Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Роль сорта в современных технологиях 5
1.2. Основные направления улучшения сортового контроля 8
1.3. Глобулины капусты и их использование в сортовой идентификации капусты
1.4. Биохимический состав 20
1.5. Фенольные соединения 25
1.6. Фенотипическая изменчивость признаков 28
1.7. Значение адаптивности сорта 31
1.8. Капуста: происхождение, биология, народнохозяйственное
32 значение
2. Цель, задачи, материал, методика и условия проведения исследований
2.1. Объект, материал исследований 37
2.2. Агроклиматические условия проведения экспериментов 39
2.3. Методика проведения исследований 42
3. Результаты исследований
3.1. Определение различий запасных белков семян методом электрофореза по полипептидному составу круциферина семян
3.1.1. Видовые различия 43
3.1.2. Сортовые различия 44
3.2. Характеристика семян и листьев капусты белокочанной по биохимическим показателям
3.2.1. Сортовые особенности семян капусты по содержанию биохимических веществ
3.2.2. Сортовые особенности по накоплению фенольных соединений в семенах и листьях капусты белокочанной
3.3. Проявление и характер распределения растений по хозяйственно ценным признакам
3.4. Сортовые особенности индивидуальной изменчивости капусты
3.5. Эколого-географическая разнокачественность семян
Выводы
Практические рекомендации
Список использованной литературы
Приложение
- Роль сорта в современных технологиях
- Глобулины капусты и их использование в сортовой идентификации капусты
- Агроклиматические условия проведения экспериментов
- Определение различий запасных белков семян методом электрофореза по полипептидному составу круциферина семян
Введение к работе
В XXI веке на фоне увеличивающегося загрязнения окружающей среды, включение в рацион питания населения овощной продукции стало актуальной проблемой и составило основу программы «Овощи - питание - лекарство». Население России потребляет овопщ меньше медицинской нормы (136-140 кг на человека в год), всего 105-109 кг в год.
Улучшить существующее положение можно не только за счет селекции новых сортов, но и за счет более полной реализации генетического потенциала сортов. Именно сорт выступает одним из мощных рычагов научно-технического прогресса в сельскохозяйственном производстве (Ларионов, 2003).
Овощи больше, чем какой-либо другой сельскохозяйственный продукт, нуждаются в улучшении качества, так как используются как диетологическая и лечебная пища. К числу основных показателей, характеризующих качественное состояние продукции овощных культур, относятся: размеры, форма, окраска, консистенция, неповрежденность, химический состав, нежность ткани и вкус, аромат, транспортабельность, лежкость, пригодность к различным видам переработки и др (Сокол, 1981).
Качество овощной продукции зависит от ряда причин: условий выращивания (климатической зоны, удобрений, орошения и др.), методов защиты растений от болезней, сорняков и вредителей (применение ядохимикатов), способов уборки, сортировки, калибровки, упаковки, хранения и переработки. Однако основным определяющим фактором при этом является сортовая специфика. Именно сорт является основой технологий. Он определяет и выбор приемов выращивания, места производства продукции, и, в конечном итоге, урожайность и качество продукции.
Наша страна располагает достаточным количеством сортов для того, чтобы обеспечивать население овощной высококачественной продукцией в течение всего года.
Наряду с селекцией сортов нового поколения, активно используется при производстве овощей золотой фонд отечественной селекции - сорта, созданные на Грибовской овощной селекционной опытной станции, а затем во ВНИИССОК, в том числе капустных культур. Из их числа возможен набор соответствующего ассортимента в зависимости от назначения: для определенных условий, в которых лучше проявляется качество сорта, для получения стабильно высоких урожаев, для механизированного возделывания, переработки транспортабельные, лежкие.
Однако даже у хорошо отселектированного сорта в процессе репродуцирования элиты выраженность хозяйственно ценных признаков постепенно снижается (Лудилов, 1987). Поэтому весьма актуальна проблема сортового контроля при семеноводстве, особенно в связи с перенесением его за пределы зон традиционного семеноводства.
Таким образом, для реализации продуктивного и адаптивного потенциала сортов, его лучших свойств, необходим строгий контроль за сохранением присущих ему особенностей, развитие исследований по определению свойств, ранее не описанных, значение которых стало необходимым в современных условиях, разработке принципов прецизионного использования сортов в соответствии с их специфическими свойствами, разработка новых положений, методик в области определения сортовых качеств семян и др.
Роль сорта в современных технологиях
Сорт - понятие хозяйственное, а не ботаническое. Под сортом понимают совокупность культурных растений, созданную путем селекции, обладающую определенными морфологическими, биологическими и хозяйственными признаками и свойствами. Сорт не является постоянным, он подвержен изменениям, без налаженного первичного семеноводства сорта вырождаются, теряют и устойчивость к неблагоприятным условиям.
Хорошо отселектрованный сорт сохраняет свои наследственные качества в нескольких поколениях в различных зонах выращивания. Непосредствен 6 но под влиянием неблагоприятных условий возделывания наследственность сорта не изменяется, но в процессе репродуцирования элиты показатели хозяйственно-биологических признаков постепенно снижаются (Лудилов, 1987).
Существуют различные суждения о влиянии места репродукции на сортовые качества семян, однако практика показывает, что для продовольственных посевов наилучшие семена те, которые получены в наиболее благоприятных условиях выращивания, способствующих их полному вызреванию (Пивоваров и др., 1994).
Сортоведение - это наука, занимающаяся изучением сортов культурных растений; составная часть селекции растений. Сортоведение изучает происхождение сортов, закономерности их географического распространения, изменчивость морфологических признаков, биологических и технических свойств, хозяйственную ценность сортов применительную к различным условиям выращивания; устанавливает для каждого сорта ареал для его распространения, то есть районы, в которых сорт в наибольшей степени проявляет свои хозяйственно ценные признаки. Всестороннее изучение сортов позволяет отбирать для производства наилучшее из них и сознательно управлять изменчивостью их хозяйственно-полезных признаков.
Сортоведение прошло исторический путь развития, на протяжении которого превратилось из науки описательной в науку экспериментальную.
Первые знания о сортах зародились еще в древности. Однако как самостоятельная наука, сортоведение возникло значительно позже. Первые наиболее полные и систематизированные описания сортов появились в Западной Европе в 17-18 веках. Эти описания относились к плодовым культурам и винограду. В конце 18 - начале 19 века сортоведение плодовых растений выделилось в самостоятельную науку - помологию, основоположником которой был русский агроном А.Т. Болотов. Сортоведение полевых культур как наука наибольшее развитие получило во второй половине 19 века. Большой вклад в разработку теоретических и практических вопросов полевых культур в России внес И.А. Стебут (1882). В 1910 он опубликовал статью о теоретических осно 7 вах сортоведения. Он обосновал главный принцип исследований в этом направлении - строго систематизировать и порайонно изучить все многообразие сортов по комплексу морфологических, биологических признаков (урожайность, изменчивость и т.д.).
Исследования по сортоведению проводят и во ВНИИ растениеводства (ГНЦ ВИР), где под руководством Н.И. Вавилова была создана мировая коллекция культурных растений, по разнообразию и численности собранных форм не имеющая себе равных в мире.
Среди задач сортоведения сформулированы следующие:
1. Морфологическое изучение сортов с целью их классификации и идентификации. При этом сначала устанавливают принадлежность сорта к определенному виду и разновидности, а затем сортовые признаки;
2. Сравнительное изучение биологических особенностей и хозяйственно полезных свойств сортов и их изменчивости в зависимости от природных и агротехнических условий: отношение сортов к почвенным и климатическим условиям, продолжительность вегетационного периода, урожайность, зимостойкость и засухоустойчивость, устойчивость к болезням и вредителям, качество продукции и др.;
3. Изучение требований сортов к агротехнике применительно к району возделывания; 4. Изучение филогенеза сортов; 5. Интродукция сортов в различные районы России из зарубежных стран, а также из других климатических районов; 6. Районирование сортов на основе их порайонного изучения.
При классификации и идентификации сортов в некоторых странах (США, Франция) учитывают ряд таких показателей, как химический состав белкового комплекса.
Глобулины капусты и их использование в сортовой идентификации капусты
Капуста не считается источником белковой пищи. Количество белков (1-5,5%)) содержащихся в ней, значительно ниже, чем у фасоли (17%), гороха (29%). Однако значение белкового состава капусты возрастает в связи с ценной и необходимой информацией. Это связано с проблемой использования метода белковых маркеров в селекции и семеноводстве.
Электрофоретическое разделение белков, полученных из тканей растений, в полиакриламидном (ПААГ) или других гелях является одним из наиболее доступных методов в популяционно-генетических исследованиях (Кона-рев, 1983; Созинов, 1985; Малышев, Картель 1997;Календарь, Глазко, 2002;)
В настоящее время с помощью изучения множественных форм ферментов методом энзим-электрофореза решаются многие теоретические и прикладные задачи. С их помощью уточняется ряд сложных вопросов происхождения и систематики различных видов.
Решаются задачи успешного создания коллекций, сохранения и использования диких и культурных растений (Конарев, 1983, 1985; Созинов 1985; Малышев, Картель, 1997; Календарь, Глазко, 2002).
Идея различения сортов по белкам зародилась в ВИРе (для белков зерна). В 20-х годах прошлого столетия Н.И. Вавилов впервые организовал работы по сортовой биохимии и физиологии (Вавилов, 1967). Н.И. Иванов в 30-х годах подошел к пониманию необходимости использования белков для систематизации сортового генофонда культурных растений (Иванов, 1947). С 1967 года В.Г. Конарев с сотрудниками начал реализацию этой идеи (Конарев, 1967).
Белки как первичные продукты экспрессии генов и его локусов отражают специфику генетических систем и могут быть использованы как маркеры в идентификации генотипа и оценке генетической конструкции вида и сорта (Конарев, 1983; Конарев, 200Q,).
По белковым маркерам можно оценивать три главных типа изменчивости: геномную, генную и аллельную.
Геном как генетическая система особенно отчетливо выражен на уровне вида, и для его идентификации наиболее эффективны видоспецифичные белки-антигены. В их числе - некоторые ферменты, их белковые ингибиторы, лектины и запасные белки семян.
Возможности оценки генной изменчивости по электрофоретическим компонентам возрастают с применением иммуноблотинга, где электрофорез полиморфных белков сочетается с определением генной или геномной принадлежности компонентов спектра с помощью специфичных иммунных сывороток или моноклональных антител.
Для сортовой идентификации и решения проблем, связанных с изменчивостью внутри вида и популяций, необходимы генетически полиморфные белковые системы, полиморфизм которых обусловлен аллельной изменчивостью и наилучшим образом раскрывается электрофорезом. Это позволяет по спектру компонентов полиморфного белка различать генотипы и сорта, биотипы и линии. В настоящее время для сортовой идентификации используют десятки полиморфных белковых систем. Для семенного контроля, однако, более удобны и надежны запасные белки. Они множественны, наиболее полиморфны и локализованы в морфогенетически однородных тканях - эндосперме и семядолях зрелого семени (Конарев, 1983, Созинов, 1985; Конарев, 2000).
Для осуществления электрофореза запасных глобулинов семян двудольных необходимы условия для расчленения четвертичной структуры полипептидов и получения сортоспецифичных спектров (Воскресенская и др., 1977).
Долгое время сортоспецифичные спектры не удавалось получать из-за обилия сопутствующих трудноотделимых белков альбуминовой природы, в спектре которых сортовые различия незначительны (Рахманкулов, и др., 1980). Эта проблема была решена использованием для очистки запасных глобулинов криопреципитации. К настоящему времени идентификация сортов по запасным белкам семян методом SDS-электрофореза осуществлена на бобовых, подсолнечнике и многих других двудольных.
Дальнейшее совершенствование метода электрофореза запасных белков для сортовой идентификации направлено на повышение разрешающей способности его в отношении различения генотипов (а не на увеличение компонентов в спектре), а также на ускорение и упрощение процедуры анализа.
Для дифференциации сортов, неразличимых по запасным белкам, обычно привлекают изозимные системы и белки типа альбуминов. Последние в суммарном экстракте часто дают мономорфные спектры. При детальном анализе многие из них оказываются генетически полиморфными (Тарник и др., 2004).
Для сортовой идентификации важно иметь универсальную номенклатуру электрофоретических компонентов и рациональный способ составления сортовых белковых формул. Первый удачный электрофоретический спектр глиадина в крахмальном геле был получен в 1961 году для сорта мягкой пшеницы Понка. Группировки компонентов в этом спектре легли в основу номенклатуры фракций альфа, бета, гамма и омега-глиадина. Но вьювленные компоненты у других сортов пшеницы не укладывались в эту номенклатуру, появились произвольные обозначения. Сравнительный анализ глиадина большого числа сортов и биотипов всех таксономических групп пшеницы и ее культурных и диких сородичей позволил составить эталонный спектр для про-ламинов всех представителей Triticeae.
Агроклиматические условия проведения экспериментов
Наиболее четко видовые отличия наблюдается для А - геномных видов, к которым относятся восточно-азиатские виды капусты (капуста китайская), для которых характерно наличие высокомолекулярных (позиция 28) полипептидов. Относительно устойчиво в спектре круциферина присутствовали компоненты на позициях 23, 28. Характерной особенностью для данного вида является отсутствие 8 и 22 компонентов, присутствующих у капусты других видов (при-лож. 8).
Для капусты краснокочанной, как и для белокочанной, характерно наличие 4, 8,12,18,22 и 25-го полипептидов (табл. 4). В зоне кислых полипептидов выявлен 17-й компонент со слабой и средней степенью насыщенности (30:50). Отличие заключается в наличии 22 компонента, у которого 45% генотипов -средней степени насыщенности (рис.2а). - ——
Капуста краснокочанная сорт Гако 741 Капуста савойская сорт Вертю 1340 Рис. 2а. Электрофоретические спектры разновидностей Для капусты савойской сорта Вертю характерно наличие в электрофорети-ческом спектре слабого 13-го компонента и среднего 23-го компонента (10%).
В отличие от капусты белокочанной и других разновидностей, у капусты цветной в спектре круциферина не выявлены 4-й, 8-й компонент, наблюдается полное отсутствие 22-го и 25-го компонентов. Как правило, суммарный электрофоретический спектр круциферина яровых форм капусты цветной представлен интенсивными компонентами в позиции 5,10,17,24 и слабым 13-м компонентом. Поскольку такое сочетание компонентов мы наблюдаем только у капусты цветной, данный признак можно использовать при видовой характеристике образца (рис. 26).
Для большинства генотипов капусты белокочанной характерно наличие 4, 8, 12, 18, 22 и 25-го полипептидов, которые можно рассматривать как репер-ные, хотя и они подвержены изменчивости и иногда могут отсутствовать. Особенно четко характеризуется сорт Июньская 3200, где появляется наличие ин 45 тенсивного 24-го компонента в кислой зоне, который выявлен у 40% генотипов, остальные 60%о имеют в своем составе дуплет компонентов 22-25. Компонент 10 со средней степенью интенсивности присутствует только у 50%) генотипов (рис. За).
Электрофоретический анализ круциферина F і Трансфер показал, что по данному признаку гибрид капусты белокочанной очень неоднороден. Различия между генотипами наблюдаются как по наличию, так и по степени проявления отдельных компонентов. Это в полной мере относится к 4, 8, 10-му компонентам (табл. 5).Так, у 60% исследованных генотипов 4-й полипептид выражен очень слабо. Компонент №8 у 60% генотипов выражен слабо, у 30% - средне, а у 10%) отсутствует полностью. Что касается зоны кислых полипептидов, то здесь наблюдаются генотипы с 24-м компонентом (20% от общего числа семян). Данный полипептид встречается редко у образцов капусты белокочанной. Единственным сортом, где он встречается у 40 % генотипов, является сорт Июньская 3200. У F] гибрида Трансфер наблюдается редкое сочетание в одном спектре 24-го и 22-го полипептидов (10% генотипов). Выявлена большая вариабельность по степени проявления 22-го компонента (рис. За).
Определение различий запасных белков семян методом электрофореза по полипептидному составу круциферина семян
При изучении биохимического состава семян различных сортов и гибридов капусты белокочанной выявлено, что они различаются по содержанию сырого протеина и белка. Наибольшее количество последнего обнаружено в семенах сортов Номер первый грибовский 147 и Стахановка 1513, а семена сорта Июньская 3200 и гибридов Fi отличаются меньшим содержанием, как сырого протеина, так и белка (табл. 6). Аналогичное распределение обнаружено по содержанию свободных аминокислот у вышеуказанных сортов и гибридов.
Семена капусты белокочанной сорта Номер первый грибовский 147 также отличаются наиболее высоким содержанием липидов, в том числе фосфо-липидов, среди изученных сортов и гибридов капусты белокочанной. Высокое содержание Сахаров и полисахаридов было обнаружено в семенах капусты сортов Номер первый грибовский 147 и Стахановка 1513.
Таким образом, семена изученных сортов и гибридов капусты белокочанной различаются между собой по накоплению основных питательных веществ, при этом семена сорта Номер первый грибовский 147 аккумулируют вышеуказанные вещества в большем количестве по сравнению с другими сортами, и особенно, по сравнению с гибридом Fj Трансфер.
В семенах капусты накапливается много химических элементов. Макро-и микроэлементами богаты семена сортов Стахановка 1513 и Июньская 3200, в которых, соответственно, накапливается 7,24% и 7,11% золы. Много внимания в настоящее время уделяется изучению состава и содержания кремния в живых организмах, где он выполняет роль микроэлемента (Гине, Колесников, 2001). В семенах капусты обнаружено три формы кремния. Семена изученных сортов и гибридов различаются как по содержанию общего кремния, так и по соотношению органической формы к сумме минерального и полимерного кремния. Семена капусты сорта Номер первый грибовский 147 и гибрида БіТрансфер накапливают самое большое количество органического и общего кремния, в отличие от гибрида FiGwio, отличающегося наименьшей способностью аккумулировать изученные формы кремния.
Особый интерес вызывают вторичные соединения, в том числе феноль-ные, которые выполняют в организме регуляторные, защитные функции, а также применяются для профилактики и лечения ряда заболеваний (Харборн, 1968; Минаева, 1978). В семенах капусты обнаружены фенольные соединения двух больших групп: простых полифенолов и оксибензойной кислоты, а также конденсированных и полимерных полифенолов. В семенах капусты белокочанной сорта Июньская 3200 и гибрида БіСоло обнаружено большое содержание указанных полифенолов (табл. 6).
Сравнительное изучение состава фенольных соединений в семенах и листьях капусты белокочанной выявило, что в листьях, помимо двух указанных групп полифенолов (табл. 3), обнаружено присутствие большой группы био-флавоноидов, а также простьк полифенолов, оксикоричной кислоты и её эфиров (табл. 7).
При изучении содержания полифенолов все листья капусты по окраске и возрасту условно были разделены на три группы: 1. Наружные темно-зеленые листья; 2. Наружные светло- зеленые листья кочана; 3. Внутренние непигментированные листья кочана.
В темно-зеленых внешних листьях капусты всех изученных сортов обнаружено самое высокое содержание полифенолов по сравнению с остальными листьями. При этом наибольшее суммарное содержание полифенолов наблюдали у сорта Номер первый грибовский 147 (5,08%), что сравнимо с содержанием фенольных соединений в листьях лекарственных растении, например аронии (5,1) (Колесников, Гине, 2001).
В кроющих светло-зеленых листьях и внутренних листьях кочана наблюдали снижение содержания суммы полифенолов у всех изученных сортов и гибридов, по сравнению с темно-зелеными листьями капусты. При этом существенное уменьшение суммы полифенолов наблюдали во внутренних листьях кочана: до 40% и более. Наибольшим содержанием суммы полифенолов отличались листья кочана сорта Стахановка 1513.
В большом количестве простые полифенолы и оксибензойные кислоты накапливаются в темно-зеленых листьях гибрида у Fi Трансфер и сорта Номер первый грибовский 147; в покровных светло-зеленых листьях кочана - сорта Июньская 3200 и гибрида Б рансфер, а во внешних листьях кочана у сорта Стахановка 1513 и гибрида БіСоло (табл. 7).
Флавоноиды (кверцетин, кемпферол и их гликозиды) обладают наиболее сильной Р-витаминной активностью (Запрометов, 1993), проявляя анти-гистаминный эффект, уменьшающий проницаемость капилляров. Поэтому они используются в составе лекарственных препаратов как сосудоукрепляю-щее средство. Важно отметить, что во всех листьях кочана капусты белокочанной сорта Стахановка 1513 накапливается большее количество флавонои-дов по сравнению с изученными сортами и гибридами, тогда как во внешних (темно-зеленых) листьях капусты наибольшее количество флавоноидов аккумулируется во внешних листьях капусты сорта Номер первый грибовский 147, которые содержат наибольшее количество как суммы полифенольных соединений, так и характеризуются более высоким содержанием кемпферола по сравнению с кверцетином (табл. 8).
Похожие диссертации на Комплексная оценка сортовых качеств у капусты белокочанной и разновидностей рода Brassica L.
