Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследования основных компонентов семян различных сортов и линий хлопчатника

ВАК РФ 03.01.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Исследования основных компонентов семян различных сортов и линий хлопчатника"

На правах рукописи

ИБРОГИМОВА САЙРАМБИ ИСКАНДАРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ СЕМЯН РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ И ЛИНИЙ ХЛОПЧАТНИКА

03.01.04- биохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

005057919

г < дпр ш

Душанбе - 2013

005057919

Работа выполнена на кафедре биохимии Таджикского национального университета и на кафедре физической и аналитической химии Таджикского технического университета им. академика М.С. Осями.

Научные руководители: академик АН РТ, доктор биологических

наук, профессор Якубова Мухнба Мухснновна

кандидат химических наук, доцент Ибрагимов Днлшод Эмомовнч.

Официальные оппоненты: зав. кафедрой экологии Таджикского

государственного педагогического университета им. С. АГши, доктор биологических наук, профессор Эргашев Абдулло Эргашсвнч

зав. кафедрой органической химии Таджикского национального университета, кандидат химических наук, доцент Коднров Мурод Зокировнч

Ведущая организация: Институт ботаники, физиологии растений и

генетики АН РТ

Зашита диссертации состоится « ф » ¿9/^^6^2013 года в *°часов на заседании диссертационного совета Д 737. 004.05 по защите докторских диссертаций при Таджикском национальном университете по адресу: 734025, Республика Таджикистана, г. Душанбе, пр. Рудаки, 17

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таджикского национального университета

Автореферат разослан « V » 2013 года.

Размешен на сайте ВАК \\"\vw.cd.gov.ru

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент

З.М. Хамрабаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время актуальной народнохозяйственной задачей является создание высокоурожайных сортов хлопчатника, устойчивых к заболеваниям, а также обладающих хорошими технологическими свойствами волокна и повышенной масличностью. Для получения таких сортов хлопчатника необходимо изучение физиологических, биохимических и генетических основ, признаков продуктивности, устойчивости и масличности семян хлопчатника. Хлопковое масло, по объему производства в СНГ, занимает второе место после подсолнечного. Удельный вес хлопкового масла в общем балансе растительных жиров, производимых в СНГ, составляет примерно 22 % и оно является основным видом растительного жира в рационе питания населения республик Средней Азии и РТ.

Увеличение масличности семян только на 1% может дать прибавку более 5 тысяч тонн высококачественного пищевого масла в расчете на год. В свете сказанного, наряду с такими проблемами: как селекция высокопродуктивных сортов интенсивного типа с улучшенными технологическими параметрами хлопкового волокна, повышенной устойчивостью к различным заболеваниям и вредителям, становится очевидным актуальность исследований, связанных с повышением масличности семян хлопчатника. Для успешного решения этой сложной и ответственной задачи необходимо всестороннее физиолого-биохимическое и эколого-генетическое изучение характера изменчивости признака масличности семян, у различных форм и линий хлопчатника.

Анализ данных мировой литературы показывает, что проблема масличности хлопчатника еще не нашла своего решения. Именно, поэтому, определение содержания масла и изучение некоторых параметров продуктивности хлопчатника является актуальным.

Цель и задачи исследования. Цель нашей работы заключается в получении данных, которые позволили бы оценивать масличности семян в сортовом разрезе, а также в сравнительном изучении компонентного состава семян, признака масличности и других количественных признаков различных сортов и линий хлопчатника, отличающихся по продуктивности.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- определить масличность ядра семян хлопчатника и изучить динамику накопления количества свободных жирных кислот масла в разных фазах созревания;

- методом атомно-эмиссионного спектрального анализа определить макро- и микроэлементный состав семян;

- изучить накопление фенольных соединений в разных фазах созревания ядра семян хлопчатника;

- выявить динамику содержания хлорофилла и органических кислот в листьях изучаемых сортов и линий хлопчатника в онтогенезе растений;

- модифицировать метод ТСХ-анализа с иелыо получения более точных результатов.

Научная иовизна работы.

. С применением биохимического анализа впервые изучены и определены основные 'компоненты состава масла, полученного из ядра семян хлопчатника: Результаты сравнительного изучения параметров компонентного состава семян (признака масличности, макро- и микроэлементов, • количества свободных н связанных, жирных кислот, глицеридного состава при ТСХ и ГЖХ-анализах, а также ОАП, содержания органических кислот и хлорофилла листьев и других количественных признаков) позволили установить некотррые.особенности изменения этих параметров в онтогенезе хлопчатника, отличающиеся по продуктивности.

Методом АЭСП детально определены макро- и микроэлементы семян . ^изучаемых образцов. Сравнительный анализ макро- и микроэлементов семян показал, что соотношение в распределении этих элементов колеблется у отдельных сортов хлопчатника, однако закономерность в их локализации остается одинаковой для всех исследованных сортов. Эти данные характеризуют многообразие минеральных веществ, содержащихся в главных частях семени - в ядре и шелухе. Макро- и микроэлементы, такие как: цинк, медь и марганец в основном сосредоточены в ядре семени. Локализация этих элементов в зародыше является, очевидно, не случайной. Они входят в состав ядра в виде различных органических соединений, и играют важную, роль в обмене веществ. Изучена динамика накопления свободных кислот и фенольных соединений в разных фазах развития семян. Модифицировано ТСХ-анализ свободных кислот и тптрометрическим методом определена сумма фенольных соединений в маслах.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выявлены генотипы с повышенной масличностыо, с небольшим количеством свободных жирных кислот и фенольных соединений, а также с хорошим выходом волокна, которые могут быть полезными при создании более продуктивных форм хлопчатника в практической селекции. Модифицированные методы могут найти применение при выполнении аналогичных исследований, а научные разработки и опубликованные работы могут быть использованы при подготовке методических указаний, а также при чтении спецкурсов и проведении спецпрактикумов по биохимии растений на кафедрах биохимии в ВУЗах биологического профиля.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на конференции «Молодые учёные и современная наука», (Душанбе, 2002, 2003), на международной конференции «Здоровое питание - здоровая нация». (Душанбе, 2005), на II международном симпозиуме «Регуляторы роста растений: внутриклеточная гормональная сигнализация и применение в аграрной промышленности» (Киев, 2007), на международной конференции «Состояние и перспективы развития биохимии в Таджикистане» (Душанбе, 2009), на Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (Москва 2009), У1-международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования», посвященной 20-летию XVI Сессии Верховного Совета Республики Таджикистан (Душанбе, 16-17 ноября 2012 г), на конференции «Вклад биологии и химии в обеспечение продовольственной безопасности и развитие химических технологий в Таджикистане», посвященной 80-летию образования Худжандского государственного университета им. академика Б. Гафурова (Худжанд, 2012), апрельских конференциях профессорско - преподавательского состава ТНУ «День науки» (2008, 2009, 2010, 2011, 2012), на конференциях и научных семинарах биологического факультета и кафедры биохимии ТНУ, на расширенном заседании кафедры биохимии ТНУ (2012).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав (обзор литературы; объекты и методы исследования; результаты исследований), заключения, выводов, списка литературы. Диссертация изложена на 118 страницах компьютерного текста, содержит 33 таблиц, 18 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 102 работ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из них 5 работ в журналах рецензируемых ВАКом РФ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач в исследованиях использовались районированные сорта средневолокнистого хлопчатника С.ЫгеиШт Ь. 65/30, Гиссар, Мехргон и перспективные линии Л-15 и Л-53 (из коллекции Института земледелия Таджикской академии сельскохозяйственных наук). Подбор объектов не был случайным и основывался на их предшествующем изучении, при максимально контрастной продуктивности.

Эксперименты проводились в условиях как вегетационного, так и полевых опытов с соблюдением методических указаний по закладке полевых опытов и агротехнических правил по выращиванию культуры хлопчатника.

Взятие проб для физиолого-биохимических анализов по фазам развития проводили на одновозрастных, завершивших свою дифференцировку листьях верхнего яруса (4-5 листов от точки роста).

Также проводили ростовой анализ, измеряя через определённые интервалы времени массу отдельных органов растений и площадь листовой поверхности. По окончанию вегетации учитывали элементы

ст ру кту р ы ' у ро жая.

Площадь листьев определяли по периметру (длине и ширине) листа с использованием поправочного коэффициента 0,707 (Абдуллоев, 1990).

Содержание органических кислот в листе определялось по методу (Ермаков и др., 1972). Содержание хлорофилла рассчитали по формуле Wentermans, De Mots (1965).

Содержание макро- и микроэлементов состава семян определили методом атомно-эмиссионного спектрального анализа (АЭСП).

Масличность семян определили методами Рушковского и Сокслета.^

Содержание свободных жирных кислот и фенольных соединений состава масла хлопчатника определили по модифицированному нами ТСХ-анализу.

Для количественного определения связанных кислот состава масла

исползовали ГЖХ-анализ.

Результаты всех опытов подвергли статистической обработке по Г.Ф. Лакину (1990), с использованием специально составленных программ. Достоверным считали различия при величине Р не превышающей 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Содержание количества органических кислот в листьях хлопчатника

Маслообразование в начальной форме начинается уже в листьях. Летучие жирные кислоты (органические кислоты) служат материальным базисом для образования жирных кислот. Они растворимы в воде и клеточном соке, поэтому могут легко передвигаться вместе с пластическими веществами из листьев в репродуктивные органы, в семена и там продолжать свое превращение в более высокомолекулярные жирные кислоты - пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую и др. - при участии ферментного комплекса и в первую очередь липазы (Шарапов, 1959).

Для определения взаимосвязи в динамике содержания органических кислот с другими ценными признаками хлопчатника был изучен метаболизм органических кислот в листьях хлопчатника. Полученные результаты представлены на рис. 1 - 2.

Сравнительный анализ содержания органических кислот в листьях хлопчатника изученных форм в процессе онтогенеза растений (рис. 1) выявил, что в основном наблюдается одновершинная кривая с максимальным пиком в фазе цветения. Только лишь у линии Л-53 отмечено постепенное увеличение данного показателя к фазе плодоношения.

Помимо изучения сезонного содержания органических кислот, нами было исследовано их содержание е листьях в течение дня. Для анализа были использованы данные, полученные в 9 часов для каждой изученной формы.

¿Г О 600

500

О о. 400

МО

IV Л 200

<•* 100

0

5 4

до 6утсш:ац1!11 оугпегшацил

3 ■<

* >

1 -

плод оной

созрсъанис

1-65/30: 2- Хисо]>: 3- Мс.грген: 4-.1-15: 5-.1-53.

Рис. 1. Сезонная динамика содержания органических кислот в листьях различных сортов и линий хлопчатника.

Таким образом, у изученных сортов и линий хлопчатника накопление органических кислот в течение дня было неодинаково.

у

о

с>

600 500 400 300 200 ЮП -О

3 4

12 3*

9 12

время схто\ (ч)

1 -

£-, 4

15

2- Уигпр: 3-\1г\р?пн; 4-1-15; 5-1-53.

Рис. 2. Дневная динамика содержания органических кислот в листьях различных сортов и линий хлопчатника (фаза цветения).

1

В связи с тем, что данные полученные по содержанию органических кислот в онтогенезе изученных форм хлопчатника показали максимальное их содержание в фазу цветения, то представлялось интересным именно в эту фазу рассмотреть особенности проявления этого показателя в течение дня.

Как видно из рис. 2, дневная динамика содержания органических кислот в листьях различных генотипов хлопчатника показала, что максимальное их содержание проявляется по-разному. В частности, пик содержания органических кислот в листьях сортов Гиссар и 65/30 приходится на 9 ч, а у линии Л-5.3 этот максимум наблюдается в 12 ч. Что же касается сорта Мехргон и линии Л-15, то максимальное содержание органических кислот сдвинуто к 15 ч.

Из литературных источников известно, что в период цветения суточная ритмика содержания органических кислот противоположна содержанию углеводов. Это свидетельствует о том, что в эту фазу органические кислоты активно используются на синтез углеводов.

Характеристика некоторых количественных признаков хлопчатника

Для анализа продуктивности хлопчатника были изучены следующие признаки: среднее количество коробочек, количество анализируемых коробочек, вес сырца, вес семян, вес волокна, выход волокна, вес одной коробочки и вес 10ОО семян.

Выход волокна и масса 1000 семян вычислялись по следующим формулам:

1) Выход волокна = (вес волокна хЮО)/ вес сырца (%)

2) Масса 1000 семян = (вес семян хЮОО)/ количество семян (г)

Таблица 1

Некоторые количественные признаки хлопчатника

Сорта и линии Средний вес сырца 1 коробочк и (г) Средний вес семян 1 коробочки (Г) Средний % ядер семян одной коробочки Вес волок на (г) Выход волоки а(%) Вес одной коробо чки (г) Вес 100 0 семян (г)

65/30 5.2 3.32 54.8 1.89 36.3 7.2 100.0

Гиссар 5.9 3.78 55.9 2.12 37.0 8.0 115.4

Мехргон 5.4 3.43 57.5 1.97 37.7 7.5 102.4

Л-15 6.6 4.29 55.7 2.31 38.6 8.6 110.5

Л-53 5.3 3.35 53.2 1.95 37.8 7.2 ' 112.8

Полученные данные (табл. 1) показывают, что по этим признакам все изученные сорта и линии отличаются между собой. Среди изученных нами сортов и линий почти по всем показателям отличаются сорта Гиссар, Мехргон и Л-53. Основной показатель - выход волокна - составил у них 37.0%, 37.7% и 37.8% соответственно. ,

Масличпость семян сортов и линий хлопчатника

Одним из главных показателей масличных семян является процентное содержание в них масла, а также большее или меньшее количество вредных веществ в семенах (госсипол в хлопчатнике, эфирно-горничные масла в горчицах, алкалоиды и прочие вещества), переходящих в масло при его получении и понижающих его качество, а также качество жмыха и шрота.

Результаты исследований по определению процента масличности (в %) средневолокнистых сортов хлопчатника по Сокслету и Рушковскому приведены в таблицах 2 и 3.

Анализ масличности, приведенный в таблице 2, показал, что сорта Мехргон, Гиссар и линия Л-15 имеют большой процент масличности, чем сорт 65/30 и линия Л-53.

Таблица 2

Масличпость и влажность семя» хлопчатника методом Соклета (%)

Сорта и линии Средний вес помола семян (г) Средний вес масла (г) Средний % масла %- воды

65/30 12 Л ±0,18 4.18±0,21 34.6±0,48 2.5±0,2

Гиссар 9.34±0,19 3.39±0,26 36.3±0,55 2.3±0,1В

Мехргон 12.2±0,17 4.90±0,3 40.2±0,60 2.35±0,24

Л-15 8.43±0,20 3.03±0,19 36.0±0,59 2.10±0,21

• Л-53 4.73±0,23 1.47±0,32 33.1±0,53 2.0±0,19

Характерно, что у сорта Мехргон относительно высокое содержание жира в ядре сочетается с большой массой ядра в семени, благодаря этому общий запас жира в ядрах семян достигает 40%. Столь высокая масличность семян не отмечается ни у одного из исследованных сортов и линий С. ЫгэиШт, представленных в табл. 2-3. У других сортов и линий содержание жира в ядрах колеблется в пределе 33-36%.

Данные таблицы 2-3 подтверждают, что масличность семян находится в прямой зависимости от массы ядра семени (Голдовский, 1947).

Таблица 3

Масличность и влажность ядер семян хлопчатника по методу ______ Рушковского (%')__

Наименование сортов и линий Вес мешочков до экстракции (Г) Вес мешочков после экстракции (г) Средний % масла %-воды

65/30 25.30±0,46 16.20±0,19 36.0±0,55 2.5±0,2

Гиссар 21.85±0,40 : 13.54±0,14 38.5±0,47 2.3±0,18

Мехргон 25.40±0,50 14.60±0,13 42.7±0,53 2.35±0,24

Л-15 20.09±0,46 12.79±0,15 38.2±0,60 2.10±0,21

Л-53 17.70±0,51 11.50±0,10 35.1±0,59 2.0±0,19

Анализ степени сопряженности признака масличности с некоторыми хозяйственно-ценными признаками хлопчатника

В литературе нет достаточно точных представлений о сопряженности признака масличности хлопчатника с другими морфофизиологическими признаками. Нами была предпринята попытка установления некоторой зависимости. Результаты приведены в табл. 4.

Анализ полученных нами данных свидетельствует, о том, что нет четкой зависимости признака масличности от размера коробочек, урожайности, веса семян и выхода волокна.

Таблица 4

Показатели масличностн и других количественных признаков . _ хлопчатника (2006 - 2011 г.) ___

Сорта и линии Среднее кол- во коробочек растения Вес одной коробочк и (г) Вес 1000 семян (г) Выход волокна (%) % масличности Уро-жай г/раст.

65/30 17.6 7.02±0,3 100.0 36.3±1,0 9 34.6±0,48 61.6±2,40

Гиссар 18.8 7.06±0,35 102.4 37.0±1,1 36.3±0,55 68.9±2,95

Мехргон 17.8 7.33±0,4 115.5 37.7±1,3 40.2±0,60 54.5±1,85

Л-15 19.5 8.38±0,6 110.5 38.6±1,5 36.0±0,59 50.0±1,67

Л-53 21.5 7.28±0,52 112.8 37.8±1,7 33.1 ±0,53 72.6±3,4

Однако у сорта Мехргон и линии Л-53 наблюдается отрицательная зависимость признака масличности от урожайности. Так, . высокому показателю масла - 40.2% - у сорта Мехргон,-соответствует средняя степень урожайности - 54.5 г/раст. И, наоборот, низкому проценту масла — 33.1% - у линии Л-53, соответствует высокая степень урожайности—,72.6 г/раст. Наши данные ещё раз доказали, что пока недостаточно сведений,,, чтобы твёрдо утверждать о наличии сопряженности признака масличности от других хозяйственно-ценных признаков хлопчатника.

Как видно из данных таблицы, при сравнительно близких значениях процента выхода волокна и масличности, сорта и линии могут быть как высокоурожайными, так и низкоурожайными.Наличие высокой масличности для семян хлопчатника можно объяснить биохимическими особенностями его метаболизма. В частности масличность сорта Мехргон ; выше, чем у других сортов и линий, но в то же время у него меньше содержание свободных кислот и фенольных соединений. Это позволяет считать, что у данного сорта качество масла лучше.

Содержание макро- и микроэлементов состава семян

Одними из важнейших биологически активных веществ состава семян хлопчатника являются макро- и микроэлементы. Они играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов.

Сравнительная динамика накопления основных макро- и микроэлементов семян хлопчатника приведена в таблице 5. : '

Как видно из таблицы 5; из всех исследуемых образцов в ядре семян" ! установлена наибольшая концентрация калия по сравнению с другими' обнаруженными элементами. Также в шелухе он содержится в значительных количествах - (от- 1.5 До 2% от золы). По содержанию фосфора и железа лидирует хлопчатник линии Л-15: < -

Таблица 5

Динамика накопления'основных макро- и микроэлементов

исследуемых образцов семян хлопчатника ;

Зольные элементы Содержание элементов исследуемых'образцов еймян хлопчатника (в

Гиссар Мех ргон Л-53 ' Л-15

а б а б а б ■ а . X й

Са 2 2 3 2 1.5 . г 1.2 о 0.9

К >5 2 >5 1.5 : , . >5 ■ , 1.5 . >5 ;.- / - 2 ' :. ...

№ 0.05 0.07 0.09 0.09 0.05 0.03 0.05 0.03.-

2 2 1.5 3 2 2 2 1:5

Мя 5 3 5 1.5 5 = , 1.5 5

м 1.5 2 2 1.5 1.5 1.2 2.. 0.95

Ге 0.03 0.009 0.03 0.03 0.03 0.01 0.09 0.03

Р 1 0.2 1 0.1 1 0.2 2 0.15

Примечание: а - элементы состава ядра; б - элементы состава шелухи.

Сравнительный анализ макро- и микроэлементов семян показал, что соотношение в распределении этих элементов колеблется у отдельных сортов хлопчатника, однако закономерность в их локализации остается одинаковой для всех исследованных сортов. Эти данные характеризуют многообразие минеральных веществ, содержащихся в главных частях семени - в ядре и шелухе. Макро- и микроэлементы, такие как: цинк, медь, марганец в основном сосредоточены в ядре семени. Локализация этих элементов в зародыше является, очевидно, не случайной. Они входят в состав ядра в виде различных органических соединений, и играют важную роль в обмене веществ.

Полученные данные позволяют заключить, что содержание и состав макро- и микроэлементов растений зависят от видовой принадлежности, фазы созревания, а также от почвенно-климатических и агротехнических условий, при которых выращивалось растение (Усманова и др., 2010).

Исследования в области органической химии (Халиков, 2010) в условиях in vitro показало, что некоторые металлы и их соединения, такие как Ni, Ti, АЬ являются катализаторами спосбными превращать насыщенные жирные кислоты в ненасыщенные, и наоборот.

Вероятно, в маслообразовательном процессе происходит аналогичное явление как в случае in vitro. Полученные нами данные по содержанию ненасыщенных жирных кислот (по ГЖХ - анализу (табл. 1217) и ЙЧ (табл. 11)) показали, что наименьшее содержание Ni наблюдается в тех образцах семян, из которых было получено масло, содержащее наибольшее количество ненасыщенных кислот, по сравнение с другими исследуемыми образцами.

Качественная и количественная характеристика свободных и связанных кислот глицеридпого состава. ТСХ-анализ свободных

кислот

В настоящее время методы газожидкостной и тонкослойной хроматографии позволяют точно определить состав и соотношение жирных кислот (Ульченко; Хушбактова, 2005). Свободные кислоты являются одной из групп компонентов, которые играют важную роль в жизнедеятельности и устойчивости самого растения от неблагоприятных условий. Используя метод ТСХ-анализа, нам удалось качественно и количественно определить свободные кислоты состава масла ядра семян исследуемых образцов хлопчатника. Результаты анализа приведены в таблице 6.

Как видно из результатов, количественное содержание кислот в исследуемых образцах семян хлопчатника отличается. Это объясняется тем, что физиолого-биохимические отличия, которые наблюдаются между сортами и линиями, сказываются на их химическом составе.

Таблица 6

Количественная характеристика свободных кислот ■ ■ - .. _образцов масла хлопчатника _

5 Содержание свободных высокомолекулярных кислот (% от ядра семян) Фаза массовое созревания

X с^ га н с. о и Олеиновая кислота 1 Стеариновая кислота Пальми тиновая кислота Миристинов ая кислота Линолевая кислота ! Пальметило леиновая кислота Бегеиовая кислота 1 Неопределен-1 ные Общее ■ содержание кислот '

А 0.400 следы 0.160 0.250 0.760 0.080 0.60 0.0 72 1.782

В 0.560 0.009 0.090 0.270 0.814 0.060 0.07 0.0 5 1.923

С 0.380 0.012 0.140 0.290 0.740 0.056 0.050 0.0 46 1.714

Э 0.430 0.006 0.126 0.196 0.967 0.049 0.066 0.0 63 1.903

Е 0.460 следы 0.090 0.295 0.743 0.053 0.063 0.0 34 1.738

Примечание: А - масло семян хлопчатника сорта 65/30; В — масло семян хлопчатника сорта Гиссар; С - масло семян хлопчатника сорта Мехргон; О - масло семян хлопчатника линии Л-15; Е - масло семян хлопчатника линии Л-53.

С целью изучения метаболизма жирных кислот и маслообразовательмого процесса в семенах, нами, таким же образом, было исследовано количественное содержание высокомолекулярных жирных кислот в трёх фазах созревания: плодоношения, начала раскрытия коробочек и массового созревания.

Полученные результаты приведены в таблице 7.

Как видно из таблицы 7, в пике созревания семян содержание свободных кислот уменьшается. Эта закономерность наблюдается во всех исследуемых образцах хлопчатника.

Анализ результатов показал, что содержание свободных и связанных кислот состава масла исследуемых объектов неодинаково. Выявлено, что в составе масла сорта Гиссар присутствует больше свободных жирных кислот, а наименьшее содержание этих компонентов обнаружено в ядре хлопчатника линии Л-53. Ввиду того, что образцы масла хлопчатника сорта Гиссар и линии Л-53 имеют в своем составе наибольшее количество свободных кислот и фенольных соединений, которые обладают антисептическим свойством, то они вероятно могут быть более устойчивыми к заболеваниям по сравнению с другими исследуемыми образцами сортов хлопчатника.

Изменение содержания жирных кислот в фазах созревания семян

хлопчатника _

Сорта и линии Содержание свободных высокомолекулярных кислот Фаза плодоношения

Олеиновая кислота Стеаринова я кислота Пальмитино вая кислота Миристино вая кислота Линолевая кислота Пальметилоле иновая кислота Бегеновая кислота Неопределенн ые Общее содержание кислот

А 2.89 0.016 0.54 1.06 3.60 0.196 и 0.42 0.12 8.84

В 3.00 0.014 0.67 0.90 3.80 0.190 0.36 0.16 9.09

С 2.66 0.012 0.60 1.15 3.18 0.132 0.40 0.16 2.25

О '2.90 0.019 0.76 1.00 2.90 0.130 0.32 0.19 8.22

Е 1 3.36 0.013 0.39 1.13 3.18 0.150 0.40_, 0.09 7.71

Фаза начала раскрытия коробочек

А 0.92 0.007 0.16 0.23 1.54 0.080 0.105 0.050 3.09

В 0.96 0.005 0.12 0.17 1.86 0.090 0.090 0.032 3.42

С 0.98 0.016 0.24 0.14 1.90 0.072 0.072 0.046 3.46

О 0.79 0.009 0.88 0.12 1.94 0.049 0.086 0.040 3.21

Е 0.80 0.010 0.19 0.17 1.75 0.064 0.070 0.038 3.09

Примечание: А, В, С, Д Е - см. табл. 6

Как известно (Брайен, 2007), в маслообразовательном процессе свободные высшие кислоты являются вторичным исходным сырьем для формирования глицеридного состава.

Главные этапы синтеза жира в растительном организме могут быть представлены следующей схемой:

Из этой схемы видно, что из углеводов образуются насыщенные жирные кислоты, а затем из насыщенных кислот образуются ненасыщенные жирные кислоты. Кислоты, взаимодействуя с глицерином под действием специфических ферментов, образуют жиры, т.е. в период созревания семян уменьшается содержание жирных кислот. ' ;

Содержание суммы фенольных соединений в маслах исследуемых образцов

Из литературных данных известно, что ткани растений способны не только синтезировать ароматические структуры, но и активно утилизировать их, использовать в качестве источников углерода и энергии. Известно, что биосинтез фенольных соединений происходит в хлоропластах молодых листьев, а затем, покидая хлоропласты, уже вне хлоропластов они подвергаются вторичным биосинтетическим процессам, а именно: гликозидированию, этерификаиии, окислению и конденсации (Запрометов и Колонкова, 1974).

Фенольные соединения участвуют в конечных стадиях биологического окисления, в процессе фотосинтеза в качестве кофакторов, в циклическом и нециклическом фотофосфорилировании (пластохинон, убихинон-45), а также они играют регуляторную роль в процессе окислительного фосфорилирования, роста, развития и репродукции.

В связи с этим, нами была исследована сумма фенольных соединений состава исследуемых образцов хлопкового масла. Для этого мы использовали титрометрический метод, аналогично как в случае определения КЧ.

Отличие метода определения фенольных соединений от КЧ заключается в том, что при анализе берутся две аналогичные навески с каждого образца. Впоследствии в один из образцов, в зависимости от содержания свободных органических кислот, добавляется дициклогексилкарбодиимид. Затем навески выдерживаются в течение определённого времени и одновременно титруются до точки эквивалентности (Усманова и др., 2006).

Как известно, фенольные соединения имеют кислотное свойство и поэтому их называют карболовыми кислотами. Фенольные соединения растительного происхождения имеют весьма слабую ркА, особенно фенольные соединение семян хлопчатника, основу, которых составляет госсипол и его производные (Халиков и др., 2011).

Учитывая химические свойства фенольных соединений, титрометрическим методом, нами была определена сумма этих соединений в исследуемых образцах масла в трех фазах созревания (Усманова и др., 2006). Результаты представлены на рисунке 3.

Как видно из рисунка 3, у всех исследуемых сортов и линий хлопчатника содержание фенольных соединений непрерывно увеличивалось и достигло максимума в конце фазы начала раскрытия коробочек, а в конце вегетации уменьшилось. Лишь у линии Л-53 отмечено постепенное увеличение данного показателя к фазе после полного созревания.

Ф.|*м рамжтня семян

ил »<: ■!> ■ <-

Рис. Л. Динамика накопления фенольных соединений в разных фазах развития хлопчатника (мг/г) Примечание: А, В, С, О, Е - см. табл. 6.

/ - фаза массового плодоношения (закрытые коробочки, возраст коробочки 20-25 дней);

II - фаза начала раскрытия коробочек (закрытые коробочки, возраст коробочки 35 -40 дней);

III - фаза массового созревания (раскрытые коробочки, возраст 45 - 50 дней).

Из результатов определения суммы фенольных соединений состава семян исследуемых образцов, нам удалось выявить динамику накопления фенольных соединений в различных фазах созревания семян в процентах, результаты которого представлены в таблице 8.

Таблица 8

Динамика накопления суммы фенольных соединений в разных фазах

развития (% от сухого веса ядра)

Исследуемые образцы масла Фазы развития

Массовое плодоношение Начало раскрытия коробочек Массовое созревание

А 0.635 0.943 0.821

В 0.672 0.934 0.836

С. 0.523 0.905 0.650

0 0.687 1.004 0.747

Е 0.537 0.747 0.820

Примечание: см. рис. 3. (диаграмма суммы фенольных соединений)

Как видно из результатов анализа, все изученные сорта и линии отличаются по характеру накопления фенольных соединений.

Для наших исследований хлопчатник выращивался в одинаковых агрохимических и климатических условиях, поэтому различия в динамике накопления фенольных соединений в исследуемых образцах не зависят от климатических факторов и агрохимических условий.

Большинство исследователей считают молекулярной материнской ячейкой госсипола остатки аминокислот и углеводов (Голдовский'A.M., 1951). В связи с тем, что теоретически есть возможность биосинтеза госсипола и его производных под действием биохимических факторов из аминокислот и углеводов, мы попытались объяснить изменение содержания госсипола в фазах развития семян хлопчатника следующим образом:

1. Поскольку хлопок выращивается в доступном для света месте (для солнечных лучей), в фазе массового созревания семяК госсипол, являясь активным и имея многофункциональные группы, под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца, температуры и биологических факторов окисляется и превращается (частично) в другие компоненты, не имеющие кислотного свойства.

2. В фазе массового созревания, по сравнению с обменом. других липидов (глицериды, глицеролы, каротиноиды и др.), процесс биосинтеза госсипола происходит с меньшим темпом, что приводит к уменьшению концентрации госсипола.

Из результатов анализа выявлено, что среди изученных нами сортов и линий по выходу масла лидирует сорт Мехргон и в составе его масла имеется наименьшее количество фенольных соединений, которые являются токсичными. Данной сорт также имеет хороший выход волокна.

Основные химические константы масла Кислотное число исследуемых образцов масел

Кислотное число (КЧ) в образцах определили титрометрическим методом.

Для получения более точного значения КЧ было проведено трехкратное титрование навески с целью определения среднего значения КЧ . Полученные результаты приведены в таблице 9.

Как видно из таблицы 9, наряду с титрованием исследуемых образцов масла был оттитрован искусственный' раствор, содержащий определенное количество связанных кислот. Такой подход в анализе КЧ является эффективным, так как он позволяет сопоставить значения КЧ с искусственным раствором, т.е. по реакции взаимодействия тигранта с кислотами состава искусственного раствора мы можем контролировать точку эквивалентности при определении КЧ.

Рафинированное масло, которое использовано в качестве эталона имеет наименьшее значение КЧ. Это связано с тем, что в процессе

рафинирования масла подвергаются предварительной обраоотке щелочами. , : ;,,..• ,, •

Таблица 9

КЧ исследуемых образцов хлопкового масла, полученного

Образцы масла КЧ (мг КОН/г) при параллельных опытах Среднее значение КЧ (мг КОН/г) Отклоненйе от средних результатов Средние отклонен ия

а б В .... а , б в

• 65/30 3.9 3 4.0 5 3.9 8 3.986 0.056 0,06 4 0.00 6 0.042

Гиссар 4.1 0 3.9 5 4.2 0 4.083 0.027 0.13 3 0.11 7 0.092

Мехргон 3.9 2 3.9 0 3.9 5 3.923 0.013 0.02 3 0.02 7 0.021

Линия Л-15 3.9 5 3.9 3 4.0 5 3.976 0.026 0.04 6 . 0.07 4 0.048

Линия Л-53 3.8 5 3.9 0 3.9 2 3.89 0.04 0.01 0.03 0.026

Искусственн ый раствор 20. 5 21. 0 20. 7 20.73 0.23 0.27 0.03 0.176

Рафинирован ное хлопковое масло, 0.1 5 0.1 7 0.1 5 0.156 0.006 0.01 4 0.00 6 0.0086

В результате такой обработки свободные кислоты и фенольные соединения масла, превращаются в их соли. Это является причиной уменьшения содержания кислот и влияет на изменение значения КЧ.

Число омыления (ЧО) и эфирное число (ЭЧ) исследуемых образцов

масел

Число омыления - характеризует, в некоторый степени, средний молекулярный вер жирных кислот. Чем больше число омыления, тем меньше средний вес жирных кислот. Полученные результаты по определению ЧО и ЭЧ приведены в таблице 10.

Как видно из таблицы 10, в значениях ЧО и ЭЧ исследуемых образцов масла не наблюдается значительных отклонений. Различие в значениях ЧО и ЭЧ можно обосновать неодинаковым химическим составом масел.

ЧО и ЭЧ исследуемых образцов масла(мг/КОН)

Образцы масла 65/30 Гиссар Мехргон Л-15 Л-53

ЧО (мг КОН/г) среднее знач. 186.5 189.30 190.6 192.3 191.6

ЭЧ (мг КОН/г) среднее знач. 185.57 188.20 189.61 191.28 190.93

Определение йодного числа (ИЧ) Йодное число - характеризует степень насыщенности - чем оно больше, тем больше ненасыщенных кислот. Полученные результаты по определению ЧО приведены в таблице 11. Таблица 11 ИЧ исследуемых образцов хлопкового масла

Образцы масла А В С О Е

ИЧ (г 12/100 г) 100,70 99,25 104.50 110.30 107.40

Как видно из значений ЙЧ, которое характеризует сумму ненасыщенных кислот по грамму взаимодействующего йода с исследуемым образцом масла, для разных сортов и линий они отличаются. Эти отличия могут зависеть от генотипов растений.

Изучение г.'шцеридного состава используемых образцов масе.1 методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ)

ГЖХ- анализ является одним из современных и высокоэффективных методов анализа современной биохимии. В последние годы наряду с ГЖХ-анализом широко используются компьютерные методы расчёта, которые по сравнению с классическими методами количественного анализа проводятся определением площадей пиков (Сничерева, 1976).

Результаты качественной и количественной характеристики связанных кислот глицеридного состава исследуемых образцов масла хлопчатника приведены в таблицах 12-17.

Результаты ГЖХ-анализа связанных кислот масла хлопчатника (хлопковое масло рафинированное)

№ Время, мин. Высота, шУ Площадь, тУ* сек Концентрация, % Название

1 2.964 4.83 25.24 0.69 Миристиновая

-> 5.459 78.87 885.40 24.35 Пальмитиновая

3 5.9 1.59 17.62 0.48 Пальмитоолеиновая

4 10.37 3.13 73.56 2.02 Стеариновая

5 11.31 34.74 762.87 20.98 Олеиновая

6 13.16 83.77 1871.32 51.47 Линолевая

Итого: 28.44 ■ 206.93 3636.01 100.00

Как видно из табл. 12, в рафинированное масло содержание стеариновой кислоты составляет 2,02 %.

Таблица 13

Результаты ГЖХ-анализа связанных кислот масла хлопчатника _____(сорт 65/30)

№ Время, мин. Высота, тУ Площадь, тУ* сек Концентрация, % Название

1 3.791 6.62 28.24 1.16 Миристиновая

9 11.14 73.15 658.60 27.15 Пальмитиновая

3 11.38 3.97 33.67 1.39 Пальмитоолеиновая

4 14.99 19.88 382.25 15.76 Олеиновая

5 16.49 56.30 1322.71 54.53 Линолевая

Итого: | 22 159.91 2425.46 100.00

Как видно из результатов ГЖХ-анализа, в масле хлопчатника сорта 65/30 содержание линолевой кислоты составляет 54.53%, а олеиновой -15.76%. Стеариновая кислота отсутствует в масле данного сорта хлопчатника.

Таблица 14

Результаты ГЖХ-анализа связанных кислот масла хлопчатника

(сорт Гиссар)

№

Итого:

Время, мин.

8.705

1.03

11.27

14.83

16.27

30

Высота, тУ

6.01

72.67

3.64 23.11-

52.96

158.39

Площадь, тУ* сек

28.18

625.12

39.65

405.35

1187.59

2285.89

Концентрация,

%

1.23

27.35

.73

17.73

51.95

100.00

Название

Мирисшновая

Пальмитиновая

Пальм итоолеиноная

Олеиновая

Линолевая

Как видно из результатов, содержание пальмитиновой, олеиновой и миристиновой кислот в масле сорта Гиссар больше, чем в масле сорта 65/30, а содержание линолевой кислоты в данном масле меньше почти на

2%.

Результаты ГЖХ-аиализа связанных кислот масла хлопчатника (сорт

Мехргон)_

№

Время , мин.

Высота , тУ

Площадь , тУ* сек

Концентрация , %__

Название

8.645

13.80

61.97

1.20

Миристиновая

11.06

103.39

1446.08

28.02

1.24

5.01

41.14

0.80

Пальмитиновая

Пальмитоолеинова

0.00

0.00

0.00

Стеариновая

15.01

31.15

990.06

19.

Олеиновая

16.43

78.55

2621.33

50.80

Линолевая

Итого

30

234.90

5160.57

100.00

Из результатов видно, что содержание олеиновой кислоты в масле хлопчатника сорта Мехргон составляет 19.18%.

Таблица 16

Результаты ГЖХ-анализа связанных кислот масла хлопчатник _ . __(линия Л-15)__

№ Время , мин. Высота , тУ Площадь , тУ* сек Концентрация ,% Название

1 8.604 8.98 40.49 0.84 Миристиновая

2 10.96 95.75 1110.19 23.10 Пальмитиновая

3 11.15 6.20 31.78 0.66 Пальмитоолеинова я

4 14.82 31.24 1132.60 23.57 Олеиновая

5 - 16.25' 78.18 2491.08 51.83 Линолевая

Итого 30 220.36 4806.14 100.00

Как показывают результаты, в масле хлопчатника линии Л-15 75% глицеридов составляют непредельные жирные кислоты.

Таблица 17

Результаты ГЖХ-анализа связанных кислот масла хлопчатника

№ Время, мин. Высота, тУ Площадь, тУ* сек Концентрация , % Название

1 8.542 10.85 47.88 0.92 Миристиновая

2 10.89 101.08 1261.31 24.11 Пальмитиновая

3 11.08 6.92 43.39 . 0.83 Пальмитоолеиновая

4 0 0.00 0.00 0.00 Стеариновая

5 14.72 32.04 1244.40 23.79 Олеиновая

6 16.12 82.34 2610.09 49.90 Линолевая

7 16.92 1.23 23.72. 0.45 Пик 11

Итого 30 234.47 5230.7 100.00

Как показали результаты ГЖХ-анализа, масло хлопчатника линии Л-53 содержит: 0.45% неидентифицированных непредельных кислот в пике 11.

В составе масле всех сортов и линий хлопчатника по содержанию связанных кислот лидируют пальмитиновая и олеиновая кислоты. Для сопоставления и подтверждения достоверности полученных результатов, к ГЖХ-анализу:; было подвергнуто рафинированное хлопковое масло производства масло-жиркомбината г. Душанбе.

Здесь следует отметить, что'нам впервые удалось идентифицировать стеариновую кислоту в образце рафинированного хлопкового масла (масло-эталон), а в исследуемых образцах эта кислота не была обнаружена.

Как видно из полученных данных, во всех исследуемых образцах наблюдается присутствие аналогичных связанных кислот, но с разными концентрациями.

Вероятно, эти различия связаны с разными способами выделения масла. В нашем случае мы использовали метод горячей экстракции с применением хлороформа, а на масло-жиркомбинате для получения хлопкового масла используют метод гидравлического прессования. Во многих работах (Шарапов Н.И., 1954) указывается, что способ выделения масла непосредственно может повлиять на химический состав полученных масел. Масла, полученные путём прессования, по сравнению с маслом полученным методом экстракции, имеют наименьшее значение КЧ и наибольшее значение эфирного числа. Это значит, что масло полученное способом гидравлического прессования в своем составе содержит наибольшее количество глииеридов, а компоненты, имеющие кислотные свойства (органические кислоты, фенольные соединения и др.) находятся в наименьшем количестве по сравнению с аналогичными маслами, полученными методом экстракции.

Кроме того, масло-эталон (рафинированное масло) было подвергнуто , ...рафинированию. Как известно, рафинирование - это термический процесс очистки, в котором масло, обрабатывается каустической содой (№ОН или №2С03), в результате чего большинство компонентов, имеющих кислотное свойство, отделяется от состава масла.

Анализ полученных хроматограмм, при ГЖХ во всех исследуемых образцах и в масле-эталоне (рафинированное хлопковое масло) показал присутствие аналогичных связанных кислот, но с разными концентрациями. В то же время, только в составе рафинированного хлопкового масла обнаружена стеариновая кислота. Эти различия между исследуемыми объектами и маслом-эталоном связаны с разными ■'способами выделения масла.

Полученные нами результаты позволят выявить наличие варьирования соотношений отдельных компонентов в составе семян и хлопкового масла у исследованных сортов. Эти показатели могут служить для диагностики пищевого качества растительного масла.

Таким образом, выявленные формы, обладающие высокой масличностыо, продуктивностью и устойчивостью, имеют важное

22

значение для решения практических задач современной селекции

хлопчатника.

Выводы

1. Показано, что маслообразовательный процесс и метаболизм образования некоторых компонентов, таких как: глицериды, свободные кислоты, фенолы, макро- и микроэлементы состава сортов и линий хлопчатника зависят от сортовой специфики.

2. Установлена биологическая продуктивность изучаемых сортов, а именно: выход волокна и процентное содержание масличности. Выявлено, что между выходом волокна и процентным содержанием масличности не наблюдается существенной зависимости, но у сорта Мехргон и линии JI-53 наблюдалась отрицательная зависимость между процентом масличности и урожайностью.

3. Проведенный анализ содержания органических кислот в листьях хлопчатника в процессе онтогенеза растений показал наличие одновершинной кривой с максимальным пиком в фазе цветения.

4. Выявлено, что в семенах исследуемых сортов и линий хлопчатника максимальная сумма фенольных соединений приходится на фазу начало раскрытия коробочек, а в фазе массового созревания содержание фенольных соединений уменьшается на 1.1 - 1.5 раза.

5. Модифицирован хроматографический метод определения свободных кислот семян хлопчатника и разработан новый способ определения суммы фенольных соединений, который может применяться при проведении аналогичных работ.

6. Определены и изучены основные компоненты состава масла некоторых сортов и линий хлопчатника, результаты которых вполне могут служить для масложировой промышленности РТ и в практической селекции при создании более продуктивных форм хлопчатника.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях

1. Якубова М.М., Иброгимова С.И. Функциональная активность хлоропластов хлопчатника. Материалы научной конференции «Вклад женщин-ученых Таджикистана в науку»., 2001. С. 42-43.

2. Иброгимова С.И., Ибрагимов Д.Э. Определение кислотного числа масла семян хлопчатника титрометрическим способом. Материалы научно -теоретической конференции «Молодые учёные и современная наука»., 2002. С. 19-21.

3. Якубова М.М., Юлдашев X., Иброгимова С.И. Сравнительный анализ показателей качества масла семян различных сортов хлопчатника. Материалы I международной конференции «Здоровое питание - здоровая нация». Здравоохранение Таджикистана., 2005. С. 141.

4. Якубова М.М., Юлдашев X., Иброгимова С.И. Биохимические особенности качества масла различных сортов хлопчатника.

Материалы I международной конференции «Здоровое питание-здоровая нация». Здравоохранение Таджикистана., 2005. С. 114-115.

5. Якубова М.М., Иброгимова С.И., Хамрабаева З.М. Endogenous Phenol Compounds and Oil Content of Cotton Seeds. (Эндогенные фенольные соединения и масяичность семян хлопчатника). Сборник трудов II Межд. Симп. «Регуляторы роста растений: внутриклеточная гормональная сигнализация и применение в аграрной промышленности» 8-12 октября 2007, Киев, Украина. С. 161.

6. Юлдошев Х.Ю., Якубова М.М., Гиясов Т.Д., Хамидов Х.Н., Ибрагимова С.И. Углекислотный и водный обмен листьев хлопчатника в связи с взаимодействием между ассимилирующими и потребляющими ассиииляты органами. Состояние и перспективы развития биохимии в Таджикистане. Материалы международной конференции. , Душанбе 2009. С. 190-193.

7. Якубова М.М., Юлдошев Х.Ю., Хамрабаева З.М., Ибрагимова С.И., Нуров У., Хамидов Х.Н. Физиолого-биохгшические показатели адаптационных механизмов у различных генотипов хлопчатника. Всероссийский симпозиум «Растение и стресс» ., Москва 2010. С.

: 407-408.

8. Якубова М.М., Юлдошев Х.Ю., Хамрабаева З.М, Ибрагимова С.И., Хамидов Х.Н. Донорно-ащепторные системы у различающихся по продуктивности сортов хлопчатника. Вестник ТНУ. Душанбе: «Сино» 2011, с. 90-95.

9. Якубова М.М., Иброгимова С.И., Хамрабаева З.М., Саидмуродов Ш.Д. The maintenance of phenol compounds - the test for an estimation of cotton oil-seeds quality.l'/International Symposium on Earth Observation for Arid and Semi - Arid Environments. Kashgar, China, 2012. C. 91.

10. Иброгимова С.И., Якубова М.М., Хамрабаева З.М. Метаболизм органических кислот у различных форм хлопчатника. Известия Академии наук Республики Таджикистан, отделение биологических и медицинских наук, №1 (178), 2012. С. 50-54.

11. Иброгимова С.И., Якубова М.М., Ибрагимов Д.Э., Хамрабаева З.М. Макро- и микроэлементы семян некоторых сортов и линий хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) Доклады Академии наук Республики Таджикистан, 2012, т. 55, №1, с. 69-74.

12. Иброгимова С.И., Ибрагимов Д.Э. К вопросу о масличности некоторых сортов и линий хлопчатника (Gossypium hirsutum L.), выращиваемых в Таджикистане. Кишоварз., №3(55), 2012. С. 73-75.

13. Ибрагимов Д.Э., Иброгимова С.И., Зумратов А.Х. Количественная : характеристика фенольных соединений в образцах масла

хлопчатника титрометрическим методом с последующими математическими обработками. Vl-международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки и образования», посвященная 20-летию XVI Сессии Верховного Совета Республики Таджикистан. Душанбе, 2013. С. 61.

Сдано в набор 27.02.2013 г. Подписано в печать 01.03.2013 г. Формат 60x84 '/,„. Заказ №37. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии ТНУ, ул. Лахупш 2.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Иброгимова, Сайрамби Искандаровна, Душанбе

ТАДЖИКСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИ 3597П"?

На прфах рукописи УДК 581. 19. 577. 15.633.511.

ИБРОГИМОВА САЙРАМБИ ИСКАНДАРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ СЕМЯН РАЗЛИЧНЫХ

СОРТОВ И ЛИНИЙ ХЛОПЧАТНИКА

03.01.04 - биохимия

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научные руководители -академик АН РТ., д.б.н., профессор Якубова М.М; к.х.н., доцент Ибрагимов Д.Э.

Душанбе -2013

/л 111 »плтл а т тт т

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................7

1.1 .Химический состав семян хлопчатника........................................7

1.2.Маслообразовательный процесс у растений.................................13

1.3.Биохимические методы исследования жирных масел......................26

1.4. Масличность семян и условия среды..........................................28

1.5. Некоторые закономерности изменчивости признака

масличности семян................................................................30

1.6. Метаболизм органических кислот листьев хлопчатника..................33

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований...........................................................39

2.2. Методы исследований............................................................42

2.2.1. Определение роста, размера и площади листьев..........................42

2.2.2. Определение количества органических кислот листьев.................43

2.2.3. Определение содержания зеленых пигментов листьев..................43

2.2.4. Определение макро- и микроэлементов состава семян.................44

2.2.5. Определение масличности семян методами Сокслета

и Рушковского....................................................................45

2.2.6. ТСХ, и ГЖХ-анализы, состава масел.......................................46

2.2.7 .Определение важнейших физико-химических констант масел.......47

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Морфофизиологическая характеристика сортов

и линий хлопчатника.............................................................51

3.2. Содержание хлорофилла в листьях...........................................54

3.3. Содержание органических кислот в листьях хлопчатника...............57

3.4. Некоторые количественные признаки хлопчатника.........

..............62

3.5. Масличность семян методами Сокслета и Рушковского................63

3.6. Анализ степени сопряженности признака масличности с некоторыми хозяйственно-ценными признаками хлопчатника........................66

3.7. Содержание макро- и микроэлементов состава семян...................67

3.8. Качественная и количественная характеристика свободных и связанных кислот глицеридного состава. ТСХ-анализ свободных кислот..................................................................73

3.9. Содержание суммы фенольных соединений в маслах исследуемых образцов............................................................82

3.10. Основные физико-химические константы масла хлопчатника.........88

3.11. Изучение глицеридного состава используемых образцов масел методом газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ)........................90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................104

ВЫВОДЫ....................................................................................110

ЛИТЕРАТУРА...............................................................................111

Список сокращений приведенных в диссертационной работе:

ГЖХ - газо-жидкостная хроматография ДПС - длительность периода созревания ЖК - жирные кислоты ИКС - инфракрасный спектр ИЧ - йодное число КЧ - кислотное число

ОАП - общая ассимиляционная поверхность ТСХ - тонкослойная хроматография 40 - число омыления ЭЧ - эфирное число

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время создание сортов хлопчатника с высокой урожайностью, устойчивостью к заболеваниям, хорошими технологическими свойствами волокна и с повышенной масличностью является актуальной народно-хозяйственной задачей. Для получения таких сортов хлопчатника необходимо изучение физиолого-биохимических и генетических основ признака продуктивности, устойчивости и масличности семян хлопчатника.

Анализ данных мировой литературы показывает, что проблема масличности хлопчатника решена далеко не полностью. В связи с этим, изучение некоторых параметров продуктивности хлопчатника является актуальным.

Основной продукцией хлопчатника является волокно. Но семена хлопчатника также имеют большую ценность. Они содержат большое количество масла, отличающееся высокими пищевыми качествами.

Хлопковое масло по объемам производства в СНГ занимает второе место после подсолнечного. Удельный вес хлопкового масла в общем балансе растительных жиров, производимых в СНГ, составляет примерно 22 % и оно является основным видом растительного жира в рационе питания населения республик Средней Азии.

Увеличение масличности семян только на 1 % может дать прибавку более 5 тысяч тонн высококачественного пищевого масла в расчете на год.

В свете сказанного, наряду с такими проблемами, как: селекция высокопродуктивных сортов интенсивного типа с улучшенными технологическими параметрами хлопкового волокна, повышенная устойчивость к различным заболеваниям и вредителям хлопчатника, становится очевидным актуальность исследований, связанных с повышением масличности семян хлопчатника.

Для решения этой задачи необходимо всестороннее физиолого-биохимическое изучение характера изменчивости признака масличности семян различных форм и линий хлопчатника.

Цель и задачи исследования. Цель нашей работы заключается в получении данных, которые позволили бы оценивать масличность семян в сортовом разрезе, а также в сравнительном изучении компонентного состава семян, признака масличности и других количественных признаков различных сортов и линий хлопчатника, отличающихся по продуктивности.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- определить масличность ядра семян хлопчатника и изучить динамику накопления количества свободных жирных кислот масла в разных фазах созревания;

- методом атомно-эмиссионного спектрального анализа определить макро- и микроэлементный состав семян;

- изучить накопление фенольных соединений в разных фазах созревания ядра семян хлопчатника;

- выявить динамику содержания хлорофилла и органических кислот в листьях изучаемых сортов и линий хлопчатника в онтогенезе растений;

- модифицировать метод ТСХ-анализа с целью получения более точных результатов.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Химический состав семян хлопчатника

Если говорить о биохимическом изучении хлопчатника, то можно выявить, что оно имеет шестивековую историю (Арутюнова Л.Г., Ибрагимов Ш.И., 1980).

Впервые биохимическим и ботаническим исследованием хлопчатника занялся Боген К. (Bogen К.) в 1623 году. Затем его работу продолжили французские ученые - Турфинор Ж. (Tourfinor J.) и Линей К. (Liney К.). По морфологическим признакам, эти ученые разделили хлопчатник на 5 групп: афро-азиатский, индокитайский, мексиканский, перуанский и religiosium.

В 1791 году датский ученый Pop И. (Ror I.) впервые написал свою монографию о хлопчатнике, под названием «Заметки о посадке хлопчатника».

В 1863 году А. Тодаро (А. Todaro) охарактеризовал 52 вида хлопчатника на основе морфологических признаков и разделил их на 2 подгруппы: истинные (волокнистые) и ложные (неволокнистые). Такие ученые, как: С.А. Гамми (Англия, 1905) (S.A.Gummy), Г.С. Зайцев (СССР, 1928), С. Харланд (США, 1939) (S. Harland), Дж. Хатчинсон (Англия, 1947) (J. Hatchinson), H.H. Константинов (СССР, 1939) и др. внесли огромный вклад в дальнейшее изучение хлопчатника.

Относительно обоснованная характеристика была дана советским систематиком Ф.М. Мауером (1954) и американским ученым П. Фрикселем (Freaksell, 1969). Работу Ф.М. Мауера по исследованию хлопчатника, можно считать более подробной, в связи с тем, что им было охарактеризовано более 35 сортов хлопчатника. Ф.М. Мауером также учитывались морфологические, биологические и экологические признаки растения.

В 1980 г. чешский ученый более подробно охарактеризовал биологию хлопчатника. По характеристике М. Валичека, волокнистый хлопчатник подразделяется на 4 основные группы:

1. Афро-азиатский (G. herbaceum)

2. Индокитайский (G. arboreum)

3. Египетский (С. ЬагЬааепБе)

4. Мексиканский (в. ЫгеиШт).

В Таджикистане биохимическим и генетическим исследованием хлопчатника занимались генетики и биохимики. Основной целью исследования наших ученых являлась разработка новых сортов хлопчатника согласно климату Таджикистана, которые обладают хорошим выходом волокна и масличностью. Таким образом, советскими учеными были разработаны новые сорта и линии средневолокнистого хлопчатника, такие как: 108 - Ф, 153 - Ф, Ташкент - 1, Ташкент - 6, 133, 149 - Ф, Регар - 1, АН - 402, Мехргон, Гиссар, Фергана - 3, 65/30, Л-15, Л-53. А также тонковолокнистого: № 23, 504 В, 5010 - В, 5904 - И, 5595 - В, 6249 - В, 6465 - В, Аш - 25, 7318 - В, 8386 - В, 8375 -В, 9883 -И, 9326-В и другие [1,2].

Несмотря на достижения в области генетики, отсутствует информация о детальном биохимическом исследовании компонентного состава вышеуказанных сортов хлопчатника.

Известно, что хлопководство является стратегически важной отраслью аграрной промышленности Таджикистана. Научные достижения в этой области, особенно результаты биохимического исследования компонентного состава семян хлопчатника, представляют важную информацию при подборе семян для посадки тех сортов, которые имеют не только хорошую продуктивность по волокну, но также дают высококачественное масло и калорийный корм для большого и малого рогатого скота.

Семена хлопчатника яйцевидной формы, покрыты длинными и короткими волосками - волокно и подпушек. Семена средневолокнистых сортов хлопчатника имеют округло-удлиненную форму. Товарный сорт хлопковых семян определяется по промышленному сорту хлопка-сырца. Семена хлопчатника по степени зрелости к моменту уборки делят на четыре сорта. Семена различаются по линейным размерам, влажности, опушенности, содержанию сорной и масличной примеси, а также по кислотному числу масла. С понижением товарного промышленного сорта (от 1-го до 4-го) такие

показатели, как: опушениость, влажность, кислотное число и засоренность, возрастают, а степень зрелости и масличность понижаются (Жусупова, 2006).

Семена состоят из внешней одревесневшей оболочки (кожуры), внутренней пленчатой оболочки и зародыша (ядра) семени. На ядро приходится 55 - 60% массы зрелого семени, и занимает оно всю внутреннюю полость.

Хлопковые семена содержат много полезных веществ: 20 - 25% масла, 18 - 20% белка, крахмал, фитин, фосфатиды, стерины, госсипол и другие соединения. Много в семенах и витаминов. Так в 1 кг семян находится 3.1-3.2 мг витамина В! (тиамин), 15-28 мг витамина В2 (рибофлавин), 11 мг витамина В3 (ниацин), 93 мг Н, 1 мг витамина Вб (придоксин), 3.8 мг фолиевой кислоты, 3400 мг инозита, 1.9 мг каратиноидов. Эти витамины необходимы человеку для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Тиамин принимает участие в обмене углеводов; рибофлавин способствует белковому, жировому и углеводному обмену, росту и развитию организма; ниацин предупреждает заболевание пеллагру; придоксин обеспечивает функционирование сердечной мышцы и деятельности нервной системы (Овчаров, 1976).

Масличные семена и продукты их переработки содержат, кроме масла и белка, также богатейший комплекс биологически активных соединений, в том числе витаминной и провитаминной природы. Так, масличные семена исключительно богаты жирорастворимыми витаминами и провитаминами, а именно: токоферолами, стероидами и каротиноидами. В их составе много водорастворимых витаминов - тиамина, рибофлавина, пиридоксина, биотина, фолиевой кислоты, пантотеновой кислоты, инозита, аскорбиновой кислоты и др. Богат и разнообразен фосфолипидный комплекс масличных семян, в состав которого входят фосфатидилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины, инозитфосфатиды, фосфатидные кислоты и их соли. Белки масличных семян, являющиеся так называемой попутной продукцией производства растительных масел, также представляют большую народнохозяйственную ценность. По своему аминокислотному составу они с успехом могут быть использованы для обогащения незаменимыми

аминокислотами многих пищевых продуктов, а также в производстве кормов (Жусупова, 2006).

Кроме того, в зародыше семени обнаружены зольные элементы: фосфор, калий, магний, кальций и сера. В небольшом количестве встречаются медь, цинк, марганец, бор, кобальт и другие элементы. Масличные семена содержат уникальный набор макро-, микро- и ультрамикроэлементов, суммарное содержание которых почти в 2 раза превышает их количество в семенах, листьях и стеблях других культур (Юсупова и др., 2012).

Белковые вещества, откладывающиеся в сравнительно большом количестве в зародыше, не являются однородными; среди них обнаружены простые и сложные белки. Некоторые белки значительно различаются между собой по количеству аминокислот, входящих в них.

Зародыш семени хлопчатника содержит много веществ, относящихся к липоидам. Кроме большого количества жиров, в составе зародыша найдены фосфатиды, стеролы, стериды и различные окрашенные вещества, среди которых госсипол и его аналоги, а также каратиноиды и другие пигменты, растворимые в жирах. Также извлекаются разнообразные соединения, относящиеся к группе гормонов и ростовых веществ (Прокофьев, 1955).

Из веществ липоидной группы, содержащихся в зародыше семени хлопчатника, наибольшее количество (свыше 40%) приходится на долю жиров.

Высокое содержание твердых (при комнатной температуре) жирных кислот, прежде всего пальмитиновой кислоты, позволяет, охлаждая хлопковое масло, выделить твердую фракцию - хлопковый пальмитин, применяемый в производстве высококачественного маргарина. Интенсивная окраска хлопкового масла связана с присутствием ядовитого вещества госсипола и его производных, а также каротиноидов, флавоновых и антоциановых пигментов.

Очищенное хлопковое масло, как и другие растительные масла, представляет собой смесь различных глицеридов, являющихся сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и различных высокомолекулярных жирных кислот. Разнообразие физико-химических свойств глицеридов

объясняется разным количеством входящих в молекулы жирных углеродных радикалов и различием в степени насыщенности их водородными связями (Халиков, 2011).

В растительных жирах количественно преобладают, ненасыщенные водородом, жирные кислоты. Вследствие чего при обычной температуре эти жиры имеют жидкую консистенцию. Жирные кислоты в зародыше семян хлопчатника находятся не только в составе глицеридов, но и в свободном состоянии. Содержание свободных жирных кислот в нормально вызревших семенах обычно невелико: 1 - 2% от веса сухой массы ядра семени. Кроме того, в хлопковом масле содержатся также и другие жирные кислоты -миристолевая, миристиновая и пальмитолевая.

В семенах, хранящихся в неблагоприятных внешних условиях (избыточная влажность и температура), количество свободных кислот резко повышается, иногда достигая более 10%. Характерно, что семена с высоким содержанием жирных кислот относительно быстро утрачивают всхожесть и становятся нежизнеспособными (Халиков, 2011).

При исследовании содержания жирных кислот в составе масла различных видов хлопчатника Ярош Н. П. (1958) получила следующие результаты (%):

Таблица 1

Содержание жирных кислот состава масел различных видов, %,

Ярош Н. П. (1958)

Происхождение семян Насыщенные жирные кислоты Олеиновая Линолевая

О. ЫгэиШт Ь. Узбекская ССР 23.2 27.2 49.0

в. ЬагЬаёепзе Ь. Египет 22.0 27.0 50.0

в. ЬегЬасеиш Ь. Северная Корея 23.8 22.6 51.6

р. агЬогеит Ь. Эфиопия 20.4 28.0 52.2

По данным А. И. Ермакова и Н. П. Ярош (1953), содержание жирных кислот в глицеридах масла изменяется в зависимости от условий выращивания хлопчатника.

В жирнокислотный состав хлопкового масла, который был установлен сотрудниками Института химии растительных веществ АН УзР, входят следующие кислоты: стеариновая, пальмитиновая, олеиновая, арахиновая, линолевая, миристиновая, линоолеиновая, а в глицеридный - тринадцать триглицеридов, а именно: стеаропальмитоолеин, дипальмитоолеин, стеаропальмитолинолеин, пальмитодиолеин, триолеин,

пальмитоолеолинолеин, стеародилинолеин, диолеолинолеин,

пальмитодилинолеин, олеодилинолеин, трилинолеин. Сумма триглицеридов -это, собственно, и есть масло. Жирные кислоты хлопкового масла подразделяются на твердые - пальмитиновую и стеариновую (22%) и на жидкие - олеиновую и линолевую (77.2%). К твердым относятся также арахиновая и миристиновая насыщенные кислоты, на долю которых приходится в среднем по 0.4% всех содержащихся в масле кислот.

По содержанию жирных кислот хлопковое масло близко к подсолнечному и соевому, так как характеризуется высокой концентрацией глицеридов линолевой кислоты.

Хлопковое масло 41.7- 44% Подсолнечное масло 39.8% Соевое масло 51.5- 57%

К одному из достоинств хлопкового масла, несомненно, относится наличие в нем линолевой кислоты, крайне необходимой человеку. Она обуславливает выведение из крови холестерина, накопление которого приводит к атеросклерозу. Эта кислота поступает в организм с пищей, в частности с растительным маслом. Так как хлопковое масло по сравнению с другими широко распространенными растительными маслами имеет в своем составе больше насыщенных кислот, �