Содержание белка и его фракционный состав в зерне яровой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная

Полный текст

Яровая пшеница является одной из самых значимых продовольственных зерновых культур, которая даёт около 30% мирового производства зерна. Более половины населения Земли употребляют в пищу зерно пшеницы. Популярность её объясняется многообразным использованием ценного по качеству зерна. Одним из основных путей повышения пищевой и биологической ценности хлеба является внедрение в производство высококачественных сортов пшеницы, формирующих зерно с повышенным содержанием белка. Зерно яровой пшеницы кроме белков содержит углеводы, клетчатку, липиды, витамины, минералы, фитохимические и др. вещества, обеспечивающие здоровое питание человека [1].

Наиболее важными биохимическими показателями, по которым оценивают качество зерна, является содержание фракций в составе белка – альбумины, глобулины, проламины и глютелины. Альбумины и глобулины низкомолекулярные, хорошо растворимые белки образуются и накапливаются в начале формирования и при созревании зерна реутилизируются в состав высокомолекулярных фракций [2]. Проламины и глютелины высокомолекулярные белки относятся к запасным белкам, которые накапливаются в эндосперме и семядолях, служат при этом источником питательных веществ для прорастания семян, а также являются клейковинообразующими белками от их количества зависят хлебопекарные свойства муки и вкус выпекаемого хлеба [3].

По описанию, изучаемый сорт яровой пшеницы Кинельская Юбилейная характеризуется комплексной устойчивостью к стрессовым факторам, формирует крупное зерно с массой 1000 зерен до 39,4 г, с повышенным содержанием белка до 19,5%, при обычной агротехнике в Средневолжском регионе дает 22,5 ц/га. Отсюда, возделывание данного сорта по общепринятой технологии в лесостепи Среднего Поволжья, изучение фракционного состава, содержание белка и сахаров в зерне, а также показателей для определения сбалансированности хозяйственного комплекса яровой мягкой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная является актуальным.

Цель исследования: изучить содержание общего белка и его отдельных фракций в зерне яровой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная для определения сбалансированности хозяйственного комплекса.

Материалы и методы исследований. Объектом исследований являлся сорт яровой мягкой пшеницы Кинельская Юбилейная, включенный в Реестр селекционных достижений РФ по Средневолжскому и Уральскому регионам с 2016 г. Сорт среднеспелый. Вегетационный период от всходов до восковой спелости составляет 76-83 дня. Высота растений 75 см, продуктивная кустистость в условиях недостаточного увлажнения в среднем 1,8. Сорт характеризуется высокой засухо- и жаростойкостью. Сорт устойчив к полеганию, осыпанию и прорастанию зерна на корню, а также к болезням. Характеризуется комплексной устойчивостью к стрессовым факторам. Формирует зерно со стекловидностью до 95 %, крупное с массой 1000 зерен до 39,4 г, выполненное с натурным весом до 824 г/л, с повышенным содержанием белка до 19,5% и клейковиной до 40,4%. При обычной агротехнике возделывания формирует зерно не ниже 3 класса. Предназначен для производства продовольственного зерна, отличается белой мукой и высокими вкусовыми качествами хлеба [4]. Средняя урожайность в Средневолжском регионе – 22,5 ц/га [5].

Исследовалось зерно в полной спелости и влажностью 14%, выращенное в 2022-2023 годах на опытном поле научно-исследовательской лаборатории «Агроэкология» Самарского ГАУ. Опытное поле расположено в центральной зоне Самарской области или южной части лесостепи Заволжья. Почва поля – чернозем типичный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Данная почва имеет реакцию среды (рН) близкую к нейтральной, среднее содержание гумуса, сравнительно большую поглотительную способность. Почва по своим физико-химическим и водным свойствам вполне отвечает требованиям успешного возделывания полевых культур. Рельеф поля выровненный [6].

Технология возделывания яровой мягкой пшеницы Кинельская Юбилейная общепринятая для Среднего Поволжья, в пятипольном севообороте: чистый пар (внесение азотных удобрений), озимая пшеница, горох (азотфиксация и накопление азота в почве), яровая пшеница, ячмень. Посев осуществлялся весной после вспашки на глубину 20-22 см и других принятых агротехникой мероприятий. Масса высеянных семян составила 180 кг/га.

Метеорологические условия на основе представленных данных Метеорологической станцией «Усть-Кинельская» в период проведения исследований характеризовались как контрастные с перепадами температур и осадков, однако позволяющие нормально выращивать яровые культуры.

Отбор снопов для определения урожайности (ГОСТ 13586.5- 2015 «Зерно. Метод определения влажности»), проводился на закрепленных площадках по 0,25 м² в четырех местах делянки по всем повторностям.

Белковые фракции выделялись по методу Починок Х. Н. (1976) [7], состоящего из последовательного растворения шрота, полученного из 1 г измельчённого зерна, в соответствующих растворителях и полного осаждение многократным центрифугированием. Все процедуры были выполнены без потери количественной массы и измерения объёмов при растворении. Были получены фракции водорастворимая альбуминовая, солерастворимая в 10% хлористом натрии – глобулиновая, труднорастворимая спиртовая в 70% этаноле – проламиновая и щелочерастворимая в 0,2% гидроксиде натрия – глютелиновая.

Количественное содержание белка во фракциях определяли колориметрическим методом по Г.А. Кочетову (1971) [8], микроопределением с использованием реактива Бенедикта на фотоколориметре КФК-2. С прибора снимали показания в экстинкциях (Е) и по калибровочному графику переводили в мг на 1 г зерна (шрота). Повторность аналитических методов выделения и определения трёхкратная.

Статистическая обработка данных и вычисление ошибки среднеквадратической с доверительным интервалом на 95% уровне значимости была произведена по Б.А. Доспехову (1985) с помощью программы «STAT-1» [9].

Результаты исследований. Результаты определения содержания белка во фракциях в зерне яровой мягкой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная представлены в таблице 1.

 

Таблица 1

Содержание белка во фракциях в зерне яровой мягкой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная, в среднем за период исследования

Фракционный состав белка	Е, в 1 г зерна	Содержание белка во фракциях, в мг / 1 г зерна	Содержание белка во фракциях, %
Альбумины	3,04	5,27±0,13	37,1
Глобулины	0,80	1,40±0,21	9,8
Проламины	2,37	4,16±0,18	29,3
Глютелины	1,93	3,38±0,16	23,8

 

Среди полученных фракций, альбумины и глобулины относятся к низкомолекулярным фракциям. Они образуются из аминокислот и накапливаются в зерне с начала его формирования. В процессе созревания, содержание этих фракций уменьшается. В дальнейшим происходит синтез и накопление запасных высокомолекулярных проламинов и глютелинов, их количество увеличивается за счет оттока азотистых веществ, главным образом аминокислот, из вегетативных органов и ранее образованных низкомолекулярных фракций. Известно, что около 2/3 белка в зерне пшеницы синтезируется в результате оттока (реутилизации) из вегетативных органов азотистых веществ, накопленных в них к началу цветения, а 1/3 – за счет потребления азота корневой системой в период формирования, налива и созревания зерна [10, 11]. Проведенное определение содержания белка во фракциях показало, что в зерне яровой мягкой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная в альбуминах содержится 37,1% белка, в глобулинах – 9,8%, в проламинах – 29,3%, в глютелинах – 23,8%.

Сумму проламинов и глютелинов называют клейковинными фракциями, так как их содержание обеспечивает её качество. От соотношения данных фракций белка в зерне и будет зависеть качество выпекаемого хлеба. Лучшим по хлебопекарным показателям будет соответствовать белок фракций если соотношение легорастворимых и труднорастворимых фракций будет относится как 1:1 [12, 13]. Полученные результаты отношения сумм фракций альбуминов и глобулинов к сумме проламинов и глютелинов составляют 1:1,1. Отношение труднорастворимой фракции проламинов к щелочерастворимой фракции глютелинов также должно быть близким к 1:1 [13, 14]. В нашем случае из усредненных результатов за период исследования, отношение содержания белка во фракции проламинов к содержанию белка во фракции глютелинов составляет 1,2:1.

Так, усредненные результаты за период исследования величин содержания белка во фракциях альбуминов, глобулинов, проламинов и глютелинов распределились следуюшим образом, отношение сумм низкомолекулярных к сумме высокомолекулярных относятся как 1:1,1; а клейковинных белков проламиновой фракции к глютелиновой фракции как 1,2:1. Такое соотношение фракций характеризует муку полученную из зерна яровой мягкой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная, как муку с высокими хлебопекарными свойствами.

Урожайность, содержание белка, суммы сахаров в зерне и показателей хозяйственного комплекса при возделывании яровой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная, в среднем за два года представлены в таблице 2.

 

Таблица 2

Урожайность, содержание белка, суммы сахаров в зерне и показателей хозяйственного комплекса, в среднем за период исследования

Показатель	Величина	Статистическая обработка результатов
Урожайность в среднем, т/га	2,59	НСР05 = 1,23 ц/га, влияние фактора достоверно
Масса 1000 зерен, г	39,2	Коэффициент вариации СV = 8,6%
Содержание белка в зерне, %	14,2	Коэффициент вариации СV = 4,6%
Содержание суммы сахаров в зерне, %	1,72	Коэффициент вариации СV = 6,6%
Содержание N в зерне, %	2,42	Коэффициент вариации СV = 8,3%
Вынос белка с урожаем, т/га	0,368	Коэффициент вариации СV = 1,6%
Общий вынос N урожаем, т/га	0,060	Коэффициент вариации СV = 1,04%
Вынос азота с белком, %	1,18	Коэффициент вариации СV = 3,1%

 

В среднем, урожайность зерна сорта Кинельская Юбилейная оказались на уровне 2,59 т/га, что оказалось больше приводимой в описании сорта на 3,4 ц/га. Масса 1000 зерен 39,2 г – оказалась сравнимой с приводимой в описании сорта и весьма высокой для зерновых яровых культур, показатель высокого усвоения азота после цветения в период формирования зерна, при котором обеспечивается увеличение массы зерна.

Зерно характеризовалось качественным показателем – содержанием общего белка, которое равнялось 14,2%, что оказалось меньше приводимой в описании сорта Кинельская Юбилейная на 5,3%. Меньшее значение содержания общего белка по сравнению с приводимой в описании сорта вероятно было обусловлено большей величиной урожайности, полученной в годы исследований. От содержания массовой доли белка в пшенице зависят питательная и товарная ценность, технологические и мукомольно-хлебопекарные свойства зерна, а также оценка качества зерна пшеницы. Содержание белка в зерне может варьироваться и зависит от многих факторов – погодных условий, содержания минеральных веществ в почве, сортовых особенностей пшеницы, соблюдения технологических условий при выращивании, водного баланса и др. [15, 16]. Зерно пшеницы распределяется на классы в зависимости от содержания белка, так, если содержание массовой доли белка 14,5%, в пересчете на сухое вещество, то его относят к первому классу. Определение суммы сахаров в зерне дало величину 1,72%. Содержание белка в зерне зависит от содержания минеральных веществ в почве, а точнее азотосодержащих и в дальнейшем – накопление азота в период созревания зерна. Содержание азота в зерне – это показатель эффективности поглощения азота и его использование в урожайности и белковости [17, 18]. Содержание азота в зерне составляет 2,42%, это достаточно для того, чтобы накопить 14,2-14,5% белка.

Значения выноса белка, азота с урожаем и азота с белком взаимосвязанные показатели, дающие представление о балансе соотношения C:N, сопоставление между энергетическими продуктами (представленными углеродом, часто глюкозой и суммой углеводов) и материалом для построения белка (представленным азотом) [19, 20].

Так, урожайность зерна, полученная за период изучения, оказалась на уровне 2,59 т/га, величина массы 1000 зерен 39,2 г, показатель высокого уровня усвоения азота после цветения при формировании зерна, что обеспечило полученную массу зерна. Содержание общего белка было равным 14,2%, по поэтому показателю распределяется зерно пшеницы на классы, что соответствует первому классу мягкой яровой пшеницы. Содержание белка в зерне зависит от содержания азотосодержащих минеральных веществ в почве и в дальнейшем – накопление азота в зерна в период его созревания. Содержание азота в зерне – это показатель эффективности поглощения азота и его использование в урожайности и белковости [21, 22]. Содержание азота в зерне составляет 2,42%, это достаточно для того, чтобы накопить 14,2-14,5% белка. Значения выноса белка и азота с урожаем, а также азота с белком взаимосвязанные показатели, дающие представление о балансе соотношения C:N, сопоставление между энергетическими продуктами (представленными углеродом, часто глюкозой и углеводами) и материалом для построения белка (представленным азотом).

Заключение. Урожайность зерна яровой пшеницы сора Кинельская Юбилейная, полученная за период исследования, оказалась на уровне 2,59 т/га. Величина массы 1000 зерен – 39,2 г, показатель высокого уровня усвоения азота после цветения при формировании зерновки. Содержания белка во фракциях альбуминов, глобулинов, проламинов и глютелинов распределилось следующим образом: отношение сумм низкомолекулярных к сумме высокомолекулярных относятся как 1:1,1; а клейковинных белков проламиновой фракции к глютелиновой фракции как 1,2:1, что характеризует муку полученную из зерна яровой мягкой пшеницы сорта Кинельская Юбилейная, как муку с высокими хлебопекарными свойствами. Содержание общего белка в зерне было равным 14,2%. Определение суммы сахаров в зерне – 1,72%. Показатель эффективности поглощения азота и его использование в урожайности и белковости – это содержание азота в зерне, которое равно 2,42%. Значения выноса белка и азота с урожаем, а также азота с белком взаимосвязанные показатели, дающие представление о балансе соотношения C:N, сопоставление между энергетическими продуктами (представленными углеродом, часто глюкозой и углеводами) и материалом для построения белка (представленным азотом).

Об авторах

Наталья Павловна Бакаева

Самарский государственный аграрный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: bakaevanp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4784-2072

доктор биологических наук, профессор

Россия, Кинель

Ангелина Владимировна Егорцева

Самарский государственный аграрный университет

Email: avdoangelina@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-2428-0785

аспирант

Россия, Кинель

Список литературы

Дополнительные файлы