2. Justificación
4.2.1. La informalidad y sus implicaciones
1, 2IVANA PŠENÁKOVÁ, 3ALŽBETA ŽOFAJOVÁ, 3MICHAELA HAVRLENTOVÁ,
3ĽUBOMÍR RÜCKSCHLOSS, 1MICHAELA PILIAROVÁ
1Univerzita sv. Cyrila a Metoda v Trnave 2Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre 3Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany
In the recent years, for specific goals of utilization, winter wheat breeding has been aimed on increasing content of anthocyanins in winter wheat grains considering their high antioxidant activity. The aim of research was to evaluate grain colour development in three wheat genotypes (ANK 28A and 62/0 with purple pericarp and Ilona with red pericarp) during grain filling period. Grain samples from two replications of field experiment established in the vegetation 2010/11 were taken six times at winter form (62/0, Ilona) and five times at spring form (ANK 28A). Total anthocyanins content was determined by spectrophotometer. Genotypes with purple pericarp reached the highest anthocyanins content on the twenty-second day after anthesis with gradual increasing and decreasing before and after this term, respectively. At maturity the highest anthocyanins content had ANK 28A (37.80 mg kg-1) and newly bred genotype 62/0 had similar content (34.50 mg kg-1). At maturity registered cultivar Ilona was about 93.7% lower in anthocyanins content compared to ANK 28A. Significant variability in anthocyanins content has indicated that breeding for their increasing is real. Confirmation of this fact is newly bred winter wheat genotype 62/0 originated from the Research and Breeding Station at Vígľaš-Pstruša.
Key words: wheat, grain colour, anthocyanins, breeding
ÚVOD
Z dôvodov vysokých nákladov je klasické šľachtenie pšenice len zriedkavo zamerané na tvorbu odrôd pre určitú oblasť a pre špecifické ciele využitia. V súčasnosti sú však vyhľadávané a využívajú sa aj odrody a druhy s neobvyklými znakmi a vlastnosťami. Jedným z nich je netradičná farba zrna pšenice. Väčšina u nás pestovaných odrôd pšenice má červenú farbu zrna, ktorá je spájaná aj s vyššou odolnosťou voči porastavosti (Bassoi & Flintham 2005).
Za červenú, purpurovú, modrú, oranžovú a bielu farbu zrna pšenice a iných obilnín sú zodpovedné antokyaníny (Abdel-Aal et al. 2006). Patria medzi flavonoidy a tie medzi fenolické látky, ktoré sumárne predstavujú fytochemikálie (Liu 2004). Antokyaníny predstavujú veľkú skupinu vo vode rozpustných prírodných farbív a v rastline sa nachádzajú v glykozylovanej forme, všeobecne vo väzbe s glukózou, galaktózou, arabinózou, ramnózou, xylózou a fruktózou (Hosseinian et al. 2008). Najčastejším je kyanidín (zodpovedný za červenú farbu), potom delfinidín (modrá farba), peonidín (modrá farba), pelargonidín (oranžová a červená farba), petunidín (purpurová farba) a malvidín (purpurová farba) (Oomah & Mazza 1999). Zdraviu prospešná úloha antokyanínovvyplýva z ich vysokej antioxidačnej aktivity. V rastlinnom organizme zohrávajú úlohu v ochrane rastliny pred biotickými a abiotickými faktormi prostredia.
Cieľom výskumu bolo zhodnotiť vývoj farby zrna v priebehu jeho nalievania pri vybraných genotypoch pšenice letnej s rôznou farbou zrna.
MATERIÁL A METÓDY
Vybrané genotypy pšenice letnej f. ozimnej a f. jarnej sme sledovali v poľnom pokuse založenom metódou znáhodnených blokov vo vegetácii 2010/11 v záhrade CVRV Piešťany. Súbor tvorili: ANK 28A, jarná forma s purpurovým perikarpom, novošľachtený genotyp 62/0, ozimná forma s purpurovým perikarpom, ktorý pochádza z programu šľachtenia farebných pšeníc z VŠS Vígľaš-Pstruša a kontrolná odroda pšenice letnej f. ozimnej Ilona so štandardnou farbou zrna. Od mliečnej do fyziologickej zrelosti postupom, ktorý uviedli Knievel et al. (2009) (v intervale od 4 do 10 dní) sme z každého opakovania zozbierali po 8 klasov a zrná ručne vydrolili. Vzorky zŕn boli vysušené pri teplote 40°C.
Extrakcia antokyanínov z otrúb farebných pšeníc bola podľa metódy opísanej Hosseinian et al. (2008). Vzorky sme extrahovali extrakčným činidlom (metanol:1M HCl, 85:15, v/v) v pomere 1:8 (w/v) počas 45 min. pri 300 ot./min a laboratórnej teplote. Vzorky otrúb sme opakovane extrahovali za rovnakých podmienok a supernatany boli spojené. Po extrakcii sa vzorka centrifugovala (15 min. a pri 9050 ot./min). Supernatant sa zlial a odparil na rotačnej vákuovej odparke. Odparok sa následne rozpustil v 15 ml metanolu (p.a). Takto pripravené vzorky extraktov sme použili na stanovenie obsahu antokyanínov. Extrakty boli uchovávané pri teplote 4°C.
Spektrofotometrické stanovenie antokyanínov
Celkový obsah antokyanínov bol stanovený metódou opísanou podľa Fuleki & Francis (1968). Pred meraním absorbancie sa vzorky upravili pomocou tlmivých roztokov na pH 1,0 a pH 4,5. V prípade zákalu bolo vzorky potrebné centrifugovať (15 min. a pri 12 000 ot./min.). Absorbancia sa merala do 20-50 min. pri vlnovej dĺžke 520 nm a 700 nm. Ako blank sa použila destilovaná voda.
170
Koncentrácia (mg.l-1) antokyanínov bola prepočítaná podľa nasledujúceho vzorca na ekvivalent kyanidín-3- glukozidu:
Cant=(A×MW×DF×103)/(ε×l)
kde: A je absorbancia = (A520nm – A700nm)pH 1,0 – (A520nm – A700nm)pH 4,5; MW je molekulová hmotnosť = 449,2
g.mol-1 pre kyanidín-3-glukozid; DF je dilučný faktor = 10; 1 = hrúbka kyvety v cm; ε je molárny extinkčný
koeficient = 26 900 (L × cm-1 × mol-1) pre kyanidín-3-glukozid; 103 = faktor na prepočítanie z g na mg (Lee et
al. 2005; Hosseinian et al. 2008).
Obsah antokyanínovbol prepočítaný na mg.kg-1.
Údaje sme spracovali programom Statgrafics plus for Windows.
VÝSLEDKY A DISKUSIA
ANK 28A je izogénnou líniou odrody Novosibirskaya 67 a je v programe šľachtenia farebných pšeníc vo VŠS Vígľaš-Pstruša využívaná ako donor pre purpurovú farbu osemenia. Línia je jedným z rodičovských odrôd genotypu 62/0, ktorý bol vo vegetácii 2010/11 skúšaný prvým rokom v štátnych odrodových pokusoch na Slovensku. Do hodnoteného súboru sme tiež zaradili odrodu Ilona, ktorá je kontrolou pre kvalitu so štandardnou farbou zrna. Genotyp 62/0 bol v porovnaní s odrodou Ilona neskorší v začiatku klasenia a tiež kvitnutia o 8 dní, avšak mliečnu zrelosť sme zaznamenali o 1 deň skôr od kvitnutia (tab. 1). Jarná línia ANK 28A kvitla 12.6.2011 a mliečnu zrelosť dosiahla už o 8 dní. Pri ozimnej forme, genotypy dosiahli fyziologickú zrelosť za rovnaký počet dní (42), počas ktorých sme 6 krát odoberali klasy pre stanovenie dynamiky obsahu antokyanínov v zrne a pri jarnej forme to bolo o 10 dní skôr (32), počas ktorých sme odoberali klasy v 5 termínoch. V dôsledku prívalových dažďov začiatkom júla sme nemohli zabezpečiť najmä pri jarnej línii ANK 28A odbery v pravidelných intervaloch, v dôsledku čoho medzi 2. a 3. termínom odberu bolo až 10 dní.
Podľa očakávania najvyšší obsah antokyanínov v zrelosti mala línia ANK 28A (37,80 mg.kg-1) (tab. 2).
Šľachtením sa podarilo pri genotype 62/0 dosiahnuť obsah antokyanínov (34,50 mg.kg-1) porovnateľný
s rodičovskou líniou ANK 28A. Nie menej významnými sú pri novošľachtenom genotype ďalšie znaky a vlastnosti (ozimná forma, výška, produktivita klasu, vyrovnanosť ai.), ktoré zodpovedajú súčasným odrodám, ktoré sú registrované a pestované u nás. Odroda Ilona mala v zrelosti o 93,7 % nižší obsah antokyanínov v porovnaní s ANK 28A. Významná variabilita v obsahu antokyanínov naznačuje, že šľachtenie na zvýšenie jeho obsahu je možné, čo potvrdili v širšom súbore farebných pšeníc aj Knievel et al. (2009).
Oba genotypy s purpurovým zrnom mali najvyšší obsah antokyanínov na 22. deň po kvitnutí, s postupným nárastom a poklesom pred a po tomto termíne (obr. 1), čo sme pozorovali najmä pri línii ANK 28A. Pri genotype 62/0 neočakávane už na 13. deň po kvitnutí sme zistili druhý najvyšší obsah antokyanínov počas obdobia nalievania zrna (124,09 mg.kg-1) (tab. 2), čo mohlo byť spôsobené aj odberom vzoriek. Farebné genotypy mali
približne rovnaký obsah antokyanínov v 2. termíne hodnotenia, avšak odlišovali sa vo vývoji zrna (12 verzus 17 dní po kvitnutí). Aj keď rozdiel v obsahu antokyanínov medzi ANK 28A a 62/0 v 3. termíne predstavoval 111,54 mg.kg-1 v neprospech v poradí druhého genotypu, v zrelosti bol minimalizovaný a bol len 3,3 mg.kg-1. Pri oboch
genotypoch najvyššia redukcia v obsahu antokyanínov bola v 4. termíne (26. a 27. deň po kvitnutí) v porovnaní s 3. termínom a to o 80,8 % pri ANK 28A a 54,9 % pri 62/0. Knievel et al. (2009) uviedli, že zníženie obsahu antokyanínov môže byť výsledkom toho, že sušina je akumulovaná v endosperme oveľa rýchlejšie ako sú ukladané antokyány v perikarpe a v aleuróne. V ďalších našich experimentoch bude potrebné venovať pozornosť aj interakcii genotypu s prostredím, ktorá môže ovplyvniť kvantitu a kvalitu antokyanínov.
T abuľka 1: Termíny odberu klasov odrôd pšenice letnej f. ozimná a jarná* vyjadrené počtom dní po kvitnutí
Genotyp Dátum začiatku Termín odberu klasov
klasenia kvitnutia 1 2 3 4 5 6
ANK 28A* 5.6.2011 12.6.2011 8 12 22 26 32 –
62/0 24.5.2011 31.5.2011 13 17 22 27 34 42
Ilona 16.5.2011 23.5.2011 14 18 25 30 35 42
Tabuľka 2: Priemerné hodnoty obsahu antokyanínov [mg.kg-1] podľa odrôd pšenice letnej f. ozimná a jarná* a
termínov odberu Odroda Termín
x
LSD(0,05) (termín) 1 2 3 4 5 6 ANK 28A* 40,47 95,33 291,07 55,75 37,80 – 104,08 42,14 62/0 124,09 91,83 179,53 81,00 56,32 34,50 94,54 28,19 Ilona 8,74 13,36 6,28 6,73 3,10 2,37 6,76 1,90171
mg.kg-1 mg.kg-1
termín termín
Obr. 1 Priebeh akumulácie antokyanínov od mliečnej po fyziologickú zrelosť línie ANK 28A (vľavo) a genotypu 62/0 (vpravo) pšenice letnej f. jarnej a ozimnej, jednotlivo
ZÁVER
Genotypy pšenice letnej s purpurovým osemením (ANK 28A a 62/0) mali najvyšší obsah antokyanínov na 22. deň po kvitnutí. Významná variabilita v obsahu antokyanínov v zrne naznačila, že šľachtenie na jeho zvýšenie je možné, čoho dôkazom je aj novovyšľachtený genotyp pšenice letnej f. ozimnej z VŠS Vígľaš- Pstruša, ktorý je skúšaný v štátnych odrodových pokusoch.
LITERATÚRA
ABDEL-AAL ESM – YOUNG JC – RABALSKI I.: Anthocyanin composition in black, blue, pink, purple, and red cereal grains. In Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 54, 2006, pp. 4696–4704.
BASSOI, M.C. – FLINTHAM, J.: Relationship between braun colour and preharvest sprouting-resistance in wheat. In Pesq. Agropec. Bras., vol. 40, 2005, 981–988.
FULEKI, T. – FRANCIS, F. J.: Determination of total anthocyanin and degradation index for cranberry juice. In
Food Science, vol. 33, 1968, pp. 78–83
HOSSEINIAN, F.S. – LI, W. – BETA, T.: Measurement of anthocyanins and other phytochemicals in purple wheat. In Food Chemistry, vol. 109, 2008, pp. 916–924.
KNIEVEL, D.C. – ABDEL-AAL, E.-S.M. – RABALSKI, I. – NAKAMURA, T. – HUCL, P.: Grain color development and the inheritance of high anthocyanin blue aleurone and purple pericarp in spring wheat (Triticum aestivum L.). In Journal of Cereal Science, vol. 50, 2009, pp. 113–120.
LEE, J. – DURST, R. W. – WROLSTAD, R. E.: Determination of total monomeric anthocyanin pigment content of fruit juices, beverages, natural colorants, and wines by the pH differential method: Collaborative study. In
Journal Association of Official Analytical Chemists International, vol. 88, 2005, no. 5, pp. 1269–1278.
LIU, R. H.: Potential synergy of phytochemicals in cancer prevention: mechanism of action. In Journal of
Nutrition, vol. 134, 2004, pp. 3479S–3485S.
OOMAH, B. D. – MAZZA, G.: Health benefits of pytochemicals from selected Canadian crops. In Trends in
Food Science and Technology, vol. 10, 1999, pp. 193–198.
Poďakovanie: Práca bola realizovaná za finančnej podpory MP SR v rámci úlohy „Biologická a funkčná
diverzita genofondu rastlín pre zvýšenie pridanej hodnoty poľnohospodárskej produkcie“.
Adresy:
Ing. Ivana Pšenáková, Katedra biotechnológií, Fakulta prírodných vied, Univerzita sv. Cyrila a Metoda v Trnave, Námestie J. Herdu 2, Trnava, 917 01, SK; Katedra botaniky a genetiky, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Trieda A. Hlinku 1, 949 74 Nitra, SK
Michaela Pillarová, Katedra biotechnológií, Fakulta prírodných vied, Univerzita sv. Cyrila a Metoda v Trnave, Námestie J. Herdu 2, Trnava, 917 01, SK
Ing. Alžbeta Žofajová, PhD., RNDr. Michaela Havrlentová, PhD., Ing. Ľubomír Rückschloss, Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany, Bratislavská cesta 122, 921 68 Piešťany
172