Влияние синтетического регулятора роста растений фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна озимой мягкой пшеницы

Актуальность темы

Одно из перспективных направлений прикладной биотехнологии является применение биологически активных веществ, позволяющих наиболее полно реализовать генетический потенциал сортов сельскохозяйственных культур, в том числе и озимой пшеницы.

Пшеница занимает лидирующее место в мировом производстве зерна, ее культивируют более чем в 80 странах земного шара. Зерно пшеницы используется для выработки наиболее массовых продуктов повседневного питания населения, которые являются основным поставщиком усвояемых углеводов — главного энергетического компонента пищи и белков.

Продуктивность и качество зерна контролируется разнонаправленными генетическими системами. Одновременное повышение урожайности и качества зерна является актуальной задачей.

Одним из путей решения этого вопроса является использование биологически активных веществ.

В КубГТУ создан регулятор роста растений, содержащий в своей структуре фурановый цикл — препарат фуролан — ((2-фурил-2)-1,3-диоксолан), высокоэффективный, малотоксичный, используемый в микродозах, разрешенный к применению на территории России.

Фуролан проявляет свойства ретарданта, увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, в том числе и озимой пшеницы, повышает устойчивость растений к засухе и поражению грибковыми заболеваниями.

Ранее было установлено, что фуролан положительно влияет на физиолого-биохимические процессы, увеличивает продуктивность растений пшеницы, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям произрастания и поражению фитопатогенами. Препарат способствует получению более выровненного по размерам зерна в колосе, синхронизирует его созревание, увеличивает содержание крупной фракции зерна, крахмала, белка, клейковины и ее качество, стекловидность и снижает зольность зерна на различных уровнях агрофона и при внесении системы минеральных удобрений.

Однако молекулярные механизмы воздействия регулятора роста растений препарата фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна раннеи среднеспелых сортов озимой пшеницы при созревании не изучены.

Таковы теоретические и практические предпосылки, которые определили цель и задачи настоящих исследований.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры Пищевой инженерии и высоких технологий КубГТУ в рамках госбюджетной темы: «Теоретическое обоснование и разработка прогрессивных технологий хранения и получения продуктов питания из растительного сырья», № госрегистрации 1 200 305 556.

Цель и задачи исследований Цель настоящей работы — изучить влияние препарата фуролан на формирование белково-углеводного комплекса зерна озимой мягкой пшеницы при созревании.

В задачи исследований входило изучить влияние препарата фуролан при созревании зерна раннеи среднеспелых сортов озимой пшеницы на:

— содержание нуклеиновых кислот, степень полиаденилирования и стабильность мРНК;

— динамику накопления общего белка, белкового и небелкового азота;

— локализацию запасного белка и формирование микроструктуры эндосперма зерна озимой пшеницы;

— фракционный и компонентный состав белка;

— динамику накопления аминокислот;

— динамику накопления крахмала, амилозы и амилопектина;

— хлебопекарные свойства муки (физико-химические показатели, реологические свойства);

— физико-химические свойства хлеба.

Научная новизна. Впервые изучено влияние препарата фуролан на формирование белково-углеводного комплекса созревающего зерна раннеи среднеспелых сортов озимой пшеницы.

Впервые установлено, что препарат фуролан в созревающем зерне ранне — и среднеспелых сортов озимой пшеницы:

— повышает стабильность мРНК, увеличивает длину поли (А)-последовательности на 3' конце мРНК, у раннеспелого сорта в фазы молочной и восковой спелости зерна, и у среднеспелых сортов — в фазу восковой спелости;

— активирует накопление белка, увеличивая чистую продуктивность фотосинтеза;

— оказывает влияние на фракционный состав белков, увеличивая содержание запасных белков и аи^{компонентов} в глиадиновой фракции, улучшая реологические свойства клейковины;

— повышает содержание амилозы в крахмале, уменьшает содержание мелких крахмальных гранул в эндосперме;

— улучшает физико-химические показатели качества (содержание и качество клейковины, содержание белка и крахмала, ЧП), реологические свойства муки;

— улучшает физико-химические и органолептические свойства хлеба.

Основные положения, выносимые на защиту:

Обработка растений озимой пшеницы раннеи среднеспелых сортов препаратом фуролан оказывает положительное влияние на:

— нуклеиново-белковый обмен;

— динамику накопления белка и крахмала в созревающем зерне,.

— реологические и хлебопекарные свойства муки.

Практическая значимость Применение препарата фуролан при возделывании озимой пшеницы позволяет улучшить:

— качество зерна (повысить содержание белка, клейковины и ее качество);

— хлебопекарные свойства муки и реологические свойства теста;

— органолептические и структурномеханические свойства хлеба.

Реализация результатов исследований. В 2003;2005 фуролан внедрен в СПК «Нива», Белоглинского района, ОАО Агрофирме «Нива» Тимашевского района Краснодарского края.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на:

— шестой региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса».- Краснодар, 9−10 декабря 2004;

— Всероссийской научно-технической конференции «Коршуновские чтения», Тольятти, 1 марта 2005;

— International Wheat Conference, Nov. 27 — Dec. 2, 2005, Mar del PlataArgentina;

— международной научно-практической конференции Наука на рубеже тысячелетий «Science on boundary of millennia», Тамбов, 21−22 октября 2005 г.

— 10-й Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология — наука XXI века», 17−21 апреля 2006 г.

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы изложены в 9 научных публикациях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованных литературных источников, приложений.

1. Впервые изз^ено влияние препарата фуролан па формировапие.

белково-углеводного комплекса созревающего зерпа раппеи средпеспелых.

сортов озимой пшеницы. 2. Применение фуролана оказывает сортоспецифичпое воздействие на.

содержапие ДНК, РНК и мРНК в созревающем зерне, способствует.

увеличепию стабильпости и степени полиаденилирования.

цитоплазматической мРНК, что свидетельствует о влиянии нрепарата на.

интенсивность синтеза белка и адаптации растений к условиям окружающей.

среды.

3. Использование регулятора роста фуролан изменяет донорно акцепторные отношения в растениях, что способствует преимущественному.

поступлению пластических веществ в генеративную часть, и создает.

дополнительный потенциал увеличения накопления белка в зерне, и в.

большей степени запасного. 4. Нод действием препарата увеличивается содержание белковых.

веществ и они распределяются более равномерно по всему эндосперму,.

образуя более прочную систему крахмал — белок, улучшая технологические.

свойства зерна. 5. Нод действием препарата увеличивается содержание запасных бел-ков.

в созревающем зерне, а и софракций глиадинов. Фуролан не вызывает.

изменений в блоках компонентов глиадина, не оказывая влияния на генетику.

сорта и не проявляет мутагенных свойств. б. Фуролан способствует повышению содержания аминокислот, в том.

числе незаменимых, а также аминокислот входящих в состав запасных.

белков, обусловливающих реологические свойства клейковины, не снижая их.

питательной ценности. 7. Нод действием фуролана повышается содержание амилозы в.

крахмале, уменьшается содержание мелких крахмальных гранул в.

эндосперме. 8. Фуролан способствует улучшению физико-химических показателей.

качества (содержание и качество клейковины, содержание белка и крахмала,.

число падения), реологических свойств муки, физико-химических и.

органолентических свойства хлеба. РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

Рекомендуется обрабатывать посевы озимой пшеницы раннеи сред неспелых сортов препаратом фуролан в фазу начала выхода в трубку для:

— увеличения содержания белка, клейковины, улучшения ее качества;

— повышения питательной ценности зерна;

— улучшения хлебопекарных свойств муки и реологических свойств.

теста;

— улучшение органолентических и структурномеханических свойств.

хлеба.