CC BY
133
Gonar, Barleta, Vodka, Vorsinsky 2, Vorsinsky, Signal can be called as conditionally malting varieties . JB Flavor, Annabel, Brenda, Elf, Anii, Fleet, City, Jin, Ramos and some others are interesting for lodging resistance. Bagan, Odessky 100, Nosovsky 9, Anna, Prikumsky yubileiny, Tonus, Donetsky 8, Zavetny, Ilek demonstrated high drought tolerance. Stimul, Mamlyuk, Obskoi, Veresk, Tonus, Voulkan, Omsky 96, Natalie, Zolotnik are most early-ripening varieties. High resistance to a local population of covered smut (Tilletia caries) is a characteristic of Jet, Priazovsky 9, Elf, Moskovsky 3/125, Ramos, Partner, Alliance, Bagan, Signal, Agoul 2, Omsky 85, Donetsky 8, Cuzdalets, Ratnik, Belgorodets, Khadzhibei, Zadel, Zolotnik.
As a result of studding a large set of entries a working collection was organized, which is used for the development of new hybrids. Key words: barley, collection, breeding, agronomic traits, entries, productivity, disease resistance, malting characteristics of grain.
УДК 575.117.2:633.11«324»
ВЛИЯНИЕ ГЕНОВ т НА ХЛЕБОПЕКАРНЫЕ КАЧЕСТВА МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
Т.А. РЫЖКОВА, младший научный сотрудник М.Ю. ТРЕТЬЯКОВ, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
И.П. МОТОРИНА, кандидат биологических наук, научный сотрудник
В.П. НЕЦВЕТАЕВ, доктор биологических наук, зав. лабораторией
Белгородский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. Изучение хлебопекарных качеств сортов нормальной (Корочанка), частично-wx(Коротышка) и wx-пшеницы(Софийка) показало, что шрот полного рецессива по wx-генам характеризуется высоким влагопоглощением, низкой вязкостью теста и устойчивостью к черствлению готовой продукции. Одного wx-гена в геноме пшеницы не достаточно для существенного улучшения качества хлебопекарной продукции. Изучение влияния среды на формирование физических свойств теста из зерна урожая2010и 2011 гг., на примере сортов Везёлка, Безенчукская 380, Фея и Уни 1 показало, что «стекание зерна» приводит к существенному изменению физических показателей теста, характеризующих углеводный комплекс зерновки. По сравнению с 2010 г., ретроградация уменьшилась на 55,4 %, вязкость - на 43,5 %, активность амилазы увеличилась на 21,8 %. В целом вклад средового фактора в вариацию этих показателей составлял 36...71 %. Миксограмма теста из такого шрота по физическим свойствам углеводного комплекса приближалась к типичной, характерной для образца с рецессивными аллелями wx. Ключевые слова: мягкая пшеница, wx-гены, миксолаб, стекание зерна, физические свойства теста
Гранулы крахмала состоят из двух типов молекул - амилоза и амилопектин. В пределах амилопластов синтез амилозы достигается благодаря ферменту GBSS (granule-bound starch synthase), известному также как waxy-протеин. Wx-протеины кодируются генами под названием «вакси» (Wx). Аллогексаплоиды (AABBDD), то есть мягкие пшеницы, несут три гомеологичных гена: Wx-А1 (хромосома 7АS-короткое плечо), Wx-В1 (7В^-длинное плечо) и Wx-D1 ^DS-короткое плечо) [1, 2].
Сорт пшеницы называется waxy, если объединяются три неактивных нуль-аллеля, что приводит к полному блокированию синтеза фермента GBSS и амилозы.
В этом случае крахмал состоит только из амилопек-тина. У пшеницы с одним или двумя нуль-аллелями синтез амилозы блокирован частично. Она называется частично-вакси (partial-waxy) [3, 4, 5].
Каждый неактивный wx - нуль-аллель вызывает снижение содержания амилозы в крахмале до определенного
уровня и меняет соотношение амилоза: амилопектин в зерне, что влияет на технологические свойства муки пшеницы и вкусовые качества конечной продукции.
Мука, полученная из м/х сортов пшеницы, в чистом виде не подходит для выпечки хлебобулочных изделий. Хлеб из нее отличается низким удельным объемом и липкой структурой мякиша (рис. 1). Наибольшая доля муки мх-пшеницы, использование которой не оказывает существенного отрицательного влияния на качество хлебобулочного изделия, составляет 30 %. В то же время мука мх-пшеницы обладает потенциалом улучшителя, который способствует меньшему черствлению готовой продукции [8].
Рис. 1. Внешний вид хлеба, выпеченного из смеси муки с различным содержанием муки мх-пшеницы) [8]: а - 0 %, в - 5
%, с - 10 %, d - 30 %, е - 50 %, 1 - 100 %.
В Белгородском НИИСХ Россельхозакадемии ведётся работа по созданию маху-сортов озимой мягкой пшеницы.
Цель наших исследований - повышение эффективности селекции продовольственной пшеницы. Для её решения необходимо было оценить эффект генов м/х на изменение технологических свойства шрота из зерна сортов озимой мягкой пшеницы. Другой задачей было определение влияния на вариацию этих свойств средо-вого фактора.
Таблица 1. Показатели качества шрота мягкой пшеницы на приборе Мик-солаб
Образец в а о ВПС \Замес\ Глютен+ \Вязкость\ Амилаза I Ретроградация
Софийка 73,2 9 5 2 0 5 3
Коротышка 67,3 9 4 2 5 8 8
Корочанка 64,9 8 2 5 2 4 5
Среднее 68,47 8,67 3,67 3,00 2,33 5,67 5,33
Условия, материалы и методы. Для решения поставленных вопросов использовали прибор Миксолаб (Франция), который позволяет тестировать 6 показателей качества этой культуры. Исследовали сорта озимой мягкой пшеницы урожая 2010 и 2011 гг. Метеоусловия вегетационного периода 2010 г. отличались повышенной температурой и недостаточной влагообеспеченно-стью в период созревания растений пшеницы, которые способствовали формированию высококачественного зерна. В 2011 г. во время налива и созревания зерна две недели подряд шли небольшие дожди, что привело к «стеканию зерна». В связи с этим оно, в частности, характеризовалось повышенной щуплостью.
В качестве образцов использовали следующие сорта: Софийка - сорт wx-пшеницы с тремя нуль-аллелями, полученный из Селекционно-генетического института от А.И. Рыбалка (Одесса) в 2011 г. (урожай 2010 г.); Коротышка - сорт частично-wx пшеницы, содержащий рецессив Wx-В1 [1], селекции Белгородского НИИСХ (урожай 2010 г.); Корочанка - сорт пшеницы, несущий доминантные аллели Wx, селекции Белгородского НИИСХ (урожая 2011 г.).
Для изучения влияния такого средового фактора, как «стекание зерна» на физические свойства теста анализировали сорта Везёлка,
Безенчукская 380, Фея и Уни 1 урожая 2010 и 2011 гг.
Хлебопекарные качества шрота определяли на приборе Миксолаб по ранее изложенной методике [6] в протоколе Chopin wheat+, предназначенном для анализа шрота.
Результаты и обсуждение. В смесях муки обычной и wx-пшеницы водопогло-щение возрастало по мере увеличения добавки муки wx-пшеницы. Рост ВПС муки дает «припек» хлеба, то есть увеличивает массовый выход продукта, а более активный амилолиз - повышает объем испеченного хлеба [5, 7, 8].
Следует отметить, что такой довольно важный для качества хлеба показатель, как «число падения» или индекс Хагберга, у пшеницы вакси колеблется в пределах 67... 80 с. Низкая величина этого показателя бывает только в муке из зерна хлебопекарных пшениц, проросшего в колосе. В нормальных условиях «число падения» для хлебопекарной пшеницы находится в пределах 350.400 с [1, 2].
Анализ реологических и ферментативных свойств показал, что влагопоглотительная способность (ВПС) исследуемых образцов характеризовалась высокими числовыми значениями, что объясняется в частности наличием в шроте оболочек. Наибольшая величина этого показателя отмечена у сорта waxy пшеницы Софийка, что также подтверждает литературные данные [8].
Самым стабильным в процессе замешивания теста также был образец Софийка, о чем свидетельствует высокая величина индекса Замес, который характеризует
поведение теста и его силу во время этой фазы при 30°С. Образец Корочанка отличался наименьшим показателем Замес, что нашло отражение и на миксограм-ме (рис. 2). Пик в течение 0.8 мин, высота и ширина которого обусловливают величину индексов ВПС и Замес, у этого образца был более узким и раньше, чем у других, пошел на снижение. Такие различия обусловлены особенностями белкового комплекса изученных образцов шрота.
Наиболее высокий индекс Глютен+ (5 баллов) отмечен у сорта Корочанка, а у образцов м/х и частично-мх пшеницы его величина составляла 2 балла. Низкий индекс Глютен+ указывает на большее снижение консистенции теста в фазе II (см. рис. 2).
Интересные результаты были получены по индексу вязкости (III фаза). Считается, что на этой стадии, то есть в процессе нагревания, роль протеинов переходит на второй план путём передачи воды крахмалу. Соответственно вязкость теста увеличивается.
Образцы полностью и частично мх-пшениц характеризовались полным или частичным отсутствием амилозы в крахмальном комплексе. У сорта Софийка это вызвало уменьшение индекса Вязкость до нуля и,
Образец Коротышка обладал достаточно высокой степенью вязкости теста (5 баллов), то есть действие одного гена м/х на величину этого показателя не проявилось. Образец шрота Корочанка при отсутствии мх-генов продемонстрировал более низкую, чем у Коротышки вязкость, которая оценена в 2 балла. Такую ситуацию, на наш взгляд, можно объяснить тем, что в 2011 г. наблюдалось «стекание зерна», которое могло отразиться на величине этого показателя, а также индекса Амилаза.
Такую гипотезу подтверждают результаты сравнительной оценки индексов качества сортов озимой мягкой пшеницы, полученные при анализе зерна урожая
2010 и 2011 гг. (табл. 2).
«Стекание зерна» несущественно сказалось на величине показателя Замес. Это, на наш взгляд, свидетельствует о том, что клейковинный комплекс эндосперма под действием упомянутого фактора изменялся слабо. Основной вклад в его вариацию вносили наследственные особенности образца. В то же время доля влияния среды достаточно велика в формировании показателя
следовательно, значительное снижение консистенции теста (см. табл. 1, рис. 2).
S
X
н
X
о
2
о
2
3
3
Е
>i
а.
£
время, мин
Рис. 2. Миксограммы исследуемых образцов: — - Софийка; ■ Корочанка.
- Коротышка;
Таблица 2. Показатели качества шрота сортов мягкой пшеницы на приборе Миксолаб по годам
Наименование Год ВПС Замес Глютен-+ Вяз- кость Амилаза Ретро- градация
Везёлка 2010 8 1 5 1 б 5
2011 8 1 5 1 б 2
Безенчукская 380 2010 9 2 5 3 6 7
2011 9 3 2 2 4 5
Фея 2010 8 1 6 2 б 6
2011 8 1 5 1 4 2
Уни1 (1D0) 2010 8 1 5 3 6 7
2011 8 2 4 1 4 3
Среднее 2010 8l3 1l3 5,3 2,3 5i5 6,3
2011 8l3 1i8 4,0 1,3 4l3 3,0
НСР0,05 0/ Доля влияния, %: - 0l9 2,0 1,3 1i5 1,5
года 12i5 31,7 36,4 64i1 70,7
сорта 75i0 44,3 45,5 7l7 24,7
случайные отклонения 12i5 24,0 18,2 28l2 4,6
Глютен, который отражает число водородных связей между пептидами белкового комплекса. Однако и здесь также лидирующая роль остается за генетическими особенностями сортов. Как и следовало ожидать, «стекание зерна» прежде всего затрагивает углеводный комплекс зерновки. Соответственно уменьшаются индексы Вязкости и Амилазы, что свидетельствует о повышении в
2011 г. активности амилолитических ферментов зрелого зерна пшеницы, по сравнению с 2010 г. Интересно, что доля влияния среды и генотипа на величину показателя Вязкости была близка. Вероятно, это связано с наследственными особенностями крахмального комплекса изученных сортов. Напротив, изменение индексов Амилазы и, в значительной степени, Ретроградации было обусловлено в эти годы средовыми факторами.
Таким образом, кривая миксограммы сорта Корочанка (рис. 2) отражает действие «стекания зерна» в 2011 г. Это привело к изменению физических свойств теста, подобному введению рецессивных генов wx в обычный по погодным условиям вегетационный период.
Индексы Вязкости и Амилазы связаны между собой. Считается, что низкое значение Вязкости указы-
вает на высокую активность амилолитических ферментов. Соответственно у сортов Софийка и Корочанка она была достаточно высокой (4.5 баллов), а у сорта Коротышка - наименьшая (8 баллов). Причем если у Софийки ферментативная активность связана с особенностями крахмального комплекса, обусловленного генами мх, то у Корочанки на нее повлияли факторы среды (дождливая погода в период налива зерна).
По индексу Ретроградации, характеризующему степень кристаллизации крахмала, выделился образец Софийка, отличающийся низкой величиной этого показателя, а, следовательно, и более медленным черствлением конечной продукции, что отмечено зарубежными исследователями в отношении мх-пшениц [8]. Характерно, что шрот из зерна Корочанки, подвергшегося «стеканию», также обладал более низким индексом черствления - ретроградации.
Выводы. Таким образом, полный рецессив по мх генам (безамилозный сорт) определяет высокое влагопо-глощение, низкую вязкость теста и хорошую устойчивость к черствлению конечной продукции. Введение одного рецессивного гена м/х недостаточно для существенного улучшения качества хлебопекарной продукции.
Тесто из зерна подвергшегося «стеканию» по физическим свойствам углеводного комплекса приближается к образцам, несущим рецессивные аллели генов м/х.
Использование прибора Миксолаб для выявления действия генов мх целесообразно в годы нормальные для формирования полноценного зерна. Если погодные условия приводят к «стеканию зерна» он мало эффективен.
Литература.
1. Климушина М.В., Дивашук М.Г., Карлов Г.И. Молекулярно-генетическая характеристика коллекции мягкой озимой пшеницы по генам, отвечающим за хлебопекарные и технологические качества муки. //Известия ТСХА. - 2009. - выпуск 3. - С. 80-88.
2. Скрининг коллекции мягкой озимой пшеницы КНИИСХимени П.П. Лукьяненко на наличие аллельных вариантов waxy-генов /Н.И. Гладких, Климушина М.В., Дивашук М.Г., Беспалова Л.А., Васильев А.В., Карлов Г.И. //XI Молодежная научная конференция «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеранарии». - Москва, 2011. - С. 20-21.
3. Graybosch R.A. Waxy wheats: origin, properties, and prospects // Food science & technology. - 1998. - No. 9. - Р. 135-142.
4. Рыбалка А.И., Копусь М.М., Донцов Д.П. Современные направления улучшения качества зерна ячменя. //Аграрный Вестник Юго-Востока. - 2009. - № 3. - С. 18-21.
5. Обухова Л.В., Лайкова Л.И., Шумный В.К. Анализ запасных белков (проламинов, пуроиндолинов и Waxy) у линий мягкой пшеницы Triticum aestivum L. х (Triticum timopheevii Zhuk. x Triticum tauschii) с комплексной устойчивостью к грибным инфекциям.// Генетика. - 2010. - № 6 (46). - С. 764-768.
6. Нецветаев В.П., Третьяков М.Ю., Рыжкова Т.А. Использование прибора Миксолаб при исследовании муки высшего сорта. // Судебная экспертиза. - 2011. - № 1. - С. 91-99.
7. Quality characteristics of waxy hexaploid wheat (Triticum aestivum L.): properties of starch gelatinization and retrogradation / K. Hayakawa, K. Tanaka, T. Nakamura, S. Endo, T. Hoshino // Cereal Chemistry. - 1997. - Vol. 74, No.5. - Р. 576-580.
8. End use quality of waxy wheat flour in various grain-based foods/ K. Hayakawa, K. Tanaka, T. Nakamura, S. Endo, T. Hoshino // Cereal Chemistry. - 2004. - Vol. 81, No. 5. - P. 666-672.
EFFECTS OF GENE WX ON COMMON WHEAT BAKING QUALITY T.A.Ryzhkova, M.Yu.Tretyakov, I.P.Motorina, V.P.Netsvetaev
Summary. The study of baking qualities in normal varieties (Korochanka), partially-wx (Korotyshka) and wx-wheat (Sophiyka), showed that the full meal for wx-recessives genes has a high water absorption, low viscosity and resistance to retrogradation test finished product. Wx-one recessive gene in the genome of wheat is not enough to significantly improve the quality of bakery products. The influence of environment on the formation of the physical properties dough from grain harvested in 2010 and 2011 was studied. We analyzed samples of common winter wheat Vezelka, Bezenchukskaya 380, Feya and Uni 1. It was established that the «run-off grain» leads to significant change physical indicators of dough reflecting a complex carbohydrate meal in the analysis of grains by the instrument Mixsolab. Thus, compared to 2010 retrogradation decreased 55.4%, amylase activity increased by 21.8%, the viscosity decreased by 43.5%. In general, the contribution of environmental factors in the variation of these parameters was 36-71%. Dough from this meal on the physical properties of the complex carbohydrate was close to typical mixograme characteristic of the sample with the recessive allele’s wx-loci.
Key words: common wheat, wx-genes, mixolab, run-off grain, physical properties of dough.
