vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestib-276Research ArticleСтатьиРОЛЬ ГИДРОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ В УСТОЙЧИВОСТИ ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР К ПРОРАСТАНИЮ ЗЕРНА В КОЛОСЕTHE ROLE OF HYDROLYTIC ENZYMES IN CEREAL RESISTANCE TO GRAIN GERMINATION IN THE EARДомашВ. И.DomashV. I.

д-р биол. наук, заведующий сектором

D. Sc. (Biol.), Head of Department

valdomash@mail.ruИвановО. А.IvanovO. A.

канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

Ph. D. (Biol.), Senior researcher

valdomash@mail.ruГордейИ. А.GordeiI. A.

д-р биол. наук, профессор, гл. науч. сотрудник

D. Sc. (Biol.), Professor, Chief scientific employee

I.Gordej@igc.byЛюсиковО. М.LyusikovO. M.

науч. сотрудник

Scientific employee

O.Lyusikov@igc.byГордейИ. С.GordeiI. S.

мл. науч. сотрудник

Junior scientific employee

I_Gordej777@mail.ruШарпиоТ. П.SharpioT. P.

науч. сотрудник

Researcher

I_Gordej777@mail.ruЗабрейкоС. А.ZabreikoS. A.

науч. сотрудник

Researcher

I_Gordej777@mail.ruИнститут экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича НАН БеларусиV. F. Kuprevich Institute of Experimental Botany of the National Аcademy of Sciences of BelarusИнститут генетики и цитологии НАН Беларуси, МинскInstitute of Genetics and Cytology of the National Аcademy of Sciences of Belarus201718022017017783Copyright © Домаш В.И., Иванов О.А., Гордей И.А., Люсиков О.М., Гордей И.С., Шарпио Т.П., Забрейко С.А., 20172017Домаш В.И., Иванов О.А., Гордей И.А., Люсиков О.М., Гордей И.С., Шарпио Т.П., Забрейко С.А.Domash V.I., Ivanov O.A., Gordei I.A., Lyusikov O.M., Gordei I.S., Sharpio T.P., Zabreiko S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/276

Предуборочное прорастание является одной из причин снижения посевных и технологических свойств зерна, что наносит значительный урон. В связи с этим проведены генетико-биохимические исследования этого процесса с целью выяснения роли гидролитических ферментов в устойчивости злаковых культур к прорастанию зерна в колосе. Объектами исследования служили ди- и тетраплоидные формы ржи и гексаплоидные формы тритикале и секалотритикум. В ходе исследования отобраны стабильные и урожайные формы злаковых культур для оценки их устойчивости к прорастанию зерна на корню. Показано, что на прорастание зерна на корню влияет плоидность ржи и тип цитоплазмы гетероплазматических тритикале. Установлен различный уровень активности протеолитических и амилолитических ферментов у исследованных генотипов злаковых культур. У озимого тритикале отмечен более высокий уровень активности нейтральных, щелочных протеаз и α-амилазы. Уровень активности Nα-бензоил-DL-аргинин- n-нитроанилидазы (БАПАазы) составил 7,15–24,4 ЕА/г абс. сух. массы, α-амилазы – 92–118,7 мг/мл∙ч. Показано наличие тесной корреляционной связи между активностью щелочной БАПАазы, α-амилазы и устойчивостью злаковых культур к прорастанию зерна в колосе. Установлена гетерогенность и особенности электрофоретического спектра белков у исследованных генотипов ржи и тритикале. Полученные данные позволили установить причины устойчивости злаковых культур к прорастанию зерна на корню и выявить маркеры для использования в селекции.

 

Pre-harvesting germination of grain causes a considerable loss and it is one of the reasons for the decline of sowing and technological properties of grain. In this regard, the aim of this work was to elucidate the role of hydrolytic enzymes in the grain crop sustainability to germination in the ear. The object of the study were di- and tetraploid forms of rye and hexaploid forms of triticale and secalotriticum. The research allowed to select a stable and productive form of cereals to evaluate the resistance to grain germination for assessment of resistance to germination of grain at the root. It is shown that the germination of the grain at the root is affected by the ploidy of rye and the type of cytoplasm from heteroplasmic triticale. It is shown different levels of activity of proteolytic and amylolytic enzymes in the studied genotypes of cereals. Winter triticale had a marked higher level of activity of neutral, alkaline protease and α-amylase. Variation in the level of BAPase activity is 7.15– 24.4 EA/g. a. d. m. and α-amylase activity – 92 –118.7 mg/ml∙h. It is shown the close correlation between the activity of alkaline BAPase, α-amylase and resistance to the cereal grain germination in the ear. Heterogeneity of an electrophoretical range of proteins at the studied genotypes of rye and triticale is shown. The obtained data make a contribution to clarification of the reasons underlying the resistance of cereal cultures to germination of grain at the root and open possibilities of identification of their markers for use in selection.

протеазыα-амилазаэлектрофорезпрорастаниерожьтритикалеproteasesα-amylaseelectrophoresisgerminationryetriticaleReferencesКрупнов, В. А. Генетический контроль покоя и устойчивости к предуборочному прорастанию семян у пшеницы / В. А. Крупнов, С. Н. Сибикеев, О. В. Крупнова // С. -х. биол. – 2011. – № 3. – С. 3–16.Krupnov, V. A., Sibikeev, S. N. and Krupnova, O. V. (2011), “Genetic control of dormancy and resistance to pre-harvest sprouting in wheat seeds”, Selskochoziaistvennaia biologia [Agricultural biology], no. 3, pp. 3–16.Гордей, И. А. Тритикале. Генетические основы создания / И. А. Гордей. – Минск: Наука и техника, 1992. – 287 с.Gordey, I.a A. (1992), Tririkale. Geneticheskie osnovy sozdaniia [Tririkale. Genetic bases of selection], Science and Technology, Minsk, BY.Kato, K. Mapping QTLs controlling grain yield and its components on chromosome 5 A of wheat / K. Kato, H. Miura, S. Sawada // Theor. Appl. Genet. – 2000. – Vol. 101, N 7. – P. 1114–1121.Kato, K., Miura, H. and Sawada, S. (2000), “Mapping QTLs controlling grain yield and its components on chromosome 5 A of wheat”, Theoretical and Applied Genetics, vol. 101, no. 7, pp. 1114–1121.Ogbonnaya, F. C. Haplotype diversity of pre-harvest sprouting QTLs in wheat / F. C. Ogbonnaya, М. Imtiaz, R. M. DePauw // Genome. – 2007. – Vol. 50. – P. 107–118.Ogbonnaya, F. C., Imtiaz, М. and DePauw, R. M. (2007), “Haplotype diversity of pre-harvest sprouting QTLs in wheat”, Genome, vol. 50, pp. 107–118.A doubled haploid rye linkage map with a QTL affecting α-amylase activity / T. Tenhola-Roininen [et al.] // J. Appl. Genet. – 2011. – Vol. 52, N 3. – P. 299–304.Tenhola-Roininen, T., Kalendar, R., Schulman, A. and Tanhuanpа, P. (2011), “A doubled haploid rye linkage map with a QTL affecting α-amylase activity, Journal of Applied Genetics, vol. 52, no. 3, pp. 299–304.Rybka, K. An approach to identification of rye chromosomes affecting the pre-harvest sprouting in triticale / K. Rybka // J. Appl. Genet. – 2003. – Vol. 44, N 4. – P. 491–496.Rybka, K. (2003), “An approach to identification of rye chromosomes affecting the pre-harvest sprouting in triticale”, Journal of Applied Genetics, vol. 44, no. 4, pp. 491–496.Данилкин, Н. М. Устойчивость линий и гибридов яровой тритикале к прорастанию зерна на корню / Н. М. Данилкин, А. А. Соловьев // Известия ТСХА. – 2008. – Вып. 1. – С. 81–85.Danilkin, N. M. and Soloviov, A. A. (2008), “Different lines and hybrids of spring triticale grain and its resistance to germinate at the root”, Isvestia TSCA [TSCA News], no. 1, pp. 81–85.Паушева, З. П. Практикум по цитологии растений / З. П. Паушева. – М.: Колос, 1970. – 254 с.Pauscheva, S. P. (1970), Praktikum po citologii rastenij [Plant cytology practicum]. Kolos, Moscow, RU.Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести: ГОСТ 12038-84. – Введ. 01.06.86. – М.: Стандартиформ, 2011. – 30 с.The USSR State Committee on Standards (2011), GOST 12038-84: Semena selskochoziaistvennych kultur. Metody opredelenia vschozhesti [State Standard 12038-84: Agricultural seeds. Methods for determining the germination], Standartin- form, Moscow, RU.Anson, M. Z. The estimation of pepsin, trypsin, papain and catepsin with hemoglobin / M. Z. Anson // J. Gen. Physiol. – 1938. – Vol. 22, N 1. – P. 79–89.Anson, M. Z. (1938), “The estimation of pepsin, trypsin, papain and catepsin with hemoglobin”, Journal of General Physiology, vol. 22, no. 1, pp. 79–89.Erlanger, F. The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin. / F. Erlanger, N. Kokowsky, W. Cohen // Arch. Biochem. and Biophys. – 1961. – Vol. 96. – P. 271–278.Erlanger, F., Kokowsky, N. and Cohen, W. (1961), “The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin”, Archives of Biochemistry and Biophysics, vol. 96, pp. 271–278.Плешков, Б. П. Практикум по биохимии растений / Б. П. Плешков. – М.: Колос, 1985. – 255 с.Pleshkov, B. P. (1985), Praktikum po biochimii rastenii [Plant Biochemistry Protocols], Kolos, Мoscow, RU.Препараты ферментные. Методы определения амилолитической активности: ГОСТ 20264.4-89. – Введ. 01.01.1999. – М.: Гос. ком. СССР по стандартам, 1989. – 7 c.The USSR State Committee on Standards (1989), GOST 20264.4-8: Preparaty fermentnye. Metody opredeleniia amilpliticheskoi aktivnosti [GOST 20264.4-8: Enzyme preparations. Methods for determination of amylolytic activity], Gosu- darstvennyj komitet SSSR po standartam, Moscow, RU.Hartree, E. F. Determination of protein: а modification of the Lowry method that gives a linear photometric response / E. F. Hartree // Anal. Biochem. – 1972. – Vol. 48, N 2. –P. 422–427.Hartree, E. F. (1972), “Determination of protein: a modification of the Lowry method that gives a linear photometric response”, Analytical Biochemistry, vol. 48, no. 2, pp. 422–427.Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantites of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M. M. Bradford // Anal. Biochem. – 1976. – Vol. 72. – P. 248–254.Bradford, M. M. (1976), “A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantites of protein utilizing the principle of protein-dye binding”, Analytical Biochemistry, vol. 72, pp. 248–254.Laemmli, U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage / U. K. Laemmli // Nature. – 1970. – Vol. 227. – P. 680–685.Laemmli, U. K. (1970), “Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage”, Nature, vol. 227, pp. 680–685.Рубец, В. С. Покой и предуборочное прорастания зерна в колосе озимой гексаплоидной тритикале / В. С. Рубец, В. В. Пыльнев, Л. В. Кондрашина // Достижения науки и техники АПК. – 2012. – № 11. – С. 14–19.Rubec, V. S., Pylnev, L. V. and Kondrashina, L. V. (2012), “Rest and Pre-harvest sprouting of grain in the ear of winter hexaploid triticale”, Dostizhenia nauki i techniki APK [Advances in science and technology AIC], no. 11, pp. 14–19.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.