СПОСОБ ОЦЕНКИ ЯЧМЕНЯ НА СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА В ЗЕРНЕ
METHOD FOR ASSESSMENT OF BARLEY FOR CONTENT OF PROTEIN IN GRAIN

Изобретение относится к области сельского хозяйства (селекция растений) и может быть использовано для отбора высокобелковых линий в процессе селекции зерновых культур, в частности к оценке ячменя на содержание белка в зерне.
Известен простой косвенный (визуальный) способ оценки ячменя на содержание белка в зерне, основанный на том, что при использовании 2-4-кратной концентрации питательных веществ в корнеобитаемой зоне на концах листьев растений после 10 суток выращивания наблюдается некротическая реакция, выраженность которой тем больше, чем выше содержание белка в зерне (Полонский В.И., Сурин Н.А. Оценка зерновых злаков на устойчивость к неблагоприятным экологическим факторам. Кн. Новосибирск, 2003, с.104-109).
Недостатками данного способа является то, что он длительный, осуществим после 10 дней выращивания проростков.
Наиболее близким способом является способ отбора высокобелковых форм семян, при котором 300 г навески семян заливают 500 мл воды с температурой 45-48°С и выдерживают их в течение суток в термостате при температуре 45°С с последующим определением остаточного объема воды, по которому делают сравнительную оценку белковости селекционных образцов бобовых культур, принимая образцы с меньшим объемом остаточной воды как наиболее высокобелковые (RU Пат. №2275794, МПК A01H 1/04, 2006, прототип).
Недостатком данного способа является то, что способ длителен и не дает возможность оценить содержание белка в отдельном зерне, т.е провести индивидуальный отбор, что важно для селекции.
Задача изобретения - сокращение времени на определение содержания белка в зернах ячменя и возможность индивидуального отбора ячменя на содержание белка в зерне, сохранение посевных качеств ячменя после оценки их на содержание белка.
Задача решается тем, что способ включает выдерживание зерен в воде в термостате, притом зерна предварительно замачивают в воде с температурой 20°С в течение 10-20 минут, разделяют зерна по плотности последовательно в растворах сахарозы с концентрацией 50%-90% на фракции, потом потонувшие в растворах фракции зерен каждую отдельно промывают в воде и выдерживают в воде в термостате при температуре 40-50°С в течение 4-х часов, затем проводят повторное разделение в растворах сахарозы, возвращая назад каждую фракцию зерен в соответствующий по концентрации раствор сахарозы, отделяют всплывшие фракции зерен, которые промывают, подсушивают на воздухе и используют в селекционном процессе как наиболее высокобелковые. Зерна после повторного разделения в растворах сахарозы и промывания в воде подсушивают на воздухе до состояния сыпучести.
Способ отбора зерен ячменя на содержание белка поясняется фигурами 1-5.
На фиг.1 приведен график изменения массы зерен сорта Соболек при замачивании их в воде комнатной температуры в течение 1-20 минут, в %; на фиг.2 - график изменения массы зерен ячменя сорта Соболек при их выдерживании в термостате при 40-50°С, в % от первоначальной массы; на фиг.3 - график изменения объема зерен ячменя сорта Соболек при их выдерживании в термостате при 40-50°С, в % от первоначального объема; на фиг.4 приведен график изменения массы зерен сорта Соболек при выдерживании в термостате при температуре от 30°С   до 50°С, в % от первоначальной массы; на фиг.5 приведен график изменения объема зерен ячменя сорта Соболек при выдерживании в термостате при температуре от 30°С до 50°С, в % от первоначального объема семян.
Пример 1. Исследования проводили в лабораторных условиях. Для опыта брали 100 зерен ячменя сорта Соболек. Для установления времени первоначального замачивания в воде при температуре 20°С измеряли массу зерен через 1, 5, 10, 15 и 20 минут. Установлено, что в течение первых 1-10 мин шел интенсивный процесс увеличения массы зерен (фиг.1) за счет интенсивного поступления воды под пленку зерен, но масса зерен не изменялась в промежутке времени 10-20 минут. Это говорит о том, что после 10-минутной экспозиции у всех зерен все воздушные полости под пленками заполнены водой. Поэтому для выравнивания начальных условий состояния зерен выбрано время предварительного замачивания зерен ячменя 10-20 минут.
Пример 2. Для опыта брали 1000 зерен ячменя Соболек. После первоначального замачивания зерен в течение 10-20 минут при температуре 20°С с зерен ячменя удаляли избыток влаги фильтровальной бумагой. Затем для разделения зерен по плотности все зерна помещали в 90% раствор сахарозы, всплывшие в этом растворе зерна переносили в 80% раствор сахарозы, всплывшие в этом растворе зерна переносили в 70% раствор и далее в 60%, 50% и 40% раствор (табл.1). Результаты, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что плотность зерен основной части популяции сорта Соболек может быть определена при использовании растворов сахарозы в пределах концентраций от 50% до 90%. В итоге было получено 6 фракций. Для разделения зерен ячменя по плотности использование растворов в концентрациях 40% сахарозы и менее, а также более 90% нецелесообразно, так как оцениваемая доля зерен составляет в этом случае менее 20%. Следовательно, оптимальным режимом для разделения зерен ячменя по плотности являются растворы сахарозы 50%-90%.
Таблица 1
Распределение популяции ячменя по плотности
Сорт
Концентрация сахарозы, %
Количество всплывших зерен, шт.
Количество утонувших зерен, шт.
Соболек
40%
73
83
50%
156
148
60%
304
170
70%
474
176
80%
650
250
90%
900
100
Пример 3. Для опыта брали по 100 штук зерен ячменя Соболек и после первоначального замачивания зерен в течение 10-20 минут при температуре 20°С с зерен ячменя удаляли избыток влаги фильтровальной бумагой. Затем все зерна помещали в термостат и выдерживали в воде при температуре 40-50°С в течение 12 часов, а измерение массы и объема зерен проводили через 4, 8 и 12 часов (фиг.2, 3).
По результатам опытов видно, что через 4 часа масса зерен увеличивается значительно на 48,2% от первоначальной, а далее наступает спад, и через 8 часов увеличение составляет всего 11,5%, а в 12 часов еще меньше - 7,5% (фиг.2). Объем зерен ячменя увеличивается значительно на 37,0% через 4 часа, а после 4 часов рост объема замедляется до 8,8% в 8 часов и до 8,5% через 12 часов (фиг.3).
Таким образом, видно, что до 4 часов идет интенсивное поглощение воды зернами за счет их набухания, а далее процесс поглощения воды практически выходит на плато. В это время меняется механизм поглощения: от набухания к осмотическому поглощению (в результате увеличения дыхания и гидролиза запасных веществ, как это показано в литературе, что приведет в дальнейшем к снижению посевных качеств семян (Н.В.Обручева, О.В.Антипова. Физиология инициации прорастания семян, ж. Физиология растений, М., 1997, т.44, №2, с.287-302). Таким образом, оптимальное время выдерживания зерен в воде в термостате при температуре 40°С-50°С составляет 4 часа.
Пример 4. Для опыта брали 3 группы зерен ячменя по 100 штук в каждой сорта Соболек и после предварительного замачивания зерен в воде в течение 10-20 минут при температуре 20°С с зерен ячменя удаляли избыток влаги фильтровальной бумагой. Затем каждую группу зерен выдерживали в воде в термостате при температурах: одну группу при 30°С, другую при 40°С и третью  при 50°С. Результаты исследований приведены на фиг.4 и 5. График изменения массы зерен ячменя при разном температурном режиме показывает, что через 20 минут масса зерен выше при 40°С и 50°С и равна соответственно 115,2% и 117,8% по сравнению с массой зерен при 30°С, которая составила 104,7% от первоначальной массы (фиг.4). Также превышение массы зерен при 40°С и 50°С по сравнению с 30°С наблюдалось на всем временном интервале через 1, 2, 3, 4, 8 и 12 часов, например через 4 часа масса зерен при 30°С составляла 137,2%; при 40°С - 145,4% и при 50°С - 151,4%.
График изменения объема зерен при 30°С, 40°С и 50°С показывает (фиг.5), что при выдерживании в термостате в воде при температуре 30°С через 20 минут объем зерен составлял 105,3%, через 1 час - 109,8%, через 2 часа - 111,5%, через 3 часа - 114,3%, через 4 часа - 121,9%.
При выдерживании в воде в термостате наибольший объем зерен наблюдался при 40°С через 20 минут - 110,1%, через 1 час - 112,8% и через 2 часа - 116,5%, через 3 часа - 117,4%, через 4 часа - 132,6%. Через 3 часа выдерживания в термостате при температуре 50°С максимальная величина объема составляла 120,4%, а через 4 часа - 137,1%. Далее свыше 4-х часов и через 8 и 12 часов сохранялась тенденция превышения объемов зерен ячменя при 40°С и 50°С, но при этом происходят необратимые изменения в осевых органах зародыша за счет повышения интенсивности дыхания и начало гидролиза крахмала.
Следовательно, оптимальным режимом выдерживания зерен в термостате в воде является температура 40°С-50°С и продолжительность 4 часа.
Пример 5. Для опыта брали 1000 штук зерен ячменя Соболек. После первоначального замачивания зерен в течение 10-20 минут при температуре 20°С с зерен удаляли избыток влаги фильтровальной бумагой. Затем для разделения зерен по плотности все зерна помещали в 90% раствор сахарозы, всплывшие в этом растворе зерна переносили в 80% раствор сахарозы, всплывшие в этом растворе зерна переносили в 70% раствор и далее в 60%, 50% растворы. Таким образом, получено 5 фракций потонувших зерен ячменя сорта Соболек. Потонувшие зерна в каждом растворе сахарозы отдельно по фракциям промывали водой и выдерживали в течение 4 часов в воде в термостате при температуре 40°-50°С каждую фракцию. После набухания зерен в течение 4 часов в воде с каждой фракции зерен удаляли влагу фильтровальной бумагой и проводили повторное разделение зерен в растворах сахарозы, возвращая назад каждую фракцию зерен в соответствующий по концентрации раствор сахарозы, в котором они первоначально тонули. Всплывшие в каждом растворе зерна объединяли в одну группу, промывали водой, подсушивали на воздухе и определяли содержания белка в зерне по химическому методу Кьельдаля. Эта группа зерен характеризуется наибольшим содержанием белка - 12,8% (табл.2) и может быть использована в селекции на повышение белка. Потонувшие зерна при повторном разделении в растворах сахарозы объединяли в одну группу, промывали водой, подсушивали на воздухе и определяли содержание белка в зерне - 11,13%. Следовательно, данный способ позволяет произвести индивидуальный отбор высокобелковых зерен ячменя для дальнейшего использования их в селекции на повышение белка.
Таблица 2
Содержание белка в зернах ячменя
Сорт
Фракции зерен после повторного разделения в растворах сахарозы
Содержание белка, %
Соболек
Утонувшие зерна
11,13
Всплывшие зерна
12,80
Для выяснения возможного негативного влияния отбора на посевные качества зерен ячменя у них определяли лабораторную всхожесть при хранении. Оказалось, что предложенный способ отбора ячменя на содержание белка в зерне не ухудшает посевные качества ячменя, поскольку без проведения отбора лабораторная всхожесть зерен составляла 68,2%, а после отбора через 2 месяца 68,0% и через 7 месяцев 70,0%, то есть оставалась на одном уровне при хранении в течение 2-7 месяцев.
Таким образом, способ может быть реализован в лабораторных условиях при селекции ячменя на содержание белка в зерне и может найти применение в практике селекции.
Кроме того, предлагаемый способ сокращает время отбора до 6-7 часов, не снижает лабораторную всхожесть ячменя как при длительном, так и при непродолжительном хранении, то есть при экспозиции в термостате при 40-50°С в течение 4 часов не выявлено отрицательного действия на зародыш ячменя.