Содержание к диссертации
Введение
1 .Обзор литературы 7
2. Условия, материал и методика исследований 39
2.1. Почвенно-климатическая характеристика Амурской области 39
2.2. Материал исследований 44
2.3. Методы исследований 47
3. Подбор и оценка исходного материала для адаптивной селекции сои 52
3.1. Изменение генотипической специфики энзиматической активности семян сои 52
3.2. Характеристика сортообразцов сои различного эколого-географического и филогенетического происхождения по содержанию каротина и витамина С...64
3.3.Оценка коллекционных образцов сои по содержанию минеральных элементов, белка, масла и их качественному составу 67
4. Характеристика сортов сои, районированных в Амурской области по биохимическому составу семян 77
4.1 . Генотипические особенности биохимического состава семян сои 77
4.2.Влияние метеорологических условий вегетационного периода на биохимический состав семян сои 84
4.3. Биохимический состав семян сои в зависимости от зоны выращивания...93
5. Наследование и изменчивость биохимического состава семян в F2 G. max х G. soja 103
Выводы 112
Предложения для практической селекции и производства 116
Список литературы 117
Приложения
- Почвенно-климатическая характеристика Амурской области
- Изменение генотипической специфики энзиматической активности семян сои
- Генотипические особенности биохимического состава семян сои
- Наследование и изменчивость биохимического состава семян в F2 G. max х G. soja
Введение к работе
Соя самая распространенная зерновая бобовая культура мирового значения. Благодаря экологической пластичности шагнула далеко за пределы первоначального распространения и в настоящее время возделывается более чем в шестидесяти странах. В России основной соесеющий регион - Амурская область. В последние годы, из-за упадка производства животноводческой продукции, дефицит пищевых белков усугубляется общим снижением платежеспособного спроса населения. В то же время реализация населению готовых пищевых продуктов и полуфабрикатов на основе соевого белка по ценам в 3-5 раз ниже, чем их мясомолочные аналоги, позволяет обеспечить решение медико-социальной проблемы белкового дефицита в питании россиян. Продукты из сои не только питательны, но и чрезвычайно полезные для больных с заболеваниями почек, остеопорозом, сахарным диабетом и другими заболеваниями [16, 85]. Неизбежный переход к глубокой переработке семян сои и расширение использования её на пищевые цели повысит требования к качеству семян сортов. Селекционеры при выведении сортов сои, до последнего времени, уделяли основное внимание скороспелости, урожайности, пригодности к механизированному возделыванию, но практически мало занимались вопросами повышения качества семян сои. Учитывая то обстоятельство, что признаки качества по своей генетической природе относятся к разряду количественных и сильно подвержены изменчивости под влиянием внешней среды, селекционно-генетическое изучение их необходимо проводить с учетом конкретных условий среды. Кроме этого, в селекционных программах необходимо больше внимания уделять повышению адаптивного потенциала сои. Так как потенциальную продуктивность сортов сои не удается реализовать в производстве из-за значительных перепадов дневных и ночньгх температур, неравномерности выпадения осадков, сильной засоренности полей, неудовлетворительной обработки почвы и других неблагоприятных факторов. За последние 10-15 лет потенциальная продуктивность сортов сои увеличилась в 1,5 раза. Урожайность на ГСУ Амурской области новых сортов достигает 30 ц/га, но средняя урожайность по области в производстве по-прежнему на уровне 10 ц/га. Поэтому, по-нашему мнению, необходимо больше внимания уделять ферментам, которые, обладая определенной биохимической специфичностью, помогают растительному организму адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям культивирования.
Благодаря фундаментальным достижениям в области общей и молекулярной генетики, физиологии, биохимии, экологии и других направлений исследований, возможности селекции в управлении наследственностью организмов существенно возросли. Это позволяет значительно ускорить селекционный процесс и реализовать принципиально новые задачи генетического улучшения растений на основе широкого использования «залежей» зародышевой плазмы громадного разнообразия диких видов (как в качестве доноров по ряду ценных признаков). Сильный полиморфизм рода Glycine дает богатые возможности, как для аналитической, так и для синтетической селекции [65, 152]. Отсюда вытекает необходимость биохимического исследования большого разнообразия культурных и диких форм сои, отражающих всю гамму переходов представителей изучаемого рода. Для селекции на качество важно иметь сорта, устойчиво сохраняющие биохимические особенности в различных природно-климатических зонах. Генетические исследования в нашей стране в области биохимических показателей сои можно считать единичными. Эти работы связаны с целым рядом как экспериментальных, так и технических трудностей. Но развитие их дает возможность селекционеру целесообразно и безошибочно подбирать исходный материал для создания сортов с необходимым биохимическим составом семян. Для изучения наследования биохимических признаков сои, необходим правильный набор сортов, который может быть произведен на основе биохимического изучения сортового разнообразия. Богатый исходный материал, наличие в мировой практике методик по определению ценных веществ, достаточно хорошо изученная генетика биологических признаков, всё это способствует селекции в этом направлении. Однако, до настоящего времени, целенаправленных исследований по изучению генетической и экологической специфики биологически активных веществ семян сои не проводилось.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований являлось изучение генетических и экологических особенностей биохимического состава исходного материала для селекции сои.
При этом ставились следующие задачи:
1. Выявить изменение генотипической специфики энзиматической активности семян сои.
2. Дать характеристику сортообразцам сои различного эколого-географического происхождения по содержанию каротина и витамина С в семенах.
3. Оценить коллекционные образцы сои по содержанию в семенах минеральных элементов, белка, масла и их качественному составу.
4. Изучить генотипические особенности биохимического состава семян, сортов сои районированных в Амурской области.
5. Выявить влияние метеорологических условий вегетационного периода на биохимический состав семян сои.
6. Определить биохимический состав семян сои в зависимости от афоютиматической зоны выращивания.
7. Изучить наследование и изменчивость биохимического состава семян в F2 G. max х G. soja.
Научная новизна. Впервые, изучена генетическая и экологическая специфика биологически активных веществ в семенах исходного материала для селекции сои. Выявлены изменение электрофоретических спектров ферментов: пероксидазы, каталазы, кислой фосфатазы, комплекса амилаз и эстераз. Изучены генотипические особенности районированных сортов сои Амурской области по энзиматической активности, содержанию каротина и витамина С в семенах. Проведены исследования изменения биологически активных веществ в семенах сои в зависимости от метеорологических условий года и агроклиматических условий зон выращивания. Впервые, изучено наследование и изменчивость биологически активных веществ в семенах F2 G. max х G. soja.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований выделены сортообразцы с низкой удельной активностью пероксидазы; с повышенным содержанием кальция и фосфора, наибольшим содержанием белка и масла в семенах, наилучшим сочетанием жирных кислот в масле семян сои, с высоким содержанием витамина С в семенах и низкой массой 1000 семян для селекции на пищевые цели и сортообразцы исходного материала с высоким содержание витамина С и каротина в семенах, с высоким содержанием линоленовой кислоты в масле, с высокой удельной активность пероксидазы, с наименьшей гетерогенностью электрофоретических спектров ферментов пероксидазы, каталазы и амилазного комплекса в семенах сои для адаптивной селекции. При оценке экологических особенностей биохимического состава сои для технологических целей рекомендовано использовать семена сои, полученные в южной агроклиматической зоне Амурской области, отличающиеся не только более высоким содержанием белка, масла в семенах, но и их качеством.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывали на научных конференциях Дальневосточного государственного аграрного университета (г. Благовещенск, 2000, 2001, 2002, 2003 гг.); на межвузовской конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее (г. Благовещенск, 2000, 2001 гг.); на научных конференциях Благовещенского государственного педагогического университета (г. Благовещенск, 2000, 2001 гг.); на научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Будущее Амурской науки» (г. Благовещенск, 2000 г.); на втором международном симпозиуме «Химия и химическое образование» (г. Владивосток, 2000 г.); на координационном совещании по сое Дальнего Востока и Сибири (г. Благовещенск ВНИИ сои, 2002 г.); на научной сессии ДВ НМД РАСХН (г. Уссурийск ПримНИИСХ, 2001, 2003 гг.); на II биохимическом съезде (г. Санкт-Петербург, 2002 г.); на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы биологии, селекции и семеноводства сои» (г. Благовещенск, 2003 г.).
По материалам диссертации опубликовано 9 научных статей, в которых освещены все изученные вопросы.
Объем работы. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 9 рисунков. Состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы, приложений. Список литературы содержит 180 источников, в том числе 22 наименования на иностранных языках.
Почвенно-климатическая характеристика Амурской области
Амурская область расположена на юго-западе Дальнего Востока и граничит на западе с Читинской областью, на севере - с Саха-Якутией, на востоке - с Хабаровским краем и на юге - с Китаем.
Общая площадь территории Амурской области составляет 361,9 тыс. км 2. Рельеф представляет сочетание более или менее обширных равнин и горных хребтов различной высоты [1]. Горы занимают 57,5 %, равнины - 42,5 % территории [47]. По характеру поверхности горная территория разделяется на 3 геоморфологических района: северо-западный, центральный и восточный. Выделяют 3 крупные равнины: Зейско-Бурейская, Амурско-Зейская и Верхнезейская.
Климат Амурской области носит муссонный характер. Он создается под влиянием азиатского континента и Тихого океана, имеющих различную температуру поверхностей в летнее и зимнее время [87].
Среднемесячная температура воздуха января в сельскохозяйственных районах колеблется от -26,6С до -28, 8С. Количество осадков в зимний период незначительно и составляет 3-4 % годовой суммы. Высота снежного покрова в основных сельскохозяйственных районах колеблется от 12-14 см на юге до 22-24 см на севере. Низкие температуры при небольшом количестве снега обуславливают глубокое промерзание почвы: от 2,5 м в южной части области, до 3,5 м в центральной. Северные районы сельскохозяйственного соесеяния области расположены с зоне очаговой многолетней мерзлоты. Снежный покров сходит рано по солярному типу и значения в водном балансе почвы не имеет.
Весна в Приамурье сухая, холодная, с сильными ветрами в апреле-мае. Среднемесячные положительные температуры воздуха в южной части наступают в первой декаде, в центральной и северной - во второй декаде апреля. Прогревание почвы на глубине 10 см до + 5С наступает в южных районах в начале второй декады, в центральных и северных - в середине-конце второй декады апреля. Количество осадков в марте-мае составляет 56-70 мм, или 11-18 % среднегодового. Весной влажность почвы в Приамурье определяется в основном летне-осенними запасами, обычно они в слое 0-20 см составляют 60-70 мм продуктивной влаги. Отношение осадков к испарению в этот период 0,5-0,6.
Лето в Приамурье повсеместно влажное и теплое. С июля по сентябрь выпадает 286-350 мм осадков (66-76 % годового количества), что вызывает периодическое переувлажнение почвы, особенно в июле-августе месяцы. Среднемесячная температура июля в основных сельскохозяйственных районах 20-21 С.
Осень сухая, теплая. Среднесуточные положительные температуры воздуха в южных и центральных районах области удерживается до конца третьей декады октября, в северной - до конца второй декады. Осадков выпадает 75-90 мм, или 16-19 % годовой нормы.
По агроклиматическим условиям область разделена на три зоны, которые являются районами соесения: Амурская лесостепная южная (I -южная), Зейско-Бурейская предлесная (II - центральная) и Амурско-Зейская притаежная (III - северная)[113]. Амурская лесостепная южная зона охватывает Архаринский, Благовещенский, Михайловский, Тамбовский, Ивановский и Константиновский районы. Зейско-Бурейская предлесная центральная зона -это Бурейский, Белогорский, Завитинский, Октябрьский, Ромненский, Свободненский и Серышевский районы. В Амурско-Зейскую притаежную зону входят Зейский, Мазановский, Тыгдинский и Шимановский районы.
Эти агроклиматические зоны отличаются между собой суммой активных температур, периодом вегетации, количеством выпавших осадков и безморозным периодом (табл. 1.). Основными типами почв в Амурской области являются бурые лесные, бурые лесные глеевые, лугово-черноземовидные, луговые, лугово-болотные, лугово-бурые, болотные, пойменные.
В южной агроклиматической зоне основной пахотный фонд составляют лугово-черноземовидные почвы. Они наиболее плодородные в Амурской области. По содержанию гумуса, поглощенных оснований, степени насыщенности основаниями приближаются к черноземам. Реакция почвы слабокислая или близкая к нейтральной (рН солевой вытяжки - 4,5-5,2). Гидролитическая кислотность низкая, степень насыщенности основаниями -высокая.
В центральной зоне наиболее распространены бурые лесные почвы. Механический состав пахотного горизонта - супесь, суглинки. Реакция среды среднекислая. Гидролитическая кислотность - 2,4-5,9 мг-экв./100 г почвы, насыщенность основаниями - 70-89 %, сумма поглощенных оснований в пахотном слое невелика и составляет в среднем от 15 до 20 мг-экв./ 100 г почвы. Не переувлажняются, но сильно подвержены водной эрозии.
Луговые глееватые и глеевые почвы распространены и используются под пашню главным образом в северной агроклиматической зоне. Реакция среды кислая и среднекислая (рН солевой вытяжки - от 4,2 до 5,0). Гидролитическая кислотность высокая - 5,9-9,5 мг-экв./100 г почвы. Степень насыщенности основаниями низкая. Тяжелый механический состав вызывает длительное переувлажнение, что приводит к ухудшению режима питания сельскохозяйственных культур [20].
В целом почвенно-климатические условия Амурской области благоприятны для возделывания сои.
Метеорологические условия за годы исследований Районированные сорта сои, выращенные в разных агроклиматических зонах Амурской области получали из ГСУ области: южная зона -Тамбовский район, с. Козьмадемьяновка, центральная зона - Октябрьский район, с. Екатеринославка, северная зона - Мазановский район, с. Белоярово. Для изучения коллекционных образцов сои опыты закладывали в учебно-опытном хозяйстве Дальневосточного госагроуниверситета в период с 2000 по 2002 годы. Опытные поля университета расположены в Благовещенском районе в юго-западной части южной зоны Амурской области. Рельеф полей - волнистая равнина, с небольшим количеством понижений слабого уклона. Почвы луговые черноземовидные, среднемощные (мощность пахотного горизонта 25-30см). Сумма поглощенных оснований колебалась в пределах 30-35 мг-экв./100 г почвы, насыщенность основаниями 86-90 %. Реакция почвенного раствора слабокислая (рН 5,5-5,6).
Метеорологические условия 1999-2002 годов имели некоторые отличия от среднемноголетних по температурному режиму и количеству осадков (приложение 1-5). Средняя температура воздуха в 1999 году была несколько ниже по сравнению с многолетними данными (приложение 1). Напряжение тепла в фазу начального роста сои в южной зоне было также ниже, а в северной - на уровне среднемноголетних данных.
Изменение генотипической специфики энзиматической активности семян сои
В растительном организме физико-химическая среда создается в результате взаимосвязей, с одной стороны, между внешней средой и организмом, а с другой - между многочисленными катализаторами и субстратами внутри организма. Катализаторы в химических реакциях и биокатализаторы в живых организмах значительно ускоряют реакции и облегчают их течение. В живых организмах роль таких катализаторов выполняют сложные белковые молекулы, которыми являются ферменты. В зависимости от изменения активности ферментов изменяется интенсивность и направленность биохимических процессов, что в конечном счете, приводит к изменению величины урожая и химического состава растений.
Исследователями установлено [78], что в созревших семенах ферментов немного, так как ферменты находятся в зимагенном или неактивном состоянии, а во время прорастания семени количество их увеличивается. В связи с этим, объектом для исследований удельной активности некоторых ферментов были взяты семена, которые находятся в состоянии покоя.
Немало исследований проведено для изучения активности каталазы и пероксидазы в различных органах растений: листьях, корнях, стеблях, но исследований удельной активности названных ферментов в семенах сои недостаточно, особенно гидролаз.
При изучении удельной активности пероксидазы в семенах сои коллекционных образцов, разного эколого-географического происхождения, выявлены сортообразцы у которых действие этого фермента проявилось в виде следов (табл. 2, приложение 6). Причем данная закономерность была отмечена во все годы исследований. Это сортообразцы Амурской селекции №392 и № 595, США Lambert и Ке 73042, Саратовской области Омская 4, Польши 4888 и Канады 76-11. Вероятно это отличительный сортовой признак данных сортов сои. У остальных изучаемых образцов размах варьирования удельной активности пероксидазы в семенах составил от 80 до 345 ед/мг белка у культурной сои, и от 432 до 503 ед/мг у дикой. Видимо, более высокая удельная активность пероксидазы в семенах дикорастущей сои обусловлена более высоким адаптивным потенциалом.
Самая низкая пероксидазная активность у сортообразца Амурской селекции № 395 - 80 ед/мг белка. Данный сортообразец генотипически близок с образцами № 392 и № 595, у которых активность данного фермента проявилась в виде следов. Самая высокая активность пероксидазы отмечена у сортообразцов, имеющих в родословной дикорастущую сою: A. grichnon
(Болгария), МОК, Амурская бурая, Локус (Хабаровский край) и Czechnicka Pastewna (Польша). Кроме этого, отмечено, что все эти сортообразцы имеют темную окраску семян, за исключение сорта МОК, у которого семена желтого цвета, но по размеру близки к дикорастущей сое. У данных образцов высокая удельная активность пероксидазы наблюдалась в течение трех лет изучения.
При сравнении полученных данных, следует отметить, что в семенах 2000 года удельная активность пероксидазы была наименьшей, по сравнению с 2001 и 2002 годами. Значительных различий по удельной активности пероксидазы между семенами 2001 и 2002 годов не отмечено.
При изучении удельной активности каталазы в семенах сои выявлено, что размах варьирования у культурной сои составил от 68 до 298 х 10"3 ед/ мг белка, у дикой от 146 до 196 х 10"3ед (табл. 2, приложение 7). Наиболее высокая каталазная активность отмечена у сортов Хабаровской селекции Кобра, Локус и МОК - 205; 298 и 171 х 10" соответственно. Самой низкой активностью каталазы (до 100 х 10 ед.) характеризовались сортообразцы из Амурской области, Китая (Хэйхэ 5), Рязанской области (Окская), Канады (Р 72-1), Волгоградской (Волжана) и Омской (Безымянская 1) областей. Содержание белка в дикорастущей сои больше, чем у культурной, а ферменты это белки, вероятно, это обусловливает высокую активность ферментов у дикорастущей сои. Хотя, отмечено повышение удельной активности каталазы дикой сои в менее благоприятные годы исследований, но не настолько резко как у культурной. Что, видимо, определяется более высоким адаптивным потенциалом G. soja.
Удельная активность эстеразного комплекса культурной сои отличается от дикорастущей (табл. 2, приложение 8). Размах варьирования эстеразной активности культурных сотообразцов составил от 128 до 308 х 10"3 ед/мг белка, у дикой от 90 до 231 х 10"3 ед. Из чего видно, что удельная активность эстераз культурной сои выше, чем у дикой. Вероятно, это связано с низким содержанием масла в семенах дикой сои, так как эстеразы связаны с реакциями расщепления и синтеза липидов. Причем отмечено, что удельная активность эстеразы в семенах дикой сои формы КЗ - 6359 самая низкая, и содержание масла наименьшее. У формы КА - 1388 наибольшее содержание масла и удельная активность эстераз выше, чем в других формах.
Для некоторых культурных образцов сои отмечено наибольшее содержание масла и высокая удельная активность эстераз в семенах: №392 и № 595 Амурской селекции, Dono Nong 4 из Китая, Лань Краснодарского края, Lambert США, Govolga Чехии, Окская из Рязанской и Омская 4 Саратовской областей. У сорта Амурская бурая отмечена и низкая эстеразная активность и низкое содержание масла. В связи с этим, необходимо было установить, существует ли достоверная зависимость этих показателей. Коэффициент корреляции между содержанием масла и удельной активностью эстеразы в семенах культурный сои составил всего г = 0,24, для дикой сои г= 0,78.
Размах варьирования кислой фосфатазы в семенах культурной сои составил от 111 до 300 х 10 б ед/мг белка, у дикой от 119 до 256 х 10 б ед (табл. 2, приложение 9). Более 200 х 10"6 ед. удельной активности кислой фосфатазы отмечено у культурных сортообразцов № 595 (Амурская область), Dono Nong 4 (Китай), A. grichnon (Болгария), Ствига (Беларусия), Lambert и MON 95 (США), Окская (Рязанская область), Czechnica Pastewna (Польша), Белоцветковая 4 (Воронежская область) и Severnia х Bravalla (Швеция); у диких форм сои КБ-104 и КЗ-6316.
Так как фосфорные эфиры Сахаров и АТФ играют первостепенную роль при ферментативных превращениях углеводов, возникла необходимость установления взаимосвязи кислой фосфатазы и амилаз. Установлено, что коэффициент корреляции равен г= 0,47.
Фермент амилаза относится к классу гидролаз, катализирующих реакции гидролиза, то есть расщепления более сложных соединений на более простые с присоединением воды. В частности, амилаза участвует в гидролизе крахмала, гликогена, поли- и олигосахаридов. Данное свойство амилаз широко используется в промышленности, т.к. во многих производственных процессах возникает необходимость в более или менее глубоком расщеплении крахмала [74].
При изучении удельной активности амилаз выявлено, что размах варьирования в семенах культурной сои составил от 1,6 до 7,7 ед/мг белка, в семенах дикорастущей от 3,2 до 6,8 ед/мг белка (табл. 2, приложение 10). Низкая активность амилаз отмечена в семенах сортообразцов из Амурской области - № 392, Китая, Беларусии - Альбуть, Хабаровского края - Кобра, Рязанской области, Саратовской области, Польши - 4888 и Канады - Р 72-1. Активность которых не превышала 1,9 ед/мг белка. Высокая амилазная активность отмечена у сортообразцов из Амурской области № 595 - 5,4 ед, Хабаровского края МОК - 7,7 ед, Швеции - 6,2 ед и Чехии - 6,6 ед/мг белка.
Изучение электрофоретических спектров пероксидазы в семенах сои разного филогенетического происхождения показало, что размах варьирования по годам спектров составил у культурной сои в 2000 году - 1-5, 2001 - 3-6, 2002 - 1-5 (табл. 3.). У дикой от 2-4 в 2000 и 2001 годах, и только по одному спектру в 2002 году. Вероятно, наименьшая гетерогенность пероксидазы дикорастущей сои в 2002, обусловлена наиболее благоприятными условиями произрастания, по сравнению с предыдущими годами.
Генотипические особенности биохимического состава семян сои
Реализация генетического потенциала сорта зависит от соответствия биологических особенностей и экологических условий. Приспособление биологических процессов организма к непрерывно изменяющимся условиям среды обусловливают ферменты, которые являются основным механизмом адаптации. Основным соесеющим регионом России является Амурская область. Особенности экологических условий региона, значительные перепады дневных и ночных температур, неравномерность выпадения осадков, ранние заморозки и другие, в наибольшей степени ограничивают величину и качество урожая сои.
При изучении удельной активности ферментов в семенах сортов сои, районированных в Амурской области установлено, что их активность значительно различается по сортам (рис. 1, приложение 15-19). Наиболее значительно сортовые различия выражены для удельной активности пероксидазы. По мнению ряда авторов [86, 101, 126] в повышении устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды особое место принадлежит ферменту пероксидаза, который наряду с каталитическим действием, обладает антиоксидантной функцией. Известно, что активность пероксидазы резко возрастает при стрессовых состояниях, различных поражениях и инфекциях. Из рис. 1 видно, что у раннеспелого сорта Соер 4 самая низкая активность данного фермента - 7,3 ед/мг белка. Самая высокая активность пероксидазы отмечена у сорта Смена - 39,5 ед/мг белка. Менее изменчивая активность по сортам выявлена для каталазы, эстераз. Самую высокую активность кислой фосфатазы проявил сорт ВНИИС-1 - 150 х 10б ед/мг белка. Наивысшая активность амилаз отмечена у сорта Октябрь 70-2,9 ед/мг белка. Наименьшая активность всех изучаемых ферментов наблюдалась у сорта сои Соер 4.
Известно, что ферменты состоят из нескольких молекулярных -изоферментов, различающихся по физическим и химическим свойствам.
При изучении электрофоретических спектров ферментов каталазы, пероксидазы, амилаз и кислой фосфатазы в семенах пяти сортов сои выявлено, что распределение их электрофоретических спектров находится в пределах от 0 до 0,5. Отмечено, что для каждого фермента характерны низкомолекулярные и среднемолекулярные спектры. Для эстеразного комплекса выявлены спектры с низкой и высокой электрофоретической подвижностью (табл. 14.).
В результате изучения электрофоретических спектров каталазы отмечено, что для сортов Соната и ВНИИС 1 характерны три зоны активности, Смена -четыре, Соер 4 и Октябрь 70 по пять зон активности с разной электрофоретической подвижностью. Наибольшей гетерогенностью пероксидазы отличаются сорта Соната и Октябрь 70, для которых выявлено по пять электрофоретических спектров. У сорта Соер 4 отмечено только две зоны активности пероксидазы. Для электрофоретических спектров амилазы выявлено, что большей гетерогенностью характеризуются сорта Смена (четыре зоны) и Соната (шесть зон). Для остальных сортов отмечено по три спектра с разной электрофоретической подвижностью. По три зоны кислой фосфатазы отмечено у сортов Смена, Соната и ВНИИС 1, четыре у Соер 4, две у Октября 70. Фермент эстераза менее гетерогенен , так для изучаемых сортов выявлено от двух (Смена, ВНИИС 1, Соер 4) до трех зон (Соната и Октябрь 70).
Таким образом, высокая гетерогенность электрофоретических спектров характерна для ферментов пероксидазы (кроме сорта Соер 4), каталазы у сортов Смена и Соер 4, комплекса амилаз - Смена и Соната, кислой фосфатазы только у сорта Соер 4. Наименьшее количество зон активностей у всех изучаемых сортов установлено для эстеразного комплекса.
Витамины относятся к различным классам низкомолекулярных органических соединений. Они в качестве коферментов входят в состав ферментных систем. Поэтому недостаток того или иного витамина приводит к нарушению обмена веществ. Некоторые из них выполняют функцию антиоксидантов - это витамин Е, каротин и аскорбиновая кислота [42].
Значительных различий по содержанию данных компонентов зерна сои по сортам Амурской области не обнаружено. Очевидно, это объясняется тем, что с начала селекционных работ по сое и по настоящее время основное внимание уделялось скороспелости и продуктивности. Целенаправленная селекционная работа на качество не проводилась.
Соевый белок ценен тем, что в нем содержатся все незаменимые аминокислоты. По мнению, Сичкаря В. И. и других [120], значительные наследственные отклонения в аминокислотном составе встречается крайне редко. В наших исследованиях существенных различий в содержании незаменимых аминокислот в белке сои также не выявлено. Наибольшая сумма незаменимых аминокислот отмечена у сорта Соната - 43,8 %, наименьшая -Соер4-41,7%(табл. 17.).
Наследование и изменчивость биохимического состава семян в F2 G. max х G. soja
Достижения селекционных программ во многих странах мира свидетельствуют о необходимости методов адаптации селекции к конкретным экологическим условиям. В регионах с благоприятными почвенно-климатическими условиями первостепенное внимание должно уделяться повышению потенциальной продуктивности сортов, что вполне решаемо методами межсортовых скрещиваний. Однако, для Амурской области, такие подходы недостаточно эффективны. Очень часто высокую потенциальную продуктивность сортов сои не удается реализовать в производстве из-за значительных перепадов дневных и ночных температур, неравномерности выпадения осадков, сильной засоренности полей, плохой обработки почвы, повышенной кислотности почв и других неблагоприятных факторов. Потенциальная продуктивность сортов сои увеличилась в 1,5 раза, но средняя урожайность по области в производстве по-прежнему на низком уровне. Поэтому, по нашему мнению, в селекционных программах необходимо больше внимания уделять повышению адаптивного потенциала сои. Еще в работах Н. И. Вавилова, Т. Д. Карпеченко, И. В. Мичурина, Н. П. Цицина было показано, что повышение экологической устойчивости растений требует вовлечение в селекционный процесс зародышевой плазмы диких видов. Большая работа по изучению генофонда G. soja и включению ее в селекционный процесс проведена лабораторией генетики во ВНИИ сои под руководством Ала А. Я. Вопросы наследования и изменчивости биологически активных веществ в семенах сои при межвидовой гибридизации ранее не изучались.
В связи с этим, нами было изучено наследование и изменчивость энзиматической активности некоторых ферментов, содержания витамина С, каротина, минеральных веществ, белка, масла и их качественного состава в семенах гибридов второго поколения, полученных от скрещивания G. max и G. soja.
Наиболее специфичным ферментом семян сои является пероксидаза, который сильно подвержен колебаниям географического разреза. Пероксидаза участвует в ростовых процессах, она является маркерным ферментом для определения очень раннего прорастания [113, 116, 174]. Болгарские ученые считают, что пероксидазныи тест можно использовать при оценке селекционного материала на вирусоустойчивость [13]. Каталаза широко распространена в природе и интенсивно изучалась многими учеными. Однако, в научной литературе недостаточно данных об активности данного фермента в семенах сои. Весьма интересным обстоятельством является то, что семена растений различаются по содержанию в них амилазного комплекса. В отечественной литературе незначительное количество работ посвящено изучению удельной активности кислой фосфатазы и эстеразы в семенах сои.
В проведенных нами исследованиях установлены значительные различия между G. max и G. soja по активности ряда ферментов, что, очевидно, объясняет различную приспосабливаемость этих видов к неблагоприятным климатическим условиям (табл. 29.). Так, из изученных ферментов только по удельной активности комплекса амилаз не выявлено различий между G. max и G. soja. Удельная активность каталазы, пероксидазы, кислой фосфатазы в семенах G. soja примерно в 2 раза выше, чем у культурных сортообразцов сои. Удельная активность эстеразного комплекса примерно в 1,5 раза выше в семенах G. max.
Анализ удельной активности каталазы в семенах F2 показал, что в комбинациях М 28 х КБ 103, она составила 112±9,5 ед/ мг белка х 10" при 94 и 208 у материнской и отцовской форм, соответственно. Наследование данного фермента проходило по промежуточному типу. В комбинации Садовый х КБ 103 у гибридов F2 удельная активность каталазы была 19+6,1, что значительно меньше, чем у обоих родительских форм. Степень отрицательной трансгрессии составила 17 %. Значения удельной активности амилазы в F2 М 28 х КБ 103 и Садовый х КБ 103 было в 2 раза выше, чем у исходных родительских форм. Степень положительной трансгрессии составила от 73% в комбинации F2 М 28 х КБ 103 до 93 % в комбинации F2 Садовый х КБ 103.
Удельная активность пероксидазы в F2 была ниже, чем у исходных родительских форм. Степень отрицательной трансгрессии составила от 15 % в комбинации Рг М 28 х КБ 103 до 23 % в комбинации F2 Садовый х КБ 103. Наследование удельной активности эстеразного комплекса проходило по принципу сверхдоминирования. Степень положительной трансгрессии составила от 21% в комбинации М 28 х КБ 103 до 49 % в комбинации Садовый х КБ 103. Наследование удельной активности кислой фосфатазы носило промежуточный характер.
Эволюция генетической структуры, генных ансамблей в процессе доместикации остается недостаточно исследованной. Изучение видовой и сортовой специфичности изоферментного состава имеет большое практическое значение, так как изоферментный анализ может служить важным дополнительным методом при определении принадлежности растений к систематическим группам. Интересно отметить, что при изучении изоферментного состава ряда ферментов у гибридов и исходных родительских форм многих растений было установлено, что набор изоферментов гибридных растений существенно отличается от изоферментов родительских форм. В частности, у гибридных растений всегда появляются «гибридные» зоны ферментов, которые не обнаруживались ни у одного из родителей. Одновременное присутствие в клетках множественных форм одного и того же фермента наряду с другими механизмами регуляции способствует согласованности процессов обмена веществ в клетке и быстрой приспособляемости растений к постоянным изменениям условий внешней среды [156].
В результате исследования электрофоретических спектров каталазы, пероксидазы, кислой фосфатазы, амилазного и эстеразного комплексов установлены зоны активности для каждого фермента, которые свойственны родителям и передаются потомству. Полученные результаты схематически представлены на рис. 9.
Анализ электрофореграмм семян гибридов второго поколения показал изменения в зонах активности, исследуемых ферментов, по сравнению с исходными родительскими формами. Одни зоны, характерные для исходных форм, не сохранялись в их потомстве, другие, передавались гибридам. Среди изменений в зонах активности каталазы, наблюдаемых в гибридах второго поколения, наибольший интерес представляет проявление зон со среднемолекулярной электрофоретической подвижностью, совпадающих по подвижности с родительскими формами. Кроме того, в гибридах проявляются зоны с Rf=0,13-0,16, которые отсутствовали у исходных форм. Наследование форм амилазы происходило по отцовскому типу, особенно это хорошо видно в F2 комбинации Садовый х КБ 103. В гибридах появляются также новые зоны амилаз. В электрофоретических спектрах ферментов пероксидаз в семенах G. мах выявлено от 3 до 4 зон фермента, в G. soja - 4 зоны, в гибридах по 5 зон. В гибридах F2 М28 х КБ 103 отмечены электрофоретические спектры с Rf=0,13, совпадающие по подвижностям с зонами материнского растения. Кроме этого отмечена зона со средней электрофоретической подвижностью 0,38-0,42 для гибридов и отцовской формы и общая зона для обоих родительских форм и гибридов с Rf=0-0,02. В гибридах Садовый х КБ 103 обнаружены такие же зоны активности, кроме зоны с Rf=0,3 8-0,42, которая отмечена у материнской формы. По отцовскому типу наследовались зоны активности пероксидазы с Rf=0,08-0,10. Четко прослеживается наследование зон комплекса эстераз. В представленных спектрах видно, что материнские растения имели низкомолекулярные зоны, отцовские - высокомолекулярные. В гибридах второго поколения обнаружены 2 зоны комплекса эстераз (низко- и высокомолекулярные). Наследование зон кислой фосфатазы в F2 проходило по материнскому типу. В F2 выявлены также дополнительные зоны активности, не принадлежавшие ни одной из исходных форм.
