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 Leaf, Monsanto, США). Обидва підходи не виключають біосинтезу в тканинах рослин картоплі, зокрема бульбах, окрім характерних для культурної картоплі глікоалкалоїдів -Соланіну та -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 -Соланіну та -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 *-соланiн, *-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» (*-соланiн та *-чаконiн у культурних видів картоплі) і численні «мінорні» (*-соламарін, деміссидін, 5*-соланідан-3*-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 (*-соланін, *-чаконін, *-соланін, *-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 252Cf (МС-ПДМС)[ ].

Алкалоїди являють собой велику групу