Formation of grain quality indicators in spelt-like Chernobyl radiomutants of winter wheat

Keywords: winter wheat, radiomutants, grain quality, falling number, protein content, starch content, homeostasis, breeding value

Abstract

The purpose. Determination of the falling number, protein and starch content in spelt-like Chernobyl radiomutants of winter wheat. Materials and methods. Winter wheat, represented by 10 spelt-like radiomutants (RM-1–10), obtained as a result of chronic irradiation of crops in 1986 and self-sowing in 1987 in the 20-kilometer exclusion zone of the Chernobyl NPP, was studied under the conditions of a 10-field scientific crop rotation of the Bila Tserkva Research and Breeding Station of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet of the NAAS. The experimental plots of each of the ten radiomutants of winter wheat had a registration area of 10 m² and were placed in three replications. Peas were previously grown in the field. Seed sowing was carried out with a SN-10C seeder at the optimal time for the crop. The Lisova Pisnіa variety was used as a standard. The number of falling and the content of protein in the grain are class-forming indicators for wheat according to DSTU 3768:2019. The falling number, also called the Hagberg number or the Hagberg-Perten number, is also enshrined in international standards: ICC 107/1, ISO 3093-2009, AACC 56-81B, was determined using the FN 1000 device, and the protein and starch content was determined using infrared spectroscopy (FOOS Infratec 1241 Grain Analyzer). Results. Significant variability in the number of falls in 2016–2018 was determined in RM-7, RM-5, RM-6, RM-10, RM-9 – V = 55.2–23.6%, with insignificant variability in the standard Lisova Pisnіa (V = 3.3%) and RM-8 (V = 5.9%) and average variability in other RM-samples – 13.3–17.3%. In 2016–2019, the average variability in protein content was established in RM-1, RM‑3, RM-2, RM-4, RM-6 – V = 15.4–10.2%, and insignificant variability in other radiomutants (V = 6.6–9.4%) and the standard (V = 8.7%). Insignificant coefficients of variation (V = 1.9–6.8%) were studied for the content of starch in the grain. Conclusions. The selected spelt-like samples RM-7, RM-5, RM-10, which, on average for 2016–2018, determined the falling number of 239 sec., 266 sec. and 287 sec., respectively. A significant excess over the standard Lisova pisnіa (15.6%), on average for 2016–2019, the protein content was established – RM-9 (16.3%), RM-2, RM-4 (16.1%) and RM-1 – 16.0%, and the starch content – RM-6 (67.3%). The selected spelt-like RM-samples of winter wheat were involved in the breeding programs of the Bila Tserkva Research and Breeding Station of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet of the NAAS.

References

1. Експорт зерна та вимоги до його якості. URL: http://surl.li/rehib. (дата звернення 10.02.2024).
2. Найчастіші проблеми експортного зерна – хлорпірифос та псування в дорозі. URL: http://surl.li/rehhu (дата звернення 10.02.2024).
3. Науменко О., Богдан Г., Бєла Н., Полонська Т., Гетьман І. Шляхи покращення хлібопекарських властивостей борошна. Продовольчі ресурси. 2020. Вип. 8(15). C. 151–157.
4. Тоцький В. М., Марініч Л. Г., Шостя А. М., Кузьменко Л. М., Ільченко М. О. Вплив сортових властивостей на урожайність та якість зерна пшениці озимої. SWorldJournal. 2024. № 24. С. 110–115.
5. Бурденюк-Тарасевич Л. А., Лозінський М. В. Принципи підбору пар для гібридизації в селекції озимої пшениці T. aestivum L. на адаптивність до умов довкілля. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2015. Т. 16. С. 92–96.
6. Корхова М. М., Нікончук Н. В., Панфілова А. В. Адаптивний потенціал нових сортів пшениці озимої в умовах Південного Степу України. Таврійський науковий вісник. 2021. Вип. 122. С. 48–55.
7. Назаренко М. М. Продуктивність сучасних сортів пшениці озимої в умовах підзони Півночі Степу України. Аграрні інновації. 2020. № 4. С. 120–125.
8. Тищенко А. В., Тищенко О. Д., Люта Ю. О., Пілярська О. О. Адаптивна здатність – важлива ознака в селекції рослин. Зрошуване землеробство. 2021. № 75. С. 101–109.
9. Thakur V., Rane J. Assimilate limitation compensating factors under environmental stresses in wheat. Journal of Cereal Research. 2020. № 12(3). Р. 213–228.
10. Уліч Л. І., Лисікова В. М., Скиба В. В. Оцінка сортового складу пшениці ярої м’якої (Triticum aestivum L.) за продуктивністю і адаптивністю. Сортовивчення та охорона прав на сорти рослин. 2009. № 1(9). С. 37–42.
11. Базалій В. В., Домарацький Є. О., Козлова О. П. Селекційно-генетичні аспекти селекції озимої пшениці та їх вплив на агроекологічну адаптивність. Аграрні інновації. 2023. Вип. 19. С. 120–126.
12. Наукові основи селекції озимої пшениці на агроекологічну адаптивність: монографія / В. В. Базалій та ін. Миколаїв: МНАУ, 2024. 244 с.
13. Khalid A., Hameed A., Tahir M. F. Estimation of genetic divergence in Wheat genotypes based on agromorphological traits through agglomerative hierarchical clustering and principal component analysis. Cereal Research Communications. 2020. № 50. Р. 1–8. DOI: 10.1007/s42976-022-00287-w.
14. Impa S. M., Vennapusa A. R., Bheemanahalli R., Sabela D., Boyle D., Walia H., Jagadish K. High night temperature induced changes in grain starch metabolism alters starch, protein, and lipid accumulation in winter wheat. Plant, Cell & Environment. 2020. № 43(2). Р. 431–447. DOI: 10.1111/pce.13671
15. Abdelmageed K., Xuhong C., Demei W., Yanjie W., Yushuang Y., Guangcai Z., & Zhiqiang T. Evolution of varieties and development of production technology in Egypt wheat: A review. Journal of Integrative Agriculture. 2019. № 18(3). Р. 483–495. DOI: 10.1016/S2095-3119(18)62053-2
16. Tadesse W., Sanchez-Garcia M., Assefa S., Amri A., Bishaw Z., Ogbonnaya F., & Baum M. Genetic gains in wheat breeding and its role in feeding the world. Crop Breeding, Genetics and Genomics. 2019. № 1(1). DOI: 10.20900/CBGG20190005.
17. Бурденюк-Тарасевич Л. А. Формотворчий процес у озимої пшениці Triticum aestivum L. впродовж 30 поколінь як результат післядії чорнобильської катастрофи. Biodiversity after the chernobyl accident. Part II. The scientific proceedings of the International network AgroBioNet. Slovak University of Agriculture in Nitra. 2016. C. 29–33.
18. Самойлик М. О., Устинова Г. Л., Лозінський М. В., Корхова М. М., Уліч О. Л. Оцінка врожайних та адаптивних властивостей нових сортів пшениці м’якої озимої. Вісник аграрної науки. 2023. № 2(839). С. 34–42.
19. Бурденюк-Тарасевич Л. А. Результати використання чорнобильських радіомутантів озимої пшениці як джерела цінних властивостей при гібридизації. Збірник наукових праць Інституту цукрових буряків УААН. 2004. Вип. 7. С. 27–38.
20. Бурденюк-Тарасевич Л. А., Бузинний М. В. Білоцерківські сорти пшениці м’якої озимої. Апробаційні ознаки, біологічні особливості пшениць та реалізація їх потенціалу в умовах Лісостепу, Полісся і Степу України. Біла Церква, 2021. 48 с.
21. Бурденюк-Тарасевич Л. А. Характер успадкування ознак T. Spelta L. Чорнобильськими мутантами пшениці м’якої озимої. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2013. Т. 13. С. 135–140.
22. Бурденюк-Тарасевич Л. А. Можливості селекційного використання колекції чорнобильських мутантів озимої пшениці. Збірник наукових праць Селекційно-генетичного інституту – національного центру насіннєзнавства та сортовивчення. 2004. Вип. 6(46). Ч. II. С. 194–205.
23. Бурденюк-Тарасевич Л. А. Результати використання чорнобильських радіомутантів озимої пшениці як джерела цінних властивостей при гібридизації Збірник наукових праць Інституту цукрових буряків. 2004. Вип. 7. С. 27–38.
24. Bechtel D. B., Abecassis J., Shewry P. R., Evers A. D. Development, Structure and Mechanical Properties of the Wheat Grain. Wheat: Chemistry and Technology. 4th edition. AACC International Inc. 2009. Р. 51–95.
25. Кулешов О. О. Урожайність і якість зерна сортів озимої пшениці залежно від попередників і строків сівби у південно-східній частині степової зони. Бюлетень Інституту зернового господарства. 2008. № 33/34. С. 92–95.
26. Демидов О. А., Хоменко С. О., Федоренко I. В., Федоренко М. В. Оцінка вихідного матеріалу пшениці м’якої ярої за показниками якості зерна в умовах Лісостепу. Вісник аграрної науки. 2017. № 1. С. 34–37.
27. Li Т., Deng G., Tang Ya. et al. Identification and validation of a novel locus controlling spikelet number in bread wheat (Triticum aestivum L.). Frontiers in Plant Science. 2021. Vol. 12: 611106. DOI: 10.3389/fpls.2021.611106
28. Мазур О. В., Мазур О. В., Лозінський M. В. Селекція та насінництво польових культур: навчальний посібник. Вінниця: ТВОРИ, 2020. 348 с.
29. Глеваський В. І., Лозінський М. В., Сидорова І. М., Шох С. С., Дубовик Н. С., Куянов В. В. Технологія зберігання та переробки продукції рослинництва: практикум для здобувачів першого (бакалаврського) рівня вищої освіти зі спеціальності 201–Агрономія). Біла Церква, 2021. 175 с.
30. Farhat W. Z. E. Assessment of genetic parameters for early maturing and grain yield in some bread wheat crosses under optimum and late sowing dates. Egyptian Journal of Applied Science. 2020. Vol. 35. Is. 11. P. 144–162.
31. Жемела Г. П., Шемавньов В. І., Олексюк О. М. Технологія зберігання та переробки продукції рослинництва: підручник. Полтава, 2003. 420 с.
32. Ambalamaatil S., Lukow O. M., Malcolmson L. J. Quality Attributes of Canadian Hard White Spring Wheat. Journal of Food Quality. 2006. № 29. Р. 151–170.
33. Подпрятов Г. І., Скалецька Л. Ф., Сеньков А. М., Подпрятов Г. І. Технологія зберігання і переробки продукції рослинництва: практикум. К.: Вища освіта, 2004. 272 с.
34. Bettge A. Low falling numbers in the Pacific Northwest wheat growing region: Preharvest sprouting, late maturity amylase, falling number instrument, or low protein. Cereal Foods World. 2018. № 63(1). Р. 12–16.
35. Рябовол Я., Рябовол Л. Оцінка якості зерна селекційних зразків пшениці м’якої озимої. Вісник Львівського національного аграрного університету. 2018. № 22(1). С. 194–200.
36. Kim K. H., Kim J. Y. Understanding Wheat Starch Metabolism in Properties, Environmental Stress Condition, and Molecular Approaches for Value-Added Utilization. Plants. 2021. № 10. Р. 2282.
37. Bemiller J., Whistler R. Starch: Chemistry and Technology. 3rd Edition, Academy Press, Cambridge. 2009. 894 р.
38. ДСТУ 3093:2019 Пшениця, жито та борошно з них, пшениця тверда й манні крупи з твердої пшениці. Визначення числа падіння методом Хагберга-Пертена (Hagberg-Perten) (ISO 3093:2009.IDT). [Чинний від 1.12.2019] Вид. офіц. Київ: ДП «УкрНДНЦ». 2019. 16 с.
39. Ткачик С. О., Лещук Н. В., Присяжнюк О. І. Методика проведення кваліфікаційної експертизи сортів рослин на придатність до поширення в Україні. Загальна частина. Український інститут експертизи сортів рослин. 4-те вид. Вінниця, 2016. 120 с.
40. Рожков А. О., Пузік В. К., Каленська С. М. та ін. Дослідна справа в агрономії: навч. посіб.: у 2 кн. – Кн. 2. Статистична обробка результатів досліджень; за ред. А. О. Рожкова. Харків: Майдан, 2016. 352 с.
41. DSTU 3768:2019 Wheat. Technical conditions. URL: https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/normdocs/dstu_3768_2019.pdf
Published
2025-04-25
Section
BREEDING, SEED PRODUCTION