Влияние азотных удобрений на аминокислотный состав белка зерна пшеницы

10.05.2015

Белки зерна злаковых растений, как отмечалось ранее, различаются по своему аминокислотному составу. Проламины, например, содержат меньше таких незаменимых аминокислот, как лизин и триптофан, а также меньше глицина и больше глютаминовой кислоты, пролина и некоторых других аминокислот, чем другие белки зерна. Поэтому изменение соотношения количества отдельных белков в зерне пшеницы, которое происходит под влиянием азотных удобрений, приводит к изменению аминокислотного состава суммарного белка зерна. Эти изменения происходят главным образом в направлении увеличения количества тех аминокислот, которых в глиадине содержится больше, чем в других белках, и снижения содержания тех аминокислот, которых в глиадине меньше. Отмечено повышение содержания глютаминовой кислоты, фенилаланина, пролина, лейцина. Снижение отмечено в содержании следующих аминокислот: лизина, глицина, аргинина, валина, аспарагиновой кислоты, гистидина, треонина, метионина, цистина, аланина.
Правда, различия по содержанию лизина и других аминокислот по сравнению с различиями в содержании суммарного белка сравнительно невелики. По данным Михаэля и Блюма, в зерне, имеющем 20% белка, содержание лизина было только на 10—15% ниже, чем в зерне с содержанием белка 10%. По данным Хепбарна и Брендли, у образцов, отличающихся по содержанию белка примерно на 1/3, различия по содержанию аминокислот составляли лишь около 10%, за исключением триптофана, у которого различия были несколько больше.
Более значительные изменения в аминокислотном составе суммарного белка под влиянием азотных удобрений наблюдаются в зерне кукурузы, что, очевидно, связано с тем, что зеин совершенно не содержит лизина и глицина и имеет низкое содержание некоторых других аминокислот. Этот вопрос будет рассматриваться в следующей главе.
Данных о влиянии других удобрений на аминокислотный состав суммарного белка зерна пшеницы почти нет. Имеются лишь указания, что при недостатке фосфора в период развития зерна в белках зерна пшеницы и ячменя возрастало содержание глютаминовой кислоты и пролина; недостаток калия, значительно снижая урожай зерна и соломы, мало влиял на аминокислотный состав белков, а при недостатке серы в белках семян повышалось содержание аспарагиновой кислоты. По другим данным, при недостатке в почве серы внесение удобрений, содержащих сульфаты, несколько повышало суммарное содержание в белке пшеницы и ячменя девяти незаменимых аминокислот, кроме триптофана, определение которого не проводилось.
Несмотря на заметное изменение содержания аминокислот в суммарном белке зерна пшеницы под влиянием азотных удобрений, аминокислотный состав отдельных белков, в частности глиадина, при этом остается без изменений. He изменяется также и аминокислотный состав клейковины, хотя содержание белка в муке различных образцов колебалось от 5,7 до 14,2%. Однако, но данным Н.М. Сисакяна и Л.С. Маркосяна, в глиадине, альбумине и глобулине пшеницы содержание отдельных аминокислот в зависимости от условий произрастания и биологических особенностей сорта изменялось на 50—60%. При этом авторам не удалось установить какой-либо закономерности в изменении содержания аминокислот в белках в зависимости от биологических особенностей сорта и условий выращивания растений.
Таким образом, изменение аминокислотного состава суммарного белка зерна пшеницы под влиянием азотных удобрений происходит не вследствие изменения аминокислотного состава отдельных белков, а вследствие изменения соотношения количества различных белков в зерне. В частности, снижение содержания такой незаменимой, аминокислоты, как лизин, в белке зерна под влиянием азотных удобрении связано не с ограничением его синтеза в зерне, а является следствием более интенсивного синтеза запасного белка эндосперма — глиадина, имеющего очень низкое содержание этой аминокислоты.
Аналогичные изменения в аминокислотном составе белка зерна отмечены у ячменя. С повышением содержания белка в зерне под влиянием климатических условий в нем снижалось содержание лизина, треонина, валина, аргинина, гистидина, метионина и цистина, но возрастало содержание фенилаланина.
В отличие от данных многих исследователей, показавших изменение содержания ряда аминокислот в суммарном белке зерна под влиянием азотных удобрений, Б.П. Плешков и его сотрудники на основании данных своих исследований приходят к выводу о стабильности аминокислотного состава суммарного белка, который практически не меняется в зависимости от условий выращивания и от сорта. Отсюда, по мнению Плешкова, и биологическая ценность суммарных белков пшеничного зерна в различных условиях питания также остается постоянной.
Однако в последней своей работе Б.П. Плешков и Е.М. Савицкайте указывают, что условия питания почти не влияют на аминокислотный состав суммарных белков вегетативных органов. Аминокислотный же состав суммарных белков зерна пшеницы изменяется от условий питания и сортовых особенностей, но значительно меньше, чем содержание свободных аминокислот.
Содержание свободных аминокислот как в зерне, так и в других органах под влиянием азотных и других удобрений изменяется довольно резко. Как правило, содержание свободных аминокислот увеличивается при усилении азотного питания, а также при недостаточном питании растений фосфором, калием, магнием, железом и некоторыми другими микроэлементами, когда тормозится синтез белков, что и вызывает накопление свободных аминокислот. В табл. 38 приведены Данные исследований Е.М. Савицкайте и Б.П. Плешкова по содержанию свободных аминокислот в зерне пшеницы, выращенной в песчаной культуре при различных уровнях азотного и фосфорного питания.
При высоком уровне азотного питания, как видно из данных табл. 38, содержание свободных аминокислот было в 1,5 раза больше, чем у контрольных растений, главным образом вследствие увеличения количества глютамина, аргинина, аспарагиновой кислоты и аспарагина. В условиях фосфатного голодания содержание аминокислот в 2 раза выше, чем в контроле. При этом особенно много накапливалось аспарагиновой и глютаминовой кислот, аспарагина, аланина, глютамина и аргинина, на долю которых приходилось более половины общего содержания свободных аминокислот зерна.

Влияние азотных удобрений на аминокислотный состав белка зерна пшеницы

В вегетативных органах растений содержание свободных аминокислот под влиянием удобрений изменяется еще сильнее. Это наблюдалось в опытах с пшеницей, ячменем, фасолью, картофелем, овсом и другими культурами. В зависимости от вносимых удобрений количество свободных аминокислот в растениях может изменяться в три — пять раз и более. При этом характер изменения содержания свободных аминокислот в вегетативных органах под влиянием различных удобрений в общем такой же, как и в зерне.
При сопоставлении изменений, происходящих под влиянием удобрений в содержании свободных аминокислот в зерне, и изменений аминокислотного состава суммарного белка видно, что, во-первых, аминокислотный состав белка изменяется значительно меньше, чем содержание свободных аминокислот, и, во-вторых, эти изменения идут не в одном направлении. Так, например, под влиянием усиления азотного питания в зерне повышается содержание следующих свободных аминокислот: аргинина и аспарагиновой кислоты, а также амидов: глютамина и аспарагина. В белках же повышается содержание глютаминовой кислоты, пролина, фенилаланина и некоторых других аминокислот.
Содержание аминокислот в зерне, таким образом, определяется прежде всего генетическими факторами.