Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,831

БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЖЁЛТОСЕМЯННЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОГО РАПСА BRASSICA NAPUS L.

Маркелова Н.Г. 1 Карпачев В.В. 1
1 Липецкий научно-исследовательский институт рапса – филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В.С. Пустовойта»
Изучение жирнокислотного состава масла жёлтосемянных линий рапса – основа эффективной селекционной работы, направленной на создание жёлтосемянных сортов со стабильно экспрессируемой оптимальной композицией всех жирных кислот в масле для различных направлений использования. Исследования проводились в полевых и лабораторных условиях на базе ЛНИИР, г. Липецк, в 2018–2020 гг. Объектом исследований послужили 10 жёлтосемянных линий ярового рапса (ЯРЛ). Определение жирнокислотного состава масла семян рапса выполнялось в лаборатории биохимии с использованием метода газожидкостной хроматографии метиловых эфиров жирных кислот на хроматографе «Chrom 5». Все светлоокрашенные классы характеризуются пониженным содержанием олеиновой кислоты на 1,96–7,42 %, повышенным содержанием линолевой на 2,27–4,82 % с одновременным снижением содержания линоленовой на 0,26–2,08 %. Линии ЯРЛ 4, 5, 7 и 10 отличаются высокими средними значениями содержания линолевой кислоты (24,0–25,1 %), узкими доверительными интервалами данных и почти полным отсутствием эруковой кислоты. 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 самым высоким содержанием линолевой кислоты 24,5 % и низким линоленовой 7,7 %. 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 … -0,967) и значительную отрицательную корреляцию для линий ЯРЛ 1, 4, 10. Линии ЯРЛ 4, 5 и 7 обнаружили увеличенные средние значения содержания линолевой кислоты (24,0–25,1 %), низкие значения линоленовой кислоты (7,8–9,2 %) и отрицательное (ЯРЛ 4, Corr = -0,378) и слабое положительное (ЯРЛ 5, Corr = 0,158) корреляционное взаимодействием между линолевой и линоленовой кислотами.
рапс яровой
желтая окраска семенной оболочки
жирнокислотный состав
корреляция
олеиновая кислота
линолевая кислота
линоленовая кислота
эруковая кислота
1. Theodoridou K., Yu P. Effect of processing conditions on the nutritive value of canola meal and presscake. Comparison of the yellow and broun-seeded canola meal with the broun-seeded canola presscake. J. Sci. Food Agricult. 2013. Vol. 93. № 8. P. 1986–1995.
2. Горлова Л.А., Бочкарёва Э.Б., Сердюк В.В., Стрельников Е.А., Поморова Ю.Ю. Первый отечественный жёлтосемянный сорт рапса ярового Кенар // Масличные культуры. 2019. № 3 (179). С. 168–170.
3. Жидкова Е.Н. Отдаленная гибридизация в селекции рапса (Brassica napus L.): монография. Липецк: ЛГПУ, 2008. 163 с.
4. Денисова Э.В., Мазяркина Т.В. Генетические основы селекции рапса (Brassica napus L.) на улучшение биохимических качеств семян. Новосибирск: ИЦиГ Со РАН, 2010. 253 с.
5. Abbadi A., Leckband G. Rapeseed breeding for oil content, quality, and sustainability. European J. of Lipid Science and Technology. 2011. Vol. 113. № 10. P. 1198–1206.
6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга по Требованию, 2012. 352 с.
7. Кабаков Р.И. R в действии. Анализ и визуализация данных в программе R. М.: ДМК Пресс, 2014. 588 с.

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].

missing image file

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.

missing image file

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].

missing image file

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: 08.02.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685