей, молодых ученых и аспирантов «Инновационные процессы в АПК», Москва, ФГАОУ ВО РУДН, на Международных научно-практических конференциях «Современная парадигма научного знания: актуальность и перспективы», Москва, ФГАОУ ВО РУДН (2013, 2014 гг.).
Степень достоверности работы. Работа выполнена на современном научном и методическом уровне. Достоверность полученных результатов обусловлена методически правильной схемой полевых, морфологических и лабораторных исследований, высоким качеством иллюстраций, анализом количественных и качественных данных с привлечением элементов математического аппарата. Достоверность данных подтверждена их статистической обработкой с применением программ «Статистического пакета анализа данных в MS Excel 2010».
Личный вклад соискателя. Диссертация Хайтембу Г.Ш. представляет собой самостоятельное исследование, в процессе которого изучены аспекты
возможности реализации качественного потенциала сортообразцов
аллоцитоплазматической яровой пшеницы и устойчивости сохранения их качественных и количественных характеристик в условиях высокой влагообеспеченности в фазу налива зерна.
Результаты исследований, представленные в диссертации, получены автором в Департаменте техносферной безопасности АТИ РУДН, ряд анализов был проведен в Центре молекулярной биотехнологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, экспериментальные посевы проводились на Полевой опытной станции МСХА. Автор принимал непосредственное участие в разработке программы диссертационных исследований, ее осуществлении в полевых условиях, а также при лабораторных исследованиях в Центре молекулярной биотехнологии по изучению аллельного состояния высокомолекулярных глютенинов методом ПЦР. Научные результаты получены автором лично. Также самостоятельно проведен анализ полученных данных, сделан ряд важных и научно-обоснованных выводов, подготовлены научные публикации по результатам работы.
Объем работы и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, рекомендаций. Список использованной литературы включает 188 наименований, в том числе 115 иностранных источников. Работа изложена на 185 страницах компьютерного текста, содержит 35 таблиц, иллюстрирована 17 рисунками. Приложение включает 15 рисунков и две таблицы.
Объектом исследования являлись 30 генотипов аллоцитоплазматической
пшеницы T.aestivum L. на цитоплазме некоторых видов пшеницы (Triticum
timopheevii Zhuk), а также на цитоплазме ржи зерновой - Secale cereale L.
(озимый сорт Вятка).
Среди изучаемых 30 генотипов аллоцитоплазматической пшеницы (АЦПГ)
значительная часть (21 генотип) имеют чужеродную цитоплазму T. timopheevii,
в том числе 5 генотипов (№№ 5, 6, 7, 15 и 27) получены на основе
гибридизации с озимым сортом Заря, характерной особенностью которого являются, в частности, такие свойства как крупность зерновок и устойчивость к патогенам.
Пять генотипов (№№ 16, 19, 27, 28 и 29) - с обычной пшеничной цитоплазмой T.aestivum L., поскольку они получены в результате реципрокных (обратных) скрещиваний.
Четыре генотипа (№№ 20, 23, 26 и 30) имеют уникальный тип чужеродной цитоплазмы Secale cereale L., на основе которой в поздних поколениях АЦПГ были получены три гибридные формы путем скрещивания с озимым сортом Заря (№№ 23, 26 и 30).
Экспериментальные посевы проводились на Полевой станции МСХА им К.А.
Тимирязева в период с 2013 г по 2015 г в коллекционном питомнике АЦПГ.
Полевые опыты включали ручные и сеялочные посевы. Площадь ручных
посевов 1-5 м2, сеялочных посевов - 5 м2, с нормой высева 5.5 млн зерновок на
га. Проводилась оценка состояния растений в процессе их вегетации:
фенологические наблюдения, фиксация основных фаз развития растений;
продолжительность вегетационного периода от появления всходов до фазы
колошения и полной спелости зерна; устойчивость к полеганию (по 10-
балльной системе); уровень облиственности растений и визуальная оценка
интенсивности окраски листьев. Морфобиологическая идентификация
проводилась согласно Классификатора рода TRITICUM L. (составители: М.М. Якубцинер, А.А.Филатенко и др., 1977г, Ленинград). Определение содержания сырой клейковины в муке из мягкой пшеницы проводилось механизированным способом согласно ГОСТ Р 52189-2003 в лаборатории технологии зерна НИИСХ ЦРНЗ. Ассимиляционная площадь листьев (флаговый и предфлаговый листья) определялась на основе измерения линейных параметров листьев (макс. длина и ширина) с использованием поправочного коэффициента К=0,65. Выборка растений составляла не менее 10. Проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) осуществлялось CTAB-методом. Математическая обработка
полученных экспериментальных результатов проводилась с использованием «Статистического пакета анализа данных в MS Excel 2010».
Качественные характеристики зерна в связи с генетической обусловленностью содержания белка в зерне пшеницы
Молекулярная селекция (МB - Molecular breeding) может быть определена в широком смысле как использование генетических манипуляций, выполняемых на молекулярном уровне ДНК, для улучшения признаков, представляющих генетический интерес у растений и животных. Чаще всего молекулярная селекция предполагает использование маркеров (МАB - molecular marker-assisted breeding) и включает применение молекулярных биотехнологий, в частности молекулярных маркеров в сочетании с картами сцепления хромосом, с целью изменения признаков на основе генотипических анализов. Этот термин используется для описания нескольких современных стратегий, связанных с улучшением признаков, в том числе селекции с помощью маркеров (MAS -marker-assisted selection), беккроссировании с помощью маркеров (MABC -marker-assisted backcrossing), периодического отбора с помощью маркеров (MARS - marker-assisted recurrent selection), и геном отбора(GWS - genome-wide selection) или геномной селекции (GS - genomic selection [29]
Генетические маркеры отражают биологические особенности, которые определяются аллельными формами генов в генетических локусах и могут передаваться от одного поколения к другому. Генетические маркеры, используемые в области генетики и селекции растений, можно разделить на две категории: классические маркеры и маркеры ДНК [30]. Классические маркеры включают морфологические маркеры, цитологические маркеры и биохимические маркеры. ДНК-маркеры основанные на изучении различных полиморфных форм включают различные методы: Саузернблоттинг гибридизация ядерная кислота - southern blotting – nuclear acid hybridization, ПЦР - полимеразной цепной реакции, и секвенирование ДНК, такие как RFLP restriction fragment length polymorphisms, AFLP - (amplified fragment length polymorphism) полиморфизм длины амплифицированных фрагментов , RAPD (random amplified polymorphic) случайно амплифицированная полиморфная ДНК, SSR - (simple sequence repeat) простые повторяющиеся последовательности (микросателлиты), SNP - (single nucleotide polymorphism) однонуклеотидный полиморфизм и т.д. [31]. Морфологические маркеры используются в качестве вспомогательного инструмента для отбора растений с желаемыми признаками. Изначально, в ранней истории селекции растений, маркеры включали в основном визуальные признаки, такие как форма листа, его окраска, опушенность листьев, характеристика плодов и семян, их окраска и форма и другие морфологические признаки. Эти морфологические маркеры, как правило, представляют собой генетические полиморфы, которые легко идентифицировать и манипулировать ими. Таким образом, они, как правило, используются в разработке карт сцепления. Некоторые из этих маркеров связаны с другими агрономическими признаками и, таким образом, могут быть использованы в качестве косвенных критериев отбора в практической селекции. В период зеленой революции, отбор полукарликовых форм риса и пшеницы был одним из важнейших факторов, который способствовал успеху создания высокоурожайных сортов. Это можно рассматривать в качестве примера успешного использования морфологических маркеров в современной селекции.
Тем не менее, эффективность морфологических маркеров ограничена, поскольку многие из них не связаны с важными хозяйственными признаками (например, урожайность и качество) и даже могут проявить в дальнейшем нежелательные последствия для развития и роста растений.
Биохимические (белковые маркеры) также могут быть отнесены к молекулярным маркерам, которые называются ДНК-маркерами. Изоферменты альтернативных форм или структурные варианты фермента различаются молекулярной масойы и электрофоретической подвижностью, но имеют одинаковую каталитическую активность или функцию. Изоферменты отражают продукты различных аллелей, а не различных генов, так как разница в электрофоретической подвижности объясняется точечной мутацией в результате замены аминокислот [30]. Генетические маркеры могут быть использованы для оценки чистоты сорта и отбора в селекции. Другим примером биохимических маркеров, используемых в селекции растений, являются высокомолекулярные глютенины субъединицы (HMW-GS) у пшеницы. Payne и др. (1987) обнаружили корреляцию между наличием определенного глютенина HMW-GS с объемом SDS-седиментации. Исходя из этого, они разработали числовую шкалу для оценки хлебопекарного качества клейковины в зависимости от наличия субъединиц (Glu-1) [31, 32]. Комбинация субъединиц 5+10 для локуса Glu-D1 (Glu-D1 5+10) оказывает более сильное влияние на качество клейковины, чем Glu-D1 2+12, в значительной степени из-за наличия дополнительного остатка цистеина в субъединице Dx-5 по сравнению с субъединицей Dx- 2, которая будет способствовать образованию полимеров с более широким распределением по размерам.
Поэтому селекционеры могут повысить хлебопекарные качества пшеницы путем отбора комбинации субъединицы Glu-D1 5+10 вместо субъединицы Glu 25 D1 2+12. Конечно, варьирование хлебопекарных качеств различных сортов не может быть объяснено лишь изменением состава HMW-GS, так как субъединица глютенина с низкой молекулярной массой (LMW-GS), а также наличие глиадинов в меньшей пропорции и их взаимодействие с HMW-GS также играют важную роль в формировании прочности клейковины и хлебопекарных качеств [33].
Полевые опыты (наблюдения и анализ структуры урожая растений)
В качестве объектов исследования были использованы 30 генотипов аллоцитоплазматической пшеницы T.aestivum L. на цитоплазме некоторых видов пшеницы (Triticum timopheevii Zhuk), а также на цитоплазме ржи зерновой - Secale cereale L. (озимый сорт Вятка).
Среди изучаемых 30 генотипов аллоцитоплазматической пшеницы (АЦПГ) значительная часть (21 генотип) имеют чужеродную цитоплазму Т. timopheevii, в том числе 5 генотипов (№№ 5, 6, 7, 15 и 27) получены на основе гибридизации с озимым сортом Заря, характерной особенностью которого являются, в частности, такие свойства как крупность зерновок и устойчивость к патогенам. (Таблица 9).
Пять генотипов (№№ 16, 19, 27, 28 и 29) - с обычной пшеничной цитоплазмой T.aestivum L., поскольку они получены в результате реципрокных (обратных) скрещиваний.
Четыре генотипа (№№ 20, 23, 26 и 30) имеют уникальный тип чужеродной цитоплазмы Secale cereale L., на основе которой в поздних поколениях АЦПГ были получены три гибридные формы путем скрещивания с озимым сортом Заря (№№ 23, 26 и 30).
На основе комплексного изучения АЦПГ с использованием молекулярного маркирования и анализа клейковины были выделены морфобиотипы на основании общности их генетических характеристик, связанных с качественными параметрами зерна. В частности были сформированы следующие специфические группы морфобиотипов: Первая группа с эффектом «замещения» (№№ 1-12) Вторая группа - генотипы с нефункциональным «нуль-аллелем» Wx-пшеницы (№№ 23; 26; 30)
Экспериментальные посевы проводились на Полевой станции МСХА им К.А. Тимирязева в период с 2013 г по 2015 г в коллекционном питомнике АЦПГ. Опыты включали сеялочные посевы (площадь сеялочных посевов 5 м2 с нормой высева 5.5 млн. зерновок на га).
Морфологические признаки: тип куста у развитых растений и их высота; окраска листовой пластинки (Приложение.. Таблица 1и 2); степень облиственности растений; площадь флаговых и предфлаговых листьев; характер стебля (толщина и гибкость); положение и форма колоса; размеры колоса (длина, ширина) и его плотность; остистость (степень) и окраска колоса; форма зерновки и ее выполненность, ее размеры и окраска; структура эндосперма; форма бороздки; оценка консистенции (стекловидности) зерна в различные годы (2013-2015 годы).
Биологические особенности: быстрота роста от всходов до колошения и от колошения до полного созревания; фенология - продолжительность различных периодов вегетации; степень устойчивости к полеганию.
Идентификация проводилась согласно Классификатора рода TRITICUM L. , составители: М.М. Якубцинер, А.А.Филатенко и др., 1977г, Ленинград. Оценка хозяйственно-важных признаков включала: определение продуктивности колоса (растений) и других элементов продуктивности в соответствии с общепринятыми методиками (масса 1000 семян, натурный вес зерна и др.). Изучение микроструктуры зерновок проводили на сканирующем электронном микроскопе JSM-6490 на поперечных срезах зерновок (средняя часть зерновок). Ассимиляционная площадь листьев (флаговый и предфлаговый листья) определялась на основе измерения линейных параметров листьев (максимальная длина и ширина а также площадь листы) с использованием поправочного коэффициента К=0,65. Выборка растений составляла 10 (Приложение.. Таблица 1и 2).
Сравнительный анализ формирования элементов продуктивности растений АЦПГ в зависимости от условий вегетации (2013 – 2015 годы)
В 2015 году число зерновок с главного колоса изменялось в пределах от 25,0±4,8 шт. у № 13 и до 47,3±9,6 шт. - у № 22. В 2015 году у всех генотипов АЦПГ наблюдалось значительное снижение числа зерновок в главном колосе по сравнению с другими годами (за исключением № 22). По данному показателю средне сортовое значение (34,6±5,5), превзошли 15 генотипов. Из них, наибольшее количество зерновок в главном колосе (47,3±9,5 шт) отмечено у генотипа № 22. Ниже средне сортового показателя оказались 15 генотипов, из них, наименьшее количество зерновок в главном колосе (25,5±5,6) отмечено у генотипа № 1 (Таблица 13).
Средне сортовое значение показателя «число зерновок с главного колоса» за три года варьировало в пределах от 34,6±5,5 шт. (2015 год) до 39,5±1,0 шт (2013 год). Наибольшие показатели числа зерновок с главного колоса были отмечены в наших опытах в 2013 году, наименьшие в 2015 году, а в 2014 году среднее значение показателя число зерновок с главного колоса составило 35,3±0,6 шт. Варьирование числа зерновок в главном колосе у различных генотипов за три года носит специфический характер, что отражается на соотношении этого признака с такими показателями как число колосков в главном колосе, масса зерновок с одного колоса, масса 1000 зерновок.
Масса зерновок в главном колосе - Масса зерновок в главном колосе определяется количеством продуктивных колосков в колосе и их озерненностью, а также крупностью семян (масса 1000 зерен), что является важнейшим признаком продуктивности, который может быть улучшен селекционным путем (Лукьяненко П.П., 1963, 1967; Мединский А.В., 2015) [168, 169, 170]. В ранее проведенных исследованиях установлена прямая корреляционная зависимость урожая от количества зерновок в колосе. Данные выводы были подтверждены многочисленными исследователями, установившими, что у пшеницы при увеличении массы зерна колоса на 0,1 г урожайность зерна пшеницы возрастает на 43,8 г/м2.
В 2013 году масса зерновок с колоса варьировала в пределах от 1,1±0,2 г у генотипа № 1, до 2,0±0,1 г - у генотипа № 23. По данному показателю средне сортовое значение (1,5±0,1 г) превзошли 11 генотипов. Из них, наиболее высокая масса зерновок в колосе (2.0±0,1 г) отмечена у генотпа № 23. Ниже средне сортового уровня этот показатель отмечен у 14 генотипов, из них, наименьшую массу зерновок с колоса (1,1±0,1 г) имел № 1, тогда как у пяти генотипов, масса зерновок с колоса была на средне сортовом уровне (Таблица 11).
В 2014 году масса зерновок с колоса варьировала в пределах от 1,2±0,1 г у генотипа № 11, до 2,0±0,1 г - у № 5. По данному показателю среднее значение (1,5±0,0 г), превзошли 12 генотипов. Из них, наибольшую массу зерновок с колоса (2.0±0,1 г) имел генотип № 5. Показатели ниже средне сортового уровня отмечены 11 генотипов, из них, наименьшая масса зерновок с колоса (1,1±0,1 г) - у № 1, а у семи генотипов масса зерновок с колоса соответствовала средне сортовому уровню (Таблица 12).
В 2015 году масса зерновок с колоса варьировала в пределах от 1,2±0,4 г у генотипа № 14, до 2,2±0,6 г - у № 24. В 2015 году у генотипов АЦПГ наблюдалось значительное увеличение массы зерновок в колосе по сравнению с другими годами (хотя, не во всех вариантах). По данному показателю средне сортовое значение (1,7±0,3 г), превзошли 11 генотипов. Из них, наибольшую массу зерновок с колоса (2.2±0,1 г) имел генотип № 24. Ниже средне сортового уровня отмечено 15 генотипов, из них наименьшую массу зерновок с колоса (1,2±0,4 г) имел генотип № 14, а у пяти генотипов, масса зерновок с колоса соответствовала средне сортовому показателю (Таблица 13).
Средне сортовое значение показателя массы зерновок с колоса за три года варьировало в пределах от 1,5±0,0 г (2014 год) до 1,7±0,3 г (2015 год), Наибольшие показатели масса зерна с колоса были отмечены в полевых опытах в 2015 году, наименьшие - в 2014 году, а в 2013 году средне сортовое значение показателя массы зерновок с колоса составило 1,5±0,0 г.
Масса 1000 (семян) зерновок - Крупность зерновок, выраженная через массу 1000 семян, характеризует урожайные свойства семян и относится к сортовым признакам. W. Damisch (1970) утверждает, что масса 1000 зерен определяет урожай на 23,2 %. Данный признак является важным компонентом урожая и зависит не только от патологических, энтомологических и климатических факторов, но и в значительной степени от биологических особенностей сорта. Масса 1000 зерен – генотипически обусловленный признак, который вносит ощутимый вклад в продуктивность генотипа, характеризует технологические и посевные качества семян, отражая количество вещества, содержащегося в зерне, его крупность (Лелли Я., 1980; Сечняк Л.К., 1981; Зыкин В.А., 2000; Рутц, Кашуба 2006; Савкин и др., 2010; Стрижова Ф.М., 2012) [171, 172, 173, 174, 175, 176,].
В 2013 году масса 1000 семян изменялась в пределах от 30,9±2,4 г, у генотипа № 11, до 42,3±2,9 г - у № 26. В 2013 году у генотипов АЦПГ средне сортовой уровень был значительно ниже по сравнению с другими годами (за исключением некоторых генотипов). По данному показателю средне сортовое значение (37,0±0,6 г), превзошли 18 генотипов. Из них, наибольшая масса 1000 семян (42,3±2,9 г) отмечена у № 26. Ниже средне сортового уровня этот показатель был у 12 генотипов, из них наименьшую массу 1000 семян (30,9±2,4 г) имел генотип № 11 (Таблица 11).
Особенность формирования элементов продуктивности растений у генотипов АЦПГ выделенных по признаку наличия в геноме "нуль-аллеля" по Waxy- В1b (праймер 4F/4R)
Актуальной проблемой пищевой и хлебопекарной промышленности является потребность в сильных и ценных сортах пшеницы, у которых высокое качество зерна устойчиво сохраняется даже в неблагоприятных условиях выращивания (переувлажнение, низкие температуры и др.).
Известно, что для сельскохозяйственного производства пшеницы, как и для других культур, важна реализация максимальных возможностей сорта для обеспечения стабильности урожайности по годам. Кроме того, важным фактором, определяющим потребительские свойства пшеничных муки и хлеба, является качество перерабатываемого зерна, обусловленное его химическим составом и технологическими свойствами, которые, в свою очередь, зависят от сортовых особенностей, почвенно-климатических условий выращивания, а также от уровня агрокультуры.
Снижение качества зерна обусловлено, главным образом, уменьшением массовой доли клейковины и выражено не только в негативном изменении соотношения между товарными классами, но и в ухудшении хлебопекарных свойств зерна и муки из пшеницы всех товарных классов.
Хлебопекарные свойства пшеничной муки зависят от белкового комплекса зерна и содержания клейковино-образующих фракций. Поэтому решение проблемы стабилизации высокого качества зерна пшеницы тесно связано с изучением формирования белков, влияния на них элементов технологии, абиотических и биотических факторов.
Одним из подходов к решению этой проблемы является изучение сортообразцов аллоцитоплазматической пшеницы с улучшенной урожайностью зерна при одновременном повышении или сохранении качества зерна, что важно для обеспечения в будущем устойчивых и качественных урожаев.
В связи с этим изучение коллекции из 30 генотипов аллоцитоплазматической пшеницы (АЦПГ), различающихся по типам чужеродной цитоплазмы, позволило выявить в нестабильных погодных условиях Московского региона генотипы АЦПГ с широким спектром онтогенетической адаптации, обеспечивающей устойчивое сочетание высокой продуктивности с хорошими хлебопекарными качествами зерна. Эти качества детерминируются рядом факторов, главные из которых - количественное и качественное состояние клейковины, соотношение компонентов крахмала, текстура эндосперма зерновки, форма зерновки, размеры и форма петли бороздки.
Для поиска перспективных генотипов с качественными характеристиками зерна были использованы ДНК-маркеры, поскольку наибольшее влияние на хлебопекарные качества зерна пшеницы оказывает состав высокомолекулярной фракции глютенинов. В работе была использована балльная оценка хлебопекарных качеств, определяемых аллелями Glu-1.
Для оценки этих генотипов как потенциальных носителей хороших хлебопекарных свойств был проведен скрининг аллельного состава генов, связанных с хлебопекарными свойствами зерна (количество сырой клейковины), с одновременной оценкой технологических показателей зерна, отражающих качество клейковины (седиментация и ИДК).
На основании сравнительного анализа элементов продуктивности морфобиотипов аллоцитоплазматической яровой пшеницы в различных погодных условиях (2013-2015 годы) выявлены генотипы, у которых хорошая продуктивность растений сочетается с высокой крупностью зерновок. Особенно выделяются формы, относящиеся к группе Waxy-пшениц (№№ 23, 26 и 30). Результаты сравнительного изучения вариабельности количественных и качественных характеристик клейковины у морфобиотипов АЦПГ в различающиеся по влагообеспеченности годы (2013 и 2014 годы) в фазу налива зерна отражают незначительные изменения качественных характеристик клейковины, тогда как содержание клейковины в 2013 году снизилось на 10,1% (№ 24) до 12,8 % (№ 23). Сравнительный анализ элементов продуктивности морфобиотипов аллоцитоплазматической яровой пшеницы в различных погодных условиях (2013-2015 годы) выявил генотипы (№№ 23, 26 и 30), у которых высокая крупность зерновок сочетается с хорошей продуктивность растений. Особенность этих генотипов состоит в том, что они все относятся к категории (группе) Waxy-пшениц поскольку содержат в геноме нефункциональный "нуль аллель" по Waxy-Bib (праймер 4F/4R). Waxy-пшеница является высокопотенциальной культурой для пищевой и спиртовой промышленности, что обусловлено тем, что Waxy-Bib гены оказывают наибольшее влияние на снижение амилозы и качество продукции, а крахмал с пониженным содержанием амилозы становится более чувствителен к механическому воздействию.