Analysis of the chemical composition of grain of white grain corn hybrids bred by the Federal State Budgetary Institution All-Russian Research Institute of Corn
- Authors: Galgovskaya L.A.1, Terkina O.V.1, Romanova A.N.1
-
Affiliations:
- All-Russian Research Scientific Institute of Corn
- Issue: Vol 26, No 2 (2024)
- Pages: 64-71
- Section: Breeding, seed production and plant biotechnology
- URL: https://journals.rcsi.science/1991-6639/article/view/256000
- DOI: https://doi.org/10.35330/1991-6639-2024-26-2-64-71
- EDN: https://elibrary.ru/XQGUVK
- ID: 256000
Cite item
Full Text
Abstract
At the Federal State Budgetary Institution All-Russian Research Institute of Corn, breeding work is being carried out to create promising white-grain corn hybrids with an improved chemical composition of the grain. The article presents the results of studies of white grain corn hybrids bred by the All-Russian Research Institute of Corn on the chemical composition of the grain: protein, oil, starch. Samples of white grain corn hybrids of different ripeness groups were studied – 11 mid-early and 6 mid-ripening, including standards. As a result of the research, it was noted that the grain of white corn hybrids is characterized by a high starch content. 75 % of mid-early white-grain hybrids contain 68.5–72.1 % of starch. In terms of protein content in grain, only 8 % of the total number of hybrids studied are worthy of attention. Almost all experimental hybrids had an average oil content of 4.2–5.1 %. Hybrids of the mid-ripening ripeness group were distinguished by a high starch content of 68.7–72.9 % and a low protein level. The number of hybrids with an average oil content of 4.2–5.1 % amounted to 83 % of the total number of hybrids. Data analysis made it possible to identify the best experimental hybrids that combine high yields with high starch content. The mid-early hybrid 280–11 contains 72.1 % starch and the mid-season 278–153 – 72.9 % with a yield of 7–8 t/ha. Promising white grain corn hybrids with increased content of basic nutritional nutrients have been identified.
Keywords
Full Text
Введение
Во многих странах мира зерно кукурузы используют в основном на корм скоту. В пищевой промышленности из зерна кукурузы производят крахмал, глюкозу, патоку, крупу, муку, кукурузные хлопья, кексы, мамалыгу. Продукты из кукурузы благодаря своему разнообразию, высокой калорийности, оригинальному вкусу популярны и востребованы потребителем. На российском рынке крахмалов и крахмалопродуктов более 80 % занимает кукурузный крахмал, который имеет ряд преимуществ по технологичности и качеству сырья [1–3]. По данным ФАО и CIMMYT – International Mais and Wheat Improvement Center, в мире ежегодно производится 65–70 т белозерной кукурузы при суммарном производстве желтого зерна более 900 млн т, т.е. примерное соотношение выращиваемой желтозерной и белозерной кукурузы составляет 1:13 [4].
Белозерная кукуруза используется исключительно на пищевые цели и составляет основу рациона для населения развивающихся стран, преимущественно Африки. В рамках научно-образовательной инициативы для стран Восточной Африки, разработанной Министерством образования и науки России, в 2018 году в Национальном центре зерна им. П. П. Лукьяненко была разработана и реализована программа по созданию позднеспелых сортолинейных белозерных и желтозерных гибридов кукурузы для стран Восточно-Африканского региона [5].
Национальные кухни большинства народов Северного Кавказа построены на основе использования муки и крупы из белозерной кукурузы. В связи с этим весьма актуальным является внедрение в производство наряду с желтозерными формами, используемыми на фураж, высокопродуктивных гибридов белозерной кукурузы.
Исследованиями отечественных технологов в середине ХХ века было установлено, что хорошим сырьем для получения кукурузной крупы, хлопьев, муки может служить именно белозерная кукуруза [6, 7]. Кремнистая белозерная кукуруза по качеству мало уступает лопающейся кукурузе, где в большом количестве присутствует стекловидный эндосперм, но значительно превосходит по урожайности.
Зерно белой кукурузы содержит легкоусвояемый растительный белок, обладает хорошими органолептическими качествами и содержит много полезных веществ, таких как кальций, хром, магний, селен, сера и витамины [8].
Химический состав кукурузы колеблется в зависимости от сорта и условий возделывания. Содержание белка в зерне сортов различных подвидов кукурузы колеблется от 6 до 21 %. Однако большинство сортов в мировой коллекции ВИР содержит в зерне в основном от 8,0 до 11 % белка. Самое высокое его содержание в зародыше – 14–26 %, в эндосперме – от 7 до 12 % [9].
Исследованиями установлено, что кукуруза по сравнению с другими зерновыми культурами имеет максимальное (73 %) количество углеводов в зерне. Наибольший выход крахмала – до 67 % от общего содержания сухого вещества в зерне – получают из зерна кукурузы зубовидного и полузубовидного типа, немного меньший из кремнистого. Кукуруза, используемая для выработки крахмала, должна иметь его высокое содержание и, следовательно, меньше белка и жира [10, 11].
Зерно кукурузы характеризуется наибольшим содержанием жира (3,5–7,0 %), который распределяется в зерновке неравномерно. Наибольшее количество жира (до 60 %) сконцентрировано в зародыше и только 0,61–0,73 % содержится в эндосперме [9]. Цель наших исследований – провести оценку продуктивных белозерных гибридов кукурузы по химическим показателям зерна, создать новые гибриды белозерной кукурузы разных групп спелости с улучшенным составом химических компонентов в зерне.
Материал и методика
Научные исследования проведены на базе ВНИИ кукурузы в 2022–2023 гг. в предгорной зоне Ставропольского края. Объектом исследований служили новые перспективные белозерные гибриды селекции института разных групп спелости. В испытании двух лет исследований было изучено 314 простых белозерных гибридов (гибридных комбинаций). Для дальнейшей работы выбрано 15 наиболее продуктивных белозерных гибридов.
Гибриды кукурузы высевали на 2-рядковых делянках (S = 7,8 м2 с густотой стояния на 1 м2 4–5 растений) в оптимальные сроки – с 20 апреля по 6 мая. Почва опытного участка – чернозем обыкновенный мощный тяжелосуглинистый. Содержание физической глины в пахотном горизонте – 55,96 %, преобладает фракция ила – 31,0 %, мелкого песка – 21,69 %, крупной пыли – 21,32 %. По содержанию гумуса почвы являются малогумусированными. Агротехника возделывания включала вспашку (на глубину 23–25 см), весеннее боронование, культивацию. Уборку проводили вручную в фазе полной спелости (сентябрь – октябрь). Фенологические наблюдения и учеты проводились по общепринятой методике во всех питомниках [12]. Учет урожая – весовой по всем повторениям с последующим обмолотом и определением выхода и уборочной влажности зерна. Математическая обработка данных производилась методом дисперсионного анализа по методике Доспехова [13].
Погодные условия вегетационного периода кукурузы 2022–2023 гг. сложились благоприятно для роста и развития кукурузы, однако 2022 г. был более засушливым по сравнению с 2023 г. В 2022 г. за вегетационный период выпало 234,9 мм осадков, что на 50 мм ниже средней многолетней. 2023 г. был достаточно влажным – 322,4 мм, причем основная часть осадков пришлась на май – июль, что создало благоприятные условия для роста и развития кукурузы. По среднесуточной температуре воздуха существенных различий не было.
По результатам проведенного испытания заслуживают внимания 15 экспериментальных высокопродуктивных белозерных гибридов разных групп спелости. Стандартом в среднеранней группе выбрали гибрид Белозерный 250, а в среднепоздней – Белозерный 305. В изучаемых гибридах был проведен анализ по химическим показателям зерна. Определяли содержание хозяйственно ценных веществ (процент крахмала, протеина и масла) методом спектроскопии в ближней инфракрасной области с использованием анализатора «Инфра ЛЮМ ФТ-12» в зерне кукурузы. Для оценки материала по содержанию в нем химических веществ использовали справочник и шкалу Широкого унифицированного классификатора СЭВ и международного классификатора СЭВ видов Zea mays L. (Ленинград, 1997): содержание белка 8,0–10,4 % считается низким, 10,5–12,8 % – средним, 12,9–15,2 % – высоким, >15,2 % – очень высоким; масла 2,2–3,9 % – низким, 4,0–5,7 % – средним, 5,8–7,5 % – высоким, >7,5 % – очень высоким; крахмала 60,0–64 % – низким, 64,1–68,5 % – средним, >68,5 % – высоким [14, 11].
Результаты исследований
По результатам сортоиспытания белозерных гибридов кукурузы, полученных от топкроссных скрещиваний, выделены 10 лучших гибридных комбинаций в группе спелости ФАО 200 и 5 в группе ФАО 300. Урожай зерна 10 лучших гибридных комбинаций (табл. 1) варьирует в пределах от 6,2 т/га (276-120) до 8,7 т/га (280-5) при урожае стандарта 6,3 т/га. Содержание крахмала находится в пределах 64,7–72,1 %, протеина – от 7,9 (стандарт Белозерный 250) до 10,5 % (279-61) и масла – от 3,7 (274-74) до 5,1 % (278-38).
Таблица 1. Урожай зерна среднеранних белозерных гибридов и содержание химического состава зерна кукурузы, % (в среднем за 2022–2023 гг.)
Table 1. Grain yield of mid-early white grain hybrids and the content of the chemical composition of corn grain, % (average for 2022–2023)
Название | Урожай при 14 % влажности зерна, т/га | Уборочная влажность зерна, % | Индекс урожайности | Крахмал, % | Протеин, % | Масло, % |
Белозерный 250, стандарт | 6,3 | 15,6 | 4,1 | 70,3 | 7,9 | 4,3 |
280-5 | 8,7 | 14,9 | 5,8 | 69,1 | 9,9 | 5,1 |
279-61 | 7,9 | 15,5 | 5,1 | 65,8 | 10,5 | 4,6 |
273-58 | 7,7 | 15,9 | 4,9 | 71,3 | 8,5 | 4,2 |
274-74 | 7,5 | 15,3 | 4,9 | 71,4 | 8,0 | 3,7 |
280-11 | 7,2 | 13,2 | 5,5 | 72,1 | 8,3 | 4,4 |
280-7 | 7,2 | 14,9 | 4,8 | 71,3 | 8,2 | 4,0 |
278-40 | 6,6 | 13,3 | 5,0 | 64,7 | 10,1 | 4,4 |
278-38 | 6,4 | 12,8 | 5,1 | 66,4 | 9,2 | 5,1 |
280-10 | 6,4 | 15,2 | 4,2 | 69,1 | 9,8 | 4,7 |
276-120 | 6,2 | 12,2 | 5,1 | 68,5 | 10,2 | 4,8 |
НСР | 0,6 |
|
|
|
|
|
Изучение признака содержание крахмала в зерне кукурузы выявило 8 гибридов с высоким показателем. Это гибриды Белозерный 250, 280-5, 273-58, 274-74, 280-11, 280-7, 280-10 и 276-120. Самый высокий показатель протеина в данной группе у гибрида 279-61 (10,5 %), что согласно классификатору СЭВ отмечается как средний. Остальные гибриды имели низкие показатели белка (7,9–10,2 %). Среднее содержание масла (4,0–5,7 %) имели почти все гибриды данной группы спелости (исключение 274-74 с низким его содержанием 3,7 %).
Диапазон урожайности 5 лучших среднеспелых гибридных комбинаций (табл. 2) варьирует от 6,8 т/га (274-80) до 8,0 т/га (278-153) при урожае стандарта 7,2 т/га. Содержание хозяйственно ценных веществ варьировало в пределах: крахмал – от 68,7 до 72,9 %; протеин – от 8,1 до 9,6 % и масло – 2,9–5,1 %. Все гибриды данной группы выделяются по высокому содержанию крахмала (>68,5 %). Низкие показатели протеина (<10,4 %) были у всех выделившихся гибридов. По содержанию масла гибриды имели среднее значение (4,0–5,7 %), за исключением (278-153) с низким значением 2,9 %.
Таблица 2. Урожай зерна среднеспелых белозерных гибридов и содержание химического состава зерна кукурузы, % (в среднем за 2022–2023 гг.)
Table 2. Grain yield of mid-season white-grain hybrids and the content of the chemical composition of corn grain, % (average for 2022-2023)
Название | Урожай при 14 % влажности, т/га | Уборочная влажность, % | Индекс урожайности | Крахмал, % | Протеин, % | Масло, % |
Белозерный 305, стандарт | 7,2 | 15,9 | 4,6 | 70,6 | 8,7 | 4,2 |
278-153 | 8,0 | 21,4 | 3,7 | 72,9 | 8,2 | 2,9 |
275-109 | 7,6 | 16,0 | 4,7 | 71,0 | 8,1 | 4,6 |
277-140 | 7,1 | 13,0 | 5,5 | 70,3 | 8,8 | 4,5 |
276-125 | 7,1 | 15,3 | 4,6 | 69,5 | 9,0 | 4,4 |
274-80 | 6,8 | 14,9 | 4,6 | 68,7 | 9,6 | 5,1 |
НСР | 0,8 |
|
|
|
|
|
Выводы
В результате проведенных исследований по химическим показателям зерна кукурузы высокое содержание крахмала (68,5–72,1 %) имели 75 % продуктивных белозерных гибридов среднеранней группы спелости: Белозерный 250, 280-5, 273-58, 274-74, 280-11, 280-7, 280-10 и 276-120. На долю белка (среднее содержание 10,5 %) приходится 8 % гибридов. Содержание масла (4,2–5,1 %) как средний показатель отмечен у 92 % белозерных гибридов. В среднеспелой группе все гибриды имели высокое содержание крахмала (68,7–72,9 %) и низкий уровень белка (протеина). По среднему содержанию масла (4,2–5,1 %) выделяется 83 % белозерных гибридов. Анализ данных позволил выделить лучшие экспериментальные гибриды, сочетающие высокую урожайность с высоким содержанием крахмала по химическому составу: 280-11 и 278-153.
About the authors
Lyudmila A. Galgovskaya
All-Russian Research Scientific Institute of Corn
Author for correspondence.
Email: e-m252@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3990-0220
Senior Researcher at the Department of Selection
Russian Federation, 357528, Pyatigorsk, Ermolov street, 14-o, building 1Olga V. Terkina
All-Russian Research Scientific Institute of Corn
Email: kukuruza.ekologiya.14@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4733-5719
Senior Researcher at the Department of Selection
Russian Federation, 357528, Pyatigorsk, Ermolov street, 14-o, building 1Anna N. Romanova
All-Russian Research Scientific Institute of Corn
Email: selektsiya.kukuruza@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7337-7093
Junior Researcher at the Department of Selection
Russian Federation, 357528, Pyatigorsk, Ermolov street, 14-o, building 1References
- Appaev S.P., Kagermazov A.V., Khachidogov M.R. et al. Economic value of experimental hybrids of waxy corn. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Strategiya, prioritety i dostizheniya v razvitii zemledeliya i selektsii sel'skokhozyaystvennykh rasteniy v Belorusii» [Materials of the International scientific and practical conference “Strategy, priorities and achievements in the development of agriculture and selection of agricultural plants in Belarus”]. 2022. Pp. 240–242. (In Russian)
- Kuzenko M.V., Yeshugov A.Sh. Stages of work on creating the Adygei white corn variety. Materialy VII mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy onlayn-konferentsii «Nauka, obrazovaniye i innovatsii dlya APK: sostoyaniye, problemy i perspektivy» [Materials of the VII International scientific and practical online conference “Science, education and innovation for the agro-industrial complex: status, problems and prospects”]. Maykop, 2022. Pp. 114–117. (In Russian)
- Shomakhov B.R., Kagermazov A.M., Khachidogov A.V. Corn breeding – state and prospects of development in the agricultural institute of the KBSC of RAS. News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS. 2021. No. 3(101). Pp. 100–111. DOI: 10.35330/ 1991-6639-2021-3-101-100-111. (In Russian)
- White Mais: a Traditional Food Grain in Developing Countries. FAO-CIMMYT. 1997.
- Nizhimbere Zh., Suprunov A.I. Selection of late-ripening varietal linear white-grain and yellow-grain corn hybrids for the countries of East Africa. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University]. 2022. No. 177. Pp. 58–70. doi: 10.21515/1990-4665-177-005. (In Russian)
- Kozmina E.P. Tekhnologicheskiye svoystva krupyanykh i zernobobovykh kul'tur [Technological properties of cereals and leguminous crops]. Moscow: TsINTI Goskomzaga. 1963. 293 p. (In Russian)
- Smirnova-Ikonnikova M.I., Paramonov F.F. Chemical composition of edible corn grain. Kukuruza [Corn]. 1963. No. 6. Pp. 45–46. (In Russian)
- Kuzenko M.V. White grain Adyghe corn – preserving traditions. Novyye tekhnologii [New technologies]. 2022. T. 18. No. 1. Pp. 122–128. (In Russian)
- Shmaraev G.E. Genofond i selektsiya kukuruzy [Gene pool and selection of corn]. St. Petersburg, 1999. Pp. 294–296, 269–272. (In Russian)
- Zhushman A.I., Karpov V.G. Promising raw materials. Kukuruza i sorgo [Corn and sorghum]. 1993. No. 5. Pp. 2–3. (In Russian)
- Sotchenko Yu.V., Galgovskaya L.A., Terkina O.V., Zhirkova E.V. Evaluation of white grain lines of corn based on chemical parameters of grain. Kukuruza i sorgo [Corn and sorghum]. 2018. No. 2. Pp. 9–13. (In Russian)
- Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur [Methodology for state variety testing of agricultural crops]. Moscow: Kolos, 1985. 250 p. (In Russian)
- Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta [Methodology of field experience]. Moscow: Agropromizdat, 1985. 351 p. (In Russian)
- Skurikhina I.M., Tutelyana V.A. Khimicheskiy sostav rossiyskikh pishchevykh produktov: spravochnik [Chemical composition of Russian food products]: a reference book. Moscow: DeLi print, 2002. 236 p. (In Russian)
