Взаимосвязи между основными показателями технологических качеств зерна пивоваренного ячменя и продовольственного овса при фракционировании

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Установлен диапазон изменчивости (min – maх) и вариабельность основных показателей технологических качеств различных фракций зерна пивоваренного ячменя сорта Биос 1 (селекции НПО «Подмосковье») и пленчатого овса сорта Аргамак (селекции Зонального НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого) и их зависимости между собой и величиной урожая. В максимальной степени (по величине коэффициента вариации – V, %) при фракционировании зерна пивоваренного ячменя и пленчатого овса варьируют масса 1000 зерен и содержание белка, в минимальной – натура зерна у обеих культур, экстрактивность ячменя и пленчатость овса. Широкое варьирование массы 1000 зерен и содержания белка в зерне при фракционировании дает возможность существенно регулировать величины этих показателей в желаемом направлении в отличие от натуры зерна, экстрактивности и пленчатости. Представлены и обсуждаются зависимости между основными показателями технологических качеств зерна пивоваренного ячменя и пленчатого овса при фракционировании на стандартных решетах с продолговатыми отверстиями. Между экстрактивностью и содержанием белка в зерне различных фракций пивоваренного ячменя обнаружена значимая отрицательная зависимость. Однако у обеих культур не выявлено каких-либо статистически значимых зависимостей натуры зерна от содержания белка в зерне различных фракций. Показано, что зависимости содержания экстрактивных веществ в зерне ячменя, содержания белка в зерне и натуры зерна у обеих культур от массы 1000 зерен имеют сложный нелинейный характер. В большинстве случаев зависимости между основными показателями технологических качеств зерна ячменя и овса наиболее точно (по величине R2) описываются уравнениями второго порядка с четко выраженными точками экстремума, находящимися в пределах полученных экспериментальных данных. Независимо от складывающихся гидротермических условий вегетационного периода между содержанием белка в зерне различных фракций пивоваренного ячменя и пленчатого овса и величиной их урожая не обнаружено каких-либо статистически значимых зависимостей.

Полный текст

Трехлетние исследования по разделению зерна пивоваренного ячменя сорта Биос 1 (селекции НПО «Подмосковье») на стандартных решетах с продолговатыми отверстиями на шесть и пленчатого сорта овса Аргамак (селекции Зонального НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого) на восемь фракций показали, что зерновки, относящиеся к разным фракциям по крупности, существенно различаются по массе 1000 зерен, натуре зерна и содержанию белка в зерне. Кроме того, различные фракции зерна ячменя также достоверно различались по величине экстрактивности, а овса – по пленчатости [1, 2]. Не претендуя на полноту изложения сведений, имеющихся в научной литературе по данному вопросу, мы сделали предположение, что изменение качества зерна ячменя и овса при фракционировании остается малоизученным. В частности, это касается определения диапазона изменчивости основных показателей технологических качеств его различных фракций, а также зависимостей показателей качества между собой и величиной урожая. Последнее связано с разработкой новых высокоинтенсивных технологий возделывания, а также выведением и внедрением в сельскохозяйственное производство сортов ячменя и овса с постоянно увеличивающейся потенциальной урожайностью [3-7].

Целью настоящей работы было определить диапазон изменчивости и вариабельность основных показателей технологических качеств различных фракций зерна пивоваренного ячменя и пленчатого овса и зависимости показателей качества между собой и величиной урожая.

Методика. Для выявления взаимосвязей между основными показателями технологических качеств зерна пивоваренного ячменя и продовольственного овса при фракционировании использовали парный линейный и нелинейный корреляционно-регрессионный анализ, так как известно [8], что в большинстве случаев такие зависимости наиболее точно отражают нелинейные уравнения. Для расчета зависимости экстрактивности зерна (Y – зависимая переменная) пивоваренного ячменя от содержания белка и массы 1000 зерен (независимые переменные – Х1 и Х2 соответственно) применяли множественный регрессионный анализ [9-10], алгоритм которого реализован в пакете статистических программ «Statistica 6» (Stat-Soft Inc., США).

Результаты и обсуждение. Известно, что к одним из наиболее важных показателей технологических качеств зерна пивоваренного ячменя относятся массовая доля сырого белка, прорастаемость, содержание экстрактивных веществ (или экстрактивность), масса 1000 зерен и натура зерна [ГОСТ 5060 - 86; 1]. У продовольственного овса (кроме перечисленных cодержания белка, натуры зерна и массы 1000 зерен) важным показателем качества служит пленчатость [ГОСТ 28673 - 90; 3, 4].

В табл. 1 представлены данные по диапазонам изменения основных показателей технологических качеств зерна изучаемых культур при фракционировании. Так, масса 1000 зерен в годы исследований имела практически одинаковый размах варьирования – 41,4 и 39,5 г соответственно у ячменя и овса, натура зерна – 67 и 190 г/л, содержание сырого белка в зерне – 6,0 и 4,3% в абсолютных единицах, экстрактивность и пленчатость – 4,02 и 7,1% абсолютно сухого вещества (а.с.в.). В большей степени при фракционировании зерна у обеих культур варьировала масса 1000 зерен и содержание белка в зерне, в меньшей – натура зерна, а также экстрактивность ячменя и пленчатость овса. Полученные экспериментальные данные (табл. 1) подтвердили ранее сделанный вывод [11] о том, что различия по любым признакам и свойствам между сортами одной сельскохозяйственной культуры всегда существенно меньше, чем между контрастными фракциями внутри одного и того же сорта при условии, если эти признаки и свойства качественно присущи сравниваемым сортам.

 

Табл. 1. Диапазоны изменений (min – max) и коэффициенты вариации (V) основных показателей качества зерна ячменя и овса при фракционировании

Культура

Масса 1000

зерен, г

Натура, г/л

Сырой белок, % а.с.в.

Экстрактивность, % а.с.в.

Пивоваренный ячмень (n = 18)

33,4 – 74,8*

649 – 716

7,4 – 13,4

75,02 – 79,04

26,1**

2,9

16,9

1,6

Пленчатый овес (n = 24)

11,1 – 50,6

394 – 584

6,3 – 10,6

24,2 – 31,3***

30,1

10,7

13,4

8,2

Примечание. n – общее число наблюдений.

*Диапазон изменений. **V, %. ***Пленчатость, % а.с.в. (n = 16).

 

Первым этапом изучения взаимосвязей технологических качеств при фракционировании зерна пивоваренного ячменя были зависимости содержания экстрактивных веществ и натуры у обеих культур от содержания сырого белка (рис. 1 и 2). Следует отметить, что содержание белка в зерне пивоваренного ячменя регламентируется ГОСТом 5060 – 86, определяющим его пригодность для изготовления пивного солода. В свою очередь содержание белка в зерне продовольственного овса не регламентируется ГОСТом 28673 – 90, определяющим его пригодность для продовольственных целей, однако, существенно дополняет характеристику качества зерна [3, 4]. Исследования показали, что между экстрактивностью и содержанием белка в зерне различных фракций пивоваренного ячменя существует значимая отрицательная зависимость: с увеличением содержания белка на 1% в абсолютном выражении экстрактивность зерна снижается на 0,51% (рис. 1).

У обеих культур не выявлено каких-либо значимых зависимостей натуры зерна от содержания белка в зерне различных фракций (рис. 1 и 2). Необходимо отметить, что по экспериментальным данным, представленным на рис. 2, график при линейной зависимости натуры зерна овса от содержания белка совпадает с графиком при зависимости второго порядка.

Следующим этапом исследования взаимосвязей технологических качеств при фракционировании зерна изучаемых культур были зависимости содержания белка в зерне и натуры зерна от массы 1000 зерен, а у ячменя – дополнительно и содержания экстрактивных веществ от массы зерновки (рис. 1, 2). Установлено, что эти зависимости имеют сложный нелинейный характер и наиболее точно (по величине R2) описываются уравнениями второго порядка с четко выраженными точками экстремума, находящимися в пределах полученных экспериментальных данных. Так, с увеличением массы 1000 зерен от ее минимальных величин содержание белка в зерне обеих культур снижалось, а экстрактивность ячменя и натура зерна возрастала. Достигнув точек экстремума, содержание белка в зерне ячменя и овса начинало повышаться, а экстрактивность ячменя и натура зерна – снижаться. Данные рис. 1 показывают, что минимальные величины содержания белка в зерне пивоваренного ячменя и максимальные – экстрактивности и натуры зерна находятся в разных диапазонах по величине массы 1000 зерен (46,5, 54,3 и 60,5 г соответственно) или размерам решет (2,6-2,8; 2,8-3,0 и 3,0-3,2 мм соответственно).

Проведение множественного регрессионного анализа позволило рассчитать уравнение регрессии, отражающего в пределах полученных экспериментальных данных зависимость экстрактивности (Y,% а.с.в) от содержания белка (Х1,% а.с.в.) и массы 1000 зерен (Х2, г): Y = 70,324 - 0,022Х12 + 0,360Х2 - 0,003Х22; R2 = 0,647* (рис. 3). С увеличением содержания белка в зерне экстрактивность зерна снижалась, при этом каждое последующее (на единицу) его повышение приводило к более сильному снижению экстрактивности по сравнению с предыдущим (- Х12). Независимо от содержания белка с увеличением массы 1000 зерен экстрактивность зерна возрастала (+ Х2), однако, каждое последующее повышение массы 1000 зерен (на единицу) приводило к меньшему увеличению экстрактивности по сравнению с предыдущим (-Х22) и, достигнув точки экстремума (60,0 г), она начинала снижаться. При этом максимальной экстрактивностью (79-80%) характеризовались фракции ячменя с содержанием белка менее 10,0% и массой 1000 зерен 55-65 г.

При проведении исследований, как и в работе [12], не удалось получить уравнение множественной регрессии, статистически значимо (при р < 0,05) отражающего зависимость одного из основных показателей качества зерна продовольственного овса – натуры (ГОСТ 28673 – 90) от содержания в нем сырого белка и массы 1000 зерен. Вероятно, это связано с более высокой, чем у ячменя, пленчатостью, которую, считают [3, 4] сортовым признаком.

Одним из наиболее дискуссионных моментов в научных публикациях является зависимость содержания белка в зерне злаковых культур от величины урожая [13-18]. Так, в работе [13] выявлена положительная зависимость между величиной урожая и содержанием белка в зерне. В то же время в работах [14, 15] обнаружена отрицательная зависимость между этими показателями. В работе [15] авторы объясняют это наличием антагонизма между накоплением белка и крахмала в зерне. При модификационных различиях (под действием возрастающих доз минеральных удобрений, чаще всего азотных) наблюдается положительная зависимость содержания белка в зерне от величины урожая, а при генотипических (сортовые различия) – отрицательная [16, 17]. В работе [18] показано, что абсолютное содержание белка в зерне не зависит от урожайности и обладает значительной устойчивостью, однако, относительное его содержание и урожайность зерна подвержены значительным изменениям.

 

Рис. 1. Взаимосвязи основных показателей качества зерна пивоваренного ячменя: n – общее число наблюдений; * – статистически значимо при р < 0,05; ТЭ – точка экстремума (то же на рис. 2 и табл. 2).

 

Рис. 2. Взаимосвязи основных показателей качества зерна пленчатого овса.

 

Рис. 3. Зависимость экстрактивности от содержания белка и массы 1000 зерен при фракционировании зерна пивоваренного ячменя.

 

Табл. 2. Зависимость содержания белка в зерне ячменя и овса (Y,%) от величины урожая различных фракций (Х, ц/га

Год

Уравнение регрессии

r

R2

Ячмень (r критич. = 0,810)

Первый (n = 6)

(ГТК* = 1,34)

Y = 11,894 - 0,024Х

- 0,174

0,030

Y = 12,632 - 0,384Х + 0,020Х2

-

0,220

Второй (n = 6)

(ГТК = 1,57)

Y = 12,821 - 0,148Х

- 0,705

0,497

Y = 13,101 - 0,356Х + 0,017Х2

-

0,230

Третий (n = 6)

(ГТК = 1,46)

Y = 8,866 - 0,023Х

- 0,164

0,027

Y = 9,681 - 0,314Х + 0,012Х2

-

0,000

За 3 года (n = 18)

(r критич. = 0,470)

Y = 11,261 - 0,068Х

- 0,242

0,059

Y = 11,501 - 0,164Х + 0,005Х2

-

0,000

Овес (r критич. = 0,707)

Первый (n = 8)

Y = 9,718 - 0,045Х

- 0,229

0,052

Y = 9,763 - 0,134Х + 0,009Х2

-

0,000

Второй (n = 8)

Y = 9,287 - 0,139Х

- 0,515

0,266

Y = 9,156 + 0,011Х - 0,010Х2

-

0,000

Третий (n = 8)

Y = 9,209 - 0,100Х

- 0,484

0,234

Y = 9,433 - 0,212Х + 0,007Х2

-

0,000

За 3 года (n = 24)

(r критич. = 0,404)

Y = 9,447 - 0,109Х

- 0,400

0,160

Y = 9,396 - 0,065Х - 0,003Х2

-

0,000

*ГТК – гидротермический коэффициент (по Г.Т. Селянинову) за период посев – полная спелость.

 

Статистическая обработка экспериментальных данных, полученных при фракционировании [1, 2], независимо от гидротермических условий, складывающихся в весенне-летний период вегетации, показала отрицательную зависимость между белковостью зерна изучаемых культур и величиной урожая отдельных фракций. Однако как при линейной, так и нелинейной (второго порядка) зависимостях рассматриваемая связь не является статистически значимой при р < 0,05 (табл. 2; рис. 1 и 2).

Таким образом, при фракционировании зерна пивоваренного ячменя и пленчатого овса в большей степени варьируют масса 1000 зерен и содержание белка, в меньшей – натура зерна, а также экстрактивность ячменя и пленчатость у овса. Широкое варьирование массы 1000 зерен и содержания белка в зерне позволяет сделать вывод о возможности существенного регулирования в желаемом направлении этих технологических качеств по сравнению с натурой зерна, экстрактивностью и пленчатостью. Между экстрактивностью и содержанием белка в зерне различных фракций пивоваренного ячменя существует значимая отрицательная зависимость: с увеличением содержания белка экстрактивность снижается, при этом каждое последующее (на единицу) увеличение содержания белка приводит к более сильному снижению экстрактивности зерна по сравнению с предыдущим. У обеих культур не выявлено каких-либо значимых зависимостей натуры зерна от содержания белка в зерне различных фракций. Зависимости содержания экстрактивных веществ в зерне ячменя, содержания белка в зерне и натуры зерна у обеих культур от массы 1000 зерен имеют сложный нелинейный характер. Эти зависимости наиболее точно отражают уравнения второго порядка с четко выраженными точками экстремума, находящимися в пределах экспериментальных данных. Однако минимальные величины содержания белка в зерне пивоваренного ячменя и максимальные – экстрактивности и натуры зерна находятся в разных диапазонах по величине массы 1000 зерен. Независимо от складывающихся гидротермических условий вегетационного периода между содержанием белка в зерне различных фракций пивоваренного ячменя и пленчатого овса и величиной их (фракций) урожая каких-либо статистически значимых зависимостей не обнаружено.

×

Об авторах

А. В. Пасынков

Агрофизический научно-исследовательский институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: pasynkova.elena@gmail.com

доктор биологических наук

Россия, Санкт-Петербург

А. А. Завалин

Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова

Email: pasynkova.elena@gmail.com

академик РАН

Россия, Москва

Е. Н. Пасынкова

Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка»

Email: pasynkova.elena@gmail.com

доктор биологических наук

Россия, п. Белогорка, Гатчинский район, Ленинградская область

Н. А. Скоробогатых

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого

Email: pasynkova.elena@gmail.com
Россия, Киров

Н. В. Котельникова

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого

Email: pasynkova.elena@gmail.com
Россия, Киров

Список литературы

  1. Пасынков А.В., Завалин А.А., Пасынкова Е.Н., Скоробогатых Н.А. Изменение показателей качества зерна пивоваренного ячменя при его фракционировании // Российская сельскохозяйственная наука. – 2017. – № 4. – С. 12-16.
  2. Пасынкова Е.Н., Завалин А.А., Пасынков А.В., Котельникова Н.В. Изменение показателей качества зерна пленчатого овса при фракционировании // Российская сельскохозяйственная наука. – 2018. – № 4. – С. 16-20.
  3. Баталова Г.А. Формирование урожая и качества зерна овса // Достижения науки и техники АПК. – 2010. – № 11. – С. 10-13.
  4. Баталова Г.А. Овес в Волго-Вятском регионе. – Киров: Орма, 2013. – 288 с.
  5. Сурин Н.А., Ляхова Н.Е., Герасимова С.А., Липшин А.Г. Создание высокопродуктивных сортов ячменя Восточно-Сибирской селекции в условиях глобального изменения климата // Достижения науки и техники АПК. – 2014. – № 6. – С. 3-6.
  6. Политыко П.М., Киселев Е.Ф., Капранов В.Н., Мерзликин А.С. и др. Роль минеральных удобрений и средств защиты растений в формировании урожайности и качества зерна сортов ярового ячменя (Hordeum vulgare L,) при разных технологиях возделывания на дерново-подзолистых почвах // Проблемы агрохимии и экологии. – 2017. – № 2. – С. 13-18.
  7. Щенникова И.Н., Кокина Л.П. Приоритетные направления и некоторые результаты селекции ярового ячменя в Волго-Вятском регионе // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2018. – Т. 20. – № 2 (2). – С. 214-219.
  8. Иванова Т.И. Прогнозирование эффективности удобрений с использованием математических моделей. – М.: Агропромиздат, 1989. – 235 с.
  9. Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Мерчалова М.Э., Сорокин Н.Н. Совершенствование технологии получения качественных семян и продовольственного овса // Лесотехнический журнал. – 2014. – № 1. – С. 36-40.
  10. Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Мерчалова М.Э. и др. Фракционирование зернового вороха на решетах // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2012. – № 5. – С. 26-29.
  11. Мухин В. П., Гущина Е.О. Реакция разнокачественных семян яровой пшеницы на разный уровень минерального питания // Известия ТСХА. – 2000. – Вып. 2. – С. 57-80.
  12. Пасынков А.В., Пасынкова Е.Н. Статистические зависимости основных показателей качества зерновых культур // Агрохимия. – 2011. – № 2. – С. 24 - 40.
  13. Бабицкий А.Ф. Взаимосвязь между урожаем и содержанием белка в зерне пшеницы // Плодородие. – 2008. – № 4. – С. 31-32.
  14. Хохлов А.Н. О причинах отрицательной зависимости между величиной урожая и белковостью зерна у пшеницы // Биологические науки. – 1987. – № 7. – С. 5-7.
  15. Долгодворова Л.И. Селекция полевых культур на качество. – М.: Изд. МСХА, 1995. – С. 99-105.
  16. Павлов А.Н. Повышение содержания белка в зерне. – М.: Наука, 1984. – С. 49-71.
  17. Павлов А.Н. Результаты исследований физиологических основ минерального питания растений / Труды ВИУА. – М., 1990. – С. 3-11.
  18. Скрипка О.В., Самофалов А.П., Подгорный С.В., Некрасова О.А. и др. Использование показателей относительного и абсолютного содержания белка в зерне озимой пшеницы при селекции на качество // Зерновое хозяйство России, – 2018. – № 1 (55). – С. 9-12.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Взаимосвязи основных показателей качества зерна пивоваренного ячменя: n – общее число наблюдений; * – статистически значимо при р < 0,05; ТЭ – точка экстремума (то же на рис. 2 и табл. 2).

Скачать (548KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Взаимосвязи основных показателей качества зерна пленчатого овса.

Скачать (360KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость экстрактивности от содержания белка и массы 1000 зерен при фракционировании зерна пивоваренного ячменя.

Скачать (400KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2019

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах