Содержание к диссертации
Введение
1. Показатели, определяющие технологические свойства зерна озимой пшеницы 8
2. Характеристика бежового комплекса зерна пшеницы 22
3. Генетический контроль содержания и состава бежов и других показателей качества зерна 31
4. Влияние бежов на технологические свойства зерна пшеницы 43
5. Связь компонентного состава бежов с показателями качества зерна пшеницы 49
6. Объекты и методы исследований 57
1. Краткая характеристика сортов 57
2. Условия выращивания 59
3. Методы анализа 61
4. Метеорологические условия во время вегетации растений 66
5. Статистическая оценка экспериментального материала 68
7. Формирование качества зерна пшеницы в зависимости от сорта и условий выращивания в опытах на полевой опытной станции ргау-мсха им. к.а. тимирязева 69
1. Урожайность и устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды 69
2. Физико-химические показатели качества зерна пшеницы и взаимосвязь между ними 71
3. Структурно-механические свойства теста 73
4. Общая хлебопекарная оценка зерна пшеницы 76
8. Формирование качества зерна пшеницы в зависимости от сорта и условий выращивания в опыте на экспериментальной базе ниисх центральных районов нечерноземной зоны 83
1. Урожайность и устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды 83
2. Физико-химические показатели качества зерна и взаимосвязь между ними 84
3. Структурно-механические свойства теста 87
4. Общая хлебопекарная оценка зерна пшеницы 90
9. Связь между составом легкорастворимых бежов и показателями качества зерна озимой мягкой пшеницы, выращенной на полевой опытной станции ргау-мсха им. к.а. тимирязева 98
10. Связь между составом легкорастворимых бежов и показателями качества зерна озимой мягкой пшеницы, выращенной на экспериментальной базе ниисх центральных районов нечерноземной зоны 105
11. Электрофоретические исследования спирторас-творимых белков зерна пшеницы 119
Заключение 129
Выводы 132
Список литературы 135
- Показатели, определяющие технологические свойства зерна озимой пшеницы
- Характеристика бежового комплекса зерна пшеницы
- Генетический контроль содержания и состава бежов и других показателей качества зерна
- Влияние бежов на технологические свойства зерна пшеницы
Введение к работе
Как установлено многими исследователями, между содержанием в зерновках суммарных белков, а также их компонентным составом и многими показателями качества зерна существует определенная связь, которая может варьировать в зависимости от сорта и условий выращивания.
В процессе электрофоретических исследований белкового комплекса зерна различных сортов пшеницы выяснено, что они заметно различаются по составу легкорастворимых и спирторастворимых белков. В ряде опытов было также выявлено, что в составе легкорастворимых белков содержится изофер-ментные наборы гидролитических, окислительно-восстановительных и других ферментов, которые кодируются аллельными локусами нескольких хромосом. У некоторых генотипов зерновых злаков с локусами, кодирующими определенные изоферменты, сцепленно наследуются признаки устойчивости этих генотипов к стрессовым факторам внешней среды (Яаска, 1972; Dvorzak, Sosulski, 1974; Забродина, Хавкин, 1993).
На основе изучения легкорастворимых белков зерна у комбинаций тетрап-лоидных и гексаплоидных форм пшеницы, имеющих разную дозу генома D, выяснено, что некоторые компоненты легкорастворимых белков по-видимому кодируются генами, локализованными в D-хромосомах, с которыми также связано наследование хлебопекарных свойств зерна. Поэтому вполне возможно наличие связи между составом легкорастворимых белков и показателями качества зерна (Куравамвели, Новиков, Пухальский, 1980; Новиков, 2000).
В ходе изучения глиадиновых белков методом электрофореза в крахмальном и полиакриамидном гелях идентифицированы полиморфные глиадинко-дирующие локусы, имеющие значительный набор аллельных состояний (Со-зинов, Попереля, 1979; Метаковский, 1984, 1991). При этом отмечено, что конкретные аллели глиадинкодирующих локусов могут быть сопряжены с наследованием определенных количественных признаков (продуктивность,
устойчивость к болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды, технологические свойства зерна и др.) (Собко, 1993; Метаковский, 1994; Со-зинов, 1993,1996, 2003; Graybosch et.al., 1996; Kopus, 2001; Козуб и др., 2004; Новосельская-Драгович и др., 2005).
Учитывая изложенные выше результаты исследований, весьма актуальной задачей является выяснение электрофоретических компонентов легкорастворимых и спирторастворимых белков для использования в качестве генетических маркеров в селекции пшеницы на улучшение технологических свойств зерна.
Цели задачи исследования. Целью исследования являлось выяснение связей между составом водорастворимых, солерастворимых, спирторастворимых белков и технологическими свойствами зерна у сортов озимой мягкой пшеницы.
В задачи исследований входило:
Изучение влияния генотипа и условий выращивания на формирование мукомольно-хлебопекарных свойств зерна озимой мягкой пшеницы, выращиваемой в Центральных районах Нечерноземной зоны.
Выяснение полипептидного состава водорастворимых и солерастворимых белков у сортов озимой мягкой пшеницы.
Выявление корреляционных связей между хозяйственно ценными признаками и мукомольно-хлебопекарными показателями пшеницы.
Выяснение тесноты связи между различными технологическими показателями зерна и свойствами теста.
Оценка корреляционных связей между полипептидным составом водорастворимых белков зерна и хозяйственно ценными признаками и технологическими показателями пшеницы.
Оценка корреляционных связей между полипептидным составом солерастворимых белков зерна и хозяйственно ценными признаками и технологическими показателями пшеницы.
Изучение состава глиадиновых белков у перспективных сортов озимой мягкой пшеницы.
Выявление связей между аллелями глиадинкодирующих локусов и технологическими свойствами зерна пшеницы.
Научная новизна исследований. Получены новые сведения об изменении технологических свойств зерна в результате воздействия на растения грибной инфекции. Показано, что при поражении пшеницы бурой ржавчиной уменьшается показатель натуры зерна.
При изучении корреляционных связей между мукомольно-хлебопекарными показателями зерна и структурно-механическими свойствами теста выявлены показатели, позволяющие оценивать в целом и технологические свойства зерна и свойства теста. К таким показателям относятся стекловидность зерна, содержание в зерне клейковины, упругость теста, объем хлеба, показатели удельной работы деформации теста и валориметриче-ской оценки теста, время образования теста.
В результате электрофоретических исследований впервые показано, что концентрация в зерновках определенных полипептидных компонентов водо-и солерастворимых белков коррелирует с урожайностью генотипов пшеницы и такими технологическими показателями, как число падения, масса 1000 зерен, стекловидность зерна, содержание клейковины, объем хлеба, удельная работа деформации теста, водопоглотительная способность муки, валори-метрическая оценка теста.
В результате изучения состава спирторастворимых белков методом электрофореза в полиакриламидном геле определены формулы глиадинов у новых сортов и сортообразцов озимой мягкой пшеницы. Выявлена связь между составом глиадиновых компонентов и технологическими свойствами зерна. Определено, что если в составе глиадинов содержатся блоки компонентов 1D4, 1А11, 1D10, 6А24, 6D17, то, как правило, наблюдается повышение содержания в зерне клейковины и улучшение свойств теста. Кроме того, пока-
зано, что глиадинкодирующие аллели 1D4, 1D10, 6А24, 6D2, 6А7, 6D6, 1А11 связаны с массой зерен, блок глиадиновых компонентов 6А17 - с числом падения, аллель 6D6 - с хлебопекарными свойствами зерна.
Практическая значимость работы. В диссертационной работе дана оценка новых сортов и сортообразцов озимой мягкой пшеницы по продуктивности, устойчивости к болезням, физико-химическим, хлебопекарным свойствам зерна и структурно-механическим свойствам теста, что может быть использовано при отборе сортов для производства и выполнения задач селекции по улучшению качества зерна. Результаты электрофоретических исследований альбуминов, глобулинов и глиадинов могут применяться для идентификации генотипов пшеницы в селекционном процессе и в семеноводстве. Выявленные связи между составом белков и технологическими свойствами зерна позволяют рекомендовать использование в селекции определенных полипептидных компонентов водо- и солерастворимых белков, а также блоков глиадиновых компонентов для отбора генотипов пшеницы с улучшенными технологическими свойствами зерна.
Полевые опыты проводились в 2000-2001 гг. на полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева на экспериментальной базе НИИСХ Центральных районов Нечерноземной зоны. Лабораторные исследования выполнялись на кафедре хранения, переработки и товароведения продукции растениеводства РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.
Показатели, определяющие технологические свойства зерна озимой пшеницы
Понятие качества зерна складывается из многих признаков, которые определяются сортовыми особенностями, условиями возделывания, уборки, хранения и переработки зерна пшеницы. Качественные различия сортов пшеницы возникли в процессе естественной эволюции видов и под влиянием искусственного отбора в процессе селекции. Поэтому на всех этапах селекционного процесса большое внимание уделяют оценке физических и биохимических показателей зерна и хлебопекарных достоинств муки.
Для зерна, формирующегося под влиянием генетических факторов и разнообразных условий выращивания, нет единого показателя, который с достаточной полнотой характеризовал бы его технологические свойства.
Н. И. Вавилов (1935) придавал большое значение качеству зерна пшеницы. Он отмечал, что мировой рынок требует стекловидную, богатую белком пшеницу с хорошей хлебопекарной способностью, определяемой объемом хлеба, прочностью его формы, пористостью.
По классификации Б.А. Бутковского (1997) показатели качества зерна пшеницы можно группировать следующим образом: в первую группу входят показатели, характеризующие общее состояние зерновой массы (цвет, запах, вкус, влажность, засоренность, зараженность вредителями, количество поврежденных зерен и другие); во вторую - показатели, отражающие мукомольные свойства (типовой состав, стекловидность, натура зерна, масса 1000 зерен, крупность, зольность, выравненность по крупности, прочность зерна и др.); к третьей группе относятся показатели, характеризующие хлебопекарные качества (количество и качество клейковины, показатели химического состава зерна, физические свойства теста, хлебопекарная оценка по пробной выпечке).
Применяя большое количество показателей, о технологическом достоинстве зерна судят по их совокупности (Козьмина, 1959; 1969; Казаков, 1978, 1987; Максимов и др., 1981; Шатилов, 2001).
Термин "сила" имеет широкое понятие и применяется в отношении мягких пшениц для оценки возможности их использования в хлебопекарных целях. Различают 3 группы мягкой пшеницы по технологическим свойствам зерна: сильную, среднего качества и слабую. В основу разделения положена возможность различного использования каждой из этих групп благодаря их разнообразию по физическим свойствам теста (Самсонов, 1967).
Термином «сильная» обозначают пшеницу, содержащую большое количество белка хорошего качества, образующую тесто, способное выдерживать интенсивный замес и длительное брожение, обеспечивающую высокий объем хлеба с хорошей формой и пористостью и обладающую отличной смесительной ценностью (Любарский, 1956,1967; Марушев, 1968; Козьмина, 1969; Созинов, 1970).
Д.П. Павлов (1992), Л.Н. Любарский (1967), Н.П. Козьмина (1969), G.N. Irvine, М.Е. МсМиІІап (1980), Favret Е.А. et.al. (1984) и другие исследователи считают, что, кроме способности давать неослабевающее в процессе брожения и механической обработки тесто, мука сильной пшеницы должна служить эффективным улучшителем при выпечке в смеси с мукой слабой пшеницы.
Под смесительной ценностью понимают способность муки из сильной пшеницы улучшать хлебопекарные свойства слабой. Так, для получения хлеба с хорошим объемом и пористостью из муки слабой пшеницы к ней необходимо добавить сильную (по разным авторам, от 20 до 50 %). Чем выше смесительная ценность муки, тем меньше требуется ее как компонента смеси. Средние по "силе" сорта пшеницы (филлеры) дают хороший по качеству хлеб, но сами улучшителями служить не могут.
В зависимости от смесительной ценности сильная пшеница делится на отличный, хороший и посредственный улучшитель. Мука из посредственного улучшителя не способна улучшать слабую пшеницу, однако при использовании ее в чистом виде можно получить хлеб хорошего качества. Сорта слабой пшеницы, нуждающиеся в улучшении своих хлебопекарных свойств, относятся к третьему классу. Из муки такой пшеницы хлеб получается не удовлетворительного качества с низким подъемом и пористостью. Слабая пшеница идет главным образом на кондитерские изделия. В хлебопечении в смеси с сильной и средней силы пшеницей она занимает небольшой удельный вес - от 10 до 25% (Бебякин, Винокурова, 2003).
Разработанный научно-исследовательскими учреждениями перечень технологических показателей (табл. 1), которому должны соответствовать сорта пшеницы, включаемые в списки сильных и наиболее ценных по качеству, служит основой для оценки сортов Госкомиссией по сортоиспытанию, а также для отбора высококачественных форм в процессе селекции (Белоусова, 1990).
Система оценки качества зерна в процессе селекции пшеницы включает определение физических и мукомольных свойств, выхода и качества сортовой муки, оценка белково-углеводного комплекса зерна, физических свойств теста, хлебопекарных достоинств, а также активности амилолитических и протеолитических ферментов, количества и качества запасных белков зерна и др. (Беркутова, Погорелова, 1989).
Проблема качества зерна имеет и свой экономический аспект, так как зерно сильной пшеницы дает повышенный выход муки и хлеба, что приводит к снижению расхода зерна при производстве муки (Пумпянский, Семено-ва,1969).
Физические свойства зерна пшеницы различных сортов изучались многими исследователями. Была установлена значительная модификационная изменчивость по этим показателям в самых различных регионах под влиянием условий выращивания (Колмаков, Зелева, Тимошкин, 1995; Кол маков, Зыкин, Зелова, Деменщикова, 1999). ехнологические свойства зерна пшеницы в значительной степени определяются качеством белка, обусловленного структурой макромолекул. Физико-химические свойства теста зависят от структуры молекул белка, плотности упаковки полипептидных цепей в глобуле, количества и прочности внутри- и межмолекулярных связей, а также агрегатного состояния макромолекул (Ва-кар, 1961, 1975).
C.W. Wrigley, G.J. Lavrence, K.W. Shepherd (1982), А. А. Созинов (1985) и другие исследователи отмечают более тесную связь "силы" муки с составом глиадинов и в меньшей степени с составом глютенинов. Однако это противоречит представлениям многих исследователей о ведущей роли глютенинов в формировании качества теста. Чтобы снять это противоречие, структуру теста представляют следующим образом: глютенины служат основным каркасом теста, а более изменчивыми являются глиадины, локализованные в основном каркасе.
Для оценки качества муки применяется в общей сложности около трех десятков методов, которые не заменяют, а дополняют друг друга. Методы технологической оценки зерна подразделяются на прямые, к которым относятся размол и пробная выпечка, и косвенные, включающие большой комплекс различных определений.
Натура зерна - масса единицы объема зерна, наиболее простой критерий качества, который является важным показателем в системе классификации зерна пшеницы. Натура зерна служит косвенным критерием его мукомольных достоинств. Форма зерна и однородность его размеров являются основными признаками, влияющими на величину натуры зерна (Hlinka, Buschuk, 1959). Величина натуры зависит от текстуры поверхности, удельного веса зерна, его плотности, которая, в свою очередь, обусловлена биологическим строением зерновки, ее химическим составом. Средние показатели плотности зерна пшеницы составляют 1,2-1,5 г/см3 (Фоканов A.M., Гуйда В.Н., 1988; Попов В.Ф., Дубинина В.В. и др., 1994; Бутковский В.А.,1997 и др.).
Зерно округлой формы, выравненное по размерам, более плотное по консистенции имеет и более высокую натуру.
В стандартах на зерно натура зерна используется как признак, определяющий мукомольные достоинства зерна. СЕ. Mangels и Т. Sanderson (1964) установили, что средний коэффициент между натурой зерна и выходом муки составляет 0,76. Выявлено, что при натуре зерна менее 740 г/л обычно снижается выход муки. Показано, что при увеличении натуры зерна с 650 до 810 г/л выход муки увеличивается с 65 до 78 %. Установлено, что в соответствии с базисными кондициями этот показатель должен составлять не менее 760 г/л (Айзикович,1975; Созинов, Жемела,1983; Shahani, Saulescu,1984).
Характеристика бежового комплекса зерна пшеницы
По содержанию белка среди возделываемых культур пшеница превосходит все остальные зерновые злаки. При оптимальных условиях питания растений оно может достигать 20-25 %. Но в производственных условиях содержание белка в зерне пшеницы часто не превышает 12-13%, что объясняется влиянием погодных условий, низким уровнем агротехники, недостаточным качеством посевного материала и другими факторами. Известно, что увеличение накопления в зерне белка требует больших материальных затрат, специальных технологий выращивания (Павлов, 1985; Плешков, 1987; Дерюгин и др., 1989; Кокурин, 1989; Нестеренко и др., 1991; Суслянок, 1996).
Белковый комплекс зерна пшеницы представляет собой большой набор индивидуальных белков, которые отличаются аминокислотным составом, выполняемыми функциями, физико-химическими свойствами. По степени растворимости в воде, солевых, спиртовых и щелочных растворах белки зерна разделяют соответственно на альбумины, глобулины, проламины и глюте-лины, а также склеропротеины, не растворимые в перечисленных растворителях. В зерне пшеницы обычно приходится на долю альбуминов и глобулинов не более 25-30 %, на долю проламинов - 25-35 %, на долю глютелинов -30-40 % от общего количества белков (Осборн, 1935; Княгиничев, 1958; Ле-нинджер, 1976; Конарев, 1980; Michalik , Petovska, 1981; Кретович, 1986; Плешков, 1987; Кретович, 1991).
Запасные белки пшеницы, к которым относятся главным образом проламины и глютелины, откладываются в эндосперме в виде белковых гранул, имеющих форму глобул разного диаметра (1,0-1,5 мкм). В созревшем зерне пшеницы белковые гранулы занимают пространство между крахмальными зернами, образуя сплошной слой запасного белка. Большая часть белков аль-бумино-глобулинового типа расположена в зародыше, щитке зародыша и алейроновом слое. Ткани зародыша и щитка зародыша богаты альбуминами, которые в них не образуют упорядоченных структур. В клетках алейронового слоя белки откладываются в виде алейроновых зерен размером 0,1-25 мкм, представляющих собой структуры, окруженные липопротеиновой мембраной. Кроме белков в них также содержится небольшое количество углеводов и липидов, которые образуют комплексы с белками. Из белков алейроновых зерен в процессе прорастания зерна образуются ферменты, участвующие в гидролизе запасных веществ эндосперма (Павлов, 1985; Казаков, Кретович, 1989; Кретович, 1991; Князьков и др., 1994).
Содержание незаменимых аминокислот, определяющих биологическую питательную ценность белков, является важной характеристикой белковых фракций зерна. Наиболее полноценны по аминокислотному составу - альбумины, содержащие весь комплекс незаменимых аминокислот в близких к оптимальным соотношениях. Глобулины также достаточно хорошо сбалансированы по аминокислотному составу (Конарев, 1980; Богданов и др., 1993; Созинов, 1993; Prochazka et. al., 1978).
Глютелины по аминокислотному составу занимают промежуточное положение между глобулинами и проламинами. Проламины отличаются от других белков зерна высоким содержанием глутаминовой кислоты и пролина, имеют большое число гидрофобных групп в молекуле за счет остатков лейцина, изолейцина, валина, фенилаланина. Проламины относятся к биологически неполноценным белкам, так как в их составе почти отсутствуют лизин и триптофан (Bernardin, 1974; Конарев, 1980; Плешков, 1987; Павлов, 1992; Chung, Pomeranz, 1978). Белковые фракции, выделяемые по Осборну, существенно различаются по составу электрофоретических компонентов. Так, во фракциях альбуминов и глобулинов может быть идентифицировано от 15 до 30 компонентов, часть из которых была выделена и подробно изучена (Сафонов, Сафонова, 1969; Новиков, Плешков и др., 1980, 1983; Feillet, Nimmo, 1970; Ewart, 1972; Ка-sarda et.al., 1976).
Подробное изучение проламинов пшеницы (глиадинов) позволило выявить наличие четырех групп компонентов, которые различаются по электрофоре-тической подвижности при движении к катоду - а, р, у, о - группы (в порядке убывания электрофоретической подвижности). Суммарный глиадин по составу электрофоретических компонентов можно разделить на две неравноценные группы белков. Преобладающяя группа белков представлена суммой фракций: а, р, у - глиадинов (составляют 80-90% от суммарного проламина), другая - со-глиадинами. Компоненты а, р, у - фракций имеют среднюю молекулярную массу 35-40 тыс. Белки этих фракций содержат 35-40% глутаминовой кислоты и глутамина, 15-20% пролина, 2,5% цистеина, 1% метионина и 0,5-0,7%) лизина. Во фракции а-глиадинов обнаружены компоненты, имеющие повышенное содержание цистеина - 6-9% (Конарев, 1980; Павлов, 1992; Ewart, 1968; Pechova, Miklovic, 1999; Cepelak et.al, 1994; Weipert et.al., 1994).
Фракция w-глиадинов характеризуется низкой электрофоретической подвижностью и высокой молекулярной массой составляющих ее белковых компонентов (до 140 тыс.). Для данной фракции проламинов характерно низкое содержание незаменимых аминокислот (в сумме около 10%), но высокое содержание глутаминовой кислоты и глутамина (до 56%), а также пролина (до 30%) и фенилаланина (до 10%), которые обеспечивают богатый резерв аминогрупп для прорастающих зерновок и могут быть использованы в процессах биосинтеза азотистых веществ развивающихся проростков (Конарев, 1980; Павлов, 1992; Князьков и др., 1994; Cepelak et.al, 1994; Weipert et.al., 1994).
В отличие от ю-глиадинов а-глиадины представляют собой белки с высокой электрофоретической подвижностью и небольшой молекулярной массой (порядка 40-50 тыс.), в их составе содержится больше незаменимых аминокислот (до 20%) и значительно меньше глутаминовой кислоты и пролина. Компоненты Р И у -глиадинов по рассмотренным выше показателям занимают промежуточное положение между со- и а-глиадинами.
Генетический контроль содержания и состава бежов и других показателей качества зерна
Генотипы пшеницы различаются по качественным показателям зерна. Так, например, сильные пшеницы, как правило, отличаются от слабых по содержанию в зерне клейковины и особенно по качеству клейковины. Выяснено, что частицы крепкой клейковины построены более компактно, чем слабой; отдельные белковые компоненты у крепкой клейковины упакованы плотнее, что обусловлено наличием у них большего количества дисульфидных и водородных связей (Вакар, Колпакова, 1977; Стрельникова, Опанасенков, 1978; Богданов и др., 1980; Вакар, 1975; Кокурин и др., 1987).
В связи с тем, что мягкая пшеница является аллогексаплоидом с дублированными и триплицированными генами, для повышения белковости зерна или изменения состава белков необходимо одновременное изменение трех гомеоаллельных локусов, что встречается крайне редко. Поэтому необходимо изучение всего генофонда пшеницы и ее диких сородичей с целью выявления генотипов, отличающихся не только повышенным содержанием белков в зерне, но и улучшенным составом белков (Конарев, 1976; Дорофеев и др., 1977; Щербак и др., 1978; Плешков и др., 1975,1978).
С помощью хроматографических методов, зонального электрофореза, изо-электрофокусирования, иммунохимических исследований выявлены отдельные компоненты белков зерна, связанные с действием определенных генов и хромосом пшеницы. Вначале было установлено влияние на синтез альбуминов и глобулинов геномов А и В (Конарев и др., 1970; Johnson et al., 1967; Hart, 1970).
Методом изоэлектрофокусирования были идентифицированы хромосомы, контролирующие синтез водорастворимых белков зерна пшеницы. Установлено, что три белковых компонента контролируются генами, локализованными в коротких плечах хромосом ЗА и ЗВ, и 3-плече хромосомы 3D. Заметное влияние на одну или две белковые зоны оказывали также хромосомы 4А, 6А, 1В и 4В. При изучении сорта Чайниз Спринг было показано, что изоэстеразный спектр у этой пшеницы контролируется локусами, находящимися в а - плечах хромосом ЗА и 3D и длинном плече хромосомы ЗВ (Noda, Tsunevaki, 1972;Nakai, 1973).
Сравнительное биохимическое изучение различных генотипов пшеницы показывает, что они заметно различаются по составу легкорастворимых белков - альбуминов и глобулинов. При электрофоретическом исследовании белков у сортов мягкой пшеницы выявлены отличия в зонах медленнодви-жущихся и быстродвижущихся компонентов водорастворимых белков (разделение в щелочном геле). Некоторые белки, характерные для определенных сортов, выделены в высокоочищенном состоянии и изучены их свойства. При исследовании белков зерна мягких и твердых пшениц найдены специфические компоненты альбуминов, характерные только для мягкой пшеницы (Асмаева и др., 1974; Дарканбаев и др., 1974; Feillet, Bourdet, 1968; Cantagalli et al., 1971; Ewart, 1972; Almgard, 1974; Joudrier, 1974).
ПРИ изучении белков семян мягкой пшеницы и представителей рода пырея было установлено, что они имеют некоторое сходство по составу альбуминов и легкорастворимых глобулинов, а также по изоферментному составу эстеразы, глутаматдегидрогеназы и пероксидазы и это свидетельствует о частичной гомологии их геномов. Вместе с тем у пшенично-пырейных гибридов амфиплоидного типа в электрофоретических спектрах легкорастворимых белков обнаружены белковые компоненты, контролируемые пырейными геномами Da и Ха, а в зоне быстроподвижных компонентов (при разделении в щелочном геле рН 8,9) - изоферменты амилазы, находящиеся под генетическим контролем генома Da пырея (Яаска, 1972; Новиков, 1975; Новиков и др., 1978; Bozzini et al., 1973; Dvozak, Scheltgen, 1974).
В результате электрофоретических исследований белков отдельных гибридных зерен установлено, что хромосомное расщепление у пшенично-пырейных гибридов сопровождается изменениями в составе легкорастворимых белков, свидетельствующее о локализации генов, контролирующих синтез отдельных белковых компонентов, в разных хромосомах. Причем было показано, что наличие в электрофоретическом спектре гибрида определенных белковых компонентов, по-видимому, связано с высокой белковостью зерна (Новиков, 1975; Новиков и др., 1977).
При изучении тетраформ гексаплоидной пшеницы выяснено, что синтез большинства легкорастворимых белков мягкой пшеницы кодируется дупли-катными генами геномов А, В и D. Доза генома D оказывает существенное влияние на количественную выраженность отдельных компонентов. По влиянию на компонентный состав легкорастворимых белков геном D Ае. squarossa идентичен геному D мягкой пшеницы (Куравамвели и др., 1980; Куравамвели, 1981). При изучении состава и свойств клейковины пшеничного зерна также было установлено, что эти показатели зависят, прежде всего, от сортовых и видовых особенностей пшеницы. Некоторые авторы, анализируя современные представления о клейковине сильных и слабых пшениц, считают, что генетические особенности сортов по ее качеству проявляются на уровне структуры клейковинных белков, а модификационная изменчивость состава и свойств клейковины в пределах каждого сорта обусловлена определенным изменением количественного соотношения отдельных белковых компонентов, вызывающем частичное изменение структуры клейковинного комплекса (Ва-кар, 1961; Вакар, Колпакова, 1977; Луцишина и др., 1980; Перуанский, 1975; Стрельникова, Опанасенков, 1978; Bietz et al., 1975; Huebner, Wall, 1974). В последние годы возросло число работ, выполненных методами генетического анализа, а также была создана возможность изучения качества зерна с учетом действия отдельных геномов и хромосом пшеницы благодаря успешным цитогенетическим исследованиям.
Влияние бежов на технологические свойства зерна пшеницы
Сопоставление показателей, характеризующих содержание белка и клейковины в зерне, а также технологические свойства муки, показывает, что между ними имеется довольно тесная связь (г = 0,85-0,95). Технологические и хлебопекарные свойства пшеничного зерна в значительной степени зависят от состава и свойств клейковинных белков и образуемой ими клейковины. Вместе с тем показано, что многие биотипы пшеницы различаются по составу белков зерна и определенной специфике фракционного состава белков соответствуют те или иные изменения хлебопекарных свойств муки (Кокурин, 1989; Богданов и др., 1993; Новиков, Войесса, 1995; Суслянок, 1996; Naijafian, Abd-Mishani, 1995; Weegels, Orsel, 1995).
В ряде опытов было определено, что высококачественная стекловидная краснозерная яровая пшеница отличается повышенным содержанием белков нерастворимого остатка (при фракционировании по Осборну), а твердая пшеница - высокой концентрацией в зерне белков спирто- и уксуснораство-римой фракций. Показано также, что в зерне твердой пшеницы обычно содержится больше альбуминов и глиадинов, но меньше глобулинов и глюте-нинов, чем в мягкой пшенице, и это сопровождается улучшением макаронных свойств зерна. Сравнительное изучение биотипов мягкой пшеницы свидетельствует о том, что низкокачественные сорта характеризуются меньшим накоплением глиадина, но содержат в зерне больше белков нерастворимого остатка (Tanaka, Bushuk, 1972; Kalka, Grjestinski, 1978).
Существенный вклад в изучение функциональных особенностей клейко-винных белков пшеницы внесли французские исследователи, которые разделили клейковину на две фракции, различающиеся по растворимости в 0,01 М уксусной кислоте, при этом было показано, что соотношение указанных фракций хорошо коррелирует с реологическими показателями теста. Так, повышенное содержание в клейковине нерастворимой в 0,01 М уксусной кислоте фракции положительно коррелирует с высотой альвеограммы, а отношение содержания нерастворимой к растворимой в уксусной кислоте фракции -с показателем релаксации теста (Godon et al., 1964; Godon, Petit, 1968; Godon, 1970).
В литературе имеются данные, свидетельствующие о том, что качество клейковины, а также многие технологические характеристики теста и хлебопекарных свойств муки тесно связаны с содержанием в клейковине белковой фракции, нерастворимой в 0,01М уксусной кислоте (Тютерев и др., 1973; Мойса, Костышын, 1981).
В опытах по изучению структуры клейковины было показано, что отдельные белковые фракции оказывают влияние на свойства клейковины и хлебопекарные качества муки. Было установлено, что высокомолекулярные белки повышают водоудерживающую способность и силу теста, удлиняют время его замеса, обусловливают эластичность клейковины. При увеличении в клейковине содержания низкомолекулярных белков ослабляется сила теста и его водоудерживающая способность, с другой стороны, усиливается растяжимость и сокращается время замеса теста, увеличивается объем хлеба (Murthy, Dahle, 1969; Hoseney, 1986; Бегеулов, 1998).
Основным компонентом нерастворимой в 0,01М уксусной кислоте фракции клейковины является высокомолекулярный глютенин. По-видимому различия между сортами и видами пшеницы по свойствам клейковины, прежде всего, связаны с содержанием в зерновках именно этой белковой фракции, а также особенностями структуры и свойств компонентов нерастворимого глютенина. Чрезмерное увеличение фракции нерастворимого глютенина в клейковине приводит к ухудшению ее качества. Выяснено, что клейковинные белки сильной пшеницы отличаются от белков слабой пшеницы более высоким содержанием высокомолекулярных компонентов (Вакар, Колпакова, 1977; Богданов, 1983; Weipert et. al.; 1994; Degn, Staerk, 1994).
В опытах по изучению тонкой структуры клейковины установлено, что высокие хлебопекарные качества зерна достигаются оптимальным соотношением функционально различных компонентов. Так, например, эластичные свойства клейковины и теста хлебопекарной пшеницы тесно связаны с высокомолекулярными глиадиноподобными субъединицами глютенина. В связи с этим клейковина твердой пшеницы, у которой отсутствуют компоненты глиадина с молекулярными массами 130, 120 и 88 тыс., не обладает упруго-эластичными свойствами. Различия между сортами по качеству зерна также зависят от соотношения в зерновках высоко- и низкомолекулярных фракций глиадиновых белков (Павлов, 1992; Cepelak et. al., 1994; Weipert et. al., 1994; Schoggl, Werteker, 1995).
На сефадексе G-150 белки зерна краснозерной яровой пшеницы были разделены на три фракции - глютенины, глиадины и легкорастворимые белки. Изучение вклада каждой из этих фракций в формирование технологических свойств зерна показало, что добавление глютенинов повышает силу муки, а увеличение концентрации глиадинов вызывает обратное действие. В других опытах обнаружена положительная связь между высокомолекулярными компонентами глютенина и объемом хлеба (Hamada, 1982).
При хроматографировании УМЦ-экстрактов клейковины были выделены две белковые фракции, различающиеся по молекулярной массе (F1 и F2). Фракция F1, представленная высокомолекулярными белками, характеризовалась сильной чувствительностью к восстанавливающим агентам и при добавлении Р-меркаптоэтанола быстро деградировала. Фракция F2 состояла из полипептидов с молекулярными массами менее 50 тыс. Соотношение двух указанных фракций клейковинных белков (F1/F2) заметно различалось у сортов пшеницы и хорошо коррелировало с хлебопекарными свойствами зерна. Выяснено, что различия между сильной и слабой мукой по степени агрегации клейковины определяются главным образом глютениновой фракцией и в меньшей степени глиадинами.
