Влияние различных экологических испытаний на содержание и качество масла семян сои

Введение . Соя является одной из наиболее ценных пищевых, кормовых и технических культур. По своим биологическим характеристикам она относится к теплолюбивым растениям, но в связи с тем, что соя экономически выгодная безотходная культура многопрофильного использования, ареал её распространения уже достиг северных широт нашей страны (С-Петербург, Москва, Вологда) [1; 2]. При этом возникли проблемы адаптации, главной из которых является приспособляемость растений сои к пониженным температурам в период посева и вегетации.

В условиях Краснодарского края соя, особенно ранних сроков посева, также иногда подвергается кратковременному действию заморозков. Поэтому даже в этой зоне соесеяния нужно создавать и использовать холодо- и заморозкоустойчивые сорта. Для этого, прежде всего, нужно знать причину гибели растений при воздействии низких температур.

Поиском механизмов адаптации различных растений к холоду занималось значительное количество исследователей. Они обнаружили большое разнообразие процессов адаптации организмов к пониженным температурам. Это и увеличение степени ненасыщенности жирных кислот клеточных мембран, и синтез веществ с криопротекторными свойствами: гидрофильных белков, моно- и олигосахаров, способных связать свободную воду в клетках, тем самым препятствуя образованию льда в них [3; 4; 5, 6; 7; 8].

Одним из первоначальных откликов растения на понижение температуры окружающей среды является изменение в механизме синтеза жирных кислот в сторону увеличения содержания полинена-сыщенных [9; 10; 11; 12; 13; 14; 15].

Благодаря современным достижениям в исследованиях структуры клетки ученым удалось установить, что жирные кислоты являются важным элементом в мембране клетки и определяют ее подвижность. Она, в свою очередь, зависит от соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, и, чем больше ненасыщенных жирных кислот, тем будет подвижнее бислой мембраны. В случае понижения температуры окружающей среды до значения, соответствующего фазовому переходу липидов, бислой превращается из текучего и подвижного состояния в твердое, гелеподобное, и тем самым нарушает деятельность клетки. То есть состав жирных кислот липидного бислоя определяет их фазовый переход к твердому состоянию: чем больше содержится остатков ненасыщенных (особенно полиненасыщенных) жирных кислот, тем при более низких температурах происходит их фазовый переход [16; 17].

Целью данной работы было определение степени различия жирно-кислотного состава масла семян сои в зависимости от зон её выращивания, отличающихся по температурным условиям. А также поиск метода выделения исходного материала для селекции сортов, адаптивных к пониженным температурам.

Материалы и методы. В соответствии с поставленной целью и задачами объекта- ми исследования были 14 образцов семян сои урожая 2006, 2008 гг., выращенных отделом сои на ЦЭБ ВНИИМК, а также на Алексеевской опытной станции ВНИИМК и в Вологодской области.

При проведении экспериментальных исследований использовали современные инструментальные методы физико-химического анализа (капиллярную газожидкостную хроматографию, спектроскопию в ближней инфракрасной области). Содержание масла определяли на спектральном инфракрасном анализаторе Nir System-4500; жирно-кислотный состав масла – хроматографическим методом по ГОСТ 30418-96 на приборе «Кристалл 2000 М», а также по разработанному нами новому методу с использованием спектрального анализатора Nir System 4500.

Результаты и обсуждение. Адаптивность растений сои к пониженным температурам можно проследить, выращивая одни и те же сорта в разных климатических зонах.

Учитывая важность липидов в обеспечении адаптивности растений к пониженным температурам, проведены исследования семян сои пяти сортов селекции ВНИИМК, выращенных в 2006 г. в двух зонах выращивания, а именно: в условиях Краснодарского края (г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК – 45˚ с. ш.) и Белгородской области (Алексеевская опытная станция ВНИИМК – 50˚ с. ш.) (табл. 1).

Сорта сои, выращенные в южном регионе, сформировали урожай семян с невысокой средней масличностью (19,3 %), повышенным содержанием мононенасы-щенной олеиновой кислоты (МНЖК) (в среднем 31,2 %) и малым содержанием полиненасыщенной линоленовой кислоты (в среднем 5,8 %). Такой важный показатель для мембраны клетки, как баланс насыщенных (НЖК) и полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), был в среднем 1 : 3,9.

Влияние зон выращивания различных сортов сои на содержание масла и его жирно-кислотный состав

ВНИИМК, 2006 г.

О. о и	Зона выращивания
	ЦЭБ ВНИИМК						Алексеевская ОС ВНИИМК
	содержание масла, %	содержание ЖК в масле, %					содержание масла, %	содержание ЖК в масле, %
		НЖК* С16:0 + С18:0	МНЖК** С 18:1	ПНЖК***		НЖК/ПНЖК		НЖК* С16:0 + С18:0	МНЖК** С 18:1	ПНЖК***		НЖК/ПНЖК
				С 18: 2	С 18: 3					С 18: 2	С 18: 3
Алдана	18,1	13,4	18,1	50,9	7,6	1:4,4	22,5	13,9	24,7	50,2	11,0	1:4,4
Альба	21,4	14,1	29,7	49,8	5,3	1:3,9	26,0	14,7	17,3	51,5	14,4	1:4,5
Ника	22,6	14,0	34,7	47,6	3,2	1:3,6	26,9	13,8	20,9	50,9	13,1	1:4,6
Дельта	17,6	14,3	31,6	48,1	6,3	1:3,8	23,9	14,5	17,0	52,5	14,5	1:4,6
Лань	16,6	13,6	30,9	49,3	6,7	1:4,1	21,3	14,1	17,9	52,3	13,9	1:4,7
Среднее	19,3	13,9	31,2	49,1	5,8	1:3,9	24,1	14,2	19,5	51,5	13,4	1:4,6

*НЖК – насыщенные жирные кислоты; **МНЖК – мононенасыщенные жирные кислоты; ***ПНЖК – полиненасыщенные жирные кислоты; С 16:0 – пальмитиновая кислота; С 18:0 – стеариновая кислота; С 18:1 – олеиновая кислота; С 18:2 – линолевая кислота; С 18:3 – линоленовая кислота

В более северной зоне выращивания все эти сорта увеличили масличность семян в среднем примерно на 5 %, а сорт Дельта – даже на 6,3 %. Существенные изменения произошли в составе ненасыщенных жирных кислот. В масле семян синтезировано в среднем в 1,6 раза меньше мононенасыщенной олеиновой кислоты и в 2,3 раза больше полиненасыщен-ной линоленовой. Небольшое увеличение произошло также в количестве ненасыщенной линолевой кислоты, а сумма ПНЖК в среднем на 10 % превышала сумму этих кислот, накопившихся в масле семян, выращенных на юге. В синтезе НЖК существенных сдвигов не наблюдалось.

При анализе соотношения НЖК и ПНЖК было показано, что при продвижении выращивания сортов на север произошло изменение баланса жирных кислот в сторону увеличения полинена-сыщенных (в среднем 1 : 4,6), что согласуется с работами Lunch, Рамазанова, Тарчевского [12; 13; 14].

Наши дальнейшие исследования влияния эколого-географических условий выращивания сои на содержание и качество масла семян проводились на двух экотипах сои. Были взяты пять сортов северного экотипа (Свапа, Окская, Светлая, Касатка, Белгородская) и четыре сорта южного экотипа (Лира, Вилана, Селекта 101, Селекта 301). Они выращены в трех зонах возделывания: Краснодарский край, Белгородская и Вологодская области (табл. 2). Сорта северного экотипа сформировали урожай во всех исследуемых зонах, а южный не выжил на 59˚ с. ш. (Вологодская область).

Анализ данных показал существенные различия между зонами возделывания сои, как по уровню накопления масла, так и по содержанию моно- и полиненасы-щенных жирных кислот в семенах сои северного и южного экотипов, выращенных в трех различных зонах возделывания сои.

Влияние эколого-географических зон выращивания сортов сои различных экотипов на содержание масла и его жирно-кислотный состав

ВНИИМК, 2008 г.

Экотип	Содержание масла, %	Содержание жирных кислот в масле, %
		НЖК (С 16:0 + С 18:0)	МНЖК (С 18:1)	ПНЖК		сумма ПНЖК	НЖК/ ПНЖК
				С 18:2	С 18:3
Вологодская область, 59˚ с. ш.
Северный	20,5	13,3	18,1	53,7	14,9	68,6	1:5,2
Южный	-	-	-	-	-	-	-
Белго		родская область, Алексеевка, 50˚ с. ш.
Северный	21,6	13,2	27,0	50,9	8,9	59,8	1:4,5
Южный	25,0	13,6	28,0	50,4	8,0	58,4	1:4,3
г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 45˚ с. ш.
Северный	20,4	13,9	32,5	48,6	5,0	53,6	1:3,9
Южный	22,4	14,5	32,3	49,1	4,1	53,2	1:3,7

Содержание масла в семенах сортов северного экотипа, выращенных в трех зонах, находилось в пределах 20,4–21,6 % и было в среднем на 2,7 % ниже, чем в семенах сортов южного экотипа, выращенных в Белгородской области и Краснодарском крае (22,4–25,0 %).

Как у северного, так и у южного экотипов сои при выращивании в разных экологических условиях трансформируется качественный состав масла. При продвижении посевов сои с юга на север содержание мононенасыщенной олеиновой кислоты снижается с 32,3–32,5 до 18,1 % (в 1,8 раза). Количество полинена-сыщенных жирных кислот увеличивается: линолевой кислоты с 48,6–49,1 до 53,7 % (в 1,1 раза), а линоленовой – с 4,1–5,0 до 14,9 % (в 3,3 раза).

Этот факт особенно важен, т.к. степень ненасыщенности линоленовой кислоты самая высокая и возрастание её содержания в масле наибольшее. А это значит, что переход липидов клеточных мембран из текучего и подвижного состояния в твердое происходит при более низких температурах, обеспечивая тем самым растениям адаптивность, т.е. более высокий уровень возможностей растения к приспособляемости.

Содержание насыщенных кислот в масле изменяется не столь существенно, хотя тренд на снижение их суммы всё же заме- тен. По мере продвижения посевов с юга на север сумма НЖК снижается в 1,1 раза.

В изменчивости суммы всех ненасыщенных жирных кислот (олеиновой, линолевой, линоленовой) закономерность не проявилась, в то время как сумма только полиненасыщенных жирных кислот (линолевой и линоленовой) увеличилась при продвижении посевов с юга на север в 1,3 раза. Этот тренд присущ как южным, так и северным экотипам. Причем южный экотип уступал северному в уровне возможности изменения синтеза полиненасыщенных жирных кислот в сторону увеличения. Вероятнее всего это стало одной из причин, почему растения сои южного экотипа не выжили в Вологодской области.

Важно отметить, что в качественном составе масла семян сои между разными ее экотипами, выращенными в одинаковых благоприятных условиях, существенных различий нет.

Выводы. 1. В масле семян сои при понижении температуры воздуха окружающей среды увеличивается доля полиненасыщенных жирных кислот и в наибольшей степени усиливается синтез полиненасыщенной линоленовой кислоты. Содержание мононенасыщенной олеиновой кислоты уменьшается.

• 2.    При создании сортов, способных выдерживать воздействие пониженных температур, следует отбирать сортооб-разцы, в масле семян которых наблюдается наибольшее содержание линоленовой кислоты и наибольшее отношение суммы полиненасыщенных к сумме насыщенных жирных кислот.