Розширення формотворчого процесу в селекції пшениці м’якої озимої на продуктивність і якість шляхом використання генофонду споріднених видів пшениць у рамках продовольчої безпеки
Анотація
Розширено формотворчий процес у селекції пшениці м’якої озимої на продуктивність і якість шляхом використання генофонду споріднених видів. Метою досліджень було розширити формотворчий процес в селекції Triticum aestivum L. озимого типу розвитку з подальшим отриманням генотипів з підвищеною адаптивністю, продуктивністю рослин і якістю зерна за рахунок використання в гібридизації пшениці м’якої озимої з фіолетовим зерном, пшениці шарозерної і пшениці ефіопської. В роботі використані методики проведення експертизи сортів рослин з проведення фенологічних спостережень, морфологічних досліджень, оцінки селекційного матеріалу за господарсько-цінними ознаками. В створенні нових форм використані методи гібридизації і індивідуального добору, щодо запилення – твел-метод. Вміст білка, клейковини визначали методом інфрачервоної спектрометрії. Вивчено і підібрано батьківські компоненти, щоб розширити формотворчий процес з отримання продуктивних за кількістю і масою зерен з головного колосу, масою 1000 зерен, високою якістю зерна, стійких до вилягання, обсипання зерна, посухостійких і резистентних до збудників грибних хвороб гібридні форми, зокрема у результаті залучення до гібридизації вихідного матеріалу Triticum aestivum L. і Triticum sphaerococcum Perc. За результатами гібридизації пшениці м’якої озимої і пшениці ефіопської вдалося отримати і добрати в F4 форми з довгим колосом (>10-11 см), підвищеною кількістю зерна з головного колоса (>55 шт.) і різним забарвленням зерна від темнокоричневого до фіолетового, як показника підвищеного вмісту антоціану та високої антиоксидантної здатності. Практична цінність роботи полягає в тому, що результати досліджень розширюють відомості про використання в селекції пшениці м’якої озимої на продуктивність і якість інших видів пшениць: Triticum sphaerococcum, Т. aethiop. var. decoloratum, а розроблені пропозиції дозволять узяти до уваги використанні в дослідженнях батьківські компоненти пшениці, покращити способи проведення гібридизації та добору нових форм з бажаними ознаками в системі міжвидових схрещувань
Ключові слова
Triticum aestivum L.; Triticum sphaerococcum Perc.; Т. aethiopicum var. decoloratum Jakubz.; селекція на продуктивність і якість; міжвидова гібридизація; нові гібридні форми
[1] Chen, Ye., Delaney, L., Johnson, S., Wendland, P., & Prata, R. (2017). Using near in frared spectroscopy to determine moisture and starch content of corn processing products. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 25(5), 348-359. doi: 10.1177/0967033517728146.
[2] Cheng, X., Xin, M., Xu, R., Chen, Z., Cai, W., Chai, L., Xu, H., Jia, L., Feng, Z., Wang, Z., Peng, H., Yao, Y., Hu, Z., Guo, W., Ni, Z., & Sun, Q. (2020). A single amino acid substitution in STKc_GSK3 kinase conferring semispherical grains and its implications for the origin of Triticum sphaerococcum. Plant Cell, 32(4), 923-934. doi: 10.1105/tpc.19.00580.
[3] Čurná, V., & Lacko-Bartošová, M. (2017). Chemical composition and nutritional value of emmer wheat (Triticum dicoccon Schrank): A review. Journal of Central European Agriculture, 18(1), 117-134. doi: 10.5513/JCEA01/18.1.1871.
[4] Diordieva, I.P. (2018). Wheat and spelled lines of the Uman National University of Horticulture. Genetic Resources of Plants, 23, 32-39. doi: 10.36814/pgr.2018.23.02.
[5] Garg, M., Kaur, S., Sharma, A., Kumari, A., Tiwari, V., Sharma, S., Kapoor, P., Sheoran, B., Goyal, A., & Krishania, M. (2022). Rising demand for healthy foods-anthocyanin biofortified colored wheat is a new research trend. Frontiers in Nutrition, 9, 878-221. doi: 10.3389/fnut.2022.878221.
[6] Grausgruber, H., Atzgersdorfer, K., & Bohmdorefr, S. (2018). Purple and blue wheat-health-promoting grains with increased antioxidant activity. Cereal Foods World, 63(5), 217-220. doi: 10.1094/CFW-63-5-0217.
[7] Gupta, R., Meghwal, M., & Prabhakar, P.K. (2021). Bioactive compounds of pigmented wheat (Triticum aestivum): Potential benefits in human health. Trends in Food Science & Technology, 110, 240-252. doi: 10.1016/j.tifs.2021.02.003.
[8] Hong, M.J., Kim, D.Y., Nam, B.M., Ahn, J.W., Kwon, S.J., Seo, Y.W., & Kim, J.B. (2019). Characterization of novel mutants of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) with various depths of purple grain color аnd antioxidant capacity. Journal of the Science of Food and Agriculture, 99(1), 55-63. doi: 10.1002/jsfa.9141.
[9] Hospodarenko, G.M., Liubych, V.V., Polyanetska, I.O., & Novikov, V.V. (2018). Flour-milling properties of spelled wheat grain depending on the variety and line. Agrobiology, 1, 59-67.
[10] Hospodarenko, G.M., Liubych, V.V., Zhelyezna, V.V., & Polyanetska, I.O. (2021). The amino acid composition of winter wheat grain depending on the variety. Bulletin of the Uman National University of Horticulture, 1, 60-65. doi: 10.31395/2310-0478-2021-1-60-65-65.
[11] Hrivna, L., Zigmundova, V., Buresova, I., Maco, R., Vyhnanek, T., & Trojan, V. (2018). Pheological properties of dough and baking quality of products using coloured wheat. Plant Soil Environment, 64(5), 203-208. doi: 10.17221/62/2018-PSE.
[12] Hughes, P.W. (2020). Round effects: Tasg-D1 is responsible for grain shape in Indian dwarf wheat. The Plant Cell, 32(4), 789-790. doi: 10.1105/tpc.20.00110.
[13] Kassegn, H.H. (2018). Determination of proximate composition and bioactive compounds of the Abyssinian purple wheat. Cogent Food & Agriculture, 4(1), article number 1421415. doi: 10.1080/23311932.2017.1421415.
[14] Kolyucha, G.S. (2011). Creation of introgressive forms of common wheat with genetic material from related cereal species. Genetic Resources of Plants, 9, 156-165.
[15] Kopecky, D., Martín, A., & Smykal, P. (2022). Interspecific hybridization and plant breeding: From historical retrospective through work of Mendel to current crops.Czech Journal of Genetics and Plant Breeding, 58(3), 113126. doi: 10.17221/19/2022-CJGPB.
[16] Lachman, J., Kotíková, Z., Orsák, M., Michlova, T., & Martinek, P. (2017). Seleniumincolour-grainedwinterwheatandspringtritordeum. Plant, Soil and Environment, 63(7), 315-321. doi: 10.17221/259/2017-PSE 13.
[17] Laugerotte, J., Baumann, U., & Sourdille, P. (2022). Genetic control of compatibility in crosses between wheat and its wild or cultivated relatives. Plant Biotechnology Journal, 20(5), 812-832. doi: 10.1111/pbi.13784.
[18] Leonov, O.Yu., Popov, Yu.V., Usova, Z.V., Pozdniakov, V.V., Suvorova, K.Yu., Antsyferova, O.V., & Zuza, O.O. (2022). Valuable economic indicators of soft winter wheat samples with different grain colors. Breeding and Seed Production, 121, 28-40. doi: 10.30835/2413-7510.2022.260993.
[19] Liubych, V., Novikov, V., Polianetska, I., Usyk, S., Petrenko, V., Khomenko, S., Zorunko, V., Balabak, O., Moskalets, V., & Moskalets, T. (2019). Improvement of the process of hydrothermal treatment and peeling of spelt wheat grain during cereal production. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3/11(99), 40-51. doi: 10.15587/1729-4061.2019.170297.
[20] Liubych, V.V., Gospodarenko, H.M., Novikov, V.V., & Zhelezna, V.V. (2018). Protein-proteinase complex of grain of spelled wheat varieties depending on fertilizer. Collection of Scientific Works of the Uman National Academy of Sciences, 1, 8-22. doi: 10.31395/2415-8240-2019-94-1-8–16.
[21] Ma, D., Wang, C., Feng, J., & Xu, B. (2021). Wheat grain phenolics: A review on composition, bioactivity, and influencing factors. The Journal of the Science of Food and Agriculture, 101(15), 6167-6185. doi: 10.1002/jsfa.11428.
[22] Michel, S., Kummer, C., Gallee, M., Hellinger, J., Ametz, C., Akgol, B., Epure, D., Güngör, H., Löschenberger, F., & Buerstmayr, H. (2018). Improving the baking quality of bread wheat by genomic selection in early generations.Theoretical and Applied Genetics, 131(2), 477-493. doi: 10.1007/s00122-017-2998-x.
[23] Morgounov, A., Karaduman, Y., Akin, B., Aydogan, S., Baenziger, P.S., Bhatta, M., Chudinov, V., Dreisigacker, S., Govindan, V., Güler, S., Guzman, C., Nehe, A., Poudel, R., Rose, D., Gordeeva, E., Shamanin, V., Subasi, K., Zelenskiy, Y., & Khlestkina, E. (2020). Yield and quality in purple-grained wheat isogenic lines. Agronomy, 10(1), article number 86. doi: 10.3390/agronomy10010086.
[24] Morgun, V.V., & Rybalka, O.I. (2017). A strategy for the genetic improvement of cereals in order to ensure food security, medical and preventive nutrition and the needs of the processing industry. Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine, 3, 54-64. doi: 10.15407/visn2017.03.054.
[25] Moskalets, T., Moskalets, V., Barat, Yu., Podopriatov, H., & Pеlеkhаtyi, V. (2022). Bioecological features, biochemical and physicochemical parameters of grain of new genotypes. Scientific Horizons, 25(9), 41-52. doi: 10.48077/scihor.25(9).2022.41-52.
[26] Motsnyi, I.I., Nargan, T.P., Nakonechnyі, M.Yu., Lifenko, S.P., Molodchenko, O.O., & Mishchenko, L.T. (2021). The variety of derivatives of remote hybridization of winter wheat by resistance to disease and other alien signs. Bulletin of the Odessa National University. Biology, 26(49), 51-72. doi: 10.18524/2077-1746.2021.2(49).246884.
[27] Motsnyi, І.I., Lytvynenko, M.A., Molodchenkova, O.O., Sokolov, V. M., Fayt, V.I., & Sechniak, V.Yu. (2019). Development of winter wheat starting material using interspecific crossing in breeding for increased protein content. Cytology and Genetics, 53(2), 113-123. doi: 10.3103/S0095452719020075.
[28] Osmachko, O.M., Bakumenko, O.M., & Vlasenko, V.A. (2020). Creation of breeding material of soft winter wheat in resistance to leafy diseases in the North Eastern Forest-Steppe. Sumy: Litovchenko LTD.
[29] Padmanaban, S., Zhang, P, Hare, R.A., Sutherland, M.W., & Martin, A. (2017). Pentaploid wheat hybrids: applications, characterisation, and challenges. Frontiers in Plant Science, 8, article number 358. doi: 10.3389/ fpls.2017.00358.
[30] Rybalka, O.I., Morgun, V.V., & Morgun, B.V. (2020). Colored grain of wheat and barley is a new strategy for the selection of grain crops with high biological value of grain. Physiology of Plants and Genetics, 52(2), 95-127. doi: 10.15407/frg2020.02.095.
[31] Rybalka, O.I., Polishchuk, S.S., & Morgun, B.V. (2018). New directions in grain breeding for grain quality. Bulletin of Agricultural Science, 11(788), 120-133. doi: 10.31073/agrovisnyk201811-16.
[32] Saini, P., Kumar, N., Kumar, S., Mwaurah, P.W., Panghal, A., Attkan, A.K., Singh, V.K., Garg, M.K., & Singh, V. (2021). Bioactive compounds, nutritional benefits and food applications of colored wheat: A comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 61(19), 3197-3210. doi: 10.1080/10408398.2020.1793727.
[33] Salina, E., Borner, A., Leonova, I., Korzun, V., Laikova, L., Maystrenko, O., & Roder, M. (2000). Microsatellite mapping of the induced sphaerococcoid mutation genes in Triticum aestivum. Theoretical and Applied Genetics, 100, 686-689. doi: 10.1007/s001220051340.
[34] Skrajda-Brdak, M., Konopka, I., Tańska, M., & Szczepanek, M. (2019). Low molecular phytochemicals of Indiandwarf (Triticum sphaerococcum Percival) and Persianwheat (T. carthlicum Nevski) grain. Journal of Cereal Science, 91, article number 102887. doi: 10.1016/j.jcs.2019.102887.
[35] Szczepanek, M., Lemańczyk, G., Lamparski, R., Wilczewski, E., Graczyk, R., Nowak, R., & Prus, P. (2020). Ancient wheat species (Triticum sphaerococcum Perc. and Triticum persicum Vav.) in organic farming: Influence of sowing density on agronomic traits, pests and diseases occurrence, and weed infestation. Agriculture, 10(11), article number 556. doi: 10.3390/agriculture10110556.
[36] Tian, S.-Q., Chen, Z., & Wei, Y. (2018). Measurement of colour-grained wheat nutrient compounds and the application of combination technology in dough. Journal of Cereal Science, 83, 63-67. doi: 10.1016/j.jcs.2018.07.018.
[37] Tkachyk, S.O., Kienko, Z.B., Prysiazhnyuk, L.M., Shovgun, O.O., Ivanytska, O.P., & Pavlyuk, N.V. (2016). Methodology for the qualification examination of plant varieties for suitability for distribution in Ukraine. Methods of determining plant production quality indicators. Retrieved from https://sops.gov.ua/uploads/page/5b7e67fb8d4b9.pdf.
[38] Vecherska, L.A., Relina, L.I., & Golik, O.V. (2018). Dinkel wheat: Advantages, shortcomings and prospects. Bulletin of the Uman National University of Horticulture, 2, 10-16. doi: 10.31395/2310-0478-2018-21-10-16.
[39] Vlasenko, V.A., Kochmarskyi, V.S., Kolyuchy, V.T., Kolomiets, L.A., Khomenko, S.O., & Solona, V.Y. (2012). Breeding evolution of Myronivka wheats. Myronivka: Myronivka Wheat Institute named after V.M. Remeslo.
[40] Wheat in the world. (2021). Retrieved from https://www.google.com/url?esrc=s&q=&rct=j&sa=U&url=https:// pastglobalchanges.org/calendar/26955&ved=2ahUKEwjk6_3Vgtf9AhUn6LsIHZ-AB9YQFnoECAoQAg&usg=A OvVaw0JIevqjVcoN-WuZWdFnMTt.
[41] Zhou, J., Ying, Y., Lv, Y., Pu, Q., Li, J., Zhang, Yu., Deng, X., Wang, M., Wang, J., & Tao, D. (2022). Interspecific hybridization is an important driving force for origin and diversification of Asian cultivated rice Aryza sativa L. Frontiers in Plant Science, 13, article number 932737. doi: 10.3389/fpls.2022.932737.
[42] Zhygunov, D., Mardar, М., Sots, S., Barkovskaya, Yu., & Zhyhunova G. (2018). Research of technological properties of wheat and spelt grain as raw materials for flour and groats manufacturing. Scientific Works of National University of Food Technologies, 24(5), 208-217. doi: 10.24263/2225-2924-2018-24-5-26.