Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

КОМПЛЕКС АЗОТИСТЫХ ВЕЩЕСТВ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "КОМПЛЕКС АЗОТИСТЫХ ВЕЩЕСТВ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

А-*Ш

На правах рукописи

УСКОВ Александр Иринархович

УДК 633.491 : 631.811.1 : 631.816

КОМПЛЕКС АЗОТИСТЫХ ВЕЩЕСТВ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

СпециальносгьОб.01.04 — агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА-

1984

\\0 /-- ' • ".-С-.-- *'".•"' >■<'

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте картофельного хозяйства в 1980—1982 гг.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Плешков Б. П.), кандидат сельскохозяйственных наук Кирюхин В. П.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Павлов А. Н., кандидат сельскохозяйственных наук Проко-шев В. В.

Ведущее предприятие — Научно-_исследовательский институт сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны.

Защита диссертации состоится «.'/«?» .&4Ы.*Л. . . 1984 г. в « У>» часов на заседании Специализированного совета Д 120.35.02 (06.01.03. 06.01.04) при Мооковской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева. Адрес: 127550, Москва, И-550, Тимирязевская, 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « **» . /<**>К*С. . . . 1984 г.

Ученый секретарь Специализированного совета —

2fcW-

▼ ▼ л* А. Дорожкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Продовольственной программой СССР перед картофелеводами нашей страны поставлена ответственная задача: добиться в нынешней XI пятилетке среднегодовых валовых сборов картофеля на уровне 87—89 млн. тонн, а в XII пятилетке увеличить производство картофеля до 90—92 млн. тонн в год.

Одним из основных путей успешной реализации поставленных задач является дальнейший рост производства и .применения под картофель минеральных удобрений. Вместе с тем литературные данные свидетельствуют, что использование удобрений, особенно азотных, под. картофель нередко приводит к ухудшению потребительских достоинств клубней и, в частности, к снижению их крахмалистости, что в конечном итоге значительно снижает эффективность применения туков. С учетом сказанного, разработка научно обоснованных рекомендаций по применению удобрений при выращивании картофеля в настоящее время немыслима без учета качества получаемой продукции.

В общей проблеме качества картофеля особая роль отводится азотистым соединениям клубней. Однако к настоящему времени изменчивость комплекса азотистых веществ и особенно белков картофеля в связи с применением повышенных норм минеральных удобрений изучена пока недостаточно. В литературе практически отсутствуют данные о взаимосвязи и механизме взаимодействия изменений азотного обмена картофеля, вызванных применением повышенных доз удобрений, и такого важного процесса метаболизма, как крахмалона-копление.

В связи с этим целью данных исследований являлось, во-первых, изучение изменений комплекса азотистых веществ и особенно белкового .комплекса клубней 'картофеля при использовании повышенных норм минеральных удобрений и, во-вторых, выявление вз

сом накопления в кт\1вТП!аимосвязи этих - изменении с Процес-

АУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА вк. сельскохоэ. академия

•»1\> —ч».----------•

1 * \1 . *

У Г , . ,

При этом ставились следующие задачиг

— выявить влияние условий питания на урожай картофеля и его качество;

— изучить фракционный состав белков жлубней картофеля по растворимости в различных растворителях;

— исследовать компонентный состав легкорастворимых белков клубней;

— определить состав аминокислот и биологическую полноценность суммарных белков и отдельных белковых фракций и компонентов;

— проследить изменения в содержании и составе комплекса азотистых веществ клубней в период хранения.

Научная новизна диссертации заключается в том, что исследования комплекса азотистых веществ клубней проводились при использовании повышенных норм минерального питания, соответствующих перспективному уровню применения удобрений под картофель.

В результате проведенных исследований установлена зависимость компонентного состава легкорастворимых белков клубней от уровня минерального питания. Выявлена корреляционная зависимость между суммарной активностью амилаз в клубнях и содержанием в них белка и крахмала. Одновременно показано, что повышение активности амилаз под действием высоких норм азотного питания связано с увеличением концентрации белковых (компонентов с М—50—60 тыс. Да.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований рекомендованы оптимальные нормы применения удобрений, обеспечивающие получение высоких урожаев клубней хорошего качества при возделывании картофеля на дерново-подзолистой связнопесчаной почве в условиях Центральных районов Нечерноземной зоны РСФСР.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на конференции молодых ученых и аспирантов НИИКХ (1981 г.) и Юбилейной научной конференции ТСХА, посвященной 60-летию образования СССР (1982 г.). В полном объеме работа доложена и обсуждена на расширенном заседании отдела агротехники и удобрений НИИКХ и заседании кафедры агрономической и биологической химии и лаборатории агрохимии ТСХА (1983 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающего 300 источников, в том числе 78 иностранных, и приложения. Работа изложена на 2

162 с. машинописного текста, включает 37 таблиц и 11 рисунков.

УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИИ

Объект исследований. Экспериментальная работа проведена с районированным среднерашшм сортом интенсивного типа — Любимец (элита) .путем постановки полевых и вегетационных опытов и проведения лабораторных анализов.

Полевые опыты закладывали совместно с отделом агротехники и удобрений и научном севообороте ОПХ «Коренево» Люберецкого -района Московской области по факториальной схеме, утвержденной Всесоюзным совещанием участников Географической сети опытов с удобрениями. Почва дерново-слабоподзолистая связноиесчаная имела следующие агрохимические показатели: гумус—1,9—2,2%, рН . —5,1 —5,4; рН сол. — '1.2—4,7; Нг н Б соответственно 4,2—4,7 и 4,7— 5,2 м-зкв/100 г почвы; V—19,8—55,1%; содержание Р2О5 и 14о соответственно 30—40 и 11,5—21,5 мг/10о г почвы. В качестве фона использовали полуперепревший навоз в норме 60 т/га, который вносили с осени с немедленной заделкой дисковой бороной БДТ-2,2. Минеральные удобрения в форме аммиачной селитры, двойного гранулированного суперфосфата и калимагнезии вносили весной под перепашку. Повтор-ность вариантов опыта — 3-кратная. Густота посадки—50— 55 тыс. растений на 1 га.

Вегетационные опыты проводили на вегетационной площадке Научно-исследовательского института картофельного хозяйства с использованием почвы, взятой с участков полевых опытов. В 1982 г. растения выращивали в почвенно-пес-чаной культуре (соотношение почва : песок = 1 : 1). Удобрения вносили из расчета 50, 100, 200 мг азота, 126 мг Р2О5 и 152 мг 1<20 на 1 кг абсолютно сухой почвы (смеси). Повтор-ность вариантов опыта—10-кратная. В 1982 г. в качестве азотного удобрения использовали N^N0 меченный тяжелым изотопом11^ с общим обогащением 5 ат.%.

Лабораторные исследования выполняли в лаборатории физиологии и биохимии НИИКХ.

Средние образцы клубней, отобранные в процессе вегетации и в период послеуборочного хранения, подвергали лио-филизации, и в дальнейшем все анализы проводили с лиофи-лизированным 'материалом.

Содержание основных ферм азота определяли микрометодом Кьельдаля, нитратного азота при помощи нитрат-селективного электрода, по методике ЦИНАО (1981 г.). Определение содержания крахмала проводили поляриметрическим

методом Эверса (Методические указания, 1980 г.). Фракционирование суммарных белков проводили обессоленной водой, 1М раствором КС1 и 0,2%-ным раствором КаОИ (Плешков, 1976). Для разделения альбуминов и легкорастворимых глобулинов, переходящих в раствор при экстракции водой, полученный экстракт диализовали в течение 3 суток против бидистиллированной воды. Разделение легкорастворимых белков клубней, экстрагируемых 0.005М фосфатным буфером (рН 7,4) с защитными добавками (Ладыгина и др., 1972), проводили на колонке (3,2x90 см) со сверхтонким сефадексом О-100 при температуре 4—5° С. Значение молекулярных масс изучаемых белков находили по калибровочной кривой зависимости относительной подвижности стандартных белков от логарифма их молекулярной массы. Электрофорез выделенных белковых фракций (7,5% ПА Г, рН 8,9) проводили по -методике, описанной Плешковым (1976). Обогащение азота растений изотопом 15К определяли на масс-спектрометре МИ-13-05 (Смирнов, 1977). Определение аминокислотного состава белков проводили после кислотного гидролиза с 6н НО в течение 24 ч на автоматическом аминокислотном анализаторе ЬС-7000 фирмы Биот1роннк (ФРГ). Содержание триптофана определяли калориметрически после щелочного гидролиза (Ладыгина п др., 1972). Определение суммарной активности амилаз и изоферментного состава амилолитиче-ских ферментов проводили по методике, описанной Плешковым (1976).

Экспериментальные данные обрабатывали общепринятыми методами вариационной статистики.

Метеорологические условия в годы проведения опытов значительно различались между собой. Так, если в 1980 г. температура воздуха была ниже среднемноголетней на 1,5°, а в мае — всего 8,8° вместо 12,5° по норме, осадков выпало 420 мм, или 170% к среднемноголетним, то в 1981 году, напротив, за май—июль отмечена очень высокая температура воздуха, .превышающая среднемноголетний уровень на 2,5— 3,0° С. При этом влажность почвы в слое 0—50 см понижалась в отдельные периоды до критической. В 1982 г. среднемесячная температура воздуха была несколько ниже средней многолетней, а сумма выпавших осадков составила 141% от нормы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние условий питания на урожай картофеля и его

качество

Согласно данным, полученным нами совместно с отделом агротехники и удобрений НИИКХ, применение удобрений .4

существенным образом влияло на урожайность картофеля (табл. 1).

Таблица 1

Урожайность картофеля в зависимости от норм удобрений

Урожайность, ц/га Прибавка

Варианты' 1970' г. 11980 г. 1981 г. среднее 1979— 1981 гг. ц/га %

Контроль — без

удобрений 60 т/га навоза—

(фон) Фон+М135 Фон+МшРш Фон+МшКш Фон+Р№Кпэ ООН + №38Р13*К180 НСРс,о5. ц/га ВБ, %

311

382

407

407

412

432

36,2

2,92

182

274 301 306 274 318 311 26,9 2,20

196

271

333

351

399

391

426

28,4

2,60

180

286 340 354 360 374 090

97

+ 54 + 68 + 74 + 88 + 104

66

100 МО 124 126 1131 436

Так внесение 60 т/га навоза в среднем за три года повышало урожай клубней на 97 ц/га. Азотные удобрения положительно влияли на накопление урожая. Особенно сильно это проявлялось в засушливом 1981 году. Прибавка от повышенной нормы азота в этом году по фону навоза и повышенных норм фосфорных и калийных удобрений составляла 35 ц/га, тогда как в условиях холодного и избыточно влажного лета 1980 г. прибавки от азота не было.

Высокие прибавки урожая были получены также от применения калийных удобрений. В среднем за три года урожайность в варианте ФОН + МПБРПЗКЛО по сравнению; с вариантом без калия — фон+МЛбРпз — возрастала на 36 ц/га.

Повышение урожайности от внесения фосфорных удобрений, несмотря на высокую обеспеченность почвы этим элементом, составляла по фону навоз+МшЛшо в среднем за три года 30 ц/га. В то же время без применения калийных удобрений по фону На:В03+№35 фосфорные удобрения не давали достоверной прибавки.

В целом, как показал анализ урожайных данных по полной схеме, максимальные урожаи картофеля были получены при использовании по фону навоза (60 т/га) умеренных норм азотных удобрений (90 кг д. в./га) в сочетании с повышенными дозами фосфора (180—225 кг/га) и калия (225—270 кг/га) (Карманов, Коршунов, Гриднев, 1982).

Наряду с другими показателями качество картофеля во многом определяется содержанием и составом в. клубнях азотистых веществ.

Как свидетельствуют полученные данные, содержание общего азота в клубнях при использовании полного минерального удобрения (фон-г-МЛРивКЛо; №,0РК) возрастало. по сравнению с контролем без удобрении в 1,5—2,0 раза (табл. 2). При этом данные изотопного анализа форм азота

Таблица 2

Влияние условий питания на содержание различных форм азота в клубнях картофеля (% от сухой массы)

Варианты

Небелковый

Нитратный, мг%

Полевой опыт, 1981 г.

Контроль — без удобре

кий. . . . 60 т/га навоза — Ф0Н+|М]35 . . . Ц»0Н-(-Ш5Р135 Оаи + №азР1ео . 00Н + Р135К18О . СГ>0Н+-№а8Р135К18а

фон

1,44 1,94

2.09 1,96

2.10 Л,75 2,33

0,69 0,85 0,82 0,78 0,89 0,82 ,1,00

0,75 1,03 1,27 1,18 1,21 0,93 1,33

7,5 10,9 15,9 .111,6 11,4 8,7 22 4

Вегетационный опыт, 1982 г.

Контроль — без удобрений ......

РК......

^„РК.....

М.оРК .......

^РК......

БГ........

1,19 0,63

2,09 0,95

2,30 1,04

,2,59 ,1,18

Й.59 1,03

0,56 1,14 1,26 1,41 1,56

-0,03-0,07

8,9 1,1,2 13,2 14,1

показывают, что последовательное увеличение норм азотного питания с 50 до 200 мг/кг в вегетационном опыте 1982 г. приводило к двоекратному росту уровня поступления в клубни азота непосредственно из удобрений.

Применение калийных удобрений, особенно по фону азотных и фосфорных, способствовало усилению накопления в клубнях азотистых соединений, . а использование фосфорных удобрений, наоборот, оказывало сдерживающее влияние на их накопление.

Содержание в клубнях белкового и небелкового азота

зависело от норм и соотношений питательных элементов,

Так, применение навоза в сочетании с азотными и калийными удобрениями в большей степени повышало содержание в клубнях небелковых азотистых веществ, нежели белков, в то время как применение фосфорных удобрений стимулировало биосинтез белка из небелковых соединений и, таким образом, способствовало накоплению в клубнях белка (табл. 2). В вегетационном опыте 1982 г. изотопный анализ показал, что уровень включения азота удобрений в состав белковых веществ клубней при увеличении норм азотных удобрений с 50 до 200 мг/кг снижался почти на 10%.

Избыточное азотное и калийное питание вызывало накопление в клубнях нитратного азота, уровень содержания которого при использовании полного минерального питания 0рои + №35Ш5Кв0 и Ш.дРК; К2,0РК) возрастал в 2—3 раза по сравнению с контролем без удобрений. Применение фосфорных удобрений, наоборот, усиливало переработку небелковых азотистых соединений в белки и тем самым способствовало снижению содержания в клубнях нитратов.

В целом использование умеренных норм азотных удобрений на фоне повышенных доз фосфорных и калийных способствовало сбалансированному накоплению в клубнях белкового и небелкового азота и не вело к избыточному накоплению нитратов.

Одновременно исследования показали, что применение повышенных норм «минеральных удобрений наряду с увеличением содержания в клубнях азотистых веществ приводило к снижению крахмалистости клубней. Так, в вегетационном опыте 1982 г. использование полного минерального удобрения (№.оРК) вызывало снижение содержания крахмала в составе сухих веществ зрелых клубней на 5,6% по сравнению с вариантом без удобрений (табл. 3). Еще большие различия между данными вариантами наблюдались в начале цветения, когда растения активно поглощали из почвы питательные элементы, и в том числе азот. В этом случае также отмечалось заметное снижение содержания в клубнях крахмала (12,4%).

Снижение крахмалистости клубней под действием удобрений в значительной степени было связано с возрастанием в клубнях активности амилаз. Между этими двумя показателями наблюдалась тесная коррелятивная зависимость (г = —0,742). Наиболее рельефно данная взаимосвязь проявлялась в молодых формирующихся Лклубнях (начало цветения). Лмилолитическая активность в них в это время была в несколько раз выше по сравнению со зрелыми клубнями.

Исследования показали, что удельная активность амилаз не зависела от условий питания. Между содержанием белка

Таблица 3

Содержание крахмала и активность амилаз в клубнях при различных условиях питания растений

Варианты Начало цветения Конец вегетации

крахмал, % от сухой ьМасси активность амилаз, мг гидролнзо- вашюго крахмала на 1 г сухой, массы за ч крахмал, % от сухой массы активность амилаз, мг / ГНДр'ОЛИЗО- па1шого крахмала на 1 г сухой массы за ч

Контроль — без

удобрений 70,2 05 7,3,2 20

РК 65,4 ,128 71,8 • 21

Мо^РК 65,5 127 69,5 32

М,,оРК 57,8 215 67,6 38

ЭД-оР.К 58,1 '171 65,4 41

и амилолитической активностью в клубнях установлена прямая корреляционная зависимость (г = +0,470).

Фракционный и компонентный состав белков клубней картофеля при разных условиях питания

Как свидетельствуют полученные данные (рис. 1), фракционный состав белков клубней по растворимости в разных растворителях был представлен на 20—30% альбуминами, 25—35% глобулинами, переходящими в раствор при водной экстракции, 10—15% глобулинами, извлекаемыми 1М раствором КС1, 10%—глютелинами и 15—20%—неэкстрагируемы-ми связанными белками.

Условия питания не оказывали заметного воздействия на соотношение белковых фракций, тогда как абсолютное их содержание в расчете на один клубень значительно изменялось. В целом при использовании повышенных норм минеральных, главным образом, азотных удобрений отмечался некоторый рост содержания легкорастворимых форм белков; альбуминов н глобулинов.

В процессе созревания клубней соотношение белковых фракций претерпевало некоторые изменения и к концу вегетации в составе суммарных белков клубней происходило увеличение доли альбуминов и обеих форм глобулинов, прежде всего извлекаемых водой, и наблюдалось снижение содержания глютелинов и особенно неэкстрагируемых связанных белков.

Использование метода гельхроматографин на сверхтонком

£ 2

А 15,7 ZS.9 ZSfl \?S9

Лг Ur 2S.7 "j*?"*__ т iSJ Hr

й B.*""*** ->-J5-7 w G

--*jy ISfi -- «(.*

О О zzs

(2.9 n? «•5 /6Л

•3 • •.•Л • • •'

A До гае " 2t« A Ш\ <?$8 7 ги

Лг 11» п.ь 119 & zs,s * .;;"«* Щ

Hr Ito" Mr Гл | lit # л 1 . -..ait!

In ~i27~— «Л 16.1, -л ra.«

О W «» О /5? Otf

Ночояо

euro's»

fi/e.J. С/знен&мю фракционного coamafa £глсо£* /cAs/Fneu ха&поуаела,

{- kofl/прЛП' Ses VSPSPCMU" Э~ Ф<РН '* Pf$S KfBo

2" бОт/ГА Htteosa СФОН) А'-Фон •*. t/ns PtssX/str

fir - &>o£</guHt/. 9txmpatv*>jre*tbte &>e»jt % o/rt сул***/

0 - He3ccmjoatt/psrf*M&r SeurKUf %, txm СУММЫ

£e80 Q700

o,na~

Q.300-

u^wo

CgSO OJOQ

\qsoo-

№

A B

" b " t ' ......• " I '

iOO . SCO MBO

SOB

qtoa

'Ü,LÜ0

qsoo

600 Ojien Off

a. --

pcH3edcme Aeew-paem&puMbK S&t/coS —pcajfatcnue ceMu/mü

£$1S ajoo

•0.30Ü

. —^------Q,S0O

too eco &>0 400 SOO S0O 0J»*M C0 fitc;8. 'He$£nKe#*/#'neex»/»oc*u3pu**ex SeAKo? j*ajo&*x jca#£*sts

g . M- c£biue# tOO/ebue. RA ^

b- M'iB ***•• RA': SflS^Smiat4A, ÜJS0-60 muc. C- M'iS-S0 *>ue.RA

сефадексе 0-100 для разделения легкорастворимых белков клубней, экстрагируемых 0.005М фосфатным буфером, позволило выделить в их составе четыре белковых компонента с молекулярными массами соответственно; Л — свыше 100 тыс., в, —75—85 тыс., в2 —50—60 тыс. и С — 15—20 тыс. Да (рис. 2). При этом на долю компонентов в2 и С приходилось от 70 до 80% суммы всех выделенных белков.

Установлено, что условия питания не оказывали заметного влияния на соотношение выделенных белковых компонентов в зрелых клубнях, в то время как их количественный состав в молодых формирующихся клубнях в значительной степени определялся уровнем минерального питания. Отмечено, что применение повышенных норм минеральных удобрений вызывало перераспределение внутри комплекса легкорастворимых белков: за счет снижения доли высокомолекулярных их форм (М — свыше 100 тыс. Да) происходило увеличение содержания относительно ннзкомолекулярных белков и в т. ч. фракции с М.—50—60 тыс. Да, в состаз которой, как показали наши исследования, входят белки, обладающие амилазной активностью (рис. 2). Таким образом, рост суммарной активности амилаз в клубнях под действием удобрений тесным образом связан с усилением процессов биосинтеза амилоактивных белков с М — 50—60 тыс. Да.

Электрофоретические исследования показали, что гель-хроматографические компоненты не являются гомогенными: белки с М —овыше 100 тыс. Да в зрелых клубнях включали в свой состав — 8, с М — 75—85 тыс. Да— 11, с М — 50— 60 тыс. Да — 5псМ—14 — 20 тыс. Да — 9 характерных зон. В то же время в молодых клубнях значительно ниже была дифференциация компонента Л, в\ и С (соответственно 6, 7 и 4 зоны).

Применение удобрений даже в повышенных нормах не приводило к заметным сдвигам в электрофоретическом составе легкорастворимых белков.

Исследование изоферментного состава амилолитических ферментов клубней картофеля позволило выделить в молодых клубнях 6, а в зрелых — 7 отдельных изоферментов амилаз. Их количество, а также относительная электрофоретическая подвижность не зависели от уровня минерального питания.

Аминокислотный состав и биологическая ценность суммарных белков клубней картофеля и отдельных белковых фракций и компонентов

Аминокислотный состав суммарных белков клубней, представленный в табл. 4, характеризуется сбалансированностью по всем незаменимым аминокислотам, вследствие чего их

Э

биологическая полноценность (ЕАА-индекс) находится на уровне 83—89, при сумме незаменимых аминокислот в пределах 40—41%.

Таблица 4

Аминокислотный состав и биологическая ценность белков клубней картофеля при разных уровнях питания (моль%)

Аминокислоты

• Молодые клубни

Контроль

без удобрений

Зрелые клубни

^ОРК

Контроль

без удобрений

N,.0 РК

Алании .....

Аргинин .... Аспарапшовая кислота

Валил.....

Гнетидик . . . . ,

Глицин .....

Глутаминовая кислота Изолейщш .... Лейцил ....

Лизин .......

Метиошш .... Пролии ....

Серии.......

Тирозин .....

Треонин . . . . . Триптофан . . . Фенилалашш . . . Цист/е/ик .... Сумма незаменимых аминокислот . . . . ЕАА-индекс.....

8,0

2.3 8,7

5.4

3.4 8,1

9.5

4.5 9,0 5,5, 3,0 4.3

6.6 3,9 5,9 1,9 5,9 0,1

41.0

89.1

8,8 2,2 8,9 ,5,2

3.6 8Л 9,5 4,5 8,9 5,5 2,1 5;1 6,5

4.2

6.3 1,9

5.7 0,0

40,2 85,7

8,8 2,1

9.5 6,2

3.4 8,2

9.6 •4,4 9,8 6,2

1.5 4,4

7.0 3,2

6.1 2,0

4.7 0,0

40,9 83,9

8,8 1,9 9,4 5,4 0.5 8,0

9.6 4,2

9.4

5.7

1.5

4.4 6,9 4,1

6.8 1,8

5.5 0,0

40,3 82,7

РезулЕ>таты исследований свидетельствуют о том, что изменения компонентного состава легкорастворимых белков, вызываемые применением повышенных норм минеральных удобрений, не приводили к заметным сдвигам в составе аминокислот суммарных белков. Вместе с тем возрастные изменения в этом случае имели определенное значение. Так, суммарные белки молодых .клубней были значительно богаче метионином. При созревании клубней в составе их белков заметно возрастало содержание лейцина, серила и, в некоторой степени, лизина. Однако, в целом, сумма незаменимых аминокислот в процессе вегетации изменялась мало, в то время как ЕАА-индекс суммарных белков при этом несколько снижался.

Ю

Таблица 5

Аминокислотный состав и биологическая ценность белковых фракций клубней картофеля

(вариант—'Контроль — без удобрений), моль%

Глобулины s

Аминокислоты экстрагируемые водой экстрагируемые 1 М KCI Глютслины

Алании ..... 8,6 0,0 8,7 8,7

Аргинин..... 2 2 2,1 1,8 2,1

Аспарагиновая кислота . 9,6 9,1 9,4 10,6

Валин...... 5.8 6,5 5,8 5,3

Гистидин ...... 3,0 3,2 •12 3,6

Глицин ...... 8,4 7.0 7,6 8,4

Глутаминовая кислота . ,9,4 9,6 9,7 9,6

Изолейцин ..... i4,3 4,& 4,4 4,3

Лейцин..... 9,2 9,6 9,0 9,4

Лизин ...... 5,7 6,0 5,8 5,5

Метиошш...... :1,5 ,1,3 1,4 1.6

Пролин ...... 4,4 4,5 4,5 4,4

Серии . . . .'.'.. 7,0 6,8 6,9 6,9

Тирозин..... 4,4 6,2 1.8 5,7 4,1 4,2 3,7

Треонин ...... 6,8 6,6 . 6,2

Триптофан .... 1,8 2,0 1.9

Фвнилаланин, —. 5,7 5,6 5,5

Цист/е/ин..... 0,1 0,0 0,1 0,1

Сумма незаменимых 40,6 29,6

аминокислот . . . . 40,1 42,3

ЕАА-индекс. .... 82,3 84,9 83,6 81,9

Полученные данные (вегетационный опыт 1980 года) показали значительное сходство аминокислотного состава отдельных белковых фракций суммарных белков. Так, сумма незаменимых аминокислот всех фракций была на уровне 40—42%, а ЕАА-индекс — в пределах 82—85 (табл. 5). Вместе с тем можно отметить и некоторые отличия. Так, фракция глютели-нов отличалась повышенным содержанием аспарагшювой кислоты и глицина и более низким содержанием незаменимых аминокислот валина, лизина, вследствие чего биологическая полноценность глютелннов была несколько ниже по сравнению с другими фракциями. В состав обеих форм глобулинов в повышенных количествах входили незаменимые аминокислоты валин, треонин и в меньших по сравнению с другими фракциями—аспарагиновая кислота и глицин. Вследствие этого фракции глобулинов характеризовались более высокой биологической полноценностью (табл. 5).

Что' касается альбуминов .клубней картофеля, то они coll

держали в своем составе в несколько больших количествах глицин и тирозин и в меньших — треонин.

Одновременно показано, что состав аминокислот белковых компонентов, полученных после гель-хроматографии (вегетационный опыт 1981 года), несмотря на общее сходство, имеет ряд существенных отличий. Так, белки с М — свыше 100 тыс. Да отличались по сравнению с другими белками более высоким содержанием гистидина, пролила (табл. 6). В свою очередь белки с М — 75—85 тыс. Да характеризовались повышенным содержанием ряда незаменимых аминокислот и прежде всего лейцинов, вследствие чего их ЕЛА-индекс достигал уровня 88,3, при сумме незаменимых аминок'ислот 42,2%. Белковая ф-ракция с М—50—60 тыс. Да при этом отличалась относительно более низким содержанием аспарагиновой и глутаминовой кислот и в некоторой степени метионина.

Таблица 6

Аминокислотный состав и биологическая ценность компонентов белков клубней после гель-хроматографии на сефадексе 0-100

(вариант — контроль—без удобрений), моль%

Л Б1 М—5)—60 С

Аминокислоты М — выше М—75—85 М — 15 — 20

100 тыс. , Да тыс. Да тыс. Да тыс. Д а

Алании 9,0 8,3 8,9 ' 9,3

Аргинин 2,3 2.2 2 2 1.9

Аспарапнювая кис-

лота 9,0 9,5 8,4 9,8

В алии 5,5 5,9 5,4 6,0

Гистидвн 3,8 3,4 3,3 3,5

Глишш 7,5 7.8 7,8 8.2

Глутаминовая кис- ,10,0

лота 9,3 8,9 8,5

Изолейцин 4,3 5,2 4,3 4,0

Лейцин 9,4 ,10,3 8,9 9,0

Лизин 5,6 5.3 5,7 5,3

Метиошш 1,9 2.0 ,1,6 0,9

Пролин 5,2 4,1 4,7 4,3

Серии 6,5 6,6 6,6 6,9

Тирозин 4,2 4,0 3,9 40

Треонин 6,8 5.6 . 6,7. 6,7

Триптофан Фенилаланин 1,9 5,7 •19 5,9 1,9 5,9 1,9 5,0

Цист/е/нн 0,1 0,0 0,0 0,0

Сумм» (Незаменимых ,42.2 «40,3 38,8

• амлнохислот 41,1

ЕЛЛ-нндекс 85.9 88.3 83,5 76,3

Исследования Показали, что низкомолекулярные белки (М—15—20 тыс. Да) имеют относительно низкое содержание незаменимых аминокислот: лейцинов, фенилаланина и особенно метиошша, и потому они характеризуются невысокой биологической полноценностью (табл. 6).

Изменение комплекса азотистых веществ в период хранения

Содержание азотистых веществ в клубнях картофеля при ♦хранении тесным образом связано с процессами превращения углеводов. Полученные данные свидетельствуют, что вследствие снижения доли крахмала в составе сухих веществ клубней — в них наблюдалось возрастание количества -пЖеЛ-При этом в первый период — послеуборочного дозревания клубней — в них наблюдалось возрастание количества небелковых форм азота, что свидетельствует о гидролитической направленности белкового обмена в этот период. Начало же прорастания клубней, по нашим данным, напротив, характеризуется увеличением содержания в них белкового азота.

Что касается компонентного состава легкорастворимых белков клубней в начальный период хранения (дозревание), то он не претерпевал в это время существенных изменений, что указывает на то, что гидролитические процессы в данный .период в равной степени касаются ,зсех групп белков. При прорастании же клубней соотношение белковых фракций изменялось в щользу относительно низкомолекулярных белков, в т. ч. амилоактивных с М — 50—60 тыс. Да, что, по-видимому, связано с усилением процессов гидролитического распада крахмала в этот период.

Следует отметить, что в клубнях, выращенных на фоне / использования повышенных норм удобрений, изменения содержания .и состава азотистых .веществ проходят в более активной форме.

Выводы

1. На дерново-подзолистых хороню окультуренных связ-нопесчаных почвах Центрального района Нечерноземной зоны росту урожайности картофеля в наибольшей степени способствует применение по фону 60 т/га навоза умеренных норм, азотных удобрений (до 90 кг д. в./га) и повышенных норм фосфорных (180—225 кг д. в./га) и калийных (225— 270 кг д. в./га) удобрений.

2. Повышенные нормы азота (свыше 90 кг/га), не обеспечивая эффективного его использования на формирование урожая, в то же время приводят к значительному уменьшению

содержания и клубнях крахмала и накоплению в них всех фс,рм азота и прежде всего небелковых азотистых соединений, в составе которых значительно возрастает доля нитратов.

Снижение крахмалистости клубней под действием азотных удобрений тесным образом связано с накоплением в них белков, и в значительной степени определяется увеличением содержания их амилоактивных форм — амилаз (г = —0,742).

3. Использование повышенных доз азотных удобрений не оказывает существенного "влияния на фракционный состав суммарных белков клубней, который представлен в картофеле на 20—30% альбуминами, 25—35%—глобулинами, экстрагируемыми водой, на 10—15%—глобулинами, .экстрагируемыми 1М КО, 10%—глютелинами и 15—20%—неэкст-рагируемыми связанными белками.

4. Увеличение норм азотного питания вызывает перераспределение компонентного состава легкорастворимых белков клубней, что в наибольшей степени проявляется в фазу цветения. В этом случае за счет снижения доли высокомолекулярных белков происходит увеличение содержания относительно низкомолекулярных их форм, в частности, с М — 50— 60 тыс. Да, в состав которых входят амилазы, что в конечном счете является одной из причин снижения крахмалистости клубней.

5. Возрастающие нормы азотных удобрений, изменяя соотношение отдельных белковых групп, не затрагивают электрофоретический состав лепкорастворимых белков и изо-ферментный состав амилаз, представленные в молодых клубнях соответственно 26 и 6, а в зрелых — 33 и 7 компонентами.

6. Удобрения оказывают слабое влияние на аминокислотный состав суммарных белков и отдельных белковых фракций. Как .показали исследования, повышенной биологической полноценностью отличаются фракции глобулинов, а также ♦высокомолекулярные белки. В то же .время глютелины и низкомолекулярные белки (М— 15—20 тыс. Да) . имеют более низкую сумму незаменимых аминокислот и ЕАА-индекс.

7. Повышенные нормы азотных удобрений усиливают наблюдаемые в ранний период хранения картофеля гидролитические процессы распада белков, а при прорастании клубней — процессы биосинтеза амилоактивных белков с М — 50—60 тыс. Да, вследствие чего происходит интенсивный гидролиз крахмала в этот период.

Предложения для практики применения удобрений под

картофель

При составлении научно обоснованных рекомендаций по применению удобрений под картофель для 'получения высоких урожаев хорошего качества на дерново-подзолистых

И

связнолесчаных .почвах Центрального района Нечерноземной зоны необходимо учитывать, что повышенные нормы азота (свыше 90 кг/га по фону 60 т/га навоза) вызывают перераспределение внутри белкового комплекса клубней, вследствие чего в его составе увеличивается содержание амнлоактпвных белков с М—50—60 тыс. Да, что влечет за собой снижение содержания в клубнях крахмала.

Список работ, опубликованных по материала!! диссертации

1. Усков Л. И. Изменение белкового комплекса клубней картофеля в зависимости от азотного питания.— Науч. труды НИИКХ, 1983, вып. 40, с. 3—9.

2. Кирюхин В. П., Усков А. И. Качество клубней и возрастающие дозы туков. — Картофель и овощи, 1983, V» О, с. 17.

3. Ус*Ьв А. И., Плешков Б. П. Кирюхин В. П. Изменение белкового комплекса клубней картофеля под действием возрастающих норм азотных удобрений. — Доклады ВАСХНИЛ, 1983, № 9, с. 17—19.

Л 68461 13/11—84 г. Объем 1 п. л. Заказ 356.

Тираж 100

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

Бесплатно