Zad Cel główny:

Transkrypt

1 Zad. 2.9 pt. Analiza, weryfikacja i optymalizacja metodyk oceny jakościowej materiałów roślinnych Cel główny: Poznanie i określenie wskaźników zmienności cech ilościowych i jakościowych, analiza, weryfikacja i optymalizacja metodyk oceny jakościowej oraz wyodrębnienie komponentów wyjściowych do hodowli nowych odmian zbóż

2 realizowano 3 cele szczegółowe koordynowane przez następujące osoby : 1. dr Tadeusz Śmiałowski Zakład Nasiennictwa i Nasionoznawstwa IHAR-PIB w Radzikowie, 2. dr hab. Małgorzata Cyran Zakład Biochemii i Fizjologii Roślin IHAR-PIB w Radzikowie, 3. dr Dariusz Mańkowski Zakład Nasiennictwa i Nasionoznawstwa IHAR-BIP w Radzikowi

3 dr Tadeusz Śmiałowski - wykonawca Celem podzadania 1 było wyodrębnienie źródeł genetycznych o wysokiej plenności i wartości rolniczej jako materiałów wyjściowych do hodowli nowych odmian pszenicy, pszenżyta i żyta, jęczmienia i owsa. Materiał badawczy stanowiły wyniki analiz statystycznogenetycznych ścisłych doświadczeń hodowlanych obejmujących kilkaset obiektów powyższych zbóż.

4 Harmonogram prac obejmował: syntezę wyników doświadczeń polowych i laboratoryjnych (pszenica, pszenżyto, żyto, jęczmień i owies), analizę zmienności badanych rodów na podstawie oceny cech, a następnie wyodrębnienie źródeł genetycznych odmian zbóż na podstawie otrzymanych charakterystyk.

5 Metody: Rozlosowanie obiektów: Do założenia doświadczeń polowych zastosowano metodę niekompletnych bloków, do rozlosowania obiektów w dośw. przyjęto metody od najprostszych: tj. rozlosowanie obiektów wg wpisu w każdej miejscowości + siatka taka sama, do najbardziej skomplikowanych wersji - losowanie obiektów rożne + rozlosowanie poletek różne w każdej miejscowości). Do wykonania syntezy plonów i cech zastosowano obliczenie wartości średnich: z powtórzeń, z miejscowości, średnich ogólnych, średnich wzorców. Następnie zestawiono w tabelach wartości plonów dla obiektów i wykorzystano do analizy zmienności badanych rodów. Analiza zmienności: Do analizy zmienności plonu zastosowano analizę wariancji, w której z całkowitej sumy kwadratów wariancji wydzielono sumy kwadratów dla obiektów, powtórzeń, interakcji genotypowo-środowiskowej i błędu. Z wariancji obiektów wydzielono i oszacowano istotność średnich kwadratów dla wszystkich obiektów, osobno dla odmian i wzorców (kontrastów) w każdej miejscowości. W analizie łącznej (w syntezie ze wszystkich miejscowości) oceniono istotność poszczególnych składników oraz interakcji ze środowiskiem dla badanych obiektów; rodów, odmian, wzorców i kontrastów tych składników. Na podstawie analizy wariancji obliczono efekty genetyczne, oszacowano ich istotność, wyznaczono wskaźniki interakcji (w wartościach i skali), wyznaczono komponenty zmienności, procentowy ich udział w całkowitej zmienności komponentów genetycznych interakcji i błędu.

6 Dla potrzeb obliczeń wykorzystano własne programy statystyczno-hodowlane napisane w Turbo Pascal (TP-7), aplikacje: xls i Kedit. ADOSBONS (TP) - {Program do syntezy plonu doświadczeń w blokach niekompletnych w seriach, sortuje obiekty malejąco lub wg rozlosowania}, SYNDOCG (TP) - {Program oblicza cech dla grup doświadczeń, segreguje wg malejąco i rosnąca wg wartości cechy lub plonu} AWABONS (TP) - {Program do syntezy plonu doświadczeń w blokach niekompletnych w doświadczeniach w wielu miejscowościach} SYNDOC (TP) - {Program oblicza cechy dla doświadczeń w blokach niekompletnych, segreguje cechy wg malejąco i rosnąca wg wartości cechy lub plonu}.

7 Gatunek Zbiorcza tabela niektórych parametrów przeprowadzonych doświadczeń Liczba obiektów Liczba miejscowości L.powt Liczba cech Liczba wyodrębnionych obiektów (wg. plonu) Liczba wyodrębnionych obiektów (wg. zimotrwałość) pszenica ozima pszenica jara pszenżyto ozime pszenżyto jare żyto populacyjne żyto mieszańcowe jęczmień ozimy pastewny DW jęczmień ozimy browarny jęczmień ozimy pastewny PWST jęczmień jary pastewny DW jęczmień jary pastewny PWST owies Razem

8 Mierniki podzadania 1 Planowano przebadać 800 form /przebadano 862 formy roślin pod względem użyteczności rolniczej, cech morfologicznych, technologicznych, Planowano 1 publikację w roku 2016./Opublikowano 2 publikacje: artykuł; Śmiałowski, T. Wysoka plenność i wartość rolnicza zbóż, Wiadomości Rolnicze, Czerwiec 2016, opracowanie naukowe; Śmiałowski T. Analysis of yield of winter wheat on 2 levels of agricultural technology, Materiały konferencyjne XLVI MCB. Wrzesień 2016, str. 15. Upowszechnianie wyników: Wygłoszono 4 referaty upowszechniające wyniki na seminariach i konferencjach. 1. Plonowanie rodów i odmian pszenicy i pszenżyta ozimego w podstawowych i zintegrowanych warunkach agrotechnicznych na przykładzie ścisłych zespołowych doświadczeń hodowlanych. 2. Fizjologiczne, genetyczne podstawy zimotrwałości i mrozoodporności roślin ze szczególnym uwzględnieniem zbóż. 3. Przezimowanie odmian zbóż i rzepaku w warunkach pogodowych Polski dobór odmian. 4. Analysis of yield of winter wheat on 2 levels of agricultural technology.

9 Wnioski Wyodrębniono najplenniejsze rody zbóż dla pszenżyta ozimego i jęczmienia ozimego, żyta ozimego populacyjnego oraz jęczmienia jarego. Osiągnięte rezultaty wskazują na prowadzone z sukcesem dla tych gatunków prace hodowlane w polskich stacjach hodowli roślin co daje możliwość wzbogacenia nowymi odmianami krajowej listy odmian oryginalnych. Znacznie słabiej wypadły pszenica ozima i pszenica jara oraz owies jary a także żyto ozime mieszańcowe. Należy szukać przyczyn takiego stanu hodowli i zastosować środki zaradcze. Pozytywnie na tym tle wypada wyodrębnienie dużej grupy rodów w zbożach ozimych (pszenica ozima, pszenżyto ozime i jęczmień ozimy) o zwiększonej mrozoodporności i zimotrwałości. Wykorzystanie tych obiektów w postaci komponentów genetycznych powinno w najbliższych latach zabezpieczyć planowane programy hodowlane zbóż ozimych w źródła mrozoodporności i zimotrwałości.

10 Dr hab. Małgorzata Cyran kierownik Zad. 2.9, wykonawca Celem podzadania 2 była analiza i ocena parametrów jakościowych i prozdrowotnych form pszenicy wyodrębnionych z materiałów hodowlanych w celu 1 oraz wskazanie genotypów o podwyższonej koncentracji związków biologicznie aktywnych ze wskazaniem do produkcji żywności funkcjonalnej. Materiał badawczy stanowiło ziarno 45 obiektów ze zbioru w 2015 roku (39 form pszenicy ozimej i 2 odmiany wzorcowe Patras i Ozon) pochodzące z sześciu lokalizacji (Modzurów 2 obiekty, Smolice wzorce, Antoniny - 5, Choryń 2, Strzelce wzorce, Polanowice wzorce).

11 Harmonogram prac obejmował wykonanie na stępujących analiz: zawartość suchej masy, zawartość substancji mineralnych, lepkości ekstraktu wodnego ziarna, zawartość i skład frakcji rozpuszczalnej błonnika pokarmowego (polisacharydy), zawartość i skład frakcji nierozpuszczalnej błonnika pokarmowego (polisacharydy, lignina Klasona, kwasy uronowe), zawartość skrobi ogólnej, oraz jej frakcji, amylozy i amylopektyny, zawartość substancji fenolowych oraz ich aktywność antyoksydacyjna.

12 Metody Sucha masa grawimetryczna metoda standardowa pomiar masy przed i po 24-godz suszeniu w piecu o temperaturze 105 C. Zawartość popiołu grawimetryczna metoda standardowa pomiar masy przed i po spopieleniu w piecu muflowym (550 C, 5 godz). Lepkość ekstraktu wodnego ziarna reometr Brookfield DV-III Ultra z opcją stożek-płytka, wyposażonego w termostat, ekstrakcja (1 : 3, w/v) w temp. pokojowej, 1 godz, Błonnik pokarmowy metoda enzymatyczno-chemiczna (Englyst i Cummings, 1984), kompletne wytrawienie skrobi i białka zapasowego (α-amylaza, amyloglukozydaza, proteaza), oddzielenie i wytrącenie frakcji rozpuszczalnej błonnika etanolem, hydroliza (1 M kwas siarkowy, 2 godz. 100 C) obydwu frakcji błonnika, rozpuszczalnej i nierozpuszczalnej, upochodnienie powstałych cukrów prostych do lotnych pochodnych (alditole), analiza ilościowa i ilościowa cukrów wchodzących w skład błonnika system chromatografii gazowej (Agilent 7890A Series GC Custom) z detektorem płomieniowo-jonizacyjnym. Błonnik pokarmowy = polisacharydy ściany komórkowej + lignina Klasona + kwasy uronowe. Lignina Klasona metoda grawimetryczna, pozostałość po 2-stopniowej hydrolizie z kwasem siarkowym (12 M, 1 godz. 35 C; 1 M, 3 godz, 100 C) po korekcie na popiół (Theander i wsp., 1995). Kwasy uronowe standardowa metoda kolorymetryczna (Scott, 1979) stosując 3,5-dimetylofenol do wytworzenia chromoforu. Skrobia zestaw komercyjny (Megazyme), metoda oparta na enzymatycznej hydrolizie skrobi (α-amylaza, amyloglukozydaza) do glukozy, która oznaczana jest spektrofotometrycznie. Amyloza/Amylopektyna- zestaw komercyjny (Megazyme), enzymatyczna hydroliza obydwu frakcji skrobi do glukozy po wytrąceniu amylopektyny za pomocą lektyny, konkanawaliny A (Con A) i oddzieleniu jej od amylozy. Całkowite fenole metoda spektrofotometryczna Folin-Ciocalteu, stosując ekstrakty metanolowe (1 : 10, W/V), wyniki wyrażono w ekwiwalentach kwasu galusowego (µg/g). Właściwości antyoksydacyjne metody z użyciem rodników syntetycznych (rodnika DPPH oraz kationorodnika ABTS) w ekstraktach buforowych i metanolowych ziarna.

13 Znaczenie merytoryczne analizowanych parametrów jakościowych ziarna pszenicy Wysoka lepkość ekstraktu ziarna lepkość treści jelita cienkiego poziomu cholesterolu i glukozy we krwi profilaktyka i leczenie chorób serca i cukrzycy Wysoka zawartość arabinoksylanów błonnika rozpuszczalnego lepkość ekstraktu ziarna profilaktyka i leczenie chorób serca i cukrzycy Wysoka zawartość arabinoksylanów błonnika rozpuszczalnego i nierozpuszczalnego substrat degradacji bakteryjnej w dolnych odcinkach przewodu pokarmowego człowieka produkty degradacji (kwas octowy, propionowy) poziom ph jelita ochrona śluzówki jelita przed substancjami rakotwórczymi profilaktyka przeciwnowotworowa Wysoka zawartość substancji fenolowych (właściwości antyoksydacyjne, przeciwzapalne, wzrost odporności) profilaktyka przeciwnowotworowa Udział amylozy (15-28%) i amylopektyny (72-85%) w skrobi formy woskowe - 100% amylopektyny ( stopień żelowania, podatność na działanie α-amylazy, indeks glikemiczny), formy wysokoamylozowe >70% amylozy ( stopień żelowania, podatność na działanie α-amylazy, indeks glikemiczny) modyfikacja właściwości funkcjonalnych i prozdrowotnych przydatność technologiczna

14 Wyniki

15 Wyniki

16 Wyniki

17 Wyniki Zależność pomiędzy lepkością ekstraktu ziarna a zawartością arabinoksylanów rozpuszczalnych oraz ich indeksem masy cząsteczkowej (MWI)

18 Wyniki % udział arabinoksylanów rozpuszczalnych we frakcji ogólnej tych polisacharydów

19 Wyniki

20 Wyniki

21 Wyniki

22 Wyniki

23 Wnioski Wegetacja form pszenicy w warunkach suszy powoduje wzrost poziom lepkości ekstraktów ziarna, a tym samym wzrost jego wartości prozdrowotnej. Stres suszy pozytywnie wpływa na koncentrację amylozy w ziarnie pszenicy. Wymierne rezultaty Zebrano i zanalizowano dane dotyczące parametrów charakterystyki jakościowej i prozdrowotnej dla 45 obiektów pszenicy ozimej. Wyniki wraz z krótkim komentarzem przesłano hodowcom. Wyodrębniono: 1 formę (AND 4415) o unikalnym potencjale lepkim, która stanowi wyjątkowy komponent do hodowli nowych odmian pszenicy przeznaczonych do produkcji żywności funkcjonalnej (żywność funkcjonalna profilaktyka chorób serca i cukrzycy), 12 form o wysokiej lepkości ekstraktu ziarna 5 form o wysokiej koncentracji arabinoksylanów błonnika rozpuszczalnego (żywność funkcjonalna profilaktyka chorób serca i cukrzycy), 11 form o szczególnych cechach strukturalnych arabinoksylanów, warunkujących wysoki potencjał lepki ziarna 4 form o wysokiej koncentracji substancji fenolowych ekstrahowalnych w buforze PBS (antyoksydanty, żywność funkcjonalna profilaktyka przeciwnowotworowa), 3 formy o wysokiej zdolności do redukcji kationorodnika ABTS (żywność funkcjonalna profilaktyka przeciwnowotworowa oraz chorób serca i cukrzycy).

24 Mierniki podzadania 2 W roku 2016 planowano wykonać 50 analiz chemicznych/biochemicznych w formach pszenicy ozimej. Wykonano kompleksową analizę polisacharydów i potencjału antyoksydacyjnego ziarna w 45 obiektach w sumie 90 analiz. 1 prezentacja wyników w formie posteru pt.: Substancje bioaktywne ziarna pszenicy wpływ warunków suszy w sezonie wegetacyjnym 2015 i streszczenia w materiałach konferencji naukowej z cyklu Żywność XXI wieku Żywność a innowacje, pod patronatem Komitetu Nauk o Żywności i Żywieniu Polskiej Akademii Nauk, Kraków września 2016 r.

25 Dr inż. Dariusz Mańkowski wykonawca Celem podzadania 3 był dobór i optymalizacja statystycznych metod analizy danych empirycznych w celu praktycznego wykorzystania do potrzeb hodowli poprzez przegląd i dobór narzędzi statystycznych oraz wsparcie prowadzonych zespołowych doświadczeń hodowlanych Materiał badawczy stanowiły wyniki doświadczeń polowych uzyskane w podzadaniu 1 oraz wyniki przeprowadzonych analiz składu chemicznego w ramach podzadania 2.

26 Harmonogram: Dobór metod i analiza danych pochodzących z doświadczeń z roku Opracowanie narzędzia informatycznego do wspomagania organizacji i realizacji zespołowych doświadczeń hodowlanych Etap I Planowanie doświadczeń.

27 Mierniki podzadania 3: Dane z analiz składu chemicznego Liczba obiektów: 45 Liczba powtórzeń: 2 Liczba analizowanych cech/zmiennych: 32 Dane z doświadczeń polowych Prowadzono analizy danych pochodzących z doświadczeń realizowanych w podzadaniu 1 do celów dostosowania numerycznego metod analitycznych do opracowania kolejnych modułów programu do wsparcia doświadczeń hodowlanych.

28 Metody analizy danych Statystyki opisowe (miary położenia, miary zmienności) Jedno-, dwu- i trójczynnikowa analiza wariancji w układzie klasycznym i z czynnikiem zagnieżdżonym oraz procedura porównań wielokrotnych Tukeya oraz regresyjno-ważona metoda wyznaczania oczekiwanych wartości brzegowych Analiza współczynników korelacji liniowej Pearsona Eksploracyjna analiza czynnikowa (EFA) metodą składowych głównych Hotellinga z normalizacją Kaisera i rotacją ortogonalna varimax.

29 BEPAS (Breeding Experiments Planning and Analyzing System) Zgodnie z ustaleniami z roku ubiegłego przystąpiono do opracowania narzędzia informatycznego do wsparcia planowania i prowadzenia zespołowych doświadczeń hodowlanych. Opracowano moduł (w formie makra do programu Statistica) do planowania doświadczeń. Program przygotowuje plany doświadczeń oraz pliki do wprowadzania danych. Dodatkowo opracowano dwa moduły do wstępnej analizy danych moduł do wyznaczania podstawowych statystyk opisowych oraz moduł do analizy zgodności rozkładu zmiennej z rozkładem normalnym.

30 BEPAS (Breeding Experiments Planning and Analyzing System)

31 Mierniki Zadania 2.9. Miernik dla zadania Nazwa miernika Wartość bazowa Wartość docelowa Wartość uzyskana liczba przebadanych linii i form roślin (pod względem użyteczności rolniczej, cech morfologicznych, technologicznych, odporności na (862) stresy lub elementów struktury plonu): liczba analiz fizykochemicznych lub biochemicznych (parametry jakościowe) przebadanych form (90) pszenicy: liczba publikacji, doniesień konferencyjnych, opinii lub raportów: (3)