Особенности формирования качества зерна тритикале и его взаимосвязь с условиями внешней среды

УДК 633.19:631.524.7

особенности формирования качества зерна тритикале и его взаимосвязь с условиями внешней среды

А.В. КРОХМАЛЬ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Институтская, 1, п. Рассвет, Аксайский р-н, Ростовская обл., 346735, Российская Федерация

Резюме. Изложены результаты изучения показателей качества зерна озимых сортов тритикале Каприз, Капрал, Ацтек, Донслав, Сколот, Пилигрим, Рамзай, Рамзес. Выявлены корреляционные взаимосвязи признаков качества зерна с гидротермическими показателями. Полевые опыты закладывали в северо-западной зоне Ростовской области в 2009-2014 гг. Коэффициент вариации содержания белка у разных сортов составлял от 5,7до 15,8%, клейковины - от 17,5 до 35,5%, объема хлеба - от 13,9 до 29,1%. Наряду с генотипическими особенностями, на формирование качественных показателей зерна в значительной мере влияют условия внешней среды. Наиболее тесно они коррелируют с суммой осадков в период налива зерна. Натура зерна, содержание белка и клейковины, объем хлеба отрицательно связаны с суммой осадков, коэффициенты корреляции между признаками варьируют от-0,47 до -0,88; от-0,23 до -0,82; от-0,17до -0,76 и от-0,04 до -0,75 соответственно. Объемный выход хлеба из зерна большинства сортов находился в прямой зависимости от суммы температур периода налива. Коэффициент корреляции изменялся от 0,09 до 0,89. Показателем стабильности признаков качества зерна может служить отсутствие или минимальное количество сильных и средних сопряженностей (как положительных, так и отрицательных) между признаками качества зерна и гидротермическими показателями. Наименьшее количество таких взаимосвязей выявлено у сортов тритикале Ацтек, Донслав, Сколот.

Ключевые слова: тритикале, качество зерна, изменчивость, корреляция.

Для цитирования: Крохмаль А.В. Особенности формирования качества зерна тритикале и его взаимосвязь с условиями внешней среды // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №12. С. 23-26.

Современная селекция тритикале предлагает агропроизводителям достаточно большой выбор из 63 озимых и 11 яровых сортов (на 2015 г.). По мере расширения сортимента и ареала возделывания культуры все чаще возникает вопрос о маркетинговой классификации сортов: хлебопекарные, кондитерские, кормовые и др., то есть о качестве выращенного зерна.

Оно обусловлено достаточно большим числом признаков, которые определяют пригодность зерна для использования на продовольственные цели. Эти признаки детерминируются наследственными

факторами и комплексом почвенно-климатических и агротехнических условий [1-3].

Вопросы формирования качества зерна хорошо изучены у пшеницы, в отношении тритикале таких исследований гораздо меньше. В 70-80-х гг. ХХ в. проводили достаточно широкие изыскания в области качества зерна тритикале, биохимического и фракционного состава белков, содержания белка, крахмала, липидов, ферментов, питательной ценности. Над такими вопросами работали в Канаде [4], Мексике [5], США [6], Польше [7] и др. Исследования в этой области вели и отечественные ученые [8,9]. В последние годы установлено, что отдельные признаки качества зерна тритикале, как и у озимой пшеницы, варьируют в различных пределах в зависимости от генотипа и условий внешней среды [9,10].

Цель наших исследований - изучить влияние факторов внешней среды на формирование отдельных признаков качества зерна, определить взаимосвязи между качественными признаками и гидротермическими показателями.

Условия, материалы и методы. Объект исследований - озимая зерновая тритикале. Полевые опыты закладывали в селекционном севообороте Донского НИИСХ (Ростовская область) по предшественнику черный пар, агротехника общепринятая для озимых зерновых. Площадь делянок 20-25 м2, норма высева 4 млн всхожих семян на 1 га, уборка - прямым комбайнованием. Агрофон, на котором проводили исследования, был достаточно высоким - N100P100.

Изучали 8 новых зерновых сортов культуры: Каприз (стандарт), Капрал, Ацтек, Донслав, Сколот, Пилигрим, Рамзай и Рамзес. Технологические свойства зерна анализировали за период 20092014 гг. Содержание белка, клейковины и крахмала определяли на ИК анализаторе «Infratec 1241 Analyser», число падения - по Пертену на приборе «Falling Number 1700», физические свойства муки - на альвеографе NG фирмы Chopin. Технологический и хлебопекарный анализ (натура зерна, стекловид-ность, объемный выход хлеба и др.) выполняли по соответствующим методикам технологической оценки Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур.

Годы исследований характеризовались достаточной контрастностью по температурному режиму и условиям увлажнения (табл. 1). Недостаток увлажнения в той или иной степени наблюдали во все годы, за исключением 2010 г., гидротермический

Таблица 1. некоторые гидротермические показатели, 2009-2014 гг.

Показатель 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. Среднее многолетнее

период вегетации

ГТК 0,71 1,09 1,06 0,93 0,74 1,12 1,38

I t° 3910 4562 4125 4232 4267 4096 3268

I осадков 278 496,2 435,2 392,1 316 458 451

период колошение - полная спелость

ГТК 0,39 0,99 0,87 0,23 0,58 0,68 0,82

I t° 1238 1353 1270 1388 1387 1299 1047

I осадков 47,8 133,6 110,9 31,5 80,1 88,1 86

коэффициент (ГТК) за период вегетации варьировал от 0,71 до 1,12, что значительно ниже среднемно-голетней величины. Метеоусловия 2009 и 2013 гг. были острозасушливыми (ГТК - 0,71 и 0,74 соответственно), 2010, 2012, 2013 и 2014 гг. выделялись высокими температурами в период налива, сумма положительных температур составила 1353, 1388, 1387 и 1299 °С, при среднемноголетней 1047 °С. Наиболее благоприятные условия для формирования урожайности тритикале сложились в 2009 и 2010 гг.: максимальная в опыте величина этого показателя составила более 9 т/га

Изучали взаимосвязь признаков качества зерна с такими характеристиками метеоусловий, как сумма температур, сумма осадков и гидротермический коэффициент за период весенне-летней вегетации и за период колошение - полная спелость.

результаты и обсуждение. Средний сбор зерна за период исследований варьировал от 6,30 до 7,90 т/га, его изменчивость - от 4,8 до 31,2%. Наибольшую стабильность реализации потенциала продуктивности продемонстрировали сорта Каприз, Ацтек и Рамзай. Абсолютные показатели урожайности значительно различались. Самой высокой она была в 2009 г. у сорта Рамзес - 9,92 т/га, в 2010 г. - у сорта Пилигрим - 9,25 т/га, наименьшей - в 2014 г. у сорта Каприз (5,90 т/га).

Содержание белка в зерне - один из самых важных параметров его качества. Средние величины этого показателя у изученных сортов были близки (табл.2), однако размах их варьирования в отдельные годы значительно различался. У сорта Каприз различия между наибольшими и наименьшими показателями признака достигали 5,2%, Сколот - 5,0%, у сортов Ацтек и Донслав - 2,2-2,4%. При этом он был менее изменчив, чем урожайность, коэффициент вариации составил 5,7-15,8%. Стабильнее других указанный признак проявлялся у сортов Капрал, Ацтек и Дон-слав, более изменчивым он был у сорта Сколот.

Таблица 2. некоторые показатели качества зерна

рьировало от 1,4 до 1,9 (табл. 2). По нашим данным, при ручном отмывании содержание клейковины колебалось от 16 до 22,8%, при определении на инфракрасном спектрометре Инфратек 1241 величины этого показателя были выше. Причем различия у отдельных сортов (Каприз и Ацтек) оказались незначительными (2-3%). Следует отметить, что эти же сорта выделяются неплохими хлебопекарными свойствами. У других сортов (Капрал, Пилигрим) различия достигали 11-13%. Как правило, хлебопекарные свойства у них были хуже.

Содержание клейковины в зерне - наиболее изменчивый показатель его качества, о чем свидетельствуют высокие значения коэффициента вариации это признака: от 17,5% для сорта Рамзай, до 35,5% для сорта Капрал.

Растения большинства изученных сортов тритикале формировали клейковину II группы, реже I (Ацтек) и III (Каприз, Рамзай) группы. Изменчивость показателя ИДК у всех сортов значительно ниже, чем содержания клейковины, и варьирует в пределах 7,9-47,7%.

Объемный выход хлеба - комплексный признак, характеризующий хлебопекарные свойства муки. Наибольший объем хлеба в среднем за все годы исследований отмечен у сорта Рамзай в 2013 г. - 1000 см3, наименьший - у сорта Капрал в 2011 г. - 410 см3. Сорт Ацтек выделялся высокой стабильностью проявления этого признака (Cv=13,9%), а значительная его вариабельность была свойственна сортам Капрал (23,7%) и Каприз (29,1%). Объем хлеба в средней степени положительно коррелировал с силой муки (r = 0,46) и содержанием белка (r=0,32).

Качество зерна тритикале в значительной мере обусловлено почвенно-климатическими условиями выращивания. В наиболее благоприятном для формирования высокой урожайности тритикале 2010 г. зерно характеризовалось самыми низкими хлебопекарными свойствами. Объемный выход хлеба был наименьшим у всех изученных сортов и колебался тритикале, 2009-2014 гг.

Сорт Масса 1000 зерен, г Натура, г/л Белок, % Клейковина, % ИДК, у.е. Клейковина/белок Объемный выход хлеба, см3 Число падения, сек

Каприз 40,2 700 13,9 23,5 105,0 1,6 630 259

Капрал 38,9 716 13,0 18,7 84,2 1,4 496 147

Ацтек 46,9 706 13,9 23,4 78,8 1,7 595 147

Донслав 38,2 677 14,0 22,1 92,5 1,6 650 136

Сколот 36,6 720 13,7 24,1 96,5 1,7 686 222

Пилигрим 42,3 724 13,1 21,9 72,0 1,7 543 205

Рамзай 42,6 696 14,0 26,0 107,0 1,9 750 211

Рамзес 39,1 694 13,8 24,2 105,5 1,7 724 214

Известно, что содержание белка в зерне отрицательно коррелирует с урожайностью [1,5,10]. Результаты наших исследований согласуются с литературными данными. В целом по всему массиву наблюдений корреляция была отрицательной (г=-0,69). Однако у отдельных генотипов выявлена различная взаимосвязь между этими признаками: от слабой положительной у сортов Каприз (г=0,22) и Рамзес (г=0,17), до сильной отрицательной у сортов Донслав (г=-0,92) и Сколот (г=-0,85).

Хлебопекарные свойства зерновых культур во многом определяют количество и качество клейковины в зерне. Тритикале имеет некоторые особенности, по сравнению с пшеницей. Содержание клейковины у озимой мягкой пшеницы связано с количеством белка в соотношении 1,5-2,5:1 [10], у изученных сортов тритикале оно было ниже и ва-

от 440 см3 у сорта Ацтек до 600 см3 у сорта Рамзай. Содержание белка в зерне было низким - от 10,5% (Сколот, Пилигрим) до 13,1% (Рамзай).

Высокие хлебопекарные свойства у изученных сортов отмечены в 2013 г., когда урожайность была наименьшей за годы исследований. Объем хлеба достигал 590-1000 см3. Содержание белка при этом было достаточно высоким и варьировало в пределах 13,9-15,6%.

Следует отметить, что в 2012 г. большинство изучаемых сортов сформировали очень мелкое зерно с массой 1000 шт. от 33 до 37 г, исключение составляли Ацтек (46,6 г) и Рамзай (43,0 г). Это было обусловлено гидротермическими условиями вегетации: в течение 50 дн., включая весь период налива, стояла жаркая сухая погода. В таких условиях фаза налива протекала в сжатые сроки, поступление ассимилянтов в

Таблица 3. Взаимосвязь показателей качества зерна с ГТК периода весенне-летней вегетации

Сорт Масса 1000 зерен Натура Белок Клейковина ИДК Объемный выход хлеба Число падения

Каприз -0,55 -0,51 -0,69 -0,46 -0,11 -0,09 0,29

Капрал 0,42 -0,24 -0,78 -0,02 -0,68 0,30 0,10

Ацтек 0,15 -0,28 -0,68 -0,04 0,62 -0,26 -0,06

Донслав 0,30 -0,24 -0,21 -0,32 -0,17 -0,62 0,33

Сколот 0,43 -0,22 -0,40 -0,06 0,03 -0,24 -0,18

Пилигрим -0,68 -0,50 -0,49 -0,67 -0,12 -0,48 0,19

Рамзай 0,07 -0,31 -0,63 -0,55 -0,71 -0,69 0,20

Рамзес 0,67 -0,40 -0,74 -0,65 -0,46 -0,68 0,39

зерновку прекратилось до того, как эндосперм достиг нормальных объема и массы.

У всех сортов в 2013 г. отмечали более низкие показатели числа падения, чем обычно. В этот год в начале второй декады июля, в фазе полной спелости, выпало 23 мм осадков, что и обусловило повышение амилолитической активности.

Самое высокое за годы исследований количество белка сорта накопили в 2009 г., в котором уровень их урожайности можно охарактеризовать, как средний. Содержание белка в зерне варьировало от 14,5% (Алмаз) до 16,1% (Каприз). Однако в этом же году отмечен один из самых низких объемов хлеба (360540 см3).

Анализ взаимосвязи отдельных признаков качества зерна с некоторыми параметрами метеоусловий показал, что с величиной ГТК периода весенне-летней вегетации в слабой и средней степени положительно коррелирует масса 1000 зерен (г=0,07-0,67), исключение составляют сорта Каприз и Пилигрим (табл. 3). Отрицательная взаимосвязь между ГТК за указанный период установлена с показателем натуры у всех сортов (наиболее тесная - у сортов Каприз и Пилигрим), а также с содержанием белка и клейковины. Корреляция с объемом хлеба у сорта Капрал была положительной, у остальных сортов - отрицательная. Положительная слабая и средняя взаимосвязь между ГТК за период весенне-летней вегетации и числом падения установлена у большинства сортов, за исключением Ацтека и Сколота. Такие результаты свидетельствует о том, что в формировании качественных показателей у разных сортов задействованы различные механизмы.

Корреляция показателей качества с ГТК периода налива носила несколько иной характер. При аналогичном направлении связи с этим параметром мас-

Таблица 4. Взаимосвязь показателей качества шение - полная спелость

сы 1000 зерен (от г= 0,26 у сорта до г= 0,76 у сорта Рамзес) и натуры зерна (от г= -0,52 у сорта Сколот до г= -0,84 у сорта Ацтек) были заметно сильнее. Более тесной у большинства сортов, исключая Рамзес, оказалась и отрицательная взаимосвязь с содержанием клейковины.

Объемный выход хлеба сильнее всего коррелировал с ГТК налива у сортов Донслав (г=-0,78) и Рамзес (г=-0,66), у сортов Каприз и Капрал связь была несущественной. У сортов Капрал, Ацтек, Сколот и Пилигрим выявлена отрицательная зависимость (от слабой до средней) числа падения от ГТК налива, Каприз, Рамзай и Рамзес - слабая положительная, у сорта Донслав - положительная средней степени.

Взаимосвязи признаков качества с суммами температур и осадков за период весенне-летней вегетации были менее выражены, чем за колошение -полную спелость, поэтому мы решили рассмотреть только последние из них.

У всех изученных сортов масса 1000 зерен и натура зерна положительно коррелировала с суммой температур в слабой и средней степени (табл. 4). Исключение составил сорт Рамзес, который при высоких температурах формировал мелкое зерно. Зависимости между содержанием белка и суммой температур в период налива носили разнонаправленный характер: положительные средней степени -у сортов Донслав и Рамзес, слабые положительные -у сортов Пилигрим и Рамзай, слабые отрицательные у других сортов. Содержание клейковины и ее качество, как правило, положительно коррелировали с суммой температур. Сильная отрицательная связь между этими факторами выявлена только у сорта Капрал.

Зависимость объемного выхода хлеба от суммы температур в период колошение - полная спелость зерна с параметрами метеоусловий в период коло-

Сорт Масса 1000 зерен Натура Белок Клейковина ИДК Объемный выход хлеба Число падения

Сумма температур

Каприз 0,47 0,33 -0,30 0,19 0,07 0,34 0,37

Капрал 0,06 0,60 -0,13 -0,77 0,63 0,53 0,70

Ацтек 0,58 0,18 -0,06 0,48 0,24 0,39 0,21

Донслав 0,54 0,36 0,48 0,16 0,65 -0,20 0,41

Сколот 0,47 0,81 -0,07 0,15 0,04 0,09 0,21

Пилигрим 0,37 0,23 0,03 0,22 -0,19 0,89 -0,09

Рамзай 0,39 0,16 0,07 0,15 0,42 0,27 0,04

Рамзес -0,85 0,60 0,43 0,72 0,38 0,25 0,01

Сумма осадков

Каприз -0,44 -0,88 -0,63 -0,50 -0,52 -0,04 0,15

Капрал 0,24 -0,72 -0,81 -0,66 -0,44 -0,21 0,06

Ацтек 0,04 -0,84 -0,71 -0,17 -0,35 -0,38 -0,33

Донслав -0,40 -0,50 -0,45 -0,06 -0,08 -0,75 -0,40

Сколот 0,41 -0,47 -0,82 -0,56 0,35 -0,31 -0,10

Пилигрим -0,76 -0,74 -0,76 -0,76 -0,18 -0,52 -0,46

Рамзай 0,55 -0,80 -0,64 -0,73 -0,72 -0,15 0,13

Рамзес 0,70 -0,61 -0,23 -0,30 -0,39 -0,66 0,00

по направлению и степени сопряженности выглядела следующим образом: у сорта Донслав - слабая обратная, у остальных прямая, от слабой (Сколот) до сильной (Пилигрим). Число падения положительно коррелировало с суммой температур у всех сортов, кроме Пилигрима.

Взаимосвязь массы 1000 зерен и количества осадков в период колошение - полная спелость варьировала от высокой положительной до высокой отрицательной. Натура зерна, содержание белка и клейковины, ИДК и объемный выход хлеба отрицательно коррелировали с суммой осадков в период налива. Исключение составлял сорт Сколот, у которого для показателя ИДК установлена положительная зависимость. Наибольшее снижение числа падения при увеличении количества осадков в период налива отмечено у сортов Донслав и Пилигрим, у сортов Каприз, Капрал, Рамзай и Рамзес корреляция между этими показателями практически отсутствовала.

Рассматривая установленные взаимосвязи, следует отметить сорта с минимальным количеством сопряженностей средней и большой силы между признаками. Так, у сорта Ацтек выявлена средняя степень сопряженности между массой 1000 зерен, содержанием клейковины, объемом хлеба и суммой температур, натурой, содержанием белка и суммой осадков. Также небольшое количество средних и сильных корреля-

ционных зависимостей отмечено у сортов Донслав и Сколот. Следовательно, влияние факторов внешней среды на формирование показателей качества зерна у этих сортов менее значимо. В то же время сорта с низкими хлебопекарными свойствами характеризуются значительным количеством взаимосвязей с г>0,3: у сорта Рамзес - 16 из 21, Капрал - 12. То есть изменения внешних факторов будут влиять на большинство показателей качества их зерна.

выводы. Таким образом, наряду с генотипически-ми особенностями, на формирование качественных показателей зерна тритикале оказывают значительное влияние условия внешней среды. Наиболее тесно признаки качества коррелируют с суммой осадков в период налива зерна. Объемный выход хлеба большинства сортов находится в прямой зависимости от суммы температур периода налива.

На основании анализа изученных корреляционных взаимосвязей можно предположить, что у разных сортов в формировании качественных показателей задействованы различные механизмы.

Показателем стабильности качества зерна может служить отсутствие или минимальное количество сильных и средних сопряженностей (как положительных, так и отрицательных) между характеризующими его признаками и гидротермическими показателями.

Литература.

1. Беркутова Н.С. Методы оценки и формирования качества зерна. М.: Росагропромиздат, 1991. 206 с.

2. Исмагилов Р.Р. Особенности формирования хлебопекарных свойств зерна озимой ржи // Новые методы селекции озимых колосовых культур. Уфа: Издательско-полиграфический комплекс при Администрации Президента Республики Башкортостан, 2001. С. 36-41.

3. Филиппова Е.А. К вопросу расширенного использования разнокачественных сортов пшеницы/ Е.А. Филиппова, Л.Т. Мальцева, Н.Ю. Банникова //Экология, генетика, селекция на службе человечества: материалы международной научной конференции. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2011. - С.269-273.

4. Бушук В. Белки тритикале // Тритикале - первая зерновая культура, созданная человеком / Под ред. и с предисл. Ю.Л. Гужова. М.: Колос, 1978. С. 143-151.

5. Виллегас Е., Бауер Р. Содержание белка и лизина у улучшенных форм тритикале // Тритикале - первая зерновая культура, созданная человеком / Под ред. и с предисл. Ю.Л. Гужова. М.: Колос, 1978. С. 162-168.

6. Ахмед С.Р., Мак-Дональд С.Е. Аминокислотный состав, белковые фракции и хлебопекарное качество тритикале // Тритикале - первая зерновая культура, созданная человеком/ Под ред. и с предисл. Ю.Л. Гужова. М.: Колос, 1978. С.151-162.

7. Huskowska T., Wolski T., Celdinska A. Breeding of winter triticale for improvement of grain characters // Jour. Genetics and breeding of triticale: proceedings, 3rd EUCARPIA Meeting, Cereal Section on Triticale, INRA, Station d'Amelioration des Plantes, Clermont-Ferrand, France, 2-5juillet 1984 /[Editors, M. Bernard, S. Bernard], 1985. Pp. 641-645.

8. Хлебопекарные качества зерна новых сортов тритикале / Н.В. Турбин, Р.К. Еркинбаева, О.Н. Налеев, Л.Л. Авдеева // Доклады ВАСХНИЛ. 1990. №6. С.6-8.

9. Крохмаль А.В., Грабовец А.И., Шевченко Н.А. Изменчивость признаков качества зерна тритикале // Тритикале. Генетика, селекция, агротехника, использование зерна и кормов: матер. междунар. науч.-практ. конференции. Ростов-на-Дону: ООО «Издательство «Юг», 2010. С. 114-117.

10. Казарцева А.Т., Шеуджен А.Х., Нещадим Н.Н. Эколого-генетические и агрохимические основы повышения качества зерна. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2004. 160 с.

peculiarities of formation of triticale grain quality

and its correlation with environmental conditions

A.V. Krokhmal

Don Zonal Research Institute of Agriculture, ul. Institutskaya, 1, Rassvet, Aksayskiy r-n, Rostovskaya obl., 346735, Russian Federation

Summary. The article presents the results of the study of quality characteristics of grain of winter triticale varieties Kapriz, Kapral, Atstek, Donslav, Skolot, Piligrim, Ramzaj, Ramzes. The correlations of quality characteristics of grain with hydrothermal indicators were revealed. Field experiments were carried out in the northwest area of Rostov region in 2009-2014. The variation degree of the certain quality indices was determined. The variation coefficient of protein content ranged from 5.7 to 15.8% in different varieties, the gluten content-from 17.5 to 35.5%, the volume of bread-from 13.9 to 29.1%. Along with genotypic characteristics, the formation of qualitative characteristics of is grain greatly influenced by environmental conditions. Quality signs the most closely correlates with precipitation amount during grain formation. Grain-unit, the content of protein and gluten, bread volume negatively correlate with the amount of precipitation; the correlation coefficients between the signs varied from -0.47 to -0.88; from -0.23 to -0.82; from -0.17 to -0.76, and from -0.04 to -0.75, respectively. Volume yield of bread for the majority of varieties directly depends on the accumulated temperature during grain filling. Correlation coefficient varied from 0.09 to 0.89. An absence or minimal number of strong and middle contingencies (both positive and negative ones) between grain quality indices and hydrothermal indicators can serve as the measure of the stability of such indices. The minimal number of such correlations was found in the Atstek, Donslav and Skolot varieties of triticale. Keywords: triticale, grain quality, variability, correlation.

Author Details: A.V. Krokhmal, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: dzni@mail.ru).

For citation: Krokhmal A.V. Peculiarities of Formation of Triticale Grain Quality and Its Correlation with Environmental Conditions. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 12. Pp. 23-26 (In Russ.).