Введение к работе
Актуальность темы. Овес посевной (Avena sativa L.) - одна из важнейших сельскохозяйственных культур. Зерно овса характеризуется повышенным содержанием в белке незаменимых аминокислот, витаминов и других биологически активных соединений. Овес обладает такими полезными свойствами, как устойчивость к неблагоприятным факторам среды и болезням, высоким содержанием белка и масла в зерне [Родионова, Солдатов, 1994].
Установлено, что в зерне овса содержатся водорастворимые антибиотические вещества, выделяющиеся в окружающую среду при увлажнении зерна, и тем самым защищающие его от патогенных микроорганизмов [Ежов, Новотельное, 1957]. Также из корней овса было выделено антибиотическое вещество - авенацин [Maizel, Burkhardt [et al.], 1963]. Авенацин по химической природе относится к тритерпеновым гликозидам (сапонинам). Установлена эмпирическая формула авенацина-C55H83N02i и вычислена его молекулярная масса - 1100,33. В дальнейшем была показана его бактериостатическая и фунгицидная активность. Авенацин отличается широким спектром действия и низкой токсичностью. Авенацин эффективен в борьбе против корневых гнилей пшеницы и ячменя, вызываемых грибным патогеном Ophiobolas graminis [Bryan, Labourdette, 1999; Osbourn, Goss, 2011].
На сегодняшний день вопросом изучения авенацина занимаются OsbournA. (Великобритания), Kemal М. (Турция). Но их работы посвящены генетическим исследованиям пути синтеза авенацина из мевалоновой кислоты. Данные о воздействии антибиотика на растительные объекты отсутствуют. Известно, что антибиотики природного происхождения представляют собой альтернативное средство защиты растений от болезней. В тканях растений их биологическая активность проявляется значительно сильнее, чем в животных тканях. Антибиотики обладают избирательным действием, снижая тем самым уровень вредного воздействия на растение [Павловская, 2012].
Реакция растений на обработку авенацином остается слабо изученной. Таким образом, исследование физиологического действия авенацина по отношению к растениям, не содержащим антибактериальные вещества, является актуальным и важным. Представляет интерес накопление авенацина в различных сортах овса посевного и выявление источников с высоким содержанием данного вещества.
Цель и задачи исследований. Цель данной работы выделить авенацин из корней овса посевного и исследовать его физиолого-биохимические аспекты действия.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Провести количественное выделение авенацина из различных по устойчивости сортов овса посевного методом экстракционного извлечения с применением системы растворителей.
-
Идентифицировать полученный авенацин с помощью качественных реакций, метода тонкослойной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии.
3.Исследовать действие различных концентраций авенацина на интенсивность ростовых процессов гороха.
-
Изучить активность ферментов антиоксидантной системы: пероксидазы, каталазы, супероксиддисмутазы и содержание малонового диальдегида в проростках гороха.
-
Исследовать биологическую активность авенацина: фунгитоксичность в отношении фитопатогена Fnsarium oxysporum; антимикробную активность в отношении условно-патогенных микроорганизмов Staphylococcus aureus, Psendomonas aeruginosa, E.coli; общую токсичность авенацина как кормовой биологически активной добавки для животных.
Научная новизна работы. Впервые проведен анализ генотипов овса на содержание авенацина и выявлены образцы с наибольшим выходом этого антибактериального вещества. Определены оптимальные параметры растворителей для максимального извлечения авенацина из малой навески биомассы. Получены результаты влияния авенацина на рост и развитие здоровых и инфицированных Fusarium oxysporum корней гороха. Установлены ростостимулирующие свойства авенацина, при заражении проростков гороха Fusarium oxysporum. Подтверждены бактериостатические свойства авенацина. Изучена активность ферментов антиоксидантной системы в проростках гороха, обработанных авенацином в концентрациях 10" ЬМ, 10" ШМ - 10"12М. Показана возможность использования авенацина в качестве нетоксичной кормовой биологически активной добавки для животных.
Практическая и теоретическая значимость. Расширены и углублены знания о действии авенацина на физиологические процессы в растительных объектах. Данные, свидетельствующие о бактериостатических свойствах авенацина, а также о стимулирующем влиянии на физиологические процессы растений, зараженные Fusarium oxysporum, открывают перспективы его использования в растениеводстве в качестве безопасного средства защиты растений от патогенов, а также в ветеринарии в качестве нетоксичной кормовой биологически активной добавки. Разработан патент «Способ получения стимулятора корнеобразования гороха» (решение о выдачи патента на изобретение от 25.07.13 г.).
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре биотехнологии Орловского государственного аграрного
университета при чтении лекций по биохимии, микробиологии, а также при проведении практикумов и выполнении курсовых и дипломных работ. Положения, выносимые на защиту
Выделение авенацина из корней овса посевного по модифицированной методике.
- Идентификация авенацина качественными методами.
-Авенацин в концентрациях 10"1О-10-12М стимулирует
корнеобразование гороха в норме и при заражении Fusarhim oxysporum.
- Воздействие авенацина в концентрации 10"6М на горох в норме и
при инфицировании Fusarium oxysporum вызывает выраженный
окислительный стресс. Однако влияние авенацина в более низких
концентрациях (10"10-10"12 М) вызывает стимулирующее действие.
- Авенацин обладает бактериостатическими характеристиками в
отношении Staphylococcus aureus, E.coli и фунгитоксичными свойствами в
отношении фитопатогена Fusarium oxysporum.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на региональных конференциях. Они были представлены на региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности растениеводства» (Орел, 2009), региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященный 35-летию Орловского государственного аграрного университета «Инновационный потенциал молодых ученых — АПК Орловской области» (Орел, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства» (Орел, 2010), Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2010), «АПК в современном мире: взгляд научной молодежи» (Орел, 2011), международной конференции «Биология - наука XXI века» (Москва, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК.
Объем и структура диссертации.Диссертация изложена на 120 листах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, изложения результатов исследований и их обсуждения, выводов, заключения, приложения, списка литературы, включающего 180 источников. Работа иллюстрирована 6 таблицами и 40 рисунками.
