Вихідний матеріал для селекції сортів сої харчового напряму для умов лісостепової та степової зон України

Структура та обсяг роботи. Дисертація у вигляді рукопису викладена на 192 сторінках машинописного тексту комп'ютерної верстки, включає вступ, огляд літератури, умови, матеріал і методику досліджень, чотири експериментальні розділи, висновки, практичні рекомендації, список джерел літератури і додатки.

У розділі на підставі аналізу літературних джерел висвітлено походження, біологічні особливості сої, а також можливості її використання для переробки на харчові продукти. Розглядаються методи створення вихідного матеріалу та принципи добору пар для гібридизації. На основі аналізу літератури, зроблено висновок про необхідність вивчення генетичного різноманіття сої з метою виявлення цінного вихідного матеріалу для селекції сортів харчового напряму, придатних для вирощування в умовах Лісостепу та Степу України.

УМОВИ, МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження згідно теми дисертаційної роботи проводили у двох еколого-географічних зонах: Лісостеп та Степ України. В умовах Лісостепу колекційний матеріал вивчали у Буковинському інституті АПВ (м. Чернівці), досліди в умовах Степу здійснювали в Селекційно-генетичному інституті (м. Одеса).

Грунтово-кліматичні умови вирощування в цих двох зонах суттєво відрізняються. Якщо в зоні Чернівецької області лімітуючим фактором для вирощування сої є більша тривалість денного світлового періоду та недостатня сума активних температур, то в умовах Одеської області такими факторами є високий температурний режим та недостатнє забезпечення вологою. В обох зонах роки проведення досліджень значно відрізнялись за погодними умовами, що дозволило достатньо повно оцінити колекційний матеріал за комплексом ознак.

Як матеріал для досліджень, були використанні колекційні зразки сої Селекційно-генетичного інституту та Буковинського інституту АПВ. Для вивчення взаємодії генотип-середовище використано 70 високопродуктивних сортів різних груп стиглості, які походять з різних країн світу. Закономірності успадковування кількісних ознак вивчали на гібридних комбінаціях першого покоління, отриманих від схрещування кращих сортів світової колекції. насіння білок трипсинінгібуюча активність

Польові досліди, фенологічні спостереження та обліки показників, пов'язаних з оцінкою господарсько корисних ознак, проводили згідно методичним вказівкам ВІР. У лабораторних умовах здійснювали аналіз елементів продуктивності та інших господарсько цінних ознак 10 рослин константних форм і всіх гібридних рослин комбінації схрещування. Біохімічні аналізи, а саме, визначення вмісту в насінні сої білка, олії, активності інгібітору трипсину та ліпоксигенази, повного амінокислотного складу виконували в біохімічній лабораторії СГІ. Швидкість набухання та зміну твердості насіння сої при волого-тепловій обробці визначали на кафедрі консервування Одеської національної академії харчових технологій.

Статистичну обробку даних проводили за Б. А. Доспєховим (1973).

ОЦІНКА ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ СОЇ ЗА ОСНОВНИМИ ГОСПОДАРСЬКО ЦІННИМИ ОЗНАКАМИ

Вегетаційний період. Однією з основних вимог сучасного виробництва до сортів сої є оптимальна для конкретного регіону тривалість періоду вегетації. В результаті досліджень виявили, що колекція з 70 сортозразків сої в залежності від місця вирощування по-різному розподілялась за групами стиглості (рис. 1 і 2).

Рис. 1. Розподіл колекційних сортозразків Рис. 2. Розподіл колекційних сортозразків сої за групами стиглості (Одеська область). сої за групами стиглості (Чернівецька область).

З рисунків видно, що в умовах Одеської області всі досліджувані сортозразки увійшли до складу скоростиглої, середньоскоростиглої та середньостиглої груп. А в умовах Чернівецької області той же набір сортозразків розділився вже на п'ять груп стиглості, тут добавилися середньопізньостигла та пізньостигла групи. Средня по колекції тривалість вегетаційного періоду всього набору сортозразківу кожен з років дослідження була більшою в умовах Чернівецької області, про що свідчать результати дисперсійного аналізу.

Отримані результати показують, що досліджувані сортозразки сої мають досить різну генотип-середовищну реакцію. За результатами досліджень ми розподілили колекційні сортозразки на класи. Критерієм для цього послужила різниця між тривалістю вегетаційного періоду в умовах Чернівецької та Одеської областей. До першого класу віднесли форми, які практично не реагують на зміну еколого-географічних умов вирощування, і ті, у яких вегетаційний період змінюється не більше ніж на 3 дні; другий клас (слабореагуючі) - на 4-6; третій клас (середньореагуючі) - на 7-9; четвертий клас (сильно реагуючі) - на 10-12 і п'ятий клас (дуже сильнореагуючі) - на 13 днів і більше.

При створенні сортів з високою адаптивністю до умов вирощування як батьківські форми доцільно використовувати нейтральні та слабореагуючі форми: Соната, Effi, Rana, Cаloria, Sito, Амурська 350, Артеміда, Альтаїр, Karikachi, Toyosuzu.

Продуктивність і її складові елементи. Результати оцінки продуктивності сортозразків сої дозволяють зробити висновок, що продуктивність більшості з них була вищою при вирощуванні в умовах Чернівецької області .Таку різницю в продуктивності однакового набору сортозразків можна пояснити неоднаковими погодними умовами, які складалися в Чернівецькій та Одеській областях. У Чернівецькій області рослини сої були значно краще забезпечені вологою, що і відіграло вирішальну роль у формуванні врожаю. Незважаючи на це, необхідно відзначити ряд форм, які були кращими за продуктивністю як в Чернівецькій, так і в Одеській областях. Це сорти Sostene, Evans, MON- 27, Lambert, Чорнобура, Амурська 350, Уманська 1, Чернівецька 9, Аркадія одеська, Альтаїр.

Як генетичні джерела високого прикріплення нижнього бобу ми рекомендуємо використовувати в програмах схрещування форми, які проявляють цю ознаку в обох пунктах вирощування і мають не велику варіабільність цього показника. Це такі сорти, як Soriano, Perla, Л-2314, Хаджибей, а також сорти, які поєднують високе прикріплення нижнього бобу зі значною продуктивністю, хоча й мають дещо вищі показники варіації висоти прикріплення нижнього бобу - Evans, MON-27, Уманська 1, Пальміра.

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ЗА БІОХІМІЧНИМ СКЛАДОМ НАСІННЯ

Варіювання вмісту білка в насінні сортозразків сої залежно від умов вирощування. Порівняльну характеристику сортозразків сої здійснювали для виявлення вихідного матеріалу з високим і стабільним рівнем білковості насіння в обох пунктах вирощування з метою подальшого його використання в селекції сортів сої харчового напряму.

Виявлено, що рівень білковості не залежав від скоростиглості досліджуваних сортозразків: у кожній з груп стиглості були як високобілкові, так і низькобілкові форми. Таку незалежність спостерігали в обох регіонах вирощування. Коофіцієнт варіації за вмістом білка між сортозразками в групах стиглості протягом ряду років в середньому складав 2,43-4,35%, в окремі роки він був більш значним і досягав 5,38-6,71%. Проведений кореляційний аналіз підтвердив відсутність залежності між вмістом білка у насінні та тривалістю вегетаційного періоду, а також тривалістю періоду від сходів до цвітіння. На основі цього можна зробити висновок про можливе виділення високобілкових форм серед скоростиглих і пізньостиглих форм сої, що має важливе значення в практичній селекційній роботі при створенні нових високобілкових сортів будь-яких груп стиглості.

Варіювання умов випробування сприяло виділенню найбільш стабільних за білковістю форм. В умовах Чернівецької області високу стабільність мали сорти: Аркадія одеська (V=1,84%), Амурська 350 (V=2,23%), Кarikachi (V=2,31%), Чернівецька 9 (V=3,28%), Л-2314 (V=3,5%), Л-2311 (V=3,36%), Хаджибей (V=3,75%), Toyosuzu (V=3,77%). В умовах Одеської області такими є сорти: Toyosuzu (V=2,53%), Karikachi (V=2,64%), Альтаїр (V=2,75%), Чернівецька 9 (V=2,95%), Tokyo (V=3,38%), Л-2311 (V=3,43%), Л-2314 (V=3,70%).

Серед досліджених сортозразків найвищою білковістю виділялися форми сої, що походять з далекосхідного регіону (Китай, Японія, Далекий Схід Росії).

Антипоживні фактори в насінні сої. Діапазон варіювання трипсинінгібуючої активності насіння сої залежно від біологічних особливостей сорту та умов вирощування в Чернівецькій області складав 23,3 - 69,2 мг/г і в Одеській області - 25,4 - 67,4 мг/г. У середньому по групі досліджуваних сортозразків залежно від року вирощування в Чернівецькій області цей показник коливався в межах від 44,74 до 45,76 мг/г, а в Одеській області - від 44,46 до 47,79 мг/г.

Найменшу трипсинінгібуючу активність в середньому за три роки досліджень мали сорти Toyasuzu, Чернівецька 9, Грибовська 12, Амурська 350, Вега. Вони входили в групу з найменшою трипсинінгібуючою активністю як у Чернівецькій, так і в Одеській областях.

Активність ліпоксигенази в насінні сортозразків сої була найбільш варіабельна з усіх досліджуваних біохімічних ознак. Так, міжсортова варіабельність цього показника залежно від року вирощування коливалась в межах від 29,31 до 46,96% в умовах Чернівецької області й від 31,93 до 37,9% - в Одеській області. Найменшу активність ліпоксигенази в умовах Чернівецької області виявлено у сорту Агат (0,097 од. акт.) у 2002 р. В умовах Одеської області мінімальне її значення зафіксовано у сорту Іванка (0,185 од. акт.) у 2002р.

Активність уреази також має досить високі показники мінливості. Причому, в Одеській області мінливість цього показника була вищою (V=16,90 -20,89%), ніж у Чернівецькій області (V=14,89 - 17,46%).

Амінокислотний склад насіння зернобобових культур. Для порівняльної характеристики амінокислотного складу насіння різних зернобобових культур був здійснений аналіз повного амінокислотного складу трьох сортів сої, нуту, гороху та двох сортів квасолі, які найбільш широко використовуються в нашій країні для харчових цілей.

Було показано, що соя не лише значно перевищує інші бобові культури за вмістом білка в насінні, але й має більш якісний амінокислотний склад білків. Загальна сума амінокислот сої майже вдвічі більша сумарного вмісту амінокислот білка нуту, гороху та квасолі. Повний аналіз амінокислотного складу сортів сої Успіх, Хаджибей та Аркадія одеська показав, що білок сої має більш збалансований амінокислотний склад (за виключенням метіоніну, який у сої є дефіцитною амінокислотою) і містить велику частку лізину, лейцину, аргініну, глютамінової та аспарагінової кислот. Проведений аналіз ще раз доводить переваги біохімічного складу насіння сої над іншими бобовими культурами і підтверджує доцільність її використання у харчовій промисловості.

Варіювання вмісту олії в насінні сої залежно від генотипу і умов вирощування. Підвищення олійності насіння сої у наш час також є одним із найважливіших напрямів селекції. Результати біохімічного аналізу насіння сортозразків сої, вирощених в Одеській та Чернівецькій областях, показали, що форми сої з високим вмістом олії є як у скоростиглих, так і в пізньостиглих групах . Відсутність зв'язку між олійністю і тривалістю вегетаційного періоду підтверджують результати кореляційного аналізу. Отже для селекції сортів сої харчового напряму, як джерела високої олійності можна використовувати форми різних груп стиглості.

На основі повної інформації про кореляційні зв'язки, характерні для рослин сої в конкретних грунтово-кліматичних умовах, можна побудувати оптимальний для даної зони тип рослини.

У своїх дослідах ми вивчили характер зв'язків між тривалістю періодів “сходи - дозрівання” та “сходи - цвітіння”, елементами продуктивності та іншими господарсько-цінними ознаками в умовах Лісостепу та Степу.

В умовах Чернівецької області встановили позитивні кореляційні зв'язки висоти рослин сої з висотою прикріплення нижнього бобу, кількістю насінин на рослині та масою насіння з однієї рослини. Ці зв'язки були достовірними у кожному з років досліджень. Маса насіння з однієї рослини була достовірно пов'язана з кількістю насінин на рослині.

Результати трирічного вивчення мінливості кореляційних зв'язків у сортозразків сої, вирощених в умовах Одеської області, свідчать про їх суттєву залежність від погодних умов. Висота рослин сої в кожному з років досліджень була пов'язана з висотою прикріплення нижнього бобу, у 2001 та 2003 роках вона позитивно корелювала з кількістю насінин на рослині. У 2001 році встановили достовірний зв'язок висоти рослин з масою насіння з рослини. У 2002 та 2003 роках спостерігали від'ємний зв'язок між висотою рослин і масою 1000 насінин. Незважаючи на значне варіювання за роками, маса насіння з однієї рослини була пов'язана з кількістю насінин на рослині. У 2002 році встановили негативний зв'язок між масою 1000 насінин і кількістю насінин на рослині. Висота прикріплення нижнього бобу у деякі з років досліджень була пов'язана з кількістю та масою насіння з однієї рослини.

Стабільної залежності насіннєвої продуктивності однієї рослини від маси 1000 насінин у сортозразків, вирощених в умовах Одеської і Чернівецької областей, не виявили.

Вміст білка у насінні позитивно корелював з масою 1000 насінин у 2003 році в Чернівецькій області і у 2002 та 2003 роках в Одеській області. Крім того, встановлено стабільний негативний зв'язок між вмістом у насінні білка та олії в обох зонах.

Також в обох зонах вирощування виявили залежність висоти рослин та висоти прикріплення нижнього бобу від тривалості періодів “сходи - дозрівання” та “сходи - цвітіння”. Встановлено також позитивний зв'язок між тривалістю періодів “сходи - дозрівання” та “сходи - цвітіння”.

Використовуючи дані кореляційного аналізу та результати попередніх досліджень ми розробили ідеотипи сортів сої харчового напряму для Лісостепу та Степу України (табл. 1). Сформульовані в найбільш загальному вигляді вимоги до сорту сої для будь-якої зони включають високу потенційну продуктивність, збереження стабільно високих врожаїв у різних умовах середовища, пристосованість до інтенсивних технологій вирощування і механізованого збирання, високу якість продукції. При створенні моделі сорту потрібно враховували конкретні природно-кліматичні умови зони вирощування майбутнього сорту, що особливо важливо для сої - культури з чітко вираженою нестабільністю врожаїв внаслідок взаємодії генотип - середовище.

Таблиця 1

Характеристика моделей сорту харчового напряму для Степу та Лісостепу України

ТЕХНОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ, МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ КОМЕРЦІЙНИХ СОРТІВ СОЇ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ НА ХАРЧОВІ ПРОДУКТИ

Маса 1000 насінин. За трирічними даними виділено сортозразки сої, які мали досить високу масу 1000 насінин в обох пунктах вирощування. Це такі сорти, як Karikashi (202,9 г в Чернівецькій і 194,3 г - в Одеській області), Toyosuzu (184,4 г і 178,4 г), S-17(180,4 г і 170,6 г). Ці сорти ми рекомендуємо використовувати в схрещуваннях як джерела підвищеної маси 1000 насінин. Крім того, пропонуємо з цією ж метою використовувати в селекційних програмах сортозразки з далекосхідного регіону (таб.2), що мають комплекс цінних ознак.

Таблиця 2

Сортозразки сої з високою масою 1000 насінин

Забарвлення насіннєвої кожури та рубчика. В наших дослідах ми виділили сортозразки сої, які характеризуються жовтим насінням і світлим чи світло-коричневим рубчиком та відсутністю пігментних плям. Це такі сорти: Karikashi, Toyosuzu, Evans, Lambert, Mon 27, Comet, Maple Belle, Sostene, Perla, Sito, Sakura, Ultra, Кельменецька 2, Уманська 1, Пальміра, Юг 30.

Сортозразки з далекосхідного регіону Tenpokushirome, Waseohsaya, Kidaize, які поряд з досить високою масою 1000 насінин мають зовнішні характеристики, що повністю підходять для сортів харчового напряму, а саме: жовтий колір насіннєвої кожури та рубчика. На жаль, ці сорти поряд з позитивними властивостями мають деякі негативні ознаки - відсутність стійкості до вилягання та розтріскування бобів, низьке прикріплення першого бобу, малу продуктивність. Використання їх у схрещуваннях з сортами, що мають вищезгадані ознаки, дозволить отримати цінний вихідний матеріал для створення харчових сортів сої.

Можливості використання комерційних сортів сої для переробки на харчові продукти. В Україні виробництво соєвих харчових продуктів базується переважно на вітчизняній сировині, при цьому використовується насіння сої будь-яких сортів незалежно від їх біохімічних і технологічних якостей. В зв'язку з цим був проведений аналіз біохімічних та технологічних показників 10 занесених до “Державного реєстру сортів рослин України” сортів сої. Стандартом служив харчовий сорт американської селекції Vinton 81. Крім біохімічного складу, досліджували вплив сортових особливостей на такі важливі технологічні показники, як динаміка набухання та розм'якшення насіння при волого-тепловій обробці.

Ступінь набухання враховується при виробництві консервованої продукції з використанням цілого насіння сої, а ступінь розм'якшення має важливе значення при виготовленні продуктів, які потребують попереднього замочування насіння у воді (молоко, тофу, консерви), оскільки твердонасінність є суттєвим негативним фактором, що знижує вихід та якість продукції.

Найкращі показники швидкості набухання та розм'якшеня насіння були у сортів Чернівецька 8, Агат, Романтика, Донька й Альтаїр, які ми рекомендуємо включати в програми схрещування при створенні сортів харчового напряму.

ВИКОРИСТАННЯ КОЛЕКЦІЙНИХ ФОРМ СОЇ ПРИ СТВОРЕННІ НОВИХ СОРТІВ

Рівень гетерозису основних господарсько цінних ознак у гібридів першого покоління.

На думку багатьох авторів, добір високопродуктивних гомозиготних рослин в селекції сої більш вірогідний серед високогетерозисних популяцій. Для вивчення гетерозису у гібридів сої першого покоління використали 10 комбінацій у 2002 році та 15 комбінацій у 2003 році.

У 2002 році гетерозис за продуктивністю спостерігали у 8 із 10 комбінацій: від 22,4% (1085/88 х Альтаїр) до 251 % (NS 315110 х К-532). У трьох комбінацій (ms T*Tokio х Noir 2, Parker х Берегиня, ms T*Tokio*Слава х К-532) мав місце гетерозис за всіма елементами продуктивності. Ці три гібриди можна вважати найбільш селекційно цінними серед досліджених у 2002 році.

У 2003 році вивчили господарсько цінні ознаки у 15 гібридів F1. Десять із них виявили гетерозис за продуктивністю: від 5,15% (1085/88 х Чернівецька9) до 208% (Sakura х Берегиня). Найвищий ступінь гетерозису за продуктивністю і ознаками, що її визначають, спостерігали у чотирьох комбінаціях схрещування: Ламберт х КС-9, Sakura х Берегиня, Ламберт х Soriano, Аполон х Берегиня.

Необхідно відмітити, що ступінь гетерозису за більшістю досліджуваних ознак був значно вищим у 2003 році в порівнянні з 2002 роком, це можна пояснити залежністю прояву гетерозису від погодних умов року та генетичних особливостей батьківських пар, які використовували для схрещування.

Закономірності успадковування основних господарсько цінних ознак. Ступінь домінування вивчали в тих же 10 гібридних комбінацій першого покоління в 2002 році та 15 гібридних комбінацій першого покоління в 2003 році.