Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Наследственная изменчивость относительного содержания молочных белков и ее влияние на технологические свойства молока коров

ВАК РФ 06.02.01, Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Сайфутдинов, Камил Флюсович, Казань

/Г

/у .

с/

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ ИМ. Н.Э.БАУМАНА

На правах рукописи САЙФУТДИНОВ КАМИЛ ФЛЮСОВИЧ

НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ МОЛОЧНЫХ БЕЛКОВ И ЕЁ ВЛИЯНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА МОЛОКА КОРОВ

Специальность: 06.02.01 - разведение, селекция, генетика и воспроизводство

сельскохозяйственных животных

Диссертация

на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -доктор биологических наук,

профессор, заслуженный деятель

науки Республики Татарстан Р.А.ХАЕРТДИНОВ

Казань -1998

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ............................................................................................4

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................................................................9

2.1. Белки коровьего молока......................................................................................................................................9

2.2. Влияние генетических и паратипических факторов на белковый состав и технологические свойства молока........................................................18

3. МАТЕРИАЛ, МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ................31

3.1. Материал исследований...................................................................................31

3.2. Электрофорез и определение относительного содержания белков

в молоке........................................................................................................................................................................................33

3.3. Исследование молока на сыропригодность..............................................................36

3.4. Отработка результатов.............................................................................................................................41

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................42

4.1. Относительное содержание белков в молоке разных пород....................42

4.2. Влияние межпородного скрещивания на относительное содержание белковых фракций в молоке................................................................................................50

4.3. Корреляция общего белка и относительного содержания белковых фракций в молоке............................................................................................................................................58

4.4. Корреляция относительного содержания главных белковых фракций в молоке.....................................................................................63

4.5. Влияние отца на, относительное содержание белков в молоке дочерей ..........................................................................................................................................................................................66

4.6. Наследуемость относительного содержания белков в молоке у чистопородных и помесных животных......................................................................................91

4.7. Влияние относительного содержания казеиновых фракций на технологические свойства молока коров............................................................96

4.8. Технологические свойства молока коров при разной комбинации относительного содержания основных казеиновых фракций................101

5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................113

6. ВЫВОДЫ..................................................................................................................................................................................119

7. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ............................................................................................122

8. ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................................................................................123

9. ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................ 140

1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Содержание белков в молоке - один из важных селекционируемых признаков молочного скота. Во всех с развитым молочным скотоводством странах придают большое значение селекции молочного скота на повышение белковомолочности.

Как известно, в молоке имеется около 20 различных белковых фракций, содержание которых во многом определяет технологические свойства и пищевые качества молока (Тепел А., 1979; Хаертдинов Р.А., 1992). Биологическую роль молочных белков трудно переоценить. Белки молока являются полноценными и удовлетворяют потребности человека во всех незаменимых аминокислотах. Поэтому в настоящее время предполагается отбор коров не только по содержанию общего бежа в молоке, но и по белковому составу, и ставится задача селекции молочного скота на повышение содержания в молоке белковых фракций, имеющих более высокую биологическую и технологическую ценность (Медведев И.К., 1986; Хаертдинов Р.А., 1992; Berg G. et al„ 1987; Gibson J.P. et al., 1987; Breitenstein K.G. et al., 1989; Gibson J.P. et al., 1990; AntunaeN. et al., 1992; Samarzija D. et al., Jakob E., 1994). Для решения этой задачи очень важны знания о генетике молочных белков, их изменчивости, наследуемости и корреляции. Генетика основных фракций молочного белка: aSr, |3-, к- казеинов, (3 - лактоглобулина, a - лактоальбумина хорошо изучена Достаточно назвать монографии Л.С.Жебровского, В.Е.Митютько (1979), А.М.Машурова (1980) и других, в которых были обобщены результаты многолетних исследований, посвященных изучению вопросов наследования полиморфных систем молока и использования их в селекции животных. В этом направлении достигнуты большие успехи: подробно описан генофонд различных пород молочного скота, определено их генетическое сходство и различие, установлены гены, влияющие на технологические свойства молока, показана высокая эффективность использования генетических типов белков молока для проверки происхождения животных и

т.д. (Митютько В.Е., 1990; Хаертдинов P.A., 1992; Уханов C.B. и др., 1993; Gravert Н.О., Jakob., 1991 и др.).

Аналогичные достижения имеются в области разработки селекционно-генетических основ общего белка молока и отдельных его фракций. Установлены стандарты пород по содержанию общего белка в молоке, определён тип наследования этого признака, его наследуемость, изменчивость и корреляция с другими компонентами молока и хозяйственно- полезными признаками (Пяновская Л.П., 1968; Жебровский Л.С., 1973; Снопова A.A., 1986). Это же относится к комплексным белкам молока: казеину, глобулину, альбумину и аминокислотному составу (Жебровский Л.С., 1973; Комиссаренко А.Д., 1994). Наследуемость, изменчивость и корреляция абсолютного содержания отдельных белковых фракций изучены в работах Р.А.Хаертдинова (1992) и Митюкова A.C. (1996). Однако в научной литературе мало известно о селекционно- генетических параметрах отбора коров по соотношению белковых фракций в молоке. Между тем эта задача важна очень важна для решения проблемы улучшения качества белковомолочных продуктов. Поэтому в последние годы в научной литературе широко обсуждается проблема изменения структуры молочного белка (Neimann-Sorenson A. et al., 1987; Breitanstein K.G. et al., 1989; Gibson J.P. et al., 1990). Одним из основных параметров, характеризующих структуру молочного белка, является относительное содержание белковых фракций в молоке. Однако оказалось, что относительное содержание молочных белков у разных пород скота изучено недостаточно. Для использования этого показателя в селекции молочного скота очень важны знания о его изменчивости, наследуемости и корреляция с основными компонентами молока, а также о влиянии на технологические свойства молока.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы являлось изучение наследственной изменчивости относительного содержания молочных белков и её влияния на технологические свойства молока коров. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- определить относительное содержание белков в молоке коров разных пород;

- изучить влияние межпородного скрещивания на относительное содержание белков в молоке;

- определить корреляцию общего белка и относительного содержания белковых фракций в молоке: с^г, Р-, к- казеинов, (3 - лактоглобулина;

- изучить влияние генотипа отца на относительное содержание белков в молоке дочерей;

- определить наследуемость относительного содержания белков в молоке у чистопородных и помесных животных;

- изучить влияние относительного содержания основных казеиновых фракций на технологические свойства молока коров.

Научная новизна работы. Впервые молочные породы скота и их помеси охарактеризованы по относительному содержанию 14-и белковых фракций в молоке. Установлена степень влияния различных генетических факторов (породы, межпородных скрещиваний, генотипа отца и коррелятивных связей) на структуру молочного бежа. Впервые определены селекционно-генетические параметры отбора (наследуемость, корреляция, изменчивость) по относительному содержанию белков в молоке коров разных пород, использование которых будет способствовать повышению эффективности селекции по этому показателю. Обнаружено влияние относительного содержания основных казеиновых фракций (а8г, (3-, к- казеинов) и их комбинаций на технологические свойства молока коров.

Теоретическая и практическая значимость. Работа значительно обогащает научные знания о структуре молочного бежа и наследственных факторах, способствующих её изменению. Получены новые данные о селекционно-генетических параметрах отбора коров по относительному содержанию белков в молоке, которые могут быть использованы в практической селекции, направленной на улучшение структуры молочного бежа. В работе убедительно доказана важность включения в параметры оценки молочной

продукции показателя об относительном содержания основных казеиновых фракций, особенно к- казеина, что будет способствовать повышению качества белковомолочных продуктов.

Результаты исследований вошли в книгу "Голштинский скот в Татарстане" (Казань, 1995), которая широко используется в практической селекции и учебном процессе. Материалы диссертации были включены в "Программу совершенствования пород молочного скота в Татарстане" (Казань, 1995) и использованы при разработке "Методических указаний по учёту молочной продуктивности коров средствами электронных таблиц Excel 7" (Казань, 1998).

На защиту выносятся следующие основные вопросы:

1. Результаты изучения относительного содержания белков в молоке коров разных пород и влияния на этот показатель различных наследственных факторов: породы, межпородного скрещивания, генотипа отца и коррелятивных связей.

2. Материалы определения селекционно- генетических параметров отбора коров (наследуемости, корреляции, изменчивости) по относительному содержанию белков молоке.

3. Результаты изучения степени влияния относительного содержания основных казеиновых фракций (asr, ¡3-, к - казеинов) и их различных комбинаций на технологические свойства молока коров.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на республиканской научно- производственной конференции по актуальным проблемам ветеринарии и зоотехнии (животноводства) (Казань, 1996; 1997); Международной научной конференции, посвященной 125-летию Казанской государственной академии ветеринарной медицины (Казань, 1998); республиканской научно- практической конференции "Молодые учёные - агропромышленному комплексу" (Казань, 1998). Работа выполнялась по госбюджетной теме, № госрегистрации 01910052866.

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов, методики и методов работы, результатов собственных исследований, обсуждения, выводов, практических предложений, списка литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, иллюстрирована 21 таблицей и 7 рисунками. Список литературы включает 150 источников, в том числе 79 иностранных.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 2.1. Белки коровьего молока

Классическая классификация белков молока основана на данных о различной чувствительности их к изменению концентрации водородных ионов и ионов кальция, а также их осаждаемости с помощью солей.

Казеиновый комплекс уже давно известен как основная фракция белков молока. Его можно легко выделить путём коагуляции при естественном брожении, либо с помощью сычужного фермента. Остающиеся в растворе белки названы сывороточными белками. Первоначально их рассматривали как одно вещество. Однако позже было установлено, что их можно разделить на две различные фракции в полунасыщенном растворе сульфата аммония или насыщенном растворе сульфата магния. Растворимая фракция получила названия лактоальбумин, нерастворимая - лактоглобулин (табл. 1).

Деление белков молока на казеин, лактоальбумин и лактоглобулин сохранилось и до настоящего времени в специальной литературе по разведению молочного скота и молочной промышленности, хотя все три классические фракции, как известно сейчас, состоят из различных белков. Названия фракций сохранены и в современной классификации, однако они обозначают теперь более широкие понятия или названия целого комплекса белков.

При нагревании до 90°С сывороточные белки денатурируются и при подкислении до рН 4,6 вместе с казеином выпадают в осадок. Остающиеся в сыворотке белковые вещества получили название протеозо- пептонной фракции. Входящие в неё соединения ещё детально не изучены. Протеозо-пептонная фракция (Рр) составляет около 0,1% от общего содержания белков в молоке и состоит из высокомолекулярных пептидов, термоустойчивых, но осаждаемых 12%-ным раствором трихлоруксусной кислоты (Тепел А., 1979).

Казенны. Гетерогенность казеиновой фракции была установлена ещё в 1939 году О.Меллендером (Ме11епс1ег О., 1939). Он, используя электрофорез на бумаге, разделил казеин на три фракции, обозначенные в порядке убывания их электрофоретической подвижности как а-, (3-, у- казенны.

Таблица 1

Белки коровьего молока и их физико-химическая характеристика

(по ТепелуА., 1979)

Белок Содержание в % от общего бежа Относительная молекулярная масса Изоэлектрическая точка, рН Электро-форетическая подвижность при рН 8,6

Казеины; осаждающиеся из обезжиренного молока под действием уксусной кислоты или ацетата при рН 4,6

а$г Казеин 32,2 23616 4Д -6,7

¡3 - Казеин 28,6 23982 4,5 -3,1

к- Казеин 12,3 18900 (-6,7)

у - Казеин 5,0 30650 5,8 ... 6,0 -

Лактоальбумины: растворимые в полунасыщенном растворе (NH4)2SG4

Р - Лактоглобулин 10,2 36000 5,3 -5,2

а - Лактоальбумин 3,9 16500 5Д 42

Альбумин 1,0 69000 4,7 -6,7

сыворотки крови

Лактоглобулины: нерастворимые в полунасыщенном растворе (NH4)2S04

Эвглобулин 1,25 252000 или 180000 6,0 -1,8

Псевдоглобулин 1,0 289000 или 180000 5,6 -2,0

Протеозо - пептонная фракция: не осаждающаяся из обезжиренного молока при рН 4,6 после выдержки 30 мин. при 95 - 100°С

Протеозо - пептонная фракция 4,0 4900 3,3-3,7 -4,6

В последующих исследованиях было показано, что основании растворимости в присутствии ионов кальция а- казеиновая фракция состоит из белков двух типов, один из которых называется as- казеином (кальцийчувствительным), а другой - к- казеином (кальцийнечувствитель-ным ) (Waugh L., 1958).

Одним из прогрессивных методов в изучении биохимии и генетики казеина было использование в крахмальном геле с мочевиной (Wake R.Y., Baldwin R.L., 1961). Трудности электрофоретического разделения казеинов, связанные с их способностью к агрегированию с образованием мицелл, были преодолены путём применения буферной смеси с высокой концентрацией мочевины. Электрофорез в крахмальном геле и дезагрегирование казеина мочевиной позволило авторам выявить до 20-и новых компонентов казеина. Разрешающая способность метода была увеличена добавлением ß- меркап-тоэтанола (Neelin J.M.,1964; Schmidt D., 1964). Большим прогрессом в разделении казеинов было применение для этой цели электрофореза в полиак-риламидном геле (ПААГ) (Peterson R.F.J., 1963). Позже метод усовершенствовали и показали его большие преимущества по сравнению с электрофорезом в крахмальном геле (Kiddy С., 1973).

При электрофорезе в щёлочном крахмальном геле или ПААГ наиболее быстромигрирующий класс казеинов - as- казенны разделяются на 6 зон (Nakai S. et al, 1972). Из них основной фракцией является aSr казеин, поскольку его содержание в молоке наибольшее и составляет 32,2% от общего белка в молоке (табл. 1).

Альфа81 - казеин. Молекула сс si - казеина состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 199 аминокислотных остатков с молекулярной массой 23616 (Mercier J.C. et al., 1971). Известна и аминокислотная последовательность asi - казеина (Grosclaude F. et al., 1972). Абсолютное содержание a si - казеина в молоке коров разных пород приводится в работах D.M.McLean et al (1984), K.P.Ng-Kwai-Hang, (1984), Р.А.Хаертдинова (1992), М.П.Афанасьева (1996). Они показали, что в молоке коров количество a Si -

казеина составляет 0,85 - 0,95 г/100 мл. По сообщению зарубежных исследователей содержание aSi - фракции относительно общего казеина оказалось около 50%, а в исследованиях отечественных авторов эта цифра была несколько ниже - 46%.

Методом электрофореза в крахмальном и полиакриламидном гелях обнаружено несколько молекулярных форм (х si - казеина, различающихся по аминокислотному составу и электрофоретической подвижности, обозначенных как А, В, С, Д (Машуров A.M., 1980; Хаертдинов Р.А., 1992).

Из казеиновых фракций наиболее высокую электрофоретическую подвижность имеет a so - казеин. Оказалось, что a So - казеин является не подлинной фракцией, а фрагментом a Si - казеина (Minson W. et al., 1977). Это заключение было сделано на основании того, что полоса a so - казеина соответствует полиморфному рисунку a si - казеина, и она идентична a si - казеину наличием добавочной фосфатной группы на сериновом остатке 41. Поэтому многие и�