Технологические свойства зерна и муки у линий мягкой пшеницы с интрогрессией от Aegilops speltoides Tausch

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА И МУКИ У ЛИНИЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С ИНТРОГРЕССИЕЙ ОТ Aegilops speltoides Tausch

Т.А. ПШЕНИЧНИКОВА, М.Ф. ЕРМАКОВА,

А.К. ЧИСТЯКОВА, Л.В. ЩУКИНА, И.Ф. ЛАПОЧКИНА

Аннотация

зерно яровой пшеница злак

Изучали технологические свойства зерна у трех яровых и одной озимой линии мягкой пшеницы сорта Родина с интрогрессией от дикого диплоидного злака Aegilops speltoides Tausch. Установлено, что присутствие в геноме двух линий транслокации 1B/1R и генов запасных белков зерновки существенно снижает силу муки и ухудшает физические свойства теста. При отсутствии транслокации хромосомное замещение 7D/7S существенно улучшает реологические показатели теста, а соответствующая линия может быть отнесена к сильным пшеницам.

Ключевые слова: мягкая пшеница, технологические свойства зерна, чужеродная интрогрессия.

Annotation

TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF GRAIN AND FLOUR IN SOFT WHEAT LINES WITH INTROGRESSION FROM Aegilops speltoides Tausch

T.A. Pshenichnikova, M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, I.F. Lapochkina

The technological properties of grain was studied in three spring lines and one winter line of soft wheat of the Rodina variety with introgression from Aegilops speltoides, the wild diploid gramineous plant. It was established that the presence in genome of two wheat lines of 1B/1R translocation and genes of corn storage protein degrades significantly flour strength and makes worse the dough physical properties. In the absence of translocation and genes of foreign protein the chromosomal substitution 7D/7S makes better greatly the dough rheological properties, and corresponding line may be add to strong wheat.

Основная часть

Известно, что у пшеницы по многим агрономически важным признакам разнообразие либо ограничено, либо отсутствует, поэтому привлечение генофонда диких сородичей для улучшения технологических свойств зерна чрезвычайно актуально. Например, при скрещивании сорта Скала с полбой получен образец Гибрид 21, превосходящий не только родительский сорт, но и сорт Саратовская 29 по технологическим свойствам зерна (1), а мука из этого зерна используется как улучшатель муки слабых сортов пшеницы. Показано, что в некоторых случаях интрогрессия приводит к увеличению содержания белка в зерне (2), но данные об ее влиянии на хлебопекарные свойства муки крайне малочисленны. Достаточно подробно изучено негативное влияние транслокации 1B/1R на физические свойства теста (3); также сообщалось об улучшении некоторых показателей качества зерна при интрогрессии чужеродных аллелей запасных белков (4).

В настоящей работе мы сравнили технологические показатели зерна и муки у линий мягкой пшеницы с интрогрессией от Aegilops speltoides Tausch и родительского сорта Родина.

Методика. Изученные линии мягкой пшеницы являются частью цитогенетической коллекции НИИ сельского хозяйства центральных районов Нечерноземной зоны РФ (НИИСХ ЦРНЗ) (5). Присутствие чужеродной интрогрессии подтверждено молекулярно-генетическими методами по наличию специфических субтеломерных повторов Spelt1 и Spelt52 (6), а также с помощью микросателлитных маркеров (7). Яровые линии 76/00i, 81/00i и 84/00i и озимая линия 32/98w созданы на основе сорта Родина, как описано ранее (5, 8). Растения яровых линий выращивали вместе с контролем (линия, выделенная из исходного сорта Родина) в полевых условиях вблизи г. Новосибирска в двукратной повторности, озимой линии 32/98w и линии исходного сорта Родина -- при озимом посеве в НИИСХ ЦРНЗ (Московская обл.); размещение в рядках шириной 1 м, расстояние между рядками 30 см, по 40 зерен в рядке.

Технологические показатели зерна анализировали по методикам Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (9), физические свойства теста -- с помощью альвеографа Шопена; электрофоретический анализ глиадина проводили по ранее описанному методу (10). Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента.

Результаты. При сопоставлении растений сорта Родина (контроль) и яровых интрогрессированных линий обнаружили, что по сравнению с контролем масса 1000 зерен достоверно снижена у линии 81/00i, а стекловидность увеличена у линий 76/00i и 81/00i (табл. 1). Содержание сырой клейковины в зерне сорта Родина в этом полевом эксперименте оказалось высоким -- 39 %; у растений линий 76/00i и 81/00i величина показателя сохранилась, а у линии 84/00i достоверно увеличилась. По диаметру частиц муки сорт Родина может быть отнесен к среднетвердозерным. Близкими значениями характеризовались яровые интрогрессированные линии (только у растений линии 81/00i указанный показатель достоверно снизился).

1. Характеристика мукомольных свойств зерна у яровых линий пшеницы сорта Родина с интрогрессией от Aegilops speltoides Tausch (Новосибирская обл., 2003 год)

Сорт Родина по результатам альвеографии может быть отнесен к сортам, зерно которых обеспечивает невысокие физические свойства теста (табл. 2): cила муки в контроле составила 203 ед.а., тесто обладало более высокой растяжимостью (L, мм), чем упругостью (P, мм), с отношением ^P/_L меньше 1. У интрогрессированных линий 84/00i и 81/00i сила муки оказалась еще меньше, однако растяжимость теста была достоверно ниже контрольной, что улучшило его сбалансированность (^P/_L близко к 1). Электрофорез глиадинов подтвердил отсутствие в спектрах у этих линий продукта экспрессии локуса Gli-B1, характерного для растений сорта Родина -- вместо указанного локуса в их геноме содержится аллель, который контролирует синтез секалинов ржи (рис.) и является маркером замещения 1B/1R (11). Известно, что это замещение отрицательно влияет на физические свойства муки, снижая силу и растяжимость теста (3). У растений использованной в эксперименте линии исходного сорта Родина отсутствует перестройка 1B/1R (см. рис.), хотя в родословной сорта присутствует сорт Кавказ, несущий эту транслокацию. Вероятно, для создания интрогрессированных линий была использована популяция, гетерозиготная по указанному признаку.

2. Результаты альвеографической оценки физических свойств теста для зерна яровых линий пшеницы сорта Родина с интрогрессией от Aegilops speltoides Tausch (Новосибирская обл., 2003 год)

Линия 76/00i имела лучшие альвеографические характеристики -- высокую силу муки (306 ед.а.) при сбалансированности между упругостью и растяжимостью теста (^P/_L ? 1) (см. табл. 2). Кроме того, показатели массы 1000 зерен, стекловидности и твердозерности у линии также были близкими к контролю. Линия не несет транслокацию 1B/1R (см. рис.). Согласно данным молекулярно-генетического анализа (7), в геноме растений линии произошло замещение хромосомы 7D на 7S от Ae. speltoides, что, очевидно, улучшило физические свойства теста благодаря увеличению упругости (и, соответственно, силы муки). В результате линия 76/00i может быть отнесена к сильным пшеницам. Как подтвердил молекулярно-генетический анализ (7), линия 81/00i также несет замещение 7D/7S, однако у нее зерно характеризуется низкой силой муки -- вероятно, из-за присутствия секалинов ржи в составе белков клейковины, что нарушает специфические реологические свойства. Можно предположить, что интрогрессия хромосомы 7S положительно влияет на качество муки только при соответствующем благоприятном составе белков клейковины.

Электрофоретические спектры глиадина исходного сорта мягкой пшеницы Родина (1), а также интрогрессированных яровых линий 76/00i (2), 84/00i (3) и 81/00i (4). Стрелкой обозначены секалины, звездочкой отмечены отсутствующие компоненты -- маркеры локуса Gli-B1; щ и г -- фракции глиадина.

При выращивании растений в НИИСХ ЦРНЗ в Московской области в контроле (сорт Родина) содержание клейковины было ниже, а масса 1000 зерен -- выше, чем в Новосибирской области. Отмеченная в Московской области низкая стекловидность, видимо, определялась погодными условиями сезона вегетации. В обоих регионах у контрольного сорта регистрировали близкие значения диаметра частиц муки, а также показателей ее физических свойств (последние здесь, как и в условиях Новосибирской области, оказались невысокими). У озимой линии 32/98w с интрогрессией от Ae. speltoides по сравнению с контролем величина показателей стекловидности, содержания клейковины и диаметра частиц муки была меньше (соответственно 29,5 против 43,5 %, 20,0 против 24,0 % и 18,02 против 19,15 мкм), масса 1000 зерен и удельная поверхность муки -- больше (39,4 против 34,5 г и 2235 против 2103 см²/г). У этой линии существенно снизились показатели силы муки (75 против 160 ед.а.) и упругости теста (34 против 61 мм), а также растяжимость (76 против 86 мм) и отношение ^P/_L (0,45 против 0,70). Как было установлено ранее, в геноме растений линии содержится субтеломерный повтор Spelt1 (6), а в глиадиновых спектрах имеются компоненты, характерные для Ae. speltoides. Генетический анализ обнаружил замещение в локусах Gli-B1 и Glu-B3, расположенных теломерно на хромосоме 1В (12). То есть изменение состава белков клейковины у линии 32/98w также ведет к ухудшению физических свойств муки.

Известно, что у мягкой пшеницы фактором, определяющим качество клейковины, является состав ее белков, контролируемый генами хромосом первой гомеологичной группы (13). Однако анализ проявления этого сложного признака у межсортовых замещенных линий указывает на участие в его генетическом контроле и других хромосом (14), что подтверждают наши данные, полученные на интрогрессированных линиях мягкой пшеницы.

Итак, наличие в составе клейковины чужеродных для пшеницы белков (секалинов и глиадинов, низкомолекулярных глютенинов) от Aegilops speltoides существенно снижает качество муки. При их отсутствии чужеродная интрогрессия благоприятно влияет на этот признак, следовательно, такой способ улучшения мягкой пшеницы может быть использован в селекции на качество.

Литература

1. Б у д а ш к и н а Е.Б., Д у н д у к И.Г., Е р м а к о в а М.Ф. Гибрид 21 -- новая форма сильной яровой пшеницы. Изв. СО АН СССР (сер. биол. наук), 1977, вып. 1: 80-83.

2. К р у п н о в В.А., В о р о н и н а С.А., С и б и к е е в С.Р. и др. Методические аспекты селекции полевых культур. В кн.: Увеличение генетического разнообразия саратовских пшениц: проблемы и пути преодоления засухи в Поволжье. Саратов, 2000, ч. 1: 249-274.

3. B u l l r i c h L.G., T r a n q u i l l i L.A., P f l u g e r E.Y. e.a. Bread-making quality and yield performance of 1B/1R wheat isogenic lines. Plant Breeding, 1998, 117: 119-122.

4. D e P a c e C., S n i d a r o D., C h i a f f i M. e.a. Introgression of Dasypyrum villosum chromatin into common wheat improves grain protein quality. Euphytica, 2001, 117: 67-75.

5. L a p o c h k i n a I.F., I o r d a n s k a y a I.V., Y a t c h e v s k a y a G.L. e.a. Identification of alien genetic material and genes of resistance to leaf rust in wheat (Triticum aestivum L.) stocks. In: Proc. 10^th Intern. Wheat Genetics Symp., V. 3. Paestum, Italy, 2003: 1190-1192.

6. S a l i n a E.A., A d o n i n a I.G., E f r e m o v a T.T. e.a. The genome-specific subtelomeric repeats for study of introgressive lines T. aestivum Ѕ Ae. speltoides. EWAC Newsletter, Novosibirsk, 2001: 161-164.

7. A d o n i n a I.G., S a l i n a E.A., E f r e m o v a T.T. e.a. The study of introgressive lines of Triticum aestivum Ѕ Aegilops speltoides by in situ and SSR analysis. Plant Breeding, 2004, 123: 220-224.

8. L a p o c h k i n a I.F., V l a s o v a E.V., Y a t c h e v s k a y a G.L. e.a. Reconstruction of the common wheat genome by Aegilops speltoides Tausch. EWAC Newsletter, Novosibirsk, 2001: 137-139.

9. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1988.

10. P s h e n i c h n i k o v a T.A., M a y s t r e n k o O.I. Inheritance of genes coding for gliadin proteins and glume colour introgressed into Triticum aestivum from a synthetic wheat. Plant Breeding, 1995, 114: 501-504.

11. Р ы б а л к а А.И., К а з а р д а Д.Д., С о з и н о в А.А. R-глиадины -- проламины ржи, синтезирующиеся в эндосперме пшеницы. С.-х. биол., 1985, 2: 34-41.

12. P s h e n i c h n i k o v a T.A., S h c h u k i n a L.V., P a n i n a G.M. e.a. Genetic study of morphological and biochemical characters introgressed into common wheat from Aegilops speltoides Tausch. In: Proc. 10^th Intern. Wheat Genet. Symp. Paestum, Italy, 2003, 1: 77-80.

13. B r a n l a r d G., D a r d e v e t M., S a c co m a n o R. e. a. Genetic diversity of wheat storage proteins and bread wheat quality. In: Proc. 6^th Intern. Wheat Conf. «Wheat in a global environment». Budapest, Hungary, 2000: 157-169.

14. Ma n s u r L.M., Q u a l s e t C.O., K a s a r d a D.D. e.a. Effects of «Cheyenne» chromosomes on milling and baking quality in Chinese Spring wheat in relation to glutenin and gliadin storage proteins. Crop Sci., 1990, 30: 593-602.

Размещено на Allbest.ru