CC BY
87
СОРТА И СЕМЕНА
DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10409 УДК 577.355.2:577.151
Содержание фотосинтетических пигментов и активность ферментов окислительного стресса у диких образцов гороха
С. В. БОБКОВ, кандидат
сельскохозяйственных наук,
зав. лабораторией (e-mail:
svbobkov@gmail.com)
И.А. БЫЧКОВ, младший научный
сотрудник
Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур, ул. Молодёжная, 10, к. 1, пос. Стрелецкий, Орловский р-н., Орловская обл., 302502, Российская Федерация
Изучали содержание хлорофиллов и каротиноидов, активность пероксидазы и каталазы у образцов диких подвидов гороха к-5322 (asiaticum), к-3370 (elatius), к-4014 (elatius), а также сортов гороха Темп (листочковый) и Стабил (безлисточ-ковый). Содержание хлорофиллов a и b, а также каротиноидов измеряли в листьях (усах) и прилистниках, взятых с 1-го и 2-го продуктивных узлов в фазах бутонизации, начала и завершения налива. Активность пероксидазы и каталазы определяли в листьях, прилистниках, оболочках семени, семядолях, взятых с растений в начале и конце периода налива семян. У сортов гороха максимальное содержание хлорофилла а отмечали в фазе бутонизации, к началу периода налива семян оно существенно снижалось. У диких образцов к-5322 и к-3370 уровень хлорофилла а оставался высоким более продолжительное время и в отличие от культурного гороха существенно уменьшался только к завершению периода налива семян. Изменение содержания каротиноидов у исследуемых образцов и сортов гороха в процессе вегетации совпадало с динамикой уровня хлорофилла а. Дикие образцы и сорта гороха не различались по активности каталазы. Активность пероксидазы в листьях и прилистниках растений диких образцов гороха была на порядок выше, чем в семенных оболочках и семядолях, у сортов фотосинтезирующие и запасающие органы по величине этого показателя не различались. У диких образцов гороха наблюдали увеличение активности перок-сидазы в листочках и прилистниках к завершению периода налива семян, у сортов
она, напротив, снижалась. Дикие образцы гороха к-3370 и к-5322характеризовались высоким содержанием белка, высоким уровнем хлорофиллов и каротиноидов, высокой активностью пероксидазы как в фазе бутонизации, так и на более поздних этапах налива семян. Образец дикого подвида к-3370 отличался самым высоким содержанием каротиноидов (1,5 мг/г сухого вещества).
Ключевые слова: горох, белок, дикие образцы, P. sativum, sativum, elatius, asiaticum, хлорофилл, каротиноиды, окислительный стресс, каталаза, перок-сидаза.
Для цитирования: Бобков С. В., Бычков И. А. Содержание фотосинтетических пигментов и активность ферментов окислительного стресса у диких образцов гороха //Земледелие. 2018. № 4. С. 29-33. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10409.
Горох - важная сельскохозяйственная культура умеренного климата. В 2016 г в России его выращивали на площади 1,04 млн га и произвели 2,2 млн т семян (FAOSTAT, 2018) [1]. Средняя урожайность составила 2,1 т/га. Содержание питательных веществ в семенах гороха подвержено сильному варьированию [2], в их состав входит 18,6-54,1 % крахмала, 15,532,1 % белка, 5,9-12,7 % клетчатки, 1,3-2,1 % сахарозы, 0,6-5,5 % жира, минералы, полифенольные соединения, сапонины, а-галактозиды и фитиновая кислота [3]. Белок гороха характеризуется высоким качеством, включая высокое содержание лизина, аргинина и треонина [4]. В сравнении с белком сои, он лучше усваивается в желудочно-кишечном тракте [5]. Продукты гидролиза белков гороха - короткие полипептиды, инги-бирующие активность ангиотензин 1-конвертиующего энзима, что приводит к антигепертензивному эффекту [6]. В качестве источника ценного белка горох широко используют в пищевой промышленности и кормопроизводстве.
Современные сорта культуры характеризуются относительно низким средним (23-25 %) содержанием белка [7]. Селекционная работа с горохом в течение последних 50-70 лет привела к уменьшению величины этого показателя на 1,5 % [8].
Культурный горох ведёт своё происхождение от дикого предка - подвида Pisum sativum ssp. elatius [9]. В процессе окультуривания важную роль сыграли мутации генов, контролирующие растрескивание бобов, покой и размер семян, их качество, длину стебля, массу корней и уборочный индекс. Однако большая часть генетического разнообразия гороха Pisum L. осталась за пределами культурной эволюции. Наши исследования показали, что источником генов, влияющих на накопление высокого уровня белка в семенах, могут служить дикие подвиды. Вид гороха Р. sativum L. представлен 6 подвидами: elatius (Bieb.) Schmalh., syriacum (Boiss. et Noe) Berger, abyssinicum (A. Br.) Berger, transcaucasicum Makash., asiaticum Govorov и sativum [10]. Содержание белка у образцов диких подвидов P. sativum варьирует от 19,8 до 35,8 % [11, 12]. У всех изученных подвидов elatius, asiaticum, abyssinicum, syriacum, transcaucasicum были выделены образцы, у которых величина этого показателя превышала 30 %.
Для идентификации новых генов, влияющих на высокое накопление белка в семенах, большой интерес представляет поиск уникальных изо-форм конвицилина, вицилина и легу-мина диких образцов [13], а также исследование особенностей накопления различных запасных белков у дикого и культурного гороха. Учитывая сильную зависимость содержания белка в семенах гороха от факторов внешней среды, перспективным направлением исследований служит установление связей между динамикой и уровнем накопления запасных белков, с одной стороны, и морфобиологическими, биохимическими (содержание хлорофилла и каротиноидов, активностью ы ферментов окислительного стресса) о и хозяйственно-ценными признаками, л с другой. g
Большое влияние на накопление л белка в семенах гороха оказывает s функционирование фотосинтетиче- z ского аппарата и антиокислительной 4 системы. Фотосинтез - процесс м преобразования энергии света в ° энергию химических связей с уча- 8
стием фотосинтетических пигментов хлорофиллов и каротиноидов [14]. В научной литературе представлены противоречивые сведения о связи интенсивности фотосинтеза с содержанием хлорофилла, однако нельзя не учитывать, что его недостаток может ограничивать продуктивность растений [8, 15]. На основе анализа ряда литературных источников показана положительная связь между содержанием хлорофилла на единицу поверхности земли и накоплением сухой биомассы в ценотических сообществах [15]. Уменьшение содержания этого пигмента на 20-40 % у хлорофилльных мутантов гороха
пероксидазы и каталазы, высоким содержанием в листьях аскорбиновой кислоты и каротиноидов [18].
Фотосинтетический аппарат и антиокислительную систему культурных сортов и высокобелковых диких сородичей гороха ранее не изучали. Цель исследований состояла в определении содержания хлорофиллов и каротиноидов, а также активности пероксидазы и каталазы в фазы бутонизации, начала и завершения налива семян у образцов диких подвидов гороха Pisum sativum L. для последующего поиска хозяйственно-ценных аллелей, ответственных за развитие растений в онтогенезе и обеспечи-
фирмы VELP SCIENTIFICA (Италия) для сжигания проб растительного материала и UDK-152 этой же фирмы для дальнейшей перегонки и титрования. Коэффициент перевода общего азота в белок - 6,25.
Статистическую обработку полученных результатов проводили методами многофакторного дисперсионного и корреляционного анализа.
Исследование образцов урожая 2015-2017 гг. позволило статистически значимо показать, что в сравнении с современными сортами Стабил и Темп дикие образцы гороха к-5233, к-3370 накапливали больше белка в семенах (табл. 1).
1. Содержание белка в семенах сортов и диких образцов гороха, %
Сорт, образец I 2015 2016 2017 | Среднее значение
к-5322 (asiaticum) 31,1 31,3 30,1 30,8b
к-3370 (elatius) 30,5 30,4 31,8 30,9b
к-4014 (elatius) 30,1 30,1 28 29,4ab
Темп (sativum) 29,2 29,2 25,8 28,1ab
Стабил (sativum) 27,2 27,2 24,5 26,3a
- существенные различия между группами с разными символами (p=0,003)
a, b, ab
приводила к снижению квантовой эффективности фотосинтеза на 29-30 % и, соответственно, к уменьшению прироста биомассы, в сравнении с исходным сортом Торсдаг [16]. Выявлена сильная положительная корреляция (+0,73) между урожайностью гороха и содержанием хлорофилла в бобах [15]. Созданная во ВНИИЗБК рассеченнолисточковая форма гороха с повышенным содержанием хлорофиллов характеризуется большим потенциалом продуктивности [17].
Антиоксидантная система растений включает ферментативные и неферментативные компоненты защиты [18]. Супероксиддисмутаза, перокси-даза и каталаза - наиболее важные ферменты окислительного стресса. К неферментным компонентам относятся аскорбиновая кислота, восстановленный глутатион, а-токоферол, каротиноиды, полифенольные соединения, флавоноиды и пролин.
Устойчивые к абиотическим факторам среды сорта культурных растений, как правило, характеризуются повышенной активностью пероксидазы и каталазы. В научной литературе есть сведения о повышенной активности аскорбат-пероксидазы и каталазы у засухоустойчивых сортов пшеницы [19, 20]. Сверхэкспрессия гена аскорбат-пероксидазы в хлоро-5? пластах табака придавала растениям о устойчивость к солевому стрессу и ст водному дефициту [21]. Повышенный ^ уровень аскорбат-пероксидазы име-о ли солеустойчивые сорта картофеля | [22]. Установлено, что устойчивые к неблагоприятным абиотическим фак-® торам среды листочковые сорта горо-5 ха, в сравнении с усатыми, отличались $ более высокими уровнями активности
вающих накопления высокого уровня белка в семенах.
Исследования проводили в 20152017 гг. на опытном поле ФГБНУ ВНИИЗБК в Орловской области с использованием сортов гороха Темп (листочковый, АР) и Стабил (безли-сточковый, аР), а также образцов диких подвидов гороха к-5322 (asiaticum), к-3370 (elatius), к-4014 (elatius) мировой коллекции ВИР. Семена высевали в полевых условиях с нормой 1,2 млн шт./га. Погодные условия в период взятия проб характеризовались сильными перепадами температур при достаточно благоприятном обеспечении осадками (ГТК до 2).
Содержание хлорофиллов а и Ь, а также каротиноидов измеряли в листьях (усах) и прилистниках, взятых с 1 и 2 продуктивных узлов в фазах бутонизации, начала и завершения налива. Активность ферментов пероксидазы и каталазы определяли в листьях, прилистниках, оболочках семени, семядолях, взятых с растений в начале и конце периода налива семян. Использовали семена бобов первых двух продуктивных узлов. Содержание хлорофиллов и каротиноидов определяли на спектрофотометре ПЭ-5300В (ПромЭкоЛаб, Россия) в ацетоновой вытяжке ^юМепШа!ег, Wellburn, 1983). Анализ активности каталазы проводили по Баху и Опарину (Филиппович, 1975), активности пероксидазы - по Бояркину (Ермаков, 1975) на калориметре КФК-2МП. Исследования осуществляли в 3-х кратной повторности.
Содержание белка в зерне образцов гороха определяли методом Кьельдаля с использованием программируемого дигестора DK-6
Среднее содержание хлорофиллов (листочки или усы, прилистник) у диких образцов гороха находилось на уровне или выше, чем у культурных сортов, за исключением к-4014 (табл. 2). Этот образец по содержанию хлорофиллов
2. Содержание хлорофиллов и каротиноидов (листочки или усы, прилистник) у сортов и образцов диких подвидов гороха
Хлорофиллы и каротиноиды,
Генотип мг/г сухого вещества
хлорофилл a хлорофилл b каротиноиды
к-5322 5,3ab 1,7ab 1,2ab
к-3370 6,0a 2,1a 1,5b
к-4014 4,2b 1,4b 1a
Темп 5,1a 1,8a 1a
Стабил 5,0a 1,7a 1,15a
а и ь - индексы указывают на существенные (р<0,001) различия между генотипами по содержанию хлорофиллов и кароти-ноидов
а и Ь (4,2 и 1,4 мг/г соответственно) существенно уступал культурным сортам. Образец дикого подвида elatius к-3370характеризовался повышенным на 15,7-44,6 %, в сравнении с сортами,
3. Содержание хлорофилла а в листочках, усах и прилистниках на разных этапах онтогенеза, мг/г сухого вещества
Стадия развития растений
Генотип бутони- начало заверше-
зация налива ние налива
к-5322 7,8a 7,3a 3,9b
к-3370 8,4a 9,0a 4,1b
к-4014 7,2a 5,2b 3,8b
Темп 8,9a 5,7b 4,1b
Стабил 6,3a 4,2b 3,0b
а и ь - индексы указывают на существенные различия (р<0,001) по содержанию хлорофилла а между стадиями развития растений
4. Среднее содержание каротиноидов в листочках, усах и прилистниках на разных этапах онтогенеза, мг/г сухого вещества
Генотип Стадия развития растений
бутонизация 1 начало налива завершение налива
к-5322 1,9a 1,6a 0,9b
к-3370 2,2a* 2,1a* 0,9b
к-4014 2,1a 1,2b 0,8b
Темп 1,7a 1,1b 1,0b
Стабил 1,4a 0,9b 0,9b
a и b - индексы указывают на существенные различия (p<0,001) по содержанию каротиноидов между стадиями развития растений
* существенные различия между образцом к-3370 и другими генотипами по содержанию каротиноидов при p<0,001
содержанием суммы хлорофиллов a и b, а по количеству каротиноидов (1,5 мг/г сухого вещества) существенно превышал листочковый сорт Темп и безлисточковый - Стабил на 50,0 и 30,4 % соответственно.
Растения сортов и диких образцов гороха разделились по содержанию хлорофилла а в листочках, усах и прилистниках на две группы (табл. 3). У растений первой группы (сорта Стабил, Темп и дикий образец к-4014) максимальную величину этого показателя отмечали в фазе бутонизации, после чего к началу фазы налива семян она существенно снижалась (на 33,3 %, 36 %, 27,8 % соответственно). У растений второй группы (дикие образцы к-3370 и к-5322) уровень хлорофилла а оставался высоким в начале фазы налива семян и существенно снижался к её завершению (на 51,2 и 50 % соответственно). 5. Средняя активность пероксидазы и каталазы (листочки или усы, прилистники, семенные оболочки и семядоли) у сортов и образцов диких подвидов гороха
Образец, сорт Активность пероксидазы, изменение оптической плотности/г сырой массы/мин Активность каталазы, мкмоль Н2О2/г сырой массы/ мин
к-3370 264a 94,5a
к-4014 120b 89,5a
к-5322 210ab 40,2b
Стабил 282a 81,3a
Темп 258a 90,2a
ошибки опыта, за исключение образца к-4014 (табл. 5). Активность перокси-
различие (48,2 %) наблюдали только между активностью пероксидазы в прилистниках и семенных оболочках. У сортов гороха наибольшую активность каталазы обнаруживали в семядолях и листочках (120,3 и 105,2 мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин соответственно), а наименьшую - в усах (44,7 мкмоль Н2О2/г сырой массы/ мин). Активность каталазы в семенных оболочках (69,3 мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин) культурных растений была существенно ниже, чем в семядолях (120,3 мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин).
6. Активность антиокислительных ферментов в различных органах диких и культурных растений
Орган Активность пероксидазы, изменение оптической плотности/г сырой массы/мин Активность каталазы, мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин
дикие образцы 1 сорта дикие образцы 1 сорта
Усы - 276a - 44,7a
Листочки 384a* 372a 78,6a 105,4bd
Прилистник 318a 336ab 77,3a 98,3bc
Семенная оболочка 36b 174ac 83,3a 69,3acd
Семядоля 0b 246a 96,0a 120,3b
а и ь - индексы указывают на существенные (р<0,001) различия между средними значениями активности ферментов в органах растений
дазы (120 ед. оптической плотности/г сырой массы/мин) у этого образца была существенно ниже, как в сравнении с сортами (на 55,3-57,4 %), так и с дикими сородичами к-3370 (на 54,5 %) и к-5322 (на 42,9 %). Средняя активность каталазы у сортов и двух диких образцов (к-3370, к-4014) находилась на одном уровне. У дикого образца гороха к-5322 она была существенно ниже, чем у сортов Стабил и Темп, на 50,6 и 55,4 % соответственно.
У диких и культурных растений гороха наибольшая активность пе-
Выявлены различия по средней активности (листочки, усы, прилистники, семядоли, семенные оболочки) пероксидазы на разных стадиях налива семян (табл. 7). У диких образцов гороха к завершению периода налива наблюдали увеличение активности пероксидазы на 77,3 %. Напротив, у сортов гороха она существенно снижалась на 32,1 %. Существенное снижение активности каталазы к завершению налива семян отмечали, как у дикихобразцов, так и усортов гороха на 31 и 30,2 % соответственно.
7. Активность антиокислительных ферментов на разных стадиях налива
Стадия Активность пероксидазы, изменение оптической плотности/г сырой массы/мин Активность каталазы, мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин
дикие образцы сорта дикие образцы 1 сорта
Начало налива 132 336 99,1 103,2
Завершение налива 234* 228* 68,4* 72,0*
* различия существенны, по сравнению с началом налива, при p<0,001
a и b - индексы указывают на существенные (p<0,001) различия между средними зна -чениями активности ферментов в органах растений
Изменение среднего содержания каротиноидов в усах, листочках и прилистниках в зависимости от стадии развития растений гороха совпадало с динамикой уровня хлорофилла a (табл. 4). При этом у образца к-3370 величина этого показателя была существенно выше, чем у сортов и других диких образцов в фазе бутонизации на 4,8-57,1 % в стадии начала налива семян - на 31,3-133 %.
Средняя (листочки или усы, прилистники, семенные оболочки и семядоли) активность пероксидазы у диких образцов и сортов варьировала в пределах
роксидазы обнаружена в листочках сложного листа, прилистниках и усах (табл. 6). В листьях и прилистниках растений диких образцов гороха она была на порядок выше, чем в семенных оболочках и семядолях. Наибольшая активность каталазы, напротив, отмечена в семядолях (96,0 мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин) и семенных оболочках (83,3 мкмоль Н2О2/г сырой массы/мин) диких образцов гороха, хотя существенных различий по активности каталазы в различных органах не обнаружено (см. табл. 6).
У сортов гороха показатели активности пероксидазы в листочках, прилистниках, усах, семенных оболочках и семядолях существенно не различались. Статистически значимое
Анализ динамики активности пероксидазы и каталазы в фотосинтетических органах и формирующихся семенах гороха в начале и конце периода налива семян выявил различия между дикими образцами и культурным горохом (табл. 8). У диких форм активность пероксидазы была высокой только в листочках и
СО
прилистниках, в этих органах она существенно возрастала на 48,9 %. л В семенах дикого гороха активность д пероксидазы в начале периода нали- л ва была в 118 раз ниже, чем в фото- s синтезирующих органах. При этом z к концу периода налива семян она 4 возрастала. м
У сортов гороха активность перок- 1 сидазы находилась на одном уровне, 8
Стадия Дикие образцы Сорта
листочки + прилистники семенные оболочки + семядоли листочки(усы) + прилистники семенные оболочки + семядоли
Активность пероксидазы, изменение оптической плотности/г сырой массы/мин
Начало налива 282 2,4 378 276
Завершение налива 420* 54 276 150
Активность каталазы, мкмоль Н„О „/г сырой массы/мин
Начало налива 93,2 105,5 95,5 118,9
Завершение налива 62,8* 74,1* 70,1 76,4*
* различия существенны, по сравнению с началом налива, при p<0,001
как в фотосинтетических органах растений, так и в семядолях с семенными оболочками. При этом была отмечена тенденция снижения величины этого показателя к завершению периода налива семян во всех изученных органах.
демонстрировал статистически несущественное снижение активности этого фермента с 246 до 108 ед.
Между содержанием каротиноидов и хлорофиллов а и Ьу диких образцов гороха установлены очень сильные
9. Активность пероксидазы на разных этапах фазы налива семян, изменение оптической плотности/г сырой массы/мин
Образец Подвид 1 Начало налива 1 Завершение налива
к-5322 asiaticum 132 246*
к-3370 elatius 120 354*
к-4014 elatius 246 108
* различия, по сравнению с периодом начала налива, существенны при р<0,001
У растений диких образцов гороха активность каталазы существенно снижалась как в фотосинтезирующих (на 32,6 %), так и запасающих органах растений (на 29,8 %). У сортов гороха существенное снижение величины этого показателя на 35,7 % отмечено только в семенных оболочках и семя-
10. Анализ коррелятивных связей между активностью антиоксидантных ферментов и содержанием хлорофиллов и каротиноидов
Хлорофиллы, каротиноиды Дикие образцы Со рта
пероксидаза I каталаза пероксидаза, каталаза
Хлорофилл a -0,32 +0,31 +0,46* +0,61*
Хлорофилл b -0,31 +0,36* +0,39 +0,56*
Каротиноиды -0,27 +0,37* +0,45* +0,52*
* статистические значимые корреляции при p<0,05
долях. Небольшое уменьшение активности каталазы в фотосинтезирующих органах не нашло статистического подтверждения.
Пероксидаза - основной фермент, нейтрализующий перекись водорода в хлоропластах, а каталаза - в пероксисомах, где протекают важные метаболические реакции, в том числе окисление гликолата и р-окисление жирных кислот. Поэтому увеличение активности пероксидазы в фотосинтезирующих органах диких растений гороха может свидетельствовать об активном фотосинтезе в период завершения налива семян.
В результате исследования выявлены образцы дикого гороха к-5322 5? (asiaticum) и к-3370 (elatius), характе-° ризующиеся повышением активности ст пероксидазы на стадии завершения ^ фазы налива семян (табл. 9). У обей разца к-5322 средняя величина этого | показателя от начала до завершения стадии налива семян возрастала со ® 132 до 246 ед. оптической плотности/г 5 сырой массы/мин, а у образца к-3370 $ со 120 до 354 ед. Образец к-4014 про-
коррелятивные связи (г=+0,93-0,95), у сортов - умеренные и сильные (г=+0,64-0,71). Изучение связей между активностью ферментов окислительного стресса и содержанием хлорофиллов а и Ь, а также каротиноидов выявило различия между диким и культурным горохом (табл. 10).
У диких образцов между активностью пероксидазы и содержанием каротиноидов и хлорофиллов а и Ь отмечена слабая статистически незначимая отрицательная корреляционная связь, а у сортов гороха наблюдали умеренную положительную. Между активностью каталазы и содержанием пигментов удиких образцов и сортов гороха установлено наличие умеренных положительных корреляций. При этом у сортов корреляция была более тесной (г=+0,52-0,61).
Сравнительное изучение диких высокобелковых образцов гороха и культурных сортов по содержанию хлорофиллов и каротиноидов, а также активности ферментов окислительного стресса - пероксидазы и каталазы показало, что дикие формы характеризуются более высоким содержанием пигментов фотосинтеза. Наибольшая величина этого показателя у дикого и культурного гороха наблюдается в фазе бутонизации. В отличие от сортов дикие образцы гороха сохраняют высокое содержание хлорофиллов и каротиноидов более продолжительное время, существенное его снижение происходит
только к периоду завершения налива семян. У диких образцов гороха активность пероксидазы в листьях и прилистниках на порядок выше, чем в семенных оболочках и семядолях, а у сортов гороха фотосинтезирующие и запасающие органы не различаются по активности указанного фермента. В отличие от культурного гороха у диких образцов наблюдали увеличение активности пероксидазы в листьях и прилистниках к завершению периода налива семян. Кроме того, для них характерна слабая отрицательная корреляционная связь между содержанием пигментов фотосинтеза и активностью пероксидазы. Дикие образцы гороха к-3370 (elatius) и к-5322 (asiaticum) отличались наличием ряда селекционно-ценных биохимических признаков - высоким содержанием белка, высоким уровнем хлорофиллов и каротиноидов, высокой активностью пероксидазы как в фазе бутонизации, так и на более поздних этапах налива семян. Полученные результаты указывают на наличие связи между высоким содержанием белка в семенах и повышенным содержанием хлорофиллов и каротиноидов, а также повышенной активностью пероксидазы на завершающей стадии налива семян, которая свидетельствует о большей продолжительности периода активного фотосинтеза у диких образцов гороха.
Литература.
1. Food and Agriculture Organization of the United Nations (Crops). URL: http://www.fao. org/faostat/en/#data/QC (дата обращения: 28.04.2018).
2. Improving protein content and nutrition quality / J. Burstin, K. Gallard, R. R. Mir, etc. // Biology and Breeding of Food Legumes / eds. A. Pratap and J. Kumar. Wallingford, CT: CAB International, 2011. 314-328.
3. The role of grain legumes in the prevention of hypercholesterolemia and hypertension / A. Arnoldi, C. Zanoni, C. Lammi, etc. // Crit. Rev. Plant Sci. 2015. Vol. 34. Pp. 144-168.
4. Бобков С. В., Сучкова Т. Н. Аминокислотный состав запасных белков у диких подвидов гороха // Вестник ОрелГАУ. 2012. № 3 (36). С. 30-33.
5. Genetic and genomic analysis of legume flowers and seeds / C. Domoney, G. Duc, T. H. N. Ellis, etc. // Current Opinion in Plant Biology. 2006. Vol. 9. Pp. 133-141.
6. Roy F., Boye J., Simpson B. Bioactive proteins and peptides in pulse crops:
pea, chickpea and lentil // Food Research International. 2010. Vol. 43 (2). Pp. 432-442.
7. Dissecting the proteome of pea mature seeds reveals the phenotypic plasticity of seed protein composition / M. Bourgeois,
F. Jacquin, V. Savois, etc. // Proteomics. 2009. Vol. 9. Pp. 254-271.
8. Влияние регуляторов роста и поздней некорневой подкормки удобрениями на урожайность и белковую продуктивность / Н. Е. Новикова, А. О. Косиков, С. В. Бобков и др. // Агрохимия. 2017. № 1. С. 32-40.
9. Weeden N. F. Genetic changes accompanying the domestication of Pisum sativum: is there a common genetic basis to the 'Domestication syndrome' for legumes? // Annals of Botany. 2007. Vol. 100. Pp. 1017-1025.
10. Макашева Р. Х. Зерновые бобовые культуры // Культурная флора СССР. Л.: Колос, Ленинградское отделение, 1979. С. 44-50.
11. Бобков С. В., Уварова О. В. Растительный белок зернобобовых культур и перспектива получения белковых изолятов // Вестник РАСХН. 2010. № 6. С. 83-88.
12. Бобков С. В., Уварова О. В. Перспектива использования гороха для производства изолятов запасных белков // Земледелие. 2012. № 8. С. 47-48.
13. Бобков С. В., Лазарева Т. Н. Компонентный состав электрофоретических спектров запасных белков межвидовых гибридов гороха // Генетика. 2012. Т. 48. № 1. С. 56-61.
14. Кретович В. Л. Биохимия растений: учебник для биол. факультетов ун-тов. М.: Высшая школа, 1980. 445 с.
15. Андрианова Ю. Е., Тарчевский И. А. Хлорофилл и продуктивность растений. М.: Наука, 2000. 135 с.
16. Ладыгин В. Г., Кособрюхов А. А., Вайшля О. Б. Пигменты и особенности газообмена в листьях хлорофилльных мутантов Pisum sativum // Физиология растений. 2004. Т. 51. № 5. С. 666-673.
17. Зеленов А. А., Зеленов А. Н., Новикова Н. Е. Физиологический и адаптивный потенциал рассечённолисточкового мор-фотипа гороха в чистых и смешанных посевах // Зернобобовые и крупяные культуры. 2015. № 4. С. 3-12.
18. Новикова Н. Е., Зотиков В. И., Фе-нин Д. М. Механизмы антиоксидантной защиты при адаптации генотипов гороха (Pisum sativum L.) к неблагоприятным абиотическим факторам среды // Вестник ОрелГАУ. 2011. № 2 (29). С. 5-8.
19. Sairam R. K., Deshmukh P. S., Saxena D. C. Role of antioxidant systems in wheat genotypes tolerance to water stress // Biol. Plant. 1998. Vol. 41. Pp. 387-394.
20. Proteolytic activity and cysteine protease expression in wheat leaves under severe soil drought and recovery / L. Simova-Stoilova I. Vaseva, B. Grigorova, etc. // Plant Physiol. Biochem. 2010. Vol. 48. Pp. 200-206.
21. Overexpression of ascorbate peroxidase in tobacco chloroplasts enhances the tolerance to salt stress and water deficit /
G. H. Badawi, N. Kawano,Y Yamauchi, etc. // Physiol. Plant. 2004. Vol. 121. Pp. 231-238.
22. Aghaei K., Ehsanpour A. A., Komatsu S. Potato responds to salt stress by increased activity of antioxidant enzymes // J. Integr. Plant Biol. 2009. Vol. 51. Pp. 1095-1103.
Contents of Photosynthetic Pigments and Activity of Oxidative Stress Enzymes in Wild Pea
S. V. Bobkov, I. A. Bychkov
All-Russian Research Institute of Legumes and Groat Crops ul. Molodezhnaya, 10, k. 1, pos. Streletskii, Orlovskii r-n., Orlovskaya obl., 302502, Russian Federation
Abstract. The authors studied the content of chlorophylls and carotenoids, the activity of peroxidase and catalase in the samples of wild pea subspecies K-5322 (asiaticum), K-3370 (elatius), K-4014 (elatius) and pea 'Temp' (with leaves) and 'Stabil' (leafless). The contents of chlorophylls a and b, as well as of carotenoids were determined in leaves (tendrils) and stipules, isolated from the first and the second productive nodes at the bud formation, the beginning and the end of seed filling. The activity of peroxidase and catalase was determined in leaves, stipules, seed coats, cotyledons, isolated from plants at the beginning and the end of seed filling. The content of chlorophyll a in pea reached maximum at the period of bud formation, and it significantly decreased to the beginning of seed filling. In the wild samples K-5322 and K-3370, the level of chlorophyll a remained high for a longer time and, unlike the cultivated pea, significantly decreased only to the end of the seed-filling period. The change in the content of carotenoids in the studied samples and varieties of pea during the vegetative period coincided with the dynamics of the level of chlorophyll a. Wild samples and varieties of pea did not differ in catalase activity. The activity of per-oxidase in leaves and stipules of plants of wild pea samples was an order of magnitude higher than in seed coats and cotyledons, the photosynthetic and storing organs did not differ in the value of this indicator. In wild pea samples, an increase in the activity of peroxidase in leaflets and stipules was observed at the end of the period of seed filling; in contrast, in varieties it reduced. Wild samples of pea K-3370 and K-5322 were characterized by a high protein content, a high level of chlorophylls and carotenoids, high peroxidase activity both in the budding phase, and at later stages of seed filling. The sample of the wild subspecies K-3370 was characterized by the highest content of carotenoids (1.5 mg/g dry matter).
Keywords: pea; protein; wild samples; P. sativum; sativum; elatius; asiaticum; chlorophyll; carotenoids; oxidative stress; catalase; peroxidase.
Author Details: S. V. Bobkov, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory (e-mail: svbobkov@ gmail.com); I. A. Bychkov, junior research fellow.
For citation: BobkovS.V., Bychkov I.A. Contents of Photosynthetic Pigments and Activity of Oxidative Stress Enzymes in Wild Pea. Zem-ledelije. 2018. № 4. Pp. 29-33 (in Russ.). DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10409.
DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10410 УДК 635.655.581.1
Сравнительное исследование засухоустойчивости новых сортов сои различными методами
Е. В. ГОЛОВИНА, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: kat782010@mail.ru)
Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур, ул. Молодёжная, 10, к. 1, пос. Стрелецкий, Орловский р-н, Орловская обл., 302502, Российская Федерация
С учетом потепления климата России вопросы засухоустойчивости отдельных видов и сортов приобретают первостепенное значение. В условиях лабораторного и полевого опытов изучали показатели засухоустойчивости новых сортов сои, выведенных селекционерами Всероссийского научно-исследовательского института зернобобовых и крупяных культур, Зуша, Красивая Меча, Ланцетная, Мезенка, Осмонь, Свапа, Шатиловская 17, Л-216, Л-85. Полевые опыты закладывали в 20152017 гг. в селекционном севообороте института в Орловской области. Оценку устойчивости сортов сои к дефициту влаги осуществляли в растворе сахарозы с осмотическим давлением 7 атм. Водоу-держивающую и водопоглощающую способность оценивали методом завядания срезанных листьев. Цель исследований заключалась в оценке показателей засухоустойчивости проростков и взрослых растений новых сортов сои. Сухая масса 1 проростка в контроле составила 7,6 мг (Красивая Меча) - 18,1 мг (Л-85), на сахарозе - 3,9 мг (Мезенка, Осмонь) - 7,5 мг (Зуша). Установлена отрицательная корреляция между уровнем устойчивости и отношением массы проростка в растворе сахарозы к массе в контроле r= -0,572. Сорта сои разделились на две группы: Красивая Меча, Ланцетная, Свапа и Зуша с уровнем устойчивости 29-61 %, у водоудерживающей способностью 31- е 34 % и водопоглощающей способностью л 23-28 %; Мезенка, Осмонь, Шатиловская е 17, Л-216, Л-85, у которых величины этих е показателей были равны соответственно и 80-90 %, 39-43 %, 30-33 %. У сортов пер- е вой группы уровень устойчивости ниже, чем у сортов 2 группы, в среднем на 39 %, 4 водоудерживающая способность - на 9 %, м водопоглощающая способность - на 6 %. 2 По результатам лабораторных и полевых
