Состав белков и активность амилаз в зерне пшенично-пырейных гибридов при различных условиях азотного питания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, кандидат биологических наук Заславская, Наталья Васильевна

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Заславская, Наталья Васильевна

Обзор литературы .5

1. Содержание и состав белков в зерне пшеницы при различных условиях питания.5

2. Состав и свойства амилазного комплекса зерна пшеницы 19

2.1. Общая характеристика амилаз.19

2.2. Изменение активности амилаз в процессе созревания и прорастания зерна.28

2.3. Влияние удобрений на активность амилаз.36

3. Биохимическая характеристика белков пшенично-пырейных гибридов.„.40

Экспериментальная часть.534. Объекты и методы исследований.53

5. Урожай и качество зерна пшенично-пырейных гибридов при различных условиях азотного питания.64

5.1. Полевые опыты.64

5.2. Вегетационные опыты.70

5.3. Изменение содержания белкового и небелкового азота в процессе созревания зерна.77

5.4. Влияние условий азотного питания на фракционный состав белков .90

6. Использование азота поздней некорневой подкормки для биосинтеза белков в зерне пшенично-пырейных гибридов 96

6.1. Включение азота мочевины, меченной ^N, в белки и белковые фракции зерна .96

6.2. Интенсивность биосинтеза в зерне глиадиновых фракций .I02-III

7. Активность амилаз в зерне пшенично-пырейных гибридов при различных условиях азотного питания .III-I

7.1. Активность амилаз в зрелом зерне .III-II

7.2. Изменение амилаэной активности в процессе созревания зерна.118

7.3. Электрофоретические исследования амилаз созревающего зерна.„.128

8. Изменение активности и изоферментного состава амилаз в процессе прорастания зерна.132

9. Изменение состава амилаз в зрелом зерне .142

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Агрохимия», 06.01.04 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Состав белков и активность амилаз в зерне пшенично-пырейных гибридов при различных условиях азотного питания»

ХХУ1 съезд КПСС поставил перед сельским хозяйством нашей страны задачу обеспечения дальнейшего роста производства продуктов питания и сельскохозяйственного сырья. Это направление в развитии сельскохозяйственного производства получило свое дальнейшее развитие в постановлениях майского Пленума ЦК КПСС 1982 года, одобрившего "Продовольственную программу СССР на период до 1990 года", в которой указывается, что ускоренное и устойчивое наращивание производства зерна - ключевая проблема растениеводства. Вместе с тем важнейшей стороной зерновой программы является увеличение производства растительных белков и улучшение их аминокислотного состава.

Главным источником растительного белка в нашей стране являются зерновые культуры, среди которых наибольший удельный вес занимает пшеница. Количество и качество белка в зерне пшеницы определяется, с одной стороны, генетическими особенностями растений, а с другой - условиями выращивания, и прежде всего, применением удобрений. Как показывают опыты, среди всех элементов питания, оказывающих влияние на белковость зерна, ведущее место принадлежит азоту.

Особое значение имеет повышение качества зерна пшеницы путем селекции высокобелковых форм с улучшенным аминокислотным составом белков. Высокой белковостью зерна отличаются многие сородичи пшеницы и в частности пырей сизый. При гибридизации пшеницы и пырея были получены новые растительные образцы, обладающие повышенной зимостойкостью, групповым иммунитетом и высокой белковостью зерна, В результате их скрещивания с лучшими сортами пшеницы могут быть получены новые высококачественные сорта.

Однако, несмотря на то, что пшенично-пырейные гибриды давно используются в практической селекции, их биохимические свойства изучены очень слабо. Практически не изучены изменения, происходящие в амилазном комплексе зерна пшенично-пырейных гибридов при созревании и прорастании. Почти нет сведений о влиянии условий выращивания, в том числе и условий питания, на ферменты амилаз-ного комплекса. Мало имеется данных о "последействии" минеральных удобрений на активность амилолитических ферментов прорастающих семян.

Нами выполнены исследования по изучению влияния условий азотного питания на состав белков и активность свободных амилаз в зерне пшенично-пырейных гибридов разного геномного состава в процессе созревания и прорастания.

Работа выполнена в 1979-1983 г.г. на кафедре агрономической и биологической химии Московской сельскохозяйственной академии им.К.А.Тимирязева. Материал выращивали на Полевой опытной станции ТСХА и в вегетационном домике Агрохимической опытной станции им.Д.Н.Прянишникова.

I. СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ БЕЛКОВ В ЗЕРНЕ ПШЕНИЦЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПИТАНИЙ

Главными источниками растительных белков для питания людей и кормления сельскохозяйственных животных являются зерновые злаки. Из всего количества белков, который дают в мире зерновые злаки, на долю пшеницы приходится 38,4%, а в нашей стране этот показатель равен 70%. Одним из недостатков пшеничного зерна является сравнительно невысокое содержание белка, а также низкое содержание в белке лизина и некоторых других незаменимых аминокислот. Поэтому актуальной задачей растениеводства нашей страны является не только получение высоких урожаев пшеницы, но и повышение белковости зерна, а также улучшение биологической ценности белков.

Качество зерна пшеницы обусловлено с одной стороны генетическими особенностями сортов, а с другой - условиями выращивания и применением удобрений. В зависимости от условий выращивания процент белка в зерне пшеницы может изменяться в довольно широких пределах, при этом условия питания растений имеют первостепенное значение (Плешков, 1967; Павлов, 1967; Плешков, Иванов, Новиков, 1975; Виноградова, 1978; Плешков, 1980; '¡ЬЩ/М,

Главными факторами внешней среды, заметно влияющими на содержание белка в зерне, являются обеспеченность растений азотом и влагой. Действие засушливых условий, приводящее к повышению содержания белка в зерне, в значительной мере также сводится к измене нию обеспеченности растений азотом (Павлов, 1967; Мийёв, 1973; Созинов, 1976; Павлов, Минеев, 1982;

К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал о возможности повышения содержания белка в зерне пшеницы при внесении органических и минеральных удобрений. Как показывают опыты, наиболее сильное влияние на белковость зерна оказывают азотные удобрения. Применение азотных удобрений в достаточно высоких нормах позволяет повысить содержание белка в зерне пшеницы в производственных условиях на 1-3%9 а в полевых и вегетационных опытах на 2-5% (Княгиничев, 1951; Созинов, Козлов, 1970; Костышин, Кривошея, Мойса и др., 1981; Балабайко, 1981; Зуел^ок*, -/Ш;

Раи/% ¿/аУсАееРк,, /евЗ) о&Асуа, ^у).

Следует отметить, что при низком уровне азотного питания при дополнительном внесении небольших норм азота, как правило, увеличивается сбор зерна, тогда как содержание в зерне белков может даже снижаться. С другой стороны внесение высоких норм азота (свыше 120 кг/га) в ряде опытов не вызывало дальнейшего значительного повышения урожая, но заметно повышало белковость зерна (Плеш-ков, 1964; Минеев, Павлов, 1981; Бухар, 1981; Павлов, Минеев, 1982; Стулин, Жемела, Саввина, 1982).

Особенно эффективными для повышения белковости зерна являются поздние некорневые азотные подкормки, которые обычно проводятся в фазы колошения, цветения, начале налива зерна. Такие некорневые подкормки повышают содержание в зерне белков даже при внесении высокой нормы азота до посева (Павлов, 1967, 1974; Голубев, Паршенок, 1975; Иванова, Кожемякова, 1977; Плешков, Новиков, Ми-ляева, Зазимко, 1981).

Многочисленные опыты показали,что поздние некорневые подкормки азотом эффективны на малоплодородных дерново-подзолистых и серых лесных почвах, на почвах с высоким фоном основного удобрения, в районах с умеренными температурами, а также достаточным и избыточным увлажнением, то есть в тех случаях, когда климатические условия предопределяют формирование зерна с пониженным качеством

Булаткин, 1975; Антонюк, Погребняк, 1976; Собко, 1976; Рогов, 1978).

Необходимо учитывать также, что питательная и кормовая ценность зерна пшеницы определяется не только общим количеством белка, но и содержанием отдельных белковых фракций, которые различаются по содержанию незаменимых аминокислот. По степени растворимости в воде, солевых растворах, 70^-ном этаноле и щелочи белки зерна пшеницы разделяются на следующие фракции: альбумины, глобулины, глиадины и глютенины. На долю спирторастворимых белков -глиадинов приходится до 40$ от общего количества белков зерна, меньше содержится щелочерастворимых белков - глютенинов, а количество альбуминов и глобулинов обычно составляет не более 25-30% (Осборн, 1935; Княгиничев, 1958; Павлов, 1967; Сысоев, Китаева, 1970; Плешков, 1980).

Альбумины и глобулины в основном представлены белками - ферментами, которые сосредоточены в алейроновом слое и зародыше зерновки. Эти белки являются наиболее полноценными по содержанию и соотношению незаменимых аминокислот. Глиадины и глютенины являются запасными белками, в сумме они составляют около 7Ofo всех белков зерна и локализованы в эндосперме (Меньшикова, Ахунбаева, 1964; gtb^zß, He/tg, tfoc/r/v) S/'ßx/tc, ■fffcZj.

Глиадины отличаются от других белков зерна высоким содержанием пролина и глутаминовой кислоты и имеют большое число гидрофобных групп в молекуле за счет остатков лейцина, изолейцина, ва-лина, фенилаланина и других аминокислот. Они относятся к биологически неполноценным белкам, так как практически не содержат лизина и триптофана. Особенности аминокислотного состава глиадинов предопределяют их способность к агрегации и комплексообразованию, что лежит в основе формирования клейковины ( ^o^i^S,

Глютелины по аминокислотному составу занимают промежуточное положение между глиадинами и легкорастворимыми белками - альбуминами и глобулинами. Содержание лизина в глютенинах значительно выше, чем в глиадинах (Меньшикова, Ахунбаева, 1964; Павлов,1967; Плешков, 1980; /б/е^л^, у//; о/^Л^ ^о^/исМ, /ЯсъхЬ'тк,

Белковые фракции, вьщеляемые по Осборну, не являются гомогенными. Они представляют собой смесь белков, различающихся по физико-химическим свойствам. Электрофорезом в полиакриламидном геле легкорастворимые белки - альбумины и глобулины могут быть разделены на 15-20 компонентов (Сафонов, Сафонова, 1965, 1969; Плешков, Новиков, Лапченко, 1975; Новиков, Плешков, Строев, 1980; Миллева, 1980уд66 ). Так как легкорастворимые белки, с одной стороны, обладают ферментативной активностью, а с другой стороны, могут использоваться в качестве генетических маркеров, эти белки выделены в высокоочшценном состоянии и их свойства подробно изучены (Варицев, Плешков, 1976; Плешков, Новиков, Груздев, 1978; Кузнецова, Плешков, 1979; Конарев, 1980; оТи^-Ш, ё-иЪь/, ; ъЛ/9 УУ;

Разделение глиадинов электрофорезом в полиакриламидном геле выявило наличие четырех групп компонентов, названных в порядке убывания их электрофоретической подвижности при движении к катоду и и) -глиадинами Шо^сЛе'^ Зоажа^ /2

По ряду признаков и свойств суммарный глиадин можно разделить на две неравноценные группы белков. Одна из них, преобладающая, представлена и ^ - фракциями, другая - со - фракцией. Глиа-дины и ^-фракций составляют около 80-90$ всего глиади-на. Компоненты этих фракций имеют молекулярную массу 30000-45000 (условно, по шкале белков-эталонов при ДДС-электрофорезе). В этих фракциях содержится в среднем 35-40% глутаминовой кислоты и глу-тамина, 15-20% пролина, 2,5% цистина, 1% метионина и 0,5-0,7% лизина (Перуанский, 1974; Конарев, Гаврилюк, Губарева, 1976, 1977; Покровская, Рустамова, 1977; У^/

Фракцию со -глиадина от других фракций отличают следующие свойства: низкое содержание лизина (0,1-0,3%) и других основных аминокислот, слабый суммарный заряд молекулы, полное отсутствие или очень низкое содержание цистина и метионина, очень высокое содержание глутамина и глутаминовой кислоты (до 56%) и пролина (до 30%), повышенное содержание фенилаланина (до 10%) и большое число гидрофобных групп в молекуле (Тютерев, Чмелева, Мойса, Дорофеев, 1973; Перуанский, 1974; Махмудов, Алиев, Плешков, 1982; Труфанов, Левина, Кондратов, Глянько, 1982; , 1971,

С помощью электрофореза установлено, что -глиадины состоят из 2-8 компонентов, ^ и ^-фракции насчитывают по 2-4 компонента. Наиболее гетерогенной фракцией являются "7-глиадины, которые имеют в своем составе до 12 компонентов (Конарев, 1976; Конарев, Гаврилюк, Губарева, 1977; Махмудов, Алиев, Плешков,1982; иые, /¿б/; ¿ЛалАж-*^,

Разделение глиадинов в полиакриламидном и крахмальном гелях позволило обнаружить до 20-25 белковых компонентов. Сочетание изоэлектрофокусирования в полиакриламидном геле с электрофорезом в крахмальном геле дало возможность идентифицировать в этой фракции более 40 компонентов (Созинов, Попереля, Стаканова, 1973; Созинов, Попереля, 1975;

В процессе электрофоретических исследований разных сортов пшеницы была установлена строгая видовая и сортовая специфичность спирторастворимых белков эндосперма. Наиболее специфичными оказались медленнодвижущиеся компоненты глиадинов. При этом различные сорта пшеницы могут иметь одинаковые электрофоретические спектры альбуминов и глобулинов, но как правило, различаются по составу глиадинов. Только близкородственные сорта имеют сходные спектры спирторастворимых белков (Созинов, Попереля, 1975; Конарев, Гав-рилюк, Губарева, 1970,1976; Плешков, Новиков, 1977; Кузнецова, Плешков, 1979; Махмудов, Алиев, Плешков, 1982; ъДс^'Шую,

В результате исследований методами гельфильтрации, ионноб-менной хроматографии, электрофореза в крахмальном и полиакриаламид-ном гелях было установлено, что глготениновая фракция представляет собой гетерогенный комплекс, содержащий наряду с альбумино- и глиадиноподобными белками специфические субъединицы, присущие только глютенину. Суммарный глютенин - высокоагрегированный белок с неопределенным составом и размером молекул, которые значительно зависят от способа выделения. Основные субъединицы глютенина значительно различаются по молекулярной массе и аминокислотному составу ( УШ -, МЛ/ /9X3)

Р/мяс, Зиёби^ ёАа/ь, ЗекгА*/;

Способность глиадина и глютенина к агрегации молекул и комп-лексообразованию их с различными веществами обеспечивает этим белкам ведущую роль в формировании клейковины. Качество клейковины связано с соотношением фракций глиадина и глютенина. Сравнительное изучение большого числа сортов мягкой пшеницы показало, что у большинства из них величина соотношения глиадин: глютенин находится в пределах 1:1-2:1. Замечено, что высокое качество клейковины часто связано с низким значением этого показателя (Мойса, Костышин, 1981; ). Однако устойчивой корреляции этого показателя с качеством клейковины не обнаружено. Следовательно, хлебопекарные свойства муки зависят не только от соотношения, но и от природы белка, и прежде всего от свойств глиадина и глю-тенина (Вакар, 1975; Перуанский, Надиров, 1977; Вакар, Колпакова, 1977).

Многие исследователи отмечают, что количество глютенина, растворимого в 0,1н уксусной кислоте, тесно коррелирует с хлебопекарными свойствами пшеничного зерна (Губанова, Щеголева, 1977;

-МЫ/Ж, Мл/г«^ ). Вакар А.Б. и Колпакова В.В.

1977) сообщают, что в их опытах наилучшими реологическими свойствами обладала клейковина, сформированная из ^-глиадина и суммарного глютенина. Эти опыты также показали, что клейковина может формироваться при полном отсутствии ¿¿'-глиадина. Блоксма А. ( считает, что -глиадины, лишенные цистеина, повышают эластичность клейковины, тогда как ^ , ¿(^-глиадины способствуют усилению прочности клейковины, особенно их компоненты, богатые Я-группами.

Качество клейковины зависит от сортовых и видовых особенностей пшеницы, однако в пределах каждого сорта, как сообщают некоторые исследователи, наблюдаются некоторые колебания по соотношению в ней отдельных белковых компонентов в зависимости от условий возделывания растений (Стрельникова, 1971; Перуанский, 1975; Колпакова, 1976; Стрельникова, Опанасенков, 1978).

Азотные удобрения, изменяя количество белка в зерне, изменяют и его качество. Эти изменения касаются соотношения белковых фракций. Многие исследователи считают, что органические и минеральные удобрения слабо влияют на содержание в зерне пшеницы альбуминов и глобулинов или же уровень этих белков снижается, но под влиянием удобрений в зерновках значительно повышается концентрация глиадинов и глютенинов (Глуховский, Полякова, 1969; Полякова,

Глуховский, 1970; Вертий, Малюга, 1969; Захаревский, Волынсков, 1970; Шевченко, Шевченко, 1981). Большинство исследователей пришли к выводу, что азотные удобрения повышают прежде всего долю клейковинных белков и в большей мере глиадинов, а количество водо-и солерастворимых белков либо не изменяется, либо снижается (Пшеничный, Тибирькова, 1971; Вертий, Ветрукова, Волкова и др., 1972; Алексеева, Никитаева, Стеблянская, 1974; Бурлаку, 1975; Воллейдт, Мяделец, 1977; Виноградова, 1978; ^o&tej,

В литературе имеются также сведения, которые показывают, что содержание белка в зерне пшеницы под влиянием повышенных доз азота возрастает как за счет глиадинов, так и глютенинов, а также за счет общего количества белков нерастворимого остатка (Бурлаку, 1972). Хотя другие исследователи установили, что под влиянием удобрений содержание нерастворимых белков или не изменяется, или несколько снижается (Коданев, 1976; Виноградова, 1978). Калининский A.A. и Комарова Т.Е. (1975) считают, что увеличение доли глю-тенина в клейковине в результате применения удобрений приводит к улучшению ее качества.

Изменение в зерне пшеницы соотношения белковых фракций, выделяемых по Осборну, под действием удобрений приводит, как правило, к изменению аминокислотного состава суммарного белка в зерне. Так как применение азотных удобрений приводит к увеличению доли клейковинных белков, то изменение аминокислотного состава суммарного белка связано чаще всего с увеличением содержания тех аминокислот, которые в большем количестве содержатся в глиадинах и глютенинах, то есть глутаминовой кислоты, пролина и амидов. Содержание лизина, гистидина, аргинина, глицина и тирозина при этом снижается* Некоторые отклонения в содержании аминокислот в суммарном белке зерна под влиянием удобрений являются следствием изменения фракционного состава белков, в силу того, что отдельные белковые фракции зерна различаются по аминокислотному составу. При внесении удобрений в белках зерна пшеницы наиболее заметно увеличивается содержание глутаминовой кислоты и снижается количество лизина (Плеш-ков, Савицкайте, 1963, 1965; Макарова, Жемела, 1974; Федотов, 1978; Шинкарев, 1978; Бурлаку, 1979; Минеев, Семихов, Тищенко, 1979; МЖ-^ир, /^¿У; /^/¿Г ^¿е^,

Однако следует подчеркнуть, что состав индивидуальных белков под влиянием удобрений и других внешних факторов не претерпевает никаких изменений, этот состав стабилен и определяется генетическими особенностями растений. Удобрения могут изменять в зерне лишь фракционный состав белков (Кретович, 1958; Плешков, Савицкайте, 1965; Вертий, Ветрукова, Волкова, 1970; Стадник, 1978;

При изучении влияния удобрений на компонентный состав белков установлено, что электрофоретические спектры легкорастворимых белков существенно различаются в зависимости от сортовых особенностей, но, как правило, не изменяются в зависимости от условий выращивания растений (Губанова, 1973; Шестакова, 1974; Миляева, 1979, 1980).

Уровень азотного питания, как считает большинство исследователей, не оказывает заметного влияния на формирование компонентного состава глиадина, хотя различия в содержании белка в зерне при этом могут быть значительными (до 4%). Каждый сорт пшеницы при любых условиях выращивания сохраняет присущий ему компонентный состав глиадина, который имеет также четко выраженную видовую специфичность (Созинов, 1973; Созинов, Попереля, 1975; Плешков, Иванов, Новиков, 1975; Конарев, ,

На различных этапах развития зерновок синтез отдельных белковых фракций происходит с неодинаковой интенсивностью и поэтоь^ общее накопление белков обычно сопровождается изменением фракционного состава. Альбумины и глобулины в созревающем зерне пшеницы наиболее интенсивно синтезируются в фазе формирования зерна и начале молочной спелости. Концентрация в зерне клейковинных белков -глиадинов и глютенинов на ранних этапах его созревания очень низкая, интенсивный биосинтез этих белковых фракций начинается в конце молочной спелости и продолжается до полного созревания зерновок (Княгиничев, 1951; Вакар, 1961; Павлов, 1972;

При фракционировании белков, образующихся на разных фазах развития зерновки, было установлено, что глютенин обнаруживается фактически с первых этапов ее формирования, однако иммунохимиче-ски он обнаруживается позднее - с начала фазы налива зерна. Последовательность образования глиадиноподобных субъединиц глютенина пшеницы пока не установлена. Неглиадиновая часть глютенина выявляется в растворимых белках зерновки уже в начале фазы налива зерна (Шаяхметов, 1974).

Соотношение глиадин:глютенин на разных этапах развития зерновок не остается постоянным. Опыты по изучению включения ^С-аце-тата в глутаминовую кислоту показали, что образование глютенина в ранние фазы развития зерна происходит более интенсивно, чем глиадиновых белков. На завершающих этапах созревания зерна положение изменяется - с более высокой интенсивностью синтезируются уже спирторастворимые белки (Княгиничев, 1951; Минеев, 1966; Комарова, 1975; Тома, Ракул, 1981;

Опыты по изучению некорневой азотной подкормки с использова

Т(Г нием N также показывают, что синтез клейковинных белков у пшеницы начинается в ранние фазы развития зерна, однако наиболее интенсивно азот подкормки включается во фракцию глиадинов и глю-тенинов, начиная с фазы молочной спелости (Воллейдт, Кузнецова, 1969; 1974; Муравин, Кожемячко, 1972; Воллейдт, Мяделец, Кукреш, 1976; Муравин, Кожемячко, Верниченко, 1978; Воллейдт, 1977; Воллейдт, Мяделец, 1977).

В опытах с использованием меченых изотопов N , х С и $ установлено, что образование легкорастворимых и клейковинных белков в зерне - это два независимых процесса. Изучение включения в белки "^С - глицина и ^С - пролина показало, что легкорастворимые белки не являются предшествовенниками клейковинных белков

В последнее время показано, что водо- и солерастворимые белки синтезируются главным образом с участием 70 5 рибосом пластид и митохондрий, а синтез спирто- и щелочерастворимых белков - с помощью 80 & рибосом цитоплазмы (Белова, 1982).

Проводя детальное изучение клейковины Вакар А.Б. и др. отмечают, что уже в фазе молочной спелости в зерне содержится ре^боль-шое количество клейковины. С самого начала развития зерна, когда можно отмыть клейковину, глиадин и глютенин находятся в зерне не в свободном состоянии, а образуют комплекс, быстро приобретающий характерные свойства клейковинного белка. Однако в фазе начала молочной спелости клейковина имеет низкое качество: плохую связность, низкую гидратационную способность и недостаточную упругость. В ходе налива и созревания зерна содержание клейковины повышается, а ее качество улучшается. К фазе восковой спелости клейковина приобретает характерные для нее реологические свойства, что связано с уплотнением клейковинного белка (Вакар, 1961; Вакар, Эль4Диличи, Толчинская, 1964; Вакар, Демидов, Забродина, 1972).

Изменение соотношения белковых фракций в процессе созревания зерна влечет за собой изменение аминокислотного состава суммарного белка. Аминокислотный состав белков зерна по данным ,И?кен-нингса А. и Мортона Р. (^вмЫ^^оъ/оя, -/363 ) изменяется в сторону увеличения содержания глутаминовой кислоты, пролина, фенил-аланина, гистидина и амидов, в то же время содержание в белках аспарагиновой кислоты, треонина, аланина, валина, изолейцина, леДцина, лизина и арганина снижается.

Изучение компонентного состава легкорастворимых белков зерна пшеницы с помощью электрофореза в полиакриламидном геле показало, что на ранних фазах созревания в зерновках содержится сравнительно небольшое число белковых компонентов (Кударов, Заиров, Дарканбаев, 1974; Али-Заде, Гаджиева, 1976). К фазе восковой спелости число электрофоретических белковых компонентов увеличивается и изменяется их соотношение, а в период от восковой до полной спелости количество электрофоретических фракций изменяется незначительно и достигает у некоторых сортов 20-22 (Груздев, Жебрак, Новиков, 1976; Кузнецова, Плешков, 1979; Миляева, 1979).

При иммунохимическом исследовании водо- и солерастворимых белков трех видов мягкой пшеницы с использованием радиоактивного углерода было установлено, что общие для всех геномов белки синтезируются преимущественно на ранних этапах развития зерновок; геноспецифичные белки (они же фазоспецифичные) синтезируются главным образом во время налива и созревания зерна. Как видно из этих опытов, разнокачественность геномов пшеницы, проявляющаяся в синтезе специфических белков, наиболее выражена на последних этапах развития зерновки, то есть в фазы специализации, функциональной и морфологической дифференциации эндосперма. Иммунохимические исследования спирторастворимых белков показали, что независимо от сорта уже в фазе формирования зерна некоторые белки дают слабую реакцию преципитации, в результате которой проявляются по имму-нохимической специфичности два белковых компонента. В фазе молочной спелости зерна спектр белков, проявляющих иммунохимическую специфичность, усложняется, а к фазе полной спелости появляются еще 1-Е белковых компонента (Конарев, 1976; Конарев, Павлов, Шаях-метов, Колесник, 1974).

Электрофоретический анализ показал, что уже в фазе формирования зерна синтезируются отдельные компоненты «С ^ -глиадинов. Компоненты о?-глиадина в этой фазе выражены еще очень слабо. Аналогичные результаты были получены в опыте с использова-Т4 « нием меченных С аминокислот.

Следовательно, в первую очередь при созревании зерна образуются компоненты c¿,Jc) -глиадинов и быстроподвижные компоненты ^ -глиадинов, а затем уже синтезируются медленнодвижущиеся компоненты ¿f-глиадина и ш -глиадины. Специфические черты электрофоре-тического спектра глиадина, отражающие его сортовую принадлежность по оС/сР, lf -глиадинам появляются уже к концу формирования зерна, по иЭ -глиадинам - в фазе налива зерна. Очевидно, с фракцией ^ -глиадинов связаны "созревание" клейковинных белков и способность их давать полноценную клейковину. Образование со -глиадинов на самых поздних стадиях развития зерновки свидетельствует о том, что эти белки эволюционно самые молодые. По аминокислотному составу они представляют самую специализированную форму запасного белка (Шаяхметов, 1974; Павлов, Колесник, Шаяхметов, 1975; Конарев,1980;

Другие исследователи сообщают, что при разделении спиртораст-воримых белков зерна некоторых сортов пшеницы в кислом геле спектр глиадина в фазе молочной спелости представлен со -глиадинами, которые, как они предполагают, претерпевают значительные изменения в последующие фазы. От фазы молочной до фазы восковой спелости зерна спектры изменяются незначительно, и только в фазе восковой спелости появляется зона быстродвижущихся компонентов ( об,^ -глиадины ) (Груздев, Жебрак, Новиков, 1976).

Многие исследователи предполагают, что компонентный состав глиадина предопределяет хлебопекарные качества зерна. Низкие хлебопекарные качества недозревшего зерна связывают с высокой концентрацией в ней ^ -глиадинов, а наличие четко выраженной зоны компонентов ^ -фракций в спектре глиадинов является признаком высокого содержания в зерне белка и указывает на хорошие хлебопекарные свойства (Дроздов, Покровская, 1973; Созинов, Попереля, Стаканова, 1973; Груздев, Жебрак, Новиков, 1976).

Исследования глютенина с применением методов седиментационно-го анализа и ДЦС-электрофореза показали, что восстановленный и блокированный цианоэтилом глютенин можно разделить гельфильтра-цией на сефадексе ^ -100 на три фракции глютенин 1,П,Ш, различающиеся по молекулярной массе и аминокислотному составу ( паи^и, А/ха^и^ (¿¿т^а^^от^а-м*?, Анализируя особенности биосинтеза щелочерастворимых белков Тома З.Г. и Ракул Г.Т. (1981) указывают, что содержание отдельных фракций глютенина неодинаково по мере созревания зерновки пшеницы. Фракция глютенина I от фазы формирования до фазы восковой спелости зерна составляет до 13,514,5% (от белкового азота зерна) и к полной спелости снижается до периода созревания, а содержание глютенина Ш во всех фазах составляет примерно третью часть от общего количества белков, то есть 28-35%. Исследователи высказывают предположение, что хлебопекарные качества муки зависят от содержания в зерне глютениновых фракций П и Ш; если в зерновках содержится небольшое количество глютенина П и преобладает фракция глютенина Ш, то мука из такого зерна будет обладать хорошими хлебопекарными качествами.

Таким образом, показано, что при внесении удобрений можно значительно повысить содержание белков в зерне пшеницы. Однако повышение белковости зерна под влиянием удобрений происходит в основном за счет увеличения доли глиадинов, которые относятся к неполноценным с точки зрения аминокислотного состава белкам, обладающим низкой биологической питательной ценностью. Единственный путь улучшения аминокислотного состава белков пшеничного зерна - селекционное улучшение сортов. Поэтому важное значение приобретает изучение белкового комплекса зерна различных коллекционных образцов, гибридов и мутантов пшеницы, с целью подбора исходного материала для создания новых сортов, способных накапливать в зерне возможно большее количество белков с повышенным содержанием незаменимых аминокислот.

По мере созревания зерновок пшеницы в них происходит накопление белковых веществ. Этот процесс сопровождается качественными и количественными изменениями белковых фракций, что приводит к изменению аминокислотного состава суммарного белка зерна. При изучении формирования компонентного состава глиадинов и глютенинов установлено влияние отдельных компонентов этих белковых фракций на физико-химические свойства клейковины и хлебопекарные качества муки. Результаты проведенных исследований позволяют оценить потенциальные возможности различных сортов пшеницы по накоплению в зерне полноценного белка.