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 pszenicy, pszenżyta, żyta, jęczmienia i owsa.

4 Harmonogram prac obejmował: syntezę i analizę wyników przeprowadzonych doświadczeń polowych i laboratoryjnych (pszenica, pszenżyto, żyto, jęczmień i owies), analizę zmienności, wyodrębnienie materiałów genetycznych podstawowych odmian zbóż do prac badawczych i hodowlanych.

5 Metoda: synteza plonów i cech dla badanych gatunków zbóż, która obejmowała ocenę wartości średnich w miejscowościach i średnich z wszystkich miejscowości. określenie efektów genetycznych, oszacowanie jego istotność i wskaźnik interakcji (w wartościach i skali), wyznaczenie komponentów zmienności, ich udział procentowy w całkowitej zmienności komponentów genetycznych interakcji i błędu. Zmienność badano poprzez analizy wariancji plonu oraz syntezy średnich wartości cech. Z plonu z wariancji całkowitej wydzielono sumy kwadratów dla obiektów, 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.

6 Dla potrzeb obliczeń ponownie skompilowano programy: ADOSBONS (TP) - {Program do syntezy plonu doświadczeń w blokach niekompletnych w seriach}, poszerzenie macierzy do 10 miejscowości SYNDOCG (TP) - {Program oblicza cechy dla grup doświadczeń i segreguje wg plonu} poszerzenie macierzy do 10 miejscowości. AWABONS (TP) - {Program do syntezy plonu doświadczeń w blokach niekompletnych w doświadczeniach w wielu miejscowościach} poszerzenie macierzy do 10 miejscowości. SYNDOC (TP) - {Program oblicza cechy dla doświadczeń w blokach niekompletnych}, poszerzenie macierzy do 10 miejscowości.

7 Mierniki W podzadaniu 1 planowano na 2015 rok analizę ok. 800 obiektów pszenicy, pszenżyta, żyta, jęczmienia i owsa: Badaniami objęto 1772 obiekty, w tym: a/ 1134 obiekty pszenicy ozimej, b/ 364 obiekty pszenżyta ozimego, c/ 294 obiekty żyta ozimego

8 WYNIKI - na podstawie wykonanych analiz wyodrębniono: Pszenica ozima: 45 obiektów o plonie lepszym od średniej 3 odmian wzorcowych, na podstawie przeprowadzonych 21 polowych i laboratoryjnych eksperymentów i analiz. Pszenżyto ozime: 15 obiektów o plonie lepszym od średniej 3 odmian wzorcowych na podstawie przeprowadzonych eksperymentów; 7 polowych i laboratoryjnych. Żyto ozime: a/ dla mieszańców żyta ozimego: 21 obiektów o plonie lepszym od średniej 2 odmian wzorcowych, b/ dla populacji żyta ozimego: 10 obiektów o plonie lepszym od średniej 2 odmian wzorcowych, na podstawie przeprowadzonych eksperymentów; 6 polowych i laboratoryjnych. Oprócz plonu jako głównego kryterium wyodrębniania źródeł genetycznych, wszystkie badane gatunki zostały poddane ocenie pod względem innych cech; botanicznych, morfologicznych, skłonności do chorób, podatności na czynniki klimatyczno-glebowe i agrotechniczne oraz analizom technologicznym i biochemicznym

9 Inne ważne mierniki zadania; W letnim spotkaniu hodowców pszenicy i żyta w Nagradowicach. zapoznanie się i lustracja doświadczeń w warunkach wegetacji roślin oraz omówiono bieżące problemy realizacji prac badawczych. Zrealizowano wyjazd na naradę hodowców i naukowców w placówce Hodowli Roślin w Smolicach w celu ustalenia planu pracy w zespołowych doświadczeniach z pszenicą i pszenżytem ozimym w 2015/16 roku polegającym na; - doborze liczby obiektów, - ustaleniu liczby lokalizacji, - wyborze typów doświadczeń, - zastosowaniu sposobów rozlosowań, - wykonania ilości obserwacji, cech i analiz biochemiczno-technologicznych, - ustaleniu zakresu współpracy dla jednostek naukowych. - Ponadto; - przygotowano referat dla pracowników, producentów rolnych, rolników w ramach współpracy z Ośrodkami Doradztwa Rolniczego na temat: Plonowanie rodów i odmian pszenicy i pszenżyta ozimego w podstawowych i zintegrowanych warunkach agrotechnicznych na przykładzie ścisłych zespołowych doświadczeń hodowlanych.

10 Wnioski: 1. Stwierdzono silne zróżnicowanie badanych obiektów pod względem plenności i ważnych cech użytkowych. 2.Przeprowadzona analiza ujawniła znaczną ilość wartościowych źródeł genetycznych gwarantujących wysoki plon oraz przydatne cechy użytkowe dla większości badanych gatunków. Wyjątkiem jest pszenica ozima, na przebadanych obiektów tylko ok. 4 % wyróżniało się lepszymi parametrami plonu. 3. Na poziom plonowania i cech duży wpływ miały warunki glebowo-klimatyczne a w przypadku pszenicy i pszenżyta zastosowane na poziomie A2 dodatkowe czynniki agrotechniczne; podwyższone nawożenie, zaprawy nasiennie, środki chwastobójcze, insektycydy oraz inne preparaty chemiczne.

11 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 47 obiektów (46 form pszenicy ozimej i 1 odmiana wzorcowa Tonacja) pochodzące z ośmiu lokalizacji (Strzelce 13 obiektów, Polanowice 10, Antoniny 6, Nagradowice 6, Choryń 3, Dębina 3, Laski 3, Modzurów 3).

12 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.

13 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), (fenole wolne i skoniugowane) wyniki wyrażono w ekwiwalentach kwasu galusowego (µg/g).

14 Znaczenie merytoryczne analizowanych parametrów fizykochemicznych 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 Obecnie szczególna uwaga powinna być zwrócona w kierunku form wykazujących wysoką lepkość ekstraktu i wysoką zawartość substancji fenolowych jako komponentów do hodowli nowych odmian rekomendowanych do produkcji żywność funkcjonalnej - taka szczególna charakterystyka nowej odmiany może zwiększyć jej konkurencyjność na globalnym rynku.

15 Wyniki

16 Wyniki

17 Wyniki

18 Wyniki

19 Wyniki

20 Wyniki

21 Wyniki

22 Mierniki W podzadaniu 2 planowano w roku 2015 wykonać 500/50 analiz chemicznych/biochemicznych w formach pszenicy ozimej. Wykonano 11 analiz chemicznych/biochemicznych w 47 obiektach w sumie 517 analiz. Wymierne rezultaty Zebrano i zanalizowano dane dotyczące parametrów charakterystyki jakościowej i prozdrowotnej dla 47 obiektów pszenicy ozimej. Wyodrębniono: 9 form o wysokiej lepkości ekstraktu ziarna (żywność funkcjonalna profilaktyka chorób serca i cukrzycy), 5 form o wysokiej koncentracji arabinoksylanów błonnika rozpuszczalnego(żywność funkcjonalna profilaktyka chorób serca i cukrzycy), 1 formę o zwiększonym udziale amylopektyny w skrobi, 8 form o wysokiej koncentracji substancji fenolowych (antyoksydanty, żywność funkcjonalna profilaktyka przeciwnowotworowa), 2 formy o wysokiej lepkości ekstraktu i wysokiej koncentracji substancji fenolowych (żywność funkcjonalna profilaktyka przeciwnowotworowa oraz chorób serca i cukrzycy).

23 Wnioski Spośród form pszenicy o wysokiej lepkości wyodrębniono dwie podgrupy, w których lepkość ekstraktu ziarna warunkowana jest: (a) koncentracją arabinoksylanów błonnika rozpuszczalnego (typowa zależność) (b) szczególnymi cechami strukturalnymi tych polisacharydów (bardzo wysoka masa cząsteczkowa). Obecnie nie posiadamy żadnej wiedzy na temat efektywności podgrupy (b) w procesie hodowlanym. Formy pszenicy o wysokiej lepkości ekstraktu i znacznie niższej zawartości arabinoksylanów błonnika rozpuszczalnego mogą stanowić źródło wysokocząsteczkowych arabinoksylanów, które warunkują wysoką lepkość ekstraktu ziarna. Nieliczne formy pszenicy, które charakteryzują się wysokim potencjałem lepkim oraz antyoksydacyjnym są cennym materiałem do hodowli nowych odmian rekomendowanych do produkcji żywności funkcjonalnej. Bardziej liczne były formy, które wykazywały maksymalne wartości tylko jednego z tych potencjałów.

24 dr Dariusz Mańkowski wykonawca Celem podzadania 3 było: Dobór i optymalizacja statystycznych metod analizy danych empirycznych w celu praktycznego wykorzystania do potrzeb hodowli poprzez przegląd i dobór narzędzi statystycznych. Poszukiwanie i dostosowywanie istniejących metod analizy danych doświadczalnych oraz poszukiwanie nowych rozwiązań z zakresu pozyskiwania analizy danych empirycznych.

25 Harmonogram obejmował dwa zakresy prac: Dobór metod i analiza danych pochodzących z doświadczeń z roku Systematyka oraz dobór zasad planowania doświadczeń hodowlanych do celów oceny jakościowej materiałów roślinnych zagadnienia związane z planowaniem doświadczeń.

26 Zakres 1: Dobór metod i analiza danych pochodzących z doświadczeń z roku 2015 Mierniki ilościowe: Liczba obiektów: (odmiana wzorcowa Tonacja) Liczba powtórzeń: 2 Liczba analizowanych cech/zmiennych: 29

27 Zakres 1: Dobór metod i analiza danych pochodzących z doświadczeń z roku 2015 Analizowane cechy/zmienne: masa suchej substancji (tzw. sm) zawartość popiołu lepkość wodnych ekstraktów NSP Nierozpuszczalne: o Arabinoza o Ksyloza o Mannoza o Galaktoza o Glukoza o AX o Ara/Xyl o I-NSP Rozpuszczalne: o Arabinoza o Ksyloza o Mannoza o Galaktoza o Glukoza o [Ara]AG o AG o [Ara]AX o AX o Ara/Xyl o S-SNP T-AX T-NSP skrobia (% sm) amyloza (% sm) amyloza (% skrobi) amylopektyna (% sm) fenole (całkowite)

28 C. ANALIZY WIELOZMIENNE analiza współczynników korelacji liniowej Pearsona Zakres 1: Dobór metod i analiza danych pochodzących z doświadczeń z roku 2015 Wykorzystane metody analizy danych: A. STATYSTYKI OPISOWE 1. Estymacja miar położenia wartość średnia (estymacja punktowa i przedziałowa) błąd standardowy oceny wartości średniej mediana 2. Estymacja miar zmienności rozstęp wariancja odchylenie standardowe współczynniki zmienności 3. Prezentacje graficzne wykresy typu Box & Whisker plot (Przyjęto założenie normalności rozkładu zgodnie z twierdzeniem Lindeberga-Lévy ego) B. TESTOWANIE HIPOTEZ STATYSTYCZNYCH test F analizy wariancji (jednokierunkowa ANOVA) procedura kontrastów Tukeya (wyodrębnianie grup jednorodnych) test Dunnetta porównania z wzorcem (lewo- i prawostronny)

29 Zakres 2: Systematyka oraz dobór zasad planowania doświadczeń hodowlanych do celów oceny jakościowej materiałów roślinnych zagadnienia związane z planowaniem doświadczeń Algorytm planowania doświadczeń: START Liczba badanych obiektów (k) 1 poziom 2 poziomy poziomy agrotechniki Liczba powtórzeń/bloków (r) Liczba powtórzeń/bloków dla A1 i A2 (r A1, r A2 ) fałsz integralność parametru r* prawda prawda integralność parametrów r A1 i r A2 ** fałsz Tworzenie tabeli * Warunki integralności: Rozlosowywanie obiektów w powtórzeniach/blokach ** Warunki integralności: Tworzenie raportu (książka polowa) KONIEC W dwóch ostatnich przypadkach znaczące ograniczenie możliwości późniejszej analizy danych.

30 Zakres 2: Systematyka oraz dobór zasad planowania doświadczeń hodowlanych do celów oceny jakościowej materiałów roślinnych zagadnienia związane z planowaniem doświadczeń Możliwe drogi realizacji: (1) Wykorzystanie darmowego pakietu R-CRAN przygotowanie biblioteki funkcji (dotychczas planowane) Główne zalety: w pełni darmowe środowisko pracy Główne wady: trudniejsza obsługa konieczność wpisywania poleceń z ręki brak GUI praca w trybie tekstowym (konsoli) siermiężne raportowanie raporty przygotowywane w formie tekstowej i wyświetlane w oknie konsoli.

31 Zakres 2: Systematyka oraz dobór zasad planowania doświadczeń hodowlanych do celów oceny jakościowej materiałów roślinnych zagadnienia związane z planowaniem doświadczeń Możliwe drogi realizacji: (2) Wykorzystanie komercyjnego pakietu Statistica firmy StatSoft przygotowanie dodatku (tzw. plug-in) w postaci nakładki (nowa propozycja) Główne zalety: możliwość wyklikania wszystkich analiz GUI praca w trybie graficznym wygodne raportowanie raporty przygotowywane w formie plików Word oraz skoroszytów programu Statistica. rozbudowane opcje graficzne. Główne wady: wykorzystanie komercyjnego oprogramowania (konieczność zakupu przez użytkownika końcowego)

32 Mierniki Zad 2.9 Planowano 800/przebadano 1772 linii i form roślin pod względem użyteczności rolniczej, cech morfologicznych, technologicznych, Planowano 500/wykonano 517 analiz chemicznych/biochemicznych, Nie planowano żadnej publikacji w roku 2015.