Фракционный состав растворимых белков фитомассы амаранта в онтогенезе

В настоящее время увеличение рентабельности и создание конкурентоспособной продукции как внутри Республики Татарстан, так и за ее пределами является одной из актуальных проблем. Для интродукции новых видов растений необходимо изучение их биохимического состава и адаптации в условиях конкретного региона с сохранением хозяйственно значимых признаков. Не менее важным является разработка эффективных приемов возделывания и комплексного использования интродуцентов в народном хозяйстве.

Среди высокобелковых растений наиболее универсальным является амарант, многие виды которого отличаются высокой урожайностью зеленой массы и семян, имеют достаточно высокий потенциал адаптации и в течение 6-8 лет возделывания обладают устойчивостью к вредителям и болезням. Отсутствие гербицидов, пестицидов и прочих химических веществ позволяет получать экологически безопасную продукцию.

В литературе чаще всего рассматривается качественный состав белков как хозяйственно-полезный признак, показатель питательной и кормовой ценности той или иной культуры. Значительно реже приводятся данные о влиянии климатических факторов на изменчивость фракционного состава белков различных культур. Каждая фракция белков имеет свой баланс аминокислот, а они, в свою очередь, обладают различной биологической ценностью. Поэтому целью настоящей работы являлось изучение фракционного состава растворимых белков фитомассы интродуцируемых в РТ видов амаранта.

Материалы и методы исследований . В процессе исследований были использованы два вида растений рода Amarantus L.: A. cruentus L. и A Mantеgazzianus Passerini , которые выращивали на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (делянки площадью 10,5 м²) со следующей агрохимической характеристикой: рН сол. – 5,9, гумус – 1,8%, N щелочногидролизуемый – 86,6 мг/кг, Р 2 О 5 – 52,5 мг/кг, К 2 О – 78,0 мг/кг. Отбор растений для анализов проводили в основные фенологические фазы по методике А.И. Руденко [1], после того как 75% растений вступали в исследуемую фазу развития.

Наблюдения за распределением белковых фракций в общем белковом комплексе велись в течение четырех вегетационных периодов. Для выделения белковых фракций использовали метод Осборна. При анализе содержания общего азота в образцах использовали метод ускоренного определения азота. Содержание белка во фракциях определяли по методу Лоури [2]. Интенсивность окраски измеряли при 750 нм. Калибровочную кривую строили по альбумину бычьей сыворотки («Sigma»). Опыты проводили в 5 повторностях, состоящих из 4-6 аналитических. Экспериментальный материал статистически обрабатывали при помощи программы «Calk».

Результаты исследований . Было установлено, что для амаранта при выращивании в климатических условиях РТ продолжительность вегетационного периода у изучаемых видов различна. Так, у Amaranthus Mantegazzianus он более продолжителен.

Выявлено также, что у исследованных видов амаранта различная «стратегия прохождения» вегетации. Для A. сruentus была обнаружена зависимость продолжительности онтогенеза от даты посева семян – чем позднее дата посева, тем короче срок вегетации. Кроме того, на темпах онтогенеза A. сruentus положительно сказывалась загущенность посевов (более 15-20 растений на 1 м²). Чем гуще посевы, тем скорее наступала фаза плодоношения. Для A. Мantegazzianus период вегетации более продолжителен, а срок и густота посева не оказывали существенного влияния на ход онтогенеза.

Анализ данных по изучению динамики белковых фракций в онтогенезе позволил выявить закономерности, характерные для исследуемых видов: основная доля растворимых белков представлена фракцией водорастворимых белков; содержание солерастворимых белков максимально в вегетативной фазе и значительно уменьшается в периоды цветения и плодоношения; содержание спирторастворимой фракции почти вдвое увеличивается к концу вегетационного периода; содержание щелочерастворимой фракции в листьях менее других зависит от фазы онтогенеза и незначительно возрастает к фазе плодоношения.

Изменение процентного содержания водорастворимых белков в онтогенезе у A. cruentus было существенным. Максимальным содержание этой фракции было в фазе цветения. Для всех исследованных вегетационных периодов характерно снижение доли водорастворимых белков после цветения в среднем на 16%. Необходимо отметить, что динамика распределения фракции водорастворимых белков у A. cruеntus повторяет динамику содержания общего белка, то есть максимальное содержание белка приходится на период начала цветения. Величина альбуминовой фракции в листьях A. Мantegazzianus незначительно снижалась в онтогенезе и мало зависела от природных условий в период вегетации. Возможно, это связано с тем, что A. Мantegazzianus относится к видам, имеющим стабильную величину фотосинтеза в онтогенезе [3].

При изучении распределения фракции солерастворимых белков, выявлено, что в процессе развития у A. cruentus происходило снижение их доли в комплексе растворимых белков в среднем с 25 до 15%, а у A. Мantegazzianus – с 17 до 10%. Для A. cruentus наблюдали общее увеличение доли этой фракции в онтогенезе, причем максимальное содержание пришлось на период цветения. Содержание солерастворимых белков в общем белковом комплексе в период активной вегетации у A. cruentus выше, чем у A. Мantegazzianus в среднем в 1,5 раза.

Для исследуемых видов амаранта характерно значительное увеличение содержания спирторастворимых белков в фазе плодоношения. Так, у A. cruentus доля этой фракции менялась с 5-10% в вегетативной фазе до 10-20% в фазе плодоношения. У A. Мantegazzianus на долю спирторастворимой фракции приходилось от 8 до 10% растворимых белков в вегетативной фазе с постепенным увеличением их содержания до 11-14% в фазе плодоношения.

Динамика распределения фракции щелочерастворимых белков имела сходную картину для исследуемых видов амаранта. Содержания белков этой фракции незначительно увеличивалось в онтогенезе. Однако, значение данного показателя у A. cruentus варьировало от 12% в вегетативной фазе до 26% в фазе. У A. Мantegazzianus содержание этой фракции было менее зависимым от погодных условий и возрастало к моменту образования семян в среднем на 12% относительно содержания в вегетативной фазе.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что период максимального накопления белка имел видовую специфичность и зависел от погодных условий. Для исследуемых видов характерна общая тенденция: максимальное содержание белка в зеленой массе A. cruentus приходилось на начало фазы цветения и могло сдвигаться в период засушливого и жаркого лета к фазе бутонизации. У A. Мantegazzianus наибольшее содержание общего белка приходилось на период начала фазы бутонизации, и этот показатель имел более стабильный характер. Так, для A. cruentus – это последняя декада фазы бутонизации и первая декада цветения, а для A. Мantegazzianus – две декады после появления бутонов.

Вклад разных органов амаранта в биомассу целого растения менялся в ходе развития и зависел от вида. Результаты биометрических исследований показали, что к фазе бутонизации соотношение надземных органов у разных видов амаранта различалось незначительно – в среднем масса стеблей составляла 45%, а масса листьев – 55%. По мере развития растения доля листьев в биомассе A. cruentus составляла 60%, стебля – 40%, а у A. Мantegazzianus 30 и 70% соответственно.

Относительная доля водорастворимой фракции в листьях A. cruentus составляла в среднем 54%, в бутонах – 50%, в стеблях – 46%, в корнях – 48%, у A. Мantegazzianus эти значения – 52, 48, 47 и 50% соответственно. Доля фракции солерастворимых белков фотосинтезирующих органов была выше. Для A. cruentus эти значения в листьях и бутонах составили 20 и 22% соответственно, а у A. Мantegazzianus – 15 и 21%, в стеблях – 13 и 8%. Содержание глобулинов в корнях у обоих видов около 14%. Распределение спирторастворимых белков имело противоположную зависимость. Доля их несколько больше в стеблях и корнях, что составило у A. cruentus 14 и 15% от суммы растворимых белков, а у A. Мantegazzianus – 13 и 16%. В листьях и бутонах относительное содержание солерастворимых белков заметно ниже: у A. cruentus – 6 и 10%, у A. Мantegazzianus – 10 и 9% соответственно. Больше всего щелочерастворимых белков в стеблях (24 и 29%), в листьях и корнях их доля была практически одинакова для обоих видов (20 и 23% соответственно), в бутонах – около 19%. Сравнительный анализ распределения белковых фракций показал, что во всех органах A. Мantegazzianus доля щелочерастворимых белков была выше, чем у A. cruentus. Аналогичную картину наблюдали при распределении солерастворимых белков у A. cruentus.

Фракционирование различных органов амаранта показало, что качественный состав листьев и бутонов представлен большим количеством легкорастворимых фракций белка, сумма которых составила 72%. В корнях этот показатель несколько ниже – 63%, а в стеблях – 58%. Такое распределение, по-видимому, связано с различиями функций, выполняемых разными частями растений.

Заключение . Проведенные исследования показали, что исследуемые виды амаранта содержат достаточно много белка. Учитывая и другие достоинства этого растения, такие как урожайность, устойчивость к повышенным температурам

ЛИТЕРАТУРА: 1. Руденко, А.И. Определение фаз развития сельскохозяйственных растений / А.И. Руденко // М.: МОИП, 1950. – Вып. 23. – 152 с. 2. Плешков, Б.П. Практикум по биохимии растений / Б.П. Плешаков // М.: Агропромиздат, 1985. – 255 с. 3. Любимов, В.Ю. Фотосинтетическая активность и продукционный процесс у некоторых видов семейства амарантовых / В.Ю. Любимов, Р.Р. Тюрина, С.И. Кадошников, И.А. Чернов // Материалы I Всесоюзной науч. конф. «Возделывание и использование амаранта в СССР». – Казань, 1991. – С. 98-113.

и недостаточному увлажнению, а также его хорошую способность к отрастанию, рекомендуем использовать следующую схему использования исследуемых видов амаранта. Во-первых, с целью комплексной переработки фитомассы уборку необходимо проводить с момента начала массовой бутонизации, поскольку затягивание ее сроков влечет потерю белка в вегетативных органах за счет уменьшения доли легкорастворимых фракций. Во-вторых, целесообразно дифференцированное использование отавы: уборка на зеленый корм, а также в качестве сидерата с созданием снегоудерживающих кулис. С учетом экологического подхода к данной проблеме наиболее актуально заделывание отавы амаранта в почву. Это внесет заметный вклад в дело повышения плодородия земель экологически безопасным способом.

ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ РАСТВОРИМЫХ БЕЛКОВ ФИТОМАССЫ АМАРАНТА В ОНТОГЕНЕЗЕ

Гасимова Г.А., Дегтярева И.А. Резюме

У A. cruentus и A. Мantegazzianus основная доля растворимых белков представлена фракцией водорастворимых белков. Содержание солерастворимых белков максимально в вегетативной фазе и значительно уменьшается в периоды цветения и плодоношения. Содержание спирторастворимой фракции почти вдвое увеличивается к концу вегетационного периода. Содержание щелочерастворимой фракции в листьях менее других зависит от фазы онтогенеза и незначительно возрастает к фазе плодоношения. С целью комплексной переработки фитомассы уборку необходимо проводить с момента начала массовой бутонизации, поскольку затягивание ее сроков влечет потерю белка в вегетативных органах за счет уменьшения доли легкорастворимых фракций. Целесообразно дифференцированное использование отавы: уборка на зеленый корм, а также в качестве сидерата с созданием снегоудерживающих кулис.

FRACTIONAL COMPOSITION OF SOLUBLE AMATANTH PTYTOMASS PROTEINS IN ONTOGENESIS

Gasimova G.A., Degtyaryeva I.A.