Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиолого-биохимические изменения в семенах подсолнечника при старении

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Физиолого-биохимические изменения в семенах подсолнечника при старении"

рг Б ОД

На правах рукописи

ГАЫАНЧЕНКО АЛЛА ИВАНОВНА

ФИЗИОЛОГО БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СЕМЕНАХ ПОДСОЛНЕЧНИКА ПРИ СТАРЕНИИ

03.00.04 - Биохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 1995

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом

университете

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор технических наук, профессор Щербаков В.Г.

Официальные оппоненты: член-корреспондент Российской

Защита диссертации состоится "31" мая 1995 г. в 10 час. на заседании диссертационного, совета К 063.40.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г.Краснодар, ул.Московская, 2, КубГТУ, корпус А, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке. универси

тета.

Автореферат разослан апреля 1995 г. •-'

Отзыв на автореферат просим направлять по адресу: 350072 г.Краснодар, ул.Московская, 2, КубГТУ, ученому секретарю.

Ученый секретарь диссертационного -совета, кандидат технических наук. _ / >"- ■ '

академии технологических наук, доктор технических наук, | профессор Надыкта В. Д., кандидат биологических наук Костенко Т.И.

Ведущая организация: Geвepo-Kaвкaзcкий филиал ВНИИЖ, НПО "Масложирпром".

к

доцент

Минакова А.Д.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание и практическое использование новых высокопродуктивных сортов и гибридов подсолнечника невозможно без решения проблемы длительного сохранения их семян в жизнеспособном состоянии.

В связи с этим, выяснение индивидуальных особенностей старения семян подсолнечника новых сортов и гибридов, призванных в ближайшие годы заменить существующие типы подсолнечника, является актуальным и приобретает особое значение при разработке рациональной технологии длительного сохранения жизнеспособных масличных семян в коллекциях растительных рессурсов и промышленных партиях масличного сырья технологического назначения.

Актуальность темы исследования подтверждается включением ее в тематический план научно-исследовательских работ вузов Госкомитета по высшей школе Российской Федерации по программе "Продовольствие" (И госрегистрации 38-03/ПП от 27.04.1987).

Целью работы являлось исследование процессов старения "семян новых типов подсолнечника, направленное на совершенствование технологии их длительного хранения.

Задачи исследования:

- изучение влияния условий старения семян - ускоренного старения в контролируемых, внешних условиях; старения при сох--ранении семян при естественных благоприятных условиях; хранения в условиях, моделирующих самосогревание - на уровень киз-неспособнссти семян и ее взаимосвязь с изменениями химического состава семян, включая изменения запасных к структурных липи-дов, белксв и растворимых углеводов;

- изучение изменения комплекса гидролитических фермен-

tob - кислых и щелочных липаз и прстеаз семян подсолнечника, хранящихся при указанных выше условиях старения, и выяснение их влияния на потерю семенами жизнеспособности;

- изучение-изменения комплекса окислительно-восстановительных ферментов - анаэробных и аэробных дегидрогеназ и окси-даз - пероксидазы, каталазы и липоксигеназы семян подсолнечника, хранящихся при указанных выше условиях старения, и выяснение их влияния на потерю семенами жизнеспособности;

- изучение изменения видового состава и интенсивности роста микрофлоры, развивающейся на семенах подсолнечника при указанных выше условиях старения, и выяснение влияния микрофлоры на потерю семенами жизнеспособности;

- теоретическое и экспериментальное обоснование рекомендаций .по совершенствованию технологии длительного хранения семян подсолнечника новых сортов и гибридов в жизнеспособном состоянии.

Научная новизна:

- впервые проведено сравнительное исследование старения семян пяти новых сортов и одного гибрида подсолнечника при естественном старении сухих семян, при моделируемом ускоренном 'старении и старении в условиях повышенной влажности семян при ограниченном теплообмене; .

- выявлены сортовые различия в изменениях химического состава и биохимических характеристик в результате потери семенами жизнеспособности;

- изучен характер изменения группового состава липидов семян, изменение массовой доли токоферолов при потере семенами жизнеспособности и выявлена корреляция изменений;в липидном комплексе семян с"изменением массовой доли линолевой кислоты в

их составе;

- установлено, что старение семян подсолнечника по всем трем сравниваемым вариантам подчиняется общим закономерностям, отличаясь по интенсивности и глубине изменений;

- жизнеспособность семян всех сравниваемых сортов и гибрида при различных условиях старения теряется раньше, чем происходят изменения в химическом составе семян и инактивируются окислительно-восстановительные и гидролитические ферменты.

Практическая ценность. На основании изученных закономерностей:

- определена степень устойчивости семян подсолнечника новых типов по их реакции на экстремальные условия хранения;.

- установлена относительная адекватность изменения биохимических процессов старения в семени при различных, условиях старения, подтвердивших возможность применения ускоренного старения для семян подсолнечника в моделируемых опытах при изучении биологии старения и прогнозирования допустимых сроков хранения жизнеспособных семян;

- определена возможность ускоренной оценки долговечности семян подсолнечника на основе определения кислых и щелочных липаз.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были доложены на заседании кафедры биохимии и технической микробиологии Кубанского государственного технологического университета ( 1991-1995 гг. ), Краснодарского отделения Российского биохимического общества (1994 г.), на совещании при директоре Северо-Кавказского филиала НПО "Маслонирпром" (1994 г.), на Международной научной конференции "Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности" (КубГТУ 19-21

- 6 -

сентября 1994 г., Краснодар).

Публикация материалов. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов, их обсуждения и математической обработки, выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 158 наименований, в том числе 29 иностранных. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 24 рисунка.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования служили семена подсолнечника урожая. 1989, 1990, 1991 и 1992 годов. Пяти сортов: Передовик улучшенный, Юбилейный-60, Первенец, Кондитерский (СПК), Лидер и гибрида Полевик, выращенные в OCX "Березанское" и на полях' Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур им. В.С.Пустовойта (г. Краснодар).

Схема исследований представлена на рис. 1."

Исследование процессов старения семян подсолнечника различных типов включало изучение естественного старения при длительном хранении семян в благоприятных условиях, старение при хранении семян в неблагоприятных условиях, провоцирующих, их самосогревание и, наконец, ускоренное старение семян в моделируемых условиях по Б.С.Лихачеву. Объем биохимических, химических и физиологических анализов при всех вариантах старения был принят- одинаковым. Качество семян определяли в соответствии с■действующими стандартами: отбор проб согласно ГОСТ 12036-85, влажность - ГОСТ 10856-64, суммарные липиды -масличность ГОСТ 10857-64. - обшй (суммагаый) белок - метолом

Семена подсолнечника

Сорта Гибрид

Передовик улучшенный Кондитерский Первенец Юбилейный 60 Лидер Полевик

Естественное

Биохимические, физиологические и химические характеристики семян

Г~~1

Ферментный к омплекс

т

Жизнеспособность

Оксидоред.ук-тазн

Гидролазы

Х-.'-.-л1,,,, рпотеавы!

"1 1 Г- 1ли'па°ы

тт 11 "

е; Н-1 и»'1 ■

Сила роста

я а

п п

(Я 3 СП

ЕС Г) а:

О} О! <и

и г* и а

О к «

о. о О СО

РГ м « 3

е о О

о. И

• <ц аз я

м с: К

3|

и

«

а а: сп « ь к о с*« о. о, 01 о аз о, га (з

!1 прфология проростков

Микро-

флоиа

« 25 _

аз сьси >к а.1 М <13 К Е-" аз п о К СП о

О-СЬ

Рис.!. Общая схема исследования

1 г

е-«

к О рэ и си си О)

о о е- я я о

(р к о а: ш о-

о (О м с & О- 0)

С я о о со я >0-

С а: к о

58 ак ё ж К

К Я >> О

м О Я К О о

Къельдаля. Оценку жизнеспособности семян подсолнечника вели, определяя энергию прорастания и'лабораторную всхожесть - согласно ГОСТ 12088-89. Силу роста семян определяли морфофизиоло-гическим методом по степени развитая проростков при проращивании семян в лабораторных условиях.Липиды из семян, подсолнечни-,ка экстрагировали по модифицированному методу Фолча смесью хлороформ:этанол (2:1).Групповой состав липидов определяли тонкослойной хроматографией с использованием денситометрии. Состав жирных кислот липидов - газожидкостной хроматографией метиловых эфиров жирных кислот. Количественный учет токоферолов производили по Эммери-Энгюлю, определяя оптическую плотность окрашенных продуктов, образующихся при восстановлении токоферолами хлорного железа с «¿¿-дипиридилом. Редуцирующие углеводы определяли по методу А.С.Швецова и Э.Х.Лукьяненко по восста-нозлению феррицианида калия редуцирующими сахарами в щелочной среде до ферроцианида. Определение суммарной активности проте-олитических ферментов проводили по методу Ансена. Активность дегидрогеназ определяли методом вакуум-инфильтрации по Пыльне-ву, активность липоксигеназы - по методике ВНИИЖА с некоторыми изменениями, активность каталазы - по методу Баха и Опарина, активность липазы - титрометрическим методом по А. И. Ермакову, пероксидазы - методом, основанным-на окислении пирогаллола в присутствии перекиси водорода до пурпурогаллина.Численность поверхностной микрофлоры семян определяли посевом последовательных разведений, смывов с семян на твердые питательные среды. Биологическую ценность семян определяли с использованием 3-дневных культур тест-организмов Тетрахимены пириформис.

Экспериментальные данные обрабатывали общепринятыми методами математической статистики.-

- 9 -

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Характеристика исследуемых семян.

Характеристика исследуемых семян (средние данные за 4 года) приведена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика исследуемых сортов и гибрида

: Сорта :Гибрид

Характеристи- :-----------------------------------------------

:Передо-:Юбилей-: Лидер : Перве-:Конди- :Полевик

ка, показатели:вик :ный-6й : . : нец : терский:

:улучш. : : : : :

Вегетационный

период, -дни 95 93 93 90 87 90

Масличность абсолютно сухих семян. % 53.2 51.8 52.2 48.8 47.0 52.0

Урожайность

семян, т/га 3.52 3.49 3.58 3.10 3.50 3.60 Сбор масла, -

т/га 1.68 1.63 1.68 1.55 1.54 1.60 Влажность

семян, % 5.35 7.08 6.10 6.90 7.06 7.08

Всхожесть, % 98.0 98.0 94.0 90.0 98.0 96.0

Энергия прорастания, % 94.0 96.0 90.0 86.0 88.0 92.0

Сила роста, % 95.0 96.0 90.0 86.0 88.0 76.0

Суммарные ли- ■ пиды, % -(на

абс. сух.в-во) 70.2 65.41 66.52 64.86 61.63 57.00

Общие белки. % (на абс. сух.

В-во) 17.26 23.07 21.90 23.73 26.26 28.22

Водорастворимые' углеводы, % (на абс. сух.

В-ВО) 0.42 0.39 0.36 0.33 0.31 0.48

- 10 -

Как следует из табл. 1. семена сортов и гибридов несколько различались по химическим характеристикам и физиологическим свойствам, . ■

Влажность семян варьироваЛа от 5.35 до 7.08%,¡всхожесть -от 90 до 98%, энергия прорастания - от 86 до 96%. Соответственно этим данным сила роста семян изменялась от 76 (у гибрида Полевик) до 96% (у сорта Юбилейный-60).

Суммарные липиды в ядре семян колебались от 57.0% до 70.2%. Как правило, наблюдалась обратная корреляция между массовой долей суммарных,липидов и общих белков в ядре семян, содержание общих белков колебалось от 17.26 до 28.22%.

Массовая доля редуцирующих Сахаров была небольшой (от 0.31 до 0.48%).

2. Изменение химического состава семян при старении.

Приведенные в табл. 2 данные позволяют судить о направленности биохимических процессов в семенах подсолнечника под влиянием ускоренного старения.

. Таблица 2

Изменение химического состава семян после ускоренного старения

Сорта :Гибрид

Показатели :Передо-: : вик :. :улучш. : Первенец Кондитерский Юбилей-: ный-50 : Лидер :Полевик

Суммарные' липиды, % 72.59 64.91 61.87 66.53 67.54 57.61

% изменений +2.39 +0.03 +0.24 +1.12 +1.02 +0.63

Белки, % 17.30 24.00 26.82 23.67 23.39 29.46

% изменений +0.04 +0.27 +0.56 +0.60 +1.49 +1.24

Углеводы, % 0:11 0.13 0.12 0.10 0.10 0.14

% изменений .,. -0.31 -0.20 -0.19 -0.29 -0.26 -0.34

- 11 -

Как следует из полученных данных, для всех исследуемых семян установлен прирост массовой доли извлекаемых суммарных липидов, а также увеличение доли общих белков.

Это позволяет предполагать течение в семенах процессов, связанных с высвобождением и переходом в извлекаемую форму структурных липидов, а также разрушением белково-липидных соединений, что ведет к повышению доли извлекаемых из семян структурных липидов и азотосодержащих веществ, свидетельствующему о деградации клеточных мембран.

В стареющих семенах также увеличивается доля суммарных белков, обусловленная, вероятно, двумя процессами - частичнам высвобождением белков из липопротеиновых комплексов и, что более вероятно, уменьшением массовой доли небелковых веществ, в частности редуцирующих Сахаров, расходуемых на дыхание семян. Содержание растворимых углеводов снижается в 2-3 раза в семенах всех исследуемых типов подсолнечника.

Значительно менее глубокие изменения происходили в семенах при естественном старении.

Массовая доля суммарных липидов и общих белков в семенах практически не изменялась. Процессы старения семян проявлялись только в изменении всхожести, энергии прорастания и силы роста семян.

Изменение массовой доли редуцирующих Сахаров в семенах при естественном старении также подтверждает, течение медленных разрушительных процессов.

• 3. Изменение липидного комплекса семян при старении.

Сопоставление группового состава липидов семян до' и после ускоренного старения (табл. 3) позволяет выявить ряд существенных изменений, показывающих Базличие в ответных оеакхшях

Таблица 3

Изменение группового состава липидов семян после ускоренного старения

% от суммы липидов

Сорта :Гибрид

Группы :---------------------------------------------

липидов. :Передо-: Перве-:Конди- :Юбилей-: Лидер :Полевик :вик : нец :терский:ный-60 : :

:улучш. : : : : . :

ТАГ

до старения 71.59 82.38 74.28 69.92 70.80 71.86

% изменений -10.75 -10.31 -8.72 -3.64 -2.38 -3.28

после старения 60.84 72.08 65.53 70.28 68.42 68.58

ДАГ

до старения 5.77 3.30 6.52 8.83 8.85 4.79

% изменений +3.05 -0.57 -1.43 -5.61 -2.43 -1.75

после старения 8.82 2.73 2.39 3.22 5.92 3.04

МАГ

до старения 3.70 2.20 4.55 .6.07 7.30 4.19

% изменений +2.60 -1.13 -0.38 -4.00 -2.37 -2.82

после старения 6.30 1.07 6.14 2.07 4.93 2.70

Свободные жирные кислоты

до старения 9.70 5.29 8.74 6.44 5.53 9.58

% изменений +0.59 +6.11 +5.08 +3.73 +1.87 -3.49

после старения 10.29 12.03 13.82 10.17 7.40 6.07

Углеводороды

до старения 5.54 4.85 1.36 3:22 1.99 4.79

% изменений +4.96. +7.94 +6.49 +6.44 +7.23 +10.58

после старения 10.50 10.14 7.85 9.66 9.22 15.37

Фосфолипиды

до старения 3.70 1.98 4.55 5.52 5.53 4.79

% изменений -0.45 -0.03 -0:28 -0.92 -1.42 -0.57

после старения 3.25 1.95 4.27 4.60 4.11 4.22

семян различных сортов и гибрида на условия ускоренного старения.

Хранение семян в течение нескольких месяцев в условиях ускоренного старения привело к существенному ухудшению качества их липидного комплекса.

Как следует из данных табл. 3, для всех изученных типов

семян потеря жизнеспособности при ускоренном старении сопровождалась снижением относительной доли триацилглицеролов и фосфолипидов. По-видимому, относительное снижение доли этих двух групп липидов привело к возрастанию относительной доли углеводородов.

Возрастание относительной доли свободных жирных кислот во всех образцах семян, а также снижение доли диацил- и моноа-цилглицеролов, наблюдаемое в пяти образцах старгаощих семян из шести, позволяют с большей достоверностью предполагать течение в липидном комплексе гидролитических процессов.

Жирнокислотный состав триацилглицеролов при старении также претерпевает заметные изменения. Изменение содержания отдельных жирных кислот липидов,' выделенных из жизнеспособных и нежизнеспособных семян приведено в табл. 4.

Как следует из табл. 4, в семенах, потерявших жизнеспособность, снижается сумма ненасыщенных жирных кислот, из насыщенных возрастает только количество пальмитиновой кислоты, в то время как доля стеариновой несколько уменьшается.

Сравнение глубины химических изменений в липидном комплексе семян подсолнечника при естественном старении показывает общую направленность протекающих процессов, аналогичную изменениям в семенах при ускоренном старении, но соответственно меньшей глубины. ,

Снижение суммы ненасыщенных жирных кислот в жизнеспособных семенах, говорит о течении окислительных процессов, которые неизбежно должны привести к расходованию антиоксидантов в семенах.

В масличных семенах, как известно. антиоксиданты представлены в основном токоферолами. Уменьшение массовой доли

Таблица 4

Изменение ккркокислоткого состава запасных лшшдов 7ркзц»!лгл1Щсролсв семян при ускоренном старении

Жирные кислоы, . 1 к общей суше жирных кислот

Сорта • . : Гибрид

Передовик, :Первенец : Лидер улучшенный : :- .-Кондитер- : Юбилей-:скки : кый-60 : Полевик

Всхожесть, а' (до и после старения)

98 : 0 : 90 : 0 : 94 : 0 : 98 : 0 : 98 : 0 : 96 : 0

Сумма С&0 -С(киз-комолекулярные Ж) .

(пальмитиновая)

С $ ф (стеариновая)

С/»:/ (олеиновая)

(линолевая) •

Суша ненасыщенных жирных кислот

Сумма- насыщенных жирных кислот

1.48 2.66 сл. сл. 0.05 1.35 0.35 3.16 сл. сл. .0,51 1.50 1.30 . 3.43 1.15 4.60 2.20 1.27 1.04 .4.99 0.70 3.90 0.13 4.30 3.01 6.28 5.62 4.30 4.67 13.25 6.33 5.16 6.38 5.52 8.54 6.20 31.48 31.47 54.04 70.40 27.92 33.38 30.93 45.04-29.50 32.08 29.09 30.00 57.73 56.16 39.19 20.70 64.80 50.74 61.35*41.65 63.42 58.50 61.73 58.00

89.21 87.63 93.23 91.10 92.72'.84.12 92.28 86.69 92.92 90.58 90.82 88.00

10.79 12.27 6.77 2.90 6.92 15.83 7.72 13.31,7.08 9.42 • 9.18 12.00

•е-I

токоферолов в стареющих семенах подсолнечника было установлено как при ускоренном, так и при естественном старении семян.

Дальнейшие исследования были посвящены определению активности липазы.в стареющих семенах. Полученные данные позволили установить присутствие в семенах подсолнечника'двух типов липазы с оптимумами активности при рН 4.8 и рН 8.5.

: Как следует из рис. 2, 3, изменение активности, кислой липазы в течение ускоренного старения семян для всех исследуемых сортов подсолнечника резко снижалась, а активность щелочной липазы, наоборот, возрастала.

35

и 30

25 го

аз 15 х о м

В а Ю

^ г

Сч СГ 5 2 в;

36.0

23.2

7.6

<ьик.

30.0

4.0

ж

гкл

№

1

т

Г

26.0

12

ш

м

и

Переадбим. Первенец Нощ

улучшенный сими ныи-ьи иол шт.

Рис. 2. Изменение кислой липазы семян подсолнечника при потере жизнеспособности;

Передовик Первенец Цондитер- Ш$илей- Лидер цлучЫнный ский ный-60

Рис. 3. Изменение щелочной липазы семян подсолнечника при потере жизнеспособности.

| | до старения

У/Л после старения

Анализируя изменение семян подсолнечника при различных условиях старения и характер потери ими жизнеспособности, можно утверждать, что относительно небольшой уровень снижения массовой доли запасных липидов в семенах, который соответствует семенам, потерявшим всхожесть, не может быть ответственным за потерю семенами жизнеспособности. Косвенным подтверждением дальнейшего использования и расходования запасных липидов может служить сохранение высокой активности липаз в стареющих и нежизнеспособных семенах.

4. Изменение активности окислительно-восстановительных ферментов при потере семенами жизнеспособности.

Экспериментальные данные позволяют достаточно достоверно предполагать течение в стареющих семенах окислительных процессов различного характера. Для выяснения их характера в стареющих семенах подсолнечника исследовали комплекс окислительно-восстановительных ферментов семян. Как следует из данных табл. 5, полная потеря всхожести семенами в результате ускоренного старения сопровождается утратой их дегидрогеназами восстанавливающей способности, обнаруживаемой при восстановлении соли тетразолия до красного формазана. При естественном старении семян мы наблюдали лишь частичную потерю дегидроге-назной активности.

- Аналогично ускоренному старению полная потеря дегидроге-назной активности'была установлена у семян стареющих в условиях самосогревания. В противоположность изменение активности пероксидазы в потерявших всхожесть семенах подсолнечника показывает, что в нежизнеспособных семенах подсолнечника активность пероксидазы уменьшается, но ни в одном из вариантов ста-оения не принимает нулевого значения (табл. 5). Таким обоазом.

Таблица 5

Изменение активности дегидрогеназ и пероксидазы

в процессе старений семян

:Всхо- :Активность : Активность

Сорта подсолнечника и . :жесть. :пероксидазы. :дегидрогеназ.

условия хранения : % :ед.опт.плотн. ': ед. опт. плотн.

Передовик улучшенный 98.0 1.294 0.278

до хранения .

после естественного

старения 62.0 0.248 0.193

после ускоренного 0 . 0.102 0

старения

Первенец 90.0 1.507 0.145

до хранения

после ускоренного 0 0.113

старения 0

Кондитерский 98.0 1.013 0.246

до хранения

после ускоренного 0 0.129 0

старения

Юбилейный-60

до хранения 98.0 1.139 0.163

после естественного

старения 60.0 0.288 0.144

после ускоренного 0.190 .

' старения 0 0

Лидер . 94.0 1.095 . ■

до хранения 0.173

после ускоренного 0.095

старения 0 0

Гибрид Полевик

до хранения 96-0 0.695 0.267

после естественного

старения 36.0 0.263 0.135

после ускоренного 0 0.169 ?

старения 0

повреждающее влияние старения в семенах подсолнечника более существенно проявляется по изменению активности дегидрогеназ. достигающих нулевого значения в мертвых семенах.

Изменение активности каталазы при старении исследуемых семян подсолнечника происходило в относительно небольших пре-

- 18 -

делах и почти не коррелировало с величиной всхожести семян.

Исследуемые семена подсолнечника до хранения заметно различались по активности лилоксигеназы (табл. 6).

Таблица 6

Изменение активности липоксигеназы при старении семян подсолнечника

Активность липоксигеназы, мг/%Л2

Семена подсолнчника

До хранения:Естественное: Ускоренное : старение : старение

Сорт Передовик улучшен. 0.12 0.08 0.09

Сорт Юбилейный-60 0.11 0.04 0.03

Сорт Первенец 0.38 - 0.12

Сорт Кондитерский 0.30 - 0.21

Сорт Лидер 0.21 - 0.01

Гибрид Полевик 0.26 0.03 0.16

Данные табл. 6 дают основание заключить, что активность липоксигеназы в семенах до хранения достаточно высокая, но затем. по мере старения она снижается.

5. Изменение микрофлоры семян подсолнечника при старении.

Для выяснения • роли микрофлоры семян подсолнечника в принятых условиях старения определяли изменение общего микробного числа семян (табл. 7).

Семена подсолнечника всех сортов и гибрида до хранения по величине микробного числа характеризуются как "чистое зерно".

Проведенные исследования позволяют говорить о том, что в условиях естественного и ускоренного старения происходит количественное уменьшение микрофлоры, но видовой состав, ее не изменяется. Таким образом, потеря семенами жизнеспособности в этих условиях стаоения не вызвана мигооФлооой.

' Таблица 7

Изменение микробного числа семян подсолнечника при старении (* 103)

Образцы семян :До хранения Условия Естественное: старения Ускоренное

1. Передовик улучшенный 18.5 10.3 0.53

2. Первенец 33.0 21.0 0.96

3. Кондитерский 14.8 11.5 0.93

4. Юбилейный-60 24.3 21.6 0.21

5. Лидер 7.6 5.8 0.54

6. Гибрид Полевик 13.2 10.8 0.46

6. Изменение биологической ценности семян подсолнечника

технологического назначения при старении. В результате потери семенами жизнеспособности, снизилась их относительная биологическая ценность (табл. 8).

Таблица 8

Изменение относительной биологической ценности семян

подсолнечника при потере ими жизнеспособности

:Количество инфузорий: ОВД. % * : в 1 мл * 10ч : • •

Сорта подсолнечника :—---------------------------------------

:До старе-:После ста-: До старе-:После ста: ния :рения : ния :рения

1. Передовик улучш. 51.25 37.5 78.8 . 57.7

2. Первенец 45.0 42.5 69.2 65.4

3. Кондитерский 41.25 40.0 63.5 61.5

4. Юбилейный-60 47.5 41.0 73.1 63.1

5. Лидер 52.5 37.5 80.8 57.7

6. Гибрид Полевик 50.0 48.75 76.9 75.0

7, Казеин (белок-стандарт^ 65. 0 100.0

- 20 -

7. Прогнозирование долговечности семян при хранении.

1 - Передовик улучшенный

2 - Первенец

3 - Кондитерский

4 - Юбилейный-60

5 -.Лидер

6 - Гибрид Полевик

0.2 " as • ±í ¿6

Константа скорости, А-

Рис. 4. Диаграмма распределения сортов семян подсолнечника по скорости потери жизнеспособности.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведено сравнительное исследование старения семян пяти новых сортов и гибрида подсолнечника при естественном старении семян, при моделируемом ускоренном старении и старении в условиях повышенной влажности семян при ограниченном теплообмене.

2. Установлено, что старение семян по всем сравниваемым вариантам подчиняется общим закономерностям, и потеря семенами жизнеспособности сопровождается:

- уменьшением массовой доли запасных липидов.- триацил-глицеролов в семенах; '

. - возрастанием в групповом составе липидов продуктов.гидролиза - свободных жирных кислот, моно- и диацилглицеролов; .

- снижением, массовой доли.токоферолов, фосфолипидов и редуцирующих углеводов;

- возоастанием в составе липидного комплекса массовой ло-■

<5 К

а;

(D &

о к

о >»

X

<D S

п к

3.8

22

2Л

С5

ли насыщенных жирных кислот;

- снижением активности ферментов класса оксидоредуктаз -дегидрогеназ, пероксидазы, каталазы и липоксигеназы;

- изменением активности ферментов класса гидролаз снижением активности кислых и возрастанием активности щелочных.

3. Для всех исследуемых типов семян установлено, что жизнеспособность семян при сравниваемых условиях старения теряется раньше глубоких изменений химического состава семян и инактивации ферментов. При нулевой всхожести в семенах:

- сохраняется достаточный запас триацилглицеролов;

- снижается содержание антиоксидантов - токоферолов и фосфолипидов;

- дегидрогеназы приобретают нулевую активность, тогда как оксидазы - пероксидаза и липоксигеназа лишь снижают активность, а активность каталазы практически не изменяется.

4. При ускоренном старении семян подсолнечника и при естественном старении, микрофлора, присутствующая на семенах, не может оказать-существенного влияния на потерю семенами жизнеспособности, так как:

- в семенах, стареющих в естественных условиях, развитие микрофлоры не наблюдается из-за низкой влажности семян и окружающей их атмосферы;

- при ускоренном старении семян создаются условия . хранения близкие к условиям герметического хранения (в атмосфере диоксида углерода), которые обеспечивают практически полную стерилизацию семян от микрофлоры.

5. Экспериментальное исследование старения семян в лабораторных, стендовых и производственных условиях позволяет зак-

лючить, что на потерю жизнеспособности семенами подсолнечника при старении не могут оказывать следующие факторы:

- израсходование стареющими семенами, метаболических, запасов в клетках семян;

- израсходование антиоксидантов, тормозящих окислительные процессы в клетке;

- повреждающие действия микрофлоры на покровные и основные ткани семян.

6. Выполненный комплекс исследований дает основание полагать, что среди внутренних факторов, действие которых приводит семена к потере жизнеспособности, ведущее место принадлежит-течению в семенах при всех условиях старения гидролитических и окислительных процессов в липидном комплексе семян.

Высокая активность в-начале кислой, а при дальнейшем старении щелочной липазы, высокая активность даже в мертвых семенах пероксидазы и липоксигеназы не может не сопровождаться накоплением в клетках семян продуктов гидролиза и окисления ненасыщенных жирных кислот. В свою очередь накопление в клетке окисленных продуктов и свободных жирных кислот ведет к образованию в семенах токсичных продуктов, нарушающих нативную структуру биомембран клеток. Подтверждением внутренних разрушительных процессов является экспериментально установленное возрастание выхода фосфолипидов из клеток стареющих семян и-снижение доли ненасыщенных жирных кислот в их запасных липи-дах, коррелирующее со снижением жизнеспособности семян. Изменение структуры биомембран - клетки под влиянием гидролиза и окисления липидов приводит к изменению работы Ферментов и. в конечном счете, к потере семенами жизнеспособности.

7. Проведен -корреляционный анализ совокупности 11 хими-

ческих и биохимических характеристик семян подсолнечника, изменяющихся при старении, оценен уровень их информативности и выбраны наиболее информативные коррелянты.

8. Важнейшими индикаторами состояния семян в процессе . старения являются (в порядке убывания информативности):

- снижение массовой доли токоферолов;

- снижение активности ферментов пероксидазы и кислой липазы;

- изменение относительной доли в запасных липидах суммы ненасыщенных жирных кислот (снижение), суммы насыщенных жирных кислот и С : (возрастание).

91 Рассчитаны коэффициенты ускорения и' скорости гибели семян подсолнечника исследуемых сортов, определена продолжительность сохранения семенами жизнеспособности при естественном и ускоренном старении и на основании этих данных проведено распределение сортов подсолнечника на группы по скорости потери их семенами жизнеспособности при длительном хранении.

10. Научно-технический эффект от применения в практике рекомендаций, основанных на результатах выполненных исследований, определяется:

- возможностью ускоренной оценки долговечности семян подсолнечника на основе определения активности кислых и щелочных липаз;" '

- возможностью прогнозирования продолжительности хранения семян■подсолнечника исследуемых типов посевного и технологического назначения в жизнеспособном состоянии;

- разработкой модифицированной методики ускоренного старения применительно для семян подсолнечника при оценке его технологического качества и устойчивости при хранении.

- 24 -

11. Ожидаемый экономический эффект от использования в селекционной и технологической практике научных положений выполненной работы обусловлен совершенствованием существующих способов хранения семян подсолнечника различного целевого назначения, основанных на учете индивидуальных особенностей старения семян новых сортов и гибрида подсолнечника.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Гаманченко А.И., Щербаков В.Г. Биохимические изменения в семенах подсолнечника различных типов при потере жизнеспособности. // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1994. -N 1-2. С. 21-22.

2. Щербаков В.Г., Гаманченко А.И.,. Лобанов В.Г. Изменение активности окислительно-восстановительных ферментов семян сортового и гибридного подсолнечника при различных условиях старения. // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1994. - N 3-4. С. 11-12.

3. Щербаков В.Г., Гаманченко А. И. Изменение активности протеаз в ходе старения семян подсолнечника различных сортов. // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1994. - N 5-6. С. 13-14.

4. Гаманченко А.И., Щербаков В.Г., Лобанов В.Г. Сравнение технологического качества семян масличных и кондитерских сортов подсолнечника при старении. // Хранение и переработка сельхоз. сырья. - 1994. - N 5. С. 9-11.

5. Щербаков В.Г., Лобанов В.Г., Гаманченко А.И. Изменение качества семян подсолнечника при ускоренном старении. //Сб. тез.. докл. Междунар. научн. конференции "Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности" КубГТУ, 19-21 сентября 1994 Г. - Краснодар, 1994. - С. 91-92.