Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗУЧЕНИЕ БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ВЫСОКОЛИЗИНОВОЙ И ОБЫЧНОЙ КУКУРУЗЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ВЫСОКОЛИЗИНОВОЙ И ОБЫЧНОЙ КУКУРУЗЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи УДК 631.811.1:581.134.4 : 633.15

КАЗН ЕВ Ариф Тофик оглы

ИЗУЧЕНИЕ БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ВЫСОКОЛИЗИНОВОЙ И ОБЫЧНОЙ КУКУРУЗЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ

Специальность — 06.01.04 — агрохимия, 03.00.04 — биохимия

Автореферат . диссертации на соискание.ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1986

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель—доктор биологических наук, профессор [Плешков Б. П. |

Официальные оппоненты — доктор биологических наук, профессор Голенков В. Ф., кандидат биологических наук, доцент Ракипов Н. Г.

( Ведущее учреждение—Центральный институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства СССР.

Зашрта состоится ..... 1986 г.

в «/¡у» час. на заседании Специализированного совета Д 120.35.02 при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Адрес: 127550, г. Москва, Тимирязевская ул., 49, корп. 8, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета — доцент

-Дорожкина Л. А,

ОНЭДЯ ХАРАШРЖТИКА РАБОТЫ • ' ■

Актуальность'проблемы. Увеличение производства зерна и улучшение его качества является -важнейшей-задачей современного сельскохозяйственного производства. В продовольственной

• программе СССР на период до 1990 .года,, одобренной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, намечается довести-валовый годовой

. сбор зерна, до 250-255.ш.тонн. В.реализации этой программы

*

• важная роль отводится кукурузе, которая по площади посевов и обору зерна в нашей .стране занимает большой удельный вас, я&-

• ляяоь. одной из основных зернофуражных культур. По сравнению с другими:зерновыми злаками кукуруза отличается высокой урожай-

■ ностью, однако.заметно уступает им по белковости зерна. Кроме того, белки кукуруза имеют низкую биологическую ценность, так . ■ как большая часть их представлена спирторастворимой фракцией,

• в которой практически отсутствуют такие незаменимые аминокисло-

. ты, как,'лизин,-,триптофан й'метионин. . '«

. .; Решение проблемы увеличения; количества г улучшения качест-. ва белка зерна" кукурузы в настоящее время связано с использованием щтанти£1с генотш1ов|- вклшаквдх, в частности. ген опак- . -2, который.вызывает, характерные морфологические и биохимические изменения-в>зерне кукурузы.-Введение гена опак-2 в генотип •обычной' кукурузы!вызывает:перераспределение белковых фракций, вследствие; чего в зерне "уменьшается количествозеина,- а соде^ ,жание лизина и:других незаменимых, аминокислот заметно повышается; Селекционерами и генетиками проводится■интенсивная работа по использованию ¿утантного-гена-опак-2 для создания новых высокопродуктивных'"гибридов кукурузы^' отличающихся повышенной способностью к :накопленив:в зерне белков с,высоким содержанием

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моек, сельскихсп. академии им. К. А. Тиииряэвая

Имв.

лизина.

: На ряду'"с! генотипом о днем из главных факторов повыюэния урожайности и белковости зерна кукурузы является применение, удобрений и, в первую.очередь, азотных. Однако в настоящее -время имеется очень шло сведений о реакция высокобелковых и высоколнзивовых гибридов кукурузы на внесение удобрений, влиянии удобрений на химический состав зерна и соотношение в зерне белковых фракций, различающихся по- содержанию незаменимых аминокислот. Изучение,этих вопросов имеет•важное значение для разработки эффективной технологии применения удобрений при вира- / вдвании новых.гибридов кукурузы о улучшенными биохимическими . 1 свсйотвами'зерна и устранения белкового дефицита в кормопроизводстве.

Цель и заяэтби^яесяедованяя. Учитывая важность экспериментальной и теоретической'разработки проблемы повышения белковоо-ти и сбалансированности аминокислотного состава"» целью наших исследований явилось выяснение биохимических особенностей формирования. белкового комплекса4' зерна высоксдизиновых и высокобелковых генотипов-кукурузы !нри различных условиях азотного питания, Основное'ввитняе* в-хода исследований было уделено решению следукдзх'йадач» • ■ *

- изучению влияния различных условий азотного питаний на урожайность'и белковость зерна разных генотипов кукурузы;

- изучению динамики- накопления азотистых веществ в созре-вашем зерне; *

- ^выяснению изменен;;,! смяиокиолотного и фракционного сос-тзва белков зерна в зависимости от условий азотного питания

в зроцгссе созравзнля;

- исследованию компонентного состаю белков эндоспора зер-

на разных генотипов кукуруза.

Научная новизна исследования. Назчаая значимость результатов исследований состоят в том.^ч^о изучено. .влияние. условий азотного питания ва урожайность,# срдерзаниа к. качество белков зерна высоколизпнового гибрида. кукурузы^ несуцего аллель ».утаат-ного гена опак-2 в высокобелкового ,г$«5ридо.. Установлена шсокая эффективность -применения азотных удобрений, под кукурузу разных генотипов ва лугово-лесной почве Еек^З^катальрзсо^ зоны Азербайджанской СС?«

Белковый комплекс верна высоколпэ»шов*?£Ч^гвяо5?ха по сравнения с обычным гибридов обнаружил бсльыуа^£т02,ч»рйсть по содержанию лкэ;ша при повышении уровня азотного питания,.

Установлено, что пршленениэ азотных удобрен:£в ворма 90-180 кг/га обеспечивало повышение урожай«ост¡1 оцах,-2 гибрида практически без снижения качества зерна, за счет относительно низкого уровня спиртораствориьзгх белков (ззина), С использованием современных биохимических методов - хроштографки да ДЭАОЦ, гелъхроматографаа на сефадексе (}- -100 и электрофореза в ПАГе изучены состав и свойства отдельных белковых групп эндосперм зерна кукурузы, в их изменчивость в завлекает я о? генетических факторов и уровня азотного питзная.

Практическая ценность результатов^ссле^по^эк-Л. Проведгн-ные.опыты позволили выявить диапазон $сиот:таческо:1 кз;.:сновости белкового конолекса зерна кукурузы на £сне геястклических различий исследуеьз£Х гибридов, что представляет кзк теоротичзо-кий, так и практический интерес. Установлено, что азотные удоб-реюш значительно повыпали белковость зерна независимо от генотипа .. Поведение бслксвости зер:1Э прнБСДило к снг-жошш его качества, но вразнсЛ степени, что &ко сбусяоагвко гевотипоа рас-

тений. Опак-2 аналоги при некотором снижения содержания лизина, сохраняли более высокий его уровень а значительно превосходили со сбору лизина обычный гибрид. Нормы азотных удобрений 90-180 кг/га обеспечивала устойчивые прибавки урожая опаковых гибридов практически без снижения его качества и могут быть рекомендованы при выракпвании кукурузы на дугово-лесиой почве.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференции молодых ученых Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агрспочвоведеяая ЕАСХШ1Л в апреле 1984 года, на конференции молодых ученых ТСХА. в иене 1984 года и ■ опубликованы в 4-х статьях. . • -.*.■ 1

■ Структура и объем дяссерташ^. Диссертационная работа изложена на III? странздах машинописи и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов и списка литературы, включавдего 2S3 библиографических названий, в том числе иностранных.- Работа вллгстрирована 21 таблицей, € рисунками и У таблицаья приложения. ,

Условия и методтка прор^дешш исследований. Исследования. • проводила в вегетационных-опытах на кафедре агрономической и -биологической химка ТСХА и в полевых .опытах ш Закатальской зональной опытней станции Института земледелия Азербайджанской ССР в I98I-I983 гг. , ■ . •

Объектом исследований служила различные гибриды кукурузы: Краснодарский 303 ТВ (двойной иежлинейный гибрид), Краснодаре-, кий 303 ВЛТЗ (двойной можлпнейный внеоколизинозый гибрид), еы-. сокобелховый гибрид (EI2 х Т2з) х HP - IC3 - нб, полученный в" лаборатории селекции кукурузы Краснодарского ISGKX, им.П.П.Лукья не meo.

Полевые исследования проводов ка лугозо-лгсзсй почве, агрохикэтескпе показатели которой варьировали по годам в следуто-щях пределах: РНС0Л 6,0-G,5, rywyc 2,5-3^, легксгидролязуешй азот.3,8-4,5 мг к содержание подвижных фор;.! ро0= 2,5-2,8 i.t/ICO г

м О

почва (по ¡-'.ачкгпну)..Зегегагдаошше опиты закладывали ка деряо-во-подза?кстой средаесуглинпстой почве со следуацпглл агрохимическими показателям: РЙС0Л 4,2, Ер - 6,0 и:экв на 100 г почвы, «У - 4,В мэкз на 100 г почвы, -0,115*, P20s (по Кирсанову) - 2,0 мг, KgO (по Г."а еловой) - 6,5 гс ка ГСО г г.отшы.

Полевые опыты проводились по следующей схеме:

1. I50PICCK под основпув вспанау

2. 150РШЖ'+ 90Ы' ' до посева

3. 150Р1СЮК + 90// до посева + 90Л/ в фазу 5-6

листьев

4. X50PI0CK + 90/V до посева + 90У в фазу 5-6 листьев +

... ЬОМ внекорневая подкормка в фазу

• . • . начала формирования зерна.

Площадь опытной делянки в 1982 год/ составляла 117,6 м2, а в 1983 году, - 127,4 i?, площадь учетной делянки,. соответственно, 78,4 м? и 03,3 м^. Повтсрность опыта 4-х кратная. Посев производили квадратно-гнездовым способом, ширина ке:гдурддлй 70 га. Сроки посева и уборки урожая зерна,'а также агротехника возделывания .кукурузы - общепринятые!для. данкол зоны. Под глубокую вспашку были внесены фэсфор1ше: и калк&ша. удобрения - фсс$ор:до. удобрения в виде гранулированного двойного суперфосфата, калинке - в виде калийной соли,' азот в в^гдз а.»г.™лчно»1 селитры в:»>» сая2 под предпосевную ойряботяу/как'осповяоо удобрение и под культиващ:» в листьев в виде подаергл:;. Шкч:ор:.сь;'а

подкорулу в £азе формирования зерна проводами 1С%-ньпл раствором мочевины.

За период вегетации'балл взяты пробы зерна для лабораторных исследования:

1. чарез-20-25 дней посла опыления;

2. через 35^-40 дней после опыления;

3. в <?озу-полной спелости зерна.

В каждой пробе отбирали по двадцать початков о делянки, фиксировали ващнш азотом, зерна отделяли от стержня к лиофиль-но высушивали. Данные по величине урокая зерна, обрабатывали статистически с использованием дисперсионного анализа. . '

■В вегетационных опытах 1381-1982 гг. растения кукурузы вы: ращиваяи'в сосудах Митчерлиха (на 10 кг. почвы), в почвенно-пэс-"чакой-среде (6:4)." Растения выращивали по одноьу на сосуд в • -Двейа два г акра тной повторности.

«Опыты проводили по следуицей схеме: (г/сосуд) . •

'I. 1,5//ЗРЗК.

•а. 1.5//ЗРЗЕС + 1,5У

-3. 1.5УЗРЗК + 1,5//+ 1,5 У

•4. 1.5УЗРЗК +'1,5 У 4- 1,5У+ О.бУ

/ -

Азот вносили "в виде аммиачной селитры, фосфор в виде двойного гранулированного суперфосфата, калий в виде хлористого ка-•лия. Корневые подкормка азотом проводили в фазу 2-3 и 7-8 листьев аммиачной селитрой, внекорневую - мочевиной в начале формирования зерна. ,

В фазу цветения во избежание переопыления гибридов опакового типа пыльцой, несущей нормальную аллель, метелки растений изолировали пергаментным изолятором. Пробы зерна отбирались

через 20, 30 к 40 дней после опыленпя, о в £азу. па*пой

спелости. Отобранные пробы зерна. фиксировали азотом,

отделяла зерна от початка с жофидьно высушивала...

Химический анализ • расткг елыаас я почвенных обрззиоз проводили общепринятые кетодаки. Фракц::ош:рэвзкпз белксз эадо-спергда зерна кукурузы проводил;: путем последовательно:; экстракции муки по Осборну ( Osio^lMB), при выделении глютели-нов к растворуаелочи добавляли 0,2£~ны2 раствор Сисулъ* ::та натрия. ( Уа/iSCj ). Остаток после выделения всех.фракции переносили в колбы Къельдаля к сзкгалв с серной кислотой. В ка^сдсй полученной белковой фракции определяла содержание азота ипхро-методом Кьелъдаля. Анализы проводили в 3-крат::ой позтсрпэсти.

Легкорастворище белки эндоспермов зерна кукурузы разделяли хроглатографией на дяэтгламккоэтклцеллшозе (Плепкоз Б.П., I97G). Содержание белков в полученных фракциях определяла спектрофотометрически при .длине, волны S- - 280 ш.и Для построен:^ калибровочных.графиков использовали яичный альбумин, цатохром С, бычий альбумин.

£ля сравнительной характеристик компонентов легксраство-ркаос белков: проводили их хроштографкческое разделение ш среднем сефадексе G -100 (Дётерман, 1970). Концентрацию белка в полученных фракциях определяли на спектрофотометре при длиг не волны Л - 230 км. При изучении -компонентного состава белковых фракций пр;".меняли метод электрофореза в поягзкрглзклдиам геле (llaypep, IS?i; Плесков Б.П., 1976). Электрофсрегра!.;.и пролашнов содержали специфические ко:.:поненты клл группы их, являпкпеся.ьаркераш геномов кл;: хро::ссс:л, котсрие зак:::хет в спектре строго фиксированное положение. Вследствие этого Сила

кеялЕчела необходимость прибегать к юенгифгкацая-■ компонентов ■ по ООП с помощью гйпгкоа. Ают.охкслотнкй состав белков определяли в гэдрслпзатах рззыолстого зерна на анализаторе С/. 7СС0 (ВТ).

СОДЗРЕАШЗ РАБОТЫ

I. Влияние условий азотного питания на урогайность и качество зерна кукуруза разных генотипов

Одним из основных показателей, характеризующих продуктив-. ность сельскохозяйственных растений, является урожай. Как по--' казаля наши исследования, изучаемые генотипы кукурузы существенно различались по урожайности (табл. I). Вксскодизиновые гибриды характеризовались ьжиклей урожайностью по сравнению о • обычным гй5ридом,''т§"йёлч^иедендкя сохранялась на всех уровнях азотного питания. С повыаёййа доз азота происходило увеличение урожайности всех гибридов,, однако количественное изменение данного показателя в значительней степени определялось ге--ноткпом растеши, "

Действие азотных-удобрений на урожайность зерна кукурузы по данным дисперсионного анализа находилось под'контролем генетического фйкто'ра., долевое участие которого составляло 60$. Взаимодействие факторов генотипа и условий питания практически отсутствовало* поэтог-у урожай зерна коррелировал о нормой азот-•ных-удобрений, причем коэффициенты корреляции составляли 0,98+

""йккм образом, повышение уровня азотного питания спосоСст-1вОьало увеличению урожайности кукурузы в пределах генотипа рас-'теилЛ. Некорневая подкормка мочевикол в фазу начала фор:.:;:роза-

кия зерна не оказала заметного вд;зшкя ка урояайнсють, что является вполне закономерны« в связи о использованием азота подкормка па синтез белковых соединений.

Таблгяа X

Урожайность кукурузы в зависпмэсгд ог условий азотного питания (полевой опыт)

Гибриду Варианты 1282 г. 1983 Г.

урохзй ность, ц/гз - првбав- уроаай ка,.% ность, ц/гз - прибзэ-ка, %

Краснодарский I 58,5 _ 62,1 _

зозтвс+М Е 66,4 13,5 73,4 18,2

ш: 76,0 29,9 79,6 28,2

-1У 75,5 . 23,1 78,9 27,1

Краснодарский • I 50,0. — 55,6 —

303 ВИВ (03/02) • п . 54,6 9,2 63,1 13,5

ш . 61,9 23,8 72,4 30,2

."" ;"" " V : • 17 62,2 24,4 71,5. 28,6 •

Высокобелковый (ВЕГ) • I. 37,8 ■ ' —; 42,3 _

1Е12хТ22)хН?-163-нб п. 45,8 21,2 ■ 47,4 12,1

. И ■ 53,7 42,0 58,5 38,3

/ • 17 • 53,3 41,0. ' 57,6 33,2 •

ЕС? 05 . 3,8 • 4,1

; ■ Наибольшей массой зерна по всем- вариантам характеризовался высокобелковый гибрид, что является свойстзом данного генотипа ' (табл. 2). У спак-2. аналога глега зерна была ниже, чем у обычного'и-высокобелкового гибридов. Степень депрессии этого показателя у вксокакзгиового'аналога ко сравнен;»: с всходам:'.

гибридом составила по всем вариантам соответственно 8,9; 9,5 а-0,4% в первый год проведения исследований и 4,4; 8,0; 5,0$' - во второй год» Масса зерен в значительной степени зависела от'ус--эви2 вырзщявакпя» Независимо от генотипа при повышении уровня азотного питания относительная масса зерен увеличивалась* внекорневая подкормка мочевиной ка этот показатель практически не влияла»

•Содержание белка в зерне исследуемых гибридоз изменялось в довольно иироких пределах в зависимости от генотипа и уело-. впй азотного питания» Наибольшее количество белка было отмече-

I

но у высокобелкового гибрида, высоколизиаовыЗ алалог характеризовался тем же уровнем белковости верна« что и обычный гибрид <табл, 3). .

Изменение массы ХОСО верен, (a v) в еовискшоти от условий азотного питания

Варианты 1982 ГОД IS83 год

Гибрида I П Ш . 1У •I П С 1У

Краснодарский •зоз ta ы*) 285. 313 336- 333 238 ' 330 347 341

Краснодарский 503 ВЛТВ (о3/о2) 270 285 307 ЗС5 285 502 330 324

Высокобелковый (БЕГ) (Е12хТ22 ) ЙГР-Г 63-нб 342 353 3ó9 360 349 331 378 373

Азотные удобрения повышали содержание белков в зерне всех генотипов кукурузы. Наибольсую отзывчивость по ето:.у показатели проявлял высокобелковый гибрид» однако по обору С елка он

уступал обычноьу гибриду, имзвдецу более Еыоокую урожайность. Высоколизшовый гибрид по белковости зерна почти не отличается от обычного, но уступал ему по сбору белка на всех уровнях питзнля. .

Таблицз 3

Влияние урловий азотного питания на содержание и выход белка

Гибридц . Варкзнты • 1982 Г» 1983 г.

Бе^ок, Выход белка, кг/га Бе^ок, Выход белка, кг/га

Краснодарский I 8,9. 473 9,3 525

ЗОЗ ТВ (+/+) П 9,6 579 •10,1 674

Ш 10,2: 704 10,9 783

1У 11,1 761 11,6' 831

Краснодарский I 8,7 • 392 8,9 447

303 ВЛТВ(о2/о2) п 9,3*. 453 9,7 £53

ш 10,1 565 10,4 679

- 1У ' • 10,6 Б95Ч 11,0 710

Высокобелковый:(ВЕГ) I 10,0 344 10,3 397

(Е12хТ22) хНР-163-нб п 11,1 463 11,4 493

■ ш; 12,7 621 12,4 651

1У 13,9 676 12,9 077

Относительное содержание обиего и белкового езотз изменялось в довольно широкие пределах в зависимости от условий азотного питания, а также от.генотипа};количество небелкового азота варьировало в меньшей степени (тсбл, 4)...Наиболее высокий • уровень общего азота- был.отмечен.у высокобелкового гибрида, что обусловлено повышении накоплением белков.

Таблица 4

Влиякйеусловий азотного 'йггангл-йа '•«адвр.танпе форм азота в зерна кукурузы 'О?'^лУхвй ьассы)

Гибрида

Варианты

1383 г.

о&цпй'белкЪ'-'небел- об^а белко- кебел-ЕЫЙ хоеый вый. КОЕЫа

Краснодарски I ' 01,50 '6,07 " 1,58 1,49 0,09

СОЗ ТЗ 'а 'О.С7 1,73 1,61 0,12

-а £>68 •&.08 1,88 1,75 0,13

& да •6,09 1,97 1,85 0,12

Краснодарский и 0,09 1,53 1,42 0,11

ЗСЗ ВЛТВ ^с^'/о^) й •0,16 1,68 1,55 0,13

' -2' 0,15 1,84 1,67 0,17

/ 1У • 1,87 0,17 .1,94 1,76 0,13

Евсокобелковый • I 1,71 ■Ь;60 0,11 1,75 1,64 0,11

(БЕГ) п 1,91 х,7а 0,13 1,95 1,82 0,13

(Е12хТ22)хНР-163-нб С 2,15 ■2-,'03 0,12 2,12 1,99 0,13

и 2,35 2,22 . 0,13 2,20 2,06- 0,14

По'содержанию белкового азота высокобелковый гибрид превосходил -обычный и ваесколнзиковый гибридам Аналогичные резуль-' тага »пшуч^ш-шми-Хля этих геяотипов, и в вегетационных опытах^

•Аьзйкяйюлотный и фракционный состав белков зерна кукурузы при различных условиях ааотного питания

В ряде исследований установлено, что введение гена 0£ в генотип обычной кукурузы позволяет увеличить содеряание в белках лизакз в 1,5-2 раза и повысить почти вдвое коэффициент усвояемости кукурузного Селка. В связи о этим представляет инте-

peo выяснять, как влияют азотные удобрения на аминокислотный состзв белков, сохраняются ли вышеуказанные преи^тхстЕЗ Og-гибридсв при различных условиях азотного питания. исследования показали (табл. 5), что изменение уровня азотного питания приводило к значительное снижения относительного содержания лизина в суммарном белке обычней кукурузы, его колжест-во уменьшалось в сравнении с контролем на 23—42^. У высоколи-зинсвсго и высокобелкового глСрлдсз отмечено мепьсее снижение содержания лизина, соответственно, на П-17,б£ и 12,5-205?.

С увеличением нерш азотных удобрений происходило уменьшение количества- гистидина, аргинина а аспарагиновой кислоты в суммарном белке гибридов, однако диапазон указанных изменений определялся генотипом, у опак-2 гибридов содержание этих аминокислот снижалось в меньшей степени, чем у обычного гибрида. Содержание глутаг-'лнозой кислоты, пролкна, аланина и лейяя-на при увеличении корм азота возрастало, причем у обычного гибрида в большей степени, чем у опак-2 гибридов. Белкозый комплекс зерна вдссколизиковой кукурузы отличался большой устойчивостью по содержанию лизина при возрастанием урозне азотного питания. Таким образом, с повышением белковости зерна кукурузы наблюдалось снижение его качества у всех гибридов, но в разной отепеня, что обусловлено генотипом растений.

Белковый комплекс зерна кукурузы наполовину цредста&тен биологически неполнецзнным спяртсрастзорямым белком - зеипем. Введение гена о2 в различные'генотипы кукурузы приводит к транс^орьацки белкового ко.'лплекса зерна, вследствие чего содержание зеина снижается в 2-3 раза и повышается относительное содержание других £ракщй. В связи о этим проводилось срашктель-

- к -

Табддаэ 5

Аминокислотный состав белков зерна кукурузы в зависимости'от услозий азотного питания (г аминокислоты ra ICO г белка)

AI.S- I вариант П вариант Ш-вариант 1У вариант

НО- ...... ....... ....,,,

кис- +/+ Og/Og BET +/+ 02/02 BEr< +/+ Б5Г +/+ 02/с>2 ВЕГ

«И'З 2,7 4,0 3,6 2,1 3,6 3,2 2,1 3,5 3,3 1,9 3,4 3,0

ПЕ 2,8 3,7 3,2 2,2 3,4 2,9 2,0 2,9 2,7 1,9 3,1 2,8

APT 3,5 5,6 5,3 3,0 5,2 4,9 2,9 5,3 4,6 2,7 5,0 4,7

ACH 5,0 7,0 6,6 4,4 6,6 6,3 4,0 6,4 6,1 4,0 6,5 6,9

ÏP2 3,5 3,9 4,1 3,0 4,1 4,3 3,1 4,3 4,0 3,0 4,0 4,2

СЕ? 4,5 4,6. 4,3. 4,2 4,5 4,2 4,3 4,4 4,1 4,2 4,5 4,0

ГЛУ 20,1 17,2 17,7 22,0 17,6 18,6 22,4 17,0 19,2 22,9 18,3 19,3

ПРО 9,7 7,9 8,2 10,9 8,4 9,0.11,6 8,9 9,8-12,3- 9,2 9,8

ГЛИ 3,4 4,6 4,5 3,2 4,3 4,1 3,0 4,1 4,2 2,9 3,8 4,0

АЛА 8,9 6,8 8,0 9,7 7,1 8,5 10,5 7,9: 8,9 11,6 8,3 9,5

ВАЛ 4,4 5,9 5,5- 3,9 5,6 5,2 3,6 5,3 4,9 3,4 5,2 5,0"

Ï.ET 1,0 1,3 1,1 0,7 1,2 1,2 0,6 1,3 1,1. 0,5 1,1 1,1

ЮЛ 3,0 3,9 3,6 2,7 3,5 3,2 2,8 3,2 3,1 2,7 3,3 3,0

ЛЕЙ 12,9 10,0 10,4 14,0 10,5 11,2 14,9 11,0 11,9 15,2 11,7 12,1

ТИР 4,7 4,3 4,9 4,3 4,7 4,5 "4,6: 4,5 4,3 4,2 4,3 4,1

С2Н 5,5 5,3 5,7 6,1 5,6 5,0 5,8 5,6/ 5,3 5,2 5,4 5,0-

ТРИ 0,8 1,3 1,2 0,6 1,1 1,1 0,6 1,2 1,1 0,5 1,2 1,1:

ное изучение £рзкцпо:нюго состава белков зерна обичиоЛ и опаковой кукурузы при разлом уровне азотного питания и некорневой азотной подкорке. .

На 20-ый день после опыления (рис. I) в белковом г-жплек-се преобладала фракция альбуминов. По г.:ере созревания зерна у всех генотипов наблюдалось снимание содержания этой фракции. Тем не менее у спак-2 гибридов уровень 'альбуминов оставался нескатько вьсе до конца созревания. В зрелом зерне содержание альбук;нсв составляло у обычной кукурузы A-G%, у опзк-2'гибридов соответственно 10-11? и 9-115?.

. Краснодарский. Краснодарский

303 ТЗ +Д 303 ВЛТЗ 02/о2 БЕЗ?

% ■ . А В А В .А В

Рис. I. Сракционный состав белков зерна кукурузы разных генотипов ■

А - 20 дней после спылення, В - зрелое зерно.

В^У-альбукпкы Q-глобулкньО -зеЕН . Q -глютелины

Г - 15СР1С0( 1У - I50P10CKI80Л/ - 50/УподкИЗ - остаток

В процесса спзреваикя зерна количество глобулинов сохранялось практически на еднеи уровне. Общая картина накопления веина у всех генотипов была'одинакова - происходило увеличение содержания втега белка', но у с^-гкбридов накопление ого ело

медленнее, что связано с ингибирулции действием гена 03 на синтез зеина. Уже на ранних этапах созревания зерна наблюдались различия по содержанию зеиновсй фракхги мезду обычным к высоколизиновым гибридами. На 20-кй день после опыления количество зекка у обычной кукурузы составляло 27-29^, у шсоколи-зинового аналога 12-14?, а у высокобелкового гибрида 16-19£. • Сгнтез зеина продолжался до конад созревания и.количество его в зрелом зерне составляло соответственно 37-42; 18-21 и 22-26$.

Содерглнла азота глытелинов быстро нарастало на ранних этапах развития зерна у всех форм кукурузы. Синтез этой фрак- • ХИЕ.'у С^-ГИбрПДОВ проходил, с большей КНТеНСИВПОСТЬЮ и к полно-щ созревании зерна ее содержание у Краснодарского 303 ВЛТВ достигало 47—48$, 'а у высокобелкового гибрида - 45-49$ в то время,как у обычной форлш - 35-37*. Таким образом,.в зрелом зерне о2-гибрвдоз ок^е^о.ьхнЬшЗв-еодёржаниз-зеЕа и увеличе-- пяё -додз других '¿ракций . и,: прежде всего,. глвтелинов. С повышением уровня азотного питания нзблвдалссь увеличение доли зеияа и уменьшение содержания глителинов. Однако независимо от уровня азотного питания доля зеина в белковом комплексе о^гибри-дов была ниже, чем у обычной кукурузы. Таким образом^ путем изменения условий азотного питания можно повысить урожай одак-2 . гибридов без значительного снижения его качества. ,.

3. Изучение компонентного состава-белков- ' зерна различных генотипов кукурузы -. '

3.1. Элек.трофоретическиз исйяедсваняя белков , •

Для изучения состава легкорзстэсрпмых белков эндосперма •, зерна кукурузы наги выполнено ос-, разделение в полиакрклакидноьг

геле в щелочной буферной системе. Кз рис. 2 представлены схе-ш электрофорегрсил логксрастворимых белков I и 1У вариантоз трех гоноткпов кукурузы. В электрофсретическом спектре обычного гибрида было обнаружено 9, у выссколиз готового С и у высокобелкового 8 белковых компонентов. Для всех.трех гибридов Оыло характерно наличие 4 обгетс компонентов.с ООП 0,20} 0,31; 0,41; 0,55; причем в наибольшем количестве представлен ко:.;понент о С СЛ. 0,41. Под влиянием азотных удобрений у всех генотипов происходило незначительное изменение соотношения белковых компонентов.

Краснодарский Краснодарски

Ркс. 2 Олектрофореграмли легкорастворикых белков эндоспергла кукурузы

I - 15СР1ССК, 1У - 15СР1С0К1С0// + бОЛ'вяекорневая

подкорглка

Разделение спирторастворамых белков зерна кукурузы методом электрофореза позволило установить, что электрофоретичес-кие спектры зеина зависят.от генетических особенностей растений (рис. 3). У обычного и выссколизинового гибрида через 40 дней после цветения было идентифицировано 6 компонентов, а у высокобелкового 7.. В зекке зрелого зерна обычной кукурузы от-

мечено возрастание числа компонентов о 6 до 8, у высока^знового с 6 до 7, а у васскобелкозого окслога наблюдалось снижение числа ксг.гопсатов с 7 до 6. Услоеия азотного питания не оказывали существенного влияния на компояентный состав спирто-

растворимой фракции зндосг.ер:.а кукурузы. Краснодарский Краснодарский 303 (+/+) 303 (02/02) ВНГ

А В А В А в' "

I 1У I 1У I 1У I 1У I 1У I и

Рис. 3..Электро^ореграммы зеинов различных.

генотипов кукурузы

А - 40 дней после цветения, В - зрелое! зерно

I - 15СР1ССК, 1У - 15СР100К180А' + 50/^ внекорневая

подкормка

3.2. Разделение легкорастворимых белков на ЛЭАЗ-целлнлозе

Разделение легксраствсримых белков эндосперма зерна кукурузы на ДЭАЗ-целлвлсзе позволило выявить ряд гипотетических, различий (табл. 6). Высокобелковый гибрид отличался повышенным содержанием белков, элюкрусмых фосфатным буфе ром.. Применение азотных удобрен^ и внекорневой подкормки азотом несколько сглаживало рзглпчип касу отдеяыикя'.гепстгамкв,. тем пе менее содержание пелечыге белков было вызе у вкезкебелкового и высокол;:зинсвого г::С;:::д:з. '

Таблица 6

Содержание в зерне фракций легкорастворимых белков полученных разделением на ДЭАЗ-целлюлозе (в % от суммы)

Гибриды Номера фракций

I 2 3 4 5 6 7

I вариант

303.ТВ (+/+) 35,5 13,5 5,2 10,0 6,6 5,1 21,1

ЗОЗ ВЛТВ (о2/о2) 34,5 13,8 5,9 10,4 5,3 11,3 18,8

ВЕГ 53,8 13,7 1,0 6,8 1,0 1У вариант 5,7 17,0

303 ТВ (+/+> 37,2 10,8 5,3 6,9 6,9 9,6 23,3

303 ВИВ (052/03) .42,4 11,3 5,3 7,0 6,1 8,1 19,8

ВЕГ 43,8 11,4 4,9 6,5 6,2 8,8 18,4

Примечание: I - злшруется 0.С05М фосфатным буфером, 2 - 0,05.4 в фосфатном буфере, 3,- 0,ШМяС& в буфере, 4 - 0,2МMa.ce в буфере, 5 - 0,4МЛгг£2в буфере, 6 - 0,41.1/^^+ 0,1:.! Уа^СЯ, Ъ буфере, 7 - 1% М>.0Н.

3,3. Разделение легкорастворишх белков эндосперма на сефадексе С- - 100

Гельфильтрацияна сефадексе 100 позволила сгруппировать белковые фракции в 6 пиков, в табл. 7 приводятся количества этих белков в процентах от их сук.и. Результаты разделения показала, что около половины белков эндосперма (от 45 до Ь7%) представлены низкомолекулярной фракцией 6, Тем не менее обычный гибрид отличался от других генотипов повышенны:.: содержанием высокомолекулярных белков. 1--я наиболее высокомолекулярная

Таблякз 7

Разделение белков эндосперма:кукурузы на сефодехсе Cr- ICO

Номера фракций

I 2 3 4. 5 6

I' вэркзкт

303 ТЗ (+/+) 18,9 4,6 10,1 • С, 0 14,8 45,6

303 ВЛТЗ (о2/о2) 6,9 5,3. 8,3 10,0. 19,3 50,3 •

ISjm. 7,0 4,5 8,6 15,8 19,0 45,1

1У вариант •

зоз тв (+/+) 33,9 3,9 7,4 3,0 5,0 45,0 .

303. ВЛТЗ (.og/og) 7.3 4,3' 11,0 6,2 14,0 57,2

БЕГ ?,0' 5,0 14,2 10,8 11,0 52,0

Фракция составляла у обычного гибрида 18,9;?,, а у высокаякзияо-вого л высокобелкового аналогов - 6,9 и 7,05? соответственно. Под влиянием азотных удобрен:^ наблюдалась тенденция « повышенно колпчества высскомалекулярных белков у всех гибридов», однако абсолютное их содержание различалось в зависшчоста от гено-» * ~ ■

типа. ■ • , • ,1

Таким образе:.:, в результате использования ряда современ- ' ных биохимических методов-- электрофореза в ПАГе, разделения . белков на Д2А.Э-целлхйозоЕонате^ . гельхроматографуи на сефадексе дана характеристика, отдельных групп белков зерна различных гибридов кукурузы. Полученные данные позволили установить генота- ' пическяе различия в составе ^елкезого комплекса ксследуеглсс. гибридов и определить еозыопки диэпезои. колебзниЗ под; злнянк~' ем меняшлхся.условий азсг;:сго плг^ппд р^стеня/!". ' ' .. ,

Результаты лапих исследований мотут быть использованы при разработке -рекомендаций по применению азотных удобрений под опаковые гибриды кукурузы, а также в селекционной практике для дальнейшей работы по создании линий, сортов и гибгтдов

кукурузы о высоким содержанием белка а лизина в белке. '

1 v

. • . ВЫВОДЫ •.

1. Условия азотного питания оказывали существенное влияние на урожайность 1чгкурузы.'Установлена высокая эффективность применения азотных удобрений под кукурузу разных генотипов га лугово-лесной почве Закатальской зоны Азербайджанской ССР. Показано, что коэффициенты корреляции между урожаем зерна и нормой азотных удобрений составляли 0,98+0,99.

2. Установлено, что размеры.прибавки урожая зерна кукурузы от применения азотных удобрений обусловлены генотипом растений. Отмечена большая урожайность обычного гибрида, чем у его спа-ковых аналогов при всех уровнях азотного питания, одяако паи-больсзя прибавка урожая при увеличения норм азотных удобрений получена у высокобелкового гибрида. .

3. Генотипы кукурузы заметно различались по массе 1000 зерен. Наиболее крупное зеряо формировалось у высокобелкового гибрида.-У выссколизкновсго аналога масса 1000 зерен была па 4-9^ ниже, чем у обычного гибрида. При улучшении азотного питания масса 1000 зерен у всех генотипов" кукурузы существенно .повышалась. * . • "

4. В полевых опытах выяснено, что при улучшении азотного питапия накопление(белка в зерне высокобелкового гибрида кукурузы повышалось на 2,6-3,9^, а в зерне обычного и шссколизино-

вого генотипов - ка 1,3-2,3а. Высокобелковый гибрид отличался псвкЕешшм содержанием белга при относительном азота

и наибольшим изменением этого показателя при внесении азотных удобрений, однако по сбору белка он уступал обычно^ гибриду.

5, В процессе созревания зерна различных гибридов кукурузы обнаружены обаие закономерности в накопления белковых фракций, . количество'альбуминов снижалось при одновременном повышена содержания зекнз и глютелкнов. На всех этапах созревания в зерне выссколизкновсго аналога по сравнен!® о обычным тибря- " дом содержалось меньше-белков зеиновой фракция, но больше альбуминов, глобулинов и глютелкнов, что обусловлено введением в его генотип reía опак-2.

в. Еыссколизпповый и высокобелковый генотипы в 1,5-2 раза превосходили обычный гибрид по содержанию в белках лизина в ряда других незаменимых аминокислот.^На высоком уровне азотного питания вследствие увеличения зекяовей фракции концентрация лизина в суммарном белке обычной кукурузы снижалась на 28-42£,. .а в белке выссхслизинового и высокобелкового гибридов - на II-2QÍ».

7. При разделении легксрзсгворс.1Д бслхсв зндоспэр^а зерна на ДЭАЗ-цгллптозе показано, что гибриды кукурузы заметно различайся по соатногеяню кислых к целэчпкх бслхоз. Еысоколи-

зннсвый к выссксбслхогый генотипы характеризуются повышенным

*

содержанием щелочных ко:.^снеятов, лучзс сбалансированных по лизину и ряду других. нгззкскимиэс .аминокислот».

8. В результате разделения легкорастворишх белхсв эндосперма кукурузы на сс?адексе G -ICQ установлено, что обычный гпбр;:д кукурузы отличается ст вкссЛл^иясвого к высокобатково-го аналогов псг.ы;с:и:ы:.; ссдг^язкпсм высохсшлезулярных бо.'лов,.

количество которых было подвержено некоторым колебаниям под влиянием меняющихся условий азотного питания,

9." При олектрофоретическом разделении зеина кукурузы в полиакрилзмидном геле показано,, что для каждого генотипа характерен определенный тип алектрофоретического спектра белков, который остается стзбильным при изменения условий азотного питания.

' Основные положения диссертации опубликованы в слеяувдих работах: . *

1. Казиев А.Т. Биохимический состав зерна разных гибридов кукурузы в зависимости от условий минерального питания. Сб. "Растительность и пути регуляции ее жизнедеятельности". Изд. Злм. Баку, 1985, стр. 48-49.

2. Казиев А.Т., Плесков A.C. Компонентный состав лзгкораст-воримых белхсв эндосяерка гибридов кукурузы в зависимости от условий минерального питания. Сб. "Растительность.и пути регуляции ее жизнедеятельности". Изд. Элм. Баку, 1986, стр.-50-51.

.-3. Казиев А.Т. Генетическое разнообразие гибридов вукуру- • бы по реакция на азотное питание. М., 1986 , 9с. Рукопись пред-11 ставлена ТСХА. Допонировзнз во БЖГГОХХ, & 441 BG-85 Деп. "Кукуруза и сорго" PK Л 2, ISSG г.,стр. 2.

4. Казиев А.Т. Влияние условий азотного питания на содор-йашю форм азота и влементный состав зерна гибрздоз кукурузы.

1086, 9с. Рукопись представлена ТСХА. Депонирована во B!GaIT2XX, Л 442 BC-G5 Дея. "Кукуруза и сорго" РГ Д 2, 1986, стр. 4.

Л-58725. 6/Ш-86 г. Объем Р/2 п. л.

Зак. 824.

Тир. 100

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

Бесплатно