Исходный материал для селекции сортов ярового ячменя с высоким качеством зерна

   Актуальность. Ячмень (Hordeum vulgare L.) используется на кормовые и пищевые цели. Проблема повышения качества зерна ячменя, в частности содержания белка, имеет практическое значение для селекции.

   Целью исследования является выделение высокобелковых генетических источников ярового ячменя для селекции новых сортов и поиск возможности прогноза содержания белка в зерне по содержанию хлорофилла в листьях.

   Материалы и методы. Исследования проведены в 2018–2020 гг. на 28 генотипах ячменя различного эколого-географического происхождения в соответствии с общепринятыми методиками. Содержание белка в зерне определяли методом спектроскопии в ближней инфракрасной области, содержание хлорофиллов – спектрофотометрически в ацетоновых вытяжках листьев по методике: Chlorophylls and carotenoids: measurement and characterization by UV-VIS spectroscopy.

   Результаты и заключение. Содержание белка в зерне статистически значимо коррелировало с количеством осадков (r = 0,67), суммой эффективных температур (r = 0,75) и гидротермическим коэффициентом (r = 0,76) за вегетационный период. Выделены генотипы с высоким содержанием белка в зерне, высокой натурной массой зерна и выравненностью. Образцы к-30574 и к-30256, имеющие высокую урожайность и устойчивость к полеганию, являются перспективными для селекции высокобелковых сортов. Высокой пластичностью по показателю «содержание белка» характеризовались образцы к-15619, к-30379 и к-31046. Стабильно высоким содержанием белка в зерне отличался образец к-5983. Выявлены статистически значимые корреляции между содержанием хлорофиллов во флаговом листе и содержанием белка в зерне в наборе сортов с показателем экологической пластичности b_i ниже единицы (r = 0,585…–0,645). У образцов экстенсивного типа с повышением содержания пигментов в листьях наблюдали снижение содержания белка (r = –0,643 и –0,638 для Chl a и Chl b соответственно; r = –0,645 для суммарного хлорофилла). Высокий уровень соотношения Chl a/b может указывать на повышенное содержание белка в зерне этих сортов (r = 0,585).

1. Абдурахманов О.Х., Ражабов А.Н., Баракаев Н.Р. Признаки качества местных сортов зерна и методы их определения. Вестник аграрной науки Узбекистана. 2019;78(4):99-102.

2. Aranguren M., Castellón A., Aizpurua A. Wheat grain protein content under Mediterranean conditions measured with chlorophyll meter. Plants. 2021;10(2):374. DOI: 10.3390/plants10020374

3. Deivasigamani S., Swaminathan C. Evaluation of seed test weight on major field crops. International Journal of Research Studies in Agricultural Sciences. 2018;4(1):8-11. DOI: 10.20431/2454-6224.0401002

4. Дубовик Д.В., Чуян О.Г. Качество сельскохозяйственных культур в зависимости от агротехнических приемов и климатических условий. Земледелие. 2018;(2):9-13. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10202

5. Ghassemi-Golezani K., Mousavi S.A. Improving physiological performance and grain yield of maize by salicylic acid treatment under drought stress. Journal of Plant Physiology and Breeding. 2022;12(2):1-10. DOI: 10.22034/jppb.2022.16041

6. Глуховцев В.В., Дровальева Н.В. Особенности формирования белка и его аминокислотного состава в зерне ярового ячменя в зависимости от погодных условий в Среднем Поволжье. Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2011;6(2):120-123.

7. Горпинченко Т.В. Оценка качества сортов сельскохозяйственных культур как сырья для переработки. Москва: РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева; 2008.

8. ГОСТ 10840-64. Межгосударственный стандарт. Зерно. Методы определения натуры. Москва: Стандартинформ; 2009. URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294840/4294840037.pdf?ysclid=lyr6n96iid617808230 [дата обращения: 17. 10. 2023].

9. Губанова В.М., Губанов М.В. Технологические и биохимические характеристики зерна пленчатого и голозерного ячменя в условиях Северного Зауралья. Пермский аграрный вестник. 2018;4(24):47-52.

10. Hagenblad J., Vanhala T., Madhavan S., Leino M.W. Protein content and HvNAM alleles in Nordic barley (Hordeum vulgare) during a century of breeding. Hereditas. 2022;159(1):12. DOI: 10.1186/s41065-022-00227-y

11. Hansen P.M., Jørgensen J.R., Thomsen A. Predicting grain yield and protein content in winter wheat and spring barley using repeated canopy reflectance measurements and partial least squares regression. The Journal of Agricultural Science. 2002;139(3):307-318. DOI: 10.1017/S0021859602002320

12. Hoel B.O. Chlorophyll meter readings in winter wheat: cultivar differences and prediction of grain protein content. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B – Soil and Plant Science. 2002;52(4):147-157. DOI: 10.1080/090647103100004843

13. Jaeger A., Zannini E., Sahin A.W., Arendt E.K. Barley protein properties, extraction and applications, with a focus on brewers’ spent grain protein. Foods. 2021;10(6):1389. DOI: 10.3390/foods10061389

14. Javed A., Ahmad N., Ahmed J., Hameed A., Ashraf M.A., Zafar A.S. et al. Grain yield, chlorophyll and protein contents of elite wheat genotypes under drought stress. Journal of King Saud University – Science. 2022;34(7):102279. DOI: 10.1016/j.jksus.2022.102279

15. Лекеш Я., Бареш И., Форал А., Одигнал И., Ружичка Ф., Бобек М., Трофимовская А., Лукьянова М., Корнейчук В., Ильина Н., Ярош Н. Международный классификатор СЭВ рода Hordeum. Ленинград: ВИР; 1983.

16. Lichtenthaler H.K., Buschmann C. Chlorophylls and carotenoids: measurement and characterization by UV-VIS spectroscopy. In: R.E. Wrolstad, T.E. Acree, H. An, E.A. Decker, M.H. Penner, D.S. Reid, S.J. Schwartz, C.F. Shoemaker, P. Sporns (eds). Current Protocols in Food Analytical Chemistry. New York, NY: John Wiley and Sons; 2001. F4.3.1-F4.3.8. DOI: 10.1002/0471142913.faf0403s01

17. Liu L., Sun G., Ren X., Li C., Sun D. Identification of QTL underlying physiological and morphological traits of flag leaf in barley. BMC Genetics. 2015;16:29. DOI: 10.1186/s12863-015-0187-y

18. López-Bellido R.J., Shepherd C.E., Barraclough P.B. Predicting post-anthesis N requirements of bread wheat with Minolta SPAD meter. European Journal of Agronomy. 2004;20(3):313-320. DOI: 10.1016/S1161-0301(03)00025-X

19. Лоскутов И.Г., Ковалева О.Н., Блинова Е.В. Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса. Санкт-Петербург: ВИР; 2012.

20. Малкандуев Х.А., Малкандуева А.Х., Шамурзаев Р.И., Базгиев М.А. Влияние сроков посева на урожайность и качество зерна озимой пшеницы. Инновации и продовольственная безопасность. 2018;(3):93-97. DOI: 10.31677/2311-0651-2018-0-3-93-97

21. Nayak D.K., Sahoo S., Barik S.R., Sanghamitra P., Sangeeta S., Pandit E. et al. Association mapping for protein, total soluble sugars, starch, amylose and chlorophyll content in rice. BMC Plant Biology. 2022;22:620. DOI: 10.1186/s12870-022-04015-8

22. Носкова Е.Н., Зайцева И.Ю., Лисицын Е.М. Пригодность параметров содержания пигментов в листьях для селекции ярового ячменя. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019;6(176):22-26.

23. Опанасюк И.В., Белкина Р.И. Качество зерна сортов ячменя и факторы, определяющие его в условиях Северного Зауралья. Вестник КрасГАУ. 2012;3(66):63-66.

24. Peltonen J., Virtanen A., Helenius J., Salopelto J., Kittilä K., Eloranta E. Determination of barley nitrogen status with chlorophyll meter for high β-amylase in grains. Agricultural and Food Science. 1995;4(5-6):495-501. DOI: 10.23986/afsci.72625

25. Прядун Ю.П. Формирование белка в зерне коллекционных образцов ярового ячменя в условиях северной лесостепи Челябинской области. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013;171:69-72.

26. Racz I., Hirişcău D., Berindean I., Kadar R., Muntean E., Tritean N. et al. The influence of flag leaf removal and its characteristics on main yield components and yield quality indices on wheat. Agronomy. 2022;12(10):2545. DOI: 10.3390/agronomy12102545

27. Радюкевич Т.Н., Бондарева Л.М., Лашина Н.М. Изучение коллекции ярового ячменя для целей селекции на северо-западе России. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2019;(55):16-22. DOI: 10.24411/2078-1318-2019-12016

28. Щенникова И.Н., Кокина Л.П. Перспективы селекции ячменя для условий Волго-Вятского региона (аналитический обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(1):21-31. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.1.21-31

29. Шулепова О.В., Санникова Н.В., Ковалева О.В. Оценка биохимического состава зерна различных сортов ярового ячменя в зависимости от предпосевной обработки в условиях лесостепной зоны Зауралья. Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2021;1(64):63-69.

30. Тетянников Н.В., Боме Н.А. Генетические ресурсы ячменя и их использование в селекции : монография. Москва: Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства; 2022.

31. Tofiq S., Haseeb S., Ahmad K., Hama S.J. Response of grain yield and its components to organic matter and removal of some photosynthetic organs of durum wheat (Triticum aestivum L.) in two years of Sulaimani-Iraq region. International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences. 2015;5:134-140.

32. Wang Z.J., Wang J.H., Liu L.Y., Huang W.J., Zhao C.J., Wang C.Z. Prediction of grain protein content in winter wheat (Triticum aestivum L.) using plant pigment ratio (PPR). Field Crops Research. 2004;90(2-3):311-321. DOI: 10.1016/j.fcr.2004.04.004

33. Ерошенко Л.М., Дедушев И.А., Ромахин М.М., Ерошенко А.Н., Ерошенко Н.А. Ромахина В.В. Влияние гидротермического коэффициента на крупяные качества сортов ячменя в условиях Нечерноземной зоны. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2020;2(184):26-32.

34. Yu W., Tan X., Zou W., Hu Z., Fox G.P., Gidley M.J. et al. Relationships between protein content, starch molecular structure and grain size in barley. Carbohydrate Polymers. 2017;155:271-279. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.08.078

35. Юсова О.А., Николаев П.Н., Поползухин П.В. Формирование качества зерна пивоваренных сортов ячменя в зависимости от условий периода вегетации. Земледелие. 2015;(5):44-46.

36. Зыкин В.А., Белан И.А., Юсов В.С., Кираев Р.С., Чанышев И.О. Экологическая пластичность сельскохозяйственных растений (методика и оценка). Уфа; 2011.