ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СЕМЯН ЭНДОСПЕРМАЛЬНЫХ МУТАНТОВ КУКУРУЗЫ ПРИ ХРАНЕНИИ И ВЛИЯНИЕ НА НЕЁ ЖИРНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА МАСЛА

 

УДК 633.15:581.6:58.08

ORCID ID    0000-0003-3145-4788

 

Роман Львович БОГУСЛАВСКИЙ, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Татьяна Павловна ШИЯНОВА, младший научный сотрудник

Олег Григорьевич СУПРУН, старший научный сотрудник

Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН; Украина, г. Харьков, Московский проспект, 142

E-mail: boguslavr@meta.ua; моб. +38 0673097736

 

Исследование зависимости между жирнокислотным составом масла из семян эндоспермальных мутантов кукурузы и их долговечностью, результаты котрого представлены в данной статье, актуально, поскольку способствует решению проблемы поддержания жизнеспособности семян при длительном хранении в генбанках и рабочих коллекциях селекционных учреждений и в семеноводстве. Основными жирными кислотами в масле изученных образцов кукурузы являются ненасыщенные – олеиновая (массовая доля в зависимости от генотипа составляет 17,4–47,8%) и линолевая (36,7–68,2%), насыщенная – пальмитиновая (8,9–13,5%). Остальные жирные кислоты – стеариновая, пальмитолеиновая, линоленовая, эйкозановая (арахиновая), эйкозеновая, бегеновая – представлены очень малой долей: от 0,06% до 4,4%. Долговечность семян определялась в модельных опытах «ускоренное старение» и «промораживание». В опыте с ускоренным старением долговечными оказались семена образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел и линии ♂Х 523 ЗМ, носителей гена ae – гибрида АЕ 392/АЕ 800 и линии ♀АЕ 392. Низкой долговечностью характеризуются семена носителей гена se – гибрида Снежная королева и родительской линии ♂СЕ 843; носителей гена sh2 – линий ♀SS 386 и ♂SS 389. В опыте с промораживанием сравнительно долговечными оказались семена образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел и линий ♀ГК 26 М и ♂Х 523 ЗМ, восковидных (wx) линий ♀ВК 69, ♂ ВК 64,  носителей гена  ae – гибрида АЕ 392/ АЕ 800 и линии♀АЕ 392, гена su1 – линий ♀МС 401 и ♂МС 266. Низкой долговечностью характеризовались семена носителей гена sh2 — линий ♀SS 386 и ♂SS 389. В модельных опытах установлена положительная связь показателей долговечности семян с массовой долей линолевой (ненасыщенной) кислоты (r = 0,48–0,76); отрицательная связь – с массовыми долями олеиновой (ненасыщенной) и стеариновой (насыщенной) кислот (r = от -0,36 до -0,74). Отрицательная связь содержания олеиновой кислоты с долговечностью семян не дает основания говорить об однозначной положительной связи содержания ненасыщенных жирных кислот с долговечностью семян эндоспермальных мутантов кукурузы.

Ключевые слова: кукуруза, эндоспермальные мутанты, семена, долговечность, жирнокислотный состав, ускоренное старение, промораживание

Эндоспермальные мутации кукурузы являются основой для использования широкого потенциала этой важной зерновой культуры как источника сырья для промышленности и различных направлений потребления. При этом важно, что эти мутации имеют природное происхождение, и их использование не связано с преодолением законодательных ограничений и человеческих предубеждений [12]. Исследованиями показано, что хранение семян эндоспермальных мутантов кукурузы как в семеноводстве и селекции, так и в генбанках, является проблемой, поскольку долговечность таких семян часто ниже, чем у традиционно выращиваемых сортов и гибридов кремнистого и зубовидного подвидов [6, 13, 23].

Установлено, что изменения углеводного состава зерна эндоспермальных мутантов кукурузы, как правило, сопровождаются повышением содержания и изменением состава белка и масла [16,19]. Известно, что семена богатые липидами, к которым относится кукуруза, имеют ограниченную долговечность. Важную роль в этом играет жирнокислотный состав масла, в том числе доля ненасыщенных жирных кислот [11]. До настоящего времени определение зависимости между жирнокислотным составом и долговечностью семян эндоспермальных мутантов кукурузы по сравнению с традиционными зубовидным и кремнистым типами в связи с их хранением не проводилось. Вместе с тем, такое исследование является актуальным, поскольку способствует решению проблемы поддержания жизнеспособности семян при длительном хранении в генбанках и рабочих коллекциях селекционных учреждений и в семеноводстве.

Цель исследования – установить характер связи между содержанием жирных кислот в масле из зерна эндоспермальных мутантов кукурузы и долговечностью их семян при хранении.

Материал и методика

Для проведения анализов использовались семена исключительно от контролируемого опыления [3]. Материалом для исследования послужили семена шести простых гибридов F1 и двенадцати их родительских линий, принадлежащих к разным группам носителей эндоспермальных мутаций, которые регулируют содержание и соотношение основных фракций углеводов зерна: wx, ae, su1, se, sh2 и обычного зубовидного типа (ssp. indentata) – гибрида Вымпел и его родительских линий ♀ГК 26 М, ♂Х 523 ЗМ, с которым сравнивали все остальные. Носители эндоспермальной мутации ae представлены гибридом АЕ 392/АЕ 800 и родительскими линиями ♀АЕ 392, ♂АЕ 800; эндоспермальной мутации waxy (wx) – гибридом Бином и родительскими линиями ♀ВК 69 и ♂ВК 64. Сахарный тип кукурузы представлен носителями мутации su1 – гибридом Дмитрик и родительскими линиями ♀MC 401, ♂MC 266; мутация se (рецессивный модификатор гена su1) – гибридом Снежная королева и родительскими линиями ♀CE 854, ♂CE 843; мутация sh2 – гибридом SS 386/SS 389 и родительскими линиями ♀SS 386, ♂SS 389.

Опыты проводили с семенами двух лет репродукции: 2011г. и 2014г. В 2011 г. во все месяцы вегетации среднемесячная температура превышала среднюю многолетнюю на 0,7–2,20С с максимумом 360С в июле. При этом в начале и в конце вегетации количество осадков было значительно меньше нормы: в мае 60%, в августе – 23%, в сентябре – 32%. В период формирования и развития вегетативных и генеративных органов растений кукурузы осадков выпало 209% (июнь) и 215% (июль) от нормы, что способствовало нормальному опылению и завязыванию семян. Сухая погода с максимальной температурой 350С в августе и 300С в сентябре способствовала быстрой влагоотдаче зерна кукурузы. В целом год был благоприятным для формирования и созревания зерновок кукурузы.

В целом по температурным режимам 2014 г. характеризовался близким к среднему многолетнему, только в начале вегетации (май) средняя температура была выше нормы на 3,20С; в июле – на 1,10С с максимумами 350С. Сумма осадков в июне составила 138 мм, или на 137% больше месячной нормы; в июле (в фазе цветения початка и начала молочной спелости) – 35-65 мм, или 66% нормы при относительной влажности воздуха 57-66%, что ниже нормы на 3-10%, В сентябре созревание зерна кукурузы происходило при сухой, преимущественно бездождевой погоде. Это способствовало быстрому созреванию и низкой уборочной влажности зерна. В целом в критические периоды для растений кукурузы год характеризовался как засушливый.

Долговечность семян линий и гибридов кукурузы с влажностью 7-10% изучали в модельных опытах двух вариантов, в каждом повторность трехкратная. Вариант 1 – «ускоренное старение» по методу Б. С. Лихачева [5], который моделирует естественное старение во время длительного хранения. Вариант 2 – промораживание при температуре минус 18 ± 20С в течение одного месяца. Этот режим используется в Национальном генбанке растений Украины для долгосрочного хранения семян. Контролем для обоих вариантов служили семена тех же линий и гибридов (с той же исходной влажностью), хранившиеся в бумажных пакетах при комнатной температуре. Перед началом каждого опыта и на каждом его этапе определяли лабораторные показатели энергии прорастания и всхожести семян согласно ДСТУ 4138-2002 [7]. Семена проращивали в рулонах из фильтровальной бумаги, смоченных дистиллированной водой, при температуре 250C. Существенность различий между средними показателями оценивали на уровне вероятности Р = 0,95 [4].

Влияние ускоренного старения и промораживания на показатели жизнеспособности семян оценивали по индексу влияния [13]:

     

где: I – индекс влияния,  –  средний показатель в опытном варианте,

–  средний показатель в контроле.  Положительное значение I означает увеличение показателя, отрицательное – его уменьшение.

Жирнокислотный состав растительного масла определяли методом Пейскера [10]. Анализ жирнокислотного состава масла осуществляли методом газовой хроматографии метиловых эфиров жирных кислот на газовом хроматографе «Селмихром-1» с пламенно-ионизационным детектором. Параметры работы: температура термостата колонок 1800С; температура испарителя 2300С; температура детектора 2200С; скорость потока газа носителя (азот) 30см³/мин.; объем пробы раствора метиловых эфиров кислот в гексане 2 мм³. Использовали стандарты насыщенных и ненасыщенных метиловых эфиров жирных кислот фирмы «Sigma».

Результаты исследований

Основными жирными кислотами в масле из семян изученных образцов кукурузы были ненасыщенные жирные кислоты – олеиновая и линолевая, на долю которых приходится наибольшая доля от суммы кислот: линолевая – от 36,7 до 68,2% в зависимости от генотипа и варианта опыта, олеиновая – от 17,4 до 47,8%. Меньшую, но значительную долю составляли насыщенные жирные кислоты: пальмитиновая – от 8,9 до 13,5% и стеариновая – от 1,4 до 4,4%. Остальные жирные кислоты – пальмитолеиновая, линоленовая, эйкозановая, эйкозеновая, бегеновая – представлены очень малой долей от 0,06% до 4,32%.

При сравнении массовой доли жирных кислот в оба года исследований наблюдается положительная высокая существенная корреляция для стеариновой (r = 0,90), олеиновой (0,97), линолевой (0,96), линоленовой (0,72), пальмитиновой (0,77) кислот. Жирные кислоты со сравнительно высокой массовой долей (рис. 1, 2) входят

 Рисунок 1. Массовая доля основных жирных кислот в контрольном варианте (%), 2011 г.

Рисунок 2. Массовая доля основных жирных кислот в контрольном варианте (%), 2014 г.

именно в эту группу. Для жирных кислот с низкой массовой долей коэффициент корреляции положительный средний существенный (для пальмитолеиновой кислоты 0,48) или корреляция отсутствует: для эйкозановой, эйкозеновой и бегеновой кислот – несущественные коэффициенты от -0,26 до 0,29. Ранжирование образцов по массовой доле каждой жирной кислоты в 2011 г. и 2014г. близкое. Это дает основание сравнивать образцы между собой по среднему показателю за два года.

По массовой доле линолевой кислоты выделяются образцы зубовидного подвида – гибрид Вымпел и родительская линия ♂Х 523 ЗМ (в контрольном варианте в среднем за 2011 и 2014 гг. соответственно 59,1%; 67,3%); восковидные (ген wx) – гибрид Бином и родительские линии ♀ВК 69 и ♂ВК 64 (59,0; 57,7; 61,2%); носители гена ae – гибрид АЕ 392/АЕ 800 и родительские линии ♀АЕ 392 и ♂АЕ 800 (57,6; 60,0; 58,1%). Наименьшей массовой долей линолевой кислоты характеризовались линии ♀SS 386 (ген sh2) – 37,0% и ♂СЕ 843 (se) – 39,4%. У остальных образцов этот показатель был промежуточным – в среднем 43,0–49,4%.

Массовая доля второй по представленности жирной кислоты – олеиновой была больше у носителей гена se – гибрида Снежная королева и родительских линий ♀СЕ 854 и ♂СЕ 843 (в среднем за 2011 и 2014 гг. соответственно 41,8; 35,6; 46,0%); носителей гена sh2 – гибрида SS 386/SS 389 и линий ♀SS 386 и ♂SS 389 (40,7; 44,0; 38,7%); носителей гена su1 – гибрида Дмитрик и линий ♀МС 401 и ♂МС 266 (38,4; 39,5; 39,2%), а также у зубовидной линии ♀ГК 26 М (36,6%). Низкая массовая доля олеиновой кислоты (19,4%) отмечена у линии ♂Х 523 ЗМ зубовидного подвида. У остальных гибридов и линий массовая доля олеиновой кислоты составляла 24,4–26,5%.

По массовой доле пальмитиновой кислоты (диапазон изменчивости от 9,4 до 12,2%) образцы мало отличались друг от друга, и не удалось связать этот показатель с наличием определенной эндоспермальной мутации. Повышенной массовой долей пальмитиновой кислоты характеризовались носители гена sh2 – гибрид SS 386/SS 389, линии ♂SS 389 и ♀SS 386 (12,02; 12,3; 12,5%); носители гена ae – гибрид АЕ 392/АЕ 800 и линия ♂АЕ 800 (12,3; 12,4%); линия ♀ВК 69 (wx) – 12,2%. Низкой долей пальмитиновой кислоты характеризуются носители гена su1 – гибрид Дмитрик и линия ♂МС 266 (9,9 и 9,4%), а также линии ♂Х 523 ЗМ (зубовидная) – 9,7% и ♂ВК 64 (wx) – 9,9%. У остальных образцов этот показатель составлял 10,2–11,2%.

Долговечность семян эндоспермальных мутантов характеризуют энергия прорастания и всхожесть в опытных вариантах по сравнению с контрольным, а также индексы влияния факторов в модельных опытах – ускоренного старения и промораживания.

В варианте с ускоренным старением в подавляющем большинстве случаев (56 из общего количества 72) энергия прорастания и всхожесть семян снижались, в остальных случаях не изменились или незначительно увеличились, о чем свидетельствуют индексы влияния (табл. 1). В опытном варианте сравнительно высокими показателями энергии прорастания и всхожести характеризовались семена обоих лет репродукции образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел и линии ♂Х 523 ЗМ; семена, выращенные в 2011 году – носителей гена ae – гибрида АЕ 392/АЕ 800 и материнской линии♀АЕ 392; носителей гена su1 : гибрида Дмитрик и линии ♀МС 401; семена репродукции 2014 года –восковидных (wx): гибрида Бином и материнской линии ♀ВК 69.

 

Таблица  1. Показатели жизнеспособности семян эндоспермальных мутантов кукурузы в опыте с ускоренным старением

Гибрид или родительская линия; ген структуры эндосперма

2011 г.

2014 г.

Индекс

энергии

прорастания

2011/2014 %

Индекс всхожести

2011/2014%

энергия прорастания,

%

всхожесть,

%

энергия прорастания,

%

всхожесть,

%

X2

X1

X2

X1

X2

X1

X2

X1

Вымпел  Vympel ssp.indentata

94±2,4

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

99±1,0

100±0,0

100±0,0

6,4/-1,3

0,0/0,0

♀ГК 26 М  ♀GK 26 M ssp.indentata

100±0,0

92±2,7

100±0,0

94±2,4

100±0,0

93±2,5

100±0,0

94±2,4

-8,0/-6,7

-6/-6

♂Х 523 ЗМ   ♂KH 523 ZM ssp.indentata

77±4,2

84±3,7

86±3,5

88±3,2

100±0,0

99±1,0

100±0,0

100±0,0

9,1/-1,3

2,3/0,0

Бином  Binom  wx

82±3,8

54±5,0

88±3,2

68±4,7

97±1,6

92±2,7

97±1,6

93±2,5

-34,1/-5,4

-22,7/-4,1

♀ВК 69   ♀VK 69 wx

78±4,1

52±5,0

80±4,0

58±4,9

97±1,6

93±2,5

97±1,6

96±2,0

-33,3/-4,1

-27,5/-1,3

♂ ВК 64 ♂ VK 64 wx

96±2,0

76±4,3

98±1,4

98±1,4

96±2,0

84±3,7

96±2,0

87±3,4

-20,8/-12,5

0,0/-9,7

АЕ392/АЕ800 ae

100±0,0

96±2,0

100±0,0

99±1,0

100±0,0

89±3,1

100±0,0

97±1,6

-4,0/-10,7

-1,0/-2,7

♀АЕ392    ae

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

87±3,4

100±0,0

92±2,7

0,0/-13,3

0,0/-8,0

♂АЕ800  ae

92±2,7

92±2,7

92±2,7

95±2,2

95±2,2

71±4,6

95±2,2

77±4,2

0,0/-25,3

3,3/-18,4

Дмитрик  Dmitrik  su1

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

99±1,0

76±4,3

99±1,0

95±2,2

0,0/-23,0

0,0/-4,1

♀МС 401 ♀МS 401 su1

92±2,7

92±2,7

92±2,7

98±1,4

92±2,7

79±4,1

92±2,7

84±3,7

0,0/-14,5

6,5/-8,7

♂МС 266♂ МS 266 su1

94±2,4

78±4,1

96±2,0

92±2,7

97±1,6

80±4,0

97±1,6

97±1,6

-17,0/-17,8

-4,2/0

Cнежная королева  Snezhnaia Koroleva    se

94±2,4

78±4,1

94±2,4

78±4,1

93±2,5

85±3,6

99±1,0

84±3,7

-17,0/-9,2

-17,0/-14,9

♀СЕ 854    ♀SE 854 se

94±2,4

90±3,0

94±2,4

92±2,7

84±3,7

60±4,9

85±3,5

69±4,6

-4,3/-28,6

-2,1/-18,8

♂СЕ 843 se   ♂SE 843 se

100±0,0

22±4,1

100±0,0

28±4,5

87±3,4

63±4,8

93±2,5

71±4,6

-78,0/-27,7

-72,0/-24,2

SS 389/SS 386  sh2

56±5,0

54±5,0

56±5,0

54±5,0

92±2,7

81±3,9

93±2,5

91±2,9

3,6/-12,3

-3,6/-2,8

♀SS 386 sh2

98±1,4

44±5,0

98±1,4

44±5,0

61±4,9

45±5,0

65±4,8

48±5,0

-55,1/-26,1

-55,1/-26,5

♂SS 389 sh2

98±1,4

28±4,5

98±1,4

28±4,5

88±3,2

53±5,0

88±3,2

57±4,9

-71,4/-39,4

-71,4/-34,9

 

Низкими показателями жизнеспособности семян обоих лет репродукции характеризовались носители гена se – гибрид Снежная королева и родительская линия ♂СЕ 843; носители гена sh2 – линии ♀SS 386 и ♂SS 389.

В варианте с промораживанием из общего количества случаев 72 энергия прорастания и всхожесть семян увеличились в разной степени в 25 случаях, не изменились в 12 и уменьшились в 33, о чем свидетельствуют индексы влияния (табл. 2). В опытном варианте сравнительно высокими показателями энергии прорастания и всхожести характеризовались семена обоих лет репродукции образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел и линий ♀ГК 26 М и ♂Х 523 ЗМ, носителей гена ae – гибрида АЕ 392/АЕ 392 и линии♀АЕ 392, восковидных (wx) линий ♀ВК 69 и ♂ ВК 64; семена, полученные в 2011 г. – носителей гена su1: гибрида Дмитрик и линии ♂МС 266,♀МС 401; семена репродукции 2014 г. – носителей гена se: гибрида Снежная королева и линий ♀СЕ 854 и ♂СЕ 843; гибрида SS 389/SS 386 (sh2). Низкие показатели жизнеспособности имели семена обоих лет репродукции носителей гена sh2 – линий ♀SS 386 и ♂SS 389.

Для определения связи влияния содержания жирных кислот с долговечностью семян эндоспермальных мутантов кукурузы рассчитаны коэффициенты корреляции между массовой долей жирных кислот в контрольном варианте (исходные показатели) и показателями жизнеспособности семян при обоих режимах – ускоренном старении и промораживании (табл. 3). В варианте с ускоренным старением в оба года исследований имели место:

— положительная средняя существенная корреляция между массовой долей линолевой кислоты с одной стороны и энергией

Таблица   2.     Показатели жизнеспособности семян эндоспермальных мутантов кукурузы в опыте с промораживанием

Гибрид или родительская линия; ген структуры эндосперма

2011 г.

2014 г.

Индекс

энергии

прорастания

2011/2014 %

Индекс всхожести

2011/2014%

энергия прорастания,

%

всхожесть,

%

энергия прорастания,

%

всхожесть,

%

X2

X1

X2

X1

X2

X1

X2

X1

Вымпел Vympel ssp.indentata

94±2,4

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

99±1,1

100±0,0

100±0,0

6,4/-1,3

0,0/0,0

♀ГК 26 М   ♀GK 26 M ssp.indentata

100±0,0

95±2,2

100±0,0

96±2,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

-5,0/0,0

-4,0/0,0

♂Х 523 ЗМ     ♂KH 523 ZM ssp.indentata

77±4,2

94±2,4

86±3,5

94±2,4

100±0,0

95±2,2

100±0,0

96±2,0

22,1/-5,3

9,3/-4,0

Бином Binom wx

82±3,8

87±3,4

88±3,2

89±3,1

97±1,6

84±3,7

97±1,6

92±2,7

6,1/-13,7

1,1/-5,4

♀ВК 69  ♀VK 69 wx

78±4,1

80±4,0

80±4,0

84±3,7

97±1,6

97±1,6

97±1,6

99±1,1

2,6/0,0

5,0/1,4

♂ ВК 64 ♂ VK 64 wx

96±2,0

98±1,4

98±1,4

98±1,4

96±2,0

99±1,1

96±2,0

100±0,0

2,1/2,8

0,0/4,2

АЕ392/АЕ800 ae

100±0,0

98±1,4

100±0,0

100±0,0

100±0,0

87±3,4

100±0,0

97±1,6

-2,0/-13,3

0,0/-2,7

♀АЕ392    ae

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

100±0,0

95±2,2

100±0,0

99±1,1

0,0/-5,3

0,0/-1,3

♂АЕ800 ae

92±2,7

80±4,0

92±2,7

80±4,0

95±2,2

87±3,4

95±2,2

97±1,6

-13,0/-8,4

-13,0/2,8

Дмитрик Dmitrik su1

100±0,0

98±1,4

100±0,0

98±1,4

99±1,0

71±4,6

99±1,0

88±3,2

-2,0/-28,4

-2,0/-10,8

♀МС 401 ♀МS 401 su1

92±2,7

100±0,0

92±2,7

100±0,0

92±2,7

85±3,6

92±2,7

92±2,7

8,7/-7,3

8,7/0,0

♂МС 266♂ МS 266 su1

94±2,4

100±0,0

96±2,0

100±0,0

97±1,6

89±3,1

97±1,6

96±2,0

6,4/-8,2

4,2/-1,3

Cнежная королева

Snezhnaia Koroleva   se

94±2,4

86±3,5

94±2,4

90±3,0

93±2,5

95±2,2

99±1,0

99±1,1

-8,5/1,5

-4,3/0,0

♀СЕ 854    ♀SE 854 se

94±2,4

85±3,6

94±2,4

85±3,6

84±3,7

97±1,6

85±3,5

97±1,6

-9,6/15,8

-9,6/14,1

♂СЕ 843 se     ♂SE 843 se

100±0,0

60±4,9

100±0,0

64±4,8

87±3,4

95±2,2

93±2,5

97±1,6

-40,0/9,2

-36,0/4,3

SS 389/SS 386 sh2

56±5,0

52±5,0

56±5,0

56±5,0

92±2,7

95±2,2

93±2,5

96±2,0

7,1/2,9

0,0/2,9

♀SS 386 sh2

98±1,4

66±4,7

98±1,4

66±4,7

61±4,9

67±4,7

65±4,8

72±4,5

-32,7/8,8

-32,7/10,3

♂SS 389 sh2

98±1,4

32±4,7

98±1,4

44±5,0

88±3,2

81±3,9

88±3,2

83±3,8

-67,5/-7,6

-55,1/-6,0

 

Таблица 3.   Коэффициенты корреляции (r) между показателями жизнеспособности семян и массовой долей жирных кислот у эндоспермальных мутантов кукурузы, 2011/2014 гг.

Показатель жизнеспособности семян

Массовая доля жирной кислоты  

пальмити новая

пальмит олеиновая

стеариновая

олеиновая

линолевая

линоле

новая

эйкозановая

эйкозеновая

Вариант – ускоренное старение    

Энергия прорастания  

Контроль

-0,14/-0,31

-0,10/0,02

0,00/-0,27

0,21/-0,34

-0,18/0,38

0,08/-0,13

0,30/0,23

0,19/0,02

ускоренное старение

-0,45/-0,40

-0,42/0,37

-0,41/-0,54*

-0,44/-0,49*

0,48*/0,56*

0,44/-0,25

0,00/0,05

-0,37/-0,07

Всхожесть    

Контроль    

-0,18/-0,35

-0,01/-0,04

-0,14/-0,30

0,05/-0,25

-0,02/0,31

0,10/-0,12

0,18/0,15

0,02/-0,03

ускоренное старение

-0,50*/-0,23

-0,46*/0,19

-0,56*/-0,47*

-0,55*/-0,54*

0,60*/0,58*

0,34/-0,19

-0,15/0,15

-0,46*/0,11

Индекс:    

 

энергии прорастания

-0,39/-0,38

-0,40/0,53*

-0,36/-0,61*

-0,49*/-0,50*

0,52*/0,58*

0,41/-0,28

-0,11/-0,09

-0,42/-0,11

всхожести

-0,46/-0,12

-0,48*/0,31

-0,51*/-0,51*

-0,57*/-0,65*

0,61*/0,67*

0,31/-0,19

-0,22/0,12

-0,47*/0,19

Вариант – промораживание    

Энергия прорастания    

Контроль    

-0,14/-0,31

-0,10/0,02

0,00/-0,27

0,21/-0,34

-0,18/0,38

0,08/-0,13

0,30/0,23

0,19/0,02

промораживание

-0,39/-0,46*

-0,17/-0,03

-0,74*/-0,44

-0,65*/-0,01

0,70*/0,11

0,22/0,17

-0,32/0,02

-0,59*/-0,26

Всхожесть        Germination rate

Контроль    

-0,18/-0,35

-0,01/-0,04

-0,14/-0,30

0,05/-0,25

-0,02/0,31

0,10/-0,12

0,18/0,15

0,02/-0,03

промораживание

-0,37/-0,52

-0,16/-0,13

-0,74*/-0,45

-0,65*/-0,10

0,70*/0,20

0,23/0,11

-0,32/0,05

-0,59*/-0,20

Индекс:

 

энергии прорастания

-0,27/-0,14

-0,11/-0,05

-0,68*/-0,17

-0,73*/0,33

0,76*/-0,28

0,15/0,30

-0,47*/-0,23

-0,68*/-0,28

всхожести

-0,26/-0,13

-0,14/-0,09

-0,67*/-0,14

-0,71*/0,26

0,73*/-0,22

0,17/0,35

-0,45/-0,20

-0,63*/-0,21

 

прорастания, всхожестью, индексами энергии прорастания и всхожести: r составлял от 0,48 до 0,67;

— отрицательная средняя, в основном существенная (исключая энергию прорастания в 2011 г.) корреляция между массовой долей олеиновой кислоты и теми же показателями: r составлял от -0,44 до -0,65;

— отрицательная средняя, в основном существенная (исключая энергию прорастания и ее индекс в 2011 г.) корреляция между массовой долей стеариновой кислоты и теми же показателями: r составлял от -0,36 до -0,61;

— отрицательная средняя или слабая, в основном несущественная (кроме энергии прорастания в 2011 г.) корреляция между массовой долей пальмитиновой кислоты и теми же признаками: r составил в 2011 г. от -0,39 до -0,50, в 2014 г. от -0,12 до -0,40. В этом случае можно констатировать тенденцию к отрицательной связи.

Для массовых долей пальмитолеиновой и эйкозеновой кислот в 2011 г. наблюдалась отрицательная средняя корреляция со всхожестью и индексами энергии прорастания (несущественная) и всхожести: r составлял от -0,40 до -0,48. В 2014 г. имела место положительная средняя существенная корреляция массовой доли пальмитолеиновой кислоты с индексом энергии прорастания.

В варианте с промораживанием для линолевой, олеиновой, стеариновой, а также эйкозеновой кислот в 2011 г. картина была такой же, как в варианте с ускоренным старением, но связь между показателями была более тесной: для линолевой кислоты положительная, r составлял от 0,70 до 0,76; для олеиновой и стеариновой кислот – отрицательная, r составлял от -0,65 до -0,74, для эйкозеновои кислоты от -0,59 до -0,68. В 2014 г. корреляция для этих жирных кислот была в основном слабой несущественной или отсутствовала. Тенденция к отрицательной, хотя и несущественной связи со всеми показателями жизнеспособности наблюдалась для пальмитиновой кислоты в оба года. Таким образом, влияние линолевой, олеиновой, стеариновой и эйкозеновой кислот на долговечность семян, выращенных в более благоприятном 2011 г., в условиях промораживания было более значительным, чем в менее благоприятном 2014 г., причем линолевая кислота влияла положительно, олеиновая и стеариновая кислоты – отрицательно. В остальных случаях корреляция была несущественной, в основном слабой.

Следует отметить, что для всех жирных кислот корреляция с энергией прорастания и всхожестью в контрольном варианте была слабой или отсутствовала.

В литературе имеется достаточно информации о жирнокислотном составе кукурузного масла, о влиянии содержания ненасыщенных жирных кислот, на устойчивость масла к хранению и его питательные свойства [8]. В частности, линоленовая кислота снижает устойчивость масла к окислению, но обусловливает целебные свойства, олеиновая – напротив, увеличивает срок хранения масла [9, 21].

В то же время, очень мало информации о влиянии жирнокислотного состава содержащегося в семенах масла на долговечность семян. Механизм окислительного повреждения сложный и проявляется в виде двух различных типов изменений жирных кислот. Первый из них связан с процессом старения в течение первой недели хранения при неблагоприятных условиях и включает спонтанное окисление ненасыщенных жирных кислот, причем в насыщенных жирных кислотах не происходит никаких изменений. При втором типе повреждения в семенах, утративших свою способность к прорастанию, происходит окисление как ненасыщенных, так и насыщенных жирных кислот. Активность свободных радикалов в семенах зависит от содержания воды, соотношения компонентов семян, их размера, таксономической принадлежности растения, а также от обработки семян ускоренным старением [20]. Снижение содержания линолевой кислоты при хранении семян сильно выражено у линий кукурузы с более высоким содержанием масла [14]. Перекисные изменения в составе жирных кислот мембранных липидов влияют на вязкость, проницаемость и функции мембран клеток. Кроме того, снижение митохондриального дыхания во время хранения может быть связано с перекисными изменениями в липидном составе митохондрий, ведущими к потере жизнеспособности семян [15].

Конечным продуктом перекисного окисления липидов является липидный гидропероксид (ROOH), из которого образуются альдегиды, в том числе малонил-диальдегид (МДА) [24]. Исследованиями подтверждена связь между повышенным содержанием МДА в семенах и их реакцией на длительное хранение, а также на искусственное старение [25].

При хранении видов с высоким содержанием масла в семенах наблюдается тенденция снижения общего содержания масла со снижением всхожести семян. Это обусловлено повышенной активностью ферментов, участвующих в липидном обмене, обусловленной повышенным содержанием влаги в семенах и более высокой температурой хранения. Характер и скорость химических реакций, происходящих при хранении, определяются составом жирных кислот, присутствующих в масле, и в частности количеством двойных связей [21]. Условия и время хранения существенно влияют на качественные параметры семян, такие как содержание масла, состав жирных кислот и содержание белка [17].

У большинства видов растений, имеющих семена богатые маслом, липиды подвергаются риску автоокислення. Снижение содержания линолевой кислоты в старых семенах очень выражено у линий кукурузы с повышенным содержанием масла [14]. В процессе хранения семян подсолнечника в условиях ускоренного старения в липидном компоненте липопротеинов снижается содержание ненасыщенных жирных кислот – линолевой и линоленовой – за счет окисления. Это свидетельствует о процессах разрушения, происходящих в мембранах [1]. Количественные изменения жирнокислотного состава семян происходят даже при его хранении в оптимальных условиях. Так, в семенах рыжика ярового при хранении в течение пяти лет наблюдалось снижение содержания жира с 38,9% до 36,2% и менялись содержание и соотношение жирных кислот, причем наибольшим изменениям подвергались полиненасыщенные кислоты – линолевая и линоленовая [9]. Пероксидативные изменения жирнокислотного состава липидов мембран влияют на вязкость, проницаемость и функцию мембран клетки. Кроме того, уменьшение митохондриального дыхания во время хранения может быть связано с пероксидативнимы изменениями липидов митохондрий, что приводит к потере силы семян [15].

Согласно литературным данным [22], все мутации структуры эндосперма, исключая мутацию о2, существенно повышают содержание в зерне масла по сравнению с зубовидной и кремнистой кукурузой. Повышение содержания масла в зерне в наибольшей степени выражено у носителей мутантных генов sh2, su1 и se. Носители мутаций wx и ае отличаются повышенной массовой долей триглицеридов пальмитиновой и линолевой кислот Значительное повышение содержания масла у носителей этих мутаций может быть следствием как повышения доли зародыша в зерне вследствие депрессии образования крахмала, так и увеличения содержания масла в зародыше. Наши опыты в целом подтверждают это. Можно было бы предполагать, что ненасыщенная линолевая кислота будет способствовать повышению долговечности семян у носителей указанных генов. Фактически же самую низкую долговечность проявили семена носителей генов sh2 – линий ♀SS 386 и ♂SS 389. Пониженной долговечностью характеризовались носители генов se – гибрида Снежная королева и родительской линии ♂СЕ 843; su1 – гибрида Дмитрик, линий ♂МС 266 и ♀МС 401; wx – гибрида Бином, линий ♀ВК 69 и ♂ВК 64. Тем не менее, анализ коэффициентов корреляции свидетельствует о положительной связи показателей долговечности семян с массовой долей линолевой (ненасыщенной) кислоты; отрицательной связи с массовыми долями олеиновой (ненасыщенной) и стеариновой (насыщенной) кислот. Отрицательная связь содержания олеиновой кислоты с долговечностью семян не дает основания говорить об однозначной положительной связи содержания ненасыщенных жирных кислот с долговечностью семян эндоспермальных мутантов кукурузы.

Согласно общепринятому мнению, норма реакции гибрида шире, чем его родительских линий [2, 18]. Следовательно, можно было ожидать, что способность гибридных семян противостоять стрессовым факторам (которыми являются ускоренное старенне и промораживание) должна быть выше, чем у родительских линий. В наших опытах это проявилось в варианте с ускоренным старением в группе носителей гена sh2, имеющих наименее долговечные семена, и у образцов зубовидного подвида, семена которых были наиболее долговечными.

Выводы

Основными жирными кислотами в масле изученных образцов кукурузы являются ненасыщенные – олеиновая (17,4–47,8%) и линолевая (36,7–68,2%). Меньшую, но значительную долю составляют насыщенные жирные кислоты: пальмитиновая (8,9–13,5%) и стеариновая (1,4–4,4%). Остальные жирные кислоты – пальмитолеиновая, линоленовая, эйкозанова (арахиновая), эйкозеновая, бегеновая – представлены очень малой долей: от 0,06% до 4,32%. Масло из зерна образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел, линий ♀ГК 26 М и ♂Х 523 ЗМ содержит также бегеновую кислоту в незначительных количествах – от 0,07 до 0,18%.

Ранжирование по массовой доле в разные годы в целом совпадает для жирных кислот со сравнительно высокой массовой долей – стеариновой, олеиновой, линолевой, линоленовой, пальмитиновой. Для жирных кислот с низкой массовой долей ранжирование в оба года не совпадает.

Повышенной массовой долей линолевой кислоты выделяются образцы зубовидного подвида – гибрид Вымпел и линии ♀ГК 26 М и ♂Х 523 ЗМ, восковидные – носители гена wx – гибрид Бином и родительские линии ♀ВК 69 и ♂ВК 64; гена ae – гибрид АЕ 392/АЕ 800 и родительские линии ♀АЕ 392 и ♂АЕ 800 (47,9–67,3%). Наименьшей массовой долей линолевой кислоты характеризовались линии ♀SS 386 (ген sh2) и ♂СЕ 843 (se) – 37,0% и 39,4%. У остальных образцов этот показатель был промежуточным – в среднем 43,0–49,4%.

Массовая доля олеиновой кислоты была большей у носителей гена se — гибрида Снежная королева и родительских линий ♀СЕ 854 и ♂СЕ 843 (35,6–46,0%); гена su1 – гибрида Дмитрик и линий ♀МС 401 и ♂МС 266 (38,4–39,5%), а также линии ♀ГК 26 М (зубовидной). Низкая массовая доля олеиновой кислоты (19,4%) отмечена у линии зубовидного подвида ♂Х 523 ЗМ. У остальных гибридов и линий массовая доля олеиновой кислоты составляла 24,4–26,5%.

Повышенной массовой долей пальмитиновой кислоты характеризовались носители гена sh2 – гибрид SS 386/SS 389, линии ♂SS 389 и ♀SS 386 (12,0–12,5%); гена ae – гибрид АЕ 392/АЕ 800 и линия ♂АЕ 800 (12,3; 12,4%); линия ♀ВК 69 (wx) – 12,2%. Низкой долей пальмитиновой кислоты характеризуются носители гена su1 – гибрид Дмитрик и линия ♂ МС 266 (9,9 и 9,4%), а также линии ♂ Х 523 ЗМ (зубовидная) – 9,7% и ♂ВК 64 (wx) – 9,9%. у остальных образцов этот показатель составлял 10,2–11,2%.

В опыте с ускоренным старением долговечными оказались семена образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел и линии ♂Х 523 ЗМ, носителей гена ae – гибрида АЕ 392/АЕ 800 и материнской линии ♀АЕ 392. Низкой долговечностью характеризуются семена носителей гена se – гибрида Снежная королева и родительской линии ♂СЕ 843; гена sh2 – линий ♀SS 386 и ♂SS 389.

В опыте с промораживанием сравнительно долговечными оказались семена образцов зубовидного подвида – гибрида Вымпел и линий ♀ГК 26 М и ♂Х 523 ЗМ, носителей гена ae – гибрида АЕ 392/АЕ 800 и линии ♀АЕ 392, восковидных (wx) линий ♀ВК 69 и ♂ВК 64, носителей гена su1 – линий ♀МС 401 и ♂МС 266. Низкой долговечностью характеризовались семена носителей гена sh2 – линий ♀SS 386 и ♂SS 389.

Для всех жирных кислот корреляция массовой доли с показателями жизнеспособности семян в контрольном варианте была слабой или отсутствовала.

Установлена положительная связь показателей долговечности семян с массовой долей линолевой (ненасыщенной) кислоты (r= 0,48–0,76); отрицательная связь с массовыми долями олеиновой (ненасыщенной) и стеариновой (насыщенной) кислот (r = от -0,36 до -0,74).

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Бердина А. Н. Комплексное исследование липопротеинов семян подсолнечника современной селекции при послеуборочной обработке и хранении. Специальность: 05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Краснодар 2009. 25 с.
  2. Генетические основы селекции растений. В 4 т. Т. 2. Частная генетика растений / науч. ред. А.В. Кильчевский, Л.В. Хотылева. Минск, Беларус. Навука, 2010. 579 с.
  3. Гур’єва І. А., Рябчун В. К., Літун П. П. Методичні рекомендації польового та лабораторного вивчення генетичних ресурсів кукурудзи. Харків, 2003. 43 с.
  4. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1973. 343 с.
  5. Лихачёв Б. С. Некоторые методические вопросы изучения биологии старения семян. Сельскохозяйственная биология. 1980. – том XV, №6. С. 842-844.
  6. Лінник Ю. О., Тимчук С. М., Чупіков М. М., Кузьмишина Н. В. Витривалість насіння різних підвидів кукурудзи до старіння. Таврійський наук. вісник. Херсон, 2010. Вип. 69. С. 67-74.
  7. Насіння сільськогосподарських культур. Методи визначення якості. ДСТУ 4138-2002. Чинний від 2004-01-01. К.:Держспоживстандарт України, 2003. 173 с.
  8. Писарець О.П., Дробот В.І. Продукти переробки кукурудзи – джерело поліненасичених жирних кислот груп ω-3 та ω-6. Програма і матеріали Міжнародної наукової конференції «Нові ідеї в харчовій науці – нові продукти харчовій промисловості», 13-17 квітня 2014 р. К.: НУХТ, 2014 р. 860 с.-С.64.
  9. Прахова Т. Я., Прахов В. А. Биохимический состав масла семян рыжика ярового при хранении Молодой ученый. №2. С. 365-366.
  10. Прохорова М.И. Методы биохимических исследований.- Л.: Химия, 1982. 272 с.
  11. Робертс Е. Жизнеспособность семян; пер. с англ. Н. А. Емельяновой. М. : Колос, 1978. 410 с.
  12. Шиндин А. П., Багринцева В. Н., Борщ Т. И., Горбачева А. Г., Сотченко B. C., Сотченко Е. Ф., Сотченко Ю. В. Кукуруза. Современная технология возделывания. Москва: РосАгроХим, 2009. 127 с.
  13. Шиянова Т.П., Тимчук С. М., Богуславський Р. Л. Довговічність насіння форм кукурудзи з різною структурою ендосперму. Генетичні ресурси рослин. Харків. 2015. № 17. С.87-98.
  14. Balešević-Tubić S, Tatić M, Miladinović J, Pucarević M.2007. Changes of fatty acids content and vigour of sunflower seed during natural aging. Helia 30: 61-67.
  15. Ferguson M., TeKrony D.M., Egli D.B. 1990. Changes during early soybean seed and axes deterioration: II. Lipids. Crop Sci. 30: 179-182.
  16. Flora L.F., Willey R.C. Effect of various endosperm mutants on   oil content and fatty acid composition of whole kernel corn ( Zea   mays L.) J. Amer. Soc. Hortic. Sci. 1972. V.97. P. 604-607.
  17. Ghasemnezhad A, Honermeier B.2007. Influence of storage conditions on quality and viability of high and low oleic sunflower seeds. Intern. J. Plant Prod., 3(4): 41-50.
  18. Gustafson A. The effect of heterozygosity on variability and vigour. – Hereditas. 1946. Vol. 32. P. 263-284.
  19. Jones R. , Tsai C. Y. Changes in lysine and tryptophan content during germination of normal and mutant seed. Cereal Chem. 1977. V. 54. P. 565-571.
  20. Laloi, C., Apel, K., Danon, A. (2004): Reactive oxygen signalling: the latest news. Current Opinion in Plant Biology 7: 323-328.
  21. Morello J.R., Motilva M.J., Tovar M.J., Romero M.P. Changes in commercial virgin olive oil (CV Arbequina) during storage with special emphasis on the phenolic fraction. J. Food Chem., 85: 357-364.
  22. Plewa M.J., Weber D.F. The use of monosomics to detect genes conditioning lipid content in Zea mays L. Canad.J.Genet.Cytol. 1973. V.15. P.313-320.
  23. Shyianova T.P., Tymchuk S. M. Morphological parameters of maize endospermal mutants seedlings and effect of seed storage regimes on them. Selektsiia i nasinnytstvo. 2018. Vypusk 113. S.188-200.
  24. Sung, J.M., Jeng, T.L. (1994): Lipid peroxidation and peroxide-scavening enzymes associated with accelerated aging of peanut seed. Physiology Plantarum 91: 51-55.
  25. Tian, X., Song, S., Lei, Y. (2008): Cell death and reactive oxigen species metabolism during accelerated ageing of soybean axes. Russ. J. Plant Physiol., 55(1): 33-40.

MAIZE ENDOSPERMAL MUTANTS SEED LONGEVITY AT STORAGE AND IMPACT ON IT OF FATTY ACID COMPOSITION OF OIL

Boguslavskyi Roman Lvovich, Shiianova Tatyana Pavlovna, Suprun Oleg Grigorievich

Plant Production Institute named after V.Ya.Yuryev of NAAS

Research of relationship between fatty acid composition and seed longevity of maize endospermal mutants, the results of which are presented in this article, is important because it helps to solve the problem of maintaining seed viability during long-term storage in genebanks and working collections of breeding institutions and in seed production. The main fatty acids in the oil from seed of the studied maize samples are unsaturated – oleic (mass fraction depending on the genotype is 17.4–47.8%) and linoleic (36.7–68.2%), saturated – palmitic (8.9– 13.5%). The remaining fatty acids – stearic, palmitoleic, linolenic, eicosanoic (arachidic), eicozenic, behenic – are represented by a very small proportion: from 0.06% to 4.4%. The longevity of seeds was determined in model experiments “accelerated aging” and “freezing”. In the experiment with accelerated aging, the seeds of toothlike subspecies hybrid Vimpel and lines ♂Х 523 ЗМ, carriers of ae gene – hybrid AE 392/ АЕ 800 and line ♀АЕ 392 proved to be longevous. The seeds of se gene carriers – hybrid Snezhnaya Koroleva and it parent line SE 843; sh2 gene carriers – lines ♀SS 386 and ♂SS 389 were characterized by low durability. In the experiment with freezing, the seeds of the toothlike subspecies – the Vimpel hybrid, ♀GK 26 M and ♂Х 523 ЗМ lines; waxy (wx) lines ♀WK 69, WK 64; carriers of the ae gene – hybrid AE 392 / АЕ 800 and line ♀АE 392; su1 gene — lines ♀MS 401 and ♂ MS 266 were comparatively durable. The seeds of the sh2 gene carriers – lines ♀SS 386 and ♂SS 389 were characterized by low durability. The experiments established a positive relationship between seed durability indicators and a mass fraction of linoleic (unsaturated) acid (r = 0.48–0.76); negative relationship – with mass fractions of oleic (unsaturated) and stearic (saturated) acids (r = -0.36 to -0.74). The negative relationship between oleic acid content and seeds longevity does not give grounds to speak of an unambiguous positive relationship between content of unsaturated fatty acids and seed longevity of the endospermal maize mutants.

 

Keywords: maize, endospermal mutants, seeds, longevity, fatty acid composition, accelerated aging, freezing