Korszerű genetikájú kukoricahibridek a növénytermesztés szolgálatában Hybrids with novel genetic backgroud for maize production

Átírás

1 Pepó Pál 1 - Tóth Szilárd 2 Kovácsné Oskolás Henriett 3 Korszerű genetikájú kukoricahibridek a növénytermesztés szolgálatában Hybrids with novel genetic backgroud for maize production pepopal@agr.unideb.hu 1 DE, MÉK, Növénytudományi Intézet, egyetemi tanár 2 DE, MÉK, Növénytudományi Intézet, egyetemi docens 3 DE, MÉK, Növénytudományi Intézet, tanszéki mérnök Bevezetés és irodalmi áttekintés A víz a kukoricaszem természetes alkotóeleme, melynek jelentős hatása van az élettani folyamatokra, a szem minőségére és a gazdaságosságra. A kukoricaszem víztartalma kombájnnal való betakarításhoz 23-24%-osan optimális, ugyanakkor a tárolás szempontjából jóval alacsonyabb víz a kedvező (BOCZ 1992). A szem víztartalmának alakulása két fontos szakaszra különíthető: az aktív fiziológiai folyamatok hatnak a szemtelítődés idején, míg a passzív száradási folyamatok a fiziológiai érés után (SCHMIDT és HALLAUER 1966). ALDRICH et. al (1975) szerint fiziológiai érés után az időjárás hatása nagyobb egyéb tényezőkénél. A szemfejlődés során a sejt élete folyamán az osztódás, megnyúlás, zárványképződés és nyugalmi szakaszokon megy át. Valamennyi hat a szem víztartalmára, mely előbb tömegében növekszik, majd csökken. A szemtelítődés és a víz csökkenése között pozitív direkt hatást mutattak ki (KANG et al, 1986). Megtermékenyülést követően folyamatosan csökkenő tendenciát mutat a kukoricaszem nedvesség tartalma. A biológiai éréskor mérhető 30 40%-os szemnedvesség fokozatosan csökken, a légszáraz állapotig, ami ritkán valósul meg, a fagyok miatt. A korai hibrideknek több idő áll a rendelkezésre a vízleadáshoz, mint a későbbi genotípusoknak. Optimális körülmények között egy hibridkukorica 0,5% víz leadására képes egy nap alatt (KISS, 2011). Fontos gazdasági tényező a kukoricatermesztés szempontjából a szárítási költség. A szemeskukorica termése nem szárad meg a betakarítás idejére, emiatt a termés igen energiaigényes utókezelésre szorul. A kukoricaszemek víztartalmától függ a szárítólevegő hőmérséklete. A nagyobb víztartalmú szemek érzékenyek: 40 % víztartalmú szem 40 ºC-os hőmérsékletnél 1 nap alatt teljes pusztulást eredményez, viszont a 6% nedvességtartalmú szemek a 80 ºC-ot is kibírják.(papp-szabó-walcz, 1986). A betakarításkori szemnedvesség csökkenthető az érési időszakban gyors vízleadású hibrid választásával, optimális vetésidőn belüli korábbi vetéssel, valamint biztosítani kell az optimális tápanyagot illetve tőszámot (PEPÓ, 2008). A helyesen megválasztott tőszám, pl. a sűrű tőszámú állomány esetében a csőeredés magasabb szintje jellemző, a tőszámsűrítés és a csőeredés szintje közötti kapcsolat a közepesen erős pozitív korreláció, amelyre lassúbb vízleadási dinamika jellemző (PINTÉR, 2012). A keményebb állományú szemek vízleadása lassúbb a lófogú fajtákéhoz hasonlítva. Rövid, cső végét nem fedő, könnyen felnyíló csuhéleveleknél gyorsabb a vízleadás. Zöld száron érő kukoricafajták jobb vízleadók, mint a gyorsan felszáradóak, mivel az intenzív fotoszintézisnél gyorsabb a vízleadás. A sok nitrogén műtrágyázás rontja, a harmonikus kálium trágya adagolása javítja a vízleadás dinamikáját. A szemnedvesség egyensúlyban van a környezet nedvességtartalmával és az aktuálisan uralkodó csapadékviszonyokkal, vagyis a száraz szemek jelentősebb esőzés után visszanedvesedhetnek. (KISS, 2011). A jó vízleadó képesség gyors vízleadást jelent. Ez a szárítási költségek csökkentésével rendkívül értékes tulajdonsága lehet a hibrideknek, ezért a nemesítők arra törekednek, hogy a hibridjeik a lehető legjobb, leggyorsabb vízleadó képességgel rendelkezzenek. Az elmúlt néhány évtizedben növekvő érdeklődés mutatkozott a teljes kiőrlésű gabonák potenciális egészség javító hatása iránt. Az antociánok és a flavonoid pigmentek a növényi termékekben nagy változatosságban állnak rendelkezésre. Ezek nemcsak potenciális színezékanyagok, hanem antioxidáns aktivitással is rendelkeznek. Nagy előnyük, hogy egészségügyi szempontból is biztonságos a felhasználásuk; nem toxikusak és nincs mutagén hatásuk (PASCUAL TERESA et al, 2002). Az antioxidánsok olyan vegyületek, amelyek képesek az élő 315

2 szervezetben is a keletkező szabad gyökökkel reakcióba lépni, azok káros hatását csökkenteni. Az antioxidánsok különböző típusai ismeretesek a gabonaszemekben (COLLINS, 1986). A kék, lila és vörös szemszínű kukoricák gazdag antioxidáns és bioaktív tulajdonságokkal rendelkeznek (DEL POZO-INSFRAN et al., 2006). A pigmentáció a perikarpiumban, az aleuronban és a keményítő endospermiumban fordulhat elő, azonban a kék szín jellemzően az aleuron rétegben található. Néha a pigmentáció olyan intenzív, hogy a szemek feketének látszanak (BETRÁN et al. 2003). Az antocián pigmentek legnagyobb koncentrációját a kukoricában a perikarpiumban találták, míg az aleuron réteg kisebb koncentrációt tartalmazott (MORENO et al., 2005). DEL POZO-INSFRAN és munkatársai (2006) egy fehér és két különböző kék szemszínű kukorica antioxidáns tartalmát határoztak meg. A vizsgálatot mind az egész szemben, mind ezek feldolgozott termékeiben is elvégezték. A legmagasabb antioxidáns kapacitást a Mexican blue nevű kukoricánál kapták, ezt követte az American blue és a fehér szemszínű genotípus. ADOM és LIU (2002) a sárga szemszínű kukorica, a búza, a zab és a rizs antioxidáns aktivitását vizsgálták több más tényező mellett. Tanulmányuk alapján a legnagyobb össz antioxidáns aktivitással a kukorica rendelkezett. Vizsgálatok folynak a kukorica bibeszálainak, mint gyógyszeralapanyagnak (Maydis stigma) antioxidáns aktivitás meghatározására is (MAKSIMOVIČ et al., 2005). A kék kukorica beltartalmi értékei sok esetben meghaladják a hagyományos, ma általánosan termesztett sárga szemszínű kukoricákét (DICKERSON, 2003; BÓDI és PEPÓ 2006), a magban a csíra részaránya magasabb az endospermiumhoz képest. A kék kukorica magas flavonoid tartalma antioxidáns szerepet tölt be a belőle készült élelmiszerekben (DICKERSON, 2003). Kutatómunkánk során arra kerestük a választ, hogy a kukorica (Zea mays L.) nemesítésben hogyan tudjuk az antioxidáns tartalmat növelni. Anyag és módszer Vizsgálatainkat a Debreceni Egyetem MÉK Növénytudományi Intézet Genetikai Csoport kísérleti terén végeztük. A beltartalmi értékek meghatározására az Élelmiszertudományi, Minőségbiztosítási és Mikrobiológiai Intézet laboratóriumában került sor. A vizsgálatok növényi anyagát 28 beltenyésztett génbanki kukoricavonal képezte. A génbanki kukoricavonalak állományaiból a mintavételt augusztus 27-től szeptember 17-ig 7 naponként végeztük, melynek során a csőmintákat lemorzsoltuk. Az így kapott átlagmintából 50 g-ot lemértünk hőálló fémedényekbe, majd a mintát tömegállandóságig szárítószekrényben szárítottuk. A bemért nyers tömeg [g] illetve a száraz tömeg [g] felhasználásával meghatároztuk a szemnedvesség tartalmat [%]. A százalékos értékek alapján a vizsgált vonalak osztályozását végeztük el a vízleadó képesség gyorsasága és a betakarításkori szemnedvesség [%] alapján. A módszer lehetővé tette a gyors vízleadó képességgel rendelkező vonalak kiválogatását, melyek a későbbiek során alapját képezhetik a jó vízleadó képességgel rendelkező hibridek előállításának. A magas antioxidáns tartalmú kukoricavonalak növényi anyagát, az ANB1 és a BM (Black Mexican), illetve a már korábban, kiváló kombinálódó képességet mutató elit beltenyésztett vonalaink; az S1 és a P49/1 back-cross szülői partnerként, valamint ezek visszakeresztezés utáni nemzedékei (ANB1 x S1) F1, (BM x P49/1) F1 és a (ANB1 x S1)xS1 F2, (BM x P49/1) x P49/1 F2 képezték. A magas antioxidáns kialakulásáért felelős géneket tartalmazó BM és ANB1 vonalak donor partnerként, míg az S1 és a P49/1 rekurrens szülőként szerepeltek a visszakeresztezésben. Az állományokból betakarítás során 6 mintacsövet vettünk, a szemekből 10 g átlagmintát különítettünk el. A vonalak és a visszakeresztezések utáni hibridnemzedékek kukoricaszemeinek összfenol át (antioxidáns aktivitás, [mg GAE/100 g]) határoztuk meg Folin-Ciocalteu módszer alapján (MEDA et al., 2005). Mindkét kísérletünkben a sortávolságot 70 cm, a tőtávolságot 20 cm-re állítottuk be, parcellánként 50 növény elhelyezésére került sor. A növényvédelmi kezelések során kétszer végeztünk vegyszeres gyomirtást. Az első kezelés alkalmazása során preemergensen WING P gyomirtószert alkalmaztunk 3,5 l/ha dózisban. A posztemergens kezelést 6 leveles állapotban végeztük Laudis herbiciddel 2,2 l/ha dózisban. 316

3 Eredmények és értékelésük A vizsgálatok eredményei alapján a beltenyésztett vonalakat vízleadó képességük szerint három fő kategóriába soroltuk. Az első kategóriába a % szemnedvesség-ig leszáradó szemterméssel rendelkező vonalakat soroltuk, melyek gyors vízleadó képességűek. A második kategóriába tartoznak a közepes vízleadó képességgel rendelkező vonalak, melyek szemnedvesség- értékei %-t értek el. A harmadik kategóriába sorolhatók a lassú vízleadó képességgel rendelkező vonalak, melyek szemnedvesség-tartalma még mindig magas volt, % értékeket értek el, amikor az állományok növényei nagyrészt már leszáradtak a szeptember 17-i utolsó mintavétel során. A gyors vízleadó képességgel rendelkező vonalak közül a leggyorsabb vízleadó képességgel rendelkező vonal a 218/F/A volt. Szemnedvesség tartalma már az első mintavételnél egy alacsonyabb szintről indult és rövid idő alatt érte el a 10 % értéket. A csoport legalacsonyabb értékeket elérő vonalai még a 133/F/A és a 221/F/A kódjelű vonalak voltak (1. ábra). 1. ábra: A gyors vízleadó képességgel rendelkező beltenyésztett vonalak eredményei A közepes vízleadó képességgel rendelkező vonalak közül a leggyorsabb vízleadást a 216/F/B vonal mutatta, amely esetében a vízleadás alacsony szintről indult és a szemnedvesség rövid idő alatt elérte a 16 % értéket. A kategórián belül a leggyengébb vízleadó képességgel rendelkező vonal a 219/F/A volt, melynek víztartalma az első mintavételnél magasabb szintről indult és magas, 22 % értéket ért el (2. ábra)

4 2. ábra: A közepes vízleadó képességgel rendelkező beltenyésztett vonalak eredményei A lassú vízleadó képességgel rendelkező vonalak közül a legjobb értékeket a 44/F/A vonal érte el. Szemnedvesség tartalma az első mintavétel során már egy alacsonyabb értékről indult és gyorsan elérte a kategória legalacsonyabb szemnedvesség tartalmát a 24 %-ot. A leggyengébb vízleadó képességgel rendelkező vonalak a 109/F/A és a 376/F/A voltak. A 264/F/A vonal vízleadó képessége alig változott a tenyészidő előrehaladásával (3. ábra) 3. ábra: A lassú vízleadó képességgel rendelkező beltenyésztett vonalak eredményei Vizsgálataink alapján nagymértékű különbség mutatható ki az egyes kukorica genotípusok vízoldható antioxidáns tartalma között. Az ANB1-S1 és BM-P49/1 back-cross rendszerekben határoztuk meg a különböző genotípusok antioxidáns aktivitását. Az ANB1 vonal magasabb összes antioxidáns tartalmat (134 mg) mutatott és a flavonok mennyisége (21,17 mg) is nagyobb volt a rekurrens S1 vonalhoz képest (18,81 mg), mely tulajdonság a visszakeresztezéssel létrehozott (ANB1 x S1) F 1 és (ANB1 x S1) x S1 F 2 nemzedékben is megjelent. Az antioxidáns (mg GAE/100g) jelentős mértékben növekedett az S1 visszakeresztezésben szereplő rekurrens normál, sárga szemszínű szülői vonalhoz képest (4. ábra) ANB1 S1 (ANB1xS1) F1 (ANB1xS1)xS1 F2 Vonalak/visszakeresztezés Összes antioxidáns (mg GAE/100g) Flavon mennyiség (mg CE/100g) 4. ábra: Az összes antioxidáns és a flavonok mennyisége az ANB1xS1 visszakeresztezési rendszerben 318

5 A BM vonal antioxidáns tartalma magasabb értéket mutatott (168 mg), mint az ANB1 vonal (134 mg). Flavon tartalma is magasabb volt, mint a visszakeresztezésre alkalmazott rekurrens P49/1 szülőé. Ebben a rendszerben is két visszakeresztezett nemzedék értékelését végeztük el. A magas antioxidáns megmaradt a visszakeresztezés utáni nemzedékekben (F mg; F2 141 mg) a rekurrens szülővel szemben. A második visszakeresztezett nemzedékben kismértékben csökkent ugyan az antioxidáns (141 mg), viszont az értékek magasak maradtak (5. ábra). 5. ábra: Az összes antioxidáns és flavonok mennyisége a BM-P49/1 visszakeresztezési rendszerben A vizsgált vonalaink és hibridjeink közül a legmagasabb antioxidáns értékkel a BM vonal rendelkezett (168,0 mg), míg a legalacsonyabb értéket az S1 szülői vonal mutatta (91,6 mg). Az általunk vizsgált sárga szemszínű kukoricahibridek antioxidáns tartalma 60,29%-kal, míg flavon tartalma 53,11%-kal volt alacsonyabb a kék szemszínű kukoricahibridek értékeinél. Az antioxidáns és flavon növekedése már a keresztezések utáni első nemzedékek esetében kimutatható volt. Az 1. táblázatban feltüntetett (ANB1xS1) első utódnemzedék antioxidáns tartalma az S1 szülői vonalhoz képest 31%-kal, flavon tartalma 35,14%-kal növekedett. Flavon tartalma még a magas antioxidáns tartalmú kukorica vonalhoz (ANB1) képest is további növekedést mutatott 22,6%-os növekedést mutatott. A keresztezések utáni második utódnemzedékben is tapasztaltuk az antioxidáns (16,81%) és flavon (19,56%) növekedését az S1 szülőhöz képest. 1. táblázat: Az összes antioxidáns és a flavonok mennyisége az ANB1xS1 back-cross rendszerben Antioxidáns (1) Flavon (2) relatív % (4) relatív % (4) S1 91,6 100,00-18,81 100,00 - ANB1 134,0 146,28 42,4 21,17 112,54 2,36 (ANB1xS1)F 1 121,0 131,00 29,4 25,42 135,14 6,61 (ANB1xS1)xS 1F 2 107,0 116,81 15,4 22,49 119, SzD 5% 6, ,

6 A 2. táblázat adatai alapján megállapíthatjuk, hogy a keresztezéssel előállított (BMxP49/1) első utód nemzedék antioxidáns tartalma a P49/1 szülői vonalhoz képest 65,28%-kal, flavon tartalma 72,46%-kal növekedett. 2. táblázat: Az összes antioxidáns és flavonok mennyisége a BMxP49/1 back-cross rendszerben Antioxidáns (1) Flavon (2) mggae/100g relatív % (4) mggae/100g relatív % (4) P49/1 96,8 100,00-18,81 100,00 - BM 168,0 173,55 71,2 36,44 193,72 17,63 (BMxP49/1)F1 160,0 165,28 63,2 32,44 172,46 13,63 (BMxP49/1)xP49/1F2 141,0 145,66 44,2 27,35 145,01 8,54 SZD5% (6) 4, , Az antioxidáns legalacsonyabb értékét a sárga szemszínű szülői vonalak esetében tapasztaltuk (átlagosan 94,2 mg), a legmagasabb értékeket a kék szemszínű vonalak estében (151 mg) mértük (3. táblázat). 3. táblázat: Az antioxidáns és flavonok mennyisége Antioxidáns (1) Flavon (2) mggae/100g relatív % (4) mggae/100g relatív % (4) S1 és P49/1 átlaga (6) ANB1 és BM átlaga (7) F1 hibridek átlaga (8) F2 hibridek átlaga (9) 94,2 100,00-18,81 100,00-151,0 160,29 58,8 28,80 153,11 9,99 140,5 149,15 46,3 28,93 153,80 10,12 124,0 131,63 29,8 24,92 132,48 6,11 A általunk keresztezéssel előállított F 1 és F 2 hibridek antioxidáns tartalma átlagosan 49,15% és 31,63%-kal, míg flavon tartalma 53,8% és 32,48%-kal növekedett a sárga szemszínű szülői vonalhoz viszonyítva. A BM vonal antioxidáns tartalma 34 mg/100g értékkel, míg flavon tartalma 15,27 mg/100g-mal volt magasabb az ANB1 vonalnál. Két visszakeresztezett nemzedék értékelését is elvégeztük. Vizsgálataink alapján a magas és flavon megmaradt a visszakeresztezés utáni nemzedékekben a rekurrens szülővel szemben. A második visszakeresztezett nemzedékben kismértékben csökkent ugyan az antioxidáns és flavon, de az értékek így is magasak maradtak. Összefoglalás 320

7 A kukorica gazdaságosságát a nemesítés új fajták alkalmazkodó-képességének javításával segítheti. Fontos az energiaárak növekedése miatt a betakarításkori szemnedvesség csökkentése. A kiadások ésszerű mérséklése érdekében a gazdálkodók a fajtaválasztáskor a termőképesség és a megbízhatóság tulajdonságok mellett azokat a hibrideket helyezik előnybe, amelyek gyors vízleadó-képességgel, alacsony betakarításkori szemnedvességgel bírnak. A nagy genetikai variabilitással rendelkező beltenyésztett génbanki kukorica állományokban jelentős különbségeket tapasztaltunk a vízleadó képesség tekintetében. A vonalak egyik része alacsony szemnedvesség értékről indult és hamar elérte a megfelelő szemnedvesség tartalmi értéket. A legjobb vízleadó képességgel rendelkező vonalak a 133/F/A, 218/F/A, 221/F/A és a 300/F/B mutatkoztak. Ezek és a további gyors vízleadó képességgel rendelkező 48/F/B 99/F/A 137/F/A 138/F/A 171/F/A 182/F/A 220/F/A vonalak felhasználhatók a további nemesítési programokban a hibridek vízleadó képességének javítására, illetve a tenyészidő rövidítésére. Vizsgálataink során magas antioxidáns tartalmú BM (Black Mexican) és ANB1, illetve saját nemesítésű beltenyésztett vonalainkat (S1 és P49/1) vizsgáltuk, valamint ezen vonalak back-cross utáni nemzedékeit. Meghatároztuk az antioxidáns és flavon tartalmat Folin-Ciocalteu módszerrel. Nagymértékű különbség mutatható ki a kukorica genotípusok antioxidáns tartalma között. Az általunk vizsgált kukoricahibridek antioxidáns tartalma 60,29%-kal, míg flavon tartalma 53,11%-kal volt alacsonyabb a kék szemszínű kukorica hibridekhez képest. A legmagasabb antioxidáns értékkel a BM vonal rendelkezett (168,0 mg), míg legalacsonyabb értéket az S1 szülői vonal adta. Az antioxidáns és flavon növekedése már az első utódnemzedékben kimutatható volt. A második utódnemzedékben kismértékben csökkent az antioxidáns, amelyek még mindig magas értékeket mutattak. Irodalomjegyzék ADOM K. K. - LIU R. H. (2002): Antioxidant activity of grains. J. Agric. Food Chem. 50: ALDRICH S. R., SCOTT, W. O., LENG, E. R. (1975): Modern corn production. Illinois, USA BETRÁN J. F. BOCKHOLT J. A. - ROONEY W. L. (2003): Blue corn. In: Specialty corns. Second Edition, Eds. HALLAUER R. A., CRC Press LLC, Boca Raton BOCZ E. (1992): Kukorica. In: Szántóföldi növénytermesztés, Mezőgazda Kiadó, Budapest BÓDI Z. PEPÓ P. (2006): A dísz- és kékkukoricafajták termesztése és nemesítési lehetőségei. Acta Agraria Debreceniensis. 23: COLLINS F.W. (1986): Oat phenolics: structure, occurrence, and function. In: Oats: Chemistry and Technology. Eds. WEBSTER F., AACC, St. Paul, MN DEL POZO - INSFRAN D. - BRENES H. C. - SERNA SALDIVAR O. S. - TALCOTT T. S. (2006): Polyphenolic and antioxidant content of white and blue corn (Zea mays L.) products. Food Research International. 39: DICKERSON G. W. (2003): Nutritional analysis of New Mexico blue corn and dent corn kernels. College of Agriculture and Home Economics, New Mexico State University, h- 226.htm KANG M. S., ZUBER M.S., COLBERT T.R., Horroks R. D. (1986): Effects of certain agronomic traits on and relationship between of grain moisture reduction and grain fill during the filling period in maize. Field Crop Res KISS L. (2011): A fajtaválasztás jelentősége szélsőséges termesztési feltételek között. Agronapló XV., 2011/ MAKSIMOVIĆ Z. MALENĆIĆ E. KOVAČEVIĆ N. (2005): Polyphenol contents and antioxidant activity of Maydis stigma extracts. Bioresource Technology. 96:

8 322 MEDA A. - LAMIEN CE. - ROMITO M. - MILLOGO J. - NACOULMA OG. (2005): Determination of the total phenolic, flavonoid and proline contents in Burkina Fasan honey, as well as their radical scavenging activity. Food Chem. 91: MORENO Y. S. - SÁNCHEZ G. S. - HERNÁNDEZ D. R. - LOBATO N. R. (2005): Characterization of anthocyanin extracts from maize kernels. J. Chromatogr. Sci., 43: PAP E., SZABÓ SZ., GY., WALCZ I. (1986): Vetőmag-ismeret zsebkönyv. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest PASCUAL-TERESA D. S. SANTOS-BUELGA C. - RIVAS-GONZALO C. J. (2002): LC-MS analysis of anthocyanins from purple corn cob. Journal of the Science of Food and Agriculture. 82: PEPÓ P. (2008): Növénytermesztési praktikum. Debrecen , 130. PINTÉR J. (2012): Víz-kvíz.Agronapló XVI SCHNIDT T., L., HALLAUER A. R. (1966): Estimating harvest date of corn in the field. Crop Science