История лаборатории биохимии растений

Отделы и лаборатории / Отделы

Лаборатория биохимии растений организована 1972 году под руководством В.И. Грачева.
Первые исследования в области биохимии были направлены на изучение влияния агротехнических мероприятий, почвенно-климатических условий на накопление белка в запасающих органах злаковых культур. С целью выявления образцов с высоким содержанием белка, лизина, аминокислотного состава и низкого – кумарина на всех этапах селекционного процесса проводилась оценка пищевой и кормовой ценности зерновых и кормовых культур, определялась изменчивость качественного состава белкового и углеводного комплексов зерна пшеницы в зависимости от генотипа.
Сотрудники лаборатории биохимии Шамовский Г.Г., Красавина А.П., Джантагулова Р.К., Слепенькина В.Н. проводили исследования по изучению активности ферментов липоксигеназы и тирозиназы яровой твёрдой пшеницы в зависимости от генотипа (сорта) и условий выращивания и определя
ли их взаимосвязь с технологическими показателями качества зерна.

Шамовский Г.Г. проводит определение аминокислотного состава зерна
Начиная с 1979 года под руководством заведующего лаборатории кандитата химических наук Г.Г. Шамовского, научные сотрудники Л.И.Еськова, М.У. Жабаева, Л.Ф. Герлинская проводили исследования по разработке метода генетического анализа селекционного материала для использования белковых маркеров в селекционном процессе как метода оценки уровня качества зерна и других хозяйственно-ценных признаков и свойств растений. По результатам исследований в 1986 году была Л.И. Еськовой защищена кандидатская диссертация на тему: «Использование белковых маркеров в регистрации генофонда твердой пшеницы в связи с селекцией на хозяйственно-ценные признаки». Впервые был изучен и зарегистрирован в виде белковых формул генофонд яровой твёрдой пшеницы Северного Казахстана. Разработанные белковые формулы стали использоваться в селекции для осуществления контроля за включением желаемого генетического материала в создаваемые сорта.
В лаборатории сотрудниками внедрен усовершенствованный метод (микромодификация) определения белка (Еськова Л.И., Шамовский Г.Г, Слепенькина В.Н.) и модифицирована методика колориметрического определения сахаров в растениях (Еськова Л.И., Рязанова Г.И, Герлинская Л.Ф.).

Определение содержание сахаров проводит научный сотрудник Жабаева М.У и лаборанты лаборатории
Обобщая результаты биохимических исследований, сотрудники лаборатории Еськова Л.И. и Герлинская Л.Ф. (1981-1985гг.) продолжили изучение по использованию белковых маркеров в селекционном процессе и полиморфизма белков как методов оценки качества зерна яровой мягкой пшеницы и на этой основе выявили лучшие генотипы для практической селекции.

В.П. Романенко проводит считывание электрофореграмм
Под руководством кандидата биологических наук Бекк Г.И. были проведены исследования по нитратредуктазной и ацидофицирующей активности корней проростков яровой мягкой пшеницы для комплексной оценки селекционного материала на устойчивость к неблагоприятным факторам среды и продуктивность. По результатам исследований была разработана оптимальная модель метаболизма корневой системы сорта применительно к засушливым условиям Северного Казахстана.

Научный сотрудник Бекк Г.И. и лаборант Проценко Т.В. определяют активность фермента нитратредуктазы

Коллектив лаборатории биохимии под руководством Шамовского Г.Г.
В начале 90-х годов сотрудником лаборатории Курьянович А.А. были начаты исследования по изучению роли использования пролинообразующей способности как критерия для отбора засухоустойчивых форм пшеницы в условиях Северного Казахстана. Ею были изучены физиолого-биохимические особенности 16 сортов яровой мягкой и 8 сортов твердой пшениц, возделываемых в Северном Казахстане, в связи с их засухоустойчивостью и способностью накапливать свободный пролин при недостаточной влагообеспеченности. Исследования послужили основой для разработки методических указаний «Оценка засухоустойчивости зерновых культур по накоплению пролина».
В связи с увеличением объемов экспортируемого зерна повысились требования к его качеству. Одним из путей улучшения качественных показателей является селекционный процесс, предусматривающий создание устойчивых по качеству сортов. В связи с этим возникла необходимость поиска и привлечения новых и современных методов оценки селекционного материала, основой которых стало применение методов ИК-спектроскопии. Сотрудниками Герлинской Л.Ф., Быхаловой Н.А. Жлобой Л.Д. были начаты исследования по выявлению уровня информативности белковых фракций клейковинного комплекса в прогнозировании физико-технологических свойств яровой мягкой пшеницы Северного Казахстана. На основе этих данных было разработано уравнение по определению показателей качества зерна.

Заведующая лабораторией (1996-2003г.г.) Герлинская Л.Ф. ведет определение содержания белка экспресс-методом на инфракрасном анализаторе.
На сегодняшний день сотрудники лаборатории биохимии растений проводят исследования по изучению белкового комплекса зерна пшеницы, биохимических показателей качества зерновых, зернофуражных, крупяных, масличных культур, многолетних бобовых и злаковых трав, их изменений в процессе селекции и в зависимости от технологий возделывания.
Для проведения научно-исследовательских работ лаборатория оснащена современным и высокоточным оборудованием, соответствующим международным стандартам ISO,ISS: инфракрасный анализаторы PSCO/ISIIBM-PC 4250, Инфраматик 8620, Инфралюм ФТ-10, комплект оборудования UDK-142 для определения белка химическим методом Кьельдаля, аналитические весы. Наличие необходимого оборудования позволяет экспрессно проводить массовую оценку селекционного материала.

Определение углеводного состава зерна на сахариметре (н.с. Чилимова И.В.)

Определение белка и крахмала на ИК-анализаторе Инфраматик 8620, мнс А.Ж..Смагулова.
История технологической лаборатории

На первых этапах селекции яровой пшеницы, основной зерновой культуры в Северном Казахстане, при работе известного селекционера академика В.П.Кузьмина задача создания высококачественных сортов для степных районов решалась с большими трудностями и недостаточно в силу отсутствия контроля за качеством зерна в селекционном процессе. В результате созданные первые сорта мягкой пшеницы (Акмолинка 1, Снегурка, Шортандинка) характеризуясь относительно высокой выносливостью к климатическим условиям северного региона республики, отличались низкими показателями технологических свойств зерна, за, что были сняты с районирования как сорта, дающие низкокачественное зерно. Районированный в свое время сорт твердой пшеницы Акмолинка 5 отличался коричневым цветом макаронных изделий.
Для совершенствования селекции на качество зерна во Всесоюзном НИИ зернового хозяйства (ныне РГП «НПЦ ЗХ им. А.И.Бараева») в 1959 году С.С. Синицыным была организована лаборатория по оценке технологических свойств селекционного материала пшеницы в составе 7 человек. Первый период испытания местных селекционных линий и инорайонных сортов (1959-1961г.г.) свидетельствовал о том, что показатели качества зерна (особенно физические свойства теста) имели довольно низкий уровень. Это объяснялось отсутствием технологической оценки исходного селекционного материала.

Сотрудники лаборатории оценки технологических качеств зерна,
в центре заведующий С.С.Синицын, к.с.-х.н.

В начале деятельности лаборатории основными вопросами тематики являлись изучение и совершенствование методов оценки качества зерна, подбор исходного материала для селекции. Заведующим С.С.Синицыным, ст. научным сотрудником Г.А.Лакс было испытано 12 микрометодов косвенного определения силы муки. Преимущество их заключалось в возможности работы с зерном на малых его навесках и в экспрессности. В результате были подобраны методики, позволяющие с большей надежностью отобрать исходный материал на ранних этапах селекции. Не устраивая по некоторым параметрам применительно к пшеницам Северного Казахстана, микрометодики подвергались модификации (методика Шварцбаха в модификации С.С.Синицына) и создавались новые -методика ДСТ (деформация сжатия теста). Среди ряда изучаемых методик, применяемых на ранних этапах селекции твердой пшеницы, заслуживали внимания методики косвенного определения цвета макарон по В.Лукьянову, изготовления и оценки качества макарон с использованием микропресса Н.Мельникова. В дальнейшем в лаборатории была разработана новая микрометодика изготовления и оценки макаронных изделий из навески зерна 25 г (Э.Г.Демидова, Г.А.Лакс). Применение микрометодов при исследовании качества зерна образцов яровой мягкой и твердой пшеницы коллекции ВИР, инорайонной селекции позволило выявить формы с высокими показателями силы муки и макаронных качеств и рекомендовать их для использования в селекции.
Для осуществления комплексной оценки качества зерна на более поздних этапах селекции лабораторией в 70-х годах было приобретено соответствующее оборудование по определению физических свойств теста (альвеограф, фаринограф), хлебопекарных качеств (механизированная тестомесилка, расстойный шкаф, электропечь с вращающимся подом). Это позволило давать относительно полную характеристику качества зерна селекционному материалу и вновь создаваемым сортам.
Прослеживая этапы оценки качества зерна селекционного материала яровой мягкой пшеницы по периодам лет, отмечено значительное преимущество новых сортов по силе муки, сбалансированности теста по альвеографу, сопротивляемости, эластичности теста по фаринографу, хлебопекарным показателям. Так, в среднем по конкурсному сортоиспытанию показатели силы муки возросли от 185 е.а. в 1959-1961гг. до 491 е.а. к 1975 –м годам, объем хлеба - от 490 до 600 мл, формоустойчивость (отношение высоты хлеба к диаметру)- от 0,26 до 0,47, пористость - от 2-х до 4,2 балла, общая хлебопекарная оценка – от 2,9 до 4,6 балла соответственно.
В повышении эффективности селекции на качество зерна одним из важных моментов является определение основы критерия отбора по этому признаку. Многолетние исследования, проведенные в технологической лаборатории на различных по типу скороспелости сортах мягкой пшеницы местной селекции, свидетельствовали об ограничительном минимуме показателей крупности зерна, разжижения теста. При посеве по стерневому фону – следует добавить и содержание клейковины. Основой критерия отбора в селекции яровой твердой пшеницы являются показатели крупности зерна, стекловидности, цвета макарон. Ориентация при отборе на эти показатели при контроле других позволила подобрать новый исходный материал для селекции мягкой и твердой пшеницы на качество.
Для повышения эффективности отбора по качеству зерна пшеницы в ранних поколениях гибридов совместно с селекционерами (Кривобочек В.Г., Мовчан В.К.) проведены исследования на гибридных популяциях с целью определения этапа возможности надежного отбора перспективных форм. В результате следует, что к выбору поколений для эффективного отбора высококачественных форм надо подходить дифференцированно в зависимости от характера родительских форм, участвующих в скрещивании при создании гибридных популяций.
При резких колебаниях погодных условий в Северном Казахстане важным является представление об устойчивости высоких показателей качества зерна пшеницы, что является движущей силой экспортного потенциала республики. В связи с этим в лаборатории определен методический подход к характеристике вновь создаваемых сортов с позиции устойчивости формирования сильного зерна мягкой пшеницы и высококлассного - твердой. На основе проводимых оценок и отборов в комплексе с селекционерами создан ряд высококачественных сортов яровой мягкой и твердой пшеницы различных по типу созревания, представляющих как селекционный, так и производственный интерес.
С переходом на рыночные отношения требования к качеству зерна со стороны внутреннего рынка республики и импортеров казахстанской пшеницы возрастают. В связи с этим на современном этапе в лаборатории определен новый многогранный подход к контролю качества зерна с учетом комплекса показателей, раскрывающих физические (натура, стекловидность, масса 1000 зерен, содержание, качество клейковины), структурно-механические (твердозерность), мукомольные свойства зерна, устойчивость его к прессу повышенной влажности (амилолитическая активность), физические свойства теста (комплекс показателей силы муки), хлебопекарные достоинства, смесительную ценность. В связи с этим предполагается изучение информативности новых показателей качества зерна североказахстанской пшеницы с использованием современного оборудования, соответствующего требованиям международных стандартов (ISO, ICCAACC), приобретенного лабораторией в 2004 г., – прибор для определения твердозерности – SKCS 4100, амилолитической активности зерна, муки- FN 1700, физических показателей теста – альвеограф NG с приставкой альвеолинк NG, показателей клейковинного комплекса зерна - система Глютоматик 2200.
Изучена дифференциация местных сортов яровой мягкой пшеницы по мукомольным достоинствам, определен сортовой потенциал по выходу муки (72-76%). Установлены показатели физических свойств зерна, которые можно использовать для косвенного ориентира при отборе в селекции на мукомольные достоинства
В настоящее время лаборатория работает по изучению качества зерна в селекционном процессе по 9 культурам - мягкой пшенице (определяется 22 показателя), твердой –(19), просу, гречихе- (11), гороху, чечевице, нуту - (8), ячменю, овсу - (2). По крупяным, зернобобовым культурам изучаются показатели качества с учетом их соответствия современным требованиям рынка. Определяются показатели, ограничивающие устойчивое производство высококачественного сырья в крупяной промышленности, являющиеся критерием отбора в селекции на качество в северном регионе республики.
Наряду с исследованиями по яровой пшенице в области селекции не менее актуальной была задача изучения влияния различных агроприемов ее возделывания на показатели качества зерна в условиях использования новых технологий в Северном Казахстане. Начиная с 1976 года лаборатория работает по проблеме устойчивости качества зерна яровой мягкой и твердой пшеницы в связи с отдельными элементами технологии возделывания и их комплекса. В результате проведенных исследований показано изменение товарных, технологических показателей качества зерна на фоне различных обработок почвы, предшественников, севооборотов, сроков посева, норм высева, применения удобрений, гербицидов. Результаты исследований свидетельствовали о первостепенном значении в повышении устойчивости формирования сильного зерна предшественника, севооборота, срока посева.

Определение твердозерности на приборе SKCS 4100
Изучалось качество зерна пшеницы в зависимости от срока, способа уборки, что имеет немаловажное значение для региона Северного Казахстана. Отмечена необходимость дифференцированного подхода в этом плане с учетом комплекса факторов, способствующих изменению качества зерна, - густоты, высоты стеблестоя, равномерности созревания в пределах поля, наличия ярусности, характера засоренности, погодных условий.
Проведены методические исследования по совершенствованию стандартного метода определения натуры товарного зерна, который не учитывает состояние его влажности и засоренности. С целью повышения заинтересованности хозяйств в хлебной торговле были предложены несколько вариантов определения натуры влажного, засоренного зерна.
На хлебоприемных пунктах в настоящее время используется вариант с поправкой на влажность – 5г/л на каждый процент ее снижения до базисного уровня (14,5%). Сотрудники принимали участие в разработке национального, действующего в настоящее время, стандарта на пшеницу – СТРК-1046-2008. Разработана и апробирована методика предварительной оценки качества товарного зерна пшеницы путем обследования каждого поля для формирования партий по целевому назначению.
Результаты проведенных исследований опубликованы в открытой печати в форме научных статей, тезисов в журналах, сборниках и рекомендаций науке и производству.

Определение физических показателей теста на приборе альвеограф NG.

Коллектив лаборатории в центре - заведующая С.С. Мамыкина, 2006 году
Большой вклад в развитие науки о качестве зерна пшеницы и других культур в Северном Казахстане внесли: доктор биологических наук С.С. Синицын; кандидаты с.-х. наук Э.Г.Демидова, Л.К Купанова; учёные Г.А Лакс, А.И. Пантелимонова, Р.П. Сулейменова, А.Г.Мальцева, П.И.Денисова, Е.Б.Струева, Г.С.Янцен, М.И.Хайдукова, Л.И. Хаткевич, Е.Ф.Сайко-Ананьина, Л.С.Котлярова, А.В.Лаер, Н.К. Ленц, З.А. Карпенко.
Развитие исследований в области качества зерна носит преемственный характер.

322 -рет қаралды