Содержание суммарного белка и крахмала в зерне различных сортов яровой пшеницы в условиях среднего Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание суммарного белка и крахмала в зерне различных сортов яровой пшеницы в условиях среднего Поволжья

Н.П. Бакаева

Ю.Г. Шулаева

Определяли содержание белка и крахмала в зерне различных сортов яровой пшеницы в зависимости от метеорологических условий периода вегетации растений. Выявляли взаимосвязь между урожайностью растений пшеницы и содержанием белка в зерне.

белок крахмал зерно

AMOUNTS OF TOTAL PROTEIN AND STARCH IN

CORN OF DIFFERENT VARIETIES OF SUMMER WHEAT

IN THE CONDITIONS OF MIDDLE POVOLZH'E

N.P. Bakaeva, Yu.G. Shulaeva

S u m m a r y

The amounts of protein and starch in corn of different varieties of summer wheat in connection with weather conditions during plants vegetation were determined. It was shown, that modification variability results in the changes in corn protein amounts according to inverse negative relationship: a protein amount increase under the influence of unfavorable growing conditions (for example, drought), which promote to a decrease of growth intensity and plants yield. The raise of application of nitric fertilizers within reasonable limits (from 40 to 100 kg per hectare) leads to the increase of protein amount and plants yield simultaneously.

Известно, что основными веществами, определяющими питательную ценность зерна злаков, являются белок и крахмал (1). В фазе налива зерна начинается мощный отток пластических веществ из вегетативных органов растений в зерновки. Соотношение между содержанием азотистых веществ и углеводов в зерновках служит показателем белковости зерна (2). Основная причина повышения содержания белка в зерновках высокобелковых генотипов -- снижение доли зерна в общей биомассе растения (3-6).

Показано, что если содержание белка в зерне повышается в результате улучшения условий азотного питания растений (при достаточной обеспеченности влагой), то одновременно увеличивается и урожайность, то есть между этими показателями существует положительная взаимосвязь. В том случае, когда содержание белка в зерне повышается под влиянием неблагоприятных условий выращивания (например в засушливых условиях), между продуктивностью и белковостью зерна имеет место обратная зависимость. При этом повышение содержания белка в зерновках обусловлено не усилением его синтеза, а торможением отложения крахмала (7).

Другим важным аспектом этой проблемы являются погодные условия, которые складываются ко времени формирования зерна. Считается, что максимальный размер зерновок определяется в период дифференциации колоса (8-10). Повышение урожайности при улучшении условий выращивания достигается главным образом за счет увеличения числа зерен с растения, в то же время масса 1000 зерен и содержание белка в зерновках повышаются при уменьшении числа зерен с колоса (11).

Целью нашей работы была оценка содержания суммарного белка и крахмала в зерне различных сортов яровой пшеницы в зависимости от погодных условий периода вегетации растений.

Методика. Объектом исследования служили следующие сорта Поволжского НИИ селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова*:

- Кинельская 59 -- разновидность Erythrospermum, экотип лесостепной; высота растений 70-90 см, озерненность главного колоса 24-32 зерна, масса 1000 зерен 33,4-52,8 г, натура зерна 760-780 г/л, продолжительность вегетационного периода в условиях Среднего Поволжья 76-84 сут, потенциальная продуктивность 5,0 т/га (при засухе не ниже 1,4 т/га); растения толерантны к бурой ржавчине, мучнистой росе, корневым гнилям, внутристебельным вредителям; по качеству зерна является сортом-филлером; в 1995 году сорт внесен в реестр селекционных достижений по 7-му региону РФ.

- Кинельская 60 -- разновидность Erythrospermum, экотип лесостепной; высота растений 70-100 см, озерненность главного колоса 32-40 зерен, масса 1000 зерен 37-42 г, натура зерна 760-790 г/л, продолжительность вегетационного периода в условиях Среднего Поволжья 84-93 сут, потенциальная продуктивность 5,0 т/га (при засухе не ниже 1,0 т/га); растения толерантны к основным болезням и вредителям; по качеству зерна сорт относится к сильным пшеницам; находится в госсортоиспытании по России.

- Кутулукская -- разновидность лютесценс; продолжительность вегетационного периода в условиях Среднего Поволжья 90-100 сут; высокозасухоустойчивый, среднеспелый, интенсивного типа, отзывчивый на высокую агротехнику; потенциальная продуктивность в производственных условиях на богаре 64 ц/га; растения с крепкой, толстой соломиной, устойчивы к полеганию, пыльной и твердой головне; зерно не осыпается и не прорастает при перестое; внесен в список сильных сортов (12).

Погодно-климатические условия в период формирования урожая существенно различались по годам исследований (1995-2000). Так, в первый год сложились крайне тяжелые погодные условия -- острая засуха в течение всего периода вегетации растений; второй год характеризовался как засушливый; третий -- влажный и теплый; четвертый -- крайне засушливый и очень жаркий; на пятый год выдалась холодная и влажная весна, жаркое и сухое лето; на шестой -- в период вегетации растений наблюдалась засуха.

В зависимости от размера зерно исследуемых сортов яровой пшеницы распределяли на три фракции: крупное, среднее и мелкое (13). Зерновки размалывали на лабораторной мельнице «LM-3100». Белки выделяли по методу Плешкова (14). Количество суммарного белка рассчитывали, суммируя содержание последнего в растворимой и спиртовой фракциях. Для оценки содержания общего белка использовали калибровочную кривую, построенную по сывороточному альбумину быка; микроанализ проводили на приборе КФК-2 при = 330 нм биуретовым методом. Содержание крахмала определяли колориметрическим методом, основанным на получении комплексного соединения крахмала с йодом с последующим фотоколориметрированием супернатанта при = 580-610 нм в кювете шириной 10 мм (14).

Статистическую обработку данных проводили по Доспехову (15).

Результаты. В первый год исследований при сложившихся тяжелых погодных условиях у растений сорта Кинельская 59 повышение содержания белка в зерне сопровождалось снижением урожайности в результате уменьшения массы 1000 зерен (табл.). Так, содержание белка в крупных, средних и мелких зерновках составляло соответственно 14,8; 15,3 и 14,2 %, масса 1000 зерен по этим фракциям достигала соответственно 37,4; 33,6 и 25,8 г. Содержание крахмала в зерновках среднего и крупного размера составляло соответственно 58,2 и 62,2 %. При этом наблюдалась прямая зависимость распределения содержания белка и крахмала в мелких и крупных зерновках.

У растений сорта Кутулукская по сравнению с таковыми сорта Кинельская 59 отмечено незначительное повышение урожайности (главным образом массы 1000 зерен из фракции крупных зерновок) и содержания крахмала в крупных и мелких зерновках, а также снижение содержания белка в зерновках всех трех фракций.Содержание суммарного белка и крахмала в зерновках разного размера у сортов яровой пшеницы в различные по метеорологическим условиям годы

В засушливых условиях второго года исследований у растений сорта Кинельская 59 содержание белка в зерне в зависимости от фракции по крупности увеличивалось, а крахмала -- уменьшалось. Так, содержание белка в крупных, средних и мелких зерновках составляло соответственно 12,7; 13,1 и 13,5 %, крахмала -- 67,2; 61,2 и 51,2 %, что свидетельствует об обратной зависимости между урожайностью и белковостью зерна.

Аналогичные результаты были получены и при оценке семян разных фракций двух других сортов. У растений сорта Кутулукская в крупных, средних и мелких зерновках содержание белка составляло соответственно 12,5; 13,7 и 13,9 %, крахмала -- 72,2; 65,2 и 58,2 %, масса 1000 зерен -- 43,4; 41,9 и 27,9 г (см. табл.). У растений сорта Кинельская 60 наибольшее количество белка выявлено в зерновках из фракции средних и мелких (13,8 %); при этом содержание крахмала было наименьшим (в среднем 62,4 %), а масса 1000 зерен составляла соответственно 40,3 и 29,6 г. В крупных зерновках содержание белка и крахмала составляло соответственно 13,0 и 65,2 %; масса 1000 зерен в этой фракции -- 47,8 г.

На третий год исследований у растений сорта Кинельская 59 содержание белка в мелких зерновках повышалось, крахмала -- снижалось (соответственно 13,0 и 67,7 %); содержание белка в крупных и средних зерновках составляло соответственно 11,3 и 12,0 %, крахмала -- 72,2 и 68,7 % (см. табл.). У растений сорта Кутулукская содержание белка в крупных, средних и мелких зерновках составляло соответственно 12,0; 12,7 и 12,0 %, крахмала -- 78,8; 75,2 и 70,2 %. У растений сорта Кинельская 60 содержание крахмала в крупных, средних и мелких зерновках составляло соответственно 75,2; 71,2 и 68,7 %; содержание же белка в крупных зерновках было несколько меньше, чем в мелких (соответственно 12,0 и 13,0 %). Масса 1000 зерен у растений всех исследуемых сортов была высокой: в зерновках крупной, средней и мелкой фракции -- соответственно 45,8-47,8; 40,3-41,9 и 33,9-39,6 г.

На четвертый год исследований у растений всех сортов масса 1000 зерен значительно снизилась. Содержание белка в мелких зерновках сорта Кинельская 59 было наибольшим (14,3 %), а крахмала (как и в средних) -- наименьшим (61,2 %). Содержание белка и крахмала в крупных зерновках составляло соответственно 13,4 и 68,7 % (см. табл.). У растений сорта Кутулукская наблюдалась обратная зависимость: мелкие зерновки характеризовались наименьшем содержанием белка (13,0 %) и наибольшим крахмала (78,8 %) на фоне более высокой, чем у двух других сортов, массы 1000 зерен. Максимальное содержание белка было отмечено в зерновках средней фракции -- 14,2 % (при содержании крахмала 66,8 %). Наибольшее содержание белка и крахмала выявлено у растений сорта Кинельская 60 в крупных зерновках -- соответственно 13,9 и 63,5 %, в мелких и средних зерновках -- соответственно 13,7 и 57,7 %; 13,2 и 58,2 %.

На пятый год исследований у растений сорта Кинельская 59 масса 1000 зерен из фракции крупных, средних и мелких составляла соответственно 36,0; 29,6 и 27,9 г. Содержание белка и крахмала в мелких зерновках достигало соответственно 15,6 и 60,2 %; крупные зерновки по этим показателям незначительно отличались от мелких. В зерновках из фракции средних содержание крахмала было наибольшим (61,2 %), а белка -- наименьшим (15,1 %). У растений сорта Кутулукская наиболее высокое содержание белка выявлено в крупных и мелких зерновках, тогда как содержание крахмала в крупных зерновках составляло 78,8 % и было выше, чем в мелких (62,5 %). Содержание белка в зерне сорта Кутулукская было значительно ниже, а крахмала -- выше, чем сорта Кинельская 59, что может быть обусловлено особенностями накопления и передвижения продуктов фотосинтеза в зерновках. Сорт Кинельская 60 характеризовался высоким содержанием белка (главным образом в крупных и средних зерновках) и низким -- крахмала.

На шестой год масса 1000 зерен соответствовала таковой четвертого года исследований с некоторым варьированием по сортам. У растений сорта Кинельская 59 содержание белка было значительно ниже, а крахмала -- несколько выше, чем в предыдущем году. Наиболее высокобелковым (13,4 %) оказалось мелкое зерно при низком содержании крахмала (61,7 %), максимальное количество которого (70,5 %) выявлено в зерновках среднего размера; при этом содержание белка не превышало 12,2 %. Мелкие зерновки сорта Кутулукская характеризовались высоким содержанием крахмала (77,5 %) и средним (13,5 %) белка. Содержание белка и крахмала в зерновках среднего размера составляло соответственно 14,2 и 61,2 %. У сорта Кинельская 60 максимальное содержание крахмала (68,0 %) было выявлено в зерновках среднего размера; количество белка при этом составляло 13,6 %; мелкие зерновки характеризовались высоким содержанием белка и низким крахмала -- соответственно 14,2 и 60,5 %.

Итак, в первый год исследований (1995) у растений всех сортов наблюдалась положительная взаимосвязь между урожайностью и содержанием белка в зерне. В то же время в засушливых условиях второго года эксперимента (1996) выявлена обратная зависимость между этими показателями, так как именно в мелких зерновках содержание белка было наибольшим, а крахмала -- наименьшим. В условиях умеренно влажного и нежаркого лета третьего года (1997) на фоне сравнительно высокой урожайности в зерновках среднего размера сорта Кутулукская выявлено высокое содержание белка. У других исследуемых сортов в мелких зерновках накапливалось большее количество белка; содержание крахмала было средним.

На четвертый год исследований (1998) при повышенной температуре воздуха и остром дефиците влаги содержание белка в мелких зерновках сорта Кутулукская было низким, а крахмала -- высоким. У растений сорта Кинельская 59 мелкие зерновки характеризовались наименьшим содержанием крахмала и наибольшим белка, то есть между этими показателями наблюдалась обратная зависимость. У сорта Кинельская 60 наблюдалось повышенное содержание белка и низкое крахмала в зерне при сравнительно невысокой урожайности. В засушливых условиях пятого года исследований (1999) у сортов Кинельская 59 и Кутулукская в мелких зерновках зафиксировано высокое содержание белка и низкое крахмала, то есть между этими признаками имела место положительная корреляция.

В 2000 году у всех исследуемых сортов наблюдалась обратная зависимость между урожайностью и содержанием белка в зерне. Эти различия между сортами в условиях одного года исследований можно объяснить снижением доли зерна в общей биомассе растения, неодинаковой способностью растений к усвоению азота и различной интенсивностью образования и передвижения продуктов фотосинтеза в зерновке.

Таким образом, при модификационных изменениях по содержанию белка в зерне различных сортов яровой пшеницы обратная зависимость проявляется только тогда, когда этот показатель повышается под воздействием неблагоприятных условий выращивания (в частности засухи), способствующих снижению интенсивности роста и урожайности растений. При повышении содержания белка в зерне в результате увеличения дозы азотных удобрений в разумных пределах (от 40 до 100 кг/га) одновременно возрастает и урожайность растений.

Литература

П л е ш к о в Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений. 3-е перераб. и доп. изд. М., 1975.

П а в л о в А.Н. Физиологические причины, определяющие уровень накопления белка в зерне различных генотипов пшеницы. Физиол. раст., 1982, 29, 4: 767-780.

Щ е р б а к о в В.Г. Биохимия растительного сырья. М., 1999.

В о л о д и н В.И., С е д о в А.И., Т у р к о в с к а я А.А. Дефицит белка в мировом хозяйстве и основные пути его устранения. М., 1976.

Б е б я к и н В.М., К а й р г а л и е в Д.В., Т е р - А с а т у р о в а И.Л. Физиологические аспекты накопления азота в яровой мягкой пшенице. Вест. РАСХН, 1999, 4: 52-55.

В а с и л е н к о И.И. Повышение урожайности и качества пшеницы. М., 1986.

М и н е е в В.Г., Т и щ е н к о А.Т., С е м и х а т о в а О.Д. Удобрение и качество зерна пшеницы. М., 1975.

А л е ш и н А.Ф. Перемещение ассимилятов между главным и боковыми побегами яровой пшеницы. В кн.: Фенолого-биохимические процессы, определяющие величину и качество урожая у пшеницы и других колосовых злаков. Казань, 1972: 41-49.

К у м а к о в В.А. Физиология яровой пшеницы. М., 1980.

К у п е р м а н Ф.М., Р ж а н о в а Е.И. Биология развития растений. М., 1958.

О в ч а р о в К.Е., К и з и л о в а Г.Е. Разнокачественность семян и продуктивность растений. М., 1966.

Г о л о в о ч е н к о А.П. Состояние производства и агроэкологическое районирование пшеницы в Самарской области. Кинель, 1997.

ГОСТ 10842-89 Зерно. Метод определения массы 1000 зерен. М., 1994.

П л е ш к о в Б.П. Практикум по биохимии растений. 3-е перераб. и доп. изд. М., 1985.

Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М., 1985.

Размещено на Allbest.ru