Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ СОИ

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ СОИ"



На правах рукописи

\і СЕЛИХОВА ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА

ОТ

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ

СЕЛЕКЦИИ СОИ

06.01.05 - селекция н семеноводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

п. Тимирязевский - 2003

Работа выполнена в Дальневосточном государственном аграрном университете в 1999-2002 гг.

Научный руководитель: кандидат1 сельскохозяйственных паук,

доцент Тнхончук Павел Викторович

Официальные оппоненты: доктор с.-х. наук, чл.-кор. РЛСХН

Анненков Борис Глебович; кандидат с.-х. наук, старший научный сотрудник Фисснко Полина Петровна

Ведущая организация - ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сои

Защита состоится 28 января 2004 г. в 15 00 часов на регионального диссертационного совета ДМ 006.074.01 при Госуд ) научном учреждении Приморский научно-исследовательский сельского хозяйства по адресу: 692539, Приморский край, Уссурийс п. Тимирязевский, ул. Воложенина, 30.

С диссертацией можно ознакомится в научной библиг Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйств

Автореферат разослан /У ^ггл^л- гооз г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

Новоселов А. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Соя самая распространенная зернобобовая культура мирового значения. В России основной соесеющий регион - Амурская область. Селекционеры при выведении сортов сои, до последнего Бремени, уделяли основное внимание скороспелости, урожайности, пригодности к механизированному возделыванию, но практически мало занимались вопросами повышения качества семян сои. Учитывая то обстоятельство, что признаки качества по своей генетической природе относятся к разряду количественных и сильно подвержены изменчивости под влиянием внешней среды, селекционно-генетическое изучение их необходимо проводить с учетом конкретных условий среды. Кроме этого, в селекционных программах необходимо больше внимания уделять повышению адаптивного потенциала сои. В связи с этим, в селекционный процесс необходимо включать G. soja и больше внимания уделять биологически активным веществам, в частности ферментам и витаминам. Так как они помогают растительному организму адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям культивирования. Однако, до настоящего времени, целенаправленных исследовании по изучению генетической и экологической специфики биологически активных веществ семян сои не проводилось.

Цель и задачи исследований. Целью наших исследований являлось изучение генетических и экологических особенностей биохимического состава семян исходного материала для селекции сои. При этом были поставлены следующие задачи:

изучить изменение генотипической специфики энзиматической активности семян сои;

дать характеристику сортообразцам сои различного эколого-географического происхождения по содержанию каротина и витамина С;

- оценить коллекционные образцы сои по "содержанию-, минеральных элементов, белка, масла и их качественному составу; v

о d-dfcie¿Ls

- изучить генотипические особенности биохимического состава семян сортов сои, районированных в Амурской области;

- выявить влияние погодных условий вегетационного периода на биохимический состав семян сои;

- определить биохимический состав семян сои в зависимости от агроклиматической зоны выращивания;

- изучить наследование и изменчивость биохимического состава семян в F2 G. max х G. soja.

Научная новизна исследований. Впервые, изучена генетическая и экологическая специфика биологически активных веществ в семенах сои. Выявлены изменения элекчрофоретических спектров ферментов: пероксидазы, каталазы, кислой фосфатазы, комплекса амилаз и эстсраз. Изучены генотипические особенности районированных сортов сои Амурской области по энзиматической активности, содержанию каротина и витамина С в семенах. Проведены исследования биологически активных веществ в семенах сон в зависимости от погодных условий года и агроклиматических условий зон выращивания. Впервые, изучено наследование и изменчивость биологически активных веществ в семенах F2 G. max х G. soja.

Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований выделены сортообразцы с низкой активностью пероксидазы, с повышенным содержанием кальция и фосфора, наибольшим содержанием белка и масла в семенах, наилучшим сочетанием жирных кислот в масле семян сои, с высоким содержанием витамина С в семенах и низкой массой 1000 семян, которые рекомендуются для селекции на пищевые цели. Сортообразцы исходного материала с высоким содержание витамина С и каротина в семенах, с высоким содержанием линоленовой кислоты в масле, с высокой удельной активность пероксидазы, с наименьшей гетерогенностью электрофоретических спектров ферментов пероксидазы, каталазы и амилазного комплекса в семенах сои рекомендуются для адаптивной селекции. Для технологических целей рекомендовано использовать семена сои, полученные в южной агроклиматической зоне Амурской области,

отличающиеся более высоким содержанием белка, масла в семенах, и их качественным составом.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях Дальневосточного государственного аграрного университета (г.Благовещенск, 2000, 2001, 2002, 2003 гг.); на межвузовской конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее (г. Благовещенск. 2000, 2001 гг.); на научных конференциях Благовещенского государственного педагогического университета (г. Благовещенск, 2000, 2001 гг.); на научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Будущее Амурской науки» (г. Благовещенск, 2000 г.); на втором международном симпозиуме «Химия и химическое образование» (г. Владивосток, 2000 г.); на координационном совещании по сои Дальнего Востока и Сибири (г. Благовещенск ВНИИ сои 2002 г.); на научной сессии ДВ НМІД РАСХН (г.Уссурийск ПримНИИСХ, 2001, 2003 гг.; на 11 биохимическом съезде (г. Санкт-Петербург, 2002 г.); на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы биологии, селекции и семеноводства сои» (г. Благовещенск, 2003 г.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в десяти научных статьях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 171 страницах машинописного текста состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы, приложений. Диссертация содержит 32 таблицы, 9 рисунков, 33 приложения. Список использованной литературы включает 180 источников, в том числе 22 наименования на иностранных языках.

Выражаю искреннюю благодарность научному консультанту по вопросам биохимической оценки семян сои кандидату биологических наук Л. Е. Иваненко Условия, материал и методика исследований

Работа выполнена в Дальневосточном государственном аграрном университете в 1999-2002 гг. Метеоусловия в годы проведения исследовании отличались от среднемноголетних по температурному режиму, количеству осадков и безморозному периоду, что отразилось на росте, развитии растений и обусловило изменчивость биохимического состава семян сои.

Для изучения 33 коллекционных образцов сои опыты закладывали согласно методики изучения коллекционных образцов в селекционных питомниках (М.А. Федин, 1985) в учебно-опытном хозяйстве ДальГАУ в период с 2000 по 2002 ir. Опытные поля университета расположены в Благовещенском районе в юго-западной части южной зоны Амурской области. Семена районированных сортов сои, получали из ГСУ области, расположенных в южной, центральной и северной зонах с 1999-2001 гг. Кроме этого, в исследования были включены 6 форм дикорастущей сои и 2 гибридные комбинации второго поколения G. шах х G. soja.

В лабораторных условиях изучали биохимический состав семян исходною материала для селекции сои. Содержание золы, белка, масла и их качественный состав определяли на сканере Nir-42 в лаборатории ВНИИ сои. Определение содержания биологически активных веществ, проводили в биохимической лаборатории Благовещенского государственного педагогического университета по методикам А. И. Ермакова (1987 г.). Б. И. Плешкова (1985 г.) и Ю. Б. Филипповича (1982 г.) с модификациями Л. Е. Иваченко (1995, 1997 гг.), в двух биологических и трех аналитических повторностях. Статистическая обработка материала и расчет коэффициентов корреляций проведена по методикам Б. А. Доспехова (1979 г.) и А. В. Ваугаша (1998 г.).

Результаты исследований Подбор и оценка исходного материала для адаптивной селекции сои Важнейшим фактором стабилизации и повышения продуктивности производства сои может стать использование адаптивного потенциала растений путем увеличения разнообразия генотипов и качества семян. Роль в растительном организме биокатализаторов белковой природы выполняют ферменты. В зависимости от изменения активности ферментов изменяется интенсивность и направленность биохимических процессов, что в конечном счете, приводит к изменению величины урожая и химического состава растений.

При изучении удельной активности псроксидазы в семенах сои выявлены сортообразцы, у которых действие этого фермента проявилось в виде следов (табл.1). Причем данная закономерность была отмечена во все годы исследований. Это сортообразцы Амурской селекции №392 и № 595, США Lambert и Ке 73042, Саратовской области Омская 4, Польши 4888 и Канады 76-11. Вероятно, это отличительный сортовой признак данных сортов сои. Самая высокая активность пероксидазы отмечена у сортообразцов, имеющих в родословной дикорастущую сою: A. grichnon (Болгария), МОК, Амурская бурая, Локус (Хабаровский край) и Czechnica Pastevvna (Польша). Удельная активность пероксидазы у дикорастущей сои составила от 432 до 503 ед/мг белка. Видимо, высокая удельная активность пероксидазы в семенах дикорастущей сои обусловлена более высоким адаптивным потенциалом.

Наиболее высокая каталазная активность отмечена у сортов Хабаровской селекции Кобра, Локус и МОК-205; 298 и 171 х 103 соответственно. Самой низкой активностью катапазы (до 100 х 10"J ед.) характеризовались сортообразцы из Амурской области, Китая (Хэйхэ 5), Рязанской области (Окская), Канады (Р 72-1), Волгоградской (Волжана) и Омской (Безымянская 1) областей. Изменение удельной активности катал азы у культурной сои, в неблагоприятные годы, более выражено, чем у дикорастущей. Что, видимо, определяется разным механизмом адаптации G. soja и G max.

Удельная активность комплекса эстераз культурной сои выше, чем у дикой и составляет от 128 до 308 х 10'3 ед/мг белка, при максимальном значении у дикорастущей 231 х 10~3 ед/мг белка. Вероятно, это связано с низким содержанием масла в семенах дикой сои, так как эстеразы связаны с реакциями расщепления и синтеза липидов. У части культурных образцов сои с повышенным содержанием масла отмечалась и высокая удельная активность эстераз в семенах (№392 и № 595 Амурской селекции, Dono Nong 4 из Китая, Лань Краснодарского края, Lambert США, Govolga Чехии, Окская из Рязанской и Омская 4 Саратовской областей). Аналогичная закономерность выявлена и среди

Таблица 1

Удельная активность некоторых ферментов в семенах коллекционных образцов сои, ед/мг белка (2000-2002 гг.)

Происхождение Кол-во №№ Пероксидаза Каталазах 10'3 Эстеразный комплекс х 10"3 Кислая фосфатазах 10"6 Комплекс амилаз

Амурская область 6 следы-159,6 68,0-89,6 175,3-214,3 118,6-213,6 1,8-5,4

Хабаровский край 4 173,3-345,0 75,6-298,0 145,3-269,0 148,6-288,3 1,4-7,7

Краснодарский край 2 116,0-207,3 113,6-115,3 175,0-227,6 142,3-166,0 4,1-4,7

Китай 2 126,6-164,0 83,3-137,6 203,3-289,6 166,3-238,6 1,7-1,8

Саратовская область 2 следы-139,0 101,0-115,6 226,0-304,6 111,0-180,96 1,6-1,9

Рязанская область 1 123,0 97,3 308,0 214,3

Омская область 1 174,3 91,6 234,6 172,6 2,2

Воронежская область I 178,3 156,6 139,0 216,6 3,7

Волгоградская область 1 186,6 77,0 268,0 188,3 3,0

Украина 1 142,6 114,3 189,3 171,0 2,У

Беларусь 2 121,6-188,6 103,0-115,6 128,0-151,6 139,6-218,6 1,9-4,1

Польша Болгария 2 следы-315,3 114,6-135,3 270,0-280,6 119,3-260,3 1,2-3,4

1 328,3 159,3 214,0 221,3 3,2

Швеция 1 192,0 161,6 225,6 300,0 6,6

Канада 2 следы-100,0 85,0-101,0 172,0-238,3 171,3-187,6 1,8-2,2

США 3 следы-162,0 107,6-128,6 217,3-308,6 180,3-277,6 2,3-5,0

Чехия 1 192,0 161,6 225,6 175,6 6,6

G. soja 6 432,0-503,3 145,6-196,3 90,0-213,0 119,6-256,6 3,2-6,8

дикорастущих форм сои, у которых активность фермента снижалась с уменьшением содержания масла. Коэффициент корреляции между содержанием масла и удельной активностью эстеразного комплекса в семенах культурный сои составил г = 0,24, для дикой сои г= 0,78.

Удельная активность кислой фосфатазы в семенах культурной сои варьировала от 111 до 300 х 10'6 ед/мг белка, у дикой от 119 до 256 х 10~6 ед. Более высокой удельной активностью кислой фосфатазы отличилися сортообразцы Хабаровского края, Польши, Швеции и США.

Низкая активность амилаз отмечена в семенах сортообразцов из Амурской области - JV® 392, Китая, Беларуси и - Альбуть, Хабаровского края - Кобра, Рязанской области, Саратовской области, Польши - 4888 и Канады - Р 72-1. Активность которых не превышала 1,9 ед/мг белка. Высокая амилазная активность отмечена у сортообразцов из Амурской области № 595 - 5,4 ед, Хабаровского края МОК - 7,7 ед, Швеции - 6,2 ед и Чехии - 6,6 ед/мг белка. Ан&тиз корреляционной зависимости показал отрицательную связь между удельной активностью кислой фосфатазы и амилаз: г=-0,47.

В результате изучения электрофоретических спектров ферментов у форм" различного филогенетического происхождения установлено, что дикорастущая соя характеризуется низкой гетерогенностью ферментов пероксидазы, каталазы, кислой фосфатазы и комплекса амилаз. Значительных различий между электрофоретическими спектрами эстеразного комплекса G. шах и G. soja не отмечено (от 2 до 4 форм). Вероятно низкая гетерогенность изучаемых ферментов дикорастущей сои, обусловлена более высоким адаптивным потенциалом.

Известно, что каротины являются наиболее распространенными метаболитами живых организмов, участвующих в системе защиты клеток от воздействия неблагоприятных факторов среды. Содержание каротина в семенах культурной сои варьировало от 15 до 93 х 103 мг %, у дикой 35 до 50 х 10'5 мг % (табл. 2). Содержание каротина более 50 х 10'3 мг % отмечено у образцов сои из Краснодарского края, Китая, Польши, Канады и США. Наименьшее

количество каротина было у сортообразцов из Амурской, Рязанской и Воронежской областей, Швеции. Содержание витамина С в зависимости от генотипа варьировало от 1,1 До4,1 мг%.

Таблица 2

Содержания каротина и витамина С в семемах коллекционных образцах сои, мг % ___(2000-2002 гг.)______'

Происхождение Кол-во №№ Карогин х 10"' Витамин С

Амурская область 6 15-39 1,1-1,9

Хабаровский край 4 39-46 1,8-4,1

Краснодарский край 2 36-93 1,5-1,9

Китай 2 36-70 1,8

Саратовская область 2 41-45 1,8

Рязанская область 1 28 1,7

Омская область 1 30 не определяли

Воронежская область 1 19 1,6

Волгоградская область 1 _| 46 не определяли

Украина 1 46 1,7

Беларусь 2 32-37 2,1-2,5

Польша 2 38-64 1,7

Болгария 1 33 не определяли

Швеция 1 25 1,6

Канада 2 34-56 2,1-2,3

США 3 33-54 1.5-2.4

Чехия 1 38 1,8

в. Бо'|а 1 6 35-46 не определяли

Выявлено, что сорта МОК и Салтус селекции ДальНИИСХ в течение исследуемых лет характеризовались наибольшим содержанием аскорбиновой кислоты в семенах 3,3 и 4,1 мг %, соответственно. Анализ научной литературы по экологической специфики содержания витамина С показал, что в семенах сои, выращенной в условиях Амурской области его содержание значительно выше. Вероятно, особенности экологических условий нашего региона способствуют большему накоплению витамина С в семенах.

Значительных различий по содержанию белка и масла у изучаемых сортооразцов сои не выявлено. В 2001 г., при недостатке влаги наблюдаюсь увеличение содержания белка и уменьшение содержания масла у изучаемых

форм. Коэффициент корреляции между содержанием белка и масла составил г=-0,54

При анализе качества белка коллекционных образцов выявлены корреля тивные зависимости между незаменимыми аминокислотами соевого белка (табл. 3).

Таблица 3

Парные коэффициенты корреляции между незаменимыми аминокислотами

соевого белка

Амино Лизин Лейцин Изолейцин Ватин Фенил Метионин

кислоты алании +ЦИСТЄИН

Треонин 0,59* 0,41* -0,01 -0,05 0,38* 0,19

Лизин 0,16 0,04 -0,02 0,17 0,20

Лейцин -0,47* 0,37* 0,01 0,42*

Изолейцин 1 г -017 0,34* 0,40*

Ватин . і 0,40* 0,73*

Феннлаланин j 0,22

*- достоверно при 105 уровне значимости.

Важным показателем качества растителыюго масла является его жирно-кислотный состав, особенно соотношение ненасыщенных кислот. При рассмотрении соотношения олеиновой и линоленовой кислот, выявлено, что наилучшим качеством масла обладают сортообразцы из Амурской области -№ 595, Китая - Хэйхэ 5, Краснодарского края - Виза и Канады - 76-11. Самое низкое качество масло у сортов Lambert (США) и Sevemia х Bravalla (Швеции). Выявлены коррелятивные связи между содержанием жирных кислот (табл. 4).

Таблица4

Парные коэффициенты корреляции между содержанием жирных кислот

Жирные С/18 С/18:1 С/18:2 С/18:3

кислоты

С/16 0,36* - 0,86* - 0,34* -0,01

С/18 -0,14 - 0,30* - 0,37*

С/18:1 -0,06 0,20

С/18:2 -0,71*

* достоверно при t os уровне значимости.

Достоверных различий в содержании основных зольных элементов по сортам не обнаружено. Отмечены различия по содержанию калия, магния и

кальция между G. max и G. soja. Установлены достоверные корреляции между

содержанием зольных элементов (табл. 5).

Таблица 5

Парные коэффициенты корреляции между содержанием зольных элементов

Зольные элементы Р2О5 MgO CaO

К20 -0,38* 0,64* 0,50*

р2о5 - 0,70* -0,59*

MgO í 0,57*

* достоверно при t 05 уровне значимости.

Характеристика сортов сон, районированных в Амурской области по биохимическому составу семян

Возделываемые сорта сои в Амурской области изучались по разным направлениям, но изучению биохимического состава семян уделяли недостаточно внимания. Реализация генетического потенциала сорта зависит от соответствия биологических особенностей и экологических условий.

Установлено, активность изучаемых ферментов значительно различается по сортам (рис. 1). Значительные сортовые различия выражены для удельной активности пероксидазы. Самая низкая активность данного фермента - 3,3 ед'мг белка была у среднеспелого сорта Соер 4. Самая высокая активность пероксидазы отмечена у сорта Смена - 39,5 ед'мг белка. Менее изменчивая активность по сортам выявлена для каталазы, эстеразы.

амилаза

4

1. Смена 2. Сопата 3. ВНИИ С 1 4. Соер 4 5. Октябрь 70 Рис.1. Генотипические особенности удельной активности некоторых ферментов в семенах сои, ед/мг белка (1999-2001 гг.)

Самую высокую активность кислой фосфатазы проявил сорт ВНИИС-1 -150 х 10'бед/мг белка. Наивысшая активность амилазы отмечена у сорта Октябрь 70 - 2,9 ед/мг белка. Низкая активность всех изучаемых ферментов наблюдалась у сорта сои Соер 4.

Высокая гетерогенность электрофоретических спектров характерна для ферментов пероксидазы (кроме сорта Соер 4), катализы у сортов Смена и Соер 4, комплекса амилаз - Смена и Соната, кислой фосфат азы только у сорта Соер 4. Наименьшее количество спектров у всех изучаемых сортов установлено для эстеразного комплекса.

По содержанию каротина в семенах районированных сортов значительных различий не выявлено, наибольшее количество каротина накопилось в семенах сорта Соер 4 - 0,10. Содержание аскорбиновой кислоты в семенах значительно различалось по сортам. Наибольшее количество аскорбиновой кислоты отмечено у сортов Смена и Соната - 3,4 мг %. Наименьшее количество данного витамина выявлено у сорта Октябрь 70 - 2,3 мг % (табл.6).

Таблица 6

Сортовые различия по содержанию каротина и витамина С в семенах сои, мг% (1999-2001 гг.)

Сорт Каротин Витамин С

Смена 0,07 3,4

Соната 0,07 3,4

ВНИИС1 0,09 2,5

Соер 4 0,10 2,8

Октябрь 70 0,07 2,3

НСР05 0,04 0,56

Отмечено, что масло лучшего качества можно получать из семян сои сорта Смена, у которого больше содержится олеиновой и линолевой кислот и меньше линоленовой.

Содержание минеральных веществ обусловлено видовыми особенностями в. тах и не имеет существенных сортовых различий.

Установлена обратная зависимость между удельной активностью катадазы и пероксидазы, эстераз (рис. 2). Выявлена прямая зависимость - между удельной активностью каталазы и комплексом эстераз; положительная зависимость между количеством выпавших осадков и активностью каталазы, эстераз; отрицательная с активностью пероксидазы. Отмечена определенная зависимость между удельной активностью кислой фосфатазы и суммой активных температур (рис. 2-3).

пероксидаза

эстераза

кислая фосфатаза

1-1999 г. 2. -2000 г. 3.--2001 с. Рис.2. Удельная активность некоторьвс ферментов в семенах сои в зависимости от метеоусловий вегетационного периода, ед/мг белка (1999-2001 гг.)

Сумма активных температур за вегетационный период

Количество осадков за вегетационный период

1.-1999 г. 2.-2000 г. 3.-2001 г. Рис.3. Сумма активных температур и количество осадков за 1999-2001 гг.

Изучение электрофоретических спектров некоторых ферментов показало, что метеорологические условия года выращивания влияют на количественные и качественные изменения спектров. Высокая гетерогенность наблюдалась в засушливые годы - 2000-2001.

Содержание каротина увеличивается при ранних заморозках, витамина С при недостатке влаги в течение всего вегетационного- периода (рис. 4). При анализе полученных данных, отмечено наибольшее содержание каротина у всех сортов в 1999 год, аскорбиновой кислоты в семенах 2001 года.

каротин

витамин С

Рис.4. Содержание каротина и витамина С в семенах сои, в зависимости от метеоусловий вегетационного периода, мг %

Установлено, что содержание белка, масла и аминокислотный состав обусловлен в основном генотипом сорта.

Существенные различия выявлены в содержании ненасыщенных жирных кислот - олеиновой, линолевой и линоленовой. В засушливые 2000 и 2001 годы количество олеиновой кислоты в масле семян сои уменьшается, линолевой увеличивается.

От количества осадков наиболее сильно зависит концентрация в зерне фосфора и кальция. Недостаток влаги особенно остро ощущался в 2001 году, содержание фосфора в семенах сои урожая данного года наименьшая, а кальция - наибольшая.

Из изученных ферментов меньше реагирует на изменение экологических условий зон выращивания - каталаза 0,087-0,099 ед/мг белка (рис. 5).

каталаза пероксидаза

эстераза

кислая фосфатаза

Рис.5. Удельная активность некоторых ферментов в семенах сои, в зависимости

от зоны выращивания, ед'мг белка (1999-2001 гг.) Удельная активность каталазы и комплекса амилаз возрастает с южной зоны к северной. Удельная активность кислой фосфатазы наиболее высокая в северной

и центральной зонах, комплекса эстераз в северной и южной агроклиматических зонах. Следует отметить, в южной зоне удельная активность изучаемых ферментов была ниже, чем в северной и центральной зонах. Установлена низкая гетерогенность каталазы в северной агроклиматической зоне, формы спектров пероксидазы в этой зоне более подвижны. Высокая гетерогенность электрофоретических спектров кислой фосфатазы выявлена в центральной зоне. Электрофоретические спектры амилазного и эстеразного комплексов менее гетерогенны в зависимости от зоны выращивания.

В результате анализа полученных данных выявлено, что содержание каротина в семенах определяется генотипом и практически не подвержено фенотипическим изменениям. Наиболее варьируемый признак - содержание витамина С. Наибольшее содержание аскорбиновой кислоты отмечено в семенах сои, выращенных в центральной агрозоне. Вероятно это обусловлено, недостатком влаги в данной зоне, за годы исследований, по сравнению с северной и южной зонами.

Согласно наших данных и ранее проведенных исследований, масло лучшего качества можно получать из семян сои, выращенных в южной зоне, в которой содержание олеиновой и линолевой кислот наивысшее, а линоленовой наименьшее. Следует отметить, что содержание линоленовой кислоты в семенах северной зоны значительно больше, чем в южной. Вероятно, это обусловлено, адаптивным потенциалом сои, при котором, в менее благоприятных условиях выращивания, накапливается линоленовая кислота.

Анализ полученных данных показал, что существенных различий по зонам выращивания в содержание калия, кальция и магния не отмечено.

Наследование и изменчивость биохимическою состава семян F2 G. шах х G. soja

В результате изучения наследования и изменчивости биохимического состава семян установлено, что удельная активность каталазы, кислой

фосфатазы в семенах F2 наследовалась по промежуточному типу, амилазы, эстеразы - по принципу сверхдоминирования (табл. 7).

В электрофоретических спектрах каталазы гибридов сои выявлены спектры, совпадающие по подвижности с родительскими формами. Наследование электрофоретических спекгров амилаз проходило по отцовскому типу. В гибридах появляются новые электрофоретические спектры каталазы и амилазы, отсутствующие у исходных форм. Наследование электрофоретических спектров пероксидазы, эстеразного комплекса проходило по промежуточному, кислой фосфатазы по материнскому типу (рис. б).

Содержание каротина в гибридах второго поколения наследуется по отцовскому типу, аскорбиновой кислоты больше содержалось в Гз, чем в семенах материнских растений (табл. 8).

Таблица 8

Содержание каротина и витамина С в семенах F2 G. шах х G. soja (2001 г.)

Комбинация Каротин, мг % V, % Витамин С, мг % V, %

2 М-28 0,02±0,001 9 2,7+0,05 4

F2M-28 хКБ-103 0,05±0,001 2 3,8±0,07 4

с? КБ-103 0,05+0,001 7 - -

Р:Садовый х КБ-103 0,06±0,002 10 4,3+0,01 1

$ Садовый 0,05+0,002 11 3,9±0,23 14

Содержание белка в F2 G. шах х G. soja в зависимости от комбинации наследуется как по отцовскому типу (Садовый х КБ 103), так и по материнскому (М 28 х КБ 103). Наследование содержания масла в семенах носит промежуточный характер (Садовый х КБ 103) или наследуется по принципу сверхдоминирования (М 28 х КБ 103).

Наследование содержания калия и кальция в комбинации F2 М 28 х КБ 103 проходило по принципу сверхдоминироваиия, содержание магния - по материнскому типу. Гибриды второго поколения комбинации Садовый х КБ 103 по зольным элементам имеют промежуточный тип наследования.

Таблица 7

Активность некоторых ферментов в семенах F2 G. max х G. soja, ед/мг белка (2001 г.)

Комбинация Пероксидача V% Катал аза х 10'3 V% Комплекс эстераз х 103 V% Кислая фосфатаза х 10'6 V% Комплекс амилаз V%

$ М 28 363±27,3 18 94+7,5 13 11215 11 80±1 5 1,4+0,03 5

F2M 28 х КБ 103 308±11,3 8 112±9,5 20 135±3 5 130±3 5 2,6±0,08 8

с? КБ 103 892±33,4 9 208±18,6 21 63±3 12 210±1 9 1,5±0,03 4

Р2Садовий х КБ 103 262±17,3 16 79±6,7 20 122+2 3 120±2 5 2,9+0,09 7

9 Садовый 340±3,0 2 95+1,4 4 82±2 5 100+1 4 1,5+0,02 4

Наследуемые изменения в электрофоретических спектрах некоторых ферментов

0,0

0,5

каталаза

комплекс амилаз

пероксидаза

0,0

0,7

эстеразный комплекс кислая фосфатаза

Рис.6. Электрофорегические спектры ферментов семян сои F2 G. max х G. soja

(2001 г.)

?*-M 28, F,* -М 28 х КБ-103, Ó*- КБ-103, $** - Садовый, F2** - Садовый х КБ-ї 03.

Выводы

1.При изучении генотипической специфики биологически активных веществ в семенах сои из мировой коллекции ВИР выделены образцы с низкой активностью пероксидазы, с повышенным содержанием кальция и фосфора, наибольшим содержанием белка, масла в семенах, наилучшим сочетанием жирных кислот в масле, с высоким содержанием витамина С в семенах и низкой массой 1000 семян для использования в селекции на качество и образцы с более высоким адаптивным потенциалом: с высоким содержание витамина С

и каротина в семенах, с высоким содержанием линоленовой кислоты в масле, с высокой удельной активность пероксидазы, с низкой • гетерогенностью электрофоретических спектров ферментов пероксидазы, каталазы, кислой фосфатазы и амилазного комплекса.

2.Высокая гетерогенность электрофоретических спектров характерна для ферментов: пероксидазы, каталазы, комплекса амилаз, кислой фосфатазы, низкая — для комплекса эстераз. Влияние зон выращивания на качественный и количественный состав электрофоретических спектров ферментов менее выражено, чем влияние сортовых особенностей и условий вегетационного периода. Недостаток влаги способствует большей гетерогенности электрофоретических спектров изучаемых ферментов.

3.Установлены корреляционные зависимости между содержанием масла и удельной активностью эстераз (г=0,78) в семенах дикорастущей сои; средняя положительная между удельной активностью кислой фосфатазы и комплексом амилаз (г=0,47); между содержанием пальмитиновой и олеиновой (г=-0,86), линолевой и линоленовой (г=-0,71) кислотами, отрицательная между содержанием пальмитиновой и линолевой (г=-0,34) кислотами, стеариновой и линолевой (г=-0,30), стеариновой и линоленовой (г=-0,37), средняя положительная между содержанием пальмитиновой и стеариновой (г=0,36) кислотами; между содержание незаменимых аминокислот: треонином и лизином (г=0,59). треонином и лейцином (г=0,41), треонином и фенилаланином (г=0,38), лейцином и валином (г=0,37), лейцином и метионин+цистеином (г=0,42), изолейцином и фенилаланином (г=0,34), изолейцином и метионин+цистенином (г=0,40), валином и фенилаланином (г=0,40), сильная положительная между валином и метионин+цистеином (г=0,73). Отрицательная средняя корреляция отмечена между содержанием лейцина и изолейцина (г=-0,47); между содержанием калия и фосфора (г= -0,38), фосфора и кальция (г=-0,59), фосфора и магния (г-0,70), калия и магния (г=0,64), калия и кальция (г=0,50) и магния и кальция (г=0,57).

4.Выявлены значительные различия между G. max и G. soja по энзиматической активности (удельная активность пероксидазы, каталазы и амилазы была выше в семенах дикорастущей сои, а комплекса эстераз в культурной) и содержанию зольных элементов в семенах (в семенах G. max больше содержится калия, магния и кальция, чем в семенах G. soja).

5.В результате изучение биохимического состава сортов сои, районированных в Амурской области, дана им характеристика по качеству масла (семена сорта Смена обладают маслом лучшего качества, сорта Соната — низкого). Наибольшее количество каротина содержат сорта Соер 4 и ВНИИС 1, витамина С - Смена и Соната. Кроме этого, сорт ВНИИС 1 обладал низкой активностью пероксидазы и высокой кислой фосфатазы. Высокая активность пероксидазы отмечена у сорта Смена, амилазы - Октябрь 70. Сорт Соер 4 отличался низкой активностью всех изучаемых ферментов. Низкая гетерогенность электрофоретических спектров каталазы характерна для сортов Смена и Соер 4, комплекса амилаз — Смена и Соната и кислой фосфатазы для сорта Соер 4.

6.Показана изменчивость биохимических показателей в зависимости от метеорологических условий вегетационного периода. Выявлена положительная зависимость между количеством выпавших осадков и активностью каталазы-и эстераз, отрицательная с активностью пероксидазы; определенная зависимость установлена между удельной активностью кислой фосфатазы и суммой активных температур. Недостаток влаги способствует большему накоплению витамина С в семенах. Содержание каротина увеличивается при действии ранних заморозках, уменьшается при недостатке влаги. Условия года больше влияют на накопление белка и масла в семенах сои, чем сортовые особенности. При недостатке влаги количество олеиновой кислоты в масле семян сок уменьшается, линолевой - увеличивается. Установлена положительная зависимость между количеством выпавших осадков и содержанием кальция, отрицательная - между количеством выпавших осадков и содержание фосфора в семенах сои.

7.Изучение изменения биохимического состава семян сои в зависимости от экологических условий зоны возделывания позволило установить, что меньше реагирует на изменение экологических зон выращивания фермент каталаза. Удельная активность комплекса эстераз и амилаз возрастает с южной зоны к северной. Удельная активность изучаемых ферментов ниже в южной зоне.

8.Семена сои, выращенные в южной агроклиматической зоне, отличаются наибольшим содержанием белка и жира, а так же качеством масла.

9.Установлено, что содержание минеральных веществ обусловлено видовыми особенностями G. max и не имеет существенных различий в зависимости от сортовых особенностей и экологических условий зоны.

10.Удельная активность каталазы, кислой фосфатазы в семенах F2 наследовалась по промежуточному типу, комплекс эстераз - по принципу сверхдоминирования. В электрофоретических спектрах каталазы гибридов сои выявлены зоны, совпадающие по подвижности с родительскими формами. Наследование электрофоретических спектров амилаз проходило по отцовскому типу. В гибридах появляются новые электрофоретические спектры каталазы и амилаз, отсутствующие, у исходных форм. Наследование электрофоретических спектров пероксидазы, эстеразного комплекса проходило по промежуточному, кислой фосфатазы по материнскому типу.

11 .Содержание каротина в гибридах второго поколения наследуется по отцовскому типу, аскорбиновой кислоты больше содержалось в F2, чем в семенах материнских растений.

12.Содержание белка в F2 G. шах х G. soja в зависимости от комбинации может наследоваться как по отцовскому типу, так и по материнскому. Наследование содержания масла в семенах носит промежуточный характер или наследуется по принципу сверхдоминирования.

13. Наследование содержания калия и кальция в комбинации F2 М 28 х КБ 103 проходило по принципу сверхдоминирования, содержание магния - по материнскому типу. Гибриды второго поколения комбинации Садовый х КБ 103 по зольным элементам имеют промежуточный тип наследования.

Предложения для практической селекции и производства:

1. При селекции на пищевые цели рекомендуется использовать в качестве исходного материала образцы сои: с низкой активностью пероксидазы 392, К» 595, Соер 4, Lambert, Ке 73042, Омская 4, 4888, 76-11); с повышенным содержанием кальция и фосфора (Кобра, Локус, Окская, Белоцветковая 4), наибольшим содержанием белка (Виза, Окская, Безымянская 1, Юг-30 и 76-11) и масла в семенах (№ 595, Dono Nong 4, MON-95, Лань), наилучшим сочетанием жирных кислот в масле (№ 595, Хэйхэ 5, Виза, 76-1], Ствига), с высоким содержанием витамина С в семенах и низкой массой 1000 семян (МОК).

2. При селекции на повышение адаптивного потенциала сои рекомендуется использовать в качестве исходного материала образцы: с высоким содержание витамина С (МОК и Салтус) и каротина в семенах (Лань, Хэйхэ 5, Czechica, Р 72-1), с высоким содержанием линоленовой кислоты в масле (А. grichnon, Lambert, Ке 73042, Кобра, Локус, Амурская бурая, МОК, СибПИИК 401, 4888, Severnia х Bravalla), с высокой удельной активность пероксидазы или каталазы, с низкой гетерогенностью электрофоретических спектров ферментов пероксидазы, каталазы и амилазного комплекса

3. Дтя технологических целей лучше использовать семена сои, полученные в южной агроклиматической зоне Амурской области, которые отличаются не только более высоким содержанием белка и масла в семенах, но и их качеством.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Содержание аминокислот, общего и водорастворимого белка в семенах сои, полученных в разных агроклиматических условиях Амурской области //Проблемы экологии Верхнего Приамурья: Сб . науч. тр. /Под ред. Л. Г. Колесниковой. -Благовещенск, 2000. - Вып. 5. - С. 44-51 (соавторы Иваченко Л. Е., Тихончук П. В., ШаройкоВ.И.)

2. Взаимосвязь содержания белка и масла с активностью ферментов в семенах сои //Химия и химическое образование на рубеже веков: Тр. - Благовещенск, 2001. -С. 68-70 (соавторы Иваченко Л. Е., Тихончук П. В.)

3. Активность и ММФФ в семенах сои различного происхождения //Пути воспроизводства плодородия почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур в Приамурье: Сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: ДальГАУ, 2002. - Вып. 8. - С. 27-33 (соавторы Тихончук 11. В., Иваченко JI. Е.)

4. Влияние экологических условий на содержание витаминов А и С в семенах сои //Будущее Амурской науки: Тр. - Благовещенск: АмурНЦ ДВО РАН, 2002. - С. 344-346

5. Влияние экологических условий и сортовых особенностей на биохимический состав семян сои //Актуальные вопросы производства и переработки сельскохозяйственного сырья в Дальневосточном регионе: Сб. науч. тр. / РАСХН Дальневост. науч.-метод. центр ВНИИ сои. — Благовещенск, 2002. - С. 50-63 (соавторы Тихончук II. В., Иваченко J1. Е.)

6. Биохимическая оценка исходного материала для селекции сои //Особенности биологии и технологии возделывания сои: Сб. науч. трУРАСХН Дальневост. науч.-метод. цетр ВНИИ сои. - Благовещенск, 2003. - С. 100-105 (соавторы Иваченко Л. Е., Тихончук П. В.)

7. Наследование и изменчивость энзиматической активности в семенах F? G. шах х G. soja //Доклады РАСХН. - М., 2003. - № 3. - С. 34 (соавторы Тихончук П. В., Иваченко J1E.)

8. Влияние метеорологических условий на энзимагическуго активность коллекционных сортообразцов сои //Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: Сб. статей. — М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 2003.-Т.1.-С. 197-201 (соавторы Иваченко Л. Е., Тихончук П. В.)

9. Изменение биохимического состава семян сои в зависимости от агроклиматических условий возделывания 2001 года //Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: Сб. статей. - М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 2003. - Т. 1. - С. 202-206 (соавторы Иваченко Л. Е., Тихончук П. В.)

10. Исходный материач для адаптивной селекции сои //Рекомендации. -Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2003. - 45 с. (соавтор Тихончук П. В.)

Селихова Ольга Александровна

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ИСХОДНОГО МАТЕРИ АЛА ДЛЯ

СЕЛЕКЦИИ СОИ

Автореферат

Лицензия Л Р 020427 от 25.04Л997 г.

Подписано к печати 16Л2.2003 Формат 60 х 84 '/„¡Уч.-изд. л. - 1,0

_Тираж 80 экз. Заказ 357_

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

Я* . - 4 4 б