Біохімія трансгенної картоплі в умовах України

як цілком можливі компоненти бульб картоплі, при надмірній кількості вони

погіршують смакові якості картоплі. У бульб з`являється гіркуватий смак,

при вживанні таких бульб в харчування віникають чуття зуду в горлянці [ ].

Встановлена визначена кореляція між наявністю глікоалкалоїдів і

органолептичними смаковими якостями вареної картоплі. При дуже низькому

вмісті глікоалкалоїдів в бульбах (порядку 1-5 мг%) смак вареної картоплі

трохи гірший, ніж при середньому (5-10 мг%). Але збільшення їх вмісту вище

за 26 мг% на сиру речовину дуже погіршує смак вареної картоплі і стає

небезпечним для здоров`я людини [ ].

Бульби картоплі, які містять ніж 20 мг% глікоалкалоїдів, не

рекомендується вживати в харчування, осбливо коли картопля вареться зі

шкірочкою. Почищені бульби менш небезпечні, так як значна частина

глікоалкалоїдів видаляється зі шкірочкою, а частина переходить в воду, при

варинні ж неочищених бульб цього не відбувається вз`язку з слабкою

проникністю шкірочки. За даними М.Г.Шевченко [ ], нйбільшу небезпеку для

здоров`я становить нерозчинний в воді соланін, зосереджений в основі

пророслх вічок.

3. Роль глікоалкалоїдів в явищі імунітета до бактеріальних,

грибкових захворювань і шкідників та їх значення в селекції

нових сортів картоплі.

Глікоалкалоїди привертають увагу селекціонерів-картоплярів в зв`язку з

їх токсичною дією на бактеріальні та грибкові захворювання картоплі, а

також в зв`язку з токсичною дією на колорадського жука [ ].

Встановлено, що соланін затримує ріст бактерій, а 0,1-0,5% -ний розчин

його викликає відмирання протоплазми. Виділені фунгіцидні якості

глікоалкалоїдів в відношенні ряду патогенних грибів, таких як Microsporum

audoine, Trichophyton gypseum, Fusarium oxуsporum, зооспор Phytophthora

infestans, Helminthosporum carbonum.

В Інституті біохімії РАН досліджували фунгіцидні властивості

глікоалкалоїдів і інших сполук картоплі, наділених антибіотичними якостями,

а також вивчали дію механічних пошкоджень і зараження Phytophtora infestans

на утворення і розподіл глікоалкалоїдів в тканинах бульб [ ].

Виявилось, що глікоалкалоїдам (-соланіну та (-чаконіну притаманна більша

фунгіцидна активність ніж фенолам (кофейній і хлорогеновій кислотам). Так,

в концентрації 0,1 мг/мл останні не впливали на кінетичні показники росту

фітофтори, тоді як глікоалкалоїди пригнічували його майже на 70%. Зооспори

цього паразита гинули вже при концентрації (-соланіна 5 мкг/мл.

Соланин, чаконін і соланідін інгібують радіальний рост Alternaria

solani на картоплі. По ступеню інгібування на першому місці стоїть

соладінін, потім чаконін і соланін. При концентрації 500 мг/л соланін

викликає 50% інгібування росту після 96-годинного періоду інкубації при

24оС. Встановлено наявність збільшення чутливості листків до розвітку

пошкодження яке супроводжується зменшенням концентрації глікоалкалоїдів в

листках в міру їх старіння. Наприклад, 30-денні листки сорту Катадин

містять 950 мг/кг глікоалкалоїдів і стійкі до паразиту, тоді як старіючі 90-

денні листки містять тільки 150мг/кг глікоалкалоїдів і значно уражаються

грибом [ ].

Проте подальші дослідження показали, що хоча глікоалкалоїди і наділені

фунгітоксичністю, вони все ж таки не є вирішальним фактором в явищі

фітоімунітета картоплі [ ]. Взагалі після інфікування в бульбах картоплі

накопичується хлогенова та кофейна кислоти, скополетин, (-соланін, (-

чаконін, рішитин, фітуберин. Всі зазначені сполуки, за виключенням рішитіна

та фітуберіна, присутні в шкірочці бульби в кількостях рівних або більших,

аніж синтезованих за умов інфікування патогеном очищеної картоплі.

Хлорогенова та кофейна кислоти знайдені в усіх частинах рослини. Вони

продукуються в бульбах картоплі в результаті пошкоджень та інфекції

багатьма патогенними та не патогенними організмами і накопичуються (або

присутні) в деяких здорових тканинах рослини картоплі в кількостях, які

можуть пригнічувати мікроорганізми. Механічне пошкодження чи інфекція

викликає швидке окислення цих речовин, а продукти окислення токсичні для

багатьох мікроорганізмів. На ранніх стадіях інфекції після інокуляції бульб

деякими расами фітофтори накопичуються поліфеноли. В тканинах,

інокульованих несумісними расами фітофтори, або в зрізах накопичується

тільки хлорогенова кислота.

Глікоалкалоїди (-соланін і (-чаконін зосереджуються біля пошкоджених

ділянок бульби [ ]. Про те, що глікоалкалоїди не є вирішальним фактором

в імунітеті картоплі, свідчать результати дослідів, проведених на раневій

перидермі бульб. В зараженій фітофторою раневій тканині картоплі

глікоалкалоїди не накопичуються. Звідси виходить припущення, що фітофтора

наділена здатністю руйнувати глікоалкалоїди.

В раневій тканині, зараженій несумісною расою фітофтори, не

відбувається накопичення глікоалкалоїдів, не виявляються фітоaлексини

рішитин і любімін. В непошкодженій паренхимі бульб не синтезуються ні

глікоалкалоїди, ані фітоалексіни. В раневій перидермі весь мевалонат

використовується на синтез глікоалкалоїдів. В відмерлій тканині, навпаки.

Утворення глікоалкалоїдів майже не відбувається, а мевалонат

використовується для синтезу рішитіна та любіміна. В зараженій тканині, як

і в раневій, глікоалкалоїди хоча і утворюються, але розкладаються

фітофторою [ ].

В США проводили роботи по виведенню сортів картоплі, наділених

полігенною стікістю до фітофтори, при цьому стикалися з труднощами,

обумовленими отриманням гібридів з високим вмістом в бульбах

глікоалкалоїдів. Дослідження, проведені в селекційному центрі штата Західна

Віргінія, на 15 клонах картоплі, наділених різною ступеню полігенної

стійкості до фітофтори і трьох стандартних сортах, не підтвердили наявність

взаємозв`язку між зазначеною стійкістю і вмістом в бульбах глікоалкалоїдів.

В результаті прийшли до висновку, що можливе створення нових сортів

картоплі з полігенною стійкістю до фітофтори і звичайним, або зниженим

вмістом глікоалкалоїдів в бульбах. Встановлена висока ступінь кореляції

(r=0,82) між вмістом глікоалкалоїдів в листках та бульбах випробуваного

селекційного матеріалу [ ].

Дослідженнями Куна було встановлено, що непоїдання листків дикого

виду картоплі Solanum demissum колорадським жуком обумовлена наявністю в

них глікоалкалоїда демісіна [ ]. Це спонукало вітчизняних ботаніків

організувати експедицію в країни Південної Америки для пошуків диких видів

картоплі, стійких до колорадського жука. Під час експедиції було знайдено

біля 10 таких видів, частина з них використовується в селекції при

виведенні нових сортів картоплі.

Глікоалкалоїди бульбоносних видів дикої картоплі належать головним

чином до групи соланіну чи демісину. Найбільша кількість стійких до

колорадського жука видів картоплі – S.commersonii, S.chacoense,

S.gibberulosum, S.shikii, S.dolichostigma відноситься до Commersonia, але

демісин в них відсутній. Високостійкими до колорадського жука виявились

також S.polyadenum, S.jamesii, котрі містять малу кількість демісину. Дикі

види картоплі, які характеризуються низьким вмістом демісину, за

виключенням видів Acaulia, виявились надто стійкими до колорадського жука [

2. ПРИРОДНІ УМОВИ ГОСПОДАРСТВА

Виробнича практика була проведена в учбово-навчальному комплексі

(УНВК) Сумського державного аграрного університету (СДАУ) який знаходится в

м. Суми (південна частина). УНВК розташований у північній частині

Лівобережного Українського Лісостепу, яка в цілому характеризується

помірним кліматом. Літо – тепле, із значною кількістю опадів. Зима – не

дуже холодна, з відлигами.

Згідно багаторічних даних Сумської метеостанції, середньорічна

температура району, де розташований УНВК, дорівнює 60 С (табл. 1). Найбільш

холодними місяцями є січень і лютий, найбільш теплими – липень, при чому

абсолютний мінімум температур повітря -360 С спостерігається в січні, а

максимум +380 С - у серпні. Останні весняні заморозки у повітрі

спостерігаються у ІІІ декаді квітня, в окремі роки – на початку травня, а

перші осінні заморозки – на початку жовтня, з

1. Середня багаторічна температура повітря за місяцями

|Місяці |І |ІІ |ІІІ|IV |V |VI |VII|VII|ІХ |Х |ХІ |ХІІ|Середньо|

| | | | | | | | |I | | | | |- |

|Середньо-мі|-7,|-7,|-2,|6,3|14,|17,|19,|18,|13,|6,6|-0,|-5,|6,0 |

|сячна |8 |6 |6 | |6 |4 |6 |3 |0 | |1 |5 | |

коливаннями 11.09. – 27.10. Довжина безморозного періоду складає приблизно

155 днів. Зима сніжна, характеризується нестійкою погодою, поряд із

низькими температурами -250 - -300 спостерігаються відлиги з температурами

+40 - +50.

Часті відлиги взимку при глибокому промерзанні грунту іноді призводить

до застою талих вод і утворенню льодяної кірки, що негативно впливає на

перезимівлю озимих. Висота снігового покрову досягає 22 см. Розподілення

його на більшій частині території нерівномірне: сніг накопичується у

балках, ложбинах стоку.

Максимальна глибина промерзання грунту на рівних ділянках сягає 135

см, мінімально – 40 см, середня – 88 см.

Середньорічна кількість опадів становить 510 мм (табл. 2).

2. Середня багаторічна кількість опадів за місяцями

|Місяці |І |ІІ |ІІІ|IV |V |VI |VII|VII|ІХ |Х |ХІ |ХІІ|За рік |

| | | | | | | | |I | | | | | |

|Опади в мм |28 |23 |26 |40 |43 |67 |68 |53 |45 |42 |33 |37 |510 |

З таблиці видно, що найбільша кількість опадів випадає у літньо-

весняний період, що співпадає з максимальним ростом сільськогосподарських

культур і сівбою озимих і сприяє їх розвитку.

Взимку переважають північно-східний та північно-західний вітри.

Напрямок їх часто змінюється, що призводить до різних змін температури. За

останні роки спостерігаються суховійні південно-східні вітри, які сильно

висушують грунт і знижують врожай основних сільськогосподарських культур.

Рельєф УНВК рівнинний, але західна частина дещо полога і засівається

багаторічними травами.

Грунти, які представлені на дослідному полі, -це типові чорноземи,

важкосуглинисті, середньогумусні на льосовидному суглинку. Грунт

характеризується високим вмістом крупнопилови часток (0,01-0,05 мм), частка

яких сягає 55% і більше. Вміст часток, які належать до фракції розміром

0,001 мм і менше сягає 25-30%, що обумовлює високу ємність поглинання, яка

досягає 28-30 мг/екв на 100 г грунту. Реакція грунту практично нейтральна.

Значення рН коливається в межах 6,5-7,5/6,5-7,6 у верхніх горизонтах і 7,3-

7,5 у нижніх (карбонатних).

Розорювана частина грунту приблизно до 30 см., яка містить у собі

необхідні елементи живлення (N, P, K) : азоту нітратного 2,2-3,; азота

амонійного 11,2-10,6; фосфора 157, калія 70 мг на 100 г грунту, відсоток

гумусу 4,0%.

УНВК заснований в 1987 р. для проведення науково-дослідної роботи та

для демонстрації різних технологій вирощування сільськогосподарських

культур. До складу УНВК входять комплекс по оздоровленню насінневої

картоплі методами меристеми, обласне об’єднання “Сортнасіняовоч” і науково-

дослідне об’єднання “Еліта” з лабораторією картоплі і дослідним

господарством. До складу господарства також входять дослідні поля в

с.Постольне, Гамаліївка та Косівщина, де вирощуються озима пшениця, овес,

гречка, картопля, ячмінь, овес, гречка, горох, багаторічні трави, капуста,

морква, столові буряки, цибуля. Урожайність деяких культур в 2000 році:

озима пшениця 35 ц/га; овес 41 ц/га; гречка 20 ц/га; картопля 150 ц/га;

соняшник 15 ц/га; яра пшениця 13 ц/га; горох 13 ц/га; буряки цукрові 460

ц/га; кукурудза на зерно – 42 ц/га.

Дослідні поля УНВК займають 43 га сільськогосподарських угідь.

Сівозміна займає майже всі 43 га. Схема сівозміни така:

1. Овес 10 га.

1. Озима пшениця 5 га.

2. Картопля (насіння )0,7.

3. Ячмінь .

4. Гречка 4,6 га.

5. Цукровий буряк 10 га.

Із сівозміни виділена ділянка 2,5 га, розміщена на схилі, яка

засівається багаторічними травами для тварин віварія.

Крім того в межах УНВК вирощували в 2000 р.такі культури:

1. Багаторічні трави 2,4 га

2. Молодий сад 3 га

3. Томати 0,2 га

4. Цибуля 0,25 га

5. Буряки столові 0,07 га

6. Морква 0,07 га

7. Кріп 0,01 га

8. Петрушка 0,01 га

9. Капуста 0,75 га

10. Огірки 0,05 га.

На дослідних ділянках проводять експериментальні роботи кафедри

селекції (0,7 га) і рослинництва (0,3 га).

Для роботи на дослідних полях УНВК закріплений підрозділ і повний

комплекс тракторів та сільськогосподарського обладнання. Для проведення

дослідів виділено ділянки площею в 0,1 га. В склад підрозділу входять:

завідуючий дослідним полем і два інженери. Для зберігання і ремонту техніки

за дослідним полем закріплений спеціальний бокс, а для зберігання зернової

продукції - ангар. Техніка УНВК представлена тракторами Т-150, Т-70, Т-

150К, МТЗ-82, Т-25, Т-16.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

В експериментi використовувались бульби та квітки картоплi сортів

NewLeaf 6 Russet Burbank та NewLeaf 6 Atlantic (зразки люб’язно надані

проф.А.А.Підгаєцьким, Інститут картоплярства УААН, смт.Немішаєве, Київська

обл.). Зразки бульб: висічки сумарною масою 500 мг вiдбирали з 3 місць

бульб картоплi (верхівка, середина та пуповинна частина). Маса зразків

квіток дорівнювала 200-300 мг. Висічки бульб та зразки квіток мілко

нарізували, перемішували і ретельно розтирали на холоді ((0(С) в

порцеляновій чашці. В розтерту масу додавали 1 мл 5% оцтової кислоти.

Ретельно перемішували одержану масу і залишали її стояти протягом 2-х

годин. Після цього фільтрували масу, відбирали рідку фазу і підсушували її

в струмені теплого повітря. Одержанi рідкофазні зразки центрифугували (300

g), вiдбирали алiквоти рідкої фази об'ємом 20 мкл і наносили на металеву

(Au) поверхню зразконесучого диска приладу "МСБХ" (біохімічний мас-

спектрометр «МСБX» виробництва ВAТ SELMI, Суми, Україна) з наступною

реєстрацією мас-спектра (кiлькiсть вiдлiкiв 40000-200000); прискорююча

напруга + 10 кВ)(контроль).

Аналiз одержаного мас-спектра проводили за допомогою сервiсної

програми статистичної i математичної обробки спектрiв "МСБХ4" (НДI

радіаційної технiки та автоматизації, Москва). Мас-спектри мiстили пiки

квазимолекулярних iонiв (КМI) типу [М+Н]+, де М - молекулярна маса

аналізованої речовини (глiкоалкалоїду) в атомних одиницях маси (Да), Н –

протон, зокрема, (-чаконіну з молекулярною масою 851,0 Да вiдповiдає пiк

КМI з молекулярною масою 852,0; (-соланiну - з масою 868,0.

Виходячи з спiввiдношень iнтенсивностi КМI глiкоалкалоїдiв проводили

визначення кiлькостi останнiх в зразках. Для кожного зразка екстракту

глiкоалкалоiдiв квіток рослин картоплi проводили по три вимiрювання з

наступним усередненням результатiв за допомогою сервiсної програми.

Глікоалкалоїди для отримання калібрувальної кривої отримували з

етиольованих ротків картоплі шляхом багаторазової обробки: екстрагування 2%

оцтовою кислотою, осадження 25% водним рочином аміаку з підігріваням на

водяній бані до випадання осаду, центрифугування, відділення осаду від

надосадкової рідини, розчинення осаду в 2% оцтовій кислоті і т.д. до тих

пір, поки не будуть отримані чисті кристали глікоалкалоїдів.

Визначення рівня стiйкостi сортiв картоплi до фiтопатогенiв в

модельних системах in vitro визначали за методикою Кожушко Н.С., Чіванова

В.Д. [ ]. Модельна система для визначення кінетичних параметрів

деструкції глікоалкалоїдів складалась з 500 мг тканини бульби картоплі

гомогенізованої в 5 мл середовища інкубації - 0,17% розчинi оцтової кислоти

(pH 5,4-5,5), доповненої змiшаною польовою культурою грибiв Phytophthora

infestans та Fusarium oxysporum spp.[ ]. За контроль правила

гомогенізована тканина бульб в стерильному середовищі інкубації без

домішок. Iнкубували модельнi системи при 37оC в термостаті, вiдбираючи

зразки (100 мкл) на початку інкубації і в подальшому через 1, 2, 3, 4, 5 та

6 дiб. Одержанi зразки центрифугували, вiдбирали алiквоти рідкої фази

об'ємом 20 мкл, які аналізували як вказано вище.

3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Мас-спектрометрія PDMS досить давно з успіхом використовується з

метою аналіза кількісного та якісного складу глікоалкалоїдів рослин

картоплі різних сортів [ ].

Так, в якості прикладу наводимо типовий мас-спектр свіжого екстракту

з гомогенату бульб картоплі сорту Невська (рис.2). Порівняльна

інтенсивність піків КМІ іонів a-соланіну та a-чаконіну в цьому мас-спектрі

відповідає реальному кількісному співвідношенню цих сполук в тканинах бульб

картоплі даного сорту – відомо, що для всіх культурних видів картоплі

Страницы: 1, 2, 3, 4

МЕНЮ

Біохімія трансгенної картоплі в умовах України