doi: 10.15389/agrobiology.2016.5.645rus
УДК 633.15:581.192:58.08:535-1
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ЗЕРНЕ
ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ (Zea mays L.) СЕРБСКОЙ СЕЛЕКЦИИ
С ПОМОЩЬЮ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Ч. РАДЕНОВИЧ1, 2, Г.В. МАКСИМОВ3, Е.В. ТЮТЯЕВ4, В.В. ШУТОВА4,
Н. ДЕЛИЧ1, 3, ЧАМДЖИЯ1, Й. ПАВЛОВ1, Ж. ЙОВАНОВИЧ1
Современные биофизические методы исследования обеспечили существенный прорыв в молекулярной диагностике состояния и функций интактных растений. Известно, что метод инфракрасной (ИК) спектроскопии позволяет анализировать состав и строение молекул, регистрируя зависимость изменения интенсивности поглощения излучения от частоты (волновое число, см-1). С помощью метода инфракрасной спектроскопии (ИК-спектры с преобразованием Фурье — ИК-Фурье спектрометрия) мы изучили состав зерна у гибридов кукурузы ZP 341, ZP 434 и ZP 505 (оригинатор и собственник — Maize Research Institute, Zemun Polje, г. Белград, Сербия). Установлено, что в ИК-спектрах присутствуют полосы, различающиеся по интенсивности и частоте колебаний определенных молекулярных связей. Полученные спектры характеризуются наличием полос (от 20 до 23) в диапазоне от 400 до 4000 см-1. В ходе исследования для каждого из испытуемых гибридов было проанализировано по пять спектральных полос, имеющих специфические характеристики (интенсивность поглощения, %; экспериментально определенное волновое число, см-1). Анализ пиков и сопоставление с известными базами данных (референтные ИК-спектры) позволили констатировать наличие в составе зерна гибридов некоторых биогенных органических молекул: спиртов, аминов, эфиров, алканов, карбоновых кислот, алкенов, альдегидов, кетонов. Типичный ИК-спектр зерна у гибрида кукурузы ZP 341 имел три наиболее выраженные спектральные полосы с волновыми числами 3400, 2900 и 1000 см-1. У гибрида ZP 434 в ИК-спектре зерна были наиболее выражены четыре спектральных полосы с волновыми числами 3400, 2950, 1700 и 1000 см-1. Гибрид ZP 505 характеризовался восемью наиболее значимыми спектральными полосами с волновыми числами 3400, 2900, 2850, 1750, 1700, 1450, 1150 и 1000 см-1. Таким образом, у ZP 505 структурные характеристики зерна несколько отличаются от таковых у ZP 341 и ZP 434, тогда как у двух последних они сходны. В целом представляемые гибриды сербской селекции характеризуются высокими показателями качества, урожайности и технологической пригодности к возделыванию. Итак, впервые с помощью ИК-спектроскопия было проведено исследование молекулярной структуры и состава компонентов зерна различных гибридов кукурузы. Разработанная методология регистрации и анализа инфракрасных спектров зерна позволяет исследовать молекулярную структуру биогенных соединений, что важно не только для диагностики и селекции, но и для формирования методологии биотехнологического скрининга или определения сроков при хранении зерна.
Ключевые слова: гибрид кукурузы, зерно, структурные характеристики молекул, инфракрасные спектры, спектральные полосы.
Ch. Radenovich1, 2, G.V. Maksimov3, E.V. Tyutyaev4, V.V. Shutova4,
N. Delich1, 3,
Z. Chamdzhiya1, Yo. Pavlov1, Zh. Jovanovich1
Modern biophysical methods have provided a breakthrough in investigations of the status and functions of the intact plants at the molecular level. The infrared (IR) spectroscopy allows us to analyze the molecular composition and structure by recording the absorption of infrared radiation as a function of frequency of valent and deformation vibrations (wavenumber, cm-1) for chemical bonds. We used the IR Fourier spectroscopy method (IR spectra with Fourier Transformation,) to investigated the grain composition in maize hybrids — ZP 341, ZP 434 and ZP 505 created at Maize Research Institute (Zemun Polje, Belgrade, Serbia). The resulted spectra differed in peak number and intensity, and in oscillation frequency. Particularly, there are 20 to 23 peaks and characteristic spectral bands within the wavenumber range of 400 to
4000 сm-1. Characteristic spectral bands were analyzed for each hybrid with regard to absorption intensity in %, experimentally determined wavenumber in cm-1, and published wavenumber range. A comparison of these peaks to reference IR spectra from databases revealed biogenic organic molecules: alcohols, amines, esters, alkanes, carboxylic acids, alkenes, aldehydes, ketones and esters in the studied grain hybrids. In a typical IR spectrum of maize hybrid ZP 341 there were three most distinct bands with wavenumbers of 3400, 2900 and 1000 cm-1. Four peaks (3400, 2950, 1700 and 1000 сm-1) were characteristic of the ZP 434 hybrid, and eight major peaks of 3400, 2900, 2850, 1750, 1700, 1450, 1150 and 1000 сm-1 were observed in ZP 505. That is, the grain charterisics in ZP 505 slightly differ from those in ZP 341 and ZP 434, whereas in ZP 341 and ZP 434 the grain structure is more similar. In general, Serbian hybrids are characterized by high quality, productivity and technological suitability. The developed methodology for IR spectra recording and analysis in grain allows to reveal the composition and structure of biogenic compounds. It is important not only for diagnosis and breeding, but also for the development of biotechnological screening methods, or the estimation of grain storage time.
1Institut za kukuruz «Zemun Polje», |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
