agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2026.27.2.331-339agronauka-2485Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: РАСТЕНИЕВОДСТВООRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: PLANT GROWINGОценка влияния цитоплазматического эффекта на биохимический состав зерна линий соргоAssessment of the influence of cytoplasmic effect on the biochemical composition of sorghum grain lineshttps://orcid.org/0000-0002-0288-663XБычковаВ. В.BychkovaV. V.

Бычкова Вера Валерьевна, кандидат биол. наук, ведущий научный сотрудник отдела биохимии и биотехнологии

1-й Институтский пр-д, д. 4, г. Саратов, 410050

Vera V. Bychkova, PhD in Biology, leading researcher, the Department of Biochemistry and Biotechnology

1st Institutsky proezd, 4, Saratov, 410050

bychkova_vv@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1808-8974КибальникО. П.KibalnikO. P.

Кибальник Оксана Павловна, доктор биол. наук, главный научный сотрудник отдела селекции

1-й Институтский пр-д, д. 4, г. Саратов, 410050

Oksana P. Kibalnik, DSc in Biology, chief researcher, the Department of Breeding

1st Institutsky proezd, 4, Saratov, 410050

rossorgo@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9844-5339СазоноваИ. А.SazonovaI. A.

Сазонова Ирина Александровна, доктор биол. наук, главный научный сотрудник отдела биохимии и биотехнологии

1-й Институтский пр-д, д. 4, г. Саратов, 410050

Irina A. Sazonova, DSc in Biology, chief researcher, the Department of Biochemistry and Biotechnology

1st Institutsky proezd, 4, Saratov, 410050

rossorgo@yandex.ruФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы»РоссияRussian Research, Design and Technology Institute of Sorghum and CornRussian Federation202629042026272331339Copyright © Бычкова В.В., Кибальник О.П., Сазонова И.А., 20262026Бычкова В.В., Кибальник О.П., Сазонова И.А.Bychkova V.V., Kibalnik O.P., Sazonova I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/2485

В данной работе проведено исследование биохимического состава (жир, клетчатка, крахмал, белок, безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ), танин) в семенах 7 ЦМС-линий зернового сорго с разными типами стерильных цитоплазм (А1, А2, А3, А4, А5, 9Е) с ядерным геномом Карлик 4в и Желотозерное 10, а также 8 линий, закрепляющих стерильность. Растения выращивали в период с 2022 по 2024 г. в условиях Саратовской области. Оценку биохимических показателей зерна проводили с помощью инфракрасного анализатора Spectra Star XT модификации 2600XT-1, содержание танинов в муке сорго определяли по ГОСТ ISO 9648-2013. Установлены значимые различия в биохимическом составе у линий-закрепителей стерильности. Выявлены перспективные линии-закрепители стерильности с высоким содержанием крахмала, клетчатки и БЭВ – КВВ 181; крахмала и жира – КВВ 114; крахмала и БЭВ – КП-70. В среднем за 2022–2024 гг. цитоплазматический эффект на количество изученных биохимических компонентов в зерне изоядерных ЦМС-линий с разными типами стерильных цитоплазм отсутствовал. Исследуемые линии, за исключением изоядерных ЦМС-линий с геномом Карлик 4в, чей уровень был равен или несколько превышал 0,3 % (0,36 % у линии A3 Карлик 4в) в соответствии с пищевыми стандартами, характеризовались низким уровнем танинов от 0,14 до 0,25 %. Установлены сильные отрицательные корреляционные связи между содержанием золы и крахмала (r = -0,72), белком и БЭВ (r = -0,87). Выявлена отрицательная связь танинов с БЭВ (r = -0,61) и положительная – с белком (r = 0,50). Полученные сведения по влиянию цитоплазматического эффекта на биохимический состав зерна сорго позволяют более эффективно использовать выделенные источники в селекционном процессе при создании гибридов зернового сорго в зависимости от направления использования.

The study reports on an investigation of the biochemical composition (fat, fiber, starch, protein, nitrogen-free extracts (NFE), tannin) in the seeds of 7 CMS grain sorghum lines with different types of sterile cytoplasm (A1, A2, A3, A4, A5, 9E) with the nuclear genome Karlik 4v and Zhelotozernoye 10, as well as 8 sterility-maintaining lines. The plants were grown from 2022 to 2024 in the Saratov region. The biochemical parameters of the grain were assessed using a Spectra Star XT 2600XT-1 infrared analyzer. The tannin content was determined in sorghum flour according to GOST ISO 9648-2013. There were found significant deviations in the biochemical composition of the sterilitymaintaining lines. Promising sterility-maintaining lines were identified: KVV 181 (high in starch, fiber and NFE); KVV 114 (high in starch and fat); KP-70 (high in starch and NFE). On average for 2022–2024, there was no cytoplasmic effect on the amount of the studied biochemical components in the grain of isonuclear CMS lines with different types of sterile cytoplasm. The studied lines, with the exception of isonuclear CMS lines with the Karlik 4v genome, whose level was equal to or slightly exceeded 0.3 % (0.36 % in the A3 Karlik 4v line) in relation to food standards, were characterized by a low level of tannins from 0.14 to 0.25 %. Strong negative correlations were found between ash and starch content (r = -0.72), as well as between protein and NFE (r = -0.87). A negative correlation was found between tannins and NFE (r = -0.61) and a positive correlation was found between tannins and protein (r = 0.50). The obtained data on the influence of the cytoplasmic effect on the biochemical composition of sorghum grain allow for more effective use of these sources in the breeding process when creating grain sorghum hybrids, depending on the intended use.

цитоплазматическая мужская стерильностьэффект ЦМСкрахмалпротеинжиртаниныcytoplasmic male sterilityCMS effectstarchproteinfattanninsРабота выполнена при поддержке Министерства сельского хозяйства РФ в рамках Государственного задания (тема № 124020300041-5) и тематического плана ФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы»The research was carried out under the support of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation within the state assignment (topic No. 124020300041-5) and the thematic plan of Russian Research, Design and Technology Institute of Sorghum and CornReferencesAssefa A., Bezabih A., Girmay G., Alemayehu T., Lakew A. Evaluation of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) variety performance in the lowlands area of wag lasta, north eastern Ethiopia. Cogent Food & Agriculture. 2020;6(1):1778603. DOI: https://doi.org/10.1080/23311932.2020.1778603Assefa A., Bezabih A., Girmay G., Alemayehu T., Lakew A. Evaluation of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) variety performance in the lowlands area of wag lasta, north eastern Ethiopia. Cogent Food & Agriculture. 2020;6(1):1778603. DOI: https://doi.org/10.1080/23311932.2020.1778603Junior M. O., Vendramini J., Erickson J., Moriel P., Silveira M., Aguiar A. et al. Nutritive value and fermentation characteristics of silages produced from diferent sweet sorghum plant components with or without microbial inoculation. Applied Animal Science. 2020;36(6):777–783. DOI: https://doi.org/10.15232/aas.2020-02027Junior M. O., Vendramini J., Erickson J., Moriel P., Silveira M., Aguiar A. et al. Nutritive value and fermentation characteristics of silages produced from diferent sweet sorghum plant components with or without microbial inoculation. Applied Animal Science. 2020;36(6):777–783. DOI: https://doi.org/10.15232/aas.2020-02027Кибальник О. П. Влияние типа стерильной цитоплазмы на селекционно-ценные признаки гибридов F1 сорго в различных по влагообеспеченности условиях. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2023;(3):62–72. DOI: https://doi.org/10.26897/0021-342X-2023-3-62-72 EDN: BHCGRJKibalnik O. P. Effect of sterile cytoplasm type on valuable breeding traits of F1 sorghum hybrids under diff erent moisture conditions. Izvestiya Timiryazevskoy selskokhozyaystvennoy akademii = Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2023;(3):62–72. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.26897/0021-342X-2023-3-62-72Кибальник О. П., Ларина Т. В., Каменева О. Б., Семин Д. С. Оценка засухоустойчивости ЦМС-линий сорго на основе различных источников стерильности. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(4):9–17. DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2021-4-9-17 EDN: BLQLPPKibalnik O. P., Larina T. V., Kameneva O. B., Semin D. S. Assessment of drought resistance in sorghum CMS lines based on various sterility sources. Trudi po prikladnoy botanike, genetike i selektsii = Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2021;182(4):9–17. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2021-4-9-17Hanaka A., Dresler S., Mułenko W., Wojciak M., Sowa I., Sawic M. et al. Phenolic-based discrimination between non-symptomatic and symptomatic leaves of Aesculus hippocastanum infested by Cameraria ohridella and Erysiphe flexuosa. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(18):14071. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms241814071Hanaka A., Dresler S., Mułenko W., Wojciak M., Sowa I., Sawic M. et al. Phenolic-based discrimination between non-symptomatic and symptomatic leaves of Aesculus hippocastanum infested by Cameraria ohridella and Erysiphe flexuosa. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(18):14071. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms241814071Feng K., Tang F., Zhang Y., Nong M. L. Transcriptome profiling of Micromelalopha troglodyta (Lepidoptera: Notodontidae) larvae under tannin stress using solexa sequencing technology. Journal of Entomological Science. 2021;56(3):321–342. DOI: https://doi.org/10.18474/JES20-48Feng K., Tang F., Zhang Y., Nong M. L. Transcriptome profiling of Micromelalopha troglodyta (Lepidoptera: Notodontidae) larvae under tannin stress using solexa sequencing technology. Journal of Entomological Science. 2021;56(3):321–342. DOI: https://doi.org/10.18474/JES20-48Ducksbury C., Neale E. P., Stefoska-Needham A. The effect of sorghum consumption on markers of chronic disease: A systematic review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;63(2):159 –177. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1944976Ducksbury C., Neale E. P., Stefoska-Needham A. The effect of sorghum consumption on markers of chronic disease: A systematic review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;63(2):159 –177. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1944976Jingyi Y., Reddy C. K., Fan Z., Xu B. Physicochemical and structural properties of starches from non-traditional sources in China. Food Science and Human Wellness. 2023;12(2):416–423. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fshw.2022.07.043Jingyi Y., Reddy C. K., Fan Z., Xu B. Physicochemical and structural properties of starches from non-traditional sources in China. Food Science and Human Wellness. 2023;12(2):416–423. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fshw.2022.07.043Espitia-Hernández P., Chavez Gonzalez M. L., Ascacio-Valdés J. A., Dávila-Medina D., Flores-Naveda A., Silva T. et al. Sorghum (Sorghum bicolor L.) as a potential source of bioactive substances and their biological properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;62(8):2269–2280. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1852389Espitia-Hernández P., Chavez Gonzalez M. L., Ascacio-Valdés J. A., Dávila-Medina D., Flores-Naveda A., Silva T. et al. Sorghum (Sorghum bicolor L.) as a potential source of bioactive substances and their biological properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;62(8):2269–2280. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1852389Li Z., Zhao X., Zhang X., Liu H. Bioactive Compounds and Biological Activities of Sorghum Grains. Foods. 2021;10(11):2868. DOI: https://doi.org/10.3390/foods10112868Li Z., Zhao X., Zhang X., Liu H. Bioactive Compounds and Biological Activities of Sorghum Grains. Foods. 2021;10(11):2868. DOI: https://doi.org/10.3390/foods10112868Taylor J. R., Duodu K. G. Resistant-type starch in sorghum foods–Factors involved and health implications. Starch-Stärke. 2023;75(9–10):2100296. DOI: https://doi.org/10.1002/star.202100296Taylor J. R., Duodu K. G. Resistant-type starch in sorghum foods–Factors involved and health implications. Starch-Stärke. 2023;75(9–10):2100296. DOI: https://doi.org/10.1002/star.202100296Moran J. L., Rooney W. L. Effect of cytoplasm on the agronomic performance of grain sorghum hybrids. Crop Science. 2003;43(3):777–781. DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2003.0777Moran J. L., Rooney W. L. Effect of cytoplasm on the agronomic performance of grain sorghum hybrids. Crop Science. 2003;43(3):777–781. DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2003.0777Zhao W., Liu Y., Zhou K., Li K., Shen J. How sorghum grain composition affects the quality of Chinese Baijiu - a comprehensive review. Journal of Food Composition and Analysis. 2024;(134):106512. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfca.2024.106512Zhao W., Liu Y., Zhou K., Li K., Shen J. How sorghum grain composition affects the quality of Chinese Baijiu - a comprehensive review. Journal of Food Composition and Analysis. 2024;(134):106512. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfca.2024.106512Бычкова В. В. Эльконин Л. А. Изучение влияния типа стерильной цитоплазмы на содержание белка у линий и гибридов зернового сорго. Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса в условиях аридизации климата: мат-лы II Междунар. науч.-практ. конф. (24-25 марта 2022 г.). Саратов: ООО «Амирит», 2022. С. 28–32. Режим доступа: https://kpfu.ru/staff_files/F1289277269/SBORNIK_MATERIALOV_Konferenciya_MART_2022_FGBNU_RosNIISK_Rossorgo.pdfBichkova V. V., Elkonin L. A. Study of the effect of the type of sterile cytoplasm on the protein content of grain sorghum lines and hybrids. Scientific support for the sustainable development of the agro -industrial complex in the context of climate aridization: Proceedings of the II International Scientific and Practical Conference (March 24-25, 2022). Saratov: OOO «Amirit», 2022. pp. 28–32. URL: https://kpfu.ru/staff_files/F1289277269/SBORNIK_MATERIALOV_Konferenciya_MART_2022_FGBNU_RosNIISK_Rossorgo.pdfБычкова В. В. Эльконин Л. А. Изучение влияния типа стерильной цитоплазмы на содержание крахмала у линий и гибридов зернового сорго. Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса в условиях аридизации: мат-лы II Междунар. науч.-практ. конф. (24-25 марта 2022 г.). Саратов: ООО «Амирит», 2022. С. 23–27. Режим доступа: https://kpfu.ru/staff_files/F1289277269/SBORNIK_MATERIALOV_Konferenciya_MART_2022_FGBNU_RosNIISK_Rossorgo.pdfBichkova V. V. Elkonin L. A. Study of the effect of the type of sterile cytoplasm on the starch content of grain sorghum lines and hybrids. Scientific support for the sustainable development of the agro -industrial complex in the context of climate aridization: Proceedings of the II International Scientific and Practical Conference (March 24-25, 2022). Saratov: OOO «Amirit», 2022. pp. 23–27. URL: https://kpfu.ru/staff_files/F1289277269/SBORNIK_MATERIALOV_Konferenciya_MART_2022_FGBNU_RosNIISK_Rossorgo.pdfКовтунов В. В., Ковтунова Н. А., Кравченко Н. С. Антиоксидантные свойства зерна сорго. Достижения науки и техники АПК. 2019;33(6):37–39. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-10609 EDN: EXTKLYKovtunov V. V., Kovtunova N. A., Kravchenko N. S. Antioxidant properties of sorghum grains. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AICis. 2019;33(6):37–39. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-10609Kurniawan H., Dwiatmini K. Tannin content diversity in sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench.) germplasm. International conference on organic and applied chemistry (ICOAC) 2022. AIP Conference Proceedings. 2024;2957(1):060005. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0183913Kurniawan H., Dwiatmini K. Tannin content diversity in sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench.) germplasm. International conference on organic and applied chemistry (ICOAC) 2022. AIP Conference Proceedings. 2024;2957(1):060005. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0183913Sedghi M., Golian A., Soleimani-Roodi P., Ahmadi A., Aami-Azghadi M. Relationship between color and tannin content in sorghum grain: application of image analysis and artificial neural network. Revista Brasileira de Ciência Avícola. 2012;14(1):57–62. DOI: https://doi.org/10.1590/S1516-635X2012000100010Sedghi M., Golian A., Soleimani-Roodi P., Ahmadi A., Aami-Azghadi M. Relationship between color and tannin content in sorghum grain: application of image analysis and artificial neural network. Revista Brasileira de Ciência Avícola. 2012;14(1):57–62. DOI: https://doi.org/10.1590/S1516-635X2012000100010Бычкова В. В., Кибальник О. П., Сазонова И. А., Каменева О. Б. Влияние метеорологических условий года на биохимический состав зерна сорго. Аграрная наука. 2023;(12):102–107. DOI: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-377-12-102-107 EDN: ELWENKBychkova V. V., Kibalnik O. P., Sazonova I. A., Kameneva O. B. Influence of meteorological conditions of the year on the biochemical composition of sorghum grain. Agrarnaya nauka = Agrarian science. 2023;(12):102–107. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-377-12-102-107Кибальник О. П., Бычкова В. В., Ерохина А. В. Использование корреляционного анализа в селекции зернового сорго для засушливых регионов. Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2024;(3(77)):36–44. DOI: https://doi.org/10.24411/2078-1318-2024-3-36-44 EDN: PLGAXUKibalnik O. P., Bichkova V. V., Yerokhina A. V. Use of correlation analysis in grain sorghum selection for arid regions. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Izvestiya Saint-Petersburg State Agrarian University. 2024;(3(77)):36–44. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.24411/2078-1318-2024-3-36-44

The authors declare that there are no conflicts of interest present.