Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ЗЕРНА ТРИТИКАЛЕ

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ЗЕРНА ТРИТИКАЛЕ"

Академия наук белорусской сср

институт экспериментальной ботаники

__им. В. ». КУПРЕВИЧА _

- §* & ■ Иа правах рукописи

КУЗНЕЦОВА Надежда Евгеньевна

БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА - БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ЗЕРНА ТРИТИКАЛЕ

(0S.00.04 — биологическая Химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1973.

/

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии нм. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель —доктор ..биологических наук профессор Плешков Б. П.

Официальные оппоненты: доктор -биологических наук профессор Мироненко А. В., кандидат биологических -наук ст. научи. сотр. Гордей И- А-

Ведущее учреждение — Всесоюзный научно-исследовательский институт зерна н продуктов его переработки.

Защита состоится « \ » . . ,1978 г.

в * ./У > час. иа заседании Опецналнэированного совета

Д 006.04.01 ло защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Институте экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича АН-БССР (220733, г. Минск, ул. Академическая, 27).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке им. Я. Коласа АН БССР. —

Автореферат разослан « . » -, 1978 г.

Ученый секретарь . - \"гк:шализированного совета -- к'л: . чдат биологических наук г ' " ' В. Н. Решетник«!.

I

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Увеличение производства зерна >1 улучшение его качества являются важнейшей проблемой современного растениеводства, которая непосредственно связана с поставленной XXV съездом КПСС задачей надежного обеспечения потребностей страны в продовольствии и сырье для промышленности. Большая роль в решении этой проблемы принадлежит селекции, созданию новых продуктивных сортов и гибридов, способных давать высокие урожаи зерна с хорошим качеством. Прежде всего, это относится к пшенице — главной зерновой культуре.

Генетический потенциал хозяйственно ценных признаков рода ТгКгсит ограничен, поэтому особого внимания заслужи* вает гибридизация -пшеницы с другими 'культурными и дикими злаками. В. настоящее время наибольший практический интерес представляют пшенично-ржаные амфидиплоиды (ТгШ-са1е).

Успехи селекции в этой области выдвинул» задачу глубокого изучения биохимических свойств тритикале, так как для успешного внедрения в производство новые сорта должны иметь зерно высокого качества. Известно, что качество зерна ■впершую очередь определяется содержанием белков и их составом, Белки пшеницы К'ржи отличаютсялпо многим-биохимическим показателям, от которых зависит пищевая и кормовая ценность зерна. Гибридизация и аллалолиплоидия пшеницы и ржи дают реальную возможность улучшить 'качество зерна за счет увеличения его -белковости и улучшения- аминокислотного состава белков.

Изучение биохимических особенностей зерна тритикале отечественной селекции начато сравнительно недавно, особенности и возможности этой культуры еще- недостаточно ясны. Расширению биохимических исследований по тритикале уделяется большое внимание в комплексной программе научных исследований по тритикале, принятой- Бюро Президиума. ВАСХНШЫ6 октября 1974 года.

Цель и задачи исследований. Исследования проводились с целью получения более полных теоретических знаний об осо-

¡::.ї;:.С.: ГС, л;. : ".3*

Ценностях белкового комплекса и качестве зерна тритикале, которые необходимы для успешного использования новой культуры в производстве н в селекции; В работе'были поставлены три основные задачи:

— изучить содержание, качественный состав белков н закономерности их накопления в дерне гексаплоидных (2п=42) тритикале в сравнении с .белками мягкой .пшеницы н ржи;

— изучить особенности действия а-амилазы в зерне тритикале в связи с' выполненностью зерновок;

' —. выявить лучшие сорта тритикале, наиболее перспективные для производства и использования в селекции.

Научная новизна работы.Научная значимость работы заключается в том, что впервые дана детальная биохимическая характеристика белкового комплекса зерна различных образцов гексаплоидных трехвидовых и двухвндового тритикале советской селекции. На основании комплексного изучения белков сделан вывод, что тритикале имеют зерно высокого качества и могут быть использованы на 'кормовые цели и в качестве дополнительного источника пищевого белка.

■Показано, что тритикале характеризуются 'высокой активностью а-амилазы, величина которой зависит от степени недо-выполнсниости зерновок. У амфндиплоидов, склонных к формированию щуплого зерна, резкое увеличение' активности а-амилазы происходит в период от фазы восковой до фазы полной спелости, что связано с изменениями в изоферментном составе а-амилазы.

Практическая ценность. Результаты исследований восполняют знания об особенностях белкового-комплекса зерна тритикале, которые необходимы всем специалистам, работающим с тритикале. Полученные данные о содержании и качественном составе белков, а также об особенностях действия а-амилазы в зерне пшеиично-ржаных амфидиплоидов могут быть использованы как исходные данные в .практической селекции на качество зерна тритикале, а также при. сортоиспытании тритикале для внедрения их в производство.

Апробация. Материалы диссертации доложены на совещании по биохимии и технологии тритикале в Институте биохимии им. А. Н. Баха АН СССР в 1978 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, четырех глав экспериментальной ча-. сти, общего заключения, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена, на 177 стр. машинописного текста, включает 31 таблицу, 14 рисунков (8 таблиц и I рисунок в приложении), список использованной литературы включает 246 библиографических названий.

Объек* и методы исследований

В качестве объектов исследовании было взято зерно десяти образцов гексаплондных тритикале селекции проф. А.Ф. Шулындина, а также зерно мягкой пшеницы Мироновская 808 и ржи Харьковская 55, выращенных на опытном участке Украинского научно-исследовательского института растениеводства, селекции и генетики им. В..Я. Юрьева. Двухви-до в о и А Д I получен от скрещивания твердой пшеницы Гор-деиформе (931x911) с рожью Харьковская 55. Трехвидо-. вые АД 206, АД 209, АД 201, АД 196, АД 332, АД 333, АД 257 и АД безостый: Fi (Безостая. 1 хСаратовская крупнозерная) ХАД 1 ;. MX-11 Fi (Мироновская 808хХаръковская 55) X АД I. '..-.'

Исследования проводили в- 1974—1976 гг. Исследовали зрелое зерно, а также зерно АД 206, АД 209, МХ-1, пшеницы и ржи, отобранное в !975 г. в фазы молочной, тестообразной, восковой и полной спелости. Незрелое зерно фиксировали жидким азотом и высушивали лиофильно.

Азот определяли микрометодом Кьельдаля. Белковый азот определяли после осаждения белков основной солью сернокислой меди (Петербургский, 1968). Для пересчета азота на белок использовали коэффициент 5,7-для пшеницы и тритикале и 5,83 для ржи. Фракционный cocTaiB белков определяли по Осборну (1935) последовательной экстракцией муки водой, 1 M KCl, 70%-ным этанолом и 0,2%-ным раствором NaOH. Электрофорез белков, растворимых в воде и в 0,005 M фосфатном буфере, проводили в щелочной системе при концентрации геля 7,5% (Маурер, 1971), компонентный состав глиадинов — в кислой буферной системе (Catsimpoolas et al, 1968, Гаври-люк и соавт., 1973), Содержание аминокислот в суммарных белках и отдельных фракциях определяли на анализаторе Hd-1200E после предварительного выделения и очистки препаратов белков и их кислотного гидролиза по методике, принятой на .кафедре агрономической и биологической химии ТСХА (Плешков, 1976). Триптофан определяли по методу Спейса и Чамберса (Speis, Chambers, 1948; 1949). Гсльхрома-тографию белков, растворимых в 0,005 M фосфатном буфере (pH 7,4), проводили на сефадексе G-100 (40—120 ja) на колонке размером 2,7хЮ0 см. Элюирующим раствором служил 0,5 M NaCl в 0,005 M фосфатном буфере (р-Н 7,4). В отдельных хроматографпческнх фракциях определяли компонентный и аминокислотный состав белков.

Активность «-амилазы в зерне определяли методом Смита и Роя (Smith, Roe, 1949) с некоторыми изменениями (Плешков, 1976). Множественные молекулярные формы амилаз исследовали методом электрофореза в полиакрнламидиом ге-

Ле в щелочной системе íipii концентрации геля 7,5% (Сафонов, Сафонова, 1971; Плсшков, 1976).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Биохимическая характеристика белков зерна тритикале в сравнении с белками пшеницы и ржи. Изменение содержания и качественного состава белков в процессе созревания .

1..Содержание белков и их фракционный состав

.Наши исследования показали, что пшенично-ржаные амфи-дштлоиды (2п=42) характеризуются высоко й белковостью зерна (табл. 1). По средним двухгодичным данным (1975— 1976 гг) содержание белков в зерне трсхвидовых тритикале составляло от 14,4 до 15,3% и было иа 1,9—2,8% выше, чем в зерне мягкой пшеницы сорта Мироновская 808, и на 3,1 — 4,0% выше, чем в зерне ржи сорта Харьковская 55. Самой высокой белковостью зерна отличался сорт тритикале АД 206. Двухвндовой АД. 1 несколько уступал трехвндовым формам, но тем не менее содержал белков больше, чем рожь и пшеница. Многие образцы тритикале (накапливают повышенные количества небелковых соединений азота, на долю 'которых в зер"не некоторых образцов -приходится до 17% от общего азота. Метеорологические условия 1975 и 1976 годов проведения исследований резко различались и оказывали сильное влияние на накопление белков и их фракционный состав, однако различия,, обусловленные генотипическимн особенно* стями .пшеницы, ржи и тритикале, устойчиво сохранялись.

Белковый комплекс тритикале имеет специфический состав, унаследованный частично от ржн 'и частично от пшеницы. Большинство образцов тритикале но фракционному составу белков занимает промежуточное положение между пшеницей и рожью. Высокое накопление альбуминов приближает нх ко ржи, а по содержанию кл е йко вннообр а з у го щи х белков они значительно превосходят рожь, ло несколько уступают пшенице. Вместе с тем выделяются образцы, которые характеризуются фракционным составом белков пшеничного типа. К ним относятся АД 1, АД 332 и АД 333. Все образцы тритикале выгодно отличаются: от ржн более низким содержа-, ннем нерастворимых.белков.

Изменения в содержании азота, в созревающем зерне амфи-Д1ШЛОИДОВ имеют такие же закономерности, как и в зерне родительских видов. В течение всего периода созревания содержание белков в зерне тритикале было выше, чем в зерне пшеницы и ржн.

Таблица 1

Содержание н фракционный состав белков зерна пшеницы, ржк и тритикале (среднее за ,1975—1976 гг.)

Культура; з а . и —■ , и <1 Азот фракций в % от белкового азота

о 5 л 5 с: = сэ £ 3 О X й а 11 i3 38 5 ч о а ¡- «5 о а 2 <5 І • & з а. 3

Мягкая пшешша Мироновская 803 412,5 17,0 14.4 23.8 34,2 10,2

Рожь Харьковская 55 .... . М.З 36,3 18.4 7,3 22,9 14,0

Тритикале

ад 206 .......... 15Л 25.4 14,9 22,1 295 8,9

ад 106.......... 23,0 15.3 20,0 27,0 9.5

ад даі.......... 28.4 15,1 18,4 27.5 11.9

ад 209........... 242 15,5 00,5 29.9 11.1

АД 332.......... 19.1 16,8 22,5 30,7 11,2

АД ЗЗЭ .......... 16,7 16.8 26,0 31.1 10,8

АД 257........., . 14,7 23,9 15,6 20,5 29,3 11.5

25,8 18,4 15,2 28,1 12,5

АД 1............ 13,7 18,8 16,7 26,4 26,6 11,7 .

• Данные за 1975 год.

Изменения в содержании:азота отдельных белковых фракций в процессе созревания зерна у пшеницы, ржи и тритикале также аналогичны. В созревающем зерне тритикале фракції' онный состав белков был промежуточным по сравнению с белками пшеницы н ржи..

2. Электрофоретические исследования альбуминов^ и глиадинов

Электрофоретические нсследования;альбущшов и.глиадинов, выделенных из зерна МХ-1 и родительских сортов пшеницы (Мнроновская-808) и ржи (Харьковская -55), а также из зерна.АД 206 и АД 209, показали, что эти белковые фракции у всех трех культур имеют высокую гетерогенность (рис. 1). В* спектрах альбуминов изучен-ных злаков обнаружено от 15 до 17 компонентов. Водорастворимые белки пшеницы к ржи резко различались по составу электрофор етических спсктров. Тритикале наследует от ржи не только высокое общее количество альбуминов, но и компонентный состав этой белковой фракции. Сравнение электрофоретическнх спектров альбуминов МХ-1 и родительских сортов пшеницы и ржи показало, что альбумины амфидиллоида.включают многие компоненты, ха-

рактерные для белков ржи, и резко отличаются по компонентному -составу от альбуминов зерна пшеницы. Компонентный состав альбуминов АД 206 и АД 209, имеющих одинаковое происхождение, был'почти идентичным и несколько отличался от состава альбуминов МХ-1, при этом наиболее четкие различия наблюдались в составе медленных компонентов.

Гл на дины изученных культур включали от 18 до 23 комло-нентов, причем самая высокая гетерогенность глнадинов обнаружена у ржи. Низкое общее содержание этой фракции в белковом комплексе ржи свидетельствует о том, что все отдельные электрофоретнческие компоненты присутствуют в зерне ржи в крайне низких количествах. Спектры глиадинов пшеницы и ржи резко различались.

Компонентный состав глнадинов тритикале близок к составу глиадинов пшеницы, он включает большое число компонентов, характерных для белков мягкой пшеницы. У тритикале обнаружены лишь отдельные компоненты, идентичные компонентам ржи. Амфидшплоиды 206 и 209 имели абсолютно идентичные спектры, что обусловлено общностью происхождения этих сортов. Компонентный состав глиадинов зерна МХ-1 несколько отличался от состава глнадинов АД-206 н АД 209, но, как и последние два, был близок к составу белков мягкой пшеницы.

Изучение компонентного состава альбуминов и глиадинов у всех трех культур в процессе созревания зерна показало, что биосинтез отдельных -компонентов происходит неодновременно, полностью спектр формируется только к фазе полного созревания. На ранних фазах: созревания зерна в альбуминах злаков обнаруживалось большое количество минорных, слабо выраженных компонентов, а количество главных компонентов; было относительно небольшим. Однако уже в фазе молочной спелости (пшеница, рожь и тритикале фюрмировали спектры, характерные для 'каждого вида. В течение всего периода созревания зерна наблюдалось сходство в компонентном составе альбуминов зерна ам-фидиплоидов и зерна ржи.. • Спектр глиадинов в процессе созревания зерна также значительно усложняется у всех трех культур. У пшеницы и тритикале первыми синтезировались быстрые компоненты, а группа наименее подвижных ■компонентов ((й-глиадины) образовалась на более поздних фазах созревания. Видовая специфичность электрофоретических спектров глнадинов проявлялась от фазы молочной спелости до полного созревания.

' 3- Аминокислотный состав суммарных белков и отдельных белковых фракций. Биологическая ценность белков

Аминокислотный состав суммарных -белков изученных злаков отражал особенности их фракционного состава (табл; 2).

Более высокому содержанию спирторастворимых белков в зер* не мягкой пшеницы 'по сравнению с рожью соответствовало пониженное содержание лизина и многих других незаменимых а мил о кислот. Концентрация лизина в суммарных белках пшеницы была в 1,6 раза ниже, чем в белках ржи. Наряду с этим в белках пшеницы на долю глутаминовой кнслоты+глутами-на и пролина приходилось 44,2% 'против 34,4%—в суммарных белках ржи. Исследование аминокислотного состава суммарных белков тритикале показало, что различные образиы несколько различаются между собой ло содержанию отдельных аминокислот, а в среднем тритикале по аминокислотному составу белков близки к пшенице. Как и у пшеницы, в белках тритикале глутаминовая кислота+ глутамнн и пролин находились в очень высоких количествах, в сумме на их долю приходилось в среднем 45% от общего содержания аминокислот. В соответствии с этим содержание незаменимых аминокислот

. Таблица 2

Аминокислотный состав суммарных белков'(среднее за 1975—1976 гг.)

% в белке

М1Г дга 1100 г зерна

Аминокислоты О. Ж • » <ч £ 5 ¡3 И х 3 Тритикале §8 2.« <, о х 15 Тритикале

колебания среднее я . « 0> 'II. — ........ среднее

Лизин 3,0 4,9 2,9—3,4 гя 366 564 397—500 446,

Гистидин 2,4 2,8 2.0—2,3 .2.2 293 316 286—352 320

Аргинин 5,0 6,4 4,7—5,3 4,9 610 7<23 644—780 , 723

Аспарагино- *

вая кис-

лота +

асларагин- 4,7 €.0 4,3—5.0 4,7 573 678 631—740 690

Треонин 3,1 3,7 2,6—3,0 2,8 378 418 332—458 451

Серии 4,9 4,9 4.4—4,8 4,6 598 554 630-720 679

Глутам »но-

вая кисло-

та+глута-

мин 34,0 26,4 32.4—35,2 34,2 4148 2983 ■ 4763—5230 5007

Пролин 10,(2 8,0 9.9—125 10,8 1244 901 1439—1793 1593

Глншш 4.0 4,6 3,9—4,3 4,1 488 510 - 562—543. 600

Алании 3,3: 4,6 3,1—3,4 3,3 ' 403 520 444—505 477

Валии 4^2 6,2 4,1—4,6 4;3 5Ш '588 605—662 632

Метион ин 1,1 1.3 0,9—1,4 1.1 134 147 132—200 168

НзолеГгцнн 3,5 3,7 3,3—3,9 3.6 427 418 466-4562 524

Лейцин 7,1 7,4 6,4—7,4 6,9 873 »15 941 — 1073 1020

Тирозин 3.6 3,4 3.2—3,8; 3,4 439 384 ■461—582 502

Фенилала- 5.5 5.9 5,2—6.0 5.7 671 667 71-2—882 839

<П1Ш Триптофан . \2 1.4 1.1—13 . 1.1 146 158 ■ 151—179 1«

в суммарных белках тритикале понижено. Вместе с тем бла* годаря высокой белковости зерна содержание, всех незаменим мых аминокислот в расчете на 100 г зерна амфидиплонда было довольно высоким и составляло от-4,21 до 4,71 г против 3,80 г в зерне пшеницы и 4,11 г—в зерне ржи. Особенно выделились по этому показателю АД 201, АД 209, АД 206, АД 257 и АД 196. По содержанию отдельных незаменимых аминокислот образцы тритикале в среднем превзошли пшеницу на 10— 25%. Особенно много по сравнению с пшеницей тритикале накапливали в зерне метнонина и фемнлалашгна. По содержанию в зерне валина, метианина, изолейщша, лейцина и фенн-лаланина амфидпплонды превзошли не только пшеницу, но и рожь. Отдельные образцы тритикале накапливали до 500 мг лизина в 100 г зерна, а в среднем по содержанию лизина превосходили пшеницу на 80 мг, или на 18%.

Распределение различных аминокислот по отдельным фракциям белков имело одинаковые закономерности у пшеницы, ржи и тритикале (табл. 3). Аминокислотный состав отдельных белковых фракций, особенно альбуминов, у различных образцов тритикале колебался в довольно широких пределах, однако в среднем по содержанию отдельных аминокислот белки амфидиплондов были равноценны белкам пшеницы или занимали промежуточное положение между белками отшенк-цы и ржи.

В соответствии с различиями в аминокислотном составе суммарные белки, а также отдельные фракции имели разные показатели биологической ценности (табл. 4).

Наиболее сбалансированы по аминокислотному составу суммарные белки зерна ржи. Суммарные белкн зерна тритикале по этому показателю примерно соответствовали мягкой пшенице. Биологическая ценность белков отдельных фракций изменялась у пшеницы от 43,7 до 75,2%, у ржи —от 45,7 до 79,6%, а у трнтнкале (в среднем)—от 43,8 до 77,3%. Тритикале выделялись высокой, биологической ценностью г л юте -линов, которая в среднем была выше, чем у пшеницы, на 2,6% н выше, чем у ржи, на 6,0%. Наиболее сбалансированы по аминокислотному составу глютелнпы АД 332, ЛД 333, АД 200 и АД безостого, •

4. Гель-хроматография легкорастворимых белков на сефадексе С-100. Компонентный и аминокислотный состав, отдельных фракций

Высокая гетерогенность и широкая изменчивость по качественному составу легкорастворнмых белков з'ерна ржн и трнтнкале были обнаружены с использованием гель-хроматографии на сефадексе й-Ю0. Белки ржи Харьковская 55, раствори-8

Ривм» *»о4«рмен*иого сост»л& суммарных

впила» /I/ к *£-амидм»ь. /2/ в верке • период ; ' от восков»!» до подпои епедостя

. ; ■ . / Х-га>*ни*& *4ироно»с*ал аш; Д - рожь Харь-д1'^ -- кмсльл 95; I -■ М В- НХ-1

■Bs

CT

ШІ

3і

І ІІІІІНІІІГІ

, \ 8 <> S

» о s» >а

еsi g:

¿•«»Iii

с а * «tí; .

si s i

ISO»

* ™ Jp o -Su

к-р <» ? ^ 1 t В

• ■ (n „ . S Й

E3I

І ІННИШІІШІІ 1

il M І II im піп

і IUI ІШІВУШТЇМ

ni m

I г II Ii™ lililí ^

СИ

liltllllllllt

w

Таблица З

Аминокислотный состав фракций белков, различающихся по растворимости (% в белке)

Аминокислота

Альбу

мины

пшеница

рожь

тритикале, среднее по 9 сортам

Глобулины

пшеница

рожь

тритака-ле, среднее по 9 сортам

Пр ода мины

пшеница

рожь

тритикале, среднее по 9 сортам

Глютеликы

пшеница

рожь

тритикале, среднее по 9 сортам

Лнзнн , , ,

Гистидин ......

Аргинин......*.

Аспаргшювая кислота+ас парагии . . . , .

Греонии . ......

Серии , ........

Гдутаминовая 'хислота+глу

тамш.....; .

Пролин '.........

Глицин .......

Алании ........

Валки .......

Метионии .... , . .

Шолейщш .....

Лейцин . . . , ... Тирозин . . . ... .. ФенклалаЛин . , . . , Триптофан ......

6,5

3.0 7,8

8,3 4,3

4.5

19.9 6.8 4,8

5.8

6.1

1.9

3.6 75

з,а

5,3 '2,2

7,0

2.3

5.0

■'6,4 3,8

4.6

23,1 105 3,5

4.7 5,7 2.0

4.1 8,0 2,5 6,5

1.4

5.3 2,6

6.4

8,4 4,1 5,1

18,8 7,7 4,6 55 6,3 1.6

8,9

3.6 6,6 1,6

4,5

3.5 11,5

7,4

3.3

5.2

21.5

6.4 ■5.2 4,4 5.7 1.0 35

7.3 3,3 6,3

1.6

4,9 ■2.7 9,2

6,9

3.4

5.0

23,0 7уЗ ■5,2 4,6

5.1

1.5

4.2 .7,5

2.6 6.0 1,5

4,4 3,1 11,0

7,1

3.1 4,9

23,8

6.3

5.2

4.4 6,0

■ 0,9 35 7,2 2,8 5,8 1,0

0,7 1,7

2.7

2,1 1,6 4/0

43.8

13.9 2,1 2.0

3.8 0,9 4.0 73 2,6 6,8 0,4

0,9 11.4

2,3

1.7

2,0 4,2

42.7 17.9 15

и

3,7 1,1 3.0 5,9 15 7.7 0,4

0,7 1.7

2,6

2.3 1.9

4.0

42 Д Н,2 12.1 2Л 3,7 1.0

4.1 7,1

2.4 7.1 0.4

4.6

2.7 6,5

6,5

3.8 ■5,1

25,3 7.8

4.4 4,3 6,1

1.5 4,3 8,2

3.3

3.4 1,1

4,1 4,8 5.5

5,8 3,1

4.4

27,0 9,1

4.5

4.0 5.8

1.5

3.6 7,3

3.1 3,5 1,1

Таблица 4 Биологическая ценность белков (в %). Опыт 1975 г.

Тритикале

Фракции белков Пшеница ;. Рожь холебания сред-«ее

Суммарные белки Альбумины . . . ... - ■ • - Проламины . . .- . ,' . , Глютелкны ......... 64,3.' 75,г 69Д 43,7 67,6 76,& 79.6 73.7 . 45,7 . 61,4 59.1-62.5 72,4—80,9 "59,7—70,3 42,4—44,8 66.2—76,3 61,3 77.3 63,8 43,8 70.4

мые в 0,005 М фосфатном буфере (рН 7,4), были разделены надве главные фракции (а и б> п одну минорную (в), которые различаются по молекулярной »массе входящих в них белков (рис. 2). У ржи резко преобладают белки с низкой молекулярной массой, которые представлены фракциями б и в. В отличие от ржи, в легкорастворимых белках АД 206 преобладают высокомолекулярные белки. Белки АД 206 были разделены на две главные фракции (а и г) и. две минорные (бив)..

В отдельных гель-хроматографических фракциях, отмеченных цифрами на кривых разделения, проводили анализ аминокислотного и компонентного состава белков. Как.показали исследования, отдельные фракции легкорастворимых белков тритикале АД 206 и ржи Харьковская 55, включающие небольшое число компонентов ^различающиеся по молекулярной массе, имеют широкую изменчивость по аминокислотному составу белков, входящих в их состав ¡(табл. 5), Рожь имела более сбалансированный по сравнению с АД- 206 аминокислотный состав легюора<ггворимых: белков, содержание аминокислот в отдельных хроматографических фракциях в белках ржи jimело меньшие колебания, чем в белках АД 206.

В результате наших исследований для белков АД 206 и ржи Харьковская 55; установлены = фракции с высоким содержанием лизина и других незаменимых аминокислот.

У ржн максимальное содержание лизина (5,9%) найдено во фракци 6 (М—20000). Кроме лизина, эти белки характеризовались высоким содержанием всех незаменимых аминокислот. Высокое количество лизина- содержалось также во фракциях 3, 9 и 10 (5,1%).

Исследование белков тритикале показало,что низкомолекулярные белки и пептиды, представленные фракцией г, очень £едны многими незаменимыми аминокислотами, а на долю глутамнновой кислоты и глутамина в -них приходится до 50% от суммы всех аминокислот. В белках тритикале фракция с~

Таблииа5

Предельные значения содержания аминокислотвхромап>графнч«скнх-фракциях (% от суммы)

Аминокислоты.

АД 206

Харьковская 55

Незаменимые ■

Лизин . . , Гнетидмн . , Треокнн , . Валин . . . Метионвн . Изолейшш . Лейшш . . Феннлалакин Сумма . . ,

1,0—6.0 2,0—10.9 сл.—6,6 2,6-«,1 сл.—1,3 сл.—6,2 -3,4—9,4 2,2—5.0 19<2—38,4

Заменимые

Аргинин..........

Аспарагиновая кислота+аспарагии

Серии.......... . .

Глутаминовая «нслота+глутамин

Пролин...........

Глицин........... . .

Алании ■ , ........ , .

Тирозин ............

3.3—8,5 7.1—34,7 6.1—19,1 15,0—31,5 сл.—10,5

1.4—75 ■2,8—7,1 СЛ.—3,7

4,1—5,9 1,6—6,0 4,7—5,7 4,0—7,1 ■0.5—3,5 0,6—4,3 6,1 — 10,0 2,4—6.1 31,9—41,0

4.5—8,8 75—11,4

5.4—6.4 18,6-27.5" .сл.—11,4

3.6—6,5

4.5—6,1 2",4—3,6

максимальным содержанием ллзина (6%) имела молекулярную массу белков около 14000, т. е. довольно близкую к массе белков высоколизиновой фракции ржи. Повышенное содержание этой аминокислоты отмечалось также-во фракциях 2 и 4,(4,7 и 5,1% соответственно). В легкорастворимых белках АД 206 обнаружена : высокая положительная коррелятивная связь между содержанием лизина н большинством незаменимых аминокислот.

Как в белках тритикале, так и в белках ржи между содержанием асиарагиновой кнслоты+аспарагина и глутаминовой кислоты+ глу там ни а обнаружена высокодостоверная отрицательная связь, причем коэффициент корреляции для этих культур был. одинаковым; Уменьшение молекулярной массы, белков сопровождалось снижением содержания глутаминовой кислоты+глутами«а и,увеличением асиарагиновой кислоты+ + аспарапша.

Методом электрофореза: в полнакриламидном геле показано, что отдельные хроматографические фракции в белках АД 206 н ржи значительно различаются по компонентному coll

ставу. Белки с повышенным содержанием лизина были представлены несколькими компонентами, в основном относящимися к средне- и легкоподвижным. По крайней мере, один из них обусловливает повышенное содержание лизина в этой фракции. Компоненты с ОЭП 0,35 и 0,48 были обнаружены в бел* ках с максимальным содержанием лизина у тритикале и ржи, что свидетельствует об одинаковом происхождении этих белков. Таким образом, метод электрофореза в полиакриламид-ном геле можно использовать для целенаправленного отбора на определенный высоколнзниовый компонент при селекции на улучшенный аминокислотный состав белков.

Особенности а-ам плазы зерна тритикале

Наши исследования показали, что^шеинчно-ржаные амфн-диплоиды характеризуются высокой активностью а-амилазы в зрелом зерне. Удельная активность а-амилазы у изученных образцов изменялась от 11,5 до 28,6 единицы при среднем значении 18,9 ед., что было на 12,2 ед. выше, чем в зерне пшеницы, и на 8,9 сд. выше, чем в зерне ржи. Было отмечено, что активность а-амнлазы наиболее высока у образцов, зерновки которых деформированы и имеют на поверхности вмятины, морщины. При увеличении количества щуплых зерновок в образце возрастала и активность а-амилазы. Корреляционный анализ показал, что между массой 100 зерен и активностью а-амилазы существует отрицательная связь, однако коэффициент корреляции был статистически (недостоверен. Чтобы избавиться от влияния сортовых особенностей тритикале на массу 100 зерен и величину активности а-амилазы, из образцов АД.206, АД 196, АД 201 и АД 209, мы отобрали по две фракции зерна, четко различающиеся по выполненности, и определили активность фермента. Мы обнаружили, что в щуплом зерне этих образцов активность а-амилазы в 3—6 раз выше, чем в выполненном {табл. 6), и имеет: явную отрицательную связь с маюсой 100 зерен. Разница в активности наблюдалась также в первые дни проращивания семян.

Исследование олектрофоретнческих свойств а-амилазы показало, что щуплое зерно АД 206 и АД 196 отличается от выполненного зерна тех же сортов большей гетерогенностью а-амилазы и более высокой активностью отдельных компонентов. В 'процессе прорастания семян у всех образцов через трое суток после намачивания появился нзофермент а-амилазы, обладающий очень высокой активностью (ОЭП 0,40). Однако в наиболее невыполненном зерне, которое было отобрано из образца АД 196, этот компонент образовался уже через одни сутки после намачивания семян. Это свидетельствует о том, что при. прорастании в.щуплом-зерне новообразование.неко---12.

Таблица б

Активность а-амнлазы в выполненном н щуплом зерне тритикале' (в мг гидролнзоваиного крахмала на 1 мг белка в час)

Показатели АД 200 (1974 г.) АД 196 (1974 г.) ЛД 209 (1975 г.) ЛД 20(1 (1975 г.)

выполненное - 8 & а выполненное 8 Е э Ч л ж. 8 г; 3 3 и Ш X 8 г; С .' >, а

Масса 100 зе-

реи. г 5,09 4,83 3.75 2,31 5.12 3,99 2,87

Удельная

активность. 17 55 71 8 70 7 41

торых молекулярных форм а-амилазы происходит раньше, чем в выполненном зерне.

В процессе созревания зерна у пшеницы, ржи и тритикале происходило снижение активности а-амилазы от фазы молочной до фазы восковой спелости. В фазы восковой и полной спелости активность фермента в зерне пшеЛицы обнаруживалась лишь в следовых количествах. В зерне ржи и тритикале АД 206 в завершающий период созревания наблюдалось некоторое увеличение активности, а-амилазы. Резкое увеличение активности этого фермента {от 1,4 до 25 единиц) произошло от фазы восковой до фазы полной спелости в зерне МХ-1, которое отличалось очень слабой выполненностью. В этот период активность а-амилазы достигла уровня, примерно соответствующего активности фермента в прорастающем зерне, и была выше, чем в фазу молочной спелости. Очевидно, именно в этот период происходит «наиболее интенсивный гидролиз крахмала и деформирование зерновок.

Наряду с изменениями в активности а-амилазы в процессе созревания зерна происходили изменения в изоферментном составе амилаз; при этом наиболее четкие различия наблюдались между зерном в фазы восковой и полной спелости (рис. 3). В зерне ржи и тритикале в этот период увеличение активности а-амнлазы сопровождалось увеличением гетерогенности фермента и активности отдельных молекулярных форм. В зерне МХ-1 в фазу полной спелости было найдено только два изофермента а-амилазы, один из которых (ОЭП 0;21) обладал очень высокой активностью и проявлялся в виде широкой зоны; Следовательно, именно этот нзофермеиг обусловил чрезвычайно резкое увеличение активности а-амилазы в зерне МХ-1 в период от восковой до полной спелости. _ Полученные нами данные свидетельствуют о том, что вы-

сокая активность а-амилазйв зерне тритикале отражает неДб-выполненность зерновок н, очевидно, связана с генетическими нарушениями в клетках гибрида.

Выводы

1. Детальные исследования белкового комплекса зерна гек-саплоидных тритикале в сравнении с белками мнткой пшеницы и ржи показали, что тритикале имеют зерно высокого качества и могут быть с успехом использованы асак кормовая, культура и как дополнительный источник пищевого белка.

■2. Пшеннчно-ржаные амфидиплоиды характеризуются высокой белковостью зерна. Содержание белков в зерне трехви* довых тритикале на 1,9—2,8% выше, чем в зерне мягкой пшеницы Мироновская 808, и на 3,1—4,0% выше, чем в зерне ржи Харьковская 55. Содержание белков в зерне двухвидового АД .1 несколько ниже, чем у трехвидовых тритикале, но больше, чем в зерне ржи и пшеницы.

3. Фракционный состав белков большинства образцов тритикале промежуточный по сравнению сделками ржи и.пшеницы. Тритикале накапливают повышенные по сравнению с пшеницей-количества'водорастворимых белков, а по содержанию клейковинообразующих белков значительно превосходят рожь и приближаются к пшенице. Фракционным составом белков пшеничного типа характеризуется зерно АД 1, АД 332 и

, АД 333.

4. Методом электрофореза в полиакриламидномгелс показано, что в спектре альбуминов зерна тритикале резко преобладают компоненты, характерные для белков ржи, а глпадины тритикале имеют компонентныйсостав пшеничного типа. Видовая специфичность электрофоретнческих спектров, этих белков проявляется от фазы молочной спелости до полного созревания.

5. Исследованные пшенично-ржаные амфидиплоиды по аминокислотному составу суммарных белкою и их биологической "ценности близки к мягкой пшенице. Отдельные белковые. фракции зерна тритикале по содержанию большинства аминокислот равноценны белкам пшеницы или занимают промежуточное положение между пшеницей, л рожью. Тритикале характеризуются хорошо сбаланснрованным аминокислотным составом глютенинов, которые по биологической ценности превосходят глютеиины пшеницы и ржи.

6. Общее содержание незаменимых аминокислот в зерне амфндиплондов, вследствие его высокой белковости, значительно выше, чем в зерне пшеницы к ржи. По содержанию отдельных незаменимых аминокислот в зерне тритикале превосходят пшеницу на 10—25%.

7. Методом гель-хром атографнн 'на сефадексе Сл-10б из легкорастворимых белков тритикале АД 206 и ржи Харьковская 55 выделены фракции, резко различающиеся по компонентному составу белков. Фракции с максимальным содержанием лизина (5,9—6,0%}, найденные в белках ржи н тритикале, имели близкую молекулярную массу и включали идентичные электрофоретпческие компоненты.

8. Пшеннчно-ржаные амфиднплоиды характеризуются повышенном активностью а-амнлазы в зерне, величина которой зависит от степени выполненности зерновок. Активность (С, амилазы в щуплом зерте в 3—6 раз выше, чем в выполненном. Резкое увеличение активности а-амнлазы у амфидиплоидов, склонных к формированию недовыполненных зерновок, происходит в период от фазы восковой до фазы полной спелости.

9. Методом электрофореза в полиакриламидном геле показано, что увеличение активности а-амилазы в зерне тритикале в завершающий период созревания может быть обусловлено как увеличением количества изоферментов а-амилазы, так н появлением отдельных компонентов, обладающих высокой активностью. Щуплое и выполненное зерно тритикале различают по количеству и величине активности отдельных изоферментов (х-амилазы.

10. Полученные нами результаты о содержании и качественном составе белков, а также об особенностях а-амнлазы » зерне тритикале могут быть использованы как исходные данные в практической селекции на качество зерна тритикале л улучшение лшеннцы, а также при сортоиспытании тритикале для внедрення их в производство.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Некоторые биохимические свойства белкового комплекса пшенкчно-ржаиых. амфидиплоидов. В сб. Тритикале. Проблемы н перспективы, ч, П. Каменная Степь, 1976 (в соавт, с Б! П. Плешковым и А". Ф. Шулындиным).

2- Изучение аминокислотного и компонентного состава легкорастворнмых белков тритикале н ржи. Изв. ТСХА, вып. 3, 1977 (в соавт. с Б. П. Плешковым и А. Ф. Шулындиным).

3. Аминокислотный состав белков тритикале, 1976 г, Отчег № гос. регистрации 76091300, ннв. Кг В 599747 (в соавт. с Б- П. Плешковым).

Л 108021 13/1Х—78 г. Объем 1 п, л. Закаа 1459.

Тираж 100

Типография Московской с.-к. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44