Содержание к диссертации
Введение
1. Биохимический состав зерна пшеницы и биология пшеничного трипса (Haplothrips tritici Kind.) 10
1.1.Биохимический состав зерна 10
1.2. Биохимические процессы при хранении зерна 21
1.3. Особенности биологии, экологии пшеничного трипса и его вредоносность 25
2. Условия, материал и методы исследований 36
2.1. Агрометеорологические условия в годы исследований 36
2.2. Характеристика объекта исследования 39
2.3. Методы исследования 45
3 Влияние сорта, погодных условий и сроков хранения зерна на содержание белка и крахмала 52
3.1.Содержание белка и крахмала в зерне яровой пшеницы 52
3.2. Содержание белка и его состав в зерне яровой пшеницы в зависимости от сроков хранения 65
4. Состав белка зерна сортов и видов пшеницы и его изменения от повреждений тпеничньштршісом 71
4.1.Содержание белка и его состав в зерне сортов и видов пшеницы 71
4.2. Изменение содержания белка и его состава в зерне сортов и видов пшеницы в зависимости от повреждения трипсом 80
4.3. Заключение 104
5. Углеводный комплекс зерна сортов и видов пшеницы и его изменение при повреждении пшеничным трипсом 108
5.1.Содержание крахмала и Сахаров в зерне в зависимости от сорта и вида пшеницы 108
5.2. Изменение содержания крахмала и Сахаров в зерне с разной степенью повреждения пшеничным трипсом 114
5.3. Заключение 124
6. Активности протеаз и амилаз, их изменение в зависимости от степени повреждения зерна пшеницы трипсом 130
6.1. Изменчивость активности протеолитических ферментов 130
6.2.Протеолитическая активность зерна пшеницы, поврежденного трипсом 133
6.3. Изменчивость активности амилолитических ферментов 135
6.4. Амилолитическая активность зерна пшеницы, поврежденного трипсом 141
6.5. Заключение 144
7. Оценка качества зерна пшеницы по хлебопекарным качествам и по устойчивости к трипсу 147
7.1.Качество пшеничного хлеба в зависимости от протеолитической и амилолитической активности зерна 147
7.2. Хлебопекарная оценка зерна пшеницы, поврежденного пшеничным трипсом. 152
7.3. Устойчивость сортов и видов пшеницы к трипсу по биохимическим показателям качества 155
Выводы 166
Рекомендации производству 169
Библиографический список 170
Приложение 195
- Особенности биологии, экологии пшеничного трипса и его вредоносность
- Содержание белка и его состав в зерне яровой пшеницы в зависимости от сроков хранения
- Изменение содержания белка и его состава в зерне сортов и видов пшеницы в зависимости от повреждения трипсом
- Изменение содержания крахмала и Сахаров в зерне с разной степенью повреждения пшеничным трипсом
Введение к работе
Актуальность работы. В зерновом хозяйстве Среднего Поволжья наибольший удельный вес занимает пшеница, высококачественное зерно которой находит самое широкое применение как продукт питания. Наряду с увеличением производства зерна актуальное значение имеет улучшение его качественных показателей. Это связано с тем, что реальная ценность зерна пшеницы во многом определяется его качественными показателями: технологическими и хлебопекарными, которые в первую очередь связанны с белковыми и ферментными комплексами.
Поскольку погодные условия Поволжского региона не повторяются по годам и носят неустойчивый характер, то трудно ожидать закономерностей в получении высококачественного зерна на основании изучения качества и количества белка (А.П. Головоченко,1997). В связи с этим, актуален вопрос о необходимости изучения комплекса биохимических показателей, определяющих качество зерна и количество урожая пшеницы.
В районах с засушливыми условиями обычно получают сравнительно невысокие урожаи зерна, но оно имеет повышенное содержание белка. Это связано с тем, что наблюдается обратная зависимость между величиной урожая и содержанием белка в зерне. Однако такая зависимость проявляется далеко не всегда (А.Н. Павлов, 1984). Поэтому, для разработки приемов, направленных на получение высококачественного зерна, необходимо знать сущность такой зависимости.
Кроме того, при сложившихся рыночных отношениях чрезвычайно актуальным является вопрос о сроках хранения зерна, которые обеспечивали бы высокое качество продукции и позволили бы товаропроизводителю реализовывать зерно по выгодным ценам.
Действенным средством повышения качественных характеристик зерна является борьба с вредителями и болезнями растений. Наиболее многочисленный и слабоизученный в Самарской области фитофаг пшеницы - это пшеничный трипе (Haplothrips tritici Kurd.). Малые размеры и скрытый образ жизни на всех стадиях развития являются причинами недостаточной изученности его биологии и экологии. Ранее проводимые в Поволжском регионе исследования, как правило, были направлены на изучение состава, структуры, сезонной и многолетней динамики популяций пшеничного трипса, пищевых связей, взаимоотношений с кормовыми
растениями и влиянию на него агротехнических приемов возделывания культуры. Исследований по изучению вредоносности трипса проводилось недостаточно. Не изучен вопрос изменения биохимического качества зерна районированных сортов, а также различных видов пшеницы в зависимости от степени повреждения зерна пшеничным трипсом.
В связи с этим, для решения важной проблемы повышения качества зерна имеет большое значение выяснение внутренних, физиолого-биохимических изменений, происходящих в зерне и в различные сроки его хранения; изменение содержания белка и всего биохимического состава в зерне, хлебопекарных достоинств пшеницы под влиянием как условий выращивания и хранения, так и генотипических особенностей растений. При этом необходимы исследования влияния вредоносности трипса для выявления механизмов биохимической устойчивости зерна и создания сортов, обладающих высокой устойчивостью к повреждению полевыми вредителями.
Цель исследований. Основной целью работы являлось выявление изменений биохимических показателей качества зерна различных видов, сортов пшеницы в зависимости от погодных условий, при различных сроках хранения пшеницы и под воздействием повреждений пшеничного трипса.
В связи с этим ставились следующие задачи:
Изучить распределение белка и крахмала в зерне яровой пшеницы в зависимости от сорта и погодных условий;
Исследовать влияние различных сроков хранения на изменение содержания белка и его состава в зерне яровой пшеницы;
3) Определить содержание белка и его фракционный состав в зависимости от
сорта, вида пшеницы, условий произрастания и от степени повреждения зерна
пшеничным трипсом;
Определить изменения количественного содержания крахмала и общего количества моно- и дисахаридов, а также содержания редуцирующих Сахаров в зерне пшеницы в зависимости от сорта, вида, погодных условий года и от различной степени повреждения зерна пшеничным трипсом;
Определить суммарную активность ферментов протеаз и амилаз в зерне пшеницы в зависимости от сорта, вида, условий произрастания и от различной степени повреждения зерна пшеничным трипсом;
Дать сравнительную хлебопекарную оценку зерна сортов и видов пшеницы и зерна пшеницы, поврежденной пшеничным трипсом;
Выявить устойчивость сортов и видов пшеницы к трипсу по величине потерь основных питательных веществ зерна.
Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Среднего Поволжья проведены комплексные биохимические исследования по изучению содержания белка и его фракционного состава, а также содержания крахмала и Сахаров, ферментативной активности белково-протеазного и углеводно-амилазного комплексов в зерне различных сортов, видов пшеницы и изучено влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом, на биохимический состав зерна. Установлена углеводная направленность в питании пшеничного трипса. При изучении биохимических показателей качества и вредоносности пшеничного трипса выявлено наличие внекишечного переваривания у данного вредителя. Определено влияние повреждений, наносимых пшеничным трипсом, на хлебопекарные свойства зерна пшеницы. Выявлено влияние биохимических показателей (содержание белка и его отдельных фракций, крахмала и Сахаров, ферментативной активности зерна) в качестве критерия устойчивости сортов и видов пшеницы к повреждениям пшеничного трипса.
Установлено влияние продолжительности хранения на изменение содержания белка и состава белковых фракций зерна яровой пшеницы.
Впервые был проведен сравнительный анализ методов выделения белков и определено качество извлечения белкового комплекса.
Основные положения, выносимые на защиту:
Распределение основных веществ зерна (белок, крахмал) зависит от погодных условий года, сорта, массы 1000 зерен и крупности зерна. При благоприятных условиях вегетации масса 1000 зерен прямо коррелирует с содержанием крахмала и обратно с содержанием белка в зерне. В мелком зерне отмечено повышение содержания белка (в среднем в пределах 1%) и понижение содержания крахмала (в среднем в пределах 3%).
Хранение семян пшеницы в течение трех лет является оптимальным сроком, т.к. способствует максимальному повышению содержанию белка, а также наибольшему количеству наиболее ценных по незаменимым аминокислотам фракций альбуминов и глобулинов относительно зерна других сроков хранения.
При повреждении зерна пшеницы пшеничным трипсом содержание белка снижается до 7% с наибольшими потерями в его составе фракций альбуминов (до 8%) и глиадинов (до 9%), а еще в большей степени снижается содержание крахмала (до 14-18%) и различных групп Сахаров (до 15-18%), что превышает потери белкового комплекса в среднем в 2,3 раза и, свидетельствует, об углеводной направленности питания данного вредителя. Максимальным изменением состояния белкового комплекса при повреждении зерна пшеничным трипсом отличаются сильные сорта и высокобелковые виды пшеницы.
При повреждении зерна пшеничным трипсом происходит значительное повышение ферментативной активности протеаз (в среднем в 1,7 раза) и амилаз (в среднем в 2,5-3 раза) и, поскольку, изменение величины активности амилаз в 1,5 раза выше величины активности протеаз, особенно, в сильно поврежденном зерне изучаемых форм пшениц, то это подтверждает углеводную направленность питания пшеничного трипса и свидетельствует о наличие 1внекишечного переваривания у данного вредителя.
Хлебопекарная оценка различных сортов и видов пшеницы в связи с протеолитической и амилолитической активностью зерна выявила обратную зависимость между объемным выходом хлеба и активностью амилаз и прямую зависимость между объемным выходом хлеба и активностью протеаз. Повреждение зерна пшеничным трипсом вызывает изменение хлебопекарных достоинств изучаемых образцов пшеницы.
Степень поврежденности растений и изменения биохимических показателей качества зерна пшеницы от вредоносности трипса выявили наиболее устойчивые сорта (Кинельская 60 и Кинельская 61) и виды пшеницы (Triticum dicoccum, Triticum spelta), использование которых наиболее значимо как для целей селекции (повышение качества зерна), так и для хлебопекарной промышленности.
Практическая ценность работы. Полученные результаты исследований, научные положения и выводы могут быть использованы в селекционной работе с целью повышения генетического потенциала существующих форм пшеницы и для создания сортов, обладающих устойчивостью к полевым вредителям и, в частности, к трипсу. Это позволит повысить эффективность использования наиболее качественных и устойчивых сортов в производственных условиях, что в свою очередь, приведет к
8 снижению потерь количества и качества зерна как в полевых условиях, так при хранении.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-практической конференции «Современные методы адаптивной селекции зерновых и кормовых культур» (Самара, 2002); на первой региональной научно-практической конференции «Проблемы защиты растений в Поволжье» (Самара, 2002); на 4-й международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003); на заседаниях кафедры химии и биохимии СГСХА (2001, 2002, 2003 и 2004); на международной межвузовской конференции профессорско-преподавательского состава в Самарской ГСХА «Актуальные проблемы АПК в XXI веке» (Кинель, 2004).
Публикации материалов исследований. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 1 в центральной печати.
Декларация личного участия автора. Диссертация содержит фактический материал, полученный лично автором в течение 1995-2003 гг. Лабораторные исследования, обработка и анализ собранного материала выполнены автором полностью самостоятельно с 1997 г. В совместных статьях доля личного участия составляет от 30 до 80%.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах и состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. В работе содержится 30 таблиц, 10 рисунков и 18 приложений. Список литературы включает 331 источник, в том числе 27 на иностранных языках.
Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории кафедры химии и биохимии ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия». Автор выражает благодарность директору Поволжского НИИ селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова член-корр. РАСХН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.В. Глуховцеву и, особенно, заведующему отделом селекции и семеноводства яровой пшеницы доктору сельскохозяйственных наук, профессору А.П. Головоченко за представленный материал для изучения и возможность проведения исследований на опытном поле Поволжского НИИСС им. П.Н. Константинова, научному руководителю, доктору биологических наук, профессору Н.П. Бакаевой за помощь и поддержку во время обработки и анализа материала исследования при написании диссертации, зав. НИЛ Биохимии (СГСХА)
9 Т.И. Щербаковой за помощь и поддержку при лабораторных исследованиях, сотрудникам кафедры технологии хранения и переработки продукции растениеводства и лаборатории по оценке качества зерна и зернопродуктов (СГСХА) за помощь в оформлении диссертации.
Особенности биологии, экологии пшеничного трипса и его вредоносность
Разнообразие физико-географических условий Самарской области определяет богатство и разнообразие животного мира, населяющего его. Наиболее многообразны насекомые (Insecta), среди которых в отряде Thysanoptera наиболее многочисленным и ежегодно встречающимся является пшеничный трипе (Haplothrips tritici Kurd.).
Пшеничный трипе - монофаг, приуроченный к озимой и яровой пшенице, ведущий скрытый образ жизни, что позволяет ему меньше зависеть от неблагоприятных погодных условий, и тем самым сохранять постоянную, высокую численность (Л. Н. Жичкина, В. Г. Каплин, 2001).
Судя по исследованиям, ареал вредителя простирается от восточных до западных границ европейской территории, на севере он ограничен 56 параллелью, на юге -южными фаницами страны (В. И. Дукина, 1984). При продвижении с запада на восток он встречается повсеместно: в Белоруссии (А.Л. Амбросов (1973), В.Ф. Самерсов и СВ. Яченя (1978), СВ. Яченя (1979)), в Молдавии (В. П. Антонова (1973)), на Украине (Н. В. Курдюмов (1912, 1913), Н. В. Знаменский (1926), Н. П. Дядечко (1963, 1964, 1967, 1971), М. Б. Рубанов (1972), Н. Н. Ситченко (1972), В.Н. Писаренко (1976), Ю.Г. Красиловец (1976, 1977)); в Нечерноземной зоне (И.М. Беляев (1964, 1968), В. А. Алехин (1990)), в Черноземном районе (Я. П. Щелкановцев (1929), И. Ф. Павлов (1936, 1958, 1976)), в Поволжье (Н. И. Нефедов (1948, 1955), К. П. Гриванов (1938, 1958), М. И. Дмитриева (1968, 1969, 1972)), Н. Н. Гурова и В. Ф. Костров (1978), С Е. Каменченко (1982)).
На высокую численность пшеничного трипса в афоценозах пшеницы на Урале, в Зауралье, Западной и Восточной Сибири указывали Ю. М. Колосов (1925), И. А. Рубцов (1935), А. И. Иванова (1953), Б. Г. Шуровенков (1957, 1961), Ю. Б. Шуровенков (1963, 1964, 1966, 1970, 1971), Р. Н. Фисечко (1976, 1977). По исследованиям Г. Я. Бей - Биенко (1939), В. И Танского (1958, 1959, 1960, 1961, 1962), Л. П. Роктанэн, В.В. Прядка (1968), К. В. Новожилова и И. М. Смирновой (1970), Ф. Н. Шевченко и 3. С. Тумайкиной (1970), Л. П. Пашковой (1971), пшеничный трипе является одним из наиболее опасных вредителей пшеницы в Казахстане и Алтайском крае. Работами В. А. Верещагина (1935) и В. В. Яхонтова (1960) констатируется присутствие пшеничного трипса в Средней Азии и на Дальнем Востоке. В Грузии изучением трипса занимались М. К. Сохадзе (1966, 1985), Р. Ф. Савенко (1973), в Азербайджане Г. Г. Курбанов (1959), А. А. Джафаров (1971). Особенностям биологии и вредоносности пшеничного трипса в Ставропольском крае посвящены работы А. И. Золотухина (1978), А. И. Моисеева и А. И. Золотухина (1978), в Ростовской области -В.Н.Щеголева(1930).
О распространении пшеничного трипса за рубежом можно судить по работам Я. Любенова (1961), Д. Весалинов (1976) в Болгарии; A. Bournier (1961) во Франции; Е. Banita (1967, 1969) в Румынии; Т. Lewis (1965) и Т. Wetsel (1963) в Германии; Р. Корри (1967, 1970) в Финляндии; Т. N. Ananthakriahnan (1971) в Индии и др.
Трипсы - мелкие насекомые, имеют узкое удлиненное тело темно - коричневого окраса и узкие прозрачные крылья с длинными ресничками, при основании затемненными; передние крылья с 5 - 7 дополнительными ресничками; третий членик усиков желтоватый и несет на себе две трихомы, что является одним из характерных отличительных признаков пшеничного трипса от пустоцветного, пятый и шестой членики равномерно темные. Ноги бегательного типа, темно - серого цвета с пузыревидной присоской на конце лапок. Присоски помогают трипсам хорошо удерживаться на растениях и довольно активно передвигаться в любом направлении (И. М. Беляев, 1974; М. А. Володичев, 1990; Л. Н. Жичкина, В. Г. Каплин, 2001).
Ротовой аппарат колюще - сосущий с хорошо развитой единственной левой мандибулой, снабженной длинными и тонкими максиллами, которые способны достигать клеток мезофилла, образуя пищевой канал для ввода в клетку или межклетники слюнных желез с ферментами, а также всасывания и заглатывания предварительно подготовленных питательных веществ (A. Wardle и R. Simpson, 1927; Bernaux, Bournier, 1968; Ю. Б. Шуровенков, 1971), но более конкретной информации о наборе и активности пищеварительных ферментов у трипсов в литературе отсутствует. шеничный трипе имеет две подвижные питающиеся фазы - имагинальную и личиночную, которые связаны между собой нимфальной стадией. Личиночная фаза характеризуется весьма интенсивным питанием и ростом, обладает запасом питательных веществ, достаточным для метаморфоза. В то время как нимфы не питаются, малоподвижны, не походят на личинок. Нимфальная стадия развития пузыреногих сходна со стадией куколки Holometabola. Личинки первого возраста имеют утолщенные ноги, стройное тело, хорошо приспособлены к поискам мест питания на растении, личинки второго возраста менее подвижны, имеют более тонкие ноги, приспособленные к передвижению по поверхности почвы. Имагинальная стадия трипсов имеет наряду с трофической функцией еще расселительную и генеративную. Поэтому для имаго характерны наличие развитых гениталий, крыльев, сложных фасеточных глаз, простых глазков; они лучше оснащены органами осязания и чувств (Л. Н. Жичкина, В. Г. Каплин, 2001).
К настоящему времени накоплено немало информации по биологии пшеничного трипса (Н. В. Курдюмов, 1912; Н. М. Кулагин, 1922; В. Н. Щеголев, 1937; Н. М. Сахаров, 1947; В. В. Яхонтова, 1953; С. Г. Бобинская, 1956; В. И. Танский, 1958; Б. Г. Шуровенков, 1957, 1961; Л. П. Белобородова, 1961; Т. Г. Григорьева, 1962; М. И. Лопатик, 1967; Л. П. Пашкова, 1971; Н. П. Дядечко, И. Б. Рубана, 1971; В. Н. Писаренко, 1976). Зимуют личинки в стерне яровой и озимой пшеницы, а также в верхнем слое почвы. Весной с прогреванием почвы до 8С и выше личинки становятся подвижными, выползают из мест зимовки. Период превращения личинок в пронимфу и нимфу сильно растянут (около месяца), что вызвано различным температурным режимом мест зимовки личинок (К.П. Гриванов, 1958).
Содержание белка и его состав в зерне яровой пшеницы в зависимости от сроков хранения
Для исследований было взято зерно районированного сорта мягкой яровой пшеницы Кинельская 59: 1996, 1999 и 2001 гг. урожая.
Анализ динамики изменения содержания белка в зерне различных сроков хранения показал, что сразу после уборки урожая (контроль, принят за 100%) во влажный и теплый 1996 год содержание общего белка было на уровне 14,9% от массы зерна (таблица 3.2.1). Через два месяца хранения общее содержание белка в зерне резко повысилось (в 1,2 раза) и это превышение относительно контроля составило 17,5%. Хранение в течение шести месяцев привело к снижению содержания белка в зерне яровой пшеницы до уровня 15,6%, но этот показатель оказался несколько выше уровня белка в зерне сразу после уборки урожая (в 1,1 раза), что в процентном выражении относительно контрольного свежеубранного зерна составило 5,0%.
Изучая содержание белка в отдельных фракциях в зависимости от сроков хранения зерна яровой пшеницы, была отмечена следующая закономерность: доля альбуминов и глобулинов в период исследований возрастала с момента уборки урожая и достигала максимума к 6-ти месяцам хранения: по альбуминам - на 9,7 мг/г зерна больше чем сразу после уборки урожая и на 1,2 мг/г зерна больше чем через 2 месяца хранения и в процентном выражении данное изменение составило 53,0% относительно контроля и 6,6% относительно зерна двух месяцев хранения; по глобулинам - на 10,1 мг/г зерна больше чем сразу после уборки урожая и на 2,1 мг/г зерна больше чем через 2 месяца хранения (72,1% относительно свежеубранного зерна и 15,0% относительно зерна периода послеуборочного дозревания. При чем по всем изучаемым срокам хранения зерна доля альбуминов в зерне в среднем в 1,2 раза превышала долю содержания глобулинов.
Для фракций глиадинов и глютенинов наблюдалась несколько другая тенденция: максимальное значение белка в этих фракциях было отмечено в течение двух месяцев хранения. Так, уровень глиадинов к двум месяцам хранения был на 6,7 мг/г зерна больше чем сразу после уборки урожая (процент к контролю составил 13,2%), а уровень глютенинов - на 2,0 мг/г зерна соответственно (процент к контролю составил 3,0%). Дальнейшее хранение зерна приводит к снижению содержания белков в данных фракциях: на 8,1 мг/г зерна у глиадинов и на 13,8 мг/г зерна у глютенинов, что при сравнительном процентном выражении составило 16,0% и 20,6% соответственно.
Таким образом, при непродолжительном (до двух месяцев) хранении зерна яровой пшеницы сорта Кинельская 59 отмечается увеличение содержания общего белка - на 2,6% и в результате повышается содержание белка во всех фракциях. При дальнейшем хранении (до шести месяцев) содержание общего белка стабилизируется и приближается к количеству белка в зерне сразу после уборки урожая. При этом увеличивается содержание белка в низкомолекулярных фракциях и уменьшается количество белка в высокомолекулярных фракциях. Это связано с периодом послеуборочного дозревания, в процессе которого заканчивается синтез беков, жиров и полисахаридов, а активность ферментов ослабевает. Завершается синтез белков за счет использования небелковых азотистых веществ, происходит уплотнение белков.
Для исследований изменения содержания белка в течение восьми месяцев хранения бралось зерно урожая 2001 года, погодные условия вегетационного периода которого можно считать удовлетворительными. За восемь месяцев хранения завершается период покоя семян, содержание общего белка повышается относительно свежеубранного зерна (контроль, принят за 100%) на 1,4%, а содержание белка в отдельных фракциях изменяется следующим образом: несколько увеличиваются альбумины (процент к контролю составил 8,7%), глобулины (повышение относительно котроля было на уровне 10,6%), глиадины (процент к контролю составил 4,0%), а содержание глютенинов, наоборот, снижается (на уровне 7,4% относительно контрольного зерна).
Следует отметить, что содержание белка в зерне пшеницы различных сроков хранения зависит также и от метереологических условий выращивания растений. В то время как рост растений под влиянием дефицита влаги угнетен, а также заторможен фотосинтез, поглощение азота из почвы продолжается, это приводит к повышению концентрации азота в растении. В засушливых условиях несколько снижается также доля зерна в общей биомассе растения. Повышение концентрации азота в вегетативных органах растения и снижение доли зерна приводит к повышению количества азота в растении, приходящегося на единицу веса зерна, а это - к повышению белковистости зерна. Основная направленность изменений в зерне при хранении - продолжение биохимических процессов биосинтеза, начатых в колосе, превращение низкомолекулярных органических веществ в высокомолекулярные физиологически неподвижные. Одновременно активность ферментов ослабевает и снижается интенсивность дыхания. Однако длительное хранение зерна приводит к снижению общего содержания Сахаров и, в частности, крахмала, так как он в значительной части расходуется в процессе дыхания. Следовательно, количество сухого вещества в зерне уменьшается, а относительное содержание белковых азотистых веществ увеличивается.
Полученные результаты исследований по фракционному составу белка в зерне пшеницы после 6-ти лет хранения показали, что преобладающими фракциями также являются глиадины и глютенины, то есть высокомолекулярные белки (в среднем в 2 раза). Причем доля глиадинов за весь срок хранения несколько возрастала (на 1,2 мг/г зерна), а доля глютенинов, наоборот, снижалась (на 22,7 мг/г), что в процентном выражении относительно свежеубранного зерна составило 2,4% и 33,9% соответственно. Сразу после уборки урожая доля глютенинов была в 1,3 раза больше содержания глиадинов, а после 6-ти лет хранения наблюдалась обратная ситуация, когда доля глютенинов была в 1,2 раза меньше доли глиадинов. В то же время фракции альбуминов и глобулинов в течение 6 лет хранения зерна имели тенденцию в сторону увеличения их содержания на 3,9 мг/г зерна и на 15,3 мг/г зерна соответственно (процент к контролю составил 21,3% и 109,3% соответственно). Сразу после уборки урожая доля глобулинов была в 1,3 раза меньше доли альбуминов, а вот через 6 лет хранения зерна содержание глобулинов уже было в 1,3 раза больше содержания альбуминов.
Изменение содержания белка и его состава в зерне сортов и видов пшеницы в зависимости от повреждения трипсом
Различные сорта и виды пшеницы в силу своих морфо-физиологических особенностей по-разному реагируют на внешние воздействия (применение удобрений, резкие колебания погодных условий, поражение болезнями, повреждения вредителями и т. д.), что обусловливает степень из хозяйственной ценности. Важную роль при этом имеет сравнение сортов пшеницы по содержанию веществ в неповрежденном и поврежденном зерне, поскольку эта характеристика имеет большое практическое значение.
Под влиянием повреждений, наносимых насекомыми, происходят изменения показателей качества зерна, а также выработанных из него продуктов питания. Устойчивые сорта позволят сократить потери зерна и зернопродуктов и оздоровить экологическую обстановку (О.А. Лавренникова, Е.С. Павлова, З.А. Федотова, 2002). Данная работа включала в себя изучение атакуемости гидролазами слюнных желез трипса белкового комплекса зерна пшениц, обладающих различной устойчивостью к данному вредителю. Было исследовано влияние повреждений, наносимых зерну трипсом, на качество клейковинного комплекса эндосперма.
Процесс пищеварения у пшеничного трипса начинается с ферментативной обработки пищевой массы, осуществляемой секретом слюнных желез, и лишь затем следует заглатывание пищи (Н. А. Вилкова, 1969).
В таблице 4.2.1 показано процентное изменение содержания общего белка в зерне исследуемых сортов пшеницы с различной степенью повреждения трипсом. При данном анализе получилось, что в сравнении с неповрежденным зерном (контролем, принят за 100 %), в поврежденном зерне происходит последовательное снижение содержание общего белка, причем потери белка за два года исследований в среднем были одинаковыми. Так, по сорту Кинельская 61 количество белка в зерне с сильной степенью повреждения снизилось на 7,0% в 2002 году и на 6,2% в 2003 году, что составило 14,2% и 13,0% белка соответственно (приложение 5). В зерне со слабой степенью повреждения потери белка составили 1,6%-2,0% в 2002 и в 2003 гг.. У сортов Кинельская 59 и Грекум 3152 снижение содержания белка в сильно поврежденном зерне произошло в пределах 4,8%-5,3% соответственно по каждому году исследований, при этом величина содержания белка составила 13,3% и 13,9% соответственно в 2002 году и 12,1 % - 12,6% по каждому сорту в 2003 году. В зерне со слабой степенью повреждения показатели потери белка практически не различались: 1,4% у сорта Кинельская 59 и 1,2% -1,3% у сорта Грекум 3152 в 2002-2003 гг.
У сорта Кинельская 60 потери общего белка от питания трипса в годы исследований составили 6,4% и содержание белка в зерне с сильной степенью повреждения оказалось на уровне 14,0% в 2002 году и 12,8 % в 2003 году. В зерне со слабой степенью повреждения количество белка также снизилось на одинаковую величину на уровне 1,6% и в 2002 и в 2003 гг. Сорт Тулайковская 5 отличился снижением содержания белка в поврежденном зерне на 5,7% в 2002 году и на 5,2% в 2003 году, что составило 13,9% и 12,8% белка соответственно. Потери белка в зерне со слабой степенью повреждения составили 1,9% в 2002 году и 1,7% в 2003 году, т. е. также практически не отличались. Снижение содержания белка в поврежденном трипсом зерне видов пшеницы находилось в таких же пределах, что и по исследуемым сортам. Так, количество белка в зерне Т. dicoccum в 2002-2003 гг. снизилось в среднем на 6,3% и составило 14,4% и 13,2% белка соответственно в зерне с сильной степенью повреждения (таблица 4.2.2). В зерне со слабой степенью повреждения уровень потерь белка находился в пределах 1,4% - 1,7% по каждому году исследований. Потери белка в поврежденном зерне Т. spelta составили 7,0% в 2002 году и 6,4% в 2003 году, что оказалось на уровне 14,4% и 13,3% белка соответственно (приложение 6). Потери белка в среднем на уровне 1,9% по годам исследований были характерны для зерна данного вида со слабой степенью повреждения.
У видов Т. persicum и Т. sphaerococcum на фоне более низкого содержания белка в зерне наблюдались и меньшие его потери. Так, снижение содержания белка в сильно поврежденном зерне Т. persicum и Т. sphaerococcum в годы исследований было на уровне 5,0% и 4,5%, что составило 13,9% и 13,8% белка соответственно, в 2002 году и 12,7% и 12,6% белка соответственно в 2003 году. В зерне со слабой степенью повреждения потери белка в среднем составили 1,8% по виду Т. persicum и 2,1% по виду Т. sphaerococcum. Такое отличие по содержанию белка в зерне пшеницы с различной степенью повреждения обусловлено особенностями обмена веществ, приводящими к неодинаковому распределению белка в зерне и к различию качества этого белка, что безусловно влияет на доступность пищевого субстрата для питания трипса.
Изменение содержания крахмала и Сахаров в зерне с разной степенью повреждения пшеничным трипсом
Крахмальные зерна образуются в амилопластах и в эндосперме злаков одновременно встречаются мелкие и крупные крахмальные зерна. Размеры и форма, соотношение крупных и мелких крахмальных зерен в эндосперме, их взаимное расположение, составляющие мозаику эндосперма, являются генетически обусловленными признаками (В. Г. Александров, О. Г. Александрова, 1939; М. С. Яковлев, 1950). Это придает структуре эндосперма важную роль в качестве маркера устойчивости злаков к ряду вредителей, в том числе и к пшеничному трипсу. В результате гидролиза биополимеров зерновки слюнными ферментами вызывается нарушение мозаики эндосперма.
В эндосперме пшеницы крахмальные зерна представлены двумя типами: крупные - овальной, эллиптической или округлой формы и мелкие - округлой или ограненной формы. Каждое крахмальное зерно окружено белковым матриксом - слоем прикрепленного белка хафтпротеина. Между крахмальными зернами располагается промежуточный белок - цвикельпротеин (Н. А. Вилкова, И. Д. Шапиро, Л. И. Нефедова, 1990). При этом установлено, что значительно труднее пищеварительными ферментами фитофагов гидролизуются крупные крахмальные зерна по сравнению с мелкими. Таким образом, структура эндосперма оказывает влияние на энергетические затраты насекомых при переваривании пищи и на атакуемость крахмальных зерен пшеницы гидролазами вредителей.
При исследовании поврежденного трипсом зерна пшеницы получилось, что в зависимости от степени повреждения зерна у всех исследуемых сортов и видов пшеницы происходило последовательное снижение содержания крахмала относительно контроля (принят за 100%), причем потери количества крахмала в условиях вегетации 2003 года были значительно больше, чем потери содержания крахмала в поврежденном зерне пшеницы урожая 2002 года (в среднем на 4,4% по сортам и на 4,7% по видам пшеницы). В среднем эти потери составили 10,5% в 2002 году, а в 2003 году они возросли в 1,4 раза и составили 14,9% при сортовом анализе, а при видовом анализе потери крахмала в 2003 году возросли в 1,5 раза и составили 9,9% и 14,5% соответственно по каждому году исследования.
Так, у сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 содержание крахмала в зерне с сильной степенью повреждения снизилось на 8,0% и 8,8% соответственно в 2002 году и на 11,8% и 12,7% соответственно в 2003 году (таблица 5.2.1). У сортов Тулайковская 5 и Грекум 3152 наблюдалось снижение содержания крахмала в пределах 10,6% и 11,6% в 2002 году и в пределах 15,7% и 16,3% соответственно в 2003 году. Сорт Кинельская 59 по потерям крахмала в сильно поврежденном зерне превзошел в среднем в 1,4 раза остальные рассматриваемые сорта пшеницы, поскольку у него величина потерь крахмала составила 13,6% в 2002 году и 18,1% в 2003 году. Минимальное снижение содержания крахмала в зерне со слабой степенью повреждения было зафиксировано у сортов Кинельская 61 и Кинельская 60 (2,3% и 2,9% соответственно) в 2002 году и у сорта Кинельская 61 (2,5%) в 2003 году, а наибольшие потери крахмала в зерне со слабой степенью повреждения имели сорта Кинельская 59 и Грекум 3152 (в пределах 4,1% и в пределах 5,3%) в 2002 и в 2003 гг. соответственно (рис.5).
Что касается видов пшеницы, то здесь в зерне с сильной степенью повреждения наблюдались потери крахмала на уровне 8,1% и 7,4% по видам Т. dicoccum и Т. spelta соответственно в 2002 г. и на уровне 12,0% соответственно в 2003 г. (таблица 5.2.2). Снижение содержания крахмала в поврежденном зерне видов Т. persicum и Т. sphaerococcum составило 11,0% и 13,0% соответственно в 2002 году и 15,9% и 17,8% соответственно по каждому виду в 2003 году. Наименьшие потери крахмала на уровне 1,0-1,6% в зерне со слабой степенью повреждения наблюдались у видов Т. spelta и Т. dicoccum в 2002 году и на уровне 3,0-3,6% у данных видов в 2003 году. Максимальное снижение содержания крахмала было зафиксировано у вида Т. sphaerococcum: на уровне 4,0% в 2002 году и 5,5% в 2003 году (рис. 6).
Возможно, что заметные потери крахмала в зерне с сильной степенью повреждения усугубились дыханием зерна за счет использования мелких крахмальных зерен.
Таким образом, поврежденное пшеничным трипсом зерно всех исследуемых сортов и видов пшеницы в годы исследований отличалось значительным снижением содержания крахмала по сравнению с уровнем снижения содержания белка по каждой степени повреждения зерна пшеницы. При этом величина потерь содержания крахмала в 2003 году превысила величину потерь крахмала в 2002 году в среднем в 1,4 раза по всем исследуемым сортам и в 1,5 раза по видам пшеницы.
