Макароны и хромосомы: разбираемся в сортах пшеницы

От чего мы бежим

Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее. Эта цитата из «Алисы в стране чудес» могла бы стать девизом всех селекционеров. За последние 50 лет население Земли увеличилось вдвое, но все же осталось накормлено хлебом и макаронами. А еще – напоено пшеничным пивом. Да и скот кормят особым типом этой культуры, так что животноводы тоже в долгу перед селекционерами. Но главный вызов – это вовсе не аппетиты удвоившегося населения, а глобальное изменение климата.

Пока страны думают над тем, как бы одновременно с борьбой против парниковых газов не победить собственные экономики, потепление уже наступает нам на пятки. И если одним видам от него худо, то насекомым-вредителям оно создает самые комфортные условия: у них повышается скорость метаболизма и размножения. Ученые прогнозируют, что по этой причине мы будем ежегодно терять на 46 % больше пшеницы, чем сейчас. И это при условии, что потеплеет всего на два градуса Цельсия – об этом пределе договорились страны-участницы Парижского соглашения 2015 года.

Но даже для этой цели мир прилагает маловато усилий. А каждый дополнительный градус уничтожит еще больше урожая. Вредители – полбеды. Они переносят вирусы пшеницы, включая полосатую мозаику. Бороться с насекомыми можно инсектицидами, но их будет требоваться все больше, а обработку нужно будет проводить все чаще. Совсем не похоже на сельское хозяйство мечты, ведь это и лишняя нагрузка на природу, и риск для человека.

ДЛЯ ПОЛНОГО СЧАСТЬЯ НЕ ХВАТАЕТ, ЧТОБЫ ПШЕНИЦА САМА СЕБЯ САЖАЛА, ПОЕДАЛА ВРЕДИТЕЛЕЙ И ОТБИВАЛА ГРАД БИТОЙ

Не путаем термины

И тут на сцену выходят новые сорта, устойчивые и к болезням, и к насекомым, и к любой непогоде. Для полного счастья не хватает, чтобы пшеница сама себя сажала, поедала вредителей и отбивала град битой. В мире уже сейчас имеется несколько тысяч сортов, причем в каждом регионе есть уникальные – плоды трудов местной селекции. Удивительно, но все эти тысячи разновидностей относятся лишь к нескольким видам пшеницы. Все они восходят к одному и объединены в род Triticum. Дикий предок одомашненной пшеницы, вероятно, жил больше десяти тысяч лет назад на территории современной Турции.

Главное отличие между видами пшениц на генетическом уровне – их плоидность, то есть число одинаковых наборов хромосом в клетке. У многоклеточных животных, в том числе и человека, большая часть клеток содержит две копии хромосом, а половые клетки – одну. Отклонения от этого правила приводят к серьезным заболеваниям или вовсе не совместимы с жизнью. Растения относятся к полиплоидии, то есть к кратному увеличению числа хромосом попроще: довольно часто чем больше копий, тем больше размеры организма и урожай с него. В самой распространенной T. aestivum (до 95 %) шесть наборов хромосом, как и в ее почти забытой родственнице T. spelta, которая уже не выращивается в хозяйстве. А твердая пшеница T. durum имеет четыре копии, и она менее урожайна.

Всему свое время

Все сорта пшеницы можно поделить на две большие группы по сроку вегетации. Посев озимых производят вплоть до конца ноября, а собирают летом. Такие закаленные холодом зерна чаще всего идут на хлебопекарную муку. А вот почти все сорта пшеницы для производства макарон относятся к яровым. Их сеют весной, а собирают в конце лета или осенью. Яровые культуры в целом гораздо хлопотнее: они требуют много тепла и воды, сроки посева короче, а из-за низкой урожайности нужна еще и большая площадь. Вдобавок яровые чаще, чем озимые, поражают сорняки. С ними борются механически или используют ранней весной специальные химикаты, гербициды. Пока пшеница не тронулась в рост – они для нее почти не опасны.

Растения с разными сроками посадки и созревания отличаются, конечно, свойствами зерна. Сорта, принадлежащие к твердой пшенице T. durum, практически все яровые. Ее зерно выделяется в первую очередь содержанием глютена. Эта группа белков делает тесто более эластичным: его можно сильно растянуть, не порвав. Именно поэтому макаронные изделия (особенно спагетти) лучше получаются из твердых сортов пшеницы. Участвует глютен и в поднятии теста, но тут важен еще один компонент – крахмал. В твердой и мягкой пшенице его примерно равное количество. Но находится он в разных формах.

В мягкой он значительно доступнее, поэтому и хлеб из нее получается пышнее. Так как T. durum почти исключительно яровая культура, а значит – капризная, мука из нее стоит несколько дороже. Из твердой делают и крупы: булгур, кускус, некоторые виды манки (например, семолину). А солод для производства пива или кваса чаще получают из ячменя, но можно и из мягкой пшеницы, лучше озимой. Наружная оболочка зерен мягких сортов перерабатывается в отруби. Они довольно долго считались мусором и шли в лучшем случае на корм животным. А зря, ведь они богаты жирными кислотами и белком (до 15 %).

ТАКИЕ ЗАКАЛЕННЫЕ ХОЛОДОМ ЗЕРНА ЧАЩЕ ВСЕГО ИДУТ НА ХЛЕБОПЕКАРНУЮ МУКУ

Озимая пшеница и первый снег. Фото: Федор Лашков, photocentra.ru

 Сортируй и властвуй

Уже внутри видов различают отдельные сорта. Их можно сравнить с разными породами собак и кошек. Несмотря на внешнее разнообразие, все они относятся к одному виду. При этом понятие сорта применимо только к культурным растениям, то есть каждый новый – это всегда результат работы селекционера. Так, в одном и том же виде мягкой пшеницы T. aestivum есть разновидности на любой вкус. Из одних зерен где-нибудь в Вене сделают изысканные пирожные, а другие пойдут на корм техасским коровам. Судьба их определяется местом в системе международной классификации качества пшеницы.

Стекловидное (слева) и мучнистое зерна. eltemiks-agro.ru

Для кондитера или пекаря подойдет I (мягкая яровая краснозерная) или III класс (мягкая яровая белозерная). На макароны идет пшеница класса II – твердая яровая. IV и V классы объединяют мягкие озимые сорта с красными и белыми зернами соответственно. Мука из них получается несколько хуже, чем из первых трех. А все из-за пониженного содержания глютена. Каждый класс отличается от другого по этому показателю, а также стекловидностью. Зерно при разломе должно быть прозрачным и твердым, как стекло или янтарь. Этот внешний признак обусловлен консистенцией эндосперма, главной ткани зерна. Чем выше стекловидность – тем проще перерабатывать его в муку и крупы. Этот показатель может понизиться из-за неправильного сбора или хранения. Потемнение или обесцвечивание зерна может произойти даже во время транспортировки по морю: в порт прибыл продукт одного качества, а в пункте назначения получили уже другой.

К VI классу качества относят фуражную (кормовую) пшеницу. Внутри нее тоже есть свои разновидности. Сорта с высоким содержанием целлюлозы больше подходят для лошадей и коров, а где ее меньше – для птиц и свиней.

Нет предела совершенству

Важнейший критерий качества муки – содержание в ней глютена. Но люди с непереносимостью этого белка ищут альтернативы, где его поменьше. Некоторые больные целиакией могут употреблять небольшие количества глютена без вреда для здоровья. Есть безглютеновая мука, которую получают не из пшеницы, но она значительно дороже. Выходом может стать новый сорт Сона Моти из Индии с низким содержанием клейковины и гликемическим индексом (полезно всем, но особенно диабетикам), но богатый фолиевой кислотой.

Хлеб из фиолетовой пшеницы. Фото: My Mind Patch, mymindpatch.blogspot.com

Последнее – настоящее чудо: ученые годами пытались создать пшеницу, содержащую это вещество. И тут она нашлась в дикой природе. На самом деле, эта пшеница не новая, а хорошо забытая старая. Ее выращивание забросили, и сорт одичал. Сона Моти выращивали, вероятно, по меньшей мере две тысячи лет. Вдобавок, он отличается еще и неплохой урожайностью и устойчивостью к вредителям, поэтому фермеры могут использовать меньше пестицидов. Возрожденный сорт пока завоевывает Индию, но на это сокровище, конечно, обратят внимание и другие страны, что всего лишь вопрос времени.

Найти где-то полезный одичавший сорт – большая удача, гораздо чаще их выводят годами или даже десятилетиями. Как, например, фиолетовую «Сову». Этот сорт пшеницы разработали несколько лет назад в Омске. Идея возникла еще в 1990-х, но тогда это никому не было интересно. Возродили ее уже ближе к нашему времени, а на работу ушло всего три года. Конечно, затеяли это не ради фиолетового цвета, он лишь стал побочным эффектом из-за высокого содержания антоцианов (антиоксидантов, которые тормозят окислительные процессы в организме). Насколько это полезно – сложный вопрос, исследования противоречивы. Но антиоксиданты уже успели снискать славу панацеи, поэтому спрос на них есть.

Команда ученых, создавшая «Сову», работает и над сортами пшеницы с высоким содержанием железа и цинка. Их дефицит – большая проблема для людей в странах с низким уровнем доходов. При этом значительную часть калорий они получают из хлеба. А значит, их жизнь станет немного лучше, если из него же они смогут получить еще и железо с цинком. Это же касается и пшеницы с фолиевой кислотой, которую в виде лекарств нужно принимать всем беременным. Но в бедных странах зачастую хромает обеспечение даже жизненно необходимыми препаратами, чего уж говорить о фолиевой кислоте. Хлеб однажды уже накормил человечество. Возможно, ему удастся сделать это вновь?

Слово «селекция» происходит от латинского seligere – «выбирать». Долгие века основным ее методом был отбор животных и растений по желаемым признакам, которые затем закрепляли в их потомстве. Так человек создал пекинесов из волков, превратил арбузы из 10-сантиметровых горьковатых плодов в сочные шары весом в несколько килограммов. А в России даже одомашнили лис, причем всего за несколько десятилетий (в этом случае отбор шел по признаку дружелюбия). Главный минус такого подхода – большое количество времени. Мутации у живых организмов появляются случайно, и нет никакой гарантии, что нужное изменение в геноме вообще появится. Ситуация поменялась благодаря современной генетике. И речь идет даже не о создании генномодифицированных организмов: просто найти клад легче, если у тебя есть карта.

Во-первых, мутагенез можно ускорить с помощью облучения растений гамма-лучами или воздействия специальными химическими реагентами. Этот метод, конечно, не применим к животным: они быстрее умрут, чем приобретут нужные свойства. Во-вторых, плоидность растений (а значит, и урожайность) можно увеличить с помощью колхицина – вещества, блокирующего расхождение хромосом во время деления.

В-третьих, отбор можно вести не по признакам, а по молекулярным и генетическим маркерам. Например, если какая-то последовательность в ДНК ассоциирована с холодостойкостью растения – можно поискать ее в геноме зародыша, а не выращивать пробные семена, чтобы только протестировать. Получается хорошая экономия времени. А направленное изменение генов позволяет получать сорта, устойчивые к болезням и вредителям, а значит – использовать меньше химикатов. Мутации при этом точечные, контролируемые, а не случайные, как при облучении радиацией.