Межі в галузі рослинництва

Протеоміка рослин та білкова структурна біологія

Ця стаття є частиною Теми дослідження

Біологія рослинних плодів, насінин і бульбових тканин: важлива тема забезпечення продовольчої безпеки Переглянути всі 21 статті

Редаговано
Сон Тае Кім

Національний університет Пусан, Південна Корея

Переглянуто
Карла Пінейро

Факультет наук і технологій, Новий університет Лісабона, Португалія

Ахмад Арзані

Ісфаханський технологічний університет, Іран

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони можуть не відображати їх ситуацію на момент огляду.

прикордонна

  • Завантажити статтю
    • Завантажте PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Додаткові
      Матеріал
  • Експортне посилання
    • EndNote
    • Довідковий менеджер
    • Простий текстовий файл
    • BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ Оригінального дослідження

  • 1 Департамент біологічних наук, Інститут інформаційних технологій COMSATS, Ісламабад, Пакистан
  • 2 Кафедра рослинництва Університету Куейд-і-Азам, Ісламабад, Пакистан

ОСОБЛИВОСТІ

• Ризобактерії (Азотобактер spp.) покращили якість та кількість білка насіння сафлору.

• Якість білка підтверджено SDS-PAGE і знайдені нові смуги у відповідь на різні комбінації ризобактерій та менших доз добрив.

• Застосування PGPR зменшило використання добрив до 50%.

Білок є важливою частиною раціону людини. Метою цього дослідження було поліпшення якості білка насіння сафлору шляхом застосування рослин, що сприяють різобактеріям (PGPR) у поєднанні зі звичайними азотними та фосфатними (NP) добривами. Насіння двох сортів сафлору Торі та Сайф-32 були щеплені Азоспірилум і Азотобактер і вирощується в польових умовах. Вміст і якість білка оцінювали за допомогою сирого білка, аналізу амінокислот та SDS-PAGE. Сирий білок насіння та амінокислоти (метіонін, фенілаланін та глутамінова кислота) продемонстрували значні покращення (55–1250%) на Азотобактер доповнена четвертою дозою добрив (BTQ) при P ≤ 0,05. Додаткові білкові смуги індукували у Thori та Saif-32 BTQ та BTH (Азотобактер (доповнена половинною дозою добрива) відповідно. Азоспірилум у поєднанні з половинною дозою добрива (SPH) та BTQ підвищують вміст індол оцтової кислоти (IAA) (90%) та вмісту гіберелінової кислоти (GA) (23–27%) у листі сафлору. У сукупності ці дані свідчать про це Азоспірилум і Азотобактер поряд із значно зменшеним (до 75%) використанням добрив NP може покращити якість та кількість білка насіння сафлору.

Вступ

Посіви олійних культур є важливими джерелами поживних речовин і можуть слугувати важливим дієтичним джерелом для задоволення харчових потреб (Escudero et al., 2006; Yeilaghi et al., 2012). Вживання олійних насіння та бобових культур може задовольнити потребу в білках та жирах. Такі практики мають великий потенціал для забезпечення адекватного споживання поживних речовин та енергії немовлятами та дітьми в поганих умовах, коли білково-енергетичне недоїдання (ПЕМ) продовжує стримувати оптимальний ріст та розвиток. Зі збільшенням глобального попиту на продукти тваринництва необхідне дослідження місцево доступних продуктів харчування, які можуть бути використані як додаткові джерела білка та енергії.

Білки насіння відіграють значну роль у харчуванні людини та їжі тварин. У рослинах амінокислоти є головним будівельним матеріалом для синтезу білка (Lam et al., 1996) і, таким чином, відіграють важливу роль у харчуванні людини. Фенілаланін є незамінною амінокислотою, оскільки є попередником дуже важливих метаболічних сполук, а саме фенілпропаноїдів. Подібним чином триптофан надзвичайно важливий як попередник фітогормонів, таких як індол оцтова кислота (IAA). Тому дуже важливо, щоб ми покращували якість білка насіння за допомогою стійких заходів, наприклад, шляхом застосування росту рослин, що сприяє різобактеріям (PGPR).

PGPR роду Азоспірилум і Азотобактер широко поширені в ризосфері тропічних і субтропічних рослин. Механізми, за допомогою яких Азоспірилум spp. може чинити позитивний вплив на ріст рослин, ймовірно, через множинні реакції, включаючи зміни в синтезі фітогормонів та фіксації азоту, а також активність нітратредуктази (El-Komy et al., 2003). Запропоновано кілька механізмів, за допомогою яких вони сприяють росту рослин. Ці механізми включають вироблення фітогормону, стимулювання поглинання поживних речовин, фіксацію азоту, підвищення доступності рослин первинних поживних речовин (Wu et al., 2005), вироблення ферментів, рибофлавіну, тіаміну та синтез антибіотиків та фунгіцидних сполук (Bharathi та ін., 2004). Мірзаї та ін. (2010) повідомив про це Азоспірилум і Азотобактер щеплення покращило вміст білка в насінні в сафлорі порівняно з контролем. Бабалола (2010) повідомив, що синтез амінокислот є важливою особливістю PGPR, а амінокислоти, синтезовані PGPR, включають глутамінову кислоту, лізин, валін, серин, ізолейцин та лейцин.

Сафлор - це широколиста олійна культура сімейства айстрових, переважно пристосована до сухостійних земель (Bahrami et al., 2014). Виникла в південній Азії, культивується в Китаї, Індії, Персії, Єгипті та Пакистані. Застосовується як джерело барвника, ліків та їжі. Культивується як джерело олії та білка. Він містить 34% олії та 22–24% білка, а його насіння є багатим джерелом природного антиоксиданту (токоферолу). Насіннєве борошно насіння сафлору після видобутку олії використовується як корм для худоби та органічне добриво.

З огляду на зростаючу проблему забруднення ґрунту/навколишнього середовища та вимивання поживних речовин, необхідні термінові заходи щодо подолання глобальної загрози забруднення азотом. Агрономічна, біохімічна та біомаса інформація про врожай сафлору у відповідь на добрива PGPR та NP раніше опублікована (Nosheen and Bano, 2014). Головною метою цього дослідження було мінімізувати використання азотних та фосфорних добрив, доповнюючи PGPR (Азоспірилум і Азотобактер) для поліпшення якості білка насіння сафлору, яке вважається важливою культурою з точки зору харчування.

Матеріали та методи

Польовий експеримент проводився в природних умовах протягом жовтня 2009–2010 та 2010–2011 років на полі кафедри рослинництва Університету Куейд-і-Азам. Була використана рандомізована повна конструкція блоку (RCBD) із трьома повторностями з розміром ділянки 1 × 1 м 2. Відстань між рядами становила 45 см. Сертифіковане насіння сафлору cv. Торі та cv. Saif-32 отримано з Національного центру досліджень сільського господарства (NARC) в Ісламабаді. Насіння стерилізували поверхнево перед сівбою 95% етанолом, потім стерилізували 10% хлороком протягом 3 хв і послідовно промивали 3-4 рази автоклавованою дистильованою водою.

Інокуляція насіння

Рідкі культури Azospirillum brasilense і Azotobacter vinelandii Khsr1 вирощували при 24 ° C в середовищі Лурія-Бертані (LB). PGPR застосовували як інокуляцію насіння зі швидкістю 10 6 клітин/мл. Для приготування посівного матеріалу 100 мл середовища LB інокулювали 24-годинними рідкими культурами A. brasilense (Номер приєднання GQ255949) та A. vinelandii Khsr1 (номер приєднання GQ849485) і продовжували струшувати (Excella E24, серія шейкерів New Brunswick Scientific Incubator, штат Нью-Джерсі, США) протягом 72 год при 124 об/хв при 24 ° C. Рідкі культури центрифугували при 2415 g протягом 10 хв. Супернатант відкидали і гранулу розбавляли автоклавованою дистильованою водою до оптичної щільності при 600 нм. Перед сівбою стерилізовані насіння замочували в рідких культурах протягом 6 год.

Застосування добрив

В якості добрив використовували азот та фосфор (NP), сечовину використовували як джерело азотних добрив, а DAP (Diammonium phosphate) - як джерело фосфорних добрив. Азотні добрива (N) вносили у три дози, тобто повну дозу сечовини (сечовина 60 кг га −1), половину (сечовина 30 кг га −1) та чверть доз (сечовина 15 кг га −1). Уся кількість фосфорного добрива (Р) (повна 30 кг га -1, половина 15 кг га -1 і четверта доза 7,5 кг га -1) була внесена під час сівби, тоді як сечовина вносилася на три різні етапи з інтервалом 40 днів, першу дозу застосовували під час сівби.

Завдяки глибокій кореневій зоні, сафлорові культури можуть отримувати вологу далеко під поверхнею. Протягом сезону було застосовано 2-3 раунди зрошення. Перший зрошувальний цикл був забезпечений через 1–1/2–2 місяці після сходів; друге зрошення відбулося під час цвітіння, а останній цикл зрошення був проведений під час розвитку насіння. Поверхневу зрошувальну систему застосовували до насичення поля.

Були застосовані наступні методи лікування.

Вилучення та очищення фітогормонів (IAA та GA)

Вилучення та очищення фітогормонів проводили за методикою Кеттнера та Доерффлінга (1995). Свіже листя (1 г) збирали на вегетативній стадії і подрібнювали у 80% метанолі при 4 ° C з бутильованим гідроксилтолуолом (BHT), який використовували як антиоксидант. Екстракцію проводили при 4 ° C до 72 годин у темряві з подальшою зміною розчинника через кожні 24 години. Вилучені зразки центрифугували і надосадову рідину зменшували до водної фази за допомогою роторного тонкоплівкового випарника (RFE) при 35 ° C. РН водної фази регулювали до 2,5–3,0 0,1 н. HCl і розподіляли чотири рази по 1/2 об’єму етилацетату. Етилацетат повністю висушували за допомогою роторного тонкоплівкового випарника. Висушені зразки повторно розчиняли в 1 мл метанолу (100%) і аналізували на ВЕРХ (Agilent 1100, Німеччина) з використанням U.V. детектор і колонка С-18 (39 × 300 мм).

Для ідентифікації гормонів зразки фільтрували через міліпорові фільтри (0,45 мкм) і вводили на колонку. В якості рухомої фази використовували метанол, оцтову кислоту та воду (30: 1: 70). Довжина хвиль, яка використовувалася для виявлення IAA, становила 280 нм (Sarwar et al., 1992), тоді як для аналізу GA вона була відрегульована до 254 нм (Li et al., 1994). Ці гормони росту були ідентифіковані на основі часу утримання та пікової площі стандартів. Чисті IAA та GA3 (Sigma Chemicals Co. Ltd., США) використовувались як стандарти для ідентифікації та кількісної оцінки рослинних гормонів.

Оцінка сирої сировини білка

Сирий білок із насіння оцінювали за методом Кельдаля (AOAC, 2000). Зразки насіння (700 мг) поміщали в пробірки для розсмоктування Кельдаля і додавали по 5 г кожного з K2SO4 та CuSO4, потім до суміші додавали 25 мл H2SO4. Суміш перетравлювали протягом 1 год при 340 ° С. Після охолодження при кімнатній температурі додавали 20 мл деіонізованої води і після додавання 40% NaOH (25 мл) проводили дистиляцію. Виділений аміак збирали в борній кислоті і титрували HCl (0,1 Н). Підготовлену заготівлю також обробляли за тією ж процедурою. Відсоток сирого білка розраховували за наступною формулою.

Де 14 - молекулярна маса азоту, а 5,30 - фактор азоту для білка насіння сафлору (Mosse, 1990).

Аналіз амінокислот насіння

Кількісний аналіз амінокислот проводили за методом Ткачука та Ірвіна (1969). Зразки насіння (20 мг) поміщали в пробірки Pyrex, додавали 4 мл подвійної дистильованої соляної кислоти (6 N) і суміш заморожували при -80 ° C. Гідроліз зразків проводили при 110 ° C протягом різних періодів часу, тобто. 24, 48 та 72 год у духовці. Після цього соляну кислоту видаляли за допомогою ексикатору, що містить гранули гідроксиду натрію. Згодом додавали 25 мл цитратного буфера з нормальністю 0,2 та pH 2,2, що містить октанову кислоту та Brij-35, і нерозчинний гумін видаляли вакуумною фільтрацією. Супернатант (фільтрат) використовували для аналізу амінокислот за допомогою аналізатора амінокислот. Для визначення амінокислотних профілів зразків використовували автоматичний аналізатор амінокислот Hitachi L-8900 (Hitachi High-Technologies Corporation, Токіо, Японія) з іонообмінною колонкою 4,6 (ID) × 60 мм. Для аналізу використовувались наступні налаштування аналізатора: швидкість потоку буфера 0,4 мл/хв, швидкість потоку реагенту 0,35 мл/хв, температура нагрівача реактора 135 ° C, температура колонки 75 ° C, температура автозабірника 5

8 ° C, час роботи 35,3 (сірковмісні амінокислоти) або 56,3 хв (усі інші амінокислоти), об’єм введення зразка 20 мкл і довжина хвилі виявлення 570 (пролін) або 440 нм (усі інші амінокислоти). В якості розчинників рухомої фази використовували білковий набір буферних гідролізатів (Kanto Chemical Co., Inc., Токіо, Японія) та соляну кислоту. Стандартну амінокислотну суміш цистеїнової кислоти та метіонінсульфону (20 мкл/мл) розбавляли до 100 мкмоль/л для кількісного визначення та калібрування амінокислот. Концентрація амінокислот вказана в г/100 г.

Статистичний аналіз

Дані аналізували за допомогою програмного забезпечення Statistix версії 8.1 з використанням факторіального дизайну дисперсійного аналізу (ANOVA) (Таблиця 1). Середні значення порівнювали згідно з Steel and Torrie (1980) за найменшою значущою різницею (LSD) при P Ключові слова: сафлор, білок насіння, амінокислота, запліднення, фітогормони, SDS-PAGE

Цитування: Nosheen A, Bano A, Yasmin H, Keyani R, Habib R, Shah STA і Naz R (2016) Кількість білка та якість насіння сафлору, поліпшене добривом NP і ризобактеріями (Азоспірилум і Азотобактер spp.). Спереду. Рослин Sci. 7: 104. doi: 10.3389/fpls.2016.00104

Отримано: 06 листопада 2015 р .; Прийнято: 20 січня 2016 р .;
Опубліковано: 22 лютого 2016 року.

Сун Тае Кім, Пусанський національний університет, Південна Корея

Карла Пінейро, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Португалія
Ахмад Арзані, Ісфаханський технологічний університет, Іран