WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |

На правах рукописи

ВЕРХОТУРОВ

ВасилийВладимирович

ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕПРОЦЕССЫ

В ЗЕРНОВКАХ ЯЧМЕНЯ ИПШЕНИЦЫ ПРИ ИХ ХРАНЕНИИ, ПРОРАСТАНИИ ИПЕРЕРАБОТКЕ

03.00.12 – Физиология ибиохимия растений

Автореферат

диссертация насоискание ученой степени

доктора биологическихнаук

Москва 2008 г.

Работа выполнена вЯкутской государственнойсельскохозяйственной академии и Иркутскомгосударственном техническомуниверситете

Научныйконсультант:доктор биологических наук,

профессор

В.В. Рогожин

Официальные оппоненты:доктор биологических наук

профессор Н.Н. Новиков

доктор биологических наук,

профессор С.Ф. Измайлов

доктор технических наук,

профессор Г.П.Карпиленко

Ведущаяорганизация:Институт биохимии и физиологии растений

и микроорганизмов РАН

Защита диссертациисостоится "16"декабря 2008 года в ___ часов на заседаниидиссертационного совета Д 220.043.08 по защитедиссертаций на соискание степени докторабиологических наук при ФГОУ ВПО "Российскийгосударственный аграрный университет -МСХА имени К.А.Тимирязева" поадресу: 127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

С диссертацией можноознакомиться в Центральной научнойбиблиотеке ФГОУ ВПО "Российскийгосударственный аграрный университет -МСХА имени К.А.Тимирязева"

Автореферат разослан"___" __________ 2008 г.

Автореферат размещен на сайтеВАК www.vak.gov.ru

Ученый секретарь

диссертационногосовета

С.Л. Белопухов

ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Способность семяннаходиться в состоянии покоя являетсяважным приспособительным механизмом,позволяющим человеку в определенныхусловиях длительно хранить семенасельскохозяйственных растений (Николаева,1999). В то же время наличие покоя у семянвесьма затрудняет культивирование многихпищевых, кормовых, технических и другихполезных растений, а также осложняетработы в ботанических садах по созданиюколлекций растений и интродукцииперспективных для хозяйства видов и т.д.Свежеубранные зерновыекультуры почти всегда прорастают плохо,поскольку в них велик процент зародышей,неспособных к прорастанию. Наибольшуюэнергию прорастания зерновки получают впроцессе дозревания, которое в зависимостиот свойств сорта, условий роста и храненияможет длиться многие недели (Трисвятский, 1985). Всяцепь процессов, происходящих в семенах придозревании, прорастании и превращении их вновое растение постоянно находится в полезрения физиологов растений (Хавкин, 1982;Николаева, 2001).

Прорастание семянсопровождается активацией генома иразличных физиолого-биохимическихпроцессов (Зауралов, Лукаткин, 1997; Обручеваи др., 1999). Энергетическое жизнеобеспечениеклеток зародыша, выходящего из покоя,поддерживается достаточно сложнымкомплексом митохондриальныхокислительно-восстановительных реакций(Робертси, 1982; Обручева, 2001). С повышениемметаболических процессов в клеткахпрорастающих семян наблюдаетсяобразование активных формкислорода, защита от которыхосуществляется за счет использованиявысокоактивной антиоксидантной системы всоставе низко- и высокомолекулярныхсоединений (Кения, Лукаш, 1993). Действиекомпонентов системы антиоксидантнойзащиты в основном сводится к подавлениюобразования свободных радикалов,поддержанию нормального уровнясвободно-радикальных процессов иперекисного окисления липидов в тканях(Мерзляк, 1989).

Активные формыкислорода выполняют в клетках важныесигнальные функции не только при стрессе,но и в обычных условиях произрастаниярастений (Аверьянов, 1999; Тарчевский, 2000).Стрессовые воздействия (низкаятемпература, ультрафиолет, химическиесоединения и др.), применяемые дляпрерывания покоя и повышения всхожестисемян, могут быть инициаторамиокислительных процессов, таких какперекисное окисление липидов. В тоже времяпубликации, отражающие роль анти- ипрооксидантного баланса при прорастаниисемян встречаются крайне редко. Наконец,остается открытым вопрос о взаимнойрегуляции анти- и прооксидантной системы, атакже перспективы использования данногомеханизма в сельскохозяйственной практикеи перерабатывающей промышленности.

Субстратамипероксидазы могут быть фитогормоны,цитохром с,НАДФН, триозы, аскорбат, флавоноиды и др.(Садвакасова, Кунаева, 1987; Рогожин,Верхотуров, 2004). Поскольку активностьпероксидазы и метаболизм гормональных инегормональных соединений тесновзаимосвязаны, то повышение активностифермента должно отражаться в измененииметаболизма его субстратов. Динамика ростанаучной литературы, посвященной активнымформам кислорода, антиоксидантной системы,окислительным реакциям и их участием,говорит о стремительно растущем к ниминтересе физиологов и биохимиков.

Цель работы состояла в изучениироли анти- и прооксидантной системы прихранении, прорастании и переработкезерновых культур, установлениизакономерностей проявления ее активностина действие физических и химическихфакторов, а также исследовании перспективыприменения антиоксидантов в сельскомхозяйстве и солодовенном производстве. Длядостижения цели были поставленыследую­щиезадачи:

  1. Исследовать окислительные процессыи антиоксидантный статус зерновокзлаковых культур при различных условияххранения.
  2. Определить активность икаталитические свойства некоторыхоксидоредуктаз при хранении и прорастаниизерновок пшеницы.
  3. Проследить за изменениемактивности антиоксидантной системы иинтенсивности перекисного окислениялипидов при набухании и прорастаниизерновок.
  4. Изучить влияние химических ифизических факторов на окислительныепроцессы и антиоксидантный статус семян ипроростков.
  5. Предложить механизм окислениянизкомолекулярных антиоксидантов сучастием пероксидазы и исследоватьвлияние регуляторов на каталитическиесвойства фермента.
  6. Исследовать влияние экзогенныханти- и прооксидантов на прорастание ивсхожесть зерновок пшеницы.
  7. Исследовать влияниетехнологического режима проращиванияячменя на антиоксидантный статус икачество светлого пивоваренногосолода.
  8. Определить содержаниенизкомолекулярных антиоксидантов вотходах солодовенного производства ипредложить перспективы их использованияпри солодоращении ячменя.

Защищаемыеположения.

  • Длительное хранение семян, а такжеих хранение при неблагоприятных условиях,способствует накоплению продуктов ПОЛ иснижению активности антиоксидантнойсистемы. Поэтому показатели состояния про- и антиоксидантнойсистемы могут быть использованы каккритерий оценки жизнеспособности семян вусловиях хранения и переработки. Низкаяактивность окислительных процессов ивысокое содержание низкомолекулярныхантиоксидантов в зерновках является однимиз биохимических механизмов,обеспечивающих жизнеспособность семян придлительном хранения.
  • Перекисное окисление липидовявляется показателем активациикислородных метаболитов, участвует взапуске программы прорастания семян иактивации антиоксидантной системы.
  • Низкомолекулярные антиоксидантыспособны регулировать активностьпероксидазы растений в условиях in vitro иin vivo. Взаимное влияниенизкомолекулярных антиоксидантов ивысокомолекулярного антиоксидантногофермента –пероксидазы является одним изрегуляторных механизмов прорастания семянрастений.
  • Низкомолекулярные экзогенные анти-и прооксиданты являются эффективнымирегуляторами прорастания зерновокзлаковых культур. Участиенизкомолекулярных антиоксидантов вмеханизме покоя семян обусловленоингибированием фермента антиоксидантнойзащиты –пероксидазы, что подтверждается вэкспериментах in vitroи in vivo.Понижение активности фермента высокимиконцентрациями антиоксидантовспособствует углублению покоя семян, аактивация пероксидазы – ускоренному ихвыходу из состояния гипобиоза и быстромупрорастанию.

Научная новизна. Показано участие компонентовантиоксидантной системы в регуляциибиохимических процессов при хранении ипрорастании семян растений. Установлено,что стресс-факторы (температура,ультрафиолет, химические соединения),способствуют стимуляции прорастаниясемян, через активацию перекисногоокисления липидов и антиоксидантнойсистемы. Результаты проведенныхисследований дают возможностьрассматривать ПОЛ как один из пусковыхмеханизмов активации программыпрорастания семян. Знания механизмовактивации биохимических процессовпрорастания семян позволяют разработатьновые методы, повышающие всхожесть семян иустойчивость растений к действиюнеблагоприятных факторов окружающейсреды.

Впервые изученымеханизмы индивидуального и совместногопероксидазного окислениянизкомолекулярных антиоксидантов.Определены каталитические константыреакций и предложены механизмы взаимнойрегуляции пероксидазы и низкомолекулярныхантиоксидантов, реализуемые вбиологической системе. Установлено, что вреакциях индивидуального и совместногоокисления в действии пероксидазыпроявляются сложные регуляторныемеханизмы, обеспечивающие протеканиекаталитического процесса. Фермент, непроявляющий избирательность по отношениюк природе окисляемого субстрата в реакцияхиндивидуального окисления, приобретаетизбирательность в реакциях совместногоокисления.

Впервые впроизводственных условиях исследованаактивность антиоксидантной системы иинтенсивность перекисного окислениялипидов в зерновках ячменя припроизводстве светлого пивоваренногосолода. Предложено использоватьпоказатели активности антиоксидантнойсистемы для оценки протеканияокислительных процессов при производствепивоваренного солода.

Практическаязначимость работы. Диссертационная работа выполнена врамках тематики НИР кафедры пищевойтехнологии ИрГТУ "Техническая биохимия,биотехнология и химия биологическиактивных веществ" (госбюджетная тема №378). Исследования былиподдержаны грантом Министерстваобразования и науки РФ “Биохимия процессов,протекающих при хранении и переработкерастительного сырья” (кодГРНТИ 62.09.37).

Показатель состоянияанти- и прооксидантной системы может бытьиспользован как дополнительный критерийоценки качества при хранении исолодоращении зернового сырья. Замачивание семян в растворах низкомолекулярныхантиоксидантов, приводит к повышениювсхожести и устойчивости проростка кнеблагоприятным факторам среды.Полученные данные позволят предложитьнаиболее оптимальное время замачиваниясемян в растворах регуляторов, которое порезультатам наших исследований приходитсяна первые четыре часа набухания.Полученные результаты могут бытьрекомендованы для практическогоиспользования в сельскохозяйственномпроизводстве для увеличения всхожести исопротивляемости семян к неблагоприятнымфакторам.

Результаты,посвященные изучению влияниянизкомолекулярных антиоксидантов насолодоращение пивоваренного ячменя, могутбыть использованы при разработкетехнологии применения этих регуляторов всолодовенном производстве. Исследования,посвященные определению содержаниянизкомолекулярных антиоксидантов вотходах пивоваренного и солодовенногопроизводства, могут быть полезны дляразработки технологии использованияотходов в регуляции биотехнологическихпроцессов при солодоращении зерновогосырья.

Материалы используютсядля проведения занятий по курсам “Физиология ибиохимия растений”, “Биохимия”, “Прикладная энзимология”, и "Биотехнология переработкирастительного сырья" для студентов технологического исельскохозяйственного профиля,обучающихся в ИрГТУ и ЯГСХА.

Апробацияработы. Основные положениядиссертации обсуждались нанаучно-практической конференции"Физиология, биохимия и экология растений"(Якутск, 1997, 1998); на V-ой Международной конференции"Регуляторы роста и развития растений"(Москва, 1999); на ежегодных семинарах СИФИБРСО РАН (Иркутск, 1999, 2000); на республиканскойнаучно-практической конференции "Научноесопровождение образовательного процессаагровуза" (Якутск, 2001); нанаучно-практических конференциях"Региональные проблемысельскохозяйственного производства"(Якутск, 2001), "Проблемные вопросыВосточно-Сибирского региона" (Иркутск, 2001),"Перспективы развития технологии, экологиии автоматизации пищевых производств"(Иркутск, 2004), “Пищевые технологии, качество ибезопасность продуктов питания” (Иркутск, 2006, 2007); наВсероссийской научной конференции “Биологическиактивные добавки и здоровое питание” (Улан-Удэ, 2001); наV съездеобщества физиологов растений “Физиологиярастений –основа фитобиотехнологии” (Пенза, 2003 г); наМеждународной научно-практическойконференции “Прогрессивные технологииразвития”(Тамбов, 2004); Всероссийской конференции“Пищевыетехнологии” (Казань, 2004), на VIII Международной экологическойконференции «Актуальные проблемысохранения устойчивости живых систем»(Белгород, 2004); на Всероссийскойнаучно-технической конференции “Молодые ученые -Сибири” (Улан-Удэ, 2003); на 2-й Международнойнаучно-практической конференции “Составляющиенаучно-технического прогресса” (Тамбов, 2006); насмотре-конкурсе НИР работа на тему "Ресурсосберегающиетехнологии в производстве пива" удостоена дипломом(Иркутск, 2006); на V-ой Международнойнаучно-практической конференции “Современныетенденции развития АПК в России” (Красноярск, 2007).

Достоверность иобоснованность научныхположений и выводов обеспеченыпроведенным объемом лабораторныхисследований; профессионализмомпроведения измерений на современномоборудовании; подтверждены сходимостьюрасчетных и экспериментально полученныхрезультатов.

Публикации. По теме диссертации опубликованоболее 40 печатная работа, в том числе 17статей в журналах, рекомендованных ВАК дляпубликации результатов докторскихдиссертаций, а также 2 монографии (всоавторстве) и 1 учебное пособие.

Объем и структураработы. Диссертационнаяработа представляет собой рукопись,изложенную на 360 страницах машинописноготекста, включает 44 таблиц, 73 рисунков, атакже список цитируемой литературы из 452наименований. Диссертация состоит извведения, десяти глав, заключения, выводов,рекомендаций производству, спискаиспользованной литературы и приложения.

Личное участиеавтора. Личный вкладсоискателя заключается в постановке ипроведении экспериментов, встатистической обработке, интерпретации ипубликации полученных результатов.

Благодарность. Автор выражает глубокуюблагодарность научному консультанту проф.В.В. Рогожину за профессиональное идоброжелательное руководство; с.н.с. Т.Т.Курилюк, к.б.н., Т.В. Рогожиной, В.Ю.Гребенщикову, Г.В. Пинигиной, В.К. Франтенко,О.В. Соколовой – за помощь и ценные советы,высказанные в процессе обсуждениядиссертационной работы. Автор искреннеблагодарит сотрудников ОАО "БПК", ЯГСХА, ИрГТУ, ИГСХАи СИФИБР СО РАН за всестороннюю помощь иподдержку, оказанные при подготовкедиссертации.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЯ

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»