Введение к работе
Актуальность исследований. Представитель семейства злаковых, рис является важнейшим источником питания для населения земного шара. По объемам мирового производства он занимает второе место среди зерновых культур. Вырабатываемые из зерна рисопродукты являются важной составной частью пищевого рациона отечественного потребителя.
Сорта и формы риса, зерно которых имеет окрашенный перикарп (плодовую оболочку), относят к краснозерным. Цвет перикарпа варьирует от розового до темно-коричневого и черного. Красный пигмент – проантоцианидин, является защитным фактором риса от патогенов и вредителей. Одной из главных причин интереса селекционеров к красному рису является его повышенная питательная ценность. В связи с тем, что красный рис только шелушат или частично шлифуют, и используется он в пищу в нешлифованном или слабошлифованном виде, содержание в нем белков, витаминов и микроэлементов значительно выше, чем в традиционной белозерной крупе.
Селекционерами ВНИИ риса собрана коллекция образцов краснозерного риса и проведена их агробиологическая оценка. Первым таким сортом стал Карат, который был не устойчив к перикуляриозу. В 2009 г. два новых сорта - среднезерный Рубин и длиннозерный Марс - было передано в Госсортоиспытание. В 2012 году эти сорта внесены в Реестр охраняемых селекционных достижений.
Цель и задачи исследований. Провести оценку перспективного исходного материала риса с окрашенным перикарпом по признакам структуры урожая и качества зерна и крупы. Изучить генотипическую и экологическую изменчивость исходного материала риса с окрашенным перикарпом по комплексу технологических и биохимических признаков; создать селекционные модели перспективных образцов по основным технологическим характеристикам.
Для достижения цели решали задачи:
– изучить исходный материал риса с окрашенным перикарпом по биометрическим, технологическим признакам; физико-химическим параметрам;
– изучить биохимические свойства риса по содержанию белка, амилозы, аминокислот, а также амилографические характеристики крахмала сортов, сортообразцов, линий с окрашенным перикарпом;
– разработка и построение селекционных моделей исходного материала риса с окрашенным перикарпом по основным технологическим признакам качества зерна и выявление лучших по максимальному приближению к модели;
– выявить формы риса с высоким качеством зерна и крупы, которые являются ценными донорами по отдельным признакам и свойствам.
Научная новизна. С помощью однофакторного и двухфакторного дисперсионного анализов оценена генотипическая и экологическая изменчивость сортов, сортообразцов, линий риса с окрашенным перикарпом по технологическим и биохимическим признакам качества зерна и крупы. Выделены образцы, способные устойчиво сохранять высокий уровень качества зерна и крупы независимо от агроклиматических условий. Эти образцы рекомендуется использовать в качестве исходного материала в направленном селекционном процессе с целью создания сортов с окрашенным перикарпом, имеющих высокие пищевые достоинства. Созданы селекционные модели риса по основным технологическим признакам качества зерна и интегральная модель по совокупности этих признаков.
Практическая значимость. В результате изучения исходного материала риса с окрашенным перикарпом выделены источники ценных морфологических признаков, со средневысоким содержанием белка и амилозы. С их использованием создан перспективный исходный материал, который может быть использован в качестве доноров ценных признаков в селекционном процессе.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Комплексная оценка исходного материла риса с окрашенным перикарпом по морфологическим признакам: высота растения, кустистость (общая и продуктивная), длина метелки, число колосков в метелке, пустозерность, масса зерна с метелки, масса зерна с растения; физико-химическим: масса 1000 абсолютно сухих зерен, пленчатость, стекловидность, трещиноватость, индекс зерновки, амилографические характеристики крахмалистой пасты; биохимическим признакам: содержание белка, содержание амилозы в зерне, состав и содержание аминокислот для селекции на качество.
2. Взаимосвязь физико-химических и биохимических признаков качества зерна.
3. Интегральные модели доноров селекционно-ценных признаков.
Апробация работы. Результаты исследований ежегодно заслушивались на заседаниях методической комиссии селекционного центра ВНИИ риса РАСХН (2009-2011 гг.) Основные положения диссертационной работы были доложены в материалах XVIII и XIX Международных симпозиумов «Нетрадиционное растениеводство. Селекция. Охрана природы. Эниология. Экология и здоровье» (Алушта, 2009, 2010 гг.); на III Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационные процессы в АПК», посвященные 50-летию образования аграрного факультета РУДН (Москва, РУДН, 2011); на практической конференции «Селекция сортов риса, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам для стран умеренного климата в Центральной Азии» (ГНУ ВНИИ риса, 2008 г.); на VI Международной конференции «Факторы Экспериментальной эволюции организмов» (АР Крым, Украина, 2010, 2011 гг.); на I, III и IV Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропормышленного комплекса» (Краснодар, КГАУ, 2007, 2009, 2010, 2011гг.).
По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, изложения и обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа изложена на 123 страницах печатного текста, включает 53 таблицу, 19 рисунков.
Список литературы включает 155 источника, в том числе 46 – иностранных авторов.
Работа обобщает результаты исследований, проведенных во Всероссийском научно-исследовательском институте риса за период с 2007 по 2011 гг.
Исходным материалом служили сорта Марс и Рубин с окрашенным перикарпом зерновки; сортообразцы: Г-84 А/126205, Г-181 с окрашенным перикарпом зерновки; линии, выделенные из крупнозерного гибрида Крузер 8 с окрашенным перикарпом, предоставленные доктором сельскохозяйственных наук П.И. Костылевым (ВНИИ зерновых культур им. Калиненко, г. Зерноград); краснозерные линии спонтанного гибрида (СГ); образцы линии Heibar x 38351 с широкой амплитудой окраски перикарпа.
Биометрические признаки определяли по стандартными методиками (Сметанин А.П., Дзюба В.А., Апрод А.И., 1972). Оценку качества зерна проводили: массу 1000 зерен по ГОСТу 10842-89, плёнчатость по ГОСТу 10843-76, стекловидность и трещиноватость по ГОСТу 10987-76, линейные размеры рисовой зерновки – с помощью системы анализа изображения La 2400 (ПО WinSEEDLE) . Содержание белка в зерне определяли на приборе Кьельтек 2300 по методу Къельдаля. Содержание амилозы в рисовой крупе, устанавливали в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 6647 1987. Анатомо-морфологические признаки эндосперма зерновки – в поле зрения бинокулярного микроскопа МБИ-6. Определение качественного и количественного состава аминокислот проводили путем разложения проб кислотным гидролизом с переводом аминокислот в свободные формы, на приборе Капель 105/105М. Все вычисления были выполнены с использованием программы StatGraphics 5.1 с помощью методов дисперсионного, дискриминантного, регрессионного и кластерного анализов.
