Оценка содержания крахмала в зерне и реакции на М- и С-типы ЦМС высококрахмалистых гибридов кукурузы

Актуальность. Рост производства нативного и модифицированного крахмала из кукурузы требует обеспечения сырьем с высоким содержанием крахмала в зерне.
Материалы и методы. Проведены двухлетние испытания 780 экспериментальных простых гибридов высококрахмалистой кукурузы, полученных на стерильных линиях с М- и С-типами ЦМС. Определение крахмала в зерне линий и их гибридов проведено методом ИК-спектрометрии, содержание нативного крахмала в зерне лучших по урожайности гибридов проведено во ВНИИ крахмала и переработки крахмалосодержащего сырья по методу, предложенному Л. П. Носовской с соавторами, определена реакция на ЦМС по шкале Г. С. Галеева.
Результаты. Установлено варьирование содержания крахмала в зерне от 58% до 72% СВ по всей выборке. По данным ИК-спектрометрии выделены 22 гибрида с высоким (72,03–72,67%) содержанием крахмала и 5 гибридов, перспективных для глубокой переработки зерна, сочетающих высокое содержание белка (10,3–13,53%) и масла (3,77–5,03%) с высоким содержанием крахмала (69,02–70,4%) в зерне. Извлечение нативного крахмала по методу Л. П. Носовской показало, что содержание крахмала у 68 лучших гибридов находится в пределах от 70,03 до 71,95% СВ. Коллекция ранжирована по принадлежности к основным гетерозисным группам: Iowa Dent – 57 линий, Stiff Stalk Synthetic – 26 линий, Lancaster – 28 линий. Выделены 33 и 6 линий закрепителей, 9 и 8 линий восстановителей М- и С-типов ЦМС соответственно. По группам спелости ФАО гибриды распределились на ФАО 200–299 – 14 комбинаций, ФАО 300–399 – 7 комбинаций, ФАО 400–449 – 21 комбинация и ФАО 450–500 – 29 комбинаций.
Выводы. Хозяйственная и селекционная оценка 68 лучших комбинаций линий высококрахмалистой кукурузы со стерильными тестерами показала их перспективность для производства нативного крахмала не ниже 70–72% СВ. Также выделены 5 комбинаций линий для получения нативного крахмала (69,02–70,4% СВ) и побочной продукции в виде белка (10,3–13,5% СВ) и масла (3,77–5,03% СВ) при глубокой переработке зерна.

1. Abu-Ghannam N., Balboa E. Biotechnological, food, and health care applications. In: C.M. Galanakis (ed.). Woodhead Sustainable Recovery and Reutilization of Cereal Processing By-Products: A volume in Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition. Cambridge: Woodhead Publishing Inc.; 2018. р.253-278. DOI: 10.1016/B978-0-08-102162-0.00009-5

2. Burrell M.M. Starch: the need for improved quality or quantity – an overview. Journal of Experimental Botany. 2003;54(382):451-456. DOI: 10.1093/jxb/erg049

3. BusinesStat. Анализ рынка крахмала в России в 2017–2021 гг., прогноз на 2022–2026 гг. Перспективы рынка в условиях санкций. BusinesStat; 2022. URL: https://marketing.rbc.ru/research/27441/ [дата обращения: 01.08.2023].

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 6-е изд. Москва: Альянс; 2011.

5. Gabay-Laughnan S., Kuzmin E.V., Monroe J., Roark L., Newton K.J., Characterization of a novel thermosensitive restorer of fertility for cytoplasmic male sterility in maize. Genetics. 2009;182(1):91-103. DOI: 10.1534/genetics.108.099895

6. Гольдштейн В.Г., Носовская Л.П., Адикаева Л.В. О возможности переработки вторичных продуктов производства кукурузной крупы на крахмал. Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. 2015;4(4):46-52.

7. Гольдштейн В., Лукин Н., Радин О. Побочные продукты крахмалопаточного производства – кормовые компоненты. Комбикорма. 2018;7(8):54-56. DOI: 10.25741/2413-287X-2018-07-3-012

8. ГОСТ 10845-98. Межгосударственный стандарт. Зерно и продукты его переработки. Метод определения крахмала. Издание официальное. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации; Москва: Стандартинформ; 2009. URL: https://files.stroyinf.ru/Data/88/8817.pdf [дата обращения: 01.08.2023].

9. Методические рекомендации по проведению полевых опытов с кукурузой. Днепропетровск: ВНИИ кукурузы; 1980.

10. Hallauer A.R., Russell W.A., Lamkey K.R. Corn breeding. In: G.F. Sprague, J.W. Dudley (eds). Corn and Corn Improvement. Agronomy Monographs. Volume 18. 3rd ed. Madison, WI: American Society of Agronomy; Crop Science Society of America; Soil Science Society of America; 1988. p.463-564. DOI: 10.2134/agronmonogr18.3ed.c8

11. Jaqueth J.S., Hou Z., Zheng P., Ren R., Nagel B.A., Cutter G. et al. Fertility restoration of maize CMS-C altered by a single amino acid substitution within the Rf4 bHLH transcription factor. The Plant Journal. 2020;101(1):101-111. DOI: 10.1111/tpj.14521

12. Kamps T.L., Chase C.D. FLP mapping of the maize gametophytic restorer-of-fertility locus (rf3) and aberrant pollen transmission of the nonrestoring rf3 allele. Theoretical and Applied Genetics. 1997;95:525-531. DOI: 10.1007/s001220050593

13. Kaur B., Ariffin F., Bhat R., Karim A.A. Progress in starch modification in the last decade. Food Hydrocolloids. 2012;26(2):398-404. DOI:10.1016/j.foodhyd.2011.02.016

14. Kim Y.J., Zhang D. Molecular control of male fertility for crop hybrid breeding. Trends in Plant Science. 2018;23(1):53-65. DOI: 10.1016/j.tplants.2017.10.001

15. Широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ видов Zea mays L. / сост. В.Г. Кукеков. Ленинград: ВИР; 1977.

16. Laughnan J.R., Gabay S.J. Nuclear and cytoplasmic mutations to fertility in S male-sterile maize. In: Walden (ed.). Maize Breeding and Genetics. New York, NY: Wiley; 1978. p.427-447.

17. Pajić Z., Radosavljević M., Filipović M., Todorović G., Srdić J., Pavlov M. Breeding of specialty maize for industrial purposes. Genetika. 2010;42(1):57-66. DOI: 10.2298/GENSR1001057P

18. Pollak L.M., Scott M.P. Breeding for grain quality traits. Maydica. 2005;50(3):247-257.

19. Шмараев Г.Е., Матвеева Г.В. Изучение и поддержание образцов коллекции кукурузы. Методические указания. Ленинград: ВИР; 1985.

20. Sinha A.K., Kumar V., Makkar H.P.S., De Boeck G., Becker K. Non-starch polysaccharides and their role in fish nutrition – A review. Food Chemistry. 2011;127(4):1409-1426. DOI: 10.1016/j.foodchem.2011.02.042

21. Sisco P.H. Duplications complicate genetic mapping of Rf4, a restorer gene for cms-C cytoplasmic male sterility in corn. Crop Science. 1991;31(5):1263-1266. DOI: 10.2135/cropsci1991.0011183X003100050036x

22. Somavat P., Liu W., Singh V. Wet milling characteristics of corn mutants using modified processes and improving starch yields from high amylose corn. Food and Bioproducts Processing. 2021;126:104-112. DOI: 10.1016/j.fbp.2020.12.015

23. Сотченко В.С. Селекция, семеноводство, технология возделывания кукурузы. Пятигорск; 2009.

24. StatSoft Russia: [сайт]. URL: https://1soft.space/en/statsoft-statistica/ [дата обращения: 11.07.2023].

25. Tang J.H., Liu Z.H., Chen W.C., Hu Y.M., Ji H.Q., Ji L.Y. The SSR markers of the main restorer genes for cms-C cytoplasmic male sterility in maize. Scientia Agricultura Sinica. 2001;34:592-596.

26. Tie S., Xia J., Qiu F., Zheng Y. Genome-wide analysis of maize cytoplasmic male sterility-S based on QTL mapping. Plant Molecular Biology Reporter. 2006;24:71-80. DOI: 10.1007/BF02914047

27. Ullstrup A.J. The impacts of the southern corn leaf blight epidemics of 1970–1971. Annual Review of Phytopathology. 1972;10:37-50. DOI: 10.1146/annurev.py.10.090172.000345

28. Watson S.A. Description, development, structure, and composition of the corn kernel. In: P.J. White, L.A. Johnson (eds). Corn Chemistry and Technology. 2nd ed. St. Paul, MN: American Association of Cereal Chemists; 2003. p.69-106.

29. Weider C., Stamp P., Christov N., Hüsken A., Foueillassar X., Camp K.H. et al. Stability of cytoplasmic male sterility in maize under different environmental conditions. Crop Science. 2009;49(1):77-84. DOI: 10.2135/cropsci2007.12.0694

30. Zhang R., Ma S., Li L., Zhang M., Tian Sh., Wang D. et al. Comprehensive utilization of corn starch processing by-products: A review, Grain and Oil Science and Technology. 2021;4(3):89-107. DOI: 10.1016/j.gaost.2021.08.003

31. Zhang Z.F., Wang Y., Zheng Y.L. AFLP and PCR-based markers linked to Rf3, a fertility restorer gene for S cytoplasmic male sterility in maize. Molecular Genetics and Genomics. 2006;276(2):162-169. DOI: 10.1007/s00438-006-0131-y

32. Zheng H., Wang H., Yang H., Wu J, Shi B., Cai R. et al. Genetic diversity and molecular evolution of Chinese waxy maize germplasm. PLoS One. 2013;8(6):e66606. DOI: 10.1371/journal.pone.0066606