Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы по применению биопрепаратов и иммунокорректоров для повышения устойчивости томатов при холодильном хранении 8
1.1 Методы хранения томатов и мероприятия, повышающие устойчивость томатов при выращивании и хранении 8
1.2 Защитные механизмы растительной клетки от фитопатогенов 20
1.3 Биохимические изменения в плодах в процессе созревания 33
1.4 Цель и задачи исследования 41
2. Объекты и методы исследования. Постановка эксперимента 42
2.1 Объекты исследования 42
2.1.1. Объекты микробиологического исследования 42
2.1.2 Объекты иммунологического исследования 44
2.1.3. Объекты физиолого-биохимического исследования 45
2.2 Методы физиолого-биохимических исследований 46
2.3 Постановка эксперимента 48
3. Исследование влияния биопрепаратов и индукторов иммунитета на защитные механизмы плодов томатов при дозаривании и хранении 51
3.1 Фитоалексины 51
3.1.1 Влияние биопрепаратов на фитоалексинную активность томатов при обработке плодов 53
3.1.2 Влияние иммунизации семян на фитоалексинную активность плодов при хранении 58
3.2 Активность терминальных оксидаз 60
3.2.1 Активность каталазы и пероксидазы 60
3.2.1.1. Влияние обработки плодов на активность каталазы 62
3.2.1.2 Влияние обработки семян на активность каталазы 64
3.2.1.3 Влияние обработки плодов на активность пероксидазы 66
3.2.1.4 Влияние обработки семян на активность пероксидазы 68
3.2.2 Активность фенолоксидазы и тирозиназы 71
3.2.2.1 Влияние обработки плодов на активность ферментов 71
3.2.2.2 Влияние обработки семян на активность ферментов 74
3.3 Интенсивность дыхания 76
3.3.1 Влияние обработки плодов на интенсивность дыхания 79
3.3.2 Влияние иммунизации семян на интенсивность дыхания плодов 80
4. Биохимические изменения в томатах при созревании и хранении 84
4.1 Пектиновые вещества 84
4.2 Моно- и дисахариды 89
4.2.1 Влияние обработки плодов на содержание моно- и дисахаридов 89
4.2.2 Влияние иммунизации семян на динамику изменения сахаридов в процессе хранения 91
4.3 Содержание органических кислот 95
4.3.1 Влияние обработки плодов на динамику органических кислот 95
4.3.2 Влияние обработки семян на динамику органических кислот 97
4.4 Содержание аскорбиновой кислоты 100
4.4.1 Влияние обработки плодов на содержание аскорбиновой кислоты 101
4.4.2 Влияние иммунизации семян на содержание аскорбиновой кислоты в томатах при хранении 102
4.5 Фитопатологический анализ 105
4.6 Экономическая эффективность 108
4.6.1 Экономическая эффективность применения биопрепаратов для обработки семян 108
4.6.2 Экономическая эффективность применения биопрепаратов для обработки плодов 110
4.7 Рекомендации по обработке семян и плодов томатов биопрепаратами... 112
Выводы 114
Список литературы 116
Приложения 131
- Защитные механизмы растительной клетки от фитопатогенов
- Влияние биопрепаратов на фитоалексинную активность томатов при обработке плодов
- Влияние обработки плодов на интенсивность дыхания
- Влияние обработки плодов на содержание моно- и дисахаридов
Введение к работе
Проблема повышения устойчивости плодов и овощей к инфекционным и физиологическим заболеваниям в цикле "вегетация - хранение" решается на основе применения химических и биологических средств защиты, индукторов иммунитета. Перспективным направлением исследований является изыскание возможности защиты растений, основанной на индуцировании механизмов их естественной устойчивости. Такого рода защита предполагает косвенное воздействие на патоген через активизацию механизмов естественной устойчивости растений. Имунным статусом растений можно управлять с помощью определённых иммунокорректоров. Такими иммунокорректорами являются следующие биологически активные вещества: ненасыщенные жирные кислоты (линолевая и арахидоновая), жасмонаты, производные хитозана, олигоглюканы, элиситины и ряд других соединений.
Анализ отечественной и зарубежной научной литературы по применению физико-химических и биологических средств защиты овощей от инфекционных и физиологических заболеваний при хранении показал, что многие индукторы иммунитета и метаболиты бактерий-антагонистов различных родов и штаммов повышают устойчивость растительной ткани к фитопатогенам.
Применение экзогенных физиологически активных соединений (элиситоров) возможно при обработке семян, вегетирующих растений и плодов перед хранением.
В отечественной и зарубежной литературе сообщается противоречивая научная информация об эффективности применения различных биопрепаратов при хранении растительной продукции, в частности томатов. Отсутствуют данные по влиянию метаболитов бактерий-антагонистов и индукторов иммунитета на качество и защитные механизмы плодов томатов при дозаривании и хранении, а также по технологическим параметрам проведения этих процессов.
Цель и задачи исследования. Цель работы - теоретически и экспериментально обосновать технологические параметры применения бактерий-антагонистов и индукторов иммунитета, повышающих качество и устойчивость томатов к фитопатогенам в процессах дозаривания и хранения.
В основу рабочей гипотезы положено предположение о возможности применения бактерий-антагонистов родов Bacillus, Pseudomonas и индукторов иммунитета на основе хитозана и арахидоновой кислоты для обработки семян и плодов томатов, активизирующих защитные механизмы при дозаривании и хранении. Для проверки рабочей гипотезы и достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучить влияние обработки семян и плодов биоиндукторами на
физиологическое состояние плодов томатов различных сортов при дозаривании
и хранении;
исследовать динамику накопления фитоалексинов в плодах томатов под действием биоиндукторов и фитопатогенных грибов;
изучить влияние обработки плодов и семян на активность окислительно-восстановительных ферментов: фенолоксидазы, каталазы, пероксидазы и тирозиназы;
исследовать изменение содержания пектиновых веществ, органических кислот, аскорбиновой кислоты, моно- и дисахаридов в плодах томатов при дозаривании и хранении;
по комплексу фитопатологических, физико-химических и биохимических показателей выбрать высокоэффективные биопрепараты и технологические параметры процессов дозаривания и хранения.
- рассчитать экономический эффект при хранении томатов, обработанных
биопрепаратами.
Научная новизна.
Установлена способность биоиндукторов активизировать защитные механизмы и влиять на физиолого-биохимические процессы в плодах томатов
6 при дозаривании и хранении. Показано, что в обработанных томатах в ответ на инфекцию синтезируются фитоалексин — ришитин, повышается активность фенолоксидазы и тирозиназы, что связано с активизацией липоксигеназной сигнальной системы.
Выявлено, что обработка томатов биопрепаратами повышает активность ферментов каталазы и пероксидазы, участвующих в супероксидсинтазной сигнальной системе.
Установлены зависимости изменения содержания фитоалексина -ришитина, моно- и дисахаридов, органических кислот, пектиновых веществ, аскорбиновой кислоты, а также интенсивности дыхания и активности ферментов - оксидаз плодов от продолжительности хранения различных сортов томатов, обработанных биопрепаратами.
Практическая ценность. По комплексу фитопатологических, физико-химических и биохимических показателей качества томатов предложены технологические параметры обработки плодов перед закладкой на хранение препаратами Агрохит и Иммунофит, обработки семян КЖ бактерий-антагонистов Ps. fluorescens шт. 228 и В. subtilis 413, а также препаратом Иммунофит.
Установлены различия по устойчивости сортов томатов, обработанных биопрепаратами, к основным возбудителям инфекционных заболеваний при хранении.
Экономический эффект от применения Иммунофита, Ps. fluorescens шт. 228 и В. subtilis 413 для обработки семян составил 1850 - 2450 руб/т в зависимости от сорта. При обработке плодов томатов после уборки препаратами Агрохит и Иммунофит - 1016 - 1620 руб/т.
Апробация работы.
Основные результаты исследования доложены на международной научно-технической конференции "Низкотемпературные и пищевые
технологии в XXI веке", посвященной 70-летию СПГУНПТ (СПГУНПТ, 2001 г); на II международной научно-практической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке " (СПГУНПТ, 2003 г); 7-й Пущинской конференции молодых учёных "Биология-наука XXI века" (Пущино, 2003 г); II международной научной конференции студентов и молодых учёных "Живые системы и биологическая безопасность населения" (Москва, МГУПБ, 2003 г); молодёжной научно-технической конференции (СПГУНПТ, 2004 г); IV международной научно-практической конференции "Пища. Экология. Качество" (Краснообск, СибНИПТИП, 2004 г); научных конференциях профессорско-преподавательского состава научных работников и аспирантов (СПГУНПТ, 2002-2004 г);
Публикации. Основной материал диссертационной работы опубликован в 9 работах.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений.
Основная часть работа изложена на 108 страницах компьютерного текста, включает 7 таблиц и 47 рисунков. Библиографический список использованной литературы состоит из 243 наименований, из них 63 - зарубежных авторов.
1. Состояние проблемы по применению биопрепаратов и иммунокорректоров для повышения устойчивости томатов при холодильном хранении.
Защитные механизмы растительной клетки от фитопатогенов
По способам подавления защитных реакций фитопатогены делятся на 3 группы [57]: - пассивно преодолевающие защитные реакции путём нарушения процесса распознавания за счёт капсул или внеклеточных полисахаридов; - активно подавляющие механизмы устойчивости путём образования токсинов или ферментов; - активно подавляющие дерепрессивное действие генов устойчивости путём образования соединений, которые не вызывают заметных повреждений клеток хозяина.
Наиболее широко распространённой группой являются фитопатогены, выделяющие токсины и ферменты. Токсины разрушают или непосредственно подавляют специфические морфологические структуры или определённые звенья метаболизма хозяина. Также они действуют на регуляторные процессы. Изменения рН, энергетического, водного, окислительно-восстановительного потенциалов на метаболическом уровне оказывают большое влияние и могут привести к появлению симптомов болезни. Например, токсин, вызывающий хлороз листьев томата табтоксинин-р-лактам подавляет глутамин-синтетазу, вызывая накопление аммония, который, накапливаясь до токсического уровня, вызывает разобщение процессов фосфорилирования и нарушения ультраструктуры хлоропластов [57]. Возможны нарушения в процессах транскрипции, трансляции. Любой патоген образует ряд детерминантов, каждый из которых участвует в возбуждении одного-единственного симптома болезни. Грибы рода Fusarium выделяют группу токсичных соединений -фумонизинов, которые являются канцерогенными соединениями. Всего грибы этого рода образуют более 100 токсичных соединений. Некоторые из токсинов, продуцируемых Fusarium solani (метоксинафтазарин, фузарубин, бострикондин и другие) являются токсичными для томатов и могут вызывать хлороз листьев [51, 70, 223, 234]. Ликомаразмин - полиаминокислота, выделяемая Fusarium oxysporum f. Lycopersici, был найден в поражённых томатах [242]. Токсины грибов рода Alternaria обладают сильным фитотоксическим действием [57, 98, 218]. Наиболее опасными являются альтернариол и тенуазоновая кислота. На томатах Alternaria alternata выделяет токсин AL [215]. Под его действием в клетках листьев разбухают митохондрии, уменьшается число крист. Токсин не убивает клетки до внедрения гриба, а только воздействуют на их жизненную активность. Бактерии Pseudomonas syringae tomato продуцируют коронатин, вызывающий хлоротические симптомы в тканях томатов [199]. Роль токсинов представляется многоплановой, одни действуют как фактор патогенности, другие как фактор вирулентности, что повышает вредоносность болезни.
Другим средством агрессии фитопатогенов является система их экзоферментов. Это деполимеразы, то есть ферменты, расщепляющие клеточные полимеры до мономеров, например пектолитические ферменты: пектинметилэстераза и полигалактуроназа [200]. Это единственные из числа известных ферментов, которые вызывают распад клеточных стенок без предварительной обработки. Деградируя пектиновые полисахариды, содержащие галактуроновую кислоту, пектолитические ферменты не только осуществляют первый этап в разрушении клеточной стенки, но и вызывают появление олигосахаринов - индукторов - элиситоров фитоалексинов, которые могут обуславливать индуцированную устойчивость растений. Пектолитические ферменты первые действуют на клеточную стенку и, разрушая галактуронаны, освобождают покрытые гемицеллюлозами микрофибриллы целлюлозы и делают гемицеллюлозы и целлюлозу доступными деградирующим их ферментам (целлюлазам, гемицеллюлазам) [125]. В результате действия пектолитических ферментов происходят многочисленные изменения в клетках (гибель цитоплазмы, изменения активности ферментов, образование этилена и перекиси водорода, нарушение баланса гормонов). Всё это может быть обусловлено либо нарушением функций клеточной стенки вследствие разрушения пектиновых веществ, либо результатом действия пероксидазы, освобождающейся при действии пектолитических ферментов. Также патогены обладают протеазами, расщепляющими белки и полипептиды.
Несмотря на существование огромного числа фитопатогенных микроорганизмов, вооружённых сильнодействующими средствами разрушения растений, фитоиммунитет в природе является правилом, а восприимчивость растений к болезням - исключением. Слагаемыми фитоиммунитета являются отдельные защитные реакции, которые в сумме и определяют устойчивость растения. Существуют два пути формирования устойчивости: на начальном этапе реакции организма на раздражение носят неспецифический характер, а затем на фоне неспецифических реакций вырабатываются специфические, приспособительные [48]. Неспецифическая устойчивость обеспечивает защиту организма от самых различных биологических, химических и физических повреждающих факторов. Заключается она в том, что обычно действие одного из факторов активирует всю систему механизмов защиты организма и повышает его сопротивляемость почти ко всему комплексу повреждений. Элементами этой системы являются окислительно-восстановительные ферменты, фенолы, фитонциды, фитоалексины, пигменты, аминокислоты, ингибиторы свободно-радикальных реакций. Специфическая устойчивость обусловлена главным образом взаимодействием белков - продуктов первичной активности генов, как паразита, так и хозяина, то есть проявляется преимущественно на молекулярно-генетическом уровне, в процессах регуляции генной активности, в частности транскрипции и трансляции.
Универсальной ответной реакцией устойчивых растений на большинство неблагоприятных воздействий, в том числе и на инфицирование фитопатогенными микроорганизмами, служит усиление процессов дыхания и энергетического обмена. В первый период болезни дыхание интенсивнее в среднем на 200-300 %, концентрация молочной кислоты повышена в 2-3 раза, содержание неорганического фосфора растёт, а АТФ снижается, накапливаются перекисные соединения, увеличивается активность РНК-азы [48]. Происходит повышенное выделение этилена, который играет определённую роль в иммунитете растений и в некоторых случаях может повышать их устойчивость к фитопатогенам, например томатов к Botrytis cinerea [71, 187, 204]. Действие этилена состоит в переключении клетки с одной программы функционирования на другую, при этом происходит репрессия части генов и усиление экспрессии других генов. Каждый тип взаимодействия патогена и хозяина имеет свои особенности индуцируемого этиленобразования. Если растение отвечает на заражение сверхчувствительной реакцией, этилен передаёт сигнал о необходимости запуска защитных реакций в соседние с некрозом клетки [157].
К числу самых распространённых неспецифических защитных реакций относится реакция на механические поранения. Особенно хорошо исследована раневая реакция клубней картофеля. В ответ на механические поранения растения отвечают защитной раневой реакцией, суть которой сводится к образованию на пораненном участке точно такой же перидермы, какой является естественная. Взрослые клетки, давно прекратившие клеточное деление и находящиеся на поверхности поранения, вновь приобретают меристематическую активность. В этом процессе очень важную роль играют соединения, вызывающие раневое возбуждение. Они образуются из продуктов отмерших и разрушенных клеток и называются раневыми гормонами. Вещество, получившее название раневого гормона, было выделено в конце 30-х годов Д. Инглишем и Д. Боннером. Им оказалась Д-децен-1,10-дикарбоновая кислота, получившая название травматиновой кислоты или травматина. Это вещество было обнаружено в картофеле, брюссельской капусте, люцерне, рисе, томатах, апельсинах и других растениях. Другое вещество, напоминающее раневой гормон, было обнаружено у ряда растений. Под влиянием различных стрессовых воздействий, это вещество освобождалось из клеточных стенок растений, быстро передавалось по проводящей системе и индуцировало в здоровых тканях, удалённых от места повреждения, образование ингибиторов протеиназ. Вещество представляет собой рамногалактуронан и широко распространено в растительном мире, например, было найдено в томатах.
Влияние биопрепаратов на фитоалексинную активность томатов при обработке плодов
Несмотря на то, что продуцирование фитоалексинов является чётко выраженным генетическим признаком, оно в значительной степени зависит от физиологического состояния растительного организма и условий внешней среды. Чем активнее процессы жизнедеятельности в клетке, тем в большей мере она способна образовывать фитоалексины и соответственно тем выше её устойчивость. По мере хранения плодов их способность продуцировать фитоалексины падает, что согласуется со снижением устойчивости плодов к болезням [92].
Большую роль в формировании иммунитета к патогенам у растений играют сигнальные системы клеток. В настоящее время интенсивно изучаются следующие функционирующие в клетках растений сигнальные системы: циклоаденилатная, МАР-киназная, фосфатидокислотная, кальциевая, липоксигеназная, супероксидсинтазная, NO-синтазная [145]. Элиситоры связываются с внешними участками белковых рецепторов, расположенных в плазмалемме, что вызывает его автофосфорилирование и изменение конформации. Далее остаток фосфорной кислоты передаётся на внутренний — цитоплазматический участок белка, что вызывает изменение его конформации и, вследствие этого, активацию ассоциированного с рецептором фермента. Активация фермента является важнейшим звеном сигнальной системы, "задачей" которой является передача и умножение элиситорного сигнала, завершающиеся экспрессией защитных генов и появлением белков, которые определяют ответ клеток и растения в целом на инфицирование и воздействие элиситоров .
Липоксигеназная сигнальная система. ФЛА2 - фосфолипаза Аг, МАРК - митогенактивируемая протеинкиназа, МФЛ - мембранные фосфолипиды, ЛФ - лизофосфатиды, ПЖК - полиеновые жирные кислоты, ЛОГ - липоксигеназы, ГПО-ПЖК - гидропероксиформы ПЖК, ФДК -фитодиеновая кислота, ЖК(МеЖК) — жасмоновая кислота (метилжасмонат), Сб, С9, С\2— продукты лиазных реакций превращения ГПО-ПЖК [145]. Образование сесквитерпеноидных фитоалексинов, к которым относится ришитин, происходит в результате активизации липоксигеназной системы (рис. 3.3) [32]. В этом случае вызванная элиситорами активация фосфолипазы приводит к освобождению из мембранных липидов ненасыщенных жирных кислот, которые самостоятельно могут активировать некоторые протеинкиназы или с помощью липоксигеназ присоединять кислород и превращаться в гидропероксипроизводные. Последние в ходе лиазных, пероксигеназных, алленоксидциклазных реакций образуют токсичные для микроорганизмов летучие (гексенали и ноненали) и нелетучие (гидрокси- и эпоксипроизводные) соединения, а также циклические фитодиеновую и жасмоновую кислоты, которые могут вызывать экспрессию защитных генов и синтез белков. В результате происходит синтез большого количества веществ: тионины, салицилат, лигнин, вегетативные запасные белки и др. Активируются полифенолоксидаза, фенилаланинаммоний лиаза, а также З-гидрокси-3-метилглутарил-КоА редуктаза, являющаяся ключевым ферментом синтеза сесквитерпноидных фитоалексинов. [32,53, 145, 166].
На рис. 3.4 и 3.5 показано содержание ришитина в томатах сорта Кунэра. Из рис. видно, что в процессе дозаривания в обработанных плодах томатов содержание ришитина увеличивается на 36 - 88% по сравнению с контролем в зависимости от препарата. Возможно, препараты Агрохит и Иммунофит, а также продукты метаболизма бактерий-антагонистов активируют липоксигеназную сигнальную систему.
В процессе хранения зрелых томатов способность образовывать фитоалексины как в контроле, так и в опытных партиях значительно падает. Это объясняется изменением физиологического состояния в постклимактерический период и снижением активности З-гидрокси-3-метилглутарил-КоА редуктазы. В конце хранения содержание в томатах, обработанных Иммунофитом содержание ришитина выше в 4 раза, в томатах обработанных КЖ Ps. Fluorescens шт. 228 в 2 раза по сравнению с контролем. Видимо, арахидоновая кислота включается непосредственно в липоксигеназную сигнальную систему, а продукты метаболизма бактерий-антагонистов Ps. Fluorescens шт. 228 активируют фосфолипазу в плодах в период хранения.
Известно, что иммунизация семян и вегетирующих растений не только повышает урожай, но и снижает его заражённость микроорганизмами, уменьшает порчу при хранении плодов и овощей [41]. Показано также, что более устойчивые к P. infestans плоды томатов обладают и более высокой способностью образовывать ришитин в ответ на инфицирование [89]. На рис. 3.6 и 3.7 показана способность образовывать фитоалексины плодами томатов Верлиока и Перст, при выращивании которых была использована иммунизация семян и вегетирующих растений. Показано, что способность плодов выделять ришитин в томатах, обработанных препаратом Агрохит, увеличивается на 26 % для сорта Перст и на 34 % для сорта Верлиока. В томатах, выращенных с применением бактерий-антагонистов, количество ришитина увеличивается на 11 % для сортов Верлиока и Перст.
Таким образом, установлено, что иммунизация активизирует процессы жизнедеятельности в растительной клетке, тем самым, повышая её устойчивость и способность образовывать фитоалексины в ответ на инфекцию. Показано, что обработка томатов перед хранением экзогенными индукторами иммунитета влияет на способность плодов синтезировать ришитин. Установлено, что среди метаболитов бактерий-антагонистов родов В. subtilis 413 и Ps. fluorescens шт. 228 есть элиситоры защитных реакций клетки.
Влияние обработки плодов на интенсивность дыхания
Дыхание многих видов сочных плодов, таких как абрикосы, авокадо, бананы, актинидия, фейхоа, инжир, манго, папайя, груши, персики, сливы, томаты, дыни, яблоки, усиливается до максимального уровня, после чего происходит снижение его интенсивности. Некоторые авторы считают, что климактерический подъём дыхания означает кульминацию процессов созревания, вслед за которым наступает перезревание. Сам подъём дыхания является лишь внешним проявлением качественной перестройки происходящих в плодах биохимических процессов [16, 130]. Усиление дыхания при созревании плодов связывают с ослаблением структурной целостности клетки, с активацией синтеза белка и разобщением окисления и фосфорилирования. При созревании изменяются структура и функции клетки, особенно их проницаемость. На рис. 3.24 приведена схема образования диоксида углерода при дыхании растительной продукции [16]. Повышение интенсивности дыхания при созревании связывают с активацией малатной системы [130]. Ключевым ферментом этой системы является малик-фермент или малатдегидрогеназа декарбоксилирующая. Принято считать, что основная функция малик-фермента состоит в регуляции уровня С4-кислот: фермент удаляет избыток яблочной кислоты, декарбоксилируя её до С02 и пирувата (рис. 3.24). Эта функция имеет важное значение для растительных тканей: малик-фермент активируется в клетках именно в тот период, когда дифференцируется вакуоль, и удаляет избыток яблочной кислоты, по тем или иным причинам не поступавшей в вакуоль. При декарбоксилировании малата образуется НАДФ«Н, который вовлекается в различные реакции биосинтеза. В ходе реакции декарбоксилирования малата образуется пируват. Приток пирувата влечёт за собой активацию пируватдекарбоксилазы и усиление образования ацетальдегида и спирта [16]. На активность малик-фермента могут влиять кислоты входящие в цикл трикарбоновых кислот. Щавелевоуксусная, лимонная, изолимонная и а-кетоглутаровая кислоты образуются в цикле из яблочной кислоты и могут подавлять активность малик-фермента. Янтарная и фумаровая кислоты -предшественники яблочной кислоты в цикле - активируют фермент при низких концентрациях субстрата, но сами подавляют активность фермента. Можно предположить, что изменение внутриклеточной концентрации этих кислот повлечёт за собой изменение активности малик-фермента [16].
. Интенсивность дыхания (J) томатов сорта Верлиока при хранении (томаты собраны в потребительской степени зрелости): 1 - контроль; 2 -Иммунофит; 3 - В. species шт. 083; 4 - Ps. fluorescens шт. 228 (2004 г). На рис. 3.27 - 3.29 показана интенсивность дыхания томатов сорта Верлиока. В томатах сорта Верлиока в опытных партиях наблюдается значительное снижение интенсивности выделения диоксида углерода. Возможно, это объясняется накоплением в процессе вегетации кислот (щавелевоуксусной, лимонной, изолимонной, а-кетоглутаровой), которые подавляют активность малик-фермента.
Различными исследователями было сделано много попыток связать устойчивость растений к инфекционным заболеваниям, в том числе плодов и овощей, с уровнем дыхания их тканей. Возможно, что более высокой устойчивостью должны обладать растения с низким уровнем дыхательного газообмена, так как с усилением дыхания увеличивается расход питательных веществ, а это должно привести к более быстрому истощению растительных тканей. Другая точка зрения состоит в том, что наиболее лёжкими объектами являются те, которые характеризуются высоким уровнем дыхания. Так, дыхание капусты устойчивого сорта Амагер заметно больше, чем малолёжкого сорта Номер Первый [92]. Не меньшее число данных свидетельствует об отсутствии прямой связи между лёжкостью плодов и овощей и присущим их тканям уровнем дыхательного газообмена.
Таким образом, можно предположить, что на основании определения интенсивности дыхания здоровых плодов и овощей практически невозможно судить об их лёжкости. Вместе с тем при хранении обязательным условием для защиты от болезней является поддержание в тканях на определённом уровне дыхательного газообмена, исключающее какие-либо нарушения в согласованной работе отдельных звеньев во всей цепи биологического окисления. Только при этом условии может быть наиболее полно использована устойчивость, которая присуща растительной ткани.
Пектиновые вещества широко распространены в природе и встречаются почти во всех растениях. Это полимерные соединения с большой молекулярной массой, состоящие в основном из остатков галактуроновои кислоты, связанных cc-l-4-гликозидной связью. К пектиновым веществам относят следующие соединения: пектиновые кислоты - высокомолекулярные полигалактуроновые кислоты, часть карбоксильных групп которых этерифицирована метиловым спиртом; пектовые кислоты - полигалактуроновые кислоты, которые полностью лишены метоксильных групп, растворимость пектовых кислот меньше, чем пектиновой кислоты; пектины - пектиновые кислоты, карбоксильные группы которых в различной степени метоксилированы и нейтрализованы; протопектин - соединения, характеризующиеся в основном своей нерастворимостью в воде и способностью при осторожном гидролизе давать пектиновые кислоты [16, 92, 128].
Механизм биосинтеза пектиновых веществ в растениях, в настоящее время выяснен не до конца. Принятая большинством исследователей теория базируется на том, что основным исходным веществом для биосинтеза пектина в растительной клетке является галактуроновая и глюкуроновая кислоты, а местом биосинтеза фрагментов молекулы пектина считают аппарат Гольджи, откуда совершается их переход в оболочки клеток для формирования и полимеризации компонентов молекулы [9].
Влияние обработки плодов на содержание моно- и дисахаридов
В период созревания в томатах происходит увеличение количества Сахаров, преимущественно за счёт моноз. Количество сахарозы уменьшается: часть её под действием содержащихся в плодах ферментов и кислот распадается до моноз, в результате чего количество последних возрастает. Также в незрелых томатах содержится крахмал (0,07-0,26 %), который при созревании плодов переходит в сахар. Дэвис и Кокинг обнаружили повышение активности а-амилазы при созревании в томатах, связанное с быстрым гидролизом крахмала [24]. Изучение динамики различных фракций полисахаридов показало, что при послеуборочном дозревании плодов может происходить гидролиз не только крахмала, но и пектиновых веществ, гемицеллюлоз и даже целлюлозы [92].
В разные годы наибольшим количественным изменениям при хранении плодов могут подвергаться пектиновые вещества, в другие гемицеллюлозы, а иногда и те, и другие в одинаковой степени. Все они могут служить источником накопления Сахаров в плодах. Во второй период хранения происходит снижение уровня Сахаров. Это связано в основном с расходованием их на дыхание.
Результаты исследования влияния экзогенных индукторов иммунитета на динамику моно- и дисахаридов плодов томатов при дозаривании и хранении представлены на рис. 4.33. В томатах сорта Кунэра, обработанных препаратом хитозана и бактериями — антагонистами, происходит более медленное накопление Сахаров в процессе созревания. Возможно, хитозан и продукты метаболизма бактерий-антагонистов снижают активность ос-амилазы, вызывающей гидролиз крахмала, а также других ферментов. 4.2.2 Влияние иммунизации семян на динамику изменения сахаридов в процессе хранения.
В томатах сорта Перст и Верлиока, снятых в молочной степени зрелости, и в томатах сорта Верлиока, снятых в потребительской степени зрелости, в процессе вегетации в опытных партиях накапливается меньше сахаридов, чем в контроле. Но к концу хранения, содержание сахаридов становится больше, чем в контроле. Возможно, это связано с большим накоплением в процессе вегетации крахмала, пектиновых веществ, гемицеллюлоз и целлюлозы, которые при хранении переходят в моно- и дисахариды.
Биологическая роль органических кислот обусловлена многими факторами. Кислоты служат донорами ионов водорода в окислительно-восстановительных процессах, а ион водорода занимает особое положение в химических реакциях. Кислоты образуются в цикле Кребса, который является непосредственным продолжением гликолитического распада глюкозы. Образующиеся в цикле Кребса кислоты поступают в вакуоль. В ней создаётся как бы запасной фонд кислот, играющий особо важную роль в отделённых от материнского растения органах. Метаболическим превращениям кислоты подвергаются в цитоплазме, в которой сосредоточены необходимые для этого ферменты. Включение вакуолярного цитрата или малата в цикл может потребовать изменения проницаемости мембраны, окружающей вакуоль, или митохондриальной мембраны, чтобы обеспечить контакт кислот с ферментами. От уровня обмена между запасным фондом органических кислот и метаболическим во многом зависит физиологическое состояние растительной клетки в послеуборочный период [92, 24]. Кислоты могут служить не только донорами Н+ , но и источниками углеродных скелетов для биосинтеза различных соединений: этилена, аминокислот, белков, липидов, летучих веществ. Кислоты играют важную роль в качестве индуктора биосинтеза ферментов в цитоплазме, например малатдегидрогеназы декарбоксилирующей [92].
В плодах и овощах содержатся самые различные кислоты, но обычно лишь одна из них преобладает. В томатах содержится примерно одинаковое количество лимонной и яблочной кислот [24, 101]. На рис. 4.39 представлены результаты исследования влияния обработки плодов на изменение содержания органических кислот в томатах. Снижение кислотности, которое может сопровождать созревание плодов, происходит в результате их использования в качестве дыхательных субстратов через цикл Кребса. Снижение кислотности 96 обычное явление во время созревания для многих видов плодов и овощей. Однако, у некоторых плодов, например бананов, во время созревания кислотность возрастает [24].
В период климактерического подъёма дыхания происходит повышение проницаемости мембран, в частности тонопласта, вследствие чего скорость поступления органических кислот из вакуоли в цитоплазму возрастает. С этим связана активация фермента малат-дегидрогеназы декарбоксилирующей. Ускорение процесса декарбоксилирования органических кислот приводит к накоплению пировиноградной кислоты, что является причиной увеличения общей концентрации органических кислот на стадии созревания. Дальнейшее уменьшение содержания органических кислот связано с вовлечением их в процесс окисления и снижением активности малат-дегидрогеназы декарбоксилирующей. Возможно, препарат хитозана ускоряет, а продукты метаболизма Bacillus subtilis шт 413 замедляют процесс декарбоксилирования органических кислот.
О скорости расходования органических кислот можно судить по сахарокислотному коэффициенту. В процессе хранения плодов количество кислот уменьшается быстрее, чем сахара. Более быстрое расходование кислот, по-видимому, обусловлено тем, что они непосредственно вовлекаются в окислительные превращения, тогда как сахара должны быть предварительно фосфорилированы. При более быстром расходовании органических кислот, естественно возрастает отношение Сахаров к кислоте, или сахарокислотный коэффициент [92, 101]. В табл. 4.1 приведен сахарокислотный коэффициент для томатов сорта Кунэра. Из полученных данных видно, что в опытных партиях сахарокислотный коэффициент возрастает медленнее, чем в контроле, следовательно, медленнее расходуются органические кислоты.
В томатах сорта Перст (рис.4.40) во второй половине хранения происходит повышение концентрации органических кислот. В результате повышения проницаемости мембран из-за старения клеток, происходит поступление органических кислот из вакуоли в цитоплазму. В процессе вегетации в томатах, обработанных бактериями-антагонистами, отмечено накопление органических кислот. В томатах сорта Перст, снятых в различной степени спелости, в процессе вегетации накапливается большее количество органических кислот по сравнению с контролем.
