Одним из перспективных направлений селекционной работы по рапсу является создание так называемых трёхнулевых сортов («000»), которые, в отличие от современных двухнулевых («00») безэруковых и низкоглюкозинолатных, сочетают в себе оба этих качества с жёлтой окраской семенной оболочки. Это один из путей увеличения выхода масла как за счёт снижения содержания сырой клетчатки в семенах, так и вследствие упрощения технологии производства и очистки масла [1].
Первый отечественный жёлтосемянный сорт Кенар выведен в 2000–2017 гг. во ВНИММК методом многократного индивидуального отбора и самоопыления из внутривидового гибрида линий Л 3649-100 и сорта Ярвэлон [2].
В ЛНИИР исследования по получению жёлтосемянных форм начаты с 1987 г. с применением методов мутагенеза, межвидовой гибридизации и ресинтеза рапса. Так, в результате многократного индивидуально-семейного отбора на жёлтосемянность в конце девяностых годов был получен селекционный материал с полностью жёлтоокрашенной семенной оболочкой [3].
Появление и накопление селекционного материала с жёлтой окраской семенной оболочки привело к необходимости исследования изменений в биохимическом составе масла, вызванных отбором, направленным на увеличение выраженности признака желтосемянности.
В целях улучшения качественных показателей рапсового масла жёлтосемянных линий ставилась задача не просто отбора по максимуму или минимуму содержания какой-то одной жирной кислоты, а создание линий со стабильно экспрессируемой оптимальной композицией всех жирных кислот в масле для различных направлений использования.
Известно, что содержание жирных кислот в масле взаимообусловлено, изменение содержания одной кислоты вызывает противоположное изменение в содержании другой, а возможно, и нескольких кислот, и не обязательно последующих в цепи биосинтеза [4].
Эруковая и линоленовая кислоты – конечные продукты биосинтеза и нежелательны для пищевого производства. Высокое содержание эруковой кислоты отрицательно коррелирует с низким уровнем пальмитиновой, олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами. Селекция на безэруковость привела к генетическому блокированию удлинения цепи C18:1 → C20:1 → C22:1 у растений современных сортов масличного рапса, изменило содержание олеиновой кислоты, которое в среднем возросло на 1/6 часть (33 %), удвоилось содержание линолевой [5].
В результате исследований жирнокислотного состава (ЖКС) отдалённых гибридов рапса (одного из источников получения жёлтоокрашенных семян), проведённых в ЛНИИР в 1990-е гг., выявлена высокая положительная корреляция между содержанием эйкозеновой и эруковой кислот; средняя между олеиновой и линоленовой, пальмитиновой и линоленовой и отрицательная корреляция между олеиновой и остальными кислотами [3].
Цель исследования – биохимическая оценка желтосемянных линий ярового рапса (Brassica napus L.), выделившихся по стабильности и интенсивности проявления жёлтой окраски семян, статистический анализ жирнокислотного состава и выбор генотипов для селекции желтосемянных сортов и гибридов.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились в полевых и лабораторных условиях на базе ЛНИИР, г. Липецк, в 2018–2020 гг.
Объектом исследований послужили 10 жёлтосемянных линий ярового рапса с процентным содержанием светлоокрашенных семян от 50 до 100 %, для удобства в работе они получили индекс ЯРЛ (Яровой Рапс Липецкий) и порядковый номер, в качестве стандарта проанализирован жирнокислотный состав ярового рапса сорта Риф, селекции ЛНИИР. Линии получены методом многократного индивидуального отбора и самоопыления из внутривидовых гибридов сортов отечественной и зарубежной селекции, ресинтезированного рапса и регенерантов каллусной культуры [3].
Выращивание и принудительное самоопыление растений осуществлялось по общепринятой методике [6].
Определение жирнокислотного состава масла семян рапса выполнялось в лаборатории биохимии с использованием метода газожидкостной хроматографии метиловых эфиров жирных кислот по ГОСТ 30089-93 на хроматографе «Chrom 5». Для оценки образцов по жирнокислотному составу масла использовали урожай семян, собранный с делянки свободноцветущих растений.
Статистическую обработку данных (корреляционный анализ, построение диаграмм и визуализацию результатов) осуществляли при помощи языка программирования R (версии 4.0.5), в редакторе RStudio [7].
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ жирнокислотного состава масла 140 образцов совокупности линий ЯРЛ в сравнении со стандартом показал отклонение (варьирование) средних значений содержания всех важнейших жирных кислот: пальмитиновой на 0,15 %, олеиновой 4,44 %, линоленовой на 3,92 %, линолевой на 1,20 %, эйкозеновой 0,57 % от их среднего содержания в стандарте и появления достаточно существенных количеств эруковой кислоты в семенах отдельных линий потомков безэруковых донорных сортов (табл. 1).
Таблица 1
Сравнение среднего содержания жирных кислот в стандарте и образцах линий ЯРЛ
|
Популяция |
Содержание, % |
|||||
|
С16:0 pal |
С18:1 ole |
С18:2 lin |
С18:3 lil |
С20:1 eic |
С22:1 eru |
|
|
St. Риф (black) |
3,71 |
64,98 |
19,75 |
10,16 |
1,39 |
0,00 |
|
ЯРЛ |
3,86 |
60,54 |
23,67 |
8,96 |
1,96 |
1,00 |
|
yellow |
3,92 |
60,39 |
24,57 |
8,56 |
1,78 |
0,77 |
|
brown |
3,60 |
63,02 |
22,02 |
9,90 |
1,44 |
0,01 |
|
multicolor |
4,03 |
57,56 |
23,11 |
8,92 |
3,26 |
3,10 |
Все исследуемые образцы ЯРЛ были разделены на три класса по окраске семян: коричневые (brown), желто-коричневые (multicolor) и желтые (yellow), тем самым в статистический анализ генеральной совокупности введена факторная переменная цвета семян. Следует упомянуть, что в составе каждой из 10 изученных линий ЯРЛ были семьи, принадлежащие ко всем трем классам окраски. Образцы стандартного сорта Риф отнесены к четвертому классу – темноокрашенные (black). Исходя из полученных средних значений содержаний жирных кислот в четырех цветовых классах прослеживается корреляция между изменениями в окраске семенной оболочки и процентным соотношением кислот в масле (табл. 1). Все светлоокрашенные классы характеризуются пониженным содержанием олеиновой кислоты на 1,96–7,42 % от общего ЖКС, повышенным содержанием линолевой на 2,27–4,82 % с одновременным снижением содержания линоленовой на 0,26–2,08 %, содержание эйкозеновой кислоты увеличилось на 0,05–1,87 %. Не все полученные линии ЯРЛ сохранили безэруковость.
Линии ЯРЛ показали широкое варьирование содержания олеиновой, линолевой, линоленовой и эрукововой кислот, как средних значений, так и величин разброса (изменчивости) данных внутри конкретного генотипа (рис. 1). Линии ЯРЛ 4, 5, 7 и 10 выделяются высокими средними значениями содержания линолевой кислоты (24,0–25,1 %), узкими доверительными интервалами данных и почти полным отсутствием эруковой кислоты, могут быть использованы для дальнейшей селекции желтосемянных сортов с повышенным содержанием линолевой кислоты. Линии ЯРЛ 3 и ЯРЛ 10 значительно отличаются от остальных по наличию высоких содержаний эруковой кислоты, при этом широкий фенотипический ранг ее процентного содержания (4,8–27,5 %) свидетельствует о нестабильности экспрессии признака в семьях линии ЯРЛ 3. Этим же линиям свойственны и самые низкие средние значения содержания олеиновой кислоты 44,2–45,0 % так же с широкой вариабельностью ее процентного содержания у линии ЯРЛ 3 от 30,0 до 57,52 %. В этом случае предположительно биосинтез жирных кислот преимущественно идет по пути пролонгации цепи С18:1 → С20:1 → С22:1, что согласуется с данными других исследователей [4].
Рис. 1. Среднее содержание олеиновой, линолевой, линоленовой и эруковой кислот в линиях ЯРЛ (1–10) и стандарте (11)
Линии ЯРЛ 1, 2 и 8 отличаются по высоким средним значениям содержания олеиновой кислоты (64,5–66,5 %), что в целом несвойственно другим светлоокрашенным линиям. Линии ЯРЛ 1, 4, 5, 7 и 9 сохранили безэруковость. Низкие средние значения содержания линоленовой кислоты (7,7–9,4 %) выявлены в семьях линий ЯРЛ 3, 4, 5, 7, 8 и 9, при этом ЯРЛ 7 выделяется как самым высоким содержанием линолевой кислоты и низким линоленовой, так и малыми величинами разброса данных, что указывает на стабильность проявления признака.
Семьи, принадлежащие по окраске семенной оболочки к классу «yellow», отмечены самым высоким средним содержанием линолевой кислоты (24,5 %) и достаточно узким доверительным интервалом (24,0–25,1 %), что свидетельствует о том, что при отборе на желтосемянность процентное содержание линолевой кислоты увеличивается у всех линий ЯРЛ независимо от генотипа (рис. 2). При движении в ряду black – brown – multicolor – yellow уменьшаются значения среднего содержания олеиновой (от 64,9 до 60,4 %) и линоленовой (от 10,2 до 8,6 %) кислот, чем больше желтосемянных семей среди потомства линий, тем меньшим содержанием олеиновой и линоленовой кислот они характеризуются.
Рис. 2. Среднее содержание олеиновой, линолевой, линоленовой и эруковой кислот в классах по окраске семенной оболочки
Высокие средние значения содержания эруковой кислоты (3,1 %), ее доверительный интервал данных (0–6,7 %) указывают на большую экспрессию выраженности признака и широкие фенотипические ранги содержания эруковой кислоты в семьях, которые были отнесены к классу «multicolor», что, по-видимому, обусловлено различной активацией ферментных систем, контролирующих синтез С20:1 и С22:1.
Для измерения степени и направления связи между процентным содержанием важнейших жирных кислот в масле линий ЯРЛ и стандарта выполнен корреляционный анализ по методу Спирмена [7], значения коэффициента ранговой корреляции Спирмена представлены наглядно на тепловых диаграммах и скаттерплот-матрицах, которые отражают корреляцию пар всех переменных на рис. 3, а также в табл. 2. Выбор ранговой корреляции обусловлен ее устойчивостью к выбросам (выпадающим данным) и отсутствием привязки к нормальности распределения данных.
Таблица 2
Ранговый коэффициент корреляции между жирными кислотами масла линий ЯРЛ
|
Корреляционные пары |
ЯРЛ 1 |
ЯРЛ 2 |
ЯРЛ 3 |
ЯРЛ 4 |
ЯРЛ 5 |
ЯРЛ 6 |
ЯРЛ 7 |
ЯРЛ 8 |
ЯРЛ 9 |
ЯРЛ10 |
St Риф |
|
pal-ole |
-0,230 |
-0,365 |
0,612 |
-0,414 |
-0,146 |
-0,287 |
-0,558 |
-0,365 |
-0,653 |
-0,750 |
-0,197 |
|
pal-lin |
-0,124 |
-0,026 |
0,809 |
0,041 |
-0,176 |
-0,098 |
0,460 |
-0,026 |
0,617 |
0,752 |
-0,451 |
|
pal-lil |
0,130 |
0,565 |
-0,489 |
0,048 |
0,047 |
-0,208 |
0,191 |
0,568 |
0,512 |
0,032 |
0,424 |
|
pal-eic |
0,304 |
0,796 |
-0,609 |
0,632 |
0,565 |
0,880 |
0,219 |
0,796 |
-0,009 |
0,551 |
0,142 |
|
pal-eru |
– |
-0,182 |
-0,689 |
-0,095 |
– |
0,752 |
0,260 |
-0,182 |
-0,082 |
0,589 |
– |
|
ole-lin |
-0,267 |
-0,920 |
0,557 |
-0,546 |
-0,815 |
-0,893 |
-0,934 |
-0,920 |
-0,967 |
-0,761 |
-0,594 |
|
ole-lil |
-0,534 |
-0,962 |
-0,295 |
-0,498 |
-0,642 |
-0,752 |
-0,698 |
-0,962 |
-0,864 |
0,000 |
-0,150 |
|
ole-eic |
0,348 |
-0,797 |
-0,972 |
-0,381 |
-0,212 |
-0,243 |
0,016 |
-0,797 |
-0,248 |
-0,938 |
-0,149 |
|
ole-eru |
– |
-0,581 |
-0,987 |
0,116 |
– |
-0,286 |
-0,131 |
-0,581 |
-0,222 |
-0,948 |
– |
|
lin-lil |
-0,656 |
0,788 |
-0,207 |
-0,378 |
0,158 |
0,722 |
0,446 |
0,788 |
0,713 |
-0,521 |
-0,645 |
|
lin-eic |
-0,259 |
0,537 |
-0,618 |
-0,051 |
0,045 |
-0,126 |
-0,160 |
0,537 |
0,231 |
0,514 |
-0,096 |
|
lin-eru |
– |
0,735 |
-0,646 |
-0,123 |
– |
-0,057 |
0,000 |
0,735 |
0,292 |
0,771 |
– |
|
lil-eic |
-0,149 |
0,853 |
0,212 |
0,180 |
0,010 |
-0,236 |
-0,044 |
0,853 |
0,192 |
0,155 |
0,175 |
|
lil-eru |
– |
0,359 |
0,302 |
-0,050 |
– |
-0,127 |
0,048 |
0,359 |
0,029 |
-0,237 |
– |
|
eic-eru |
– |
0,418 |
0,948 |
0,389 |
– |
0,965 |
0,853 |
0,418 |
0,618 |
0,915 |
– |
Полученные ранговые коэффициенты корреляции выявили высокую отрицательную корреляционную зависимость между содержанием олеиновой и линолевой кислот в линиях ЯРЛ 2, 5, 6, 7, 8 и 9 (Corr = -0,815 до -0,967) и значительную отрицательную корреляцию для линий ЯРЛ 1, 4, 10, что объясняет трудоемкость отборов среди семей светлосемянных линий, направленных на увеличение содержания олеиновой кислоты с сохранением процента светлых семян в потомстве. Отрицательное корреляционное взаимодействие различной силы между олеиновой и всеми остальными кислотами наблюдалось во всех линиях ЯРЛ. Значительная и высокая положительная корреляция (Corr = 0,418 до 0,965) между содержанием эйкозеновой и эруковой кислот характерна для всех желтосемянных линий, кроме, совершенно безэруковых ЯРЛ 1 и ЯРЛ 5.
Жирнокислотный состав стандарта характеризуется заметной отрицательной корреляцией между олеиновой и линолевой кислотами с коэффициентом ранговой корреляции Corr = -0,594, линоленовой и линолевой кислотами (Corr = -0,645), умеренной положительной корреляцией между пальмитиновой и линоленовой (Corr = 0,424) и слабой отрицательной корреляцией между олеиновой и всеми остальными кислотами.
Ранговые коэффициенты корреляции для связи между линолевой и линоленовой кислотами указывают на различную силу их взаимодействия, так линии ЯРЛ 2, 6, 8 и 9 отличает высокая положительная корреляция (Corr = 0,713 … 0,788) между этими двумя кислотами, семей линий ЯРЛ 1, 3, 4, 10 – умеренная отрицательная (Corr = -0,207 … -0,656), для ЯРЛ 5 – слабая положительная с ранговым коэффициентом равным 0,158.
Анализ скаттерплот-матриц и тепловых диаграмм, построенных по данным корреляционного анализа линий ЯРЛ 4, 5 и 7 (рис. 3), показал их большую селекционную ценность. Помимо увеличенных средних значений содержания линолевой кислоты (24,0–25,1 %), низких содержаний линоленовой кислоты (7,8–9,2 %) они обладают отрицательным (ЯРЛ 4, Corr = -0,378) и слабым положительным (ЯРЛ 5, Corr = 0,158) корреляционным взаимодействием между линолевой и линоленовой кислотами. В этом случае синтез линоленовой кислоты преимущественно идет по пути удлинения цепи от С16:3 → С18:3, тогда как для линии ЯРЛ 7 более значим путь ее синтеза посредством десатурации С18:2, на что указывает умеренная положительная корреляция этих двух кислот (Corr = 0,446) [4].
Рис. 3. Тепловая диаграмма (слева) и корреляционная матрица взаимодействий (справа) жирных кислот масла семян линии (сверху вниз) ЯРЛ 4, ЯРЛ 5 и ЯРЛ 7, где Corr – коэффициент ранговой корреляции Спирмена
Статистическая значимость полученных результатов доказана при помощи дисперсионного анализа моделей (табл. 3).
Таблица 3
Результаты дисперсионного анализа моделей корреляционного взаимодействия линолевой и линоленовой кислот у желтосемянных линий ЯРЛ
|
Статистический критерий |
ЯРЛ 4 |
ЯРЛ 5 |
ЯРЛ 7 |
|
p-уровень значимости |
2.2 · 10-16 |
2.2 · 10-16 |
2.2 · 10-16 |
|
t-критерий Стьюдента |
25.88 |
40.961 |
73.419 |
|
Multiple R-squared (коэффициент детерминации) |
0.1429 |
0.0250 |
0.1992 |
|
Adjusted R-squared (скорректированный коэффициент детерминации) |
0.0714 |
-0.0213 |
0.1787 |
|
F-критерий Фишера |
1.9999 |
0.5400 |
1.9999 |
|
Df (число степеней свободы) |
12 |
21 |
39 |
Как видно из результатов анализа, показаний t-критерия Стьюдента, значения R-квадрата (как прямого, так и исправленного), F- и p-критерия, данные результаты являются статистически значимыми. Они наглядно показывают, что образцы линии ЯРЛ 4, 5, 7 имеют качественно отличный от стандарта жирнокислотный состав.
Заключение
В результате трехлетней оценки жирнокислотного состава селекционных номеров желтосемянных линий ярового рапса были выделены три перспективные линии ЯРЛ 4, ЯРЛ 5, ЯРЛ 7, сочетающие повышенное содержание линолевой кислоты с низким содержанием линоленовой и различной теснотой корреляционного взаимодействия, от умеренно отрицательной до умеренно положительной, между ними.
Выделенные линии будут включены в селекционные программы, направленные на создание желтосемянных сортов, масло которых будет соответствовать стандартам пищевого салатного, т.е. будет безэруковым, высоколинолевым и низколиноленовым.
Библиографическая ссылка
Маркелова Н.Г., Карпачев В.В. БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЖЁЛТОСЕМЯННЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОГО РАПСА BRASSICA NAPUS L. // Успехи современного естествознания. – 2021. – № 11. – С. 19-25;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37707 (дата обращения: 26.04.2024).