Изменчивость кислотного числа масла в семенах линий и гибридов подсолнечника

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (138), 2008

Я. Н. Демурин,

доктор биологических наук

С. Г. Ефименко,

кандидат биологических наук,

А. Н. Левуцкая,

научный сотрудник,

Н. А. Пикалова,

аспирантка ГНУ ВНИИ масличных культур

ИЗМЕНЧИВОСТЬ КИСЛОТНОГО ЧИСЛА МАСЛА В СЕМЕНАХ ЛИНИЙ И ГИБРИДОВ ПОДСОЛНЕЧНИКА

УДК 633.854.78:575

Фермент липаза катализирует гидролитический распад молекул триацилглицеролов, т.е. сложных эфиров глицерина и жирных кислот. Конечные продукты расщепления жира под действием этого фермента - свободные жирные кислоты и глицерин. В семенах подсолнечника активность липазы заметно проявляется при содержании в них воды более 8 %, или 15 % в расчете на гелевую (гидрофильную) часть семени, при оптимуме в 1214 % влажности [1, 2].

Свободные жирные кислоты ухудшают качество масла, что делает этот признак ценным с селекционной точки зрения. В 1983-1984 гг. при изучении популяции сорта Передовик была отмечена широкая изменчивость в отдельных корзинках признака кислотного числа масла (КЧ) в семянках от 0,7 до 6,1 мг КОН/г после их инкубации в оптимальных условиях для действия липазы. Между активностью липазы и КЧ наблюдался высокий коэффициент корреляции - 0,98. Была показана возможность отбора по признаку КЧ, т.к. между родительской корзинкой и потомством даже при свободном цветении наблюдался значительный коэффициент положительной корреляции - 0,82 [3].

В результате многолетнего направленного отбора из сорта подсолнечника Юбилейный 60, устойчивого к комплексу патогенов, в 1993 г. был получен сорт Фаворит (селекционный № 493), устойчивый к гидролитическому распаду масла в семенах [4].

Поповым П.С. с сотрудниками получены данные по активности липазы и КЧ масла в семенах суперэлиты сорта Фаворит в сравнении с сортом-контролем Юбилейный 60. Установлено, что имеется прямая зависимость между активностью липазы и КЧ масла в семенах. При этом активность липазы и значения КЧ у сорта Фаворит во все годы были существенно ниже, чем у сорта-контроля. В семенах сорта Фаворит, в среднем за 5 лет, активность липазы до и после инкубирования была в 1,8

раза ниже по сравнению с сортом-контролем, а КЧ

- в 2,8 раза [5]. При этом важно отметить, что активность липазы определялась во внешне здоровых ядрах семян, а индивидуальный отбор по КЧ проводился в пробах семянок, которые часто были инфицированы.

Сравнительное изучение биохимических свойств семян сортов подсолнечника, проведённое во ВНИИ жиров, показало относительно низкие значения КЧ масла и активности липазы для сорта Фаворит [6], тогда как данные, полученные в Кубанском государственном технологическом университете, не подтверждают подобных преимуществ этого сорта по КЧ масла [7].

Поражение семян растительноядными клопами [8] и микофлорой [9] приводит к сильному возрастанию КЧ масла за счет действия липолитических ферментов патогенов [10]. Известно, например, что поражение семян белой гнилью в полевых условиях увеличило КЧ масла с 0,6 до 61,1 мг КОН/г, т.е. в 100 раз при коэффициенте корреляции между этими признаками 0,92, а также уменьшило всхожесть семян с 93 до 11 % при коэффициенте корреляции равном 0,85 [11].

Очевидно, что величина КЧ масла в семенах может одновременно определяться действием как собственной липазы семени, так и липолитических ферментов патогенов. КЧ в данном случае является интегративным показателем качества семян, поэтому отбор на улучшение этого признака априорно может сопровождаться не только снижением активности липазы подсолнечника, но и повышением защитных свойств семянки от неблагоприятных внешних факторов. Так наличие любого морфофизиологического признака толерантности растения к патогенам и вредителям будет сопровождаться увеличением устойчивости масла в семенах к гидролитическому распаду за счёт уменьшения действия экзогенных липаз. С другой стороны, любой морфофизиологический механизм интенсивного обез-

воживания корзинки и семянок будет производить аналогичный эффект.

К таким признакам, снижающим фитопатогенное поражение и содержание воды в семенах, можно отнести тонкую, быстро высыхающую корзинку, герметичность семянок, отсутствие воздушных пустот между околоплодником и ядром семени или между семянками в корзинке. Известно, что сорт Фаворит, не уступая контролю по урожайности, масличности и лузжистости семянок, имеет сниженную на 5 г массу 1000 семянок [12], а также повышенную на 9 г/л натуру семянок. Кроме того, наблюдаемая при семеноводческой работе повышенная всхожесть семян сорта Фаворит является, вероятно, еще одним следствием снижения степени повреждения этих семян биотическими стрессорами.

В целом, отбор генотипов подсолнечника на повышение стойкости масла к гидролитическому распаду в семенах (или на снижение в них липолитической активности) эффективно проводился в рамках селекции сортов-популяций. Данных об изменчивости признака КЧ в генетическом материале, связанном с гетерозисной селекцией подсолнечника, нам не известно. В связи с этим, целью нашей работы было изучение закономерностей варьирования КЧ масла в семенах линий и гибридов.

Материалы и методы. В качестве материала исследований использовались семена с семеноводческих участков пяти родительских линий ВК678А, ВК464Б, ВК653Б, ВК580, ВК591, двух простых стерильных гибридов (Кубанский 48 и 93) и четырех трехлинейных гибридов (Кубанский 341, 480, 930 и 931) в 2000-2001 гг.; десяти родительских линий ВК175, ВК541, ВК571, ВК580, ВК585, ВК276, ВК464, ВК639, ВК653 и ВК678 урожая 2004 г. Все семена получены при пространственной изоляции. Семена гибридов убраны с соответствующих материнских форм на участках гибридизации.

Кроме того, в 2004 г. использовались 36 линий генетической коллекции, полученных под индивидуальными сетчатыми изоляторами: ЛГ26, ЛГ27, ЛГ28, НА413, ЯНА416, К235, К824, К1587, RIL100, Ю61, Ю62, ЕГ49, Сл2099, К561-2, КГ27, К2863, ВК400, НА73, ЯР1407/1053, L207, Ю587, Сл2399, ВК268, КГ105, К824, К3353, Сл2290, Л2586-1-11, Z1064, И7/246, ДН47, И5/303, Чернянка66-1, Чер-нянка 66-2, ВА2 и ВК876.

В 2005 г. изучены семена с центральных (ц) и боковых (б) корзинок ветвистой линии ВИР721, а также центральных корзинок у ветвистых (ц) и однокорзиночных (о) растений линий, гибридов Fl и F2. Средние пробы семян получены с 5-25 корзинок для различных генотипов.

Оценку поражения семян подсолнечника проводили визуально по наличию любых отклонений от обычной белой окраски ядер семянок - от темных пятен различных оттенков до некрозов. При этом

семянки освобождали от лузги и осматривали ядра семян по 100 штук каждого образца на наличие укусов насекомых и признаков болезней.

КЧ масла в семянках определяли экспресс-методом, разработанным П. С. Поповым в отделе биохимии ВНИИМК. При этом требуется средняя проба семянок 5-10 г, а для аналитической пробы используется всего один грамм измельченных семянок, что позволяет изучать признак в отдельной корзинке [3, 5]. Анализы проводили в 2-х или 4-кратной повторностях.

Результаты и обсуждение. Результаты исследования семян линий и гибридов подсолнечника на устойчивость к гидролитическому распаду масла за 2 года приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Кислотное число масла семян родительских линий и гибридов подсолнечника после инкубации

_____________________ВНИИМК, Краснодар, 2002 г.

Линия, гибрид Кислотное число масла, мг КОН/г

урожай 2000 г. урожай 2001 г. среднее

ВК 678А 1,8 1,7 1,7

ВК 464Б 1,6 1,7 1,7

ВК 653Б 2,6 2,4 2,5

Среднее по матерям 2,0 2,0 2,0

ВК 580 (ветвление) 0,9 1,0 0,9

ВК 591 (ветвление) 1,3 1,1 1,2

Среднее по отцам 1,1 1,0 1,1

Среднее по линиям 1,6 1,5 1,5

Кубанский 48 (ВК678хВК464) 2,0 1,8 1,9

Кубанский 93 (ВК678хВК653) 2,0 1,9 2,0

Среднее по стерильным гибридам 2,0 1,9 2,0

Кубанский 341 (Куб.48хВК541) 1,5 1,3 1,4

Кубанский 480 (Куб.48хВК580) 1,0 1,1 1,1

Кубанский 930 (Куб.93хВК580) 2,5 1,5 2,0

Кубанский 931 (Куб.93хВК591) 1,1 1,3 1,2

Среднее по тройным гибридам 1,5 1,3 1,4

Среднее по гибридам 1,8 1,6 1,7

Среднее по линиям и гибридам 1,7 1,5 1,6

НСР05 0,8 0,8 0,5

После инкубации семян, перед определением КЧ, выбраковывались семена с визуальными признаками поражения инфекцией, т.к. без такого отбора используемый экспресс-метод определения КЧ давал большую ошибку, доходящую до превышения внутригруппового варьирования над факториальным. При этом содержание пораженных семян в пробе достигало 15 % с увеличением КЧ до 5 мг КОН/г. КЧ масла отобранных пораженных семян вне зависимости от генотипа было очень высоким, около 10 мг КОН/г. Мелкие семена ветвистых отцовских линий характеризовались плотным прилеганием ядра семени к околоплоднику и существенно меньшим числом пораженных ядер семян.

Установлены различия между материнскими и отцовскими линиями, а так же и гибридами по устойчивости к гидролитическому распаду масла. Ветвистые отцовские линии ВК580 и ВК591 отли-

чались в 2 раза более низким КЧ масла после инкубации семян по отношению к однокорзиночным материнским формам - 1,1 и 2,0 мг КОН/г

соответственно (табл. 1). Семена трёхлинейных гибридов характеризовались более низкими значениями КЧ по отношению к семенам простых стерильных гибридов Кубанский 48 и Кубанский 93, соответственно 1,4 и 2,0 мг КОН/г. Последние были собранны с ЦМС-форм материнских линий на участках гибридизации.

Существенная зависимость КЧ от поражения семян без инкубации была также обнаружена при исследовании 10 селекционных линий и 36 образцов генетической коллекции подсолнечника (табл. 2 и 3, рисунок) в 2004 г.

Таблица 2 - Характеристика семян селекционных линий при свободном цветении на семеноводческих участках

ВНИИМК, Краснодар, 2004 г.

Гено- тип КЧ, мгКОН/г Пора- жение, % Мас-са1000 семян, г Всхо- жесть, % Маслич- ность, %

ВК175 24,2 60 65,3 9 24,2

ВК571 14,8 54 71,7 42 38,0

ВК541 8,1 14 50,0 51 41,7

ВК678 2,6 22 55,9 90 39,3

ВК585 2,4 4 26,1 94 43,2

ВК580 2,3 2 22,9 87 46,3

ВК653 2,3 2 57,9 93 48,7

ВК276 2,0 8 37,7 90 43,7

ВК464 2,0 0 48,9 77 32,1

ВК639 1,4 5 40,0 89 36,7

Высокие значения поражения семян для линий ВК175 и ВК571 (60 и 54 %) сопровождались максимальным КЧ масла (24,2 и 14,8 мг КОН/г) и низкой лабораторной всхожестью (9 и 42 %),

соответственно. Для 10 изученных селекционных линий коэффициент корреляции КЧ и поражения семян был равен 0,92.

Для семян 36 образцов генетической коллекции, сформировавшихся под индивидуальными сетчатыми изоляторами, наблюдалась относительно большая доля пораженных семян с небольшими некротическими пятнами, оставшихся, вероятно, от укусов насекомых. Поэтому коэффициент корреляции КЧ и поражения семян был ниже и равнялся 0,57.

В целом, параметры вариационного ряда значений КЧ масла семян без инкубации для 46 изученных генотипов были: среднее значение - 3,5; лимиты - 0,7 и 24,2; стандартная ошибка - 0,6 мг КОН/г. Поражение семян варьировало при этом от 0 до 60 %. Коэффициент корреляции КЧ масла и степени поражения семян равен 0,58, а уравнение линейной регрессии имеет вид: у = 0,14x +0,44.

Центральные корзинки ветвистых растений (ц) линии ВИР721 были в 2 раза меньше по диаметру боковых корзинок (б) этих же растений, что снизи-

ло массу 1000 семянок с 39 до 28 г (табл. 4). Тем не менее, более мелкие семена с боковых корзинок обладали по отношению к центральным почти в 2 раза большим КЧ масла (5,6 и 10,2 мг КОН/г) за счет большего поражения семян (25 и 42 % соответственно).

Таблица 3 - Характеристика семян при

самоопылении линий генетической коллекции

ВНИИМК, Краснодар, 2004 г.

Г енотип КЧ, мг КОН/г Поражение, %

НА73 10,6 42

ДН47 6,8 60

Z1064 6,4 40

L207 4,8 28

ЛГ26 4,0 30

Чернянка 66-1 4,0 37

Чернянка 66-2 3,8 28

И7/246 3,7 53

RF1407/1053 3,5 27

ВК876 3,4 50

ВК268 3,1 10

ВА2 3,1 22

КГ27 3,0 22

К824 3,0 43

К3353 3,0 40

Сл2399 2,5 7

К561-2 2,4 8

Л2586-1-11 2,4 24

Сл2290 2,3 18

ВК400 2,2 14

К235 2,0 52

Сл2099 2,0 18

НА413 1,9 34

RНА416 1,9 10

Ю587 1,8 5

К824 1,7 28

И5/303 1,7 6

ЛГ27 1,6 20

КГ105 1,6 35

RIL100 1,5 5

ЛГ28 1,4 5

Ю62 1,4 15

К1587 1,0 18

Ю61 0,9 10

К2863 0,9 8

ЕУ49 0,7 16

Центральные корзинки ветвистых растений (ц) в двух расщепляющихся по признаку ветвления популяциях F2 К561*КГ49 (доминантный тип) и ВК409*КГ27 (рецессивный тип) явно обладали меньшим размером корзинок и семянок по отношению к однокорзиночным (о) растениям (см. табл. 4). Однако в обоих случаях не наблюдалось существенных различий по КЧ масла, очевидно, за счет одинаковой степени поражения семян различных типов корзинок. В целом КЧ масла в эксперименте в большей мере зависело не от размера корзинок или семянок, а от степени поражения последних.

Коэффициент корреляции, рассчитанный по данным табл. 2 и 4, между значениями КЧ и всхожести семян был равен - 0,95, а между поражением

и всхожестью оценивался значением - 0,91.

0 24

1 22

о

О с-----------1------------1-----------1------------1-----------1------------1----

О 10 20 30 40 50 Б0

поражение семян, %

Рисунок - Зависимость кислотного числа масла от степени

поражения семян у 46 линий подсолнечника, 2004 г.

Таблица 4 - Характеристика семян от свободного цветения растений линий, гибридов Г1 и Г2 ____________________________________ВНИИМК, Краснодар, 2005 г.

Г енотип Диа- метр кор- зинки, см Масса 1000 семя- нок, г Луз- жис- тость, % Маслич- ность, % КЧ, мгКОН Пораже- ние, % Всхоже- сть, %

ВИР721 (ц) 12 39 50,3 33,3 5,6 25 58

(б) 6 28 51,1 27,3 10,2 42 39

К561 (о) 17 51 26,8 44,5 1,0 1 94

КГ27 (о) 17 62 22,8 43,1 1,2 11 87

ВК268 (о) 12 28 32,6 46,6 1,0 1 94

ВК409 (ц) 12 35 24,8 45,5 1,1 9 89

Fl К561хКГ49 (ц) 18 46 26,0 45,8 0,7 0 99

Fl ВК409хКГ27 (о) 16 57 22,9 47,3 0,9 3 97

F2 К561хКГ49 (о) 18 56 27,1 47,6 1,0 1 96

(ц) 10 28 28,2 48,1 0,8 0 98

F2 ВК409хКГ27 (о) 18 58 25,6 43,2 1,7 10 90

(ц) 14 38 23,9 46,8 1,3 9 85

ц - центральные корзинки, б - боковые корзинки ветвистых растений; о - однокорзиночные растения

Заключение. Ветвистые отцовские линии подсолнечника отличались в 2 раза более низким КЧ масла после инкубации семян по отношению к однокорзиночным материнским формам. Семена трёхлинейных гибридов характеризовались более низкими значениями КЧ по отношению к семенам простых стерильных гибридов.

Параметры вариационного ряда значений КЧ масла семян без инкубации для 46 изученных селекционных линий и образцов генетической коллекции были: среднее значение - 3,5; лимиты - 0,7

и 24,2; стандартная ошибка - 0,6 мг КОН/г. Поражение семян варьировало при этом от 0 до 60 %.

Коэффициент корреляции КЧ масла и степени поражения семян г = 0,58, а уравнение линейной регрессии имеет вид: у = 0,14х +0,44.

Более мелкие семена с боковых корзинок могут обладать большим КЧ масла по отношению к центральной корзинке в случае их сильного поражения. В целом, повышение степени поражения семян вызывает увеличение КЧ масла и снижение их лабораторной всхожести.

Литература

1. Григорьева В. Н., Миронова А.

Н., Петро- ва А. Н. Изучение гидро-

литических ферментов масличных семян. Сообщение 1 // Труды ВНИИЖ, 1977. - Вып. 33. - С.3-8.

2. Щербаков В. Г. Биохимия и товароведение масличного сырья. -М.: Пищевая промышленность, 1979. - 336 с.

3. Попов П. С., Проскурина Е. А. Наследуемость устойчивости семян подсолнечника к гидролитическому распаду масла // Селекция и семеноводство. - 1986. - № 2. - С. 29-30.

4. Суровикин В. Н., Бородин С. Г. Новый сорт подсолнечника Фаворит // Научно-технический бюллетень ВНИИМК. - Краснодар, 1995. - Вып.116. - С. 25- 26.

5. Демурин Я. Н., Попов П. С., Левуцкая А. Н. Устойчивость масла к гидролитическому распаду в семенах подсолнечника // Наука Кубани. - 2003. - С. 83-86.

6. Лисицын А. Н., Быкова С.

Ф., Давиденко Е. К., Бородин С. Г., Камениди А. Г. Особенности технологических свойств отечественных сортов и гибридов семян подсолнечника

современной

селекции // Масложировая промышленность. - 2006

- № 4. - С. 34-37.

7. Бердина А. Н., Ильчишина Н. В., Прудникова Т. Н., Францева Т. П. Физиолого-биохимическая характеристика семян новых сортов и гибридов подсолнечника // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. - № 2. - С. 10-12.

8. Пивень В. Т. Влияние повреждения семян подсолнечника растительноядными клопами на качество масла // Масложировая промышленность. - 1975.

- № 6. - С.13-15.

9. Бородулина А. А., Тихонов О. И., Тарасенко Т. Ф. Качество подсолнечного масла при поражении семян грибными болезнями // Масложировая промышленность. - 1976. - № 8. - С. 13-15.

10. Лобанов В. Г., Шаззо А. Ю., Щербаков В. Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника. - М.: Колос, 2002. - 592 с.

11. Ментюков Н. С., Пивень В. Т. Товарные и

посевные качества семян подсолнечника в зависимости от степени поражения белой гнилью // НТБ ВНИИМК. - 2004. - Вып. 2 (131). - С. 58-61.

12. Бородин С. Г. Селекция и семеноводство сортов-популяций подсолнечника // Науч. докл. дисс. докт. с.-х. наук. - Краснодар: КГАУ, 2002. - 49 с.