Диплом: Біохімія трансгенної картоплі в умовах України
МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
АГРОНОМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра захисту рослин
Завідувач кафедрою_____________________
А.К.Мішньов
ДИПЛОМНА РОБОТА
на тему: «Біохімія трансгенної картоплі в умовах
України»
Для одержання кваліфікації спеціаліста
за спеціальністю 7.130105 – Захист рослин»
Виконавець _________________ (Загорулько О.)
Науковий керівник ______________ (Чіванов В.Д.)
Консультант з екологічної
експертизи ________________ (Жатова Г.О.)
Консультант з питань
техніки безпеки _________________ (Шандиба О.Б.)
Суми - 2001
ЗМІСТ
Стор.
Вступ
..................................................................................................................
1. Огляд літератури........................
1.1. Загальна характеристика фізико-хімічних властивостей глікоалкалоїдів
рослин родини Solanaceae............................................
1.1.1. Глікоалкалоїди рослин картоплі та їх будова...........
1.1.2. Глікоалкалоїди як токсичні сполуки..............
1.1.3. Роль глікоалкалоїдів в явищі імунітета до бактеріальних,
грибкових захворювань і шкідників та їх значення в селекції нових сортів
картоплі..........................
2. Природні умови
господарства.................................................................
.....
3. Методика проведення
досліджень..............................................................
4. Результати
досліджень...................................................................
..............
5. Охорона
праці........................................................................
.......................
6. Охорона навколишнього
середовища.......................................................
Висновки
..........................................................................................................
Список використаної літератури
...............................................................
ВСТУП
Підвищений “тиск” на організм людини ксенобіотичних сполук природного та
штучного походження обумовлює необхідність поглибленого вивчення таких сполук,
і в першу тих із них, котрі входять до складу найбільш поширених харчових
продуктів, зокрема картоплі. Глікоалкалоїди картоплі являють собою групу
вторинних метаболітів, яким притаманні найрізномантніші види біологічної
активності [ ]. Так, дослідами in vitro доведена здатність цих сполук
спричинювати хромосомні аберації, порушувати цілісність ліпосом та природніх
біомембран тощо [ ]. Останнє свідчить на користь того, що глікоалкалоїдам
притаманна потенційна мутагенна і, можливо, канцерогенна активність [ ].
Виходячи з наведеного, цілком природньою є підвищена зацікавленість в
дослідженні глікоалкалоїдів з боку фахівців в галузях медичної токсикології і
генетики людини, тим більше, що в останні роки на світовий ринок виходять нові
сорти продовольчої картоплі, отриманої як шляхом “класичної” селекції за участі
дикоростучих видів роду Solanum [ ], так і за допомогою генетичної інженерії
(New LeafÒ, Monsanto, США). Обидва підходи не виключають
біосинтезу в тканинах рослин картоплі, зокрема бульбах, окрім характерних для
культурної картоплі глікоалкалоїдів a-Соланіну та a-Чаконіну “мінорних”
глікоалкалоїдів (солакаулін, соласолін, соламаргін, деміссін, томатін, лептін І
і ІІ, лептінін-І і ІІ тощо), які ведуть походження з дикоростучих попередників,
або синтезуються de novo [ ]. Останнім притаманні токсикологічні
характеристики, відмінні від добре відомих аналогічних показників a-Соланіну та
a-Чаконіну. Якщо прийняти до уваги встановлений факт щодо синергетичного
багаторазового підсилення біологічної активності суміші двох різних за хімічною
структурою глікоалкалоїдів [ ], то стає цілком обгрунтованою необхідність
досліджень кількісних та якісних показників глікоалкалоїдів продовольчої
картоплі паралельно з селекцією та молекулярною інженерією, успішність яких
залежить від наявності нових високочутливих методів фізико-хімічного аналізу.
Складність аналізу сумарної фракції глікоалкалоїдів з рослин картоплі
пов’язана, зокрема з тим, що субфракція “мінорних” глікоалкалоїдів не перевищує
за масою 0,5-5% [ ].
Останнім часом в аналізі біомолекул набули широкого розповсюдження методи
м’якоіонізаційної мас-спектрометрії, зокрема плазмено-десорбційна
мас-спектрометрія (PDMS). Зважаючи на це, нами зроблена спроба проаналізувати
фракцію глікоалкалоїдів бульб та квітів картоплі трансгенних сортів NewLeaf 6
Russet Burbank та NewLeaf 6 Atlantic за допомогою PDMS мас-спектрометрії.
Таким чином, метою наших досліджень був докладний аналіз глікоалкалоїдів бульб
та квітів картоплі трансгенних сортів NewLeaf 6 Russet Burbank та NewLeaf 6
Atlantic новітнім мас-спектрометричним методам.
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
1.1. Загальна характеристика фізико-хімічних властивостей
глікоалкалоїдів рослин родини Solanaceaе
Рослини картоплi культурних та диких видів мiстять серед численних органiчних
сполук групи вторинних метаболітів глiкоалкалоїди [ ], найважливiшими з
яких є a-соланiн, a-чаконiн, деміссин, лептіни I,II,III, соламарін,
коммерсонін [ ]. Фiзiологiчнi функцii глiкоалкалоїдiв пов'язанi з явищем
стiйкостi рослин картоплі проти фiтопатогенiв i шкiдникiв [ ]. Крiм того,
глiкоалкалоїди беруть безпосередню участь в бiохiмiчних процесах, які
притаманні тканинам листкiв, пагонiв, квiток, бульб рослин картоплi
(цвiтiння, видова сумiснiсть, утворення насiння); обумовлюють разом з iншими
вторинними метаболiтами смаковi якостi та придатнiсть картоплi для переробки
[ ], а також мають певне значення як токсичні, ембріотропні і канцерогеннi
сполуки природнього походження [ ]. Зважаючи на це, багато перспективних
за врожайнiстю та iншими господарсько-корисними якостями сортiв картоплi не
були рекомендованi для широкого використання саме завдяки пiдвищеному вмiсту
глiкоалкалоїдiв [ ]. На думку вiтчизняних та зарубiжних [ ] дослiдникiв,
кiлькiснi та якiснi характеристики глiкоалкалоїдiв нових сортiв i гiбридiв
картоплi заслуговують на поглиблене вивчення. Одним з найважливіших питань,
пов’язаних з біохімією та фізіологією глікоалкалоїдів, яке і досі не знайшло
однозначного вирішення, є встановлення корелятивних зв’язків між параметрами
метаболізму глікоалкалоїдів та ступенем стійкості сортів картоплі проти
шкідників і фітопатогенів [ ]. Іншим дискусійним питанням є
невизначеність зв’язків між кількісним накопиченням глікоалкалоїдів в
тканинах рослин картоплі різних сортів, зокрема бульбах і умовами вирощування
(погодно-кліматичні умови протягом конкретного вегетаційного сезону, тип
грунтів, удобрення тощо), а також умовами зберігання (температура,
освітленість, вологість тощо)[ ]. На думку провідних вчених дискусійні та
суперечливі результати в цьому напрямку дослідження отримані тому, що, по-
перше, на інтенсивність біосинтезу вторинних метаболітів взагалі і
глікоалкалоїдів зокрема, різноспрямовано впливає велика кількість факторів
зовнішнього середовища і це, разом з підвищеною лабільністю та чутливістю
ферментних систем метаболізму глікоалкалоїдів до зазначених факторів
обумовлює суттєві розбіжності, про які згадувалось вище; і, по-друге,
більшість ранніх робіт були проведені без урахування різноманітності
глікоалкалоїдів за хімічною структурою – в межах цих досліджень визначали
тільки їх сумарну кількість ваговим або колориметричним методами [ ].
Проте, глікоалкалоїди картоплі являють собою досить велику групу сполук, до
складу якої входять «мажорні» (a-соланiн та a-чаконiн у культурних видів
картоплі) і численні «мінорні» (b-соламарін, деміссидін, 5b-соланідан-3a-ол,
томатіденол) компоненти. Крім того, тканини рослин картоплі містять
спеціалізовані ферментні системи, які модифікують інтактні молекули
глікоалкалоїдів з утворенням численних проміжних сполук, фізіологічна роль яких
вичерпно не з’ясована (b-соланін, b-чаконін, g-соланін, g-чаконін тощо)[ ].
Таким чином, дослідження статичних і динамічних кількісних та якісних
параметрів глікоалкалоїдів рослин картоплі різних сортів в процесах вирощування
в умовах конкретних кліматичних зон, зберігання та переробки, а також під
впливом фітопатогенів, мають певні перспективи за умов використання з метою
аналізу цих сполук нових високоінформативних фізико-хімічних методів досліджень
[ ]. В Сумському ДАУ та Інституті прикладної фізики НАНУ (м.Суми) в
1994-2000 рр. в межах проекту «М’якоіонізаційна мас-спектрометрія в
агробіології» провели цикл досліджень глiкоалкалоїдів рослин картоплi за
допомогою новiтнього фiзико-хiмiчного методу аналізу полярних, термолабільних,
нелетючих органiчних сполук – плазмено-десорбційної часопрольотної
плазмено-десорбцiйної мас-спектрометрiї з iонiзацiєю уламками подiлу 252
Cf (МС-ПДМС)[ ].
Алкалоїди являють собой велику групу рослинних речовин різного хімічного
складу, яким притаманна специфічна дія на організм ссавців та людини.
Алкалоїди є азотовміськими гетероциклічними сполуками, що містять в своєму
складі атом азоту. Загальною властивостю даної групи речовин є їх надзвичайно
сильна фізиологічна дія на організм тварин та людей. Більшість алкалоїдів
діють на нервову систему: в невеликих дозах здійснюють збуджуючий вплив, в
великих - пригнічують, а в ще більших є сильнодіючими отрутами [ ].
Фізіологічне значення алкалоїдів в життєдіяльності самих рослин досі не
з`ясовано. До цього часу не вдалося ще з великою достовірностю показати місце
алкалоїдів в життєво важливих процесах обміну речовин, з іншого боку немає
неспростовних доказів того, що алкалоїдоносні види рослин можуть існувати без
алкалоїдів [ ].
В ряді робіт відзначається вплив алкалоїдів на обмін речовин у рослин,
виникнення квітів, формування органел та органів рослин, ріст клітин, поділ
ядер і т.д. Було доведено, що алкалоїди в клітинах рослин якимось чином
ізольовані від внутрішнього середовища клітини. Так, розчини нікотину, нанесені
на рослинні тканини табаку, чинять всебічну негативну фітотоксичну дію навіть
при концентрації, рівній їх концентрації в тканинах. Доведено, що високий вміст
алкалоїдів часто пов`язаний зі зниженням сили росту рослин. Інакше кажучи, у
рослин в період вегетації та спокою існує тісний взаємозв`язок: «білковий
азот - алкалоїди». Цими причинами, на думку Горяєва, пояснюється зміна
складу алкалоїдів, а в деяких випадках і їх повна відсутність в тканинах
алкалоїдних рослин (Solsola richteri. Girgensonia Oppositiflora. Anabasis
turkestanika) [ ].
1.1. 1. Глікоалкалоїди рослин картоплі та їх будова.
Глікоалкалоїди, які містяться в бульбах картоплі, раніше називали загальним
терміном «соланін». В наш час встановлено, що так званий «соланін» являє
собою суміш якнайменше 6 різних глікозідних сполук: a-, b-, g-соланіна та a-
, b-, g-чаконіна. Ці сполуки мають один і той же аглікон («корове ядро») –
соланідин і відрізняються між собою складом глікозидного ланцюжка (Рис.1).
Трисахаріди - a-соланін і a-чаконін є основними формами і складають в
тканинах картоплі біля 95% усієї суми глікоалкалоїдів групи соланіна [
]. Крім a-, b-, g-соланіна та a-, b-, g-чаконіна, відомі інші глікоалкалоїди
пасльонових: солакаулін, соласолін, соламаргін, демісін, томатін, лептін,
лептінін-1, лептінін-2 та інші. Всі гликоалкалоїди складаються з двох
основних складових, виникаючих при кислотному гідролізі цих речовин –
аглікона, який і є власне «алкалоїдом», і декількох моносахарів, які
знаходяться в молекулі глікоалкалоїда в вигляді глікозідного ланцюга,
зв`язаного з агліконом [ ]. Глікоалкалоїди культурної та дікої картоплі
(Solanum) можна систематизувати в окремі групи. До групи соланідіна
відносяться: a-, b-, g-соланін та a-, b-, g-чаконін, солакаулін і
глікоалкалоїд, виділений з групи Akaulia. Іншу групу алкалоїдів складають
сполуки, агліконом яких є соласодін. Сюди входять соласонін і соламаргін.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|