Triticum aestivum subsp. spelta (L.) Thell. є одним із найдавніших різновидів пшениці, що характеризується багатьма цінними властивостями, серед яких стійкість рослин до патогенів, краща адаптивність до несприятливих чинників довкілля, підвищений вміст білка в зерні, харчова цінність зерна. В останні роки популярність і використання спельти у світі, і Україні зокрема, невпинно зростає, що пов’язано із розвитком органічного землеробства, а також з потребою у високій якості продуктів харчування, яку забезпечує дана культура. Попри високі потенційні можливості спельти, її широкому поширенню перешкоджає низька врожайність і деякі морфологічні ознаки (висота рослин, плівчастість, ламкість колоса). Селекційно-генетичним поліпшенням можна усунути недоліки культури і при цьому зберегти її цінні властивості. З огляду на це, метою роботи було вивчити зразки колекції озимої пшениці спельти IФРГ НАН України за морфологічними ознаками, продуктивністю та якісними показниками зерна, і виділити цінні генотипи для їх використання у селекційному процесі зі створення поліпшених сортів культури. За результатами проведених досліджень виділено селекційні лінії, які за окремими господарсько-цінними показниками є на рівні або перевищують сорт-стандарт озимої м’якої пшениці Наталка і перспективні для генетичного поліпшення спельти та м’якої пшениці. Показано, що лінії з меншою довжиною стебла порівняно зі стандартом Зоря України, з високою стійкістю до вилягання, відрізнялися вищою продуктивністю та придатністю до включення у схеми селекційного поліпшення цієї культури. Виділено генотипи, в яких показник «збір білка з гектара» переважає сорт-стандарт Зоря України, що зумовлено кращим поєднанням ознак вмісту білка в зерні та його врожайності. Виявлено генотипи, в яких показник твердозерності вірогідно перевищував цей показник сорту-стандарту м’якої пшениці Наталка, що може свідчити про потенційно вищу хлібопекарську якість їх борошна. Проведено кореляційний аналіз для виявлення залежності між проявом агрономічних ознак і показниками якості зерна. Виділено селекційні лінії, які заслуговують доопрацювання і передачі в Державне сортовипробування.
Ключові слова: Triticum aestivum subsp. spelta (L.) Thell., колекція, морфологічні ознаки, продуктивність, якість зерна, м’яка пшениця
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Packa, D., ZaYuski, D., Graban, . & Lajszner, W. (2019). An evaluation of spelt crosses for breeding new varieties of spring spelt. Agronomy, 9(4), 167. https://doi.org/10.3390/agronomy9040167
2. Luo, V.-C., Yang, Z.-L. & You, F.M. (2007). The structure of wild and domesticated emmer wheat populations, gene flow between them, and the site of emmer domestication. Theor. Appl. Genet., 114(6), pp. 947-959. https://doi.org/10.1007/s00122-006-0474-0
3. Kislev, M. Emergence of wheat agriculture. (1984). Palѕorient, 10(2), pp. 61-70. https://doi.org/10.3406/paleo.1984.940
4. Gospodarenko, G.M., Kostogriz, P.V., Liubich, V.V., Parii, M.F., Poltoretskii, S.P., Polianetska, I.O., Riabovol, I.S., Rjabovol, L.O. & Suhomud, O.G. (2016). Pshenytsia spelta [Spelt wheat]. Kyiv: TOV Sik Group Ukraine [in Ukrainian].
5. Alvarez, J.B. & Guzm«n C. (2013). Spanish ancient wheat: a genetic resource for wheat quality breeding. Adv Crop Sci Tech, 1:101. https://doi.org/10.4172/2329-8863.1000101
6. Faris, J. (2014). Wheat domestication: key to agricultural revolutions pasts and future. In: Tuberosa, R., Graner, A., Frison, E. (eds.). Genomics of Plant Genetic Resources (pp. 439-464). Dordrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7572-5_18
7. Zohary, D. & Hopf, M. (1993). Domestication of plants in the old world: The origin and spread of cultivated plants in West Asia, Europe, and the Nile Valley. Oxford: Claren Press.
8. Diordiieva, I.P., Riabovol, I.S., Riabovol, L.O., Babii, M.M., Fedorenko, S.V., Serzhuk, O.P., Maslovata, S.A., Liubchenko, A.I., Novak, Z.M. & Liubchenko, I.O. (2024). Breeding and genetic improvement of spelt wheat (Triticum spelta) by interspecific hybridization. Regul. Mech. Biosyst., 15(3), pp. 463-468. https://doi.org/10.15421/022465
9. Dvorak, J., Akhunov, E.D., Akhunov, A.R., Deal, K.R., & Luo, M.C. (2006). Molecular characterization of a diagnostic DNA marker for domesticated tetraploid wheat provides evidence for gene flow from wild tetraploid wheat to hexaploid wheat. Mol. Biol. Evol., 23, pp. 1386-1396. https://doi.org/10.1093/molbev/msl004
10. Salamini, F., љzkan, H., Brandolini, A., Sch¬fer-Pregl, R. & Martin, W. (2002). Genetics and geography of wild cereal domestication in the near east. Nat. Rev. Genet., 3, pp. 429-441. https://doi.org/10.1038/nrg817
11. Tverdokhlib, O.V., Holik, O.V. & Niniyeva, A.K. (2013). Bohuslavs'kyy & R.L. Spelta i polba v orhanichnomu zemlerobstvi. Posibnyk ukrainskoho khliboroba. pp.154-155 [in Ukrainian].
12. Shelepov, V.V., Gavrilyuk, N.N. & Vergunov, V.A. (2013). Wheat: biology, morphology, selection, seed production. Kyiv: Logos [in Ukrainian].
13. Babenko, L.M., Hospodarenko, H.M., Rozhkov, R.V., Pariy, Y.F., Pariy, M.F., Babenko, A.V. & Kosakivska, I.V. (2018). Triticum spelta: Origin, biological characteristics and perspectives for use in breeding and agriculture. Regul. Mech. Biosyst., 9(2), pp. 250-257. https://doi.org/10.15421/021837
14. Morgun, V.V., Sichkar, S.M., Pochynok, V.M., Ninieva, A.K. & Chuhunkova, T.V. (2016). Characterization of spelt wheat (Triticum spelta L.) collection accessions by performance elements and bread-making quality. Fiziol. rosl. genet., 48, No. 2, pp. 112-119 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2016.02.112
15. Chrpova, J., Grausgruber, H., Weyermann, V., Buerstmayr, M., Palicova. J., Kozova, J., TravnПckova, M., Nguyen, Q.T., Moreno Amores, J.E., Buerstmayr, H. & Janovska, D. (2021). Resistance of winter spelt wheat [Triticum aestivum subsp. spelta (L.) Thell.] to fusarium head blight. Front. Plant Sci., 12. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.661484
16. Zvedenyuk, T. (2013). Spelt is a cereal from the Stone Age. Grain, 7, pp. 82-90 [in Ukrainian].
17. Salarov, M. & Filip№hev, B. (2020). Spelt vs common wheat: potential advances and benefits. Acta Innovations, 35, pp. 58-65. https://doi.org/10.32933/ActaInnovations.35.4
18. Dinu, M., Whittaker, A., Pagliai, G., Benedettelli, S. & Sofi, F. (2018). Ancient wheat species and human health: Biochemical and clinical implications. J. Nutr. Biochem., 52, pp. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2017.09.001
19. Geisslitz, S., Longin, C.F. H., Scherf, K.A. & Koehler, P. (2019). Comparative study on gluten protein composition of ancient (einkorn, emmer and spelt) and modern wheat species (durum and common wheat). Foods, 8(9), 409. https://doi.org/10.3390/foods8090409
20. Kraska, P., Andruszczak, S., Gawlik-Dziki, U., Dziki, D. & Kwiecinska-Poppe, E. (2020). Wholemeal spelt bread enriched with green spelt as a source of valuable nutrients. Processes, 8(4). https://doi.org/10.3390/pr8040389
21. Huertas-Garcia, A., Tabbita, F., Alvarez, J., Sillero, J. C., Ibba, M., Rakszegi, M. & Guzman, C. (2023). Genetic variability for grain components related to nutritio quality in spelt and common wheat. J. Agricult. Food Chem., 71, pp. 10598-10606. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c02365
22. Rybalka, O.I., Polyshchuk, S.S., Chervonys, M.V., Morgun, V.V. & Morgun, B.V. (2024). Unique spelt wheat (Triticum aestivum ssp. spelta L.) with dark-purple grain color. Fiziol. rosl. genet., 56, No. 5, pp. 419-430 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2024.05.419
23. Escarnot, E., Agneessens, R., Wathelet, B. & Paquot, M. (2010). Quantitative and qualitative study of spelt and wheat fibres in varying milling fractions. Food Chem., 122, pp. 857-863. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.02.047
24. Hammed, A.M. & Simsek, S. (2014). Hulled Wheats: A Review of nutritional properties and processing methods. Cereal Chem., 91, pp. 97-104. https://doi.org/10.1094/CCHEM-09-13-0179-RW
25. Filip№ev, B., ћimurina, O., Bodroыa-Solarov, M. & Obreht, D. (2013). Comparison of the bread-making performance of spelt varieties grown under organic conditions in the environment of northern Serbia and their responses to dough strengthening improvers. Hemijska Industrija, 67, pp. 443-453. https://doi.org/10.2298/HEMIND120606083F
26. Longin, F.H., Afzal, M., Pfannstiel, J., Bertsche, U., Melzer, T., Ruf, A., Heger, C., Pfaff, T., Schollenberger, M. & Rodehutscord, M. (2023). Mineral and phytic acid content as well as phytase activity in flours and breads made from different wheat species. Int. J. Mol. Sci., 24(3). https://doi.org/10.3390/ijms24032770
27. Wiwart, M., SzafraXska, A. & Suchowilska, E. (2023). Grain of hybrids between spelt (Triticum spelta L.) and bread wheat (Triticum aestivum L.) as a new raw material for breadmaking. Polish J. Food Nutr. Sci., 73(3), pp. 265-277. https://doi.org/10.31883/pjfns/170870
28. Alvarez, J.B. (2021). Spanish Spelt Wheat: From an Endangered Genetic Resource to a Trendy Crop. Plants, 10(12), 2748. https://doi.org/10.3390/plants10122748
29. European Union. Common Catalogue of Varieties of Agricultural Plant Species. (2019). 37th ed., C 13, Official Journal of European Union: Brussels, Belgium.
30. Diordiieva, I.P., Riabovol, L.O., Riabovol, Ya.S., Serzhuk, O.P., Nakloka, Iu.I., Nakloka, O.P. & Karychkovska, S.P. (2022). Breeding and genetic improvement of soft winter wheat with the use of spelt wheat. Agronomy Res., 1, pp. 91-102. https://lib.udau.edu.ua/ handle/123456789/9215
31. Wang, Y., Wang, Z., Chen, Y., Lan, T., Wang, X., Liu, G., Xin, M., Hu, Z., Yao, Y., Ni, Z., Sun, Q., Guo, W. & Peng, H. (2024). Genomic insights into the origin and evolution of spelt (Triticum spelta L.) as a valuable gene pool for modern wheat breeding. Plant Comm., 5, 100883. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100883
32. Rapp, M., Beck, H., Gтtler, H., Heilig, W., Starck, N., RШmer, P., Cuendet, C., Uhlig, F., Kurz, H,, Wтrschum, T. & Longin, C.F.H. Spelt: Agronomy, quality, and favor of its breads from 30 varieties tested across multiple environments. (2017). Crop Sci., 57, No. 2, pp. 739-747. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.05.0331
33. Xie, Q., Mayes, S. & Sparkes, D.L. (2015). Spelt as a genetic resource for yield component improvement in bread wheat. Crop Sci., 55, No. 6, pp. 2753-2765. https://doi.org/10.2135/cropsci2014.12.0842
34. Geisslitz, S., Longin, C.F.H., Scherf, K.A. & Koehler, P. (2019). Comparative Study on Gluten Protein Composition of Ancient (Einkorn, Emmer and Spelt) and Modern Wheat Species (Durum and Common Wheat). Foods, 8(9), 409. https://doi.org/10.3390/foods8090409
35. Curzon, A.Y., Kottakota, C., Nashef, K., Abbo, S., Bonfl, D.J., Reifen, R., Bar-El, S., Rabinovich, O., Avneri, A. & Ben-David, R. (2021). Assessing adaptive requirements and breeding potential of spelt under Mediterranean environment. Sci. Reports, 11, 7208. https://doi.org/10.1038/s41598-021-86276-1
36. Greenwood, J.R., Finnegan, E.J., Watanabe, N., Trevaskis, B. & Swain, S.M. (2017). New alleles of the wheat domestication gene Q reveal multiple roles in growth and reproductive development. Development, 144(11), pp. 1959-1965. https://doi.org/10.1242/ dev.146407
37. Zhang, Z., Belcram, H., Magdelenat, G., Couloux, A., Samain, S., Gill, S., Rasmussena, J.B., Barbed, V., Faris, J.D. & Huneau, C. (2011). Duplication and partitioning in evolution and function of homoeologous Q loci governing domestication characters in polyploid wheat. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108 (46), pp. 18737-18742. https://doi.org/10.1073/pnas.1110552108
38. Ratajczak, K., Sulewska, H., Graьyna, S. & Matysik, P. (2020). Agronomic traits and grain quality of selected spelt wheat varieties versus common wheat. J. Crop Improv., 34(5), pp. 654-675. https://doi.org/10.1080/15427528.2020.1761921
39. Rybalka, O.I. (2011). Quality of wheat and her improvement. Kyiv: Logos [in Ukrainian].
40. Yeshchenko, V.O., Kopytko, P.G., Kostogryz, P.V. & Opryshko, V.P. Fundamentals of scientific research in agronomy. Vinnytsia: TD Edelweiss and K [in Ukrainian].
41. Feledyn-Szewczyk, B. (2013). The Influence of Morphological Features of Spelt Wheat Triticum Aestivum Ssp. Spelta and Common Wheat Triticum Aestivum Ssp. Vulgare Varieties on the Competitiveness against Weeds in Organic Farming System. J. Food, Agricult. Environ., 11 (1), pp. 416-421.
42. Yakymchuk, R.A. (2018). Kharakter uspadkuvannia dovzhyny stebla u karlykovykh mutantiv miakoyi ozymoyi pshenytsi, otrymanykh v rayoni ChAES [Character of inheritance of stem length in dwarf mutants of soft winter wheat obtained in the area of the Chernobyl nuclear power plant. Fiziol. rosl. genet., 50, No. 1, pp.46-58 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2018.01.046
43. Berry, P. M. & Berry, S. T. (2015). Understanding the genetic control of lodging-associated plant characters in winter wheat (Triticum aestivum L). Euphytica, 205(3), pp. 671-689. https://doi.org/10.1007/s10681-015-1387-2
44. Grant, N.P., Morhan, A., Sandhu, D. & Gill, K.S. (2018). Inheritance and genetic mapping of the reduced height (Rht18) gene in wheat. Plants, 7(3), pp. 58-65. https://doi.org/10.3390/plants7030058
45. De Faris, J., Fellers, J.P., Brooks, S.A. & Gill, B.S. (2003). Bacterial artificial chromosome contig spanning the major domestication locus Q in wheat and identification of a candidate gene. Genetics, 164, pp.311-321. https://doi.org/10.1093/genetics/164.1.311
46. Abdipour, M., Ebrahimi, M., Izadi-Darbandi, A., Mastrangelo, A.M., Najafian, G., Arshd, Y. & Mirniyam, G. (2016). Association between grain size and shape and quality traits, and path analysis of thousand grain weight in Iranian bread wheat landraces from different geographic regions. Not. Bot. Horti Agrobo, 44, No. 1, pp. 228-236. https://doi.org/10.15835/nbha.44.1.10256
47. Sugar, E., Fodor, N., Sandor, R., Bonis, P., Vida, G. & Arendas, T. (2019). Spelt wheat: An alternative for sustainable plant production at low N-levels. Sustainability, 11, 6726. https://doi.org/10.3390/su11236726
48. Bhave, M. & Morris, C. (2008). Molecular genetics of puroindolines and related genes: allelic diversity in wheat and other grasses. Plant Mol. Biol., 66, pp. 205-219. https://doi.org/10.1007/s11103-007-9263-7
49. Kulathunga, J., Reuhs, B.L., Zwinger, S. & Simsek, S. (2021). Comparative Study on Kernel Quality and Chemical Composition of Ancient and Modern Wheat Species: Einkorn, Emmer, Spelt and Hard Red Spring Wheat. Foods, 10(4), 761. https://doi.org/10.3390/foods10040761
50. Mutwali, N.I., Mustafa, A.I., Gorafi, Y.S. & Mohamed, I.A. (2015). Effect of environment and genotypes on the physicochemical quality of the grains of newly developed wheat inbred lines. Food Sci. Nutr., 4, No. 4, pp. 508-520. https://doi.org/10.1002/fsn3.313
51. Garg, M., Mikiko, Y., Hiroyuki, T. & Hisashi, T. (2014). Introgression of useful genes from Thinopyrum intermedium to wheat for improvement of breadmaking quality. Plant Breed., 133, No. 3, pp. 327-334. https://doi.org/10.1111/pbr.12167