Влияние синтетического регулятора роста растений фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна озимой мягкой пшеницы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.23, кандидат биологических наук Гаража, Валентина Владимировна

• Гаража, Валентина Владимировна
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Гаража, Валентина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Формирование белково-углеводного комплекса зерна пшеницы и его практическая значимость

1.2 Использование биологически активных веществ для повышения урожайности и улучшения качества зерна озимой пшеницы

2 ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований

2.2 Материалы исследований

2.3 Методы исследований

2.3.1 Методы исследования нуклеиновых кислот

2.3.1.1 Выделение и определение количества суммарной РНК

2.3.1.2 Выделение поли(А)-содержащей мРНК методом аффинной хроматографии на поли(У)-сефарозе

2.3.1.3 Определение степени полиаденилирования мРНК при помощи термальной хроматографии

2.3.1.4 Выделение и определение содержания ДНК

2.3.2 Методы исследования белкового комплекса зерна

2.3.2.1 Определение содержания белкового, небелкового азота и общего белка в зерне

2.3.2.2 Определение количества и качества клейковины

2.3.2.3 Определение содержания аминокислот в созревающем зерне

2.3.2.4 Определение фракционного состава белкового комплекса методом Осборна

2.3.2.5 Определение компонентного состава белков в зерне пшеницы методами гель-проникающей и ионообменной хроматографии

2.3.2.6 Методика проведения электрофореза спирторастворимой фракции пшеницы в крахмальном геле

2.3.3 Методы исследования углеводного комплекса созревающего зерна пшеницы

2.3.3.1 Определение содержания крахмала

2.3.3.2 Методика фракционирования и определения полисахаридов крахмала

2.3.4 Методика проведения микроскопических исследований зерновок пшеницы

2.3.4.1 Гистохимическое определение локализации белков методом Бонхега

2.3.4.2 Определение микроструктуры эндосперма

2.3.5 Методы исследования качества муки

2.3.5.1 Методы определения физико-химических показателей качества муки

2.3.5.2 Определение числа падения

2.3.5.3 Методы определения реологических свойств теста

2.3.4.4 Определение хлебопекарных свойств муки по результатам пробной выпечки

2.3.6 Определение показателей качества хлебобулочных изделий

2.3.6.1 Органолептическая оценка качества хлебобулочных изделий

2.3.6.2 Определение физико-химических показателей качества хлебобулочных изделий

2.3.7 Схемы и методика проведения опытов

2.3.7.1 Лабораторно-полевые опыты

2.3.7.2 Производственный опыт 64 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 65 3.1 Влияние препарата фуролан на формирование нуклеиновобелкового комплекса созревающего зерна озимой пшеницы 65 3.1.1. Содержание нуклеиновых кислот, степень полиаденилирования и стабильность мРНК в созревающем зерне ранне- и среднеспелых сортов озимой пшеницы

3.1.2 Динамика накопления общего белка, белкового и небелкового азота ранне- и среднеспелых сортов озимой пшеницы;

3.1.3 Содержание белковых фракций в созревающем зерне

3.1.4 Локализация запасных белков в эндосперме созревающего зерна озимой пшеницы

3.1.5 Компонентный состав суммарного белка в созревающем зерне пшеницы

3.1.6 Компонентный состав глиадиновой фракции зерна озимой пшеницы

3.1.7 Содержание аминокислот в созревающем зерне озимой пшеницы

3.2 Влияние препарата фуролан на формирование углеводного комплекса зерна озимой пшеницы при созревании

3.2.1 Накопление крахмала в созревающем зерне озимой пшеницы

3.2.2 Содержание амилозы и амилопектина в созревающем зерне озимой пшеницы

3.2.3 Формирование микроструктуры эндосперма зерна озимой пшеницы при созревании

3.3 Влияние препарата фуролан на хлебопекарные свойства

3.3.1 Физико-химические показатели качества муки

3.3.2 Реологические свойства и сила муки

3.3.3 Физико-химические свойства хлеба 139 ВЫВОДЫ 146 РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 148 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 149 ПРИЛОЖЕНИЯ А-Ж

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние синтетического регулятора роста растений фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна озимой мягкой пшеницы»

Актуальность темы. Одно из перспективных направлений прикладной биотехнологии является применение биологически активных веществ, позволяющих наиболее полно реализовать генетический потенциал сортов сельскохозяйственных культур, в том числе и озимой пшеницы.

Пшеница занимает лидирующее место в мировом производстве зерна, ее культивируют более чем в 80 странах земного шара. Зерно пшеницы используется для выработки наиболее массовых продуктов повседневного питания населения, которые являются основным поставщиком усвояемых углеводов - главного энергетического компонента пищи и белков.

Продуктивность и качество зерна контролируется разнонаправленными генетическими системами. Одновременное повышение урожайности и качества зерна является актуальной задачей.

Одним из путей решения этого вопроса является использование биологически активных веществ.

В КубГТУ создан регулятор роста растений, содержащий в своей структуре фурановый цикл - препарат фуролан - ((2-фурил-2)-1,3-диоксолан), высокоэффективный, малотоксичный, используемый в микродозах, разрешенный к применению на территории России.

Фуролан проявляет свойства ретарданта, увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, в том числе и озимой пшеницы, повышает устойчивость растений к засухе и поражению грибковыми заболеваниями.

Ранее было установлено, что фуролан положительно влияет на физиолого-биохимические процессы, увеличивает продуктивность растений пшеницы, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям произрастания и поражению фитопатогенами. Препарат способствует получению более выровненного по размерам зерна в колосе, синхронизирует его созревание, увеличивает содержание крупной фракции зерна, крахмала, белка, клейковины и ее качество, стекловидность и снижает зольность зерна на различных уровнях агрофона и при внесении системы минеральных удобрений.

Однако молекулярные механизмы воздействия регулятора роста растений препарата фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна ранне- и среднеспелых сортов озимой пшеницы при созревании не изучены.

Таковы теоретические и практические предпосылки, которые определили цель и задачи настоящих исследований.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры Пищевой инженерии и высоких технологий КубГТУ в рамках госбюджетной темы: «Теоретическое обоснование и разработка прогрессивных технологий хранения и получения продуктов питания из растительного сырья», № госрегистрации 01200305556.

Цель и задачи исследований Цель настоящей работы - изучить влияние препарата фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна озимой мягкой пшеницы при созревании.

В задачи исследований входило изучить влияние препарата фуролан при созревании зерна ранне- и среднеспелых сортов озимой пшеницы на:

- содержание нуклеиновых кислот, степень полиаденилирования и стабильность мРНК;

- динамику накопления общего белка, белкового и небелкового азота;

- локализацию запасного белка и формирование микроструктуры эндосперма зерна озимой пшеницы;

- фракционный и компонентный состав белка;

- динамику накопления аминокислот;

- динамику накопления крахмала, амилозы и амилопектина;

- хлебопекарные свойства муки (физико-химические показатели, реологические свойства);

- физико-химические свойства хлеба.

Научная новизна. Впервые изучено влияние препарата фуролан на формирование белково-углеводного комплекса созревающего зерна ранне- и среднеспелых сортов озимой пшеницы.

Впервые установлено, что препарат фуролан в созревающем зерне ранне - и среднеспелых сортов озимой пшеницы:

- повышает стабильность мРНК, увеличивает длину поли(А)-последовательности на 3' конце мРНК, у раннеспелого сорта в фазы молочной и восковой спелости зерна, и у среднеспелых сортов - в фазу восковой спелости;

- активирует накопление белка, увеличивая чистую продуктивность фотосинтеза;

- оказывает влияние на фракционный состав белков, увеличивая содержание запасных белков и а- и ^компонентов в глиадиновой фракции, улучшая реологические свойства клейковины;

- повышает содержание амилозы в крахмале, уменьшает содержание мелких крахмальных гранул в эндосперме;

- улучшает физико-химические показатели качества (содержание и качество клейковины, содержание белка и крахмала, ЧП), реологические свойства муки;

- улучшает физико-химические и органолептические свойства хлеба.

Основные положения, выносимые на защиту:

Обработка растений озимой пшеницы ранне- и среднеспелых сортов препаратом фуролан оказывает положительное влияние на:

- нуклеиново-белковый обмен;

- динамику накопления белка и крахмала в созревающем зерне:,

- реологические и хлебопекарные свойства муки.

Практическая значимость Применение препарата фуролан при возделывании озимой пшеницы позволяет улучшить:

- качество зерна (повысить содержание белка, клейковины и ее качество);

- хлебопекарные свойства муки и реологические свойства теста;

- органолептические и структурно- механические свойства хлеба.

Реализация результатов исследований. В 2003-2005 фуролан внедрен в СПК «Нива», Белоглинского района, ОАО Агрофирме «Нива» Тимашевского района Краснодарского края.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на:

- шестой региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса».- Краснодар, 9-10 декабря 2004;

- Всероссийской научно-технической конференции «Коршуновские чтения», Тольятти, 1 марта 2005;

- International Wheat Conference, Nov. 27 - Dec. 2, 2005, Mar del Plata -Argentina;

- международной научно-практической конференции Наука на рубеже тысячелетий «Science on boundary of millennia», Тамбов,21-22 октября 2005 г.

- 10-й Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», 17-21 апреля 2006г.

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы изложены в 9 научных публикациях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованных литературных источников, приложений.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология», Гаража, Валентина Владимировна

1. Впервые изз^ено влияние препарата фуролан па формировапие

белково-углеводного комплекса созревающего зерпа раппе- и средпеспелых

сортов озимой пшеницы. 2. Применение фуролана оказывает сортоспецифичпое воздействие на

содержапие ДНК, РНК и мРНК в созревающем зерне, способствует

увеличепию стабильпости и степени полиаденилирования

цитоплазматической мРНК, что свидетельствует о влиянии нрепарата на

интенсивность синтеза белка и адаптации растений к условиям окружающей

среды

3. Использование регулятора роста фуролан изменяет донорно акцепторные отношения в растениях, что способствует преимущественному

поступлению пластических веществ в генеративную часть, и создает

дополнительный потенциал увеличения накопления белка в зерне, и в

большей степени запасного. 4. Нод действием препарата увеличивается содержание белковых

веществ и они распределяются более равномерно по всему эндосперму,

образуя более прочную систему крахмал - белок, улучшая технологические

свойства зерна. 5. Нод действием препарата увеличивается содержание запасных бел-ков

в созревающем зерне, а и со- фракций глиадинов. Фуролан не вызывает

изменений в блоках компонентов глиадина, не оказывая влияния на генетику

сорта и не проявляет мутагенных свойств. б.Фуролан способствует повышению содержания аминокислот, в том

числе незаменимых, а также аминокислот входящих в состав запасных

белков, обусловливающих реологические свойства клейковины, не снижая их

питательной ценности. 7. Нод действием фуролана повышается содержание амилозы в

крахмале, уменьшается содержание мелких крахмальных гранул в

эндосперме. 8.Фуролан способствует улучшению физико-химических показателей

качества (содержание и качество клейковины, содержание белка и крахмала,

число падения), реологических свойств муки, физико-химических и

органолентических свойства хлеба. РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Рекомендуется обрабатывать посевы озимой пшеницы ранне- и сред неспелых сортов препаратом фуролан в фазу начала выхода в трубку для:

- увеличения содержания белка, клейковины, улучшения ее качества;

- повышения питательной ценности зерна;

- улучшения хлебопекарных свойств муки и реологических свойств

теста;

- улучшение органолентических и структурно- механических свойств

хлеба.