Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2021-534
Период реализации проекта
2021-2023

По данным на 01.11.2022

27
Количество специалистов
18
научных публикаций
2
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Хлеб является главным продуктом питания в России и для многих народов мира. Повышение функциональных свойств, пищевой ценности хлебных продуктов будет способствовать решению актуальной проблемы человека – укреплению его здоровья и повышению иммунного статуса, особенно, в связи с угрозами, аналогичными пандемии коронавируса.

Название проекта: Повышение пищевой ценности пшеницы на основе генетических и селекционных методов, усовершенствованных технологий производства и переработки зерна

Цели и задачи

Цель исследования: улучшить функциональные, пищевые и технологические свойства пшеницы, производимой в России.

Задачи:

  1. Создать высокотехнологичную лабораторию, подготовить научные кадры и специалистов для обеспечения селекционно-генетических и агротехнологических исследований, учебного процесса, коммерческих заказов по оценке качества зерна в лаборатории в период выполнения проекта и после его завершения.

  2. Оценить текущее состояние качества производимого зерна пшеницы в Уральском и Западно-Сибирском регионах путем сбора образцов и их анализа по питательной ценности и технологическим свойствам.

  3. Оценить генетические ресурсы и создать коллекцию генотипов с ценными признаками качества зерна для использования в селекции пшеницы.

  4. Методом GWAS идентифицировать гены, контролирующие признаки качества зерна, с использованием молекулярных маркеров выявить эффекты генов и их перспективы использования в маркер-ориентированной селекции.

  5. Выявить влияние азотных удобрений и микроэлементов на качество зерна пшеницы, полученного в условиях с различным уровнем влагообеспеченности: предшественники - пар и после зерновых.

  6. Оценить качество зерна в цепочке: сбор урожая – обмолот – технология переработки – производство готовой продукции и изменение питательной ценности хлебобулочных изделий.
  7. Опубликовать результаты исследований в научных изданиях, индексируемых в базе данных Web of Science Core Collection.

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  1. Проведена селекционная оценка и изучены признаки качества зерна коллекционного питомника качества (КПК), включая 450 сортообразцов различного происхождения: 20 сортов яровой мягкой пшеницы международной программы КАСИБ (Казахстанско-Сибирская сеть); 20 сортов яровой мягкой пшеницы, включенные в Госреестр по Западно-Сибирскому региону; 30 сортов озимой пшеницы; 30 сортов яровой твердой пшеницы; 100 стародавних сортов (ландрас) яровой мягкой пшеницы;  30 синтетических гексаплоидных линий яровой пшеницы; 20 сортов яровой мягкой пшеницы США и Канады; 50 линий яровой мягкой пшеницы с фиолетовым зерном; 150 образцов целевого набора сортов «ОН-КАСИБ» для метода GWAS. В селекционном процессе Омского ГАУ создан уникальный  исходный материал для селекции на урожайность и качество зерна: проведены скрещивания по сортам яровой пшеницы по 259 комбинациям скрещивания и получены гибридные семена в количестве 11 258 зерен, по озимой пшенице – по 407 комбинациям скрещивания,  соответственно; проведена оценка 269 гибридов в первого поколения; по результатам комплексной оценки в полевых опытах в каждом питомнике выделены лучшие линии и сорта и проведен анализ качества зерна по содержанию белка и клейковины лучших линий: в СП-1 отобрано 596 линий; СП-2 – 194 линии;  КП – 112 линий. Сорта предварительного (ПСИ) и конкурсного (КСИ) сортоиспытания оценили по технологическим и хлебопекарным свойствам – ПСИ – 46 сортов; КСИ – 24 сорта.  Получены результаты по влиянию предшественника, удобрений и микроэлементов на урожайность, содержание белка и клейковины у сортов мягкой и твердой пшеницы (по 48 вариантам опыта).
  2. Осуществлен сбор и анализ качества зерна 50 сортов, возделываемых в хозяйствах, а также зерна 50 сортов, испытанных по пару на сортоучастках в различных агроклиматических зонах Омской области.
  3. Проведен сбор образцов зерна сортов питомника КАСИБ-22, испытываемых в различных экологических пунктах Западно-Сибирского и Уральского регионов по пару в 3-х кратной повторности: яровой мягкой пшеницы  – 45 сортов в  Омском ГАУ (г. Омск), соответственно, 44 в ЧНИИСХ (п. Тимирязевский, Челябинская обл.), 48 в КНИИСХ (с. Садовое,  Курганская обл.),  44  в СибНИИРС (п. Краснообск, Новосибирская обл.) и 18 сортов твердой пшеницы в Алтайском НИИСХ.
  4. Выполнены работы по оценке качества полученного и собранного зерна и проведено 8150 анализов, в том числе: по технологическим признакам – 6660;  по питательной ценности, включающей содержание макро- и микроэлементов – 1260 анализов, фенольных соединений, антиоксидантам и пищевым волокнам – 230 анализов.
  5. Оценка текущего состояния по качеству зерна в различных агроклиматических зонах Омской области показала, что на сортоучастках в степной и северной лесостепной зонах, в конкурсном сортоиспытании при посеве по пару из 50 испытанных сортов, зерно  15 сортов по технологическим и хлебопекарным свойствам зерна и муки соответствовали требованиям ГОСТ 34702-2020 для сильной и ценной пшеницы, 27 – филлеры и лишь 8 сортов на уровне слабой пшеницы. Однако из 50 различных сортов, возделываемых непосредственно в хозяйствах, зерно, полученное с производственных полей Омской области из различных природно-климатических зон, по технологическим показателям и хлебопекарным свойствам в 2021 г. соответствовало только для класса филлер и слабая пшеница, в основном из-за слабой клейковины (ИДК  = 100 ед. и более) и низкой стекловидности. Общая хлебопекарная оценка в целом по всем сортам составила 3,1 балла, 10 сортов имели оценку, соответствующую слабой пшенице (ниже 3 баллов).
  6. Данные качества зерна по 4 сортам твердой пшеницы, включенным в Государственный реестр и рекомендованным для возделывания в Омской области, не удовлетворяют требованиям макаронной промышленности по глютен-индексу и другим показателям, определяющим качество макарон. Оценка пищевых свойств при заготовке зерна пшеницы хлебоприемными пунктами не производится. Полученные данные свидетельствует о необходимости селекционного улучшения создаваемых сортов мягкой и твердой пшеницы, с целью повышения стабильности производства зерна в регионе с высокими технологическими и пищевыми свойствами. Для решения данной задачи создание коллекции источников качества имеет первостепенное значение.
  7. Оценка зерна, полученного в коллекционном питомнике качества (КПК) Омского ГАУ по 20 сортам яровой мягкой пшеницы, включенным в Госреестр для хозяйственного использования в Западно-Сибирском регионе, установлено, что по многим показателям они отвечают требованиям ГОСТ к сильной и ценной пшеницы: соответствуют требованиям к твердозерному классу (среднее значение ИТ = 113,7 ед.; ИРЧ = 23,0 мкм), характеризуются высоким выходом муки (в среднем 73,8%), повышенным содержанием белка (>14%) и клейковины (>39%), мука имеет хорошие реологические свойства теста (в среднем ПКФ = 62,4 мм) и высокий средний показатель ЧП (361,8 с), что свидетельствует о высоком потенциале региона для производства высококачественного зерна мукомольного и хлебопекарного направления.
  8. Оценка питомника КАСИБ-22 в 4-х научных учреждениях Западно-Сибирского и Уральского регионов – Омский ГАУ (Омск), СибНИИРС (Новосибирск), ЧНИИСХ (Челябинск) и КНИИСХ (Курган). Установлены экологические особенности формирования технологических признаков качества зерна у сортов яровой мягкой пшеницы. Изучение селекционных образцов в сети КАСИБ позволило провести их всестороннюю оценку в течение одного года по урожайности, качеству зерна и выявить особенности взаимодействия генотип – среда. Стабильные положительные корреляции во всех пунктах испытания наблюдались по индексу глютена и седиментации, а отрицательные – по урожайности и содержанию белка. Эти связи нужно учитывать в селекционном процессе. В результате всесторонней оценки выделены образцы из России и Казахстана, сочетающие высокое проявление показателей качества зерна и урожайности. Отобранный материал будет использоваться в селекционной работе российских учреждений - участников сети КАСИБ.
  9. Проведена идентификация генов, обусловливающих хлебопекарное качество сортов стародавней пшеницы: локусов высокомолекулярных субъединиц глютенина, включая аллели Glu-B1al (Bx7OE), Glu-D1d. Наибольшая частота встречаемости аллелей Glu-B1al отмечена в экологических группах Дальнего Востока (80%) и Кубани (50%), а аллеля Glu-B1al  – в группах образцов из Казахстана (25,0%) и Средней Азии (38,5%). Аллель гена Gpc-B1, детерминирующий повышенное содержание белка в зерне, идентифицирован лишь у трех образцов из Мордовии, Новгородской области и Казахстана. Аллель TaGS-D1a, ассоциированный с повышенной массой зерновки, широко распространен у образцов всех экологических групп. Ген TaSus2-2B идентифицирован у 12,5% образцов из Казахстана, а ген TaGASR-A1 – у 12,5% образцов из Дальнего Востока и 15,4% образцов из Средней Азии.
  10. Сорта целевого набора в ОН-КАСИБ проанализированы на наличие генов, ассоциированных с полезными агрономическими признаками. Данная коллекция была генотипирована с помощью платформы Affymetrix 135K и позволило выделить 24146 уникальных генов с уровнем фильтрации 5%. Изучаемый материал исследовали в течении двух лет и, если в 2020 г. изучали исключительно физиологические показатели и параметры продуктивности, то в 2021 г. в рамках проекта были получены дополнительные результаты по признакам качества зерна. В результате выполнения ассоциированного маркирования по признакам качества за два года исследований было выделено по данным 2020 г. 21 SNPs по 3 признакам качества зерна, а в 2021 г. 37 SNPs по 11 признакам качества. По 41 SNPs были выделены последовательности и получен код в базе SNP, что позволит использовать их для идентификации с помощью KASP-маркеров и повысить эффективность отбора в селекционных питомниках пшеницы.
  11. Результаты анализа общего содержания и индивидуального профиля фенольных кислот и их антиоксидантной активности показали, что образцы пшеницы с голубым, фиолетовым зерном, пырея сизого и отдельные синтетические линии гексаплоидной пшеницы целесообразно использовать в качестве источников при создании исходного материала в селекции на повышенное содержание полифенолов и природных антиоксидантов. Новый сорт пшеницы «ЭФ 22», предназначенный для функционального питания, обладает повышенными содержанием и антиоксидантными свойствами связанных фенольных соединений (565,62 мг GAE/100 г и 62,7% соответственно).
  12. Уникальная коллекция сортообразцов с комплексом ценных признаков в Омском ГАУ эффективно используется при создании исходного материала для селекции яровой мягкой пшеницы. По результатам скрещивания яровой мягкой пшеницы с источниками качества получены гибридные семена. Ранее созданный селекционный материал оценен во всех питомниках селекционного процесса и отобраны перспективные линии и сорта.

Внедрение результатов исследования:

  1. Сорта яровой мягкой пшеницы «Силантий», «Нива 55» включены в Государственный реестр селекционных достижений по Уральскому и Западно-Сибирскому регионам РФ. Сорта характеризуются высоким потенциалом урожайности, комплексной устойчивостью к засухе и грибным болезням. Сорт «Силантий» среднеспелый: максимальная урожайность 6,5 т/га, среднее содержание белка 15,9%, сырой клейковины 30,6%, натура 734 г/л.  Данный сорт включен в список сильных сортов пшеницы. Среднеранний сорт «Нива 55» с максимальной урожайностью зерна 7,0 т/га, включен в список ценных по качеству зерна. 
  2. Сорт полбы «Балда» среднераннего типа: высокозасухоустойчивый, голозерный, средняя урожайность 2,4 т/га, содержание белка 16–17%. Рекомендуется для производства диетической крупы.
  3. Сорт яровой мягкой пшеницы «ЭФ 22», предназначенный для функционального питания, передан на Государственное сортоиспытание. Сорт среднепоздний, с потенциалом урожайности до 6,8 т/га, обладает повышенными содержанием фенольных соединений и антиоксидантными свойствами. Среднее содержание белка 17,4%, содержание сырой клейковины 29,0%, натура зерна 860 г/л и общая хлебопекарная оценка 4,2 балла.
  4. Сорт яровой мягкой пшеницы «Касибовская 2» передан на Государственное сортоиспытание. Сорт среднеранний, с потенциалом урожайности до 5 т/га. 
  5. Сорт пырея среднего «Филин» (Th. internrdium) с фиолетовой окраской зерна, предназначенный для функционального питания, передан на Государственное сортоиспытание.

Образование и переподготовка кадров:

  1. Члены научного коллектива приняли участие во всероссийских и международных научных конференциях: «Перспективные технологии в аграрном производстве: Человек, «Цифра». Окружающая среда» (27 июля 2021 г., Омск, Россия); 7th  Whole grain summit «From science to global application» (25-27 октября 2021 г., Вена, Австрия), 12th National food engineering congress (25-27 ноября 2021 г., Анкара, Турция), «Актуальные проблемы селекции, семеноводства и сохранение плодородия почв» (24 марта 2022 г., Омск, Россия), «Селекция и технологии производства экологически безопасной продукции растениеводства в условиях меняющегося климата» (12 апреля 2022 г., Тюмень, Россия), 20th ICC Conference «Future Challenges for Cereal Science and Technology» (5-7 июля 2022 г., Вена, Австрия), 2nd International wheat congress» (11-15 сентября 2022 г., Пекин, Китай), «2022 Silkroad Agricultural Educational and Research Innovation Alliance Cooperation Forum» (27-28 сентября 2022 г., Китай), «Functional Foods, Nutraceuticals, Natural Health Products, and Dietary Supplements» (2-5 октября 2022 г., Стамбул, Турция).
  2. Коллективом лаборатории организованы научные семинары и круглые столы с международным участием: «Актуальные направления улучшения качества зерна пшеницы» (29 апреля 2021 г.), «Перспективное направление селекции на качество зерна и методы оценки технологических и пищевых свойств пшеницы» (24 января 2021 г.), «Задачи селекции по улучшению качества зерна пшеницы в сети КАСИБ» (16 февраля 2022 г.), «Современные тенденции развития хлебопекарной отрасли России: новые сорта зерновых культур с функциональными свойствами, органические технологии производства сырья, инновации в изготовлении  хлебобулочной продукции» (27 октября 2022 г.).
  3. Разработаны и реализуются образовательные программы для обучающихся по направлениям 35.03.04, 35.04.04 – Агрономия; 19.03.02, 19.04.03 – Продукты питания из растительного сырья: «Повышение пищевой ценности пшеницы для функционального питания», «Влияние элементов агротехнологии на качество зерна пшеницы», «Современные методы и средства оценки качества зерна».
  4. Подготовлена и защищена 1 кандидатская диссертация по заявленному направлению научного исследования.
  5. В 2021 году 2 аспиранта прошли стажировку в университете Истинье (Турция).
  6. Члены научного коллектива лаборатории приняли участие:

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Созданная лаборатория используется для проведения учебных занятий при подготовке обучающихся по направлениям: 35.03.04, 35.04.04 «Агрономия»; 4.1.2. «Селекция, семеноводство и биотехнология растений».

Другие результаты:

За время реализации проекта научный коллектив получил грант РНФ с суммой финансирования 21 млн руб.

Сотрудничество:

  • Актюбинская сельскохозяйственная опытная станция, Восточно-Казахстанский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Казахский научно-исследовательский институт земледелия и растениеводства, Казахский научно-исследовательский институт зернового хозяйства, Карабалыкская сельскохозяйственная опытная станция, Карагандинская сельскохозяйственная опытная станция, Павлодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства (Казахстан), Омский аграрный научный центр, Челябинский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Курганский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции, Алтайский научный центр агробиотехнологий, Федеральный исследовательский центр «Немчиновка», Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова (Россия), CIMMYT (Мексика), Университет Истинье, Технический университет Йылдыз (Турция): проведение совместных научных исследований и научных мероприятий.
  • АО «Нива», КХ «Тритикум», КХ «Говин», КХ «Безукладов», КФХ «Шаманин Н.П.», ОАО «Надежда», КФХ «Целин»: заключение хоздоговоров в целях коммерциализации результатов научной деятельности.

Скрыть Показать полностью
V.P. Shamanin, P. Flis, T.V. Savin, S.S. Shepelev, O.G. Kuzmin, A.S. Chursin, I.V. Pototskaya, I.E. Likhenko, I.Yu. Kushnirenko, A.A. Kazak, V.A. Chudinov, T.V. Shelaeva, A.I. Morgounov
Genotypic and ecological variability of zinc content in the grain of spring bread wheat varieties in the international nursery KASIB / Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii, 25(5), 2021, 543-551, ISSN 2500-0462, DOI 10.18699/VJ21.061.
S. Shepelev, A. Morgounov, P. Flis, H. Koksel, Huihui Li, T. Savin, R. Sharma, J. Wang, V. Shamanin
Variation of macro- and microelements, and trace metals in spring wheat genetic resources in Siberia / Plants, 11, 2022, 149, ISSN 2223-7747, DOI 10.3390/plants11020149.
V.N. Kelbin, E.S. Skolotneva, V.P. Shamanin, E.A. Salina
Diversity of stem rust resistance in modern Siberian bread wheat (Triticum aestivum) germplasm / Plant Breed, 2022, 1-10, ISSN 0179-9541, DOI 10.1111/pbr.12999.
A. Morgounov, T. Savin, P. Flis, A. Babkenov, T. Shelaeva, V. Chudinov, A. Kazak, H. Koksel, S. Shepelev, I. Likhenko, R. Sharma, E. Shreyder, V. Shamanin
Effects of environments and cultivars on grain ionome of spring wheat grown in Kazakhstan and Russia / Crop & Pasture Science, 2022, ISSN 1836-0947, DOI 10.1071/CP21493.
I.V. Pototskaya, V.P. Shamanin, A.N. Aydarov, A.I. Morgounov
The usage of wheatgrass (Thinopyrom intermedium) in the breeding (Review) / Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii), 26(5), 2022, 413-421, ISSN 2500-0462, DOI 10.18699/VJGB-22-51.
V.P. Shamanin, Z.H. Tekin-Cakmak, E.I. Gordeeva, S. Karasu, I.V. Pоtоtskaya, A.S., Chursin, V.E. Pozherukova, G. Ozulku, A.I. Morgounov, О. Sagdic, Н. Koksel
Total antioxidant capacity and profiles of phenolic acids in various genotypes of purple wheat / Foods, 11(16), 2022, 2515, ISSN 2304-8158, DOI 10.3390/foods11162515.
A. Morgounov, H. Li, , S. Shepelev, M. Ali, P. Flis, H. Koksel, T. Savin, V. Shamanin
Genetic characterization of spring wheat germplasm for macro-, microelements and trace metals. Plants, 11, 2022, 2173, ISSN 2223-7747, DOI 10.3390/plants11162173.
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория сельскохозяйственной экотоксикологии

Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАН - (СФНЦА РАН)

Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство

Краснообск

Цацакис Аристидес Михаель

Греция

2022-2024

Международная лаборатория создания средств профилактики социально-значимых инфекций продуктивных животных

Всероссийский государственный Центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов - (ВГНКИ)

Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство

Москва

Карлышев Андрей Владимирович

Россия

2022-2024

Центр изотопной биогеохимии

Тюменский государственный университет - (ТюмГУ)

Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство

Тюмень

Кузяков Яков Викторович

Германия

2021-2023