Роль наследственности и среды в формировании агрегирующей способности белкового комплекса зерна яровой мягкой пшеницы (стр. 1 из 2)
Роль наследственности и среды в формировании агрегирующей способности белкового комплекса зерна яровой мягкой пшеницы
М.К. Ахтариева, Л.С. Бондаренко, О.В. Акиншина, В.П. Нецветаев
Тюменская ГСХА, Белгородский научноисследовательский институт сельского хозяйства, Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Введение
Белок зерна - один из основных факторов обуславливающих хлебопекарные свойства пшеницы. Качество белкового комплекса эндосперма мягких пшениц - это его способность образовывать клейковину с повышенной эластичностью. Клейковина формируется путем агрегации отдельных молекул белка при помощи различных связей: водородных, дисульфидных, ионных (электростатических) и других. Водородные связи слабые и при нагревании разрываются, поэтому играют незначительную роль в формировании хлебопекарных свойств муки. Это справедливо для физических связей, участвующих в агрегации полипептидов. В то же время, химическая связь, в виде -S-S- связи, отличается высокой стабильностью и не разрывается под температурным воздействием. Дисульфидные связи обусловлены наличием цистеина в белковых молекулах эндосперма. Следует отметить, что просто увеличение числа цистеиновых остатков на молекулу пептида не гарантирует соответствующего улучшения физических свойств клейковины. Это связано с тем, что сульфгидрильная группа - SH, которая в результате окисления с другими сульфгидрильными группами может образовывать как интрамолекулярные, так и интермолекулярные ковалентные связи -S-S- (рис.).
Соответственно, в формировании макромолекулярных высокополимерных белковых агрегатах участвуют только межмолекулярные дисульфидные мостики. В связи с этим, просто определение числа цистеина в белке может ничего не дать. Подтверждением этому могут быть результаты исследования качества трансгенной пшеницы на основе сорта «Bobwhite», несущей белки большим числом остатков цистеина, по сравнению с обычной пшеницей. В данном случае, наличие ржано-пшеничной транслокации 1RS-1BL даже ухудшало физические свойства клейковины по сравнению с обычной пшеницей [2]. Это связано с тем, что плечо 1RS обуславливает синтез ржаных белков эндосперма снижающих хлебопекарные качества зерна. В основе этого эффекта лежит неспособность секалинов ржи образовывать с пшеничными белками нерастворимые высокополимерные белковые комплексы, которые формируют клейковину с высокими физическими показателями качества [2].
Рис. Схема образования интра- и интермолекулярных дисульфидных связей при формировании белкового комплекса эндосперма и факторы способствующие направлению реакции (по [1])
Лабораторией селекции и семеноводства пшеницы ГНУ Белгородского НИИСХ Рос- сельхозакадемии на основе методов седиментации разработана методика определения числа дисульфидных связей белкового комплекса в муке [4]. Она прошла апробацию в течение ряда лет на сортах озимой мягкой пшеницы в условиях Белгородской области [1, 2, 4, 5].
Целью исследования являлась оценка агрегирующей способности белков муки за счет образования дисульфидных связей у разных сортов яровой мягкой пшеницы Сибири, урожая 2011 и 2012 годов, выращенного на территории Тюмени.
Материал и методы исследований
В качестве растительного материала использовалось зерно 41 сорта яровой мягкой пшеницы, районированной в Западносибирском регионе РФ. Зерно урожая 2011 и 2012 годов этих сортов, выращенное в Тюмени, размалывалось на вальцовой мельнице Квадрумат-юниор с 30-35%-ным выходом муки. Полученная мука использовалась для определения количества дисульфидных связей белкового комплекса в соответствии с методикой, изложенной В.П. Нецветаевым и др. [4-5]. Отличия заключались в том, что полученные величины после двухэтапной седиментации не пересчитывались на процент белка или сухую клейковину. Полученные значения отражают реальные связи т. к. коэффициент корреляции между такими значениями и величинами, отнесенными на процент сухой клейковины, равен 0.9847±0.0214 (N=68; t=45.96). Коэффициент детерминации между данными показателями соответственно составляет 96.97%. Следовательно, для массового анализа достаточно исследовать у образцов величины SDS1 и SDS2, чтобы сделать заключение об их качестве [4]. Для статистической обработки полученных данных использовали программу StatNov, 1991.
Результаты исследований и их обсуждение
Результаты оценки числа дисульфидных связей белкового комплекса в муке пшеницы яровых сортов, выращенных в Тюмене в течение 2011 и 2012 годов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Количество дисульфидных связей белкового комплекса муки по сортам яровой мягкой пшеницы в разные годы (Тюмень)
| № п/п | Название сорта | Количество дисульфидных связей в муке, усл. ед. | НСР0.95 | |
| 2011 | 2012 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Памяти Леонтьева | 4.0 | 75.5 | 20.5 |
| 2 | Красноуфимская 100 | 28.5 | 77.1 | |
| 3 | Тюменская 30 | 23.8 | 69.8 | |
| 4 | Новосибирская 18 | 21.0 | 75.1 | |
| 5 | Чернява 13 | 19.5 | 69.3 | |
| 6 | Сибирская 17 | 22.3 | 64.8 | |
| 7 | Челяба степная | 34.8 | 76.3 | |
| 8 | Омская 38 | 17.0 | 71.0 | |
Окончание табл. 1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 9 | Сударушка | 25.0 | 66.1 | |
| 10 | Ирень | 52.3 | 72.3 | |
| 11 | Тюменская 31 | 49.3 | 71.8 | |
| 12 | Ильинская | 51.0 | 75.5 | |
| 13 | Радуга | 22.5 | 67.1 | |
| 14 | Икар | 44.0 | 71.8 | |
| 15 | ШТРУ-062272 | 41.5 | 70.8 | |
| 16 | Сертори | 53.3 | 78.3 | |
| 17 | Новосибирская 15 | 56.5 | 76.8 | |
| 18 | Новосибирская 29 | 47.8 | 76.8 | |
| 19 | Новосибирская 31 | 48.8 | 77.5 | |
| 20 | Мелодия | 21.3 | 70.6 | |
| 21 | Серебристая | 20.0 | 69.0 | |
| 22 | Свирель | 24.0 | 72.5 | |
| 23 | Авиада | 24.0 | 69.8 | |
| 24 | Геракл | 24.8 | 61.0 | |
| 25 | Маргарита | 52.3 | 50.5 | (20.5) |
| 26 | Тюменская 29 | 46.8 | 75.3 | |
| 27 | ОмГАУ 90 | 1.8 | 75.5 | |
| 28 | ШТРУ-051911 | 32.5 | 79.8 | |
| 29 | Тюменская 25 | 45.8 | 65.5 | |
| 30 | ЛП-588-1-06 | 30.5 | 75.6 | |
| 31 | Черносемноуральская | 22.0 | 72.3 | |
| 32 | Омская 36 | 23.3 | 75.5 | |
| 33 | Тюменская 28 | 27.0 | 76.5 | |
| 34 | Тюменская 27 | 28.5 | 68.3 | |
| 35 | Боганская 51 | 31.5 | 70.5 | |
| 36 | Тепсей | 31.3 | 79.8 | |
| 37 | СКЭНТ 3 | 40.0 | 74.5 | |
| 38 | Кампании | 31.8 | 62.6 | |
| 39 | Диоблон | 42.5 | 69.3 | |
| 40 | Лютесценс 70 | 36.3 | 68.3 | |
| 41 | Казахстанская 10 | 26.5 | 75.0 | |
| НСР0.95 | 7.3 | 7.6 | Х | |
| Доля вклада по двум годам, %: сорта - 10.4; года - | 79.1; ошибка - 10.5 | |||
Следует отметить, что обычный метод седиментации (Зелени или Пумпянского- Созинова) [6], используемый для оценки качества муки, характеризует общую агрегационную способность белкового комплекса зерновки. Учитывая, влияние на агрегацию белков слабых, в частности, физических связей, которые не оказывают существенного влияния на качество, он не применим для характеристики числа -S-S- между пептидами муки. Подтверждением этому являются данные В.П. Нецветаева и др. [4, 5]. Так, корреляция между показателем седиментации по Пумпянскому-Созинову и числом дисульфидных связей в 2008 г. составляла лишь
22 (n=74).
Как видно, в 2011 году уровень числа дисульфидных связей между пептидами муки в целом был значительно ниже по сравнению с 2012 годом, но показал значительную дифференциацию между сортами. С другой стороны, несмотря на боле высокие значения числа -S-S- связей белкового комплекса изученных образцов, различия между сортами по этому показателю в 2012 году нивелировались. Таким образом, обобщая данные по этим годам, проведена оценка влияния наследственности и средового фактора на проявление данного показателя за эти вегетационные периоды (см. табл. 1). В целом, ведущая роль в формировании изменчивости по агрегационной способности белкового комплекса зерна, связанная с -S-S- связями, за эти годы была обусловлена средовым фактором, который составил 79.1%. Учитывая это, оценили метеорологические компоненты теплого периода этих лет урожая. Погодные условия, характеризующие вегетационные периоды 2011 и 2012 годов представлены в таблице 2.
Анализируя особенности метеорологических условий вегетации 2011 года, можно отметить, что в этот период вегетации температурные показатели были близки к средним многолетним. Количество осадков выпадало сравнительно равномерно по летним месяцам и несколько превысило за лето (на 36.1 мм) средне многолетние величины. 2012 год отличался повышенными температурами летнего периода. В целом превышение средних температур этого периода вегетации над средними многолетними температурами составило 2.3°. Осадки выпадали неравномерно по месяцам. Наибольшее их количество пришлось на первый месяц вегетации. Следующие месяцы немного отличались от средних многолетних показателей. В результате за вегетационный период выпало на 56.8 мм осадков выше нормы.