CC BY
71
581.1,634.8,633.11
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ВЫРАЩИВАНИЯ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА ТРИТИКАЛЕ
Л.В. ЧУМИКИНА, Л.И. АРАБОВА, А.Ф. ТОПУНОВ
Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН,
119071, г. Москва, Ленинский пр., 33; факс: (495) 954-27-32, электронная почта: inbi@inbi.ras.ru
Рассмотрены ключевые вопросы, затрагивающие влияние температурного режима выращивания на продуктивность, посевные и урожайные качества семян тритикале. Особое внимание уделено влиянию почвенно-климатических условий на количество и качество белка зерна тритикале. Ввиду того, что зерно тритикале является перспективным сырьем для производства хлеба, кондитерских и макаронных изделий, в обзоре приводится детальный анализ содержания белка в зерне тритикале и его аминокислотного состава.
Ключевые слова: тритикале, рожь, пшеница, качество зерна, продуктивность зерна, температура, пищевая ценность,
Одним из условий получения полезных хозяйственных признаков тритикале являются оптимальные условия прорастания зерна, обеспечивающие надлежащий метаболизм его составных компонентов и формирование наземной, листовой части и корневой системы. При прорастании семена должны из сухого состояния перейти к набухшему, восстановить структуру мембран. Набухшее зерно, возобновляя метаболическую и ростовую активность, переходит к выполнению новой генетической программы, превращающей зародыш в проросток. Кроме того, семенам, чтобы прорасти, необходимо преодолеть экологические стрессы [1].
Одним из наиболее важных факторов внешней среды, регулирующих процессы жизнедеятельности на всех стадиях развития растения, является температура. В период прорастания температура влияет не только на скорость, но и на способность семян прорастать. Длительное пребывание зерна при высокой температуре приводит к низкому урожаю и низким физико-химическим характеристикам его качества. При этом нарушается энергия зерна, что приводит к уменьшению длины проростков и корней [2]. Известно, что семена способны прорастать при определенной температуре, характерной для каждого вида, причем имеется четкий максимум и минимум температуры для прорастания зерна, а между ними лежит широкая область, внутри которой прорастание также может быть осуществлено.
100
80
60
40
20
Исследование влияния температуры на прорастание, динамику роста корня и ранний протеолиз в зародышах и эндосперме зерна озимого тритикале по сравнению с зерном ржи и озимой пшеницы показало, что все три вида зерна способны прорастать в диапазоне температуры от 10 до 30°С (рис. 1: кривая 1 - рожь, 2 -тритикале, 3 - пшеница) [2]. Для сравнительного анализа влияния температуры на прорастание зерна все семена были среднего размера, выращенные на одном поле, с общим агрофоном и в один год. Наибольший процент прорастания наблюдался у пшеницы при 20°С, ржи - при 15°С, тритикале - при 30°С. Но эти значения не были оптимальными для тритикале и ржи, так как дальнейшее развитие корневой системы и стебля при них замедлялось. Оптимальной для прорастания и дальнейшего развития пшеницы и ржи оказалась температура 20°С, а для тритикале - 28°С.
При повышении температуры до 37°С резко снижался процент проклюнувшихся зерен, а рост осевых органов после этого прекращался. При 40°С прорастание всех зерновых культур полностью угнеталось [2].
Несмотря на то, что семена одного вида способны прорастать в широком диапазоне температур, время, необходимое для достижения максимального прорастания, может быть различным в зависимости от температуры. Иными словами, скорость прорастания зависит от температуры.
0,075
0,060
0,045
0,030
0,015
0,000
10 20 30
Температура, С
50
10 20 30
Температура, °С
40
белок, аминокислоты.
2
0
0
Рис. 1
Рис. 2
Определение скорости прорастания (величины, обратной времени полного прорастания) имеет большое значение в характеристике реакции семян на температуру. На рис. 2 (нумерация кривых аналогична рис. 1) видно, что скорость прорастания тритикале практически совпадает с пшеницей, но отличается от ржи. Линейная регрессия скорости прорастания от температуры может быть использована для теоретического определения минимальных для прорастания семян температур.
При изучении зависимости прорастания семян от температуры необходимо учитывать, что популяция семян неоднородна в отношении скорости прорастания. Согласно [3], семена зерновых культур больших и малых размеров имеют одинаково высокое конечное прорастание при оптимальных температурах; однако конечное прорастание малых семян более низкое, чем больших, как при суб-, так и при супраоптимальных температурах.
Температура окружающей среды влияет не только на прорастание семян, но также на их продуктивность и качество при созревании. С точки зрения семенной продуктивности представляют интерес те значения температуры окружающей среды, при которых растение способно дать наибольшее количество семян. В литературе имеются противоречивые данные по этому вопросу [4, 5]. Ряд авторов утверждают, что если в период формирования и созревания семян стоит теплая и умеренно влажная погода, то получаются семена хорошего качества. Холодная же погода отрицательно влияет на формирование зародышей, энергию прорастания и т. п. Другие исследователи указывают на положительную роль умеренно низкой температуры в формировании отдельных показателей семян. Некоторые авторы [6] доказывают отрицательное влияние на всхожесть и энергию прорастания семян как низкой (8-10°С), так и высокой (30-35°С) температуры.
Изучая влияние различных температурных режимов на продуктивность, посевные и урожайные качества семян тритикале в лабораторных и полевых условиях, авторы [7] пришли к выводу, что, несмотря на некоторые различия в реакции семян озимого и ярового тритикале на температуру и сортовые особенности, для повышения продуктивности растений и качества семян наиболее благоприятные условия создаются при среднесуточнойтемпературе около 15°С.С повышением температуры продуктивность растений, посевные и урожайные качества семян понижаются.
Тип развития растений, устойчивость к неблагоприятным условиям, продолжительность вегетационного периода, размеры и число отдельных элементов продуктивности и в целом урожай в значительной степени обусловлены темпами онтогенеза, который определяется реакцией растений на свет в начальный период жизни и характером реагирования на температурный фактор [8].
Имеются указания на возможность прогнозирования урожайности по метеорологическим факторам заблаговременно или в начальные этапы развития зерновых культур, в том числе и тритикале. Результаты ис-
следования влияния влаги, суммы температур в начальные фазы развития на урожайность ярового тритикале показали, что эти факторы особенно важны для роста растения [9].
Таким образом, температура является очень важным фактором, влияющим на прорастание семян. Каждая популяция семян имеет характерные особенности температурной области - диапазона, в котором прорастание может иметь место. Эти факторы определяют количество семян в популяции, способных завершить прорастание, и скорость этого процесса. К сожалению, нет точного объяснения основного действия температур на прорастание.
С учетом того, что зерно тритикале является перспективным сырьем для производства хлеба, кондитерских и макаронных изделий, целесообразна дальнейшая селекция растений, разработка и создание новых сортов тритикале. При этом возникает необходимость более детального анализа содержания белка и его аминокислотного состава, поскольку зерно отечественных форм тритикале изучено недостаточно.
По содержанию белка зерно тритикале превосходит пшеницу. Но имеются сведения, что в содержании белка в зерне тритикале наблюдается значительная изменчивость в зависимости от места репродукции [10]. Тем не менее существует общая закономерность: гексапло-идные формы тритикале по содержанию белка превосходят стандартные сорта не только ржи, но и пшеницы на 0,5-4,4%.
Влияние почвенно-климатических условий на количество и качество белков зерна тритикале отмечено также в работе [11]. Общее содержание белка у зерна тритикале выше, чем у стандартных сортов пшеницы и особенно ржи (табл. 1). Хорошо прослеживается существенное влияние района произрастания на содержание белка в зерне тритикале. Наиболее высокобелковыми оказались сорта, выращенные в условиях Алма-Атинской и Омской областей. Для тритикале, как и для пшеницы, отмечена большая зависимость содержания белка от условий выращивания, чем от сортового признака [11].
Таблица 1
Образец зерна
Содержание общего белка по районам произрастания. % на СВ
Полтавская область Саратовская область Алма-Атинская область Омская область
15,10 15,39 18,35 18,41
14,88 16,58 18,41 16,99
14,82 15,90 18,64 17,38
11,57 12,20 - 13,62
13,85 15,39 16,36 16,24
АД-196
АД-201
АД-206
Рожь
Пшеница
Пониженное содержание белка у тритикале, выращенного в Белоруссии, объясняется почвенно-климатическими условиями республики. Различное содержание белка у тритикале даже в пределах Могилевской области - 10,5-14,25% - подтверждает большую значимость условий выращивания [12].
35
30
25
20
15
10
□ Пшеница ЕІТритикале ПРожь
ШПГЛ
Лиз Гис Арг Асп Тре Сер Глу Про Гли Ала Вал Иле Лей Тир Фен Три
Рис. 3
Важным показателем качества белка, отражающим его физико-химические свойства и биологическую природу, является фракционный состав. Авторы [13], используя модифицированный метод Осборна для белков эндосперма тритикале и его родительских форм, получили 5 фракций: водорастворимую, солерастворимую, спирторастворимую, растворимую в уксусной кислоте и остаток. Количественный состав растворимых белковых фракций у тритикале был промежуточным между аналогичными фракциями у родительских форм. Нерастворимая фракция белков тритикале несколько уступала таковой родительских видов.
Аналогичные результаты были получены при сравнении фракционного состава амфидиплоида АД-196 из Омской области и соответствующих фракций стандартных сортов пшеницы и ржи, выращенных там же [11].
Сравнение белковых фракций тритикале с белком твердозерновой красной яровой пшеницы показало, что тритикале имеет значительно больше водорастворимого белка, несколько больше солерастворимого и несколько меньше спирторастворимого, приблизительно то же количество белка, растворимого в уксусной кислоте, и значительно меньше нерастворимого белка (осадка). У линий тритикале с таким фракционным составом тесто значительно более тягучее и менее эластичное, чем тесто из муки мягкой пшеницы, поэтому мука из тритикале не используется для производства хлеба без специальных ингредиентов и модификации технологии [13].
Известно, что между урожаем зерна и белковостью существует отрицательная корреляция. Данная зависимость была прослежена в работе [14]. При наибольшей урожайности некоторых сортов их зерно характеризуется пониженным содержанием белка. А высокобелковые сорта отличаются низкими урожаями.
По данным [11, 14], аминокислотный состав белка тритикале является промежуточным между двумя родительскими видами и характеризуется значительным содержанием глутаминовой кислоты, пролина, лейци-
на и аспарагиновой кислоты (рис. 3). Особое внимание при анализе уделяется содержанию незаменимых аминокислот, обусловливающих биологическую ценность белков зерна. Некоторыми авторами наблюдается тенденция увеличения суммы незаменимых аминокислот в расчете на 100 г белка при снижении белковости зерна тритикале и повышении урожайности [14].
По сумме незаменимых аминокислот тритикале занимает промежуточное положение между пшеницей и рожью, несколько уступая последней (табл. 2). Особо нужно отметить промежуточное содержание лизина, являющегося у тритикале, как и у пшеницы, главной лимитирующей аминокислотой. Количество его у тритикале в среднем составило 3,5%, а у ржи и пшеницы соответственно 4 и 3%, поэтому белок тритикале является более полноценным в биологическом отношении, чем белок пшеницы.
Таблица 2
Аминокислота Содержание в зерне, г/100 г белка
Тритикале Пшеница Рожь
Лизин 3 ,44 2,83 4 02
Треонин 3,55 2 98 4 06
Метионин 1, 28 1 ,42 1,35
Изолейцин 3, 45 2,68 3 ,70
Лейцин 7,20 7 22 7 ,75
Фенилаланин 4 94 3,77 4 74
Валин 4 48 3 ,73 5,10
Триптофан 1,20 1,10 -
Большинством авторов отмечается, что белок тритикале характеризуется хорошо сбалансированным аминокислотным составом [15-18].
Возможность утилизации белков организмом предопределена минимальным скором одной из аминокислот [19]. Поэтому для наиболее полной характеристики биологической ценности белков зерна тритикале различных сортов проводилось сопоставление их аминокислотного состава с идеальной шкалой аминокис-
5
0
Таблица 3
Сорт тритикале Аминокислотный скор зерна, %
Валин Изолейцин Лейцин Лизин Метионин, цистеин Треонин Фенилаланин, тирозин
Тальва 100 1OO 101 1O3 68 99 94 123
Привада 95 90 96 63 87 8O 100
Рондо 1O6 98 1O6 8O 94 94 129
Линия 14 1O4 94 1O2 71 1O3 86 119
Линия 8 1O2 99 1O3 86 91 82 130
ТИ-17 1OO 108 112 6O 98 86 134
Каприз 98 103 98 57 88 87 120
Водолей 1O4 100 111 74 98 1O4 144
Союз 1O2 101 111 8O 1O3 97 138
Мир 1O5 102 113 74 1O3 1OO 142
КН-18-7 1OO 87 99 64 87 93 133
Идея 1O7 112 114 75 1O8 98 163
Идеальный белок 1OO 100 1OO 1OO 1OO 1OO 100
лот [14]. Расчет аминокислотного скора С осуществлялся по формуле
С = (А/Н,) • 100%,
где А;> 0 - содержание /-й аминокислоты в белке зерна тритикале и в идеальном белке, г/100 г белка.
Расчет аминокислотного скора, проведенный для 12 различных сортов тритикале (табл. 3), показал, что только 4 сорта - Союз, Идея, Водолей, Мир - являются наиболее сбалансированными по аминокислотному составу, другие же сорта содержат несколько меньше либо лизина, либо треонина.
Изменчивость в содержании белка и лизина в нем у тритикале по сравнению с пшеницей свидетельствует о возможности дальнейшего улучшения качества белка у этой культуры параллельно с продолжением селекции по таким признакам как урожайность и выполненность зерна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bewley J.D., Black М. Seeds: Physiology of development and germination. - N.Y.; London: Plenum Press , 1994. - 445 p.
2. Чумикина Л.В., Арабова Л.И., Мартынова И.В., Кол-пакова В.В. Изменение белкового комплекса семян тритикале при прорастании // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2005. - № 2-3. -С. 51-54.
3. Naylor R.E.L. The effect of parent plant nutrition on seed size , viability and vigour and on germination of wheat and triticale at
different temperatures // Ann. Appl. Biol. - 1993. - 123. - № 2. -С. 379-390.
4. Усольцева Т.И. Изменение клейковины в зависимости от некоторых условий выращивания пшеницы // Тр. ВНИИЗ. -1964.-50-51.-С. 32-35.
5. Коренев Г.В., Подгорный П.И., Щербак С.Н. Влияние условий возделывания на урожайные качества семян // Растениеводство с основами селекции и семеноводства. - М.: Колос, 1973. -256 с.
6. Коловин А.И., Горбинова В.А., Радченко О.П. Влияние низких и высоких температур в период налива и созревания зерна на урожай яровой пшеницы // Метеорология и гидрология. -1977.-№ 12.-С. 57-59.
7. Сечняк Л.К., Киндрук Н.А., Слюсаренко О.К. Продуктивность и качество семян тритикале в зависимости от температурного режима выращивания // Генетика, селекция и агротехника тритикале. - Одесса: ВСГИ, 1980. - С. 91-95.
8. Федоров А.К. Биология и продуктивность тритикале // Изв. АН СССР. Серия биологическая. - 1988. - 1. - С. 5-12.
9. Лихацевич А.П., Семененко Н.Н., Волкова Е.И., Журавлев В.А. Влияние влаго- и теплообеспеченности на продолжительность фенологических фаз развития ярового тритикале // Мелиорация переувлажненных земель. -2007. -№ 1. - С. 39-46.
10. Покровская Н.Ф. Содержание белка и лизина в зерне амфидиплоидов пшеницы // Тр. по прикладной ботанике, селекции и генетике ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова. - 1976. - 36. -№3.-С. 78-85.
11. Жмакина О.А., Кретович В.Л., Сахарова И.А. Некоторые биохимические особенности зерна тритикале // Прикл. биохим. и микробиол. - 1976. - 12. -№ 6. - С. 909-913.
12. Районированные сорта - основа высоких урожаев: Кат. Р18 районированных сортов по Беларуси / Отв. ред. А.М. Старовойтов. -Минск: Урожай, 1997. - С. 16-30.
13. Chen С.Н., Bushuk W. Nature of proteins in triticale and its parental species. I Solubility characteristics and amino acid composition of endosperm proteins // Can. J. Plant Sci. - 1970. - 50. -№.9.-P. 162-170.
14. Мироненко Н.Н. Особенности аминокислотного состава белка зерна тритикале / Воронеж. госагроуниверситет им. К.Д. Глинки. -http://chem.kstu.ru/butlerov_comm/2003/1m/data/jchem&cs/ russian/n1/appl1/2vr18/2vr18.pdf (дата обращения 20.03.2008).
15. Бободжанов В.А., Солоненко Л.П., Бободжанова М.Б. Биохимические особенности зерна гексаплоидного тритикале //Докл. ВАСХНИЛ. - 1988. -№ 5. - С. 5-8.
16. Жмакина О.А., Рядчиков В.Г., Кретович В.Л. Сравнение биологической ценности белков зерна пшеницы, ржи и тритика-ле//Прикл. биохим. и микробиол. -1977.-XIII.-№4.-С. 595-599.
17. Mosse J., Huet J.C., Baudet J. The amino acid composition of triticale grain as a function of nitrogen content: comparison with wheat and rye // J. of Cereal Science. -1988.- 7. - № 1. -P. 49-60.
18. Шевченко В.Е., Павлюк Н.Т., Верзилин В.В. Тритикале. - Воронеж: ВГАУ, 1997. - 281 с.
19. Рогов И.А., Антипова Л.В., Дунченко Н.И., Жеребцов Н.А. Химия пищи. Книга 1: Белки: структура, функции, роль в питании. - М.: Колос, 2000. - 384 с.
Поступила 09.07.08г.
IMPACT OF GROWING TEMPERATURES ON TRITICALE SEED PERFORMANCE AND QUALITY
L.V. CHUMIKLNA, L.I. ARABOVA, A.F. TOPUNOV
Bach Institute of Biochemistry Russian Academy of Sciences,
33, Leninskiipr., Moscow, 119071; fax: (495) 954-27-32, e-mail: inbi@inbi.ras.ru
Looks at the key issues concerning the impact of growing temperatures on triticale seed performance and sowing and yielding qualities. A special emphasis is laid on the impact of soil and climate conditions on the quality and quantity of triticale seed protein. In view of the fact that triticale seed is a potentially productive raw material for making bread, confectionery and pasta, the review gives a detailed analysis of protein content in the triticale seed as well as its amino acid composition.
Key words: triticale, rye, wheat, seed quality, seed performance, temperature, food value, protein, amino acids.
641.51:614.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ ИНГИБИТОРОВ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
М.В. СОЛОМИНЦЕВ, М.П. могильный
Пятигорский государственный технологический университет,
357500, г. Пятигорск, ул. 40лет Октября, 56; факс: (879) 397-39-27, электронная почта: oo@pgtu.ru
Проанализированы различные методики определения активности ингибиторов протеолитических ферментов с точки зрения их продолжительности, затратности, точности полученных результатов.
Ключевые слова: ингибиторы протеолитических ферментов, активность протеазы, безопасность продуктов.
Ингибиторы протеаз содержатся в различном растительном сырье, количество которого зависит от содержания белковых веществ.
Ингибиторы протеаз являются протекторным фактором растений от неблагоприятных экологических факторов, включая воздействие насекомых, вирусов, бактерий и т. п. Они содержатся в семенах зерновых, бобовых, масличных и других культур: в кукурузе, арахисе, картофеле и др. В бобах сои содержатся пять и более ингибиторов трипсина в количестве 5-10% общего содержания белка [1].
Проблема ингибиторов трипсина для организма человека неоднозначна. Ингибирующие трипсин вещества лимитируют усвоение белков, подавляя активность пищеварительных ферментов. Однако активность ингибиторов трипсина сои, картофеля, яиц и других продуктов по отношению к трипсину человека весьма низка и ниже, чем для трипсина крупного рогатого скота и других животных. К тому же ингибиторы трипсина могут быть сравнительно легко денатурированы и удалены. Ингибиторы трипсина отличаются повышенным содержанием серосодержащих аминокислот (цистин, метионин) и ответственны за защиту растений от экзогенных протеаз грибов, бактерий и насекомых. Экспериментально доказана связь между повышением устойчивости различных сортов сои к бактериальным и вирусным болезням и ростом содержания ингибиторов трипсина в бобах [1]. С точки зрения увеличения биологической ценности и выхода пищевого белка большой интерес представляет селекция сои на повышенное содержание ингибитора трипсина [1,2].
Кроме отрицательного влияния на человека, ингибиторы протеаз, в частности ингибиторы трипсина, оказывают положительное влияние при различных состояни-
ях организма: они благотворно влияют на состояние здоровья в постоперационном периоде при склеропла-стике у детей [3], выполняя функции противовоспалительного, антибактериального и противовирусного препарата. Поэтому содержание определенного, строго регламентированного количества таких веществ для организма необходимо. Предельно допустимое количество ферментов-ингибиторов трипсина в пищевых продуктах согласно [4] - не более 0,5%.
В связи с этим существует необходимость определения количества ингибиторов протеаз в пищевых продуктах, содержащих в своем составе растительное сырье, обладающее трипсинингибирующей активностью.
Существует ряд методик, позволяющих получить количественное значение ингибирующей активности пищевых продуктов в различных выражениях. Можно выделить три основные группы методов: спектрофотометрические и спектрофлюорометрические, колориметрические, манометрические [5].
Спектрофотометрические методы основаны на поглощении света в определенных участках спектра многими соединениями, являющимися активными группами ферментов, субстратами или продуктами реакции. Положение максимума поглощения при определенной длине волны определяется наличием в исследуемом материале определенных групп - аналитических форм. Для измерения спектров используют специальные приборы - спектрофотометры, фотометрические аб-сорбциометры и др.
Этот метод отличается высокой чувствительностью, быстротой определения, малым расходованием реактивов и позволяет следить за течением реакции во времени. Для этого реакционную смесь помещают в кювету, вставленную в термостатируемый кюветодер-
