Прудников П.С., к.б.н.,
Голышкина Л.В., к.б.н.,
Джигадло Е.Н., д.с-х.н.
ГНУ ВНИИ селекции плодовых культур, г.Орел, РФ
В последние годы погодно-климатические условия на Земле становятся менее благоприятными в связи с циклическими изменениями климата и загрязнени ем атмосферы. На территории нашей страны сельскохозяйственные растения возделывают в самых разнообразных условиях. Во многих случаях эти условия складываются неблагоприятно (пониженные и повышенные температуры, не достаток воды, кислорода, избыток солей и др.), что приводит к резкому сниже нию урожая и даже гибели сельскохозяйственных растений.
Многие сорта, отселектированные ранее, в годы относительной стабильности климата, реагируют на новые по срокам наступления и интенсивности абиотические стрессы резким снижением биологической продуктивности. Но это явление наблюдается не у всех сортов, и наиболее часто высокая степень адаптации к абиотическим стрессам обнаруживается в группе новых селекционных форм. К примеру, проведенный Ромахиным М.М. (2012) анализ экспериментального материала ячменя, полученного в условиях засушливого 2010 года, выявил четко выраженное перераспределение среднего уровня урожайности гибридов F2 и F3 в зависимости от степени устойчивости конкретного сорта к стрессовым факторам среды. Так, наивысшая урожайность отмечена у гибридных форм с участием самых засухоустойчивых, кислото- и солевыносливых сортов Андрей, Виват, Вятский, Московский 121, наименьшая – у слабоустойчивых к стрессовым факторам сортов Выбор, Стимул, Малахит 10, Безенчукский 2, К-23326.
Поэтому вопросы повышения устойчивости культурных растений в ходе направленной селекции приобретают все большее значение. Однако без изучения физиолого-биохимических процессов и механизмов, происходящих в растениях при адаптации к стрессу, вести современную селекцию на устойчивость к неблагоприятным факторам среды затруднительно.
Известно, что основными физиолого-биохимическими признаками на стресс являются изменения в гормональном и антиоксидантном статусе, энергетическая разбалансировка в процессах дыхания и фотосинтеза, нарушение водного режима и состава белково-углеводного комплекса, накопление продуктов липопероксидации мембран. Согласно литературным данным об адаптационных возможностях растений, наиболее восприимчивыми и неспецифичными к воздействию разных стрессовых факторов являются процессы развития липопероксидации и изменение активности антиоксидантных ферментов.
В связи с этим цель исследований состояла в проведении физиолого-биохимической оценки двух сортов сливы на устойчивость к неблагоприятным факторам среды на основе определения продуктов перекисного окисления липидов и анализа изменения активности антиоксидантной системы защиты.
Объектами исследований служили два сорта сливы: Красивая Веча и Орловская мечта.
Варианты опыта включали в себя: 1. Контроль – изолированные листья растений в емкости с водой при нормальных условиях; 2. Гипертермия – листья растений в емкости с водой в условиях действия высокой температуры 50ºС; 3. Засуха – листья растений в емкости с 50% раствором сахарозы без воздействия высокой температуры; 4. Горячая засуха – листья растений в емкости с 50% раствором сахарозы в условиях действия высокой температуры. Время экспозиции 1,5ч.
Анализ продуктов перекисного окисления липидов: малонового диальдегида оценивали по реакции взаимодействия с тиобарбитуровой кислотой (Стальная, Гаришвили, 1977), гидроперекисей – с помощью тиоцианата аммония (Романова. Стальная, 1977). Активность пероксидазы определяли методом Бояркина с использованием бензидина (Ермаков, 1987), супероксиддисмутазы – на основе нитросинего тетразолия (Гринблат, 2007).
В результате проведенных анализов по содержанию конечного продукта перекисного окисления липидов показано, что содержание малонового диальдегида возрастает у наиболее восприимчивого к действию стресс-фактора сорта (рис. 1 А). В связи с этим более устойчивым к моделированным стрессам оказался сорт сливы – Орловская мечта. При этом следует отметить, что наибольшие повреждения клеточных мембран отмечены у обоих сортов сливы при действии совместной засухи и гипертермии.
С целью подтверждения полученных результатов об устойчивости анализируемых сортов на основе структурно-функционального нарушения клеточных мембран, были проведены анализы по определению компонентов антиоксидантной системы защиты (табл1.). В результате было показано, что в отличие от толерантного сорта сливы Орловская мечта у восприимчивого Красивая Веча, под воздействием стрессов отмечено повышение активности супероксиддисмутазы (СОД), что, по-видимому, способствовало большему накоплению в клетках перекиси водорода. Об этом свидетельствует и значительное увеличение содержания одних из основных предшественников малонового диальдегида – гидроперекисей у восприимчивого сорта Красивая Веча (рис 1. Б.).
Рис. 1. Содержание малонового диальдегида (А) и гидроперекисей (Б) в листьях сливы.
1 – Контроль, 2 – Засуха, 3 – Гипертермия, 4 – Гипертермия + Засуха
Таблица 1 - Активность компонентов антиоксидантной системы защиты в зависимости от типа стрессового воздействия
Вариант
|
СОД, усл.ед.
|
Пероксидаза, усл.ед
|
1*
|
2*
|
3*
|
4*
|
1*
|
2*
|
3*
|
4*
|
Орловская мечта
|
157
|
195
|
167
|
200
|
0,11
|
0,21
|
0,16
|
0,18
|
Красивая Веча
|
114
|
169
|
156
|
210
|
0,09
|
0,18
|
0,16
|
0,15
|
1* - Контроль, 2* - Засуха, 3* - Гипертермия, 4* - Гипертермия + Засуха.
Определение другого антиоксидантного фермента пероксидазы, также подтвердило наличие устойчивости у сорта Орловская мечта. В условиях действия стрессовых факторов в данном сорте наблюдалось повышение активности пероксидазы, что в свою очередь снижает уровень перекиси водорода, в том числе и гидроперекисей.
Таким образом, на основе определения продуктов перекисного окисления липидов и компонентов антиоксидантной системы защиты определено наличие физиолого-биохимической устойчивости к гипертермии, засухе и совместному действию гипертермии и засухи у сорта сливы – Орловская мечта.
ЛИТЕРАТУРА
Гринблат А.И. Способ определения активности фермента. Патент на изобретение ¹ 2293969Б. Опубл. Бюл. изобретений, ¹ 5 от 20.02.2007. М., 2007.
Ермаков А.И. Методы биохимических исследований растений / А.И. Ермаков – Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 1987
Романова Л.А., Стальная И.Д. Метод определения гидроперекисей липидов с помощью роданистого аммония // Современные методы в биохимии / под. ред. В.Н.Ореховича. М: Медицина, 1977.
Ромахин М.М. Изучение исходного материала ярового ячменя на устойчивость к стрессовым факторам среды. Автореф. дис. к.с.-х.н., Немчиновка, 2012, 21с.
Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты // Современные методы в биохимии / под. ред. В.Н.Ореховича. М: Медицина, 1977.
АНАЛИЗ СОРТОВ ОЗИМОЙ И ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
НА СОДЕРЖАНИЕ КЛЕЙКОВИНЫ И АКТИВНОСТЬ АМИЛАЗ
Прудникова Е.Г., к.с.-.х.н., доцент
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»,
г. Орел, РФ
Пшеница (Triticum L.) на протяжении тысячелетий является одним из основных продуктов питания многих народов. В нашей стране пшеница составляет около 50% урожая всех зерновых, зернобобовых и крупяных культур.
Пшеница – наиважнейшая продовольственная культура мира. Ею питаются около 70% населения Земли. Пшеничные хлебо-булочные изделия, крупа, макароны и др. – питательные и легко переваримые продукты, пользующиеся постоянным спросом потребителя. Лучшие сорта хлеба получают из муки мягкой сильной пшеницы, содержащей 14-15% белка. Лучшие сорта макарон – из высокобелковой (17-18%) твердой пшеницы.
Прекрасную оценку значению хлеба в питании человека дал французский биохимик О. Пармантье (1785): «Хлеб является великодушным даром природы, такой пищей, которую нельзя заменить ничем другим…Он делает вкуснее остальную пищу… Он настолько нужен человеку, что, едва родившись на свет, мы уже без него не может обойтись». Академик П.П. Жуковский (1973) называл хлеб одним из величайших изобретений человечества. Хлебом и солью и сейчас встречают почетных гостей, - в этом символика жизни. Хлеб – богатство страны. Хлеб – всему голова. И как сказал великий русский ученый К.А. Тимирязев (1948-1949): «…существуют вопросы, которые всегда возбуждают живой интерес, на которые не существует моды. Таков вопрос о насущем хлебе».
Во Франции биохимик О. Пармантье в 1785г. установил, что в процессе приготовления хлеба самую большую роль играет клейковина. Клейковина является ведущим фактором, определяющим технологические, пищевые и вкусовые достоинства пшеничного хлеба (Bushuk, 1963; Bloksma, 1975).
Клейковина впервые была описана итальянским ученым Беккари в 1728г. Клейковина состоит из сложного комплекса высокомолекулярных белков. Обычно высокобелковые пшеницы содержат 35-40% сырой клейковины, а низкобелковые – 15-20%. Сырая клейковина содержит примерно 2/3 воды и 1/3 сухого вещества (Труфанов, 1994).
Распределение клейковины в отдельных частях пшеничного зерна неравномерно. В зародыше, покровных оболочках и алейроновом слое зерна клейковины нет. Вся клейковина находится в эндосперме, причем ее содержание увеличивается от центра эндосперма к периферическим частям.
Количество и главным образом хорошее качество клейковины обусловливает способность теста удерживать бродильный углекислый газ. Это увеличивает объем хлеба и делает его мелкопористым. Увеличение количества клейковины в зерне и муке повышает также белковость и улучшает внешний вид хлеба, но снижает его биологическую полноценность вследствие уменьшения содержания некоторых незаменимых аминокислот.
Количество клейковины в зерне определяли путем отмывания вручную и взвешивания по ГОСТ 13586.1- 68.
При исследовании образцов озимой и яровой пшеницы, предоставленных Всероссийским научно - исследовательским институтом зернобобовых и крупяных культур Орловской области, было выявлено варьирование содержания клейковины от 19,0 (сорт Селянка) до 24,2 % (сорт Инна), что в среднем составило у озимых сортов пшеницы 22,0 %, у яровых – 21,3 % (Табл.1).
Таблица 1 - Соотношение содержания клейковины с сырым протеином в семенах сортов озимой и яровой пшеницы (%)
№
|
Сорт
|
Содержание
|
Клейковины, %
|
Сырой протеин
(по Кьельдалю), %
|
Озимые сорта
|
1
|
Былина
|
22,90
|
14,03
|
2
|
Инна
|
24,20
|
14,70
|
3
|
Селянка
|
19,00
|
13,94
|
Яровые сорта
|
4
|
Омская 18
|
21,20
|
13,64
|
5
|
Альбидум 28
|
22,30
|
12,86
|
6
|
Саратовская 29
|
20,30
|
13,21
|
Самые высокие показатели содержания клейковины – у сортов озимой пшеницы Былина, Инна (22,9%; 24,2%, соответственно), которые отличаются и высоким количеством сырого протеина (14,03%; 14,70%, соответственно).
Исследованиями К.С.Кирхгофа в муке был открыт фермент (амилаза), ускоряющий расщепление крахмала с образованием сахара (Деревянко, 1989). Под воздействием ферментов в процессе брожения теста из крахмала образуются сахара с выделением газа, что обуславливает пористость и другие характеристики качества хлеба.
Активность α-амилазы исследовали методом основанным на определение количества нерасщепленного амилазой крахмала на фотоэлектроколориметре при красном светофильтре после обработки раствором иода. Действие β-амилазы инактивируется прогреванием фильтрата в течении 15 мин при 700С. Действие фермента выражают в мг гидролизованного крахмала в условиях опыта на 1 г муки или 1 мг белка (Ермаков, 1987).
Показатель активности амилаз варьировал у сортов озимой пшеницы от 1739 до 1821 мг/г; активность α - амилазы от 198 до 367 мг/г, что в среднем составило 1792 мг/г, 272мг/г, соответственно (табл.2).
Показатель активности амилаз у сортов яровой пшеницы варьировал от 1806 до 1948 мг/г; активность α - амилазы от 301 до 329 мг/г, что в среднем составило 1898 мг/г, 376 мг/г, соответственно.
Высокая активность амилаз у сорта яровой пшеницы Омская 18 – 1948 мг/г, низкая – у сорта озимой пшеницы Селянка (1739 мг/г).
Таблица 2 - Активность амилаз в семенах сортов озимой и яровой пшеницы (мг/г).
№
|
Сорт
|
активность
α-амилаза
|
суммарная
активность
|
|
|
Озимые сорта
|
1
|
Былина
|
252
|
1821
|
2
|
Инна
|
367
|
1816
|
3
|
Селянка
|
198
|
1739
|
Яровые сорта
|
4
|
Омская 18
|
497
|
1948
|
5
|
Альбидум 28
|
329
|
1806
|
6
|
Саратовская 29
|
301
|
1941
|
Таким образом, сорта пшеницы Былина, Инна могут дать зерно с хорошими хлебопекарными свойствами и могут в определенной мере улучшить муку из слабой пшеницы.
ЛИТЕРАТУРА
Деревянко, А.Н. Содержание белка и клейковины в зависимости от агротехники / А.Н.Деревянко // Погода и качество зерна озимых культур – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 128 с.
Ермаков, А.И. Методы биохимического исследования растений / А.И.Ермаков и др. – 3-е изд., перераб. и доп.- Л.: Агропромиздат, 1987.- 430с.
Жуковский, П.М. Выдающийся ученый селекционер Павел Пантелеймонович Лукьяненко/ П.М. Жуковский// П.П. Лукьяненко: Изб. Тр. – М.: Колос, 1973. – С.3-10.
Тимирязев, К.А. Избранные соч. //К.А. Тимирязев. – М.: Сельхозгиз, 1948-1949. – Т.2-4. -158с.
Труфанов, В.А. Клейковина пшеницы: проблемы качества/ В.А.Труфанов.- Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма, 1994.-167с.
Bloksma, A.H. Thiol and disulfide groups in dough rheology / A.H. Bloksma // Cer. Chem.-1975. - V.52 - P.170-183.
Bushuk, W. A farinograph technique for studying gluten / W.Bushuk // Cer. Chem.-1963. - V.40. - P.430-435.
|
