Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Биохимические изменения состава зерна видов и сортов пшеницы в зависимости от поврежденности трипсом (Haplothrips tritici Kurd.) и погодных условий в лесостепи Заволжья

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Автореферат диссертации по теме "Биохимические изменения состава зерна видов и сортов пшеницы в зависимости от поврежденности трипсом (Haplothrips tritici Kurd.) и погодных условий в лесостепи Заволжья"

На правах рукописи

Шулаева Юлия Геннадьевна

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ЗЕРНА ВИДОВ И СОРТОВ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОВРЕЖДЕННОСТИ ТРИПСОМ (Haplothrips tritici Kurd.) И ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ В ЛЕСОСТЕПИ ЗАВОЛЖЬЯ

06.01.11 - зашита растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Кинель - 2004

Работа выполнена на кафедре химии и биохимии Самарской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель:

Доктор биологических наук, профессор Н.П. БАКАЕВА

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор В.Г. КАП ЛИН Доктор биологических наук, профессор С.А. САЧКОВ

Ведущая организация:

ФГОУП ВПО «Оренбургский государственный аграрный Университет»

Защита диссертации состоится дШ января 2005 года в .№ часов на заседании диссертационного совета Д. 220.058.01 при Самарской государственной сельскохозяйственной академии

Адрес: 446442, Самарская область, п. Усть-Кинельский, Самарская ГСХА, диссертационный совет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной

академии

Автореферат разослан декабря 2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Г.К. Марковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для решения важной проблемы повышения качества зерна имеет большое значение выяснение внутренних, физиолого-биохимических изменений, происходящих как в свежеубранном зерне, так и в различные сроки его хранения; изменение содержания белка и всего биохимического состава зерна, хлебопекарных достоинств пшеницы под влиянием как условий выращивания и хранения, так и генотипических особенностей растений. При этом необходимы исследования влияния вредоносности пшеничного трипса для выявления механизмов биохимической устойчивости зерна и создания сортов, обладающих высокой устойчивостью к повреждению полевыми вредителями.

Цель исследований. Установить изменения биохимических показателей качества зерна различных видов, сортов пшеницы в зависимости от погодных условий, при различных сроках хранения пшеницы и под воздействием повреждений пшеничного трипса. В связи с этим ставились следующие задачи:

1) Изучить распределение белка и крахмала в зерне яровой пшеницы в зависимости от сорта и погодных условий;

2) Исследовать влияние различных сроков хранения на изменение содержания белка и его состава в зерне яровой пшеницы;

3) Определить содержание белка и его фракционный состав пшеницы в зависимости от сорта, вида пшеницы, условий произрастания и от степени повреждения зерна пшеничным трипсом;

4) Определить изменения количественного содержания крахмала и общего количества моно- и дисаХаридоа, а также содержания редуцирующих Сахаров в зерне пшеницы в зависимости от сорта, вида, погодных условий года и от различной степени повреждения зерна пшеничным трипсом;

5) Определить суммарную активность ферментов протеаз и амилаз в зерне пшеницы в зависимости от сорта, вида, условий произрастания и от различной степени повреждения зерна пшеничным трипсом;

6) Дать сравнительную хлебопекарную оценку зерна сортов и видов пшеницы и зерна пшеницы, поврежденной пшеничным трипсом,

7) Выявить устойчивость сортов и видов пшеницы к триис> по величине потерь основных питательных веществ зерна.

Научпая новизна работы. Впервые в условиях лесостепи Среднего Поволжья проведены комплексные биохимические исследования по изучению содержания белка и его фракционного состава, а также содержания крахмала и Сахаров, ферментативной активности белково-иротеазного и углеводно-амилазною комплексов в зерне различных сортов и видов пшеницы и изучено влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом. на биохимический состав зерна. Установлена углеводная направленность в питании пшеничного трипса. При изучении биохимических показателей качества и вредоносности пшеничного трипса выявлено наличие внекишечного переваривания у данного вредителя. Определено влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом, на хлебопекарные свойства зерна пшеницы Выявлено влияние биохимических показателей (содержание белка, отдельных белковых фракций, крахмала и Сахаров, ферментативной активности зерна) в качестве критерия устойчивости <РВВД>. Ф/ЩЩи^^ЩйЧ к повреждениям

БИБЛИОТЕКА I

¿"•ffgffi!

пшеничного трипса. Впервые был проведен сравнительный анализ методов выделения белков и определено качество извлечения белкового комплекса.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Распределение основных веществ зерна (белок, крахмал) зависит от погодных условий года, сорта, массы 1000 зерен и крупности зерна. При благоприятных условиях вегетации масса 1000 зерен прямо коррелирует с содержанием крахмала и обратно с содержанием белка в зерне. В мелком зерне отмечено повышенное содержание белка (в среднем в пределах 1%) и пониженное содержание крахмала (в среднем в пределах 3%).

2. Хранение семян пшеницы в течение трех лет является оптимальным сроком, т.к. способствует максимальному повышению содержания белка, а также наибольшему количеству наиболее ценных по незаменимым аминокислотам фракций альбуминов и глобулинов относительно зерна других сроков хранения.

3 При повреждении зерна пшеницы пшеничным трипсом содержание белка снижается до 7% с наибольшими потерями в его составе фракций альбуминов (до 8%) и глиадинов (до 9%), в большей степени снижается содержание крахмала (до 14-18%) и различных групп Сахаров (до 15-18%), что превышает потери белкового комплекса в среднем в 2,3 раза и, свидетельствует, об углеводной направленности питания данною вредителя. Максимальным изменением состояния белкового комплекса при повреждении зерна пшеничным трипсом отличаются сильные сорта и высокобелковые виды пшеницы.

4. При повреждении зерна пшеничным трипсом происходит значительное повышение ферментативной активности протеаз (в среднем в 1,7 раза) и амилаз (в среднем в 2,5-3 раза) и, поскольку, изменение величины активности амилаз в 1,5 раза выше величины активности протеаз, особенно, в сильно поврежденном зерне изучаемых форм пшениц, то это подтверждает углеводную направленность питания пшеничного трипса и свидетельствует о наличии внекишечного переваривания у данного вредителя.

5. Хлебопекарная оценка различных сортов и видов пшеницы в связи с протеолитической и амилолитической активностью зерна выявила обратную зависимость между объемным выходом хлеба и активностью амилаз и прямую зависимость между объемным выходом хлеба и активностью протеаз Повреждение зерна пшеничным трипсом вызывает изменение хлебопекарных достоинств изучаемых образцов пшеницы.

Степень поврежденности растений и изменения биохимических показателей качества зерна пшеницы от вредоносности трипса выявили наиболее устойчивые сорта (Кинельская 60 и Кинельская 61) и виды пшеницы (Тгйсит сИсоссит, Тпйсит Брека), использование которых наиболее значимо как для целей селекции (повышение качества зерна), так и для хлебопекарной промышленности.

Практическая ценность работы. Полученные результаты исследований, научные положения и выводы могут быть использованы в селекционной работе с целью повышения генетического потенциала существующих форм пшеницы и для создания сортов, обладающих устойчивостью к полевым вредителям и, в частности, к пшеничному трипсу. Это позволит повысить эффективность использования наиболее качественных и устойчивых сортов в производственных условиях, что в свою очередь, приведет к снижению потерь количества и качества зерна как в полевых условиях, так при хранении.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-практической конференции «Современные методы адаптивной селекции зерновых и кормовых культур» (Самара, 2002); на первой региональной научно-практической конференции «Проблемы защиты растений в Поволжье» (Самара, 2002); на 4-й международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003); на заседаниях кафедры химии и биохимии СГСХА (2001, 2002, 2003 и 2004); на международной межвузовской конференции профессорско-преподавательского состава в Самарской ГСХА «Актуальные проблемы АПК в XXI веке» (Кинель, 2004).

Публикации материалов исследований. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 1 в центральной печати.

Декларация личиого участия автора. Диссертация содержит фактический материал, полученный автором в течение 1995-2003 гг. Лабораторные исследования, обработка и анализ собранного материала выполнены автором полностью самостоятельно с 1997г. В совместных статьях доля личного участия составляет от 30 до 80%.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах и состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. В работе содержится 30 таблица, 10 рисунков и 18 приложений. Список литературы включает 332 источника, в том числе 27 на иностранных языках.

Работа выполнена в НИЛ Биохимии кафедры химии и биохимии ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия». Автор выражает благодарность директору Поволжского НИИСС им. П.Н. Константинова член-корр. РАСХН, д. с -х. н., профессору В.В. Глуховцеву и, лично, зав. отделом селекции и семеноводства яровой пшеницы д. с.-х, н., профессору А.П. Головоченко за представленный материал для изучения и возможность проведения исследований на опытном поле Поволжскою НИИСС, научному руководителю, д. б. н., профессору Н.П. Бакаевой (СГСХА), зав. НИЛ Биохимии (СГСХА) Т.И. Щербаковой, сотрудникам кафедры технологии хранения и переработки продукции растениеводства (СГСХА) и лаборатории по оценке качества зерна и зернопродуктов за помощь в оформлении диссертации.

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования биохимических показателей качества зерна пшеницы в зависимости от погодных условий года, сорта, вида и сроков хранения, а также вредоносности пшеничного трипса проводились в 1995-2003 гг. методом лабораторных анализов в НИЛ Биохимии кафедры химии и биохимии и на полях Поволжского НИИСС им. П Н. Константинова, а также в лаборатории кафедры технологии хранения и переработки продукции растениеводства ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия». За годы исследований крайне тяжелые погодные условия были в 1995 г. - отмечалась острозасушливая погода в течение всего вегетационного периода; 1996 г. характеризовался как умернно-влажный с большим количеством тепла (средне засушливый год). 1997 г был влажный и теплый со слабой весенне-летней засухой 1998 г. был крайне засушливый и очень жаркий. 1999 г. характеризовался холодной и влажной весной, жарким и сухим летом. В 2000 г. наблюдался повышенный температурный режим и дефицит осадков с неравномерным их распределением по периодам роста и развития растений. 2001, 2002 и 2003 гг.

соответственно характеризовались как умеренно засушливый, засушливый, влажный и теплый.

Работа проведена на 5 сортах яровой мягкой пшеницы (Кинельская 61, Кинельская 59, Грекум 3152, Кинельская 60 и Тулайковская 5) и 4 ботанических видах пшеницы (Triticum dicoccum, Triticum spelta, Triticum persicum, Triticum sphaerococcum), различающиеся морфологическим строением колоса, биохимическим составом зерна и хлебопекарным свойствам, а, следовательно, обладающие различной устойчивостью к повреждениям вредителя. Образцы трех сортов (Кутулукская, Кинельская 59 и Кинельская 60) были изучены в урожае пяти лет репродукции. Сорт яровой пшеницы Кинельская 59 изучен на полноту осаждения белков и в процессе хранения (от двух месяцев до шести лет).

Полевые опыты сопровождались наблюдениями за повреждаемостью колосьев наиболее многочисленным вредителем пшеницы - пшеничным трипсом (Haplothrips tritici Kurd.).

• Для биохимических исследований были применены следующие методы-, белковый анализ зерна пшеницы проводился двумя методами, при этом фракционирование белковых веществ осуществляли по методу, предложенному Х.Н. Починок (1976), а для выделения суммарных белков была взята методика, предложенная Б.П. Плешковым (1985). Данные методы показали сравнимые и достоверные результаты, что позволило использовать их в наших исследованиях. Методом определения количественного содержания белка являлся метод Биурета (микроопределение). Анализ углеводного комплекса включал колориметрические методы определения крахмала по Х.Н. Починок (1976) и Сахаров по А.И. Ермакову (1987). Изучение ферментативной активности протеаз осуществляли по методу H.H. Третьякова (1990), а суммарную активность амилаз определяли по методу Б.П. Плешкова (1985).

Отдельные свойства зерна определяли по методикам, изложенным в соответствующих ГОСТах: (метод определения массы 1000 зерен или 1000 семян; метод пробной лабораторной выпечки хлеба). Степень поврежденности зерна определяли по общепринятой методике (В.И. Танский, 1988).

Математическая обработка данных произведена с использованием пакета компьютерных программ Excel и «Пакет программ по статистике». Полученные данные подвергали статистической обработке методом дисперсионного и корреляционного анализа (Б.А. Доспехов, 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВЛИЯНИЕ СОРТА, ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ И СРОКОВ ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА НА СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА И КРАХМАЛА

Содержание белка и крахмала в зерне яровой пшеницы. Для периода 19952000 гг. исследований показано, что погодные условия вегетации растений 1997 г. и 2000 г. резко отличались между собой и характеризовались: как благоприятный (влажный и теплый) 1997 г. и как неблагоприятный (засушливый) 2000 г

Масса 1000 зерен находилась в прямой корреляции с условиями вегетации растений (год исследования), а варьирование этого признака в пределах данного года - это сортовые особенности пшеницы. Так, в 1997 г. величина массы 1000 зерен варьировала от 42,2 г до 46,9 г и была максимальной у сорта Кинельская 60, а

минимальная масса I ООО зерен наблюдалась в общей массе зерна урожая 2000 г. (от 37,6 г до 38,8 г) с наибольшим значением у сортов Кинельская 60 и Кутулукская.

Между содержанием белка и массой 1000 зерен в общей массе зерна наблюдалась обратная корреляция (г=-0,043): в 1997 г получено наименьшее содержание белка (в среднем на уровне 12,6%) с наибольшей величиной у сорта Кинельская 60 (на уровне 13.0%). Из данных лет исследований максимальное содержание белка наблюдалось в 2000 г (в среднем на уровне 14,1%) с наибольшей величиной у сортов Кинельская 60 и Кутулукская (на уровне 14,7%).

Содержание крахмала« зерне изучаемых сортов пшеницы за период исследований находилось в прямой корреляционной зависимости от массы 1000 зерен (г=0,902): в 1997 г. наблюдалось максимальное содержание крахмала (в среднем 71,7%) с наибольшим значением у сорта Кутулукская (74,0%) В 2000 г. величина содержания крахмала была минимальной (в среднем 61,8%) с наибольшим значением также у сорта Кутулукская (63,0%) (таблица 1).

Таблица 1

Содержание суммарного белка и крахмала в общей массе зерна яровой пшеницы

Сорт | Вещества Содержание веществ,%

1995 г 1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г. 2000 г.

Кутулукская белок 13,0±0,7 13,7±0,8 12,7±0.8 13,8±0,7 13,4±0,7 14.7±0,8

крахмал 63,0±0,9 66,0±0,9 74,0±0,9 65,2±0,7 64,4±0,7 63,0+0,9

Кинельская 59 белок 12,0+0,7 13,7±0,8 12,0±0,7 13,0±0,7 12,7±0,8 13,0±0,7

крахмал 60,2±0,7 63,8±1,4 70,0±0,9 62,4±0,7 65,2±0,7 61,2±0,7

Кинельская 60 белок - 14,7±0,8 13,0±0,7 13,0±0,7 13,0±0,7 14.7±0,8

крахмал - 65,2±0,7 71,2±0,7 62,4±0,7 64,2±0,7 61,2±0,7

Проведенный дисперсионный анализ показал, что влияние фактора А (сорт) и фактора В (погодные условия) на исследуемые показатели качества зерна было достоверным. Доля влияния фактора А составляет в среднем 52,84%, а фактора В -14,95%.

Поскольку за период исследований с 1995-2000 гг. были получены различные зависимости содержания белка и крахмала в общей массе зерна, то для изучения распределения белка и крахмала зерно было разделено на фракции (мелкое, среднее, крупное) с определением массы 1000 зерен, количества белка и крахмала.

Масса 1000 зерен тесно коррелирует с крупностью зерна (г=0,852). Для благоприятного 1997 г. характер корреляции показал обратную корреляцию увеличения содержания белка от крупного зерна к мелкому (в пределах 2%) (г=-0,642) и прямую корреляцию с содержанием крахмала в зерне различной крупности (в пределах 7%) (г=0.848). Для неблагоприятного 2000 г изменения соотношений величин содержания белка и крахмала в крупном зерне имело несколько другой характер (рис. 1).

Корреляционный анализ выявил обратную зависимость между содержанием белка и крахмала в общей массе зерна (г=-0,242) и в крупном зерне (г=-0,520) и отсутствие корреляционной связь между данными показателями в зерне средней крупности (г= 0,043) и мелком зерне (г = 0,095).

Среди исследуемых сортов пшеницы за годы исследований наивысшие значения содержания белка и крахмала в зерне различной крупности имели сорта Кутулукская и Кинельская 60.

1997 г. Содержание белка, %

мелкое среднее крупное

2000 г. Содержание крахмала, %

мелкое среднее крупное

мелкое среднее крупное

мелкое среднее крупное

Условные обозначения:

Кутулукская

Кинельская 59;

"Кинельская 60

Рис. 1. Изменение распределения содержания белка и крахмала в зерне пшеницы от

его крупности

Содержание белка и его состав в зерне яровой пшеницы в зависимости от сроков хранения. Изучение зерна copra Кинельская 59 в течение 6-ти лет хранения показало, что хранение семян в течение трех лет способствует максимальному повышению содержанию белка относительно свежеубранного зерна (в среднем в пределах 3%). Для зерна 3-х летнего срока хранения характерно наибольшее количество ценных по содержанию незаменимых аминокислот фракций альбуминов (2,6%), глобулинов (3,0%), а также глиадиновой фракции белков (5,2%) и незначительное изменение глютенинов. Снижение содержания общею белка (до 14,8%) в зерне происходит при 6-ти летнем хранении семян и, главным образом, в глютениновой фракции (в среднем в пределах 2,3%).

СОСТАВ БЕЛКА И УГЛЕВОДНЫЙ КОМПЛЕКС ЗЕРНА ВИДОВ И СОРТОВ ПШЕНИЦЫ И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ ПШЕНИЧНЫМ ТРИПСОМ (Haplothrips tritici Kurd.)

Считается (И.М Коданев, 1970), что в отдельные годы в более узком диапазоне >словий можно встретить случаи различной корреляционной зависимости между содержанием белка и крахмала в зерне. Поэтому нами были проведены специальные исследования содержания белка и крахмала в зерне и изучены биохимические особенности качества зерна (содержание белка, крахмала и Сахаров, ферментативная активность протеаз и амилаз), поврежденного пшеничным трипсом, различающихся по биологии развития и качеству зерна 5-ти сортов яровой мягкой пшеницы и 4-ох ботанических вида пшеницы в 2002-2003 гг.

Содержание белка и его состав, крахмала и Сахаров в зерне сортов и видов пшеницы. По содержанию белка и крахмала в зерне мы получили аналогичные зависимости, что и в исследованиях 1995-2000 гт.: в условиях засухи с большим количеством тепла в 2002 г. сформировалось зерно с более высоким содержанием белка (в среднем до 15,0%), а во влажных условиях 2003 г. - увеличивалось содержание крахмала (до 70,0%) и снижалось количество белка (в среднем до 13,5%) (таблица 2).

Максимальная белковость в годы исследований наблюдалась в неповрежденном зерне сорта Кинельская 61 (в среднем на уровне 14,6%), что является сортоспецифичным признаком, и в неповрежденном зерне видов 'Гпйсит эрека и ТгМсит <1коссит (в среднем на уровне 14,8%), у которых эта особенность может быть поставлена в связь с величиной зерна. Как правило, указанным видам пшеницы свойственно продуцировать более выровненное и вытянутое зерно, у которого относительный процент алейронового слоя больше, чем у крупнозерных форм пшеницы. Не исключена возможность, что происхождение этих пшениц также способствует большему накоплению белка. Наименьшее содержание белка в годы исследований было зафиксировано в неповрежденном зерне сорта Кинельская 59 и в неповрежденном зерне вида ТпПсиш врЬаегососсит, который характеризуется своей округлостью.

Наибольшим содержанием крахмала и наименьшим варьированием данного показателя по годам исследований отличились сорт Кинельская 59 и виды Т. регасит и Т. БрЬаегососсит (в среднем на уровне 67,0%). На фоне высокой белковости менее всего крахмала (в среднем на уровне 64,0%) содержало зерно сорта Кинельская 61 и видов Т. 5ре11а и Т. сУсоссшя.

Также проведены исследования фракционного состава белка, общего количества моно- и дисахаридов и редуцирующих Сахаров.

При изучении отдельных белковых фракций зерна у всех исследуемых видов и сортов пшеницы в условиях повышенного увлажнения 2003 года наблюдалось увеличение солевой фракции белка (в среднем на уровне 3%) за счет изменений в содержании фракций глиадина и глютенина (таблица 2). В среднем за 2002-2003 гг. высокое содержание клейковинных белков имели сорта Кинельская 61 и Кинельская 60 (в среднем 5,1% глиадинов и 3,7% глютенинов) и виды ТгШсигп вреНа и ТгШсит сНсоссит (на уровне 5,2% глиадина и 4,5% глютенина).

В умеренно-теплых и дождливых условиях 2003 г. установлено процентное уменьшение редуцирующих Сахаров (глюкозы, фруктозы и т.п. в среднем в 1,6 раза до уровня 0,46%) и нарастание процентного содержания крахмала (в среднем в 1,1 раза) за счет данных подвижно-активных форм Сахаров. Высокое содержание простых Сахаров (в среднем на уровне 0,62%) имело зерно сортов Кинельская 61 и Кинельская 60, а также вид Тпйсит Брека (в среднем на уровне 0,64%), а общее количество моно- и дисахаридов было максимальным в зерне сортов Кинельская 59 и Грекум 3152 и видов Тппсит регасит и ТгШсит БрЬаегососсит (в среднем на уровне 2,62%).

Таким образом, минимальные изменения в накоплении белка и отдельных его фракций по годам исследований проявляли сорта Кинельская 60, Тулайковская 5 и Грекум 3152 и виды Т. Шсоссит и Т. зрЬаегососсит. При этом зерно сорта Кинельская 60 и вида Т. сНсоссшп обладало повышенным содержанием общего белка и наибольшим количеством клейковинных фракций В свою очередь, наиболее крахмалистый сорт Кинельская 59 и вид Т. БрЬаегососсит более полно использовали

фотосинтетический потенциал листьев и элементов колоса, что положительно сказалось на наиболее полном использовании активных Сахаров и на содержании крахмала в зерне.

Таблица 2

Содержание белка и его фракций, крахмала и Сахаров в зерне пшеницы

2003 год

содержание фракций белка, % содержание углеводов, %

Виды, сорта глют е НИН ы моно- редуц

пшеницы альбу мины глобу лины глиа дины общий белок крах мал иди-сахар и иру-ющие сахар

да а

ТгМсит ае^уит

Кинельская 61 2,98 2,88 4,60 3,35 13,80 67,05 2,68 0,47

Кинельская 59 2,64 2,30 4,58 3,15 12,69 69,70 3,00 0,45

Грекум 3152 2,88 2,73 4,59 3,10 13,30 68,95 3,00 0,45

Кинельская 60 2,89 2,70 4,67 3,41 13,66 67,00 2,68 0,47

Тулайковская 5 2,77 2,73 4,63 3,33 13,50 68,00 2,85 0,46

ТгШсит сИсоссит 2,88 2,33 4,89 3,98 14,07 66,35 2,68 0,47

ТгШсит 8ре1ш 2,87 2,84 4,70 3,80 14,21 66,20 2,50 0,51

ТгШсит регясит 2,73 2,72 4,41 3,47 13,33 68,60 2,85 0,46

ТгШсит врЬаегососсит 2,76 2,72 4,40 3,30 13,18 69,60 2,85 0,46

НСРоз по сортам мягкой пшеницы 0,10 0,10 0,08 0,09 0,11 0,86 0,15 0,04

НСРоз по видам пшеницы 0,10 0,09 0,08 0,10 0,14 0,97 0,13 0,04

Изменение содержания белка и его состава в зерне сортов и видов пшеницы в зависимости от степени повреждения трипсом (слабая, средняя, сильная). Потери белка за 2002-2003 гг. исследований в среднем были одинаковыми и составили в среднем 5,7% относительно неповрежденного зерна (контроль, принят за 100%). Наибольшие потери количества общего белка (на уровне 6,5%) наблюдались в сильно поврежденном зерне сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 и у видов ТгМсит вреИа и ТгМсит сИсоссит. Поскольку указанные виды и сорта пшеницы отличались наибольшим содержанием белка, то, вероятнее всего, это и повлияло на высокий процент потерь белка в поврежденном зерне относительно контроля. Меньшее снижение количества общего белка имело сильно поврежденное зерно сортов Кинельская 59 (4,8% потерь белка) и Грекум 3152 (5,3% потерь белка) и вида Т. ярЬаегососсит (4,5% потерь белка). В слабо поврежденном зерне пшеницы потери белка составили в среднем 1,7-1,9% и были наибольшими у тех же сортов и видов пшеницы. В целом за годы исследований потери белка по видам пшеницы были в 1,2 раза меньше, чем потери общего белка по исследуемым сортам.

В составе белков поврежденного зерна наблюдалось последовательное снижение всех исследуемых фракций белка, но в среднем за годы исследований снижение содержание альбуминов и глиадинов в зерне с сильной степенью повреждения было больше (в среднем 6,1% и 7,0% соответственно по сортам и видам пшеницы), а глобулинов и глютенинов меньше (в среднем 4,0% и 4,7% соответственно). Наибольшие потери клейковинных фракций белка в среднем за годы исследований наблюдались в сильно поврежденном зерне сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 (в среднем 6.8% потерь) и видов Терека и Т. «Исоссит (7,1% потерь). Коэффицент корреляции величин общего содержания белка и поврежденности зерна составил 0,715 по сортам и 0,333 по видам пшеницы

Следует отметить, что к повреждению пшеничным трипсом по исследуемому признаку была установлена устойчивость сортов Кинельская 59 и Грекум 3152 и вида Т. БрЬаегососсиш. Сорта Кинельская 61 и Кинельская 60 и виды Т. Шсоссит Т. БреКа проявили себя как наименее устойчивые.

Изменение соотношения фракций белка в зерне сортов и видов пшеницы с различной степенью повреждения зерна. В условиях устойчивой засухи 2002 года отношение клейковинных фракций белка было наибольшим практически у всех изучаемых сортов в среднем на уровне 1,41 независимо от их хлебопекарной классификации. При дождливых условиях 2003 года у сильных сортов (Кинельская 61 и Тулайковская 5) соотношение глиадин : глютенин не изменилось, что свидетельствует о высокой устойчивости и минимальной изменчивости в реализации высокого адаптивного потенциала в контрастные годы. В наименьшей степени снизилось процентное соотношение долей клейковинных фракций у сильного сорта Кинельская 60 и у сорта - филлера Кинельская 59, а у сорта Грекум 3152 в 2003 году соотношение долей данных фракций белка даже увеличивалось, вероятнее всего, за счет более интенсивного синтеза глиадинов.

По качеству клейковины наилучшее соотношение доли клейковинных белков наблюдалось в неповрежденном зерне сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 и видов Т.<йсоссит и Т. зрека (в среднем 1,37 и 1,23 соответственно во все годы исследований).

При изучении поврежденного трипсом зерна пшеницы получилось, что доля глиадинов несколько понижалась относительно процентного содержания данной фракции в неповрежденном зерне, чю может быть обусловлено интенсивным их всасыванием при питании пшеничного трипса. В зависимости от года исследования доли альбуминов, глобулинов и глютенинов в общем белковом комплексе поврежденного зерна исследуемых видов пшеницы либо не изменились (альбумины в 2002 - 2003 гг. и глютенины в 2002 г.) либо даже несколько возрастали (глобулины в 2002 - 2003 гг. и глютенины в 2003 г.) относительно неповрежденного зерна за счет редукции других фракций белка, что говорит о меньших потерях и меньшей предпочитаемости данных групп белков для питания трипса.

По процентному соотношению доли фракций глиадин : глютенин клейковину сильно поврежденного зерна большинства исследуемых видов и сортов можно отнести к группе «сильно растяжимых», т. е. слабого качества. Однако зерно с такой клейковиной все-таки пригодно для хлебопечения, поскольку вносимые трипсом протеояитические ферменты имеют незначительную ферментную активность и не вызывают дезагрегацию белковых молекул, поэтому ухудшение качества поврежденного трипсом зерна пшеницы связано, вероятно, с изменением в углеводном комплексе веществ.

Изменение содержания крахмала и Сахаров в зерне с различной степенью повреждения пшеничным трипсом. В зависимости от степени повреждения зерна у всех исследуемых сортов и видов пшеницы потери количества крахмала в условиях вегетации 2003 г. были значительно больше, чем потери содержания крахмала в поврежденном зерне пшеницы урожая 2002 г. (в среднем на 4,5%). В среднем эти потери составили 10,5% в 2002 г., а в 2003 г. они возросли в 1,4 раза и составили 14,9% при сортовом анализе, а при видовом анализе потери крахмала в 2003 г. возросли в 1,5 раза и составили 9,9% и 14,5% соответственно, что объясняется наличием обильного источника пищи для вредителя и высокой гигроскопичностью крахмала зерна урожая влажного 2003 г., который легче расщеплялся амилазами и был более доступен для питания трипса.

Наименьшие потери крахмала в зерне с сильной степенью повреждения по сравнению с другими изучаемыми формами пшеницы наблюдались у сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 и у видов Т. врека и Т. Шсоссиш (в среднем до 10%), а наибольшие - были отмечены у сорта Кинельская 59 и у вида Т. зрЬаегососсит (в среднем до 16%), поскольку на фоне других пшениц указанные формы отличались более мучнистым эндоспермом. Возможно, что заметные потери крахмала в поврежденном зерне усугубились дыханием зерна зв счет использования мелких крахмальных зерен. Минимальное снижение содержания крахмала в зерне со слабой степенью повреждения было зафиксировано у сорта Кинельская 61 и у вида Т. зрека (в среднем на уровне 2,5%), а наибольшие потери крахмала в зерне со слабой степенью повреждения имели сорта Кинельская 59 и Грекум 3152 и вид Т. зрЬаегососсит (в среднем в пределах 4,8%).

В среднем в 2002 г. в сильно поврежденном зерне пшеницы потери моно- и дисахаридов по были в 1,1 раза меньше, чем в 2003 г. и составили в среднем 12,9% и 13,8% соответственно по каждому году исследования. Однако, уровень потерь редуцирующих Сахаров в поврежденном зерне пшеницы 2002 г., наоборот, был в 1,1 раза выше уровня потерь данных Сахаров в поврежденном зерне 2003 г. и составил в среднем 17,3% в 2002 г. и 16,2% в 2003 г.

Максимальные потери моно- и дисахаридов наблюдались в поврежденном зерне сортов Грекум 3152 и Кинельская 59 и вида Т. врЬаегососсшп (в среднем до 15%). Минимальное снижение данной группы Сахаров было характерно для поврежденного зерна сортов Кинельская 61, Кинельская 60 и вида Т. зрека (в среднем до 11%). Редуцирующие сахара минимально снижались в поврежденном зерне сортов Кинельская 59, Грекум 3152 и вида Т. зрЬаегососсит (в среднем до 16%), а максимально - в сильно поврежденном зерне сортов Кинельская 61, Кинельская 60 и вида Т. зрека (в среднем в пределах 18%). В зерне со слабой степенью повреждения минимальные потери моно- и дисахаридов были характерны для сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 (в среднем до 3,5%) и видов Т. вреНа и Т. сНсоссит (в среднем на уровне 2,0%), а максимальные потери данных Сахаров наблюдались у сорта Грекум 3152 и вида Т. зрЬаегососсит (в среднем до 5,3%).

Корреляционный анализ выявил обратную связь степени повреждения зерна с содержанием крахмала и сахара при сортовом (г = -0,707 по содержанию крахмала и г =- 0,759 по содержанию сахара) и видовом (г =- 0,696 по содержанию крахмала и г = -0,682 по содержанию сахара) анализе зерна.

Таким образом, на фоне более высокого содержания той или иной группы Сахаров в исходном неповрежденном зерне пшеницы наблюдались и более существенные потери рассматриваемых здесь сахаридов. Изначально меньшее содержание

редуцирующих Сахаров (в 1,1 раза) в зерне Кинельская 59 и Грекум 3152 свидетельствует о том, что они расходуются на синтез крахмала и других сложных веществ, а потому в их цветковых оболочках синтезируется больше углеводов (в частности, крахмала), которые являются легко гидролизуемыми и усвояемыми дня вредителя питательными веществами и, в результате, на фоне высокобелковистых сортов Кинельская 61, Кинельская 60 и Тулайковская 5 они больше повреждаются пшеничным трипсом. Среди изучаемых видов пшеницы аналогичная ситуация '' прослеживается и по более мучнистым видам Т. зрЬаегососсиш и Т. регасит.

Анализируя общее биохимическое состояние зерна, поврежденного пшеничным трипсом, у всех исследуемых сортов и видов пшеницы получилось, что соотношение в потерях по белкам, крахмалу и сахарам, преобладало в сторону углеводного комплекса (рис. 2). И поскольку пшеничным трипсом в большей мере потребляются углеводы, то это свидетельствует об углеводной направленности питания данного вредителя. Для подтверждения этой точки зрения были проведены исследования по определению активности протеолитических и амилолитических ферментов в зерне пшеницы с различной степенью повреждения трипсом.

АКТИВНОСТИ ПРОТ.И АМИЛАЗ, ИХ ИЗМЕНЕНИЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ ТРИПСОМ

Изменчивость активности протеолитических ферментов. Протеолитические ферменты (протеазы) расщепляют пептидные связи в молекулах белка с образованием пептидов и отдельных аминокислот, что, в свою очередь, влияет на скорость совершающегося в тесте протеолиэа в процессе приготовления хлеба, а также облегчает процесс пищеварения при питании вредителя. В зерне сортов и видов пшеницы урожая 2003 г. наблюдалась сравнительно большая протеолитическая активность, чем в зерне данных пшениц урожая 2002 г. Если в первом случае она характеризовалась для сортов и видов в среднем на уровне 1,50 ед., то в 2002 г. она была в 1,1 раза меньше и соответственно составила только лишь 1,35 ед. Среди всех изучаемых сортов пшеницы максимальная величина активности протеаз была отмечена в зерне сортов Кинельская 59 и Тулайковская 5 в 2002 г. (в среднем на уровне 1,44 ед.) и в зерне сорта Кинельская 59 в 2003 г (на уровне 1,61 ед.). Минимальное значение данного показателя в 1,1 раза имело зерно сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 и в 2002 (на уровне 1,31 ед.) и в 2003 гг. (на уровне 1,43 ед.). Среди исследуемых видов пшеницы наибольшая активность протеаз наблюдалась в зерне видов Т. регасит и Т. зрЬаегососсиш (в среднем на уровне 1,51 ед.), а минимальная - в зерне видов Т. врейа и Т. Фсоссит (в среднем 1,37 ед.) во все годы исследований.

Таким образом, на изменчивость этого признака у сортов и видов пшеницы оказывает влияние генотип и погодные условия в год получения урожая пшеницы: при более сухой погоде (2002 г.) протеолитическая активность в зерне понижена, а • при более влажной погоде (2003 г.) повышена.

Связь между содержанием белков и протеолитической активностью хорошо проявляется у сортов и видов пшеницы 2002 г., когда большему содержанию в зерне 1 белковых веществ соответствует меньшая протеолитическая активность. Можно

предположить, что вследствие увеличения интенсивности накопления зерном белковых веществ в условиях более сухой погоды, по-видимому, происходит большое

СОРТА ПШЕНИЦЫ КИНЕЛБСКАЯ61

ВИДЫ ПШЕНИЦЫ TRJTICUM DICOCCÜM

гчздчя.

TRTTJCUM SPHAEROCOCCUM

1M 15>" 1М

1 2 3 4 5

1 - низммалекуяярные белки;

2 - высокомолекулярные белки;

3-крахмал;

4—моно- и дисахара;

5 - редуцирующие сахара

1 2 3 4 5 Условные обозначения: слабая В, средняя Ц сильная О степени повреждения зерна;

Рис 2. Сравнительные потерн белков и уг леводов в повреждение»« трипсом зерне сортов и видов пшеницы в среднем за 2002-2003 гг., %

уплотнение белка и более полное инактивирование протеолитических ферментов. В условиях более влажной погоды происходит, по-видимому, обратное явление.

Протеолитическая активность зерня пшеницы, поврежденного трипсом. В зависимости от степени повреждения зерна происходило последовательное нарастание активности протеаз относительно контроля (неповрежденное зерно) с максимальным значением данной величины в зерне с сильной степенью повреждения, особенно в зерне урожая 2002 г. (рис.3).

2002 г.

А,Е

К-61 К-59Гр.3152К-60 Тул. 5

2003 г.

А, Е

К-61 К-59 Гр.3152 К-60 Тул. 5

X X

I I I

Т. die. T.sp. T.per. Т. sph.

A, E

T. die. T. sp. T.per. T. sph.

Условные обозначенш:Х-неповрежденное зерно (контроль);слабая О, средняя D,

сильная А степени повреждения зерна; Сокращения: К-61-Кинельская 61; К-59-Кинельская 59; Гр. 3152-Грекум 3152; К-60 - Кинельская 60; Тул.5-Тулайковская 5; Т. dic.-T. dicoccum; Т. sp.-T. spelta; Т. per. -Т. persicum; Т. sph. - Т. sphaerococcum

Рис.3. Изменение суммарной активности протеаз в поврежденном трипсом зерне различных сортов и видов пшеницы

При этом в годы исследования максимально величина активности протеолитических ферментов повысилась при сильном повреждении трипсом зерна сортов Кинельская 60 и Кинельская 61 и видов Т. dicoccum и Т. spelta (в среднем в 2 раза). Минимальная активность исследуемого комплекса ферментов прослеживается в сильно поврежденном зерне сортов Кинельская 59 и Грекум 3152 и видов Т. * persicum и Т. sphaerococcum (в среднем в 1,6 раза). Данная тенденция опять же, может

быть обусловлена соотношением основных биополимеров зерна: поскольку сорта и виды пшеницы с максимальной активностью протеаз в поврежденном зерне 1 отличаются высоким содержанием белка, то вредитель вырабатывает в большом

количестве те гидролазы, которые расщепляют данный биополимер. Преобладание в зерне пшеницы других биополимеров, в частности углеводов, стимулирует образование гидролаз, легко гидролизующие их, в частности, фермента - амилазы.

Изменчивость активности амилолитических ферментов. Амилолитические ферменты (амилазы) расщепляют крахмал на дисахариды и моносахара. В условиях более сухой погоды 2002 г амилолитическая активность зерна была повышенной (в среднем в 1,5 раза), а более влажного 2003г. - пониженной. В условиях более влажной погоды, способствующей накоплению крахмала (2003 г.), процесс идет довольно интенсивно, вследствие чего зерно содержит много крахмала, а его амилолитическая активность низкая. В условиях же более сухой погоды, способствующей, как известно, большему накоплению в зерне белка (2002 г.), интенсивное накопление белка тормозило процесс накопления крахмала, адсорбируя в большей степени амилазу зерна, принимающую участие в синтезе крахмала. После автолиза зерно освобождало связанную амилазу. При этом сорта и виды пшеницы, отличающиеся высоким содержанием белка и более плотной структурой эндосперма (Кинельская 60 и Кинельская 61, Т. зре11а) имели более высокие величины амилолитической активности в годы исследований (в среднем на уровне 194 мг/г и 206 мг/г соответственно), чем сорта и виды пшеницы с низким содержанием белка и рыхлой структурой эндосперма (Кинельская 59 и вид Т. врЬаегососсиш) (в среднем на уровне 175 мг/г).

Таким образом, нормальные зерна пшеницы имели или относительную пониженную протеолитическую и повышенную амилолитическую активность (2002 г.), или, наоборот, пониженную амилолитическую и повышенную протеолитическую активность (2003 г.). Эта зависимость выражалась коэффициентом корреляции г = - 0,814 на сортах пшеницы и г = - 0,727 на видах пшеницы. В свою очередь, понижение или повышение активности тех или иных ферментов в зависимости от условий года обусловлено сочетанием двух процессов - притока в зерно фермента и его инактивирование в результате перехода в зимогенное состояние. Поэтому, в 2002 г. первый процесс преобладал над вторым в отношении амилазы, а в отношении протеаз преобладал второй процесс, в результате чего наблюдалась меньшая активность фермента, что объясняется интенсивным уплотнением белковых молекул и переходом большей части протеаз в гидролитическом неактивное состояние. В 2003 г. данная тенденция коснулась амилаз, а вот, протеолитическая активность, наоборот, возрастала.

Амилолитическая активность зерна пшеницы, поврежденного трипсом. В

зависимости от степени повреждения зерна наблюдалось последовательное нарастание активности амилаз за счет впрыскиваемых собственных ферментов вредителя, обеспечивающих предварительную "внекишечную" подготовку пищевого субстрата. При этом относительно контроля (неповрежденное зерно) нарастание суммарной активности амилаз в поврежденном зерне урожая 2002 г. было в среднем приблизительно в 1,3 раза меньше, чем нарастание данной величины в поврежденном зерне урожая 2003 г. (рис. 4). Наибольшее нарастание амилолитической активности было в поврежденном зерне сортов Кинельская 59, Грекум 3152 и видов Т. регасит, Т. врЬаегососсит (в среднем в 3 раза), а наименьшее - в поврежденном зерне сортов Кинельская 61. Кинельская 60 и Тулайковская 5 (в среднем в 2,4 раза).

Таким образом, в поврежденном трипсом зерне пшеницы величина активности протеолитических ферментов возрастала в среднем в 1,7 раза, а величина активности амилаз увеличивалась в среднем в 2,5 раза, что подтверждает углеводную направленность питания пшеничного трипса В свою очередь, увеличение активности протеолитических и амилолитических ферментов в поврежденном зерне пшеницы свидетельствует о наличии внекишечного переваривания у пшеничного трипса, и так

как величина активности протеаз незначительная и не оказывает существенною дезагрегирующего воздействия на белковые молекулы зерна, то поэтому такое зерно пригодно для выпечки хлеба. При этом следует отметить сортовые и видовые особенности исследуемых пшениц, которые обладают рядом различных морфо-физиологических признаков, позволяющие им по величине биологических показателей качества в большей или меньшей степени повреждаться пшеничным трипсом.

А, мг/г

2002 г.

К-6! К-59Гр 3152К-60 Тул. 5

А, мг/г

2003 г.

К-61 К-59 Гр.3152 К-60 Тул. 5

А,

мг/г

Т. die Т, sp Т per Т. sph.

А, мг/г

Т die

Условные обозначен «я :Х-неповрежденное зерно (контроль)слабая О, средняя П, сильная А степени повреждения зерна; Сокращения: К-61-Кинельская 61; К-59-Кинельская 59; Гр 3152-Грекум 3152; К-60 - Кинельская 60; Тул 5-Тулайковская 5; Т. dic.-T. dicoccum; Т sp -Т. spelta, Т. per. - Т. persicum; Т. sph - Т. sphaerococcum

Рис 4. Изменение суммарной активности амилаз в поврежденном трипсом зерне различных сортов и видов пшеницы

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ ПО ХЛЕБОПЕКАРНЫМ КАЧЕСТВАМ И ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ТРИПСУ

Качество пшеничного хлеба в зависимости от протеолитической и амилолитической активности зерна. В связи с различной ферментативной активностью зерна установлена прямая зависимость между объемным выходом хлеба и активностью протеаз (г= 0,210 на сортах и г= 0,173 на видах пшеницы) и обратная зависимость между объемным выходом хлеба и активностью амилаз (г=-0,538 и г=-0,426 на сортах и видах пшеницы соответственно). Наибольшим объемным выходом хлеба характеризовались сорта Кинельская 61, Кинельская 60 и виды Т Брека и Г. dicoccum (в среднем на уровне 568 см3) в 2002 г, сорт Кинельская 59 и вид

Т. БрЬаегососсшт» (в среднем на уровне 590 см3) в 2003 г., что обуславливалось биологическими особенностями сортов (таблица 3). Вероятно, что в 2003 г. мука из высокобелковистых сортов обладала слишком «крепкой); клейковиной. Помимо этого, повышенному объемному выходу хлеба соответствовала наибольшая пористость мякиша (в среднем на уровне 68% в 2002 г и на уровне 77% в 2003 г.) и наилучшая хлебопекарная оценка зерна (в среднем на уровне 4,5 балла).

Таким образом, излишнее повышение амилолитической активности приводит к ухудшению качества хлеба, несколько повышенная протеолитическая активность в пшеничном тесте способствует переходу в раствор большей части белков, увеличивая вязкость теста, и тем самым способствует увеличению объемного выхода хлеба и повышению его пористости.

Хлебопекарная оценка зерна пшеницы, поврежденной пшеничным трипсом. При повреждении зерна пшеничным трипсом происходило ухудшение хлебопекарных достоинств изучаемых образцов: снижался объемный выход хлеба (в среднем на 30-112 см3), уменьшалась пористость мякиша (в среднем на 7-20%), снижалась общая хлебопекарная оценка выпекаемых хлебцев (в среднем на 0,5 балла) (таблица 3)

Таблица 3

Хлебопекарная оценка зерна пшеницы в зависимости от повреждения трипсом

2002 г. 2003 г.

[ Виды, сорта пшеницы Объемный выход хлеба, см1 Пористость хлеба. % ОХО, балл Объемный выход хлеба, см3 Пористость хлеба, % ОХО, балл

К Пз К Пз К Пз К Пз К Пз К Пз

ТгШсит

аеБЙуит

Кинельская 61 560 470 68 51 4,5 4,0 560 460 70 50 4,9 4,4

Кинельская 59 480 450 51 42 3,8 3,4 570 495 75 60 4,5 3,9

Грекум 3152 505 463 61 50 3,9 3,4 565 487 70 55 4,5 4,0

Кинельская 60 550 470 66 52 4,3 3,8 560 470 71 54 4,6 4,1

Тулайков-ская 5 520 470 63 50 4,2 3,7 565 480 70 54 4,5 4,0

ТгМсит сКсоссит 570 488 68 55 4,5 4,0 590 495 75 58 4,9 4,4

Тпйсит эреИа ТгШсит регасит ТгШсит 590 513 495 467 69 61 56 50 4,7 4,1 4,2 3,6 600 590 488 505 76 _ 74 57 58 4.9 4,6 4,4 4,2

зрЬаегосос- 490 455 52 45 3,9 3,4 610 525 78 62 4,5 4,0

сит .....

Примечание- К - зерно, неповрежденное пшеничным трипсом (контроль); Пз - зерно, поврежденное пшеничным трипсом: ОХО - общая хлебопекарная оценка

При чем среди органолептических показателей качества отрицательная деятельность пшеничного трипеа более всего сказалась на внешнем виде выпекаемых хлебцев (образовывалась не румяная, трещиноватая, плоская поверхность корки), а также повлияло на цвет мякиша (он бьп серый, темноватый) и на его эластичность (формировался слабо разрыхленный мякиш с мелкой тонкостенной неравномерной пористостью) Наибольшие изменения хлебопекарных показателей качества поврежденного зерна в пределах каждого года исследования наблюдались у сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 и у видов эреИа и (йсоссит (в среднем в 1,2 раза), а наименьшее снижение объемного выхода хлеба и его пористости было зафиксировано у сортов Кинельская 59 и Грекум 3152 и у вида Т. врИавгососсиш (в среднем в 1,1 раза).

Таким образом, главными причинами низкого качества хлебцев из поврежденного зерна исследуемых сортов и видов пшеницы является слабая, очень растяжимая клейковина и повышенная активность амилазного комплекса, особенно, активность а-амилазы, которая, в свою очередь, вызывает интенсивное разжижение крахмала и обуславливает получение расплывчатого хлеба с 1рубым мякишем.

Устойчивость сортов и видов пшеницы к трипсу по биохимическим показателям качества. Поврежденность зерна пшеницы трипсом составляла в среднем 43-65%, уменьшаясь во влажные годы (2003 г.) и увеличиваясь в засушливые (2002 г.). При этом в составе поврежденного зерна соответственно снижалась доля слабо поврежденных зерен (в среднем на 1%) и нарастало участие средне- и сильно поврежденных зерен (на 6% и 7% соответственно) (таблица 4).

Таблица 4

Степень повреждения зерна сортов и видов пшеницы трипсом, %_

2002 г. 2003 г.

Виды, сорта пшеницы Непов. зерно Слабая степень Средняя Сильная Непов. зерно Слабая Средняя Сильная

степень степень степень степень

ТгШсшп

аез^ушп

Кинельская 61 43,0 38,5 10,0 8,5 53,7 39,8 4,2 2,3

Кинельская 59 40,1 34,9 14,0 11,0 51,5 35,2 9,3 4,0

Грекум 3152 41,7 36,7 12,3 9,3 53,2 37,7 5,9 3,2

Кинельская 60 44,5 40,0 8,9 6,6 54,4 40,8 3,5 1,3

Тулайковская 5 38,6 33,3 16,8 11,3 50,2 33,9 10,7 5,2

ТгШсит сИсоссит 46,5 40,5 6,5 6,5 56,8 41,0 1,2 1,0

ТгШсит вре^ 45,0 39,6 8,3 7,1 57,0 41,0 1,0 1,0

ТгШсит рек ¡сит ТгШсит БрЬаегососсит 40,9 34,7 35,8 29,5 13,2 19,2 10,1 16,6 53,3 48,0 38,0 32,2 5,0 12,1 3,7 7,7

Среди всех исследуемых форм пшеницы максимальное количество неповрежденных зерен во все годы исследований имел сорт Кинельская 60 (в среднем 50%) и виды Т. сИсоссат и Т зрека (в среднем 51%). Минимальную долю

неповрежденных зерен имел сорт Тулайковская 5 и вид Т. ярЬаегососсмш (в среднем 41%), при этом для указанных форм пшениц было характерно и наибольшее содержание средне- и сильно повреждеиных зерен (в среднем 15% и 10% соответственно).

Анализ потерь биохимических веществ в сильно поврежденном зерне исследуемых сортов и видов пшеницы показал, что суммарные потери белков и углеводов относительно неповрежденного зерна составили 43-53% и были наибольшими у сортов Кинельская 59 и Тулайковская 5 (в среднем 47-53%) и у вида Т. врЬаегососсиш (в среднем 48-53%). Меньшее снижение качественных показателей наблюдалось в поврежденном зерне сорта Кинельская 61 и вида Т. сИсоссит (в среднем 43-47%), причем и общая повреждаемость у этих форм пшеницы ниже, что характеризует их как более устойчивые В слабо поврежденном зерне пшеницы суммарные потери белков и углеводов в зависимости от года исследования варьировали в пределах 10-16% и были наибольшими также у сортов Кинельская 59 и Тулайковская 5 (в среднем 14-16%) и у вида Т. регасит (в среднем 14-17%), а наименьшими - у вида Т. Фсоссит (в среднем 10-12%).

Таким образом, по совокупности морфо-биологических особенностей: строения колоса, жесткость колосовых чешуй, наличие узкой и мелкой бороздки зерна, а также по изменению соотношения (потерям) изучаемых биополимеров зерна в наименьшей степени заселяются трипсом и более устойчивы к нему сорта Кинельская 60 и Кинельская 61. а также виды Т. эреНа и Т. сКсоссит.

ВЫВОДЫ

Наиболее важные биохимические показатели качества зерна пшеницы - это содержание белка и его фракционного состава, крахмала и Сахаров, а также наличие активности ферментов протеаз и амилаз.

В условиях Заволжья изучение зависимости между содержанием белка и крахмала, влияние срока хранения на содержание белка и его состав в зерне трех сортов мягкой яровой пшеницы проводилось с 1995 по 2001 гг. Изменения содержания белково-углеводного комплекса, а также протеолитической активности протеаз и амилолитической - амилаз под вредоносным воздействием пшеничного трипса на пяти сортах и четырех видах яровой пшеницы определялись в 2002-2003 гг. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1 Получено для трех сортов мягкой яровой пшеницы, что с увеличением массы 1000 зерен, уменьшается содержание белка и увеличивается содержание крахмала в зерне. Для зерна различной крупности выявлено, что чем мельче зерно, тем больше в нем содержание белка и меньше крахмала. В благоприятный по увлажнению 1997 год получено крупное зерно, с наибольшей массой 1000 зерен, при этом, в нем наблюдалось относительное уменьшение белка и увеличение крахмала В засушливом 2000 г. получено зерно с наименьшей массой 1000 зерен и меньшего размера, для которого соотношение величин содержания белка и крахмала в крупном зерне отличалось от распределения веществ в зерне благоприятного 1997 г За годы исследований наивысшие величины количественного содержания белка и крахмала имело зерно сортов Кинельская 60 и Кутулукская.

2. Определено, что при хранении зерна пшеницы в течение шести лет. оптимальным сроком хранения является три года В течение этого срока максимально

повышается содержание белка, происходит увеличение содержания наиболее ценных по незаменимым аминокислотам низкомолекулярных фракций - альбумина и глобулина. Уровень содержания клейковинных белков •• глиадина, не изменяется, глютениновая фракция изменяется незначительно.

3. Изучение изменения содержания белка и его фракционного состава в зерне сортов и видов пшеницы поврежденном пшеничным трипсом выявило, что при среднем 15%-ном содержании белка в неповрежденном зерне, существенное уменьшение количества белка до 7%, уменьшение его состава: альбуминовой (до 8%) и глиадиновой (до 9%) фракций имели сравнительно высокобелковые сорта Кинельская 61, Кинельская 60 и виды Терека, Т. сНсоссит.

4 Определение изменения содержания углеводов в зависимости от степени повреждения зерна пшеницы трипсом показало, что сорта Кинельская 61 и Кинельская 60 и виды Т.зрека и Т. сНсоссит имели наименьшие потери крахмала и Сахаров (до 8-12%) и были наименее повреждаемыми по сравнению с остальными сортами и видами. У остальных сортов уменьшение содержания углеводов произошло в большей степени до 15-18%.

5 Для трипса в питании предпочтительнее углеводы, чем белки, так как при сравнении потери содержания белков (до 8%) и углеводов (до 18%), а также их состава видно, чго в зерне основные потери вещества от вредоносности трипса - это углеводы.

6. Сравнение величин активности ферментов амилаз и протеаз свидетельствует о углеводной направленности питания трипса. В сильно поврежденном трипсом зерне отмечалось увеличение активности протеолитических ферментов в 1,7 раза и суммарной активности амилаз в 3 раза Максимальное увеличение протеолитической активности было отмечено у сортов и видов с более плотной структурой эндосперма Кинельская 61 и Кинельская 60 и видов Терека и Т. (Нсоссит. Увеличение амилолитической активности до 3 раз отмечено в зерне сортов Кинельская 59, Грекум 3152 и видов Т регаюит, Т. врЬаегососсит.

7. Установлена прямая зависимость объемного выхода хлеба от протеолитической активности протеаз и обратная зависимость от амилолитической активности фермента.

При повреждении зерна трипсом отмечалось ухудшение хлебопекарных качеств зерна: снижался объемный выход хлеба (на 30-112 мл), уменьшалась пористость мякиша (на 7-20%) снижалась общая хлебопекарная оценка хлебцев (на 0,5 балла), но вместе с тем поврежденное зерно было пригодно для выпечки хлеба.

8 Поврежденность зерна пшеничным трипсом составила в среднем 43-65%, уменьшаясь во влажные годы и увеличиваясь в засушливые, при этом доля сильно поврежденного зерна в засушливых условиях достигала 16% Наиболее устойчивыми к пшеничному трипсу являются сорта Кинельская 61, Кинельская 60 и виды Терека, Т. сНсоссит, исходя из соотношения потерь количества белков и их состава, крахмала и Сахаров, а также распределения ферментативных активностей в неповрежденном и поврежденном зерне.

9 Поврежденное трипсом зерно пшеницы имеет измененный биохимический состав, незначительно уменьшается содержание белков, белковых фракций и до 1,7 раза увеличивается активность прогеолитических ферментов Происходят существенные потери крахмала и Сахаров, значительно, в среднем в 2,5 раза, увеличивается активность ферментов, расщепляющих углеводы - амилаз. Такие изменения доказывают углеводную направленность питания пшеничного трипса.

Очевидно, что трипе, используя углеводы в пищу, в процессе их растворения привносит свои амилазы в зерно, поэтому значительно увеличивается амилолитическая активность амилаз. Это свидетельствует о наличии внекишечного переваривания у данного вредителя Установленные качественные и количественные потери вещества, связанные с вредоносностью пшеничного трипса, позволяют использовать поврежденное зерно для выпечки хлеба.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1) При повреждении изучаемых форм пшеницы пшеничным трипсом изменения биохимического состава поврежденного зерна показали преобладание потерь углеводного комплекса пшеницы и незначительное снижение белков за счет деятельности трипса. Это подтверждается значительно большим нарастанием активности амилаз (в среднем в 2,5 раза) и сравнительно более низкой активностью протеаз (в среднем в 1,7 раза) в поврежденном зерне относительно контроля, что свидетельствует об углеводной направленности питания пшеничного трипса и наличие внекишечного переваривания у данного вредителя. По комплексу изученных биохимических показателей качества и наименьшим потерям питательных веществ зерна при питании пшеничного трипса, а в связи с этим и в селекционной работе на устойчивость зерна пшеницы к пшеничному трипсу следует обратить внимание на сорта - Кинельская 60 и Кинельская 61 и виды ТгШсит «Нсоссит и ТпПсит вреИа

2). По биохимическим показателям качества зерна определен оптимальный срок хранения пшеницы в течение трех лет.

3). В условиях лесостепи Среднего Поволжья для получения зерна высокого качества уборка пшеницы должна прводиться на основании анализа полноты биохимических процессов, начатых в колосе и, протекающих в зерне сразу после уборки и последующем его хранении, которые способствуют дальнейшему увеличению содержания общего белка и накоплению клейковинных фракций.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бакаева Н.П., Шулаева Ю.Г. Сравнение двух методов выделения белка из зерна яровой пшеницы // Достижения и новейшие технологии в агрономии на рубеже веков. - Материалы международной научно-практической конференции «Современные методы адаптивной селекции зерновых и кормовых культур», посвященной 125-летию П.Н. Константинова. - Самара, 2002,- С.41-44.

2. Бакаева Н П., Шулаева Ю.Г. Влияние сроков хранения на фракционный состав и содержание белков в зерне яровой пшеницы // Достижения и новейшие технологии в агрономии на рубеже веков. - Материалы международной научно-практической конференции «Современные методы адаптивной селекции зерновых и кормовых культур», посвященной 125-летию П.Н. Констан-шнова - Самара 2002,-С.45-49.

3 Шулаева Ю.Г., Бакаева Н П Влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом, на содержание и фракционный состав белков в зерне пшеницы // Проблемы защиты растений в Поволжье. - Материалы первой региональной научно-практической конференции. - Самара, 2002,- С. 100-104

4. Шулаева Ю Г., Бакаева Н П. Фракционный состав и содержание белка в зерне пшеницы, поврежденной пшеничным трипсом Ч Актуальные проблемы современной

науки - Труды 4-й международной конференции молодых ученых и студентов. -Самара, 2003.-С 54-59.

5. Бакаева Н.П., Шулаева Ю.Г. Влияние сорта и погодных условий на содержание суммарного белка и крахмала в зерне яровой пшеницы в условиях Среднего Поволжья // Сельскохозяйственная биология. - Москва, 2005. (в печати).

6. Шулаева Ю.Г., Бакаева Ю.Г. Изменение амилолитической и протеолитической активности ферментов в зерне от степени его поврежденности пшеничным трипсом // Актуальные вопросы агрономической науки в XXI веке. Сб. научн. тр Самара, 2004. -С. 315-318.

»-10 52

РНБ Русский фонд

2005-4 47701

ЛР№ 020444 от 10 03 98 г. Подписано в печать 21.12.2004 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л 1 Заказ 734 тираж 100

Ризограф Самарской государственной сельскохозяйственной академии 446442, п Усть-Кинельский, ул Учебная 1

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Шулаева, Юлия Геннадьевна

ВВЕДЕНИЕ.

1 .БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ И БИОЛОГИЯ

ПШЕНИЧНОГО ТРИПСА (Haplothrips tritici Kimi).

1.1 .Биохимический состав зерна.

1.2. Биохимические процессы при хранении зерна.

1 -З.Особенностн биологии, экологии пшеничного трипса и его вредоносность.

2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЦДОВАНИЙ.

2.1. Агрометеорологические условия в год ы исследований.

2.2. Характеристика объекта исследования.

2.3. Методы исследования.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3 ВЛИЯНИЕ СОРТА, ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ И СРОКОВ ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА НА

СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА И КРАХМАЛА.

3.1 .Содержание белка и крахмала в зерне яровой пшеницы.

3.2. Содержание белка и его состав в зерне яровой пшеницы в зависимости от сроков хранения.

4. СОСТАВ БЕЛКА ЗЕРНА СОРТОВ И ВИДОВ ПШЕНИЦЫ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЯ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПШЕНИЧНЫМ ТРИПСОМ.

4.1.Сод ержание белка и его состав в зерне сортов и видов пшеницы.

4.2. Изменение содержания белка и его состава в зерне сортов я видов пшеницы в зависимости от повреждения трипсом.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Биохимические изменения состава зерна видов и сортов пшеницы в зависимости от поврежденности трипсом (Haplothrips tritici Kurd.) и погодных условий в лесостепи Заволжья"

Актуальность работы. В зерновом хозяйстве Среднего Поволжья наибольший удельный вес занимает пшеница, высококачественное зерно которой находит самое широкое применение как продукт питания. Наряду с увеличением производства зерна актуальное значение имеет улучшение его качественных показателей. Это связано с тем, что реальная ценность зерна пшеницы во многом определяется его качественными показателями: технологическими и хлебопекарными, которые в первую очередь связанны с белковыми и ферментными комплексами.

Поскольку погодные условия Поволжского региона не повторяются по годам и носят неустойчивый характер, то трудно ожидать закономерностей в получении высококачественного зерна на основании изучения качества и количества белка (А.П. Головоченко,1997). В связи с этим, актуален вопрос о необходимости изучения комплекса биохимических показателей, определяющих качество зерна и количество урожая пшеницы.

В районах с засушливыми условиями обычно получают сравнительно невысокие урожаи зерна, но оно имеет повышенное содержание белка. Это связано с тем, что наблюдается обратная зависимость между величиной урожая и содержанием белка в зерне. Однако такая зависимость проявляется далеко не всегда (А.Н. Павлов, 1984). Поэтому, для разработки приемов, направленных на получение высококачественного зерна, необходимо знать сущность такой зависимости.

Кроме того, при сложившихся рыночных отношениях чрезвычайно актуальным является вопрос о сроках хранения зерна, которые обеспечивали бы высокое качество продукции и позволили бы товаропроизводителю реализовывать зерно по выгодным ценам.

Действенным средством повышения качественных характеристик зерна является борьба с вредителями и болезнями растений. Наиболее многочисленный и слабоизученный в Самарской области фитофаг пшеницы - это пшеничный трипе (Haplothrips tritici Kurd.). Малые размеры и скрытый образ жизни на всех стадиях развития являются причинами недостаточной изученности его биологии и экологии. Ранее проводимые в Поволжском регионе исследования, как правило, были направлены на изучение состава, структуры, сезонной и многолетней динамики популяций пшеничного трипса, пищевых связей, взаимоотношений с кормовыми растениями и влиянию на него агротехнических приемов возделывания культуры. ' Исследований по изучению вредоносности трипса проводилось недостаточно. Не изучен вопрос изменения биохимического качества зерна районированных сортов, а также различных видов пшеницы в зависимости от степени повреждения зерна пшеничным трипсом.

В связи с этим, для решения важной проблемы повышения качества зерна имеет большое значение выяснение внутренних, физиолого-биохимических изменений, происходящих в зерне и в различные сроки его хранения; изменение содержания белка и всего биохимического состава в зерне, хлебопекарных достоинств пшеницы под влиянием как условий выращивания и хранения, так и генотипических особенностей растений. При этом необходимы исследования влияния вредоносности трипса для выявления механизмов биохимической устойчивости зерна и создания сортов, обладающих высокой устойчивостью к повреждению полевыми вредителями.

Цель исследований. Основной целью работы являлось выявление изменений биохимических показателей качества зерна различных видов, сортов пшеницы в зависимости от погодных условий, при различных сроках хранения пшеницы и под воздействием повреждений пшеничного трипса.

В связи с этим ставились следующие задачи:

1) Изучить распределение белка и крахмала в зерне яровой пшеницы в зависимости от сорта и погодных условий;

2) Исследовать влияние различных сроков хранения на изменение содержания белка и его состава в зерне яровой пшеницы;

3) Определить содержание белка и его фракционный состав в зависимости от сорта, вида пшеницы, условий произрастания и от степени повреждения зерна пшеничным трипсом;

4) Определить изменения количественного содержания крахмала и общего количества моно- и дисахаридов, а также содержания редуцирующих Сахаров в зерне пшеницы в зависимости от сорта, вида, погодных условий года и от различной степени повреждения зерна пшеничным трипсом;

5) Определить суммарную активность ферментов протеаз и амилаз в зерне пшеницы в зависимости от сорта, вида, условий произрастания и от различной степени повреждения зерна пшеничным трипсом;

6) Дать сравнительную хлебопекарную оценку зерна сортов и видов пшеницы и зерна пшеницы, поврежденной пшеничным трипсом;

7) Выявить устойчивость сортов и видов пшеницы к трипсу по величине потерь основных питательных веществ зерна.

Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Среднего Поволжья проведены комплексные биохимические исследования по изучению содержания белка и его фракционного состава, а также содержания крахмала и Сахаров, ферментативной активности белково-протеазного и углеводно-амилазного комплексов в зерне различных сортов, видов пшеницы и изучено влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом, на биохимический состав зерна. Установлена углеводная направленность в питании пшеничного трипса. При изучении биохимических показателей качества и вредоносности пшеничного трипса выявлено наличие внекишечного переваривания у данного вредителя. Определено влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом, на хлебопекарные свойства зерна пшеницы. Выявлено влияние биохимических показателей (содержание белка и его отдельных фракций, крахмала и Сахаров, ферментативной активности зерна) в качестве критерия устойчивости сортов и видов пшеницы к повреждениям пшеничного трипса.

Установлено влияние продолжительности хранения на изменение содержания белка и состава белковых фракций зерна яровой пшеницы.

Впервые был проведен сравнительный анализ методов выделения белков и определено качество извлечения белкового комплекса.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Распределение основных веществ зерна (белок, крахмал) зависит от погодных условий года, сорта, массы 1000 зерен и крупности зерна. При благоприятных условиях вегетации масса 1000 зерен прямо коррелирует с содержанием крахмала и обратно с содержанием белка в зерне. В мелком зерне отмечено повышение содержания белка (в среднем в пределах 1%) и понижение содержания крахмала (в среднем в пределах 3%).

2. Хранение семян пшеницы в течение трех лет является оптимальным сроком, т.к. способствует максимальному повышению содержанию белка, а также наибольшему количеству наиболее ценных по незаменимым аминокислотам фракций альбуминов и глобулинов относительно зерна других сроков хранения.

3. При повреждении зерна пшеницы пшеничным трипсом содержание белка снижается до 7% с наибольшими потерями в его составе фракций альбуминов (до 8%) и глиадинов (до 9%), а еще в большей степени снижается содержание крахмала (до 14-18%) и различных групп Сахаров (до 15-18%), что превышает потери белкового комплекса в среднем в 2,3 раза и, свидетельствует, об углеводной направленности питания данного вредителя. Максимальным изменением состояния белкового комплекса при повреждении зерна пшеничным трипсом отличаются сильные сорта и высокобелковые виды пшеницы.

4. При повреждении зерна пшеничным трипсом происходит значительное повышение ферментативной активности протеаз (в среднем в 1,7 раза) и амилаз (в среднем в 2,5-3 раза) и, поскольку, изменение величины активности амилаз в 1,5 раза выше величины активности протеаз, особенно, в сильно поврежденном зерне изучаемых форм пшениц, то это подтверждает углеводную направленность питания Ц пшеничного трипса и свидетельствует о наличи^ 1внекишечного переваривания у данного вредителя.

5. Хлебопекарная оценка различных сортов и видов пшеницы в связи с протеолитической и амилолитической активностью зерна выявила обратную зависимость между объемным выходом хлеба и активностью амилаз и прямую зависимость между объемным выходом хлеба и активностью протеаз. Повреждение зерна пшеничным трипсом вызывает изменение хлебопекарных достоинств изучаемых образцов пшеницы.

Степень поврежденности растений и изменения биохимических показателей качества зерна пшеницы от вредоносности трипса выявили наиболее устойчивые сорта (Кинельская 60 и Кинельская 61) и виды пшеницы (ТгШсшп сИсоссит, ТгШсит ярека), использование которых наиболее значимо как для целей селекции (повышение качества зерна), так и для хлебопекарной промышленности.

Практическая ценность работы. Полученные результаты исследований, научные положения и выводы могут быть использованы в селекционной работе с целью повышения генетического потенциала существующих форм пшеницы и для создания сортов, обладающих устойчивостью к полевым вредителям и, в частности, к трипсу. Это позволит повысить эффективность использования наиболее качественных и устойчивых сортов в производственных условиях, что в свою очередь, приведет к снижению потерь количества и качества зерна как в полевых условиях, так при хранении.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-практической конференции «Современные методы адаптивной селекции зерновых и кормовых культур» (Самара, 2002); на первой региональной научно-практической конференции «Проблемы защиты растений в Поволжье» (Самара, 2002); на 4-й международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003); на заседаниях кафедры химии и биохимии СГСХА (2001, 2002, 2003 и 2004); на международной межвузовской конференции профессорско-преподавательского состава в Самарской ГСХА «Актуальные проблемы АПК в XXI веке» (Кинель, 2004).

Публикации материалов исследований. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 1 в центральной печати.

Декларация личного участия автора. Диссертация содержит фактический материал, полученный лично автором в течение 1995-2003 гг. Лабораторные исследования, обработка и анализ собранного материала выполнены автором полностью самостоятельно с 1997 г. В совместных статьях доля личного участия составляет от 30 до 80%.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах и состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. В работе содержится 30 таблиц, 10 рисунков и 18 приложений. Список литературы включает 331 источник, в том числе 27 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Защита растений", Шулаева, Юлия Геннадьевна

6.5. Заключение

Изучение нормальных зерен пшеницы двух лет урожая (2002 и 2003 гг.), разных по условиям погоды, показало, что между величинами, характеризующими протеолитическую и амилолитическую активность, в данном зерне существует обратная зависимость: нормальные зерна пшеницы имеют или пониженную ^ протеолитическую и повышенную амилолитическую активность (2002 год), или, наоборот, пониженную амилолитическую и повышенную протеолитическую активность (2003 год). Эта зависимость в нашем случае выражается коэффициентом корреляции г = - 0,81416 на сортах пшеницы и г = - 0,72707 на видах пшеницы.

В свою очередь понижение или повышение активности тех или иных ферментов в зависимости от условий года обусловлено сочетанием двух процессов - притока в зерно фермента и его инактивирование в результате перехода в зимогенное состояние. Поэтому, в 2002 году первый процесс преобладал над вторым в отношении амилазы, а в отношении протеаз преобладал второй процесс, в результате чего наблюдалась меньшая активность фермента, что объясняется интенсивным уплотнением белковых молекул и переходом большей части протеаз в гидролитическом неактивное состояние. В 2003 году данная тенденция коснулась амилаз, а вот, протеолитическая активность, наоборот, возрастала.

Сортовые и видовые различия зерна в отношении активности рассматриваемых ферментов заключаются в том, что у высокобелковистых (Кинельская - 61, Кинельская - 60, а также Т. эрека и Т. сИсоссит) и крахмалистых (Кинельская - 51 и Т. врЬаегососсиш) форм пшеницы наблюдалась пониженная протеолитическая активность и, соответственно, повышенная амилолитическая активность во все годы исследований.

Это также связано с количественным накоплением веществ. Так, сорта и виды пшеницы, отличающиеся более плотной структурой эндосперма имеют повышенную величину диастатической активности зерна и пониженную активность протеолитического комплекса ферментов. Так как при размоле зерна пшеницы в муку крахмальные зерна получают максимальные повреждения, вплоть до распада на части, в результате они обладают меньшей устойчивостью к амилолитическим ферментам и дают высокие показатели диастатической активности. Кроме того, повышенная или пониженная активность протеаз или амилаз в нормальном зерне зависит от наличия активаторов: в случае протеолитических ферментов - это йодоредуцирующие вещества, а в случае амилолитических ферментов - это амилокиназа или цитаза или комбинация этих ферментов.

При рассмотрении полученных экспериментальных данных по поврежденному трипсом зерна пшеницы прежде всего обращает на себя внимание общая закономерность - неуклонное повышение активности исследуемых групп ферментов относительно нормального зерна в зависимости от степени его повреждения. При чем в зависимости от качества пищевого субстрата, то есть от преобладания в зерне тех или иных основных биополимеров (белки, углеводы), у вредителя проявляется адаптивная диссоциация гидролитических ферментов, то есть изменение активности тех или иных гидролаз, что в свою очередь приводит к большему или меньшему повышению активности протеолитических или амилолитических ферментов.

Различие в динамике повышения активности того или иного вида фермента в разные годы исследования также заключается в особенностях накопления биохимических веществ: при большем содержании белка или крахмала в исходном неповрежденном зерне наблюдалась большая протеолитическая или, соответственно, амилолитическая активность ферментов от питания трипса особенно в сильно поврежденном зерне изучаемых форм пшеницы.

Корреляционный анализ полученных данных показал тесную связь показателя поврежденности зерна с активностью данных ферментов по сортам пшеницы (г= 0,882 для протеолитических ферментов и г= 0,979 для амилолитических ферментов) и по видам пшеницы (г= 0,938 для протеаз и г= 0,940 для амилаз).

Таким образом, на основании вышеизложенного получилось, что в поврежденном трипсом зерне пшеницы величина активности протеолитических ферментов возрастала в среднем в 1,7 раза, а величина активности амилаз увеличивалась в среднем в 2,5 раза, что подтверждает углеводную направленность питания пшеничного трипса. В свою очередь, увеличение активности протеолитических и амилолитических ферментов в поврежденном зерне пшеницы свидетельствует о наличии внекишечного переваривания у пшеничного трипса, и так как величина активности протеаз незначительная и не оказывает существенного дезагрегирующего воздействия на белковые молекулы зерна, то поэтому такое зерно пригодно для выпечки хлеба. При этом следует отметить сортовые и видовые особенности исследуемых пшениц, которые обладают рядом различных морфо-физиологических признаков, позволяющие им по величине биологических показателей качества в большей или меньшей степени повреждаться пшеничным трипсом.

Основная масса исследованных сортов и видов пшеницы, обладая хорошим белково-протеазным комплексом, не может в полной мере проявить свои потенциальные природные возможности в отношении хлебопекарной способности вследствие ряда свойств их углеводно-амилазного комплекса. В зависимости от сложившихся погодных условий в течение вегетации того или иного года урожая мука из этих форм пшеницы характеризуется различной амилолитической активностью и вследствие этого обладает либо достаточной, либо недостаточной газообразующей способностью. Кроме того, зерно пшеницы, поврежденное пшеничным трипсом, также имеет определенно повышенные значения активности ферментов, что отражается качестве выпекаемого хлеба. Чтобы рационально использовать подобную муку, необходимо, прежде всего, воздействовать на углеводно-амилазный комплекс, т.е. привести его в соответствие с требованиями технологии, что в конечном итоге, обеспечит хороший подъем и разрыхление теста и, тем самым, обусловит хорошее качество хлеба. При этом, следует остановиться на значимости проблемы выведения и внедрения устойчивых к вредным организмам форм пшеницы, так как успешное ее решение позволит сохранять высокое качество зерна и выпекаемого из него хлеба независимо от года урожая и численности вредителя, а также позволит резко снизить применение пестицидов.

7.1. Качество пшеничного хлеба в зависимости от протеолитической и амилолитической активности зерна

Качество получаемого хлеба характеризовалось рядом показателей: объемом хлеба на 100 г муки, его внешним видом, пористостью и состоянием мякиша. При этом, анализы пшеничного хлеба, полученного при пробных лабораторных выпечках, показали, что объемный выход хлеба и его прирост зависят, в основном, от углеводно-амилазного и белково-протеазного комплексов.

Данные по объемному выходу хлеба из муки второго сорта (выход муки 60%), приведенные в таблицах 7.1.1 и 7.1.2, показали, что объемный выход хлеба из нормального зерна урожая 2002 года довольно низок по сравнению с хлебом, полученным из зерна урожая 2003 года. Так, объемный выход хлеба из неповрежденного зерна урожая 2002 года в среднем для всех сортов составлял 523 см3 (из 100 г муки) с большими колебаниями по сортам в пределах 80 см3 и наибольшим значением в 1,1 раза у сортов Кинельская 61 и Кинельская 60, а наименьшим - у сортов Грекум 3152 и Кинельская 59. Для исследуемых видов пшеницы данный показатель в условиях 2002 года был на 18см3 выше и составил в среднем 541 см при колебании между видами в пределах 100 см с наибольшим значением в 1,2 раза у видов Т. dicoccum и Т. spelta, а наименьшим - у видов Т. persicum и Т. sphaerococcum. Данное зерно, как приведено выше, имело относительно высокую амилолитическую активность и сравнительно низкую протеолитическую активность.

Хлеб более высокого объемного выхода был получен из нормального зерна урожая 2003 года, когда в среднем он составил 564 см3 с небольшими колебаниями о между сортами в пределах 10 см . По видам пшеницы объемный выход хлеба был

Ч Ч на 34 см выше и в среднем составил 598 см на фоне незначительного варьирования среди видов в пределах 20 см3. Как уже было указано выше, это зерно характеризовалось низкой амилолитической активностью и более высокой протеолитической активностью.

Следует отметить, что наряду с пониженным объемным выходом хлеба наблюдалась меньшая пористость мякиша; при увеличении объемного выхода пористость мякиша увеличивалась. Так, в 2002 году данный показатель составил в среднем 62% по исследуемым сортам пшеницы и его варьирование наблюдалось в пределах 17% при наилучшем значении в 1,2 раза также у сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 и при минимальном значении указанного признака в 1,3 раза у сорта Кинельская 59. Для видов цшеницы пористость мякиша выпекаемого хлеба составила в среднем 63%; варьировала также в пределах 17% и была в 1,2 раза выше у видов Т. spelta и Т. dicoccum и в 1,3 раза меньше у вида Т. sphaerococcum среди всех исследуемых видов пшеницы.