«Исследование реологических свойств шрота сортов нормальной (КоТ.А. Рыжкова1,2, рочанка), частично-wx (Коротышка) и wx-пшеницы (Софийка), показало, М.Ю.Третьяков1,2, что шрот ...»

УДК 117.2:633.11«324»

ГЕНЫ WX И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШРОТА МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

Исследование реологических свойств шрота сортов нормальной (КоТ.А. Рыжкова1,2, рочанка), частично-wx (Коротышка) и wx-пшеницы (Софийка), показало,

М.Ю.Третьяков1,2, что шрот полного рецессива по wx-генам имеет высокое влагопоглощение,

В.П. Нецветаев1,2, низкую вязкость теста и устойчивость к черствлению готовой продукции .

Генетический анализ пыльцевых зерен с растений F1 № 991JD529 Х КороО.А. Сорокопудова2 тышка подтвердил наличие у сорта Коротышка одного рецессивного гена О.В. Акиншина1, 2 wx. Технологический анализ показал, что одного wx-гена в геноме пшеницы не достаточно для существенного улучшения качества хлебопекарной Л.С. Бондаренко1, 2 продукции. Изучено влияние среды на формирование физических свойств А.В. Аркадьева1 теста из зерна урожая 2010 и 2011 гг. Анализировались образцы мягкой озимой пшеницы Везёлка, Безенчукская 380, Фея и Уни 1. Установлено, 1 Белгородский научночто «стекание зерна» приводит к существенному изменению физических исследовательский институт показателей теста, отражающих углеводный комплекс зерновки при анасельского хозяйства лизе шрота на приборе Миксолаб. Так, по сравнению с 2010 г. ретроградаРоссельхозакадемии, ция уменьшилась на 55,4%, активность амилазы увеличилась на 21,8%, Россия, 308001 г. Белгород, вязкость уменьшилась на 43,5%. В целом вклад средового фактора в вариаул. Октябрьская, 58 цию этих показателей составлял 36-71%. Тесто из такого шрота по физичеE-mail: netsvetaev@bsu.edu.ru ским свойствам углеводного комплекса приближалось к типичной миксоБелгородский государственный грамме, характерной для образца с рецессивными аллелями wx .

национальный исследовательский Ключевые слова: мягкая пшеница, wx-гены, миксолаб, стекание зеруниверситет, на, физические свойства теста .

Россия, 308015, г. Белгород, ул. Победы,85 Введение Крахмальные гранулы состоят из двух типов молекул – амилозы и амилопектина. В пределах амилопластов синтез амилозы достигается благодаря ферменту GBSS (granule-bound starch synthase), также известного как waxy-протеин. Wx-протеины кодируются генами под названиями вакси (Wx). Аллогексаплоиды (AABBDD), т.е. мягкие пшеницы, несут три гомеологичных гена: Wx-А1 (хромосома 7АS-короткое плечо), Wx-В1 (7ВL - длинное плечо) и Wx-D1 (7DS-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 амилопектина. Пшеница с одним или двумя нуль–аллелями имеет частично блокированный синтез амилозы и называется частично–вакси (partial-waxy) [3, 4, 5] .

Каждый неактивный wx – рецессивный аллель вызывает снижение до определенного уровня содержания амилозы в крахмале и меняет соотношение амилоза/амилопектин в зерне, что влияет на технологические свойства муки пшеницы и вкусовые качества конечной продукции .

Цель исследования – повышение эффективности селекции продовольственной пшеницы .

Для решения её необходимо было оценить эффект генов wx на изменение технологических свойства шрота сортов озимой мягкой пшеницы. Другой задачей являлось выявление средового фактора на вариацию этих свойств. Для решения поставленных вопросов использовали прибор Миксолаб (Франция), позволяющий тестировать шесть показателей качества этой культуры .

Материал и методика исследований Исследовались сорта озимой мягкой пшеницы урожая 2010 и 2011 годов .

Погодные условия вегетационного периода 2010 г. были похожи на предыдущий год (2009), особенности которого на полях института отражены ранее [6]. Повышенные температуры и недостаточная влагообеспеченность в период созревания растений пшеницы способствовали формированию высококачественного зерна. В 2011 г. в период налива и созревания зерна две недели подряд шли небольшие дожди, что привело к «стеканию зерна». В связи с этим, созревшее зерно, в частности, характеризовалось повышенной щуплостью .

В качестве образцов использовали следующие сорта: Софийка – сорт wx-пшеницы, имеющий три нуль-аллеля, 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 ГНУ Белгородского НИИСХ Россельхозакадемии (урожай 2010 г.); Корочанка – сорт нормальной пшеницы, несущий доминантные аллели Wx, селекции ГНУ Белгородского НИИСХ Россельхозакадемии (урожая 2011 г.), 991JD529 рецессивная гомозигота по генам wx яровой мягкой пшеницы из коллекции Института растениеводства УААН (Харьков) .

Для исследования влияния такого средового фактора как «стекание зерна» на физические свойства теста анализировались сорта Везёлка, Безенчукская 380, Фея и Уни 1 урожая 2010 и 2011 гг .

Хлебопекарные качества шрота определяли на приборе Миксолаб по ранее описанной методике [7] в протоколе Chopin wheat+, предназначенного для анализа шрота .

Результаты и исследования .

Зерна waxy-пшениц могут быть легко обнаружены с помощью йодной пробы: их отличает красно-коричневая окраска пыльцевых зёрен и эндосперма семени, в отличие от темной синечерной окраски зерна дикого типа. Так, в таблице 1 представлены результаты расщепление пыльцевых зёрен с растений F1 № 991JD529 Х Коротышка по реакции на окраску йодом .

–  –  –

Интересные данные были получены по индексу вязкости (III фаза). Считается, что на этой стадии, т.е. в процессе нагревания, роль протеинов переходит на второй план путём передачи воды крахмалу. Соответственно, вязкость теста увеличивается .

Так как в качестве исследуемых были выбраны образцы полностью и частично-wx пшениц (Софийка и Коротышка соответственно), то они характеризовались полным или частичным отсутствием амилозы в крахмальном комплексе. Отсутствие амилозы в образце wxпшеницы Софийка вызвало снижение значения индекса Вязкость до нуля и, следовательно, значительное снижение консистенции теста (табл. 2, рис. 2) .

–  –  –

Как видно, «стекание зерна» несущественно сказалось на показателе замес, что свидетельствует о том, что клейковинный комплекс эндосперма под действием этого фактора слабо изменился. Основной вклад в его вариацию вносили наследственные особенности образца. В то же время, доля влияния среды достаточно велика в формировании следующего показателя – глютен .

Он отражает число водородных связей между пептидами белкового комплекса. В то же время, здесь также лидирующее место остается за генетическими особенностями сортов. Как и следовало ожидать, «стекание зерна» прежде всего, затрагивает углеводный комплекс зерновки (табл. 3). Соответственно, уменьшился индекс вязкости и амилазы, что свидетельствует о повышении активности амилолитических ферментов зрелого зерна пшеницы в 2011 г. по сравнению с 2010 г. Интересно, что доля влияния среды и генотипа на показатель 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 влиянием средовых факторов .

Таким образом, кривая миксограммы Корочанки (рис. 2) отражает действие «стекания зерна» в 2011 г. В данном случае, «стекание зерна» приводило к изменению физических свойств теста шрота из такого зерна, подобное введению рецессивных генов wx в обычный по погодным условиям вегетационный период .

Индексы Вязкости и Амилазы связаны друг с другом. Считается, что низкое значение вязкости указывает на высокую активность амилолитических ферментов. Соответственно, сорта Софийка и Корочанка имели достаточно высокую активность амилаз (4-5 баллов), а Коротышка - наименьшую (8 баллов) (табл. 2). Характерно, что если у Софийки ферментативная активность связана с особенностями крахмального комплекса, обусловленного генами wx, то у Корочанки на формирование этого показателя повлияли факторы среды, описанные выше (дождливая погода в период налива зерна) .

По индексу Ретроградации, характеризующему степень кристаллизации крахмала, выделился образец Софийка, отличающийся низкими показателями кристаллизации углеводов, а, следовательно, и более медленным черствлением конечной продукции, что отмечено зарубежными исследователями в отношении wx-пшениц [9]. Характерно, что шрот из зерна Корочанки, подвергшегося «стеканию» также обладал более низким индексом черствления – ретроградации (рис. 2) .

Таким образом, были исследованы хлебопекарные показатели шрота вакси пшеницы в сравнении со шротом частично-вакси и нормальной пшеницы. Полный рецессив по wx генам (безамилозный сорт) определяет высокое влагопоглощение, низкую вязкость теста и хорошую устойчивость к черствлению конечной продукции. Введение одного рецессивного гена wx недостаточно для существенного улучшения качества хлебопекарной продукции .

Тесто из зерна подвергшегося «стеканию» по физическим свойствам углеводного комплекса приближается к образцам, несущим рецессивные аллели генов wx .

Использование прибора Миксолаб для выявления действия генов wx целесообразно проводить в годы нормальные для формирования полноценного зерна. Если погодные условия приводят к «стеканию зерна» данный прибор для выявления генов wx мало эффективен .

Работа выполнена при поддержке ФУП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, Соглашение №14.А18.21.0200 .

Список литературы

1. Климушина М.В. Молекулярно-генетическая характеристика коллекции мягкой озимой пшеницы по генам, отвечающим за хлебопекарные и технологические качества муки // М.В. Климушина, М.Г. Дивашук, Г.И Карлов // Известия ТСХА. – 2009. – выпуск 3. – С. 80-88 .

2. Гладких Н.И. Скрининг коллекции мягкой озимой пшеницы КНИИСХ имени П.П. Лукьяненко на наличие аллельных вариантов waxy-генов / Н.И. Гладких, М.В. Климушина, М.Г. Дивашук, Л.А. Беспалова, А.В. Васильев, Г.И. Карлов // 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. Современные направления улучшения качества зерна ячменя / А.И. Рыбалка, М.М. Копусь, Д.П. Донцов // Аграрный Вестник Юго-Востока. – 2009. - №3. – С. 18-21 .

5. Обухова Л. В. Анализ запасных белков (проламинов, пуроиндолинов и Waxy) у линий мягкой пшеницы Triticum aestivum L. (Triticum timopheevii Zhuk. Triticum tauschii) с комплексной устойчивостью к грибным инфекциям / Л.В. Обухова, Л.И. Лайкова, В.К. Шумный // Генетика. – 2010. - № 6 (46). – С. 764–768

6. Нецветаев В.П. Новые подходы к оценке качества зерна озимой мягкой пшеницы / Нецветаев В.П., Лютенко О.В., Пащенко Л.С., Попкова И.И. // Белгородский Агромир. - 2010. -№1(54). - С. 27-29 .

7. Нецветаев В.П. Использование прибора Миксолаб при исследовании муки высшего сорта / В.П. Нецветаев, М.Ю. Третьяков, Т.А. Рыжкова // Судебная экспертиза. – 2011. – № 1. – С. 91-99 .

8. Hayakawa K. 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 .

9. Hayakawa K. 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 .

WX GENES AND RHEOLOGICAL PROPERTIES OF COMMON WHEAT FLOUR

T.A. Ryzhkova 1,2, M.Yu. Tretyakov, V.P. Netsvetaev 1,2, O.A. Sorokopudova2, O.V. Akinshina1, 2, 1,2 L.S. Bondarenko1, 2, A.V. Arkadjeva1 1Belgorod State Research Institute of Agriculture Russian Academy of Agricultural, Octyabrskaya St., 58, Belgorod, 308001, Russia E-mail: netsvetaev@bsu.edu.ru 2 Belgorod State National Research University, Pobedy St., 85, Belgorod, 308015, Russia The study of rheological properties of flour in normal varieties (Koro- chanka), partially-wx (Korotyshka) and wxwheat (Sophiyka), showed that the full meal for wx-recessives genes has a high water absorption, low vis- cosity of dough and resistance of finished product to getting stale . Genetic analysis of pollen grains from plants F1 № 991JD529 X Korotyshka confirmed in cv. Korotyshka one recessive gene wx. 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 of dough from grain harvested in 2010 and 2011 was studied. We analyzed samples of common winter wheat Vezelka, Bezen- chukskaya 380, Feya and Uni 1. It was established that the "run-off grain" leads to a significant change in physical indicators of dough reflecting a complex carbohydrate meal in the analysis of grains by the instrument Mix- solab. Thus, compared to 2010 retrogradation decreased 55.4%, amylase ac- tivity 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 by the physical properties of the com- plex carbohydrate was close to typical mixograme characteristic of the sam- ple with the recessive allele’s wx-loci .

Key words: common wheat, wx-genes, mixolab, run-off grain, physi- cal properties of dough .