4

I. WSTĘP

Białko właściwe /zawiera azot białkowy/ w białku ogólnym blaszek liściowych stanowi u traw 78 - 95%, natomiast związki azotowe niebiałkowe - 5 -22%. Ocenia się natomiast, iż azot białkowy w pochwach liściowych i w źdźbłach tych roślin stanowi tylko 62 -65%. Przeważająca część tej niebiałkowej frakcji /66 - 93%/ to wolne aminokwasy i amidy /główne źródło azotu rozpuszczalnego/. Pozostała, niewielka część azotu występuje w postaci substancji amonowych, azotanowych, aminowych, znajduje się także w alkaloidach i ligninach. Obecność frakcji wolnych aminokwasów w roślinach zależy od różnych czynników. Na przykład w niskich temperaturach może nastąpić znaczne zwiększenie ilości praliny, glutaminy, a mniejsze asparaginy, przy równoczesnym zmniejszeniu ilości alaniny. Podobnie zaznacza się wpływ niektórych składników mineralnych. Niedobór potasu może spowodować zwiększenie zawartości amidów, zwłaszcza asparaginy, prawdopodobnie z niewykorzystaniem amoniaku do syntezy substancji białkowych i częściowym magazynowaniem go w postaci amidów. Także niedobór cynku może wywołać znaczne zwiększenie ilości związków aminowych i amidowych. Występowanie w roślinach związków azotowych niebiałkowych jest w dużym stopniu uzależnione od nawożenia azotowego.

Białka izolowane z roślin różnią się pod wieloma względami od białek drobnoustrojów, a zwłaszcza zwierząt. Przede wszystkim ich lokalizacja i funkcje są przynajmniej w części rozbieżne. Rośliny zasadniczo nie zawierają białek strukturalnych, poza tymi, które stanowią główny składnik błon cytoplazmatycznych. Natomiast znaczne ich ilości odkładane są jako zapasowe w dojrzewających nasionach. Wspólna dla wszystkich organizmów jest natomiast grupa białek katalitycznie czynnych, głównie enzymów. W przeciwieństwie do zwierząt, organizmy roślinne nie zawierają białek włókienkowych typu keratyny. Białka roślinne odznaczają się z reguły wyższą,

5

niż pozostałe, zawartością azotu; wynika to z wyższej zawartości aminokwasów zasadowych, jak i wbudowywania, zwłaszcza do białek zapasowych, znacznych ilości amidów, głównie glutaminy.

6

II. CEL PRACY I UZASADNIENIE

Głównym celem podjętych badań było określenie poziomu azotu białkowego i rozpuszczalnego w pszenżycie ozimym w okresie wegetacji. Do analiz chemicznych wytypowano dwie odmiany pszenżyta: Bogo i Moreno zalecane do uprawy na terenie Polski Środkowowschodniej.

Dotychczasowe prace z tego zakresu dotyczyły określania zawartości azotu białkowego i rozpuszczalnego w pszenicy ozimej (Ciepiela 1990), pszenicy jarej (Ciepiela, Sempruch 2000) oraz innych odmianach pszenżyta ozimego (Sempruch 1996). Analizy chemiczne w tych pracach obejmowały obie badane formy azotu, oznaczane w różnych organach tych zbóż, których odmiany wykazywały zróżnicowany stopień odporności na mszyce.

Nowatorstwo moich badań polega na tym, że analizowano nowe odmiany pszenżyta ozimego oraz kłosy, pędy i korzenie roślin podczas wegetacji tego zboża.

Pszenżyto jest gatunkiem pochodzącym ze skrzyżowania pszenicy z żytem i łączącym w sobie cech obu tych gatunków. Dzięki dużemu potencjałowi plonowania i dobrej wartości pokarmowej ziarna stało się konkurencyjne dla pozostałych gatunków zbóż (Mazurek i in. 1989). Pomimo niewątpliwych osiągnięć hodowlanych nad pszenżytem, zwłaszcza ozimym, jednym z trudniejszych problemów stających przed hodowcami jest obecnie jakość jego ziarna. Dotychczasowe badania potwierdzają wcześniejsze przypuszczenia o większej zmienności składu chemiczno - biochemicznego między odmianami, pod wpływem warunków klimatyczno - glebowych i czynników agrotechnicznych w porównaniu z pozostałymi zbożami (Stankiewicz 1998). Poznanie tych właściwości umożliwia wybór odmian najlepiej dostosowanych do konkretnych warunków siedliska i oczekiwań użytkowników.

7

Podjęte badania mają więc zarówno aspekt poznawczy jak i utylitarny, dotyczą bowiem ważnego w kraju zagadnienia związanego z produkcją roślinną.

Przystępując do przeprowadzenia analiz chemicznych, przyjęłam następujące założenia badawcze:

1. Określić poziom azotu białkowego i rozpuszczalnego w kłosach,

pędach i korzeniach dwóch odmian pszenżyta ozimego w okresie wegetacji.

2. Ocenić dynamikę nagromadzania analizowanych form azotu w poszczegól- nych fazach rozwojowych pszenżyta ozimego.

8

III. PRZEGLĄD PIŚMIENNICTWA

1. Ważniejsze białka występujące w roślinach

Białka występujące w roślinach dzieli się na dwie zasadnicze grupy: białka części wegetatywnych i białka zapasowe. Obie grupy a zwłaszcza pierwsza charakteryzuje się dużą heterogenicznością. Białka części zielonych są zlokalizowane w większości w chloroplastach, a ich podstawową część stanowi tzw. frakcja I, która ma właściwości wiązania CO₂, gdyż głównym jej składnikiem jest enzym karboksylaza rybulozodifosforanowa /EC 4.1.1.39/; w niektórych liściach, np. szpinaku stanowi ona 30% ogólnej zawartości białka (Kłyszejko- Stefanowicz 1995). Ponadto chloroplasty zawierają liczne białka enzymów biorących udział w fotosyntezie i reakcjach towarzyszących, a także białka związane z barwnikami fotosyntetycznymi, a więc występujące jako chromoproteidy. Również inne organelle cytoplazmatyczne, a także sama cytoplazma zawierają bardzo skomplikowane układy białkowe, występujące częściowo jako białka złożone. Białka występujące w częściach wegetatywnych zawierają znaczne ilości aminokwasów egzogennych, a więc mają dużą wartość żywieniową (Kączkowski 1980). W skład tych białek wchodzą głównie albuminy i globuliny oraz niewielkie ilości histonów. Występuje tu także wiele białek złożonych.

Według Grzesiuka i Kulki (1981) podstawowe znaczenie w żywieniu człowieka i zwierząt mają jednak białka zapasowe nasion, stanowiące 8 - 18% suchej masy ziarniaków zbóż i do 50% nasion roślin motylkowatych oraz niektórych oleistych. Białka te wykazują znaczne zróżnicowanie we frakcjach homologicznych jak również różny skład frakcyjny.

Ziarniaki zbóż zawierają zarówno albuminy i globuliny, jak też prolaminy i gluteliny, a także frakcje tzw. białek resztkowych, które z trudnością ekstrahuje się z mąki (Kączkowski 1980). Najintensywniej badanymi białkami tego typu są

9

występujące w pszenicy, życie i niektórych innych zbożach białka glutenowe. Są to twory kompleksowe o rozbudowanej strukturze czwartorzędowej, które można rozdzielić przez frakcjonowanie wodą, NaCl, 70% etanolem i kwasem octowym na wymienione poprzednio składniki (Grzesiuk, Kulka 1981). Białka typu prolamin i glutelin, zawierają znaczną ilość kwasu glutaminowego /głównie w postaci amidu/, proliny i aminokwasów rozgałęzionych, natomiast szczególnie mało lizyny i metioniny. Stanowi to główny mankament tych białek, zwłaszcza prolamin, a ponieważ gluten stanowi około 80% białka zawartego w ziarnie pszenicy, przesądza to niską wartość białka w pszenicy jako całości.

Dzięki znacznej zawartości glutaminianu /w formie amidu/ i proliny - łańcuchy białek glutenowych są skłonne do przyjmowania nietypowej budowy, w której struktura α - helisy stanowi zaledwie 15 - 25%. Przypuszczalnie z tą cechą są związane szczególnie ważne dla przemysłu piekarskiego właściwości - sprężystość glutenu, umożliwiająca tworzenie rozciągliwej matrycy ciasta, która warunkuje zatrzymywanie w nim gazów pochodzących z fermentacji, a tym samym nadaje pieczywu pulchność. Zapasowe białka zbóż - zarówno pod względem ogólnej zawartości, jak i składu frakcyjnego - wykazują znaczną zmienność genetyczną i fenotypową. Jest to o tyle zrozumiałe, że są one filogenetycznie „młodsze” niż białka cytoplazmy, a także powstają później w ontogenezie rośliny, gdyż ich synteza przebiega w czasie. wypełniania i dojrzewania ziarna (Kłyszejko - Stefanowicz 1995). W przeciwieństwie do białek protoplazmy, ich występowanie ograniczone jest tylko do ziarniaków i nie są spotykane w innych częściach rośliny. Należy tu wspomnieć, że część zarodkowa ziarniaków nie zawiera białek zapasowych typu prolamin i glutelin, a głównym jej składnikiem białkowym są albuminy, biologicznie czynne - głównie jako enzymy. W zarodkach występuje też nieco globulin, częściowo w białkach złożonych (Kączkowski 1980).

Szybkość syntezy białek zapasowych jest ściśle związana z warunkami środowiska, a w mniejszym stopniu zależy od cech genetycznych. Dlatego

10

warunki glebowe i klimatyczne w znacznym stopniu wpływają na ogólną zawartość tych składników i ich skład frakcyjny, natomiast należy przypuszczać, że różnice genetyczne polegają na zmianach w składzie aminokwasowym niektórych składników, a tym samym w ich konformacji, co może mieć związek z właściwościami reologicznymi tych białek i ciasta (Grzesiuk, Kulka 1981).

Białka występujące w liścieniach roślin motylkowych zawierają w głównej mierze globuliny, a obok nich występuje też niewielka ilość albumin. Do pierwszej grupy należy: wicylina, legumina, edestyna i inne podobne, stanowiące substancje zapasowe. Przypuszczenia, że we frakcji, którą można wymyć z mąki dopiero przy pH 9 -10, występują gluteliny - okazało się niesłuszne, gdyż tę frakcję trudno rozpuszczalną stanowią również globuliny połączone w kompleksy, ze składnikami cukrowymi (Kączkowski 1980). Globuliny zawarte w liścieniach wykazują znaczną heterogeniczność i z grubsza można je podzielić na frakcje o stałej sedymentacji 7 S i 12S. Globulinom w liścieniach towarzyszą również albuminy, które jednak pełnią funkcję enzymatyczną i regulacyjną i nie mogą być zaliczane do białek zapasowych. Część z nich również występuje w połączeniu z cukrowcami i można je izolować w środowisku zasadowym. Do albumin należą np. leukozyna czy legumelina (Grzesiuk, Kulka 1981).

Oprócz białek występujących w roślinach znacznych ilościach i pełniących rolę substancji zapasowych oraz białek enzymatycznych i regulujących, charakterystycznych dla wszystkich organizmów żywych, w roślinach występują białka nietypowe, niespotykane w innych organizmach. Należą do nich np. inhibitory enzymów proteolitycznych i innych, jak amylaz i sacharazy (Ryan 1978).Stanowią one grupę białek zdolnych do tworzenia kompleksów z enzymami, przez co te ostatnie tracą całkowicie swą aktywność. Najbardziej poznane i rozpowszechnione są inhibitory trypsyny i chymotrypsyny, występujące w największych ilościach w nasionach motylkowatych i zbóż oraz gryki, w różnych organach roślin psiankowatych, korzeniach buraków i wielu

11

innych (Kączkowski 1980). Funkcje biologiczne tych swoistych białek polegają z jednej strony na regulacji własnych procesów litycznych, z drugiej zaś ich synteza stanowi odpowiedź rośliny na porażenie chorobami grzybowymi, czy bakteryjnymi oraz przez szkodniki zwierzęce (Kłyszejko - Stefanowicz 1995).

Innym bardzo interesującym białkiem roślinnym jest leghemoglobina - hemoproteid występujący w znacznych ilościach w brodawkach korzeniowych roślin. Wbrew wcześniejszym sugestiom białko to nie bierze bezpośredniego udziału w mechaniźmie wiązania azotu atmosferycznego, a jedynie utrzymuje w brodawkach optymalny i odpowiednio wysoki potencjał oksydacyjno - redukcujny, konieczny do tego procesu (Kączkowski 1980).

Również specyficzna dla roślin jest plasocyjanina, czyli miedzioproteid występujący w chloroplastach, przypuszczalnie wszystkich roślin. Bierze on udział w przenoszeniu elektronów w fosforylacji fotosyntetycznej cyklicznej, fotoredukcji NADP⁺ i utlenianiu cytochromu f. Białko to występuje w ścisłym powiązaniu z błonami tylakoidów (Kłyszejko - Stefanowicz 1995).

2. Przemiany białek w poszczególnych organach roślin

Zapasowe białka nasion, zmagazynowane w liścieniach lub w bielmie, ulegają podczas kiełkowania hydrolizie pod wpływem enzymów proteoli- tycznych /proteaz/. W wyniku hydrolizy powstają wolne aminokwasy, które przemieszczają się do rosnących tkanek, gdzie służą jako materiał wyjściowy do syntez nowych aminokwasów i nowych białek. W toku tych przemian zachodzą procesy transaminacji /tj. przekazywania grupy aminowej ketokwasom/ oraz procesy oksydacyjnej dezaminacji, która polega na odłączeniu amoniaku. Nie prowadzi to jednak do jego utraty, ponieważ amoniak zostaje natychmiast „schwytany” i zneutralizowany przez kwas glutaminowy i asparaginowy. Wytworzone w ten sposób amidy, glutamina i asparagina, stanowią zapas azotu do dalszych przemian (Czerwiński 1978).

12

Nowe białka cytoplazmy nie tworzą się jednak wyłącznie z produktów rozpadu białek zapasowych. Z chwilą gdy w młodej roślinie zaczyna działać aparat fotosyntetyczny, rozpoczyna się również proces syntezy nowych aminokwasów drogą aminowania bezazotowych produktów fotosyntezy, stąd intensywna synteza białek odbywa się jedynie na świetle (Kączkowski 1980).

Liście stanowią podstawowy „aparat roboczy” roślin; przebiegają w nich nie tylko procesy fotosyntezy i oddychania, lecz również procesy syntezy białka. Materiały wyjściowe do produkcji białka tworzą się w chloroplastach bądź dopływają z korzeni. Procesy syntezy białka dominują w młodych liściach, podczas gdy w starych białka ulegają rozpadowi, a produkty ich rozpadu przemieszczają się do innych organów rośliny, zwłaszcza do tworzących się nasion, gdzie powstają z nich białka zapasowe (Kłyszejko - Stefanowicz 1995).

Funkcja korzenia nie ogranicza się jedynie do pobierania wody i związków mineralnych; w korzeniu zachodzą również ważne przemiany substancji pobranych z gleby oraz substancji skierowanych tu z części nadziemnych, tj. z liści. Azotany /pobrane z gleby/ ulegają w korzeniu redukcji do amoniaku; równocześnie asymilaty /dostarczane z liści/ zostają w cyklu kwasu cytrynowego przekształcone w korzeniach na ketokwasy, które wiążą amoniak i tworzą w ten sposób aminokwasy. Szczególnie dużo wytwarza się kwasu glutaminowego oraz jego amidu - glutaminy, co świadczy o kluczowej pozycji, jaką te związki zajmują w przemianach azotowych rośliny. W postaci tego właśnie kwasu oraz jego amidu, azot jest transportowany z korzeni do liści (Falkowski i in. 2000).

W podsumowaniu należy stwierdzić, że organizmy roślinne syntetyzują

białka ustrojowe z pewnych metabolitów bezazotowych /zwłaszcza ketokwasów/ wytwarzanych obficie w toku: glikolizy, cyklu kwasu cytrynowego i cyklu Calvina oraz z mineralnych związków azotu, pobieranych przez korzenie z gleby, a zwłaszcza z jonów NO₃^- i NH₄⁺. A oto główne etapy biosyntezy białka z nieorganicznych form azotu w komórkach roślinnych /Rys. 1/.

SPIS TREŚCI

I. WSTĘP............................................................................................................4

II. CEL PRACY I UZASADNIENIE................................................................6

III. PRZEGLĄD PIŚMIENNICTWA................................................................8

• 1. Ważniejsze białka występujące w roślinach.................................................8

• 2. Przemiany białek w poszczególnych organach roślin................................ 11

IV. MATERIAŁY I METODY........................................................................14

1. Opis doświadczenia uprawowego................................................................14

2. Analizy chemiczne.......................................................................................14

2.1. Azot białkowy………………………………………………….........….14

2.2. Azot rozpuszczalny……………………………………….........……….15

V. WYNIKI.......................................................................................................16

1. Nagromadzanie analizowanych form azotu w badanych odmianach

pszenżyta ozimego w okresie wegetacji……………………….........…….16

2. Średni poziom analizowanych form azotu w poszczególnych

organach badanych odmian pszenżyta ozimego w całym okresie

wegetacji…………………………………………………………........….17

VI. DYSKUSJA.................................................................................................19

VII. WNIOSKI....................................................................................................23

VIII. PIŚMIENNICTWO……………………………………………........…...24

RYSUNKI...................................................................................................26

Panu Prof. zw. dr hab.

Antoniemu Piotrowi Ciepieli

składam serdeczne podziękowania

za wybór tematu i cenne wskazówki

w czasie pisania pracy

oraz

Panu dr Cezaremu Sempruchowi

za życzliwą pomoc przy wykonywaniu

części doświadczalnej pracy.

14

IV. MATERIAŁY I METODY

1. Opis doświadczenia uprawowego

Pszenżyto ozime hodowano na małych poletkach /2 x1.5m²/ Katedry Biologii Molekularnej i Biofizykii Akademii Podlaskiej w Siedlcach. Zabiegi stosowane w uprawie badanych odmian pszenżyta ozimego były zgodne z ogólnie przyjętymi zasadami prowadzenia doświadczeń polowych z zachowaniem wszystkich wymogów agrotechnicznych. Doświadczenie uprawowe obejmowało dwie odmiany pszenżyta ozimego Bogo i Moreno. Do analiz chemicznych wykorzystano rośliny obu hodowanych odmian pszenżyta. Materiał roślinny zbierano w godzinach przedpołudniowych w momencie gdy analizowane odmiany znajdowały się w fazie wczesnego kłoszenia /G.S. 52 w skali Tottman, Broad 1987/, późnego kwitnienia /G.S. 68/, późnej dojrzałości mlecznej /G.S. 78/ i środkowej dojrzałości woskowej /G.S. 85/. Materiał roślinny przenoszono do laboratorium, płukano w wodzie redestylowanej, a następnie dzielono na kłosy, pędy i korzenie. Poszczególne organy pszenżyta liofilizowano, rozdrabniano, zamykano w szczelnych butelkach z ciemnego szkła i do czasu wykonania analiz chemicznych przechowywano w temp. 4°C.

2. Analizy chemiczne

Oznaczenie zawartości azotu białkowego i rozpuszczalnego wykonano metodą Kjeldahla (A. O. A. C. 1975).

2.1. Azot białkowy

W celu wyekstrahowania białka z poszczególnych organów pszenżyta ozimego do 0.34g liofilizatu dodawano 70 cm³ 5.5 % wodnego roztworu kwasu

15

octowego. Tak przygotowaną mieszaninę utrzymywano przez 5 minut w temperaturze wrzenia, po czym studzono i sączono przez bibułę Whatman nr 1. Osad przemywano 5.5 % roztworem kwasu octowego aż do uzyskania klarownego przesączu. Następnie sączek wraz z osadzonym na nim białkiem mineralizowano z 10 cm³ stężonego kwasu siarkowego i 1.750 g katalizatora Kelpak /15g K₂SO₄ + 0.7 g HgO/. Otrzymaną mieszaninę rozcieńczono 10 - krotnie, po czym pobierano 25 cm³ do procesu mineralizacji, który przeprowadzono w aparacie Büchi 425.

Po mineralizacji próbę ostudzono i umieszczono w aparacie Parnasa - Wagnera, dodając 20 cm³ wody podwójnie destylowanej oraz 30 cm² 35% wodnego roztworu NaOH. Amoniak destylowano do odbieralnika zawierającego 15 cm³ 3% wodnego roztworu kwasu borowego i 3 krople wskaźnika Tashiro. Otrzymany destylat miareczkowano 0.0714 M mianowanym roztworem kwasu solnego. Zawartość azotu białkowego obliczono ze wzoru:

gdzie:

N - ilość azotu w % wagowych,

a - objętość kwasu solnego zużytego do miareczkowania,

n - molowość kwasu solnego,

g - waga próbki w gramach.

2.2. Azot rozpuszczalny

Zawartość azotu rozpuszczalnego obliczano z różnicy między ilością azotu ogólnego i białkowego. Wyniki dotyczące zawartości azotu ogólnego w poszczególnych organach analizowanych odmian pszenżyta ozimego otrzymano z badań przeprowadzonych przez Głowacz (2002).

16

V. WYNIKI

1. Nagromadzanie analizowanych form azotu w badanych odmianach pszenżyta ozimego w okresie wegetacji

a. Azot białkowy

Uzyskane wyniki dowiodły, że korzenie odmiany Bogo zawierały najwięcej azotu białkowego w fazie wczesnego kłoszenia /Rys. 2/. Natomiast w pszenżycie Moreno najwyższy poziom tej frakcji azotu stwierdzono w stadium późnej dojrzałości mlecznej. Odnotowano ponadto, że najniższa zawartość azotu białkowego wystąpiła w korzeniach obu badanych odmian w okresie późnego kwitnienia /Rys. 2/.

W odmienny sposób kształtowała się dynamika nagromadzenia azotu białkowego w pędach analizowanych odmian pszenżyta /Rys. 3/. Obie badane odmiany najwięcej azotu białkowego w tych organach miały w stadium późnej dojrzałości mlecznej, a najmniej w okresie środkowej dojrzałości woskowej /Rys. 3/. W każdej z analizowanych faz rozwojowych pszenżyto Moreno posiadało wyższą koncentrację azotu białkowego w porównaniu z odmianą Bogo /Rys. 3/.

Natomiast w kłosach zarówno odmiany Bogo jak i Moreno najwyższy poziom azotu białkowego występował podczas środkowej dojrzałości woskowej, a najniższy w fazie późnego kwitnienia /pszenżyto Bogo/ oraz w okresie późnej dojrzałości mlecznej /odmiana Moreno/ /Rys. 4/.

b. Azot rozpuszczalny

Analizy chemiczne dotyczące zawartości azotu rozpuszczalnego dowiodły, że korzenie obu badanych odmian zawierały go najwięcej w fazie późnej

17

dojrzałości mlecznej /Rys. 6/. Najmniejszą zawartość tej formy azotu odnotowano natomiast w korzeniach odmiany Bogo w okresie środkowej dojrzałości woskowej, a w pszenżycie Moreno podczas wczesnego kłoszenia /Rys. 6/.

Stwierdzono ponadto, że pędy obu objętych doświadczeniami odmian pszenżyta ozimego odznaczały się najwyższym stężeniem azotu rozpuszczalnego na początku sezonu wegetacyjnego /w fazie wczesnego kłoszenia/ /Rys. 7/. Dalszemu rozwojowi tych roślin towarzyszył spadek zawartości tej frakcji azotu aż do momentu osiągnięcia najniższej ilości w fazie późnej dojrzałości mlecznej. W stadium środkowej dojrzałości woskowej odnotowano powtórny wzrost zawartości azotu rozpuszczalnego w pędach analizowanych odmian pszenżyta /Rys. 7/.

Analizy chemiczne wykazały najwyższą koncentrację azotu rozpuszczalnego w kłosach pszenżyta Moreno w fazie wczesnego kłoszenia oraz w stadium późnego kwitnienia odmiany Bogo /Rys. 8/. Najniższy poziom tej formy azotu w odmianie Moreno wystąpił pod koniec sezonu wegetacyjnego /stadium środkowej dojrzałości woskowej/, a w kłosach pszenżyta Bogo w fazie późnej dojrzałości mlecznej /Rys. 8/.

2. Średni poziom analizowanych form azotu w poszczególnych organach badanych odmian pszenżyta ozimego w całym okresie wegetacji

Porównując średni poziom azotu białkowego w analizowanych organach pszenżyta ozimego stwierdzono w okresie wegetacji, że w obu badanych odmianach największą jego ilość zawierały kłosy /Rys. 5/. Najniższym stężeniem tej formy azotu charakteryzowały się natomiast pędy odmiany Bogo i korzenie pszenżyta Moreno. Analiza różnic międzyodmianowych w ilości tej frakcji azotu dowiodła, że wyższy jej poziom miały kłosy i korzenie odmiany Bogo oraz pędy pszenżyta Moreno /Rys. 5/.

18

Zbliżone tendencje stwierdzono w przypadku średniego poziomu azotu rozpuszczalnego w całym okresie wegetacji, którego najwięcej było w kłosach obu badanych odmian, a najmniej w korzeniach /Rys. 9/. Odmiana Bogo miała nieznacznie wyższą zawartość tej frakcji azotu w pędach i kłosach oraz niższą w korzeniach w porównaniu z pszenżytem Moreno /Rys. 9/.

19

VI. DYSKUSJA

Wykonane analizy chemiczne dowiodły, że najniższa zawartość azotu białkowego w korzeniach badanych odmian była w okresie późnego kwitnienia, najwyższa natomiast w fazie wczesnego kłoszenia w odmianie Bogo i w fazie późnej dojrzałości mlecznej w pszenżycie Moreno.

Stwierdzono ponadto, że w pędach najwyższy poziom tej formy azotu w obu badanych odmianach wystąpił w stadium późnej dojrzałości mlecznej a najniższy w okresie środkowej dojrzałości woskowej. W tej ostatniej fazie wykazano również najwyższą zawartość azotu białkowego w kłosach analizowanych odmian. Podczas gdy najniższe stężenie omawianej frakcji azotu w organach generatywnych pszenżyta Bogo było w fazie późnego kwitnienia, a w odmianie Moreno w okresie późnej dojrzałości mlecznej.

Przeprowadzone analizy chemiczne wykazały również, że azot rozpuszczalny gromadził się w dużych ilościach w kłosach obu badanych odmian pszenżyta. Średnie jego ilości oznaczono w pędach, a najniższe w korzeniach badanego pszenżyta.

Uzyskane wyniki potwierdzają badania Achlamowej (1966), która uważa, że najbogatszym organem w azot rozpuszczalny są pędy traw, najuboższym zaś korzenie. Podobny pogląd reprezentują Lampeter i in. (1973).

Wykazano także, że poziom azotu białkowego kształtuje się analogicznie jak poziom azotu rozpuszczalnego w analizowanych odmianach pszenżyta ozimego.

Przedstawione rezultaty mają merytoryczne uzasadnienie. Kączkowski (1980) podaje bowiem, że nowe białka cytoplazmy nie tworzą się wyłącznie z produktów rozpadu białek zapasowych. Z chwilą gdy w młodej roślinie zaczyna działać aparat fotosyntetyczny, rozpoczyna się również proces syntezy nowych aminokwasów drogą aminowania bezazotowych produktów fotosyntezy. Stąd intensywna synteza białek odbywa się jedynie na świetle.

20

Liście stanowią podstawowy „aparat roboczy” roślin; przebiegają w nich nie tylko procesy fotosyntezy i oddychania, lecz również procesy syntezy białka. Materiały wyjściowe do produkcji białka tworzą się w chloroplastach bądź dopływają z korzeni. Procesy syntezy białka dominują w młodych liściach, podczas gdy w starych białka ulegają rozpadowi a produkty ich rozpadu przemieszczają się do innych organów rośliny, zwłaszcza do tworzących się nasion, gdzie powstają z nich białka zapasowe (Kłyszejko - Stefanowicz 1995).

Ocena wyników dotyczących zawartości oznaczanych form azotu w badanych odmianach pszenżyta ozimego wykazała, że najmniejszą ilość obu analizowanych frakcji azotu stwierdzono w korzeniach obu odmian.

Jak podaje Czerwiński (1978), funkcja korzenia nie ogranicza się jedynie do pobierania wody i związków mineralnych; w korzeniu zachodzą również ważne przemiany substancji pobranych z gleby oraz substancji skierowanych tu z części nadziemnych, tj. z liści. Azotany /pobrane z gleby/ ulegają w korzeniu redukcji do amoniaku; równocześnie asymilaty /dostarczane z liści/ zostają w cyklu kwasu cytrynowego przekształcone w korzeniach na ketokwasy, które wiążą amoniak i tworzą w ten sposób aminokwasy. Szczególnie dużo wytwarza się kwasu glutaminowego oraz jego amidu - glutaminy, co świadczy o kluczowej pozycji, jaką te związki zajmują w przemianach azotowych rośliny. W postaci tego właśnie kwasu oraz jego amidu, azot jest transportowany z korzeni do liści (Falkowski i in. 2000).

Na zawartość analizowanych form azotu w kłosach badanych odmian pszenżyta miały również wpływ poszczególne jego fazy rozwojowe.

Kłosy pszenżyta najmniej azotu białkowego miały w fazie późnego kwitnienia, kiedy zawartość azotu rozpuszczalnego była wyjątkowo wysoka. W okresie środkowej dojrzałości woskowej oznaczono natomiast najwyższą zawartość azotu białkowego i niską azotu rozpuszczalnego w kłosach

21

analizowanych odmian pszenżyta ozimego. Podobną tendencję obserwowano w przypadku korzeni i pędów badanych odmian w okresie wczesnego kłoszenia.

Według Kłyszejko - Stefanowicz (1995) zapasowe białka zbóż - zarówno pod względem ogólnej zawartości, jak i składu frakcyjnego - wykazują znaczną zmienność genetyczną i fenotypową. Jest to o tyle zrozumiałe, że są one filogenetycznie „młodsze” niż białka cytoplazmy, a także powstają później w ontogenezie rośliny, gdyż ich synteza przebiega w czasie wypełniania i dojrzewania ziarna. W przeciwieństwie do białek protoplazmy, ich występowanie ograniczone jest tylko do ziarniaków i nie są spotykane w innych częściach rośliny. Należy tu wspomnieć, że część zarodkowa ziarniaków nie zawiera białek zapasowych typu prolamin i glutelin, a głównym jej składnikiem białkowym są albuminy, biologicznie czynne - głównie jako enzymy. W zarodkach występuje też nieco globulin, częściowo w białkach złożonych (Kączkowski 1980).

Analiza międzyodmianowa dotycząca zawartości azotu białkowego wykazała wyższe jego stężenie w pszenżycie Moreno w stosunku do odmiany Bogo podczas analizowanego sezonu wegetacyjnego. W korzeniach obu odmian stwierdzono zbliżoną ilość tej frakcji azotu, w pędach odmiany Moreno zdecydowanie więcej azotu białkowego niż w pszenżycie Bogo, a kłosy tej ostatniej odmiany gromadziły o wiele więcej analizowanej frakcji azotu w porównaniu z pszenżytem Moreno.

Uzyskane rezultaty mają potwierdzenie w literaturze naukowej. Stwierdzono bowiem większą zmienność składu biochemicznego między odmianami pszenżyta ozimego, pod wpływem warunków klimatyczno - glebowych i czynników agrotechnicznych w porównaniu z pozostałymi zbożami (Stankiewicz 1998).

Porównawcza analiza międzyodmianowa wykazała również, że w odmianie Moreno stwierdzono nieznacznie wyższą zawartość azotu rozpuszczalnego niż w pszenżycie Bogo w trakcie analizowanego sezonu wegetacyjnego. Ponadto

22

korzenie pszenżyta Moreno zawierały nieco więcej tej frakcji azotu niż odmiany Bogo. Pomimo znacznych różnic odmianowych w zawartości azotu rozpuszczalnego w pędach i kłosach, stwierdzonych podczas kolejnych faz rozwojowych, jego stężenie w tych organach było zbliżone podczas analizowanego sezonu wegetacyjnego.

Otrzymane wyniki są zgodne z danymi Mazurka i in. (1989), którzy twierdzą, że będące obecnie w uprawie naszego kraju odmiany pszenżyta ozimego tylko nieznacznie różnią się między sobą składem chemicznym.

23

VII. WNIOSKI

Przeprowadzone badania upoważniają do sformułowania następujących

wniosków:

1. W korzeniach obu badanych odmian pszenżyta ozimego zawartość azotu białkowego największa była w fazie wczesnego kłoszenia /Bogo/ oraz w fazie późnej dojrzałości mlecznej /Moreno/; najmniejsza natomiast w fazie późnego kwitnienia /Moreno i Bogo/.

2. Pędy analizowanych odmian pszenżyta najwyższy poziom azotu białkowego posiadały w fazie późnej dojrzałości mlecznej; najmniej natomiast w fazie środkowej dojrzałości woskowej.

3. W kłosach badanych odmian pszenżyta najmniej azotu białkowego stwierdzono w fazie późnego kwitnienia /Bogo/ i późnej dojrzałości mlecznej /Moreno/; najwięcej natomiast w fazie środkowej dojrzałości woskowej /Bogo i Moreno/.

4. W korzeniach obu badanych odmian pszenżyta ozimego zawartość azotu rozpuszczalnego największa była w fazie późnej dojrzałości mlecznej /Bogo i Moreno/, a najmniejsza w fazie wczesnego kłoszenia /Moreno/ i środkowej dojrzałości woskowej /Bogo/.

5. W pędach analizowanych odmian najwyższy poziom azotu białkowego stwierdzono w fazie wczesnego kłoszenia; najniższy natomiast w fazie późnej dojrzałości mlecznej.

6. Kłosy badanych odmian pszenżyta najmniej azotu rozpuszczalnego posiadały w fazie środkowej dojrzałości woskowej /Moreno/ i w fazie późnej dojrzałości mlecznej /Bogo/; najwięcej zaś w fazie wczesnego kłoszenia /Moreno/ i późnego kwitnienia /Bogo/.

7. Analizy chemiczne udowodniły, iż badane odmiany pszenżyta ozimego najwięcej azotu białkowego i rozpuszczalnego, w trakcie badanego sezonu wegetacyjnego, miały w kłosach, a najmniej w korzeniach.

AKADEMIA PODLASKA W SIEDLCACH

WYDZIAŁ ROLNICZY

Jadwiga Grodzicka

POZIOM AZOTU BIAŁKOWEGO

I ROZPUSZCZALNEGO W PSZENŻYCIE OZIMYM W OKRESIE WEGETACJI

Praca magisterska wykonana

w Katedrze Biologii Molekularnej i Biofizyki

pod kierunkiem

Prof. zw. dr hab. Antoniego Piotra Ciepieli

Siedlce 2002 r.

24

VIII . PIŚMIENNICTWO

1. Achlamowa. N.M. 1966: Effect of mineral fertilizers on the composition of nitrogenous compuods and carbohydrates in meadow grasses. Proc. X Inter. Grassl. Congr. Helsinki: 10 - 20.

2. A. O. A. C. 1975. Association of Official Analytical Chemist, Official Medhos of Analyisis, Washington D. C.

3. Ciepiela A. 1990. Biochemiczne uwarunkowania antybiozy pszenicy ozimej odmiany Saga w stosunku do mszycy zbożowej (Sitobion avenae /F./). Wyd. Nauk WSRP Siedlce, 29:35-36.

4. Ciepiela A. P., Sempruch C. 2000. Udział różnych form azotu w odporności konstytucyjnej pszenżyta jarego na mszycę zbożową. Kiel. Studia Biol., 10:81-89.

5. Czerwiński W. 1978. Białka i enzymy. (W:) Fizjologia roślin. PWN, Warszawa: 247-286.

6. Falkowski M., Kukułka I., Kozłowski S. 2000. Właściwości chemiczne roślin łąkowych.AR Poznań: 39-40.

7. Głowacz M. 2002. Akumulacja azotu ogólnego w wybranych odmianach pszenżyta ozimego w sezonie wegetacyjnym. Praca magisterska, Akademia Podlaska w Siedlcach: 17-18.

8. Grzesiuk S., Kulka K. 1981. Fizjologia i biochemia nasion. PWRiL, Warszawa: 95-111.

9. Kączkowski J. 1980. Białka roślinne. (W:) Biochemia roślin. PWN, Warszawa: 249-260.

10. Kłyszejko-Stefanowicz L. 1995. Macierz cytoplazmatyczna, pozakomórkowa i błonowa. (W:) Cytobiochemia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 63-253.

25

11. Lampeter W., Matthies H., Tchaptchet A. 1973: Untersuchungen tiber die Werdaulicheit den Gehald an loschlichen kohlenhydraten und Nitratstickstoff der Futtertrockenmasse einiger Graserreinsaaten in Abhangigkeit von der N-Dungung. Arch. F. Acker Pflanzenbau, 17:15.

12. Mazurek J., Bronowska D., Dworecki E., Mazurek J., Pilarski A., Pluto J., Przybysz E., Urbańczyk J. 1989. Pszenżyto ozime. Technologia uprawy i wykorzystania ziarna. Min. Rol. Leśni. Gosp. Żyw., 1:2-23.

13. Ryan C. A. 1987. Proteinase inhibitors in plant leaves: A biochemical model for pest-inducet natural plant protecion. TIBS:148-150.

14. Sempruch C. 1996. Biochemiczne wskaźniki odporności wybranych gatunków i odmian zbóż na mszycę zbożową (Sitobion avenae /F./). Praca doktorska, WSRP Siedlce: 59-62.

15. Stankiewicz Cz. 1998. Studium nad planowaniem i wartością paszową ziarna pszenżyta w warunkach Wysoczyzny Siedleckiej. Wyd. Nauk. WSRP Siedlce, 51:5-6.

16. Tottman D. R., Broad H. 1987. The decimal code for the growth stages of cereal, with illustrasions. Ann. Appl. Biol., 93:221-234.

26

RYSUNKI

---