SPRAWOZDANIE O STANIE REALIZACJI ZADANIA. w 2011 roku

Transkrypt

1 SPRAWOZDANIE O STANIE REALIZACJI ZADANIA z wykonania badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej w 2011 roku 1. Nr decyzji MRiRW: HOR hn /11 z dnia Nazwa tematu: Ustalenie zależności występowania kwasu ferulowego w ziarnie a odpornością na choroby grzybowe pszenicy. 3. Podmiot realizujący temat: Katedra Genetyki i Hodowli Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu 4. Wydział/Pracownia/ Pracownie: Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii 5. Kierownik tematu (zgodnie z kartą tematu): dr hab. Jerzy Nawracała Wykonawcy: prof. dr hab. Julian Perkowski dr Danuta Kurasiak-Popowska dr Kinga Stuper-Szablewska 6. Informacja o realizacji prac w roku 2011 a) Materiały i metody: Materiał roślinny Do analiz zawartości kwasu ferulowego wybrano 100 genotypów pszenicy ozimej. Wszystkie hodowle roślin zajmujące się hodowlą pszenicy wytypowały do analiz od 10 do 12 genotypów. Były wśród odmiany: Arkadia, Banderola, Muszelka, Jantarka, Legenda, Natula Bamberka, Tonacja, Meister, Toisondor, Autan i Tarkus oraz linie otrzymane w poszczególnych hodowlach o znanej odporności na choroby grzybowe. Pozostałe analizowane genotypy zostały wybrane z kolekcji Katedry Genetyki i Hodowli Roślin. Obejmowały one odmiany i linie pszenicy ozimej, które wedługg danych literaturowych były odporne na Fusarium a zostały otrzymane z kolekcji pszenicy National Smalle Grain Collection znajdującej się w Agriculture Research Station w Aberdeen, należącej do National Plant Germplasm System w USA oraz genotypy otrzymane od dr Tomasza Górala. Analizie poddano również linie wyprowadzone w KG i HR pochodzące z krzyżowania półkarłowych form angielskich i francuskich z czołowymi odmianami polskimi. Linie te w doświadczeniach przeprowadzonych w RGD Dłoń były w najmniejszym stopniu porażane przez mączniaka i w różnym stopniu przez Fusarium. Tabela 1. y pszenicy ozimej analizowane pod względem zawartości kwasu ferulowego w ziarnie. y wybrane przez spółki y z kolekcji KG i HR hodowlane KBP CHD 6649/06 Bamberka (ciężkie) 117/2 KBP 09.4 Banderola Autan 118/1 KBP Jantarka Tonacja 118/2 KBP Muszelka Bogatka 118/3 KBP DD570/06 Muszelka 119 Natula LAD 272/06 Fregata 120 1

2 KBP Arkadia /1 KBP 08.8 AND 4015/ /2 KBP PHR 02/10 Bizel 126 KBP AND 340/ /1 SMHCM 2108 NAD SVP C /2 SMH 8483 AND 4032/09 UNG /3 SMH 8529 NAD UNG /4 SMH 8540 AND 263/07 Kubanskaya /5 SMH 8605 AND 394/07 Poros 148/1 SMH 8658 NAD /2 SMH 8675 Legenda A /3 SMH 8702 STH 9011 UNG SMH 8709 STH 9011 Ertus 173 SMH 8715 STH 9035 (ciężkie) Praag SMH 8489 Muszelka 81 F SMH 8533 Tonacja F 201 R 176 CHD 7143/04 Toisondor STH CHD 3443/07 Meister CHD 6650/06 Tarkus 117/1 Turkis Metodyka badań Oznaczanie kwasu ferulowego Do analizy kwasu ferulowego pobierano z przesłanych 100g ziarna próbę o masie 10g. Próby mielono za pomocą młynka laboratoryjnego (WŻ-1). Masa próby do analizy wynosiła 0,20g. Próby umieszczano w zakręcanych probówkach do kultur o pojemności 17ml, gdzie przeprowadzono w pierwszej kolejności hydrolizę zasadową, a następnie kwasową. W celu przeprowadzenia hydrolizy zasadowej do probówek dodano 1ml wody destylowanej oraz 4ml 2- molowego wodnego roztworu wodorotlenku sodu. Szczelnie zamknięte próbówki ogrzewano na łaźni wodnej w temp. 95 C przez 30 min. Po schłodzeniu (około 20 minut) próbki poddano neutralizacji za pomocą 2ml 6-molowego wodnego roztworu kwasu solnego (ph=2). Następnie próby chłodzono w wodzie z lodem. Kwas ferulowy ekstrachowano z fazy nieorganicznej za pomocą eteru dietylowego (2x2ml). Uzyskane ekstrakty eterowe na bieżąco przenoszono do fiolki o pojemności 8ml. Następnie przeprowadzano hydrolizę kwasową. W tym celu do fazy wodnej dodawano 3ml 6-molowego wodnego roztworu kwasu solnego. Szczelnie zamknięte próbówki ogrzewano na łaźni wodnej w temp. 95 C przez 30 min. Po schłodzeniu w wodzie z lodem próbki poddano ekstrakcji za pomocą eteru dietylowego (2x2ml). Uzyskane ekstrakty eterowe na bieżąco przenoszono do fiolki o pojemności 8ml, po czym odparowano do sucha w strumieniu azotu. 2

3 Przed rozpoczęciem analizy próby rozpuszczano w 1ml metanolu. Analizę przeprowadzono za pomocą wysokosprawnego chromatografu cieczowego (Waters SDS 501) z detektorem absorbcjometrycznym (Waters 486 Tunable Absorbance Detector). Rozdział chromatograficzny odbywał się na kolumnie RP C-18, 250 x 4mm x 5μm, jako fazę wymywającą stosowano mieszaninę acetonitryl : 2% kwas octowy w wodzie (ph=2) (gradient). Pomiar stężenia kwasu ferulowego następował przy użyciu wzorca zewnętrznego przy długości fali λ=320 nm. Identyfikacja związku odbywała się na podstawie porównania czasu retencji badanego piku (46,2 min) z czasem retencji standardu oraz poprzez dodanie do badanej próbki określonej ilości standardu i powtórną analizę. Odzysk kwasu ferulowego wynosił wynosił 98%, natomiast poziom wykrywalności 1μg/g. b) Szczegółowe omówienie wykonanych prac i uzyskanych wyników (łącznie dla wszystkich Pracowni realizujących temat). Przeprowadzone analizy wykazały duże zróżnicowanie zawartości kwasu ferulowego zarówno pomiędzy badanymi genotypami jak i pomiędzy genotypami pochodzącymi z różnych hodowli (Tab. 2-7). Średnio najniższą zawartość kwasu ferulowego odnotowano w ziarnie genotypów przekazanych przez Hodowlę Roślin Smolice Sp. z o. o. Grupa IHAR - 605,75 µg/g, przy jednocześnie najmniejszym zróżnicowaniu pomiędzy genotypami. Linia SMHCM 2108 charakteryzowała się najniższą zawartością kwasy ferulowego wśród genotypów przekazanych przez spółki hodowlane (Tab. 2). Również stosunkowo nieduże zróżnicowanie w zawartości kwasu ferulowego stwierdzono wśród genotypów pochodzących z DANKO Hodowla Roślin Sp. z o.o. Najwyższą zawartość kwasu ferulowego z tych genotypów miała odmiana Arkadia, średnią odmiany Muszelka i Banderola (Tab. 3). Odmiana Muszelka została włączona do badań również przez Hodowlę Strzelce i KG i HR. Pomimo, że próby ziarna odmiany Muszelka pochodziły z różnych lokalizacji, wynik analizy był podobny odpowiednio 857, 921 i 914 µg/g. Może to świadczyć o dokładności i powtarzalności otrzymanych wyników. Próby ziarna otrzymane z pozostałych trzech spółek hodowlanych były zróżnicowane w o wiele większym stopniu. Zawartość kwasu ferulowego u genotypów przekazanych z Poznańskiej Hodowli Roślin Sp. z o.o wahała się od 485 do 1693 µg/g. Najwyższa była w przypadku odmiany Legenda, najniższa u linii AND 340/06 i NAD (Tab. 4). y pochodzące z Małopolskiej Hodowli Roślin - HBP Spółka z o.o, mające najmniejszą zawartość kwasu ferulowego, miały go 4-krotnie mniej od linii KPB 09.11, która miała tego kwasu najwięcej (Tab. 5). Linia ta oraz odmiana Natula charakteryzowały się bardzo wysoką zawartością kwasu ferulowego - ponad 2000 µg/g (Tab. 5). Jeszcze większe zróżnicowanie w zawartości kwasu ferulowego obserwowano w ziarnie genotypów otrzymanych z Hodowli Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR (Tab. 6). Linia STH 9011 oraz odmiana Tarkus zawierały w ziarnie ponad 3000 µg/g kwasu ferulowego tj. prawie 4,5-krotnie więcej od odmian Bamberka i Tonacja zawierających tego kwasu najmniej. Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie genotypów z kolekcji KG i HR wahała się od 357 do 2099 µg/g. y, które były słabo porażane przez grzyby z rodzaju Fusarium miały wyższą zawartość kwasu ferulowego (średnio 1120,1 µg/g) od linii pszenicy ozimej odpornych na mączniaka (średnio 818,6 µg/g). Z badanych odmian największą zawratość kwasu ferulowego odnotowano w ziarnie odmiany Fregata. Wysoką zawartością kwasu ferulowego charakteryzowały się również genotypy pszenicy charakteryzujące się małą podatnością na fuzariozę kłosów linie SVPC 87185, UNG 136 i linia mająca w swym rodowodzie powszechnie uznane źródło odporności - bardzo odporną odmianę Sumai-3. Linie pszenicy wyprowadzone w KG i HR o stwierdzonej małej podatności na mączniaka wykazały małe zróżnicowanie pod względem zawartości kwasu ferulowego (Tab. 7) 3

4 Tabela 2. Zawartość kwasu ferulowego i suma kwasów fenolowych w ziarnie 12 genotypów pszenicy otrzymanych z Hodowli Roślin Smolice Sp. z o. o. Grupa IHAR SMHCM SMH SMH SMH SMH SMH SMH SMH SMH SMH SMH SMH Średnia 605,75 680,5 Tabela 3. Zawartość kwasu ferulowego i suma kwasów fenolowych w ziarnie 10 genotypów pszenicy otrzymanych z DANKO Hodowla Roślin Sp. z o.o. CHD 3443/ Jantarka CHD6649/ CHD 6650/ DD 570/ Muszelka Banderola LAD 272/ CHD 7143/ Arkadia Średnia 820,1 875,2 Tabela 4. Zawartość kwasu ferulowego i suma kwasów fenolowych w ziarnie 10 genotypów pszenicy otrzymanych z Poznańskiej Hodowli Roślin Sp. z o.o. AND 340/ NAD NAD PHR 02/ AND263/ AND 4015/ AND 4032/

5 AND 394/ NAD Legenda Średnia ,1 Tabela 5. Zawartość kwasu ferulowego i suma kwasów fenolowych w ziarnie 10 genotypów pszenicy otrzymanych z Małopolskiej Hodowli Roślin - HBP Spółka z o.o. KPB KPB KPB KPB KPB KPB KPB KPB Natula KPB Średnia 1244,1 1317,1 Tabela 6. Zawartość kwasu ferulowego i suma kwasów fenolowych w ziarnie 10 genotypów pszenicy otrzymanych z Hodowli Roślin Strzelce Sp. z o.o. Grupa IHAR Kwas ferulowy Suma kwasów fenolowych Bamberka Tonacja Toisondor Muszelka Autan Meister STH STH Tarkus STH Średnia 1513,1 1581,6 Tabela 7. Zawartość kwasu ferulowego i suma kwasów fenolowych w ziarnie 48 genotypów pszenicy z kolekcji KG i HR Tonacja Bogatka Muszelka

6 Fregata Bizel SVP C UNG UNG Kubanskaya Poros A UNG Ertus Praag F F 201 R STH / / / / / / / / / / / / / / / Turkis

7 Celem badań było poszukanie genotypów o genetycznie uwarunkowanej wysokiej lub niskiej zawartości kwasu ferulowego a następnie założenie właściwego doświadczenia z wybranymi na podstawie analiz genotypami. Harmonogram prac w bieżącym roku sprawozdawczym był realizowany zgodnie z planem Cel badań został w pełni osiągnięty - wśród 100 genotypów znaleziono formy zarówno o niskiej jak i wysokiej zawartości kwasu ferulowego oraz wybrano 23 genotypy pszenicy ozimej do dalszych doswiadczeń. 7. Najważniejsze osiągnięcia. Do zasadniczego doświadczenia wybrano 23 genotypy pszenicy ozimej (Tab. 8). Podstawowym kryterium wyboru genotypu była zawartość kwasu ferulowego w ziarnie oraz informacje na temat odporności na choroby grzybowe. Z polskich spółek hodowlanych pochodziło 13 form pszenicy, w tym odmiana wzorcowa Muszelka oraz odmiany Arkadia, Bamberka i Fregata. Dziewięć genotypów to linie pszenicy ozimej przekazane przez wszystkie hodowle zajmujące się hodowlą pszenicy w Polsce (Tab. 8). Linie te według hodowców charakteryzują się dużą odpornością na Fuzarium oraz inne choroby grzybowe. Trzy linie pszenicy ozimej wyprowadzone w Katedrze Genetyki i Hodowli Roślin UP w Poznaniu odznaczały się w przeprowadzonych doświadczeniach dużą odpornością zarówno na mączniaka jak i na Fuzarium. Linie te pochodzą z krzyżowania półkarłowych form angielskich i francuskich z czołowymi odmianami polskimi. Pozostałe siedem genotypów to odmiany i linie pochodzące z sześciu krajów europejskich (Niemcy, Czechy, Austria, Holandia, Wegry, Szwecja), które w hodowli pszenicy ozimej są wykorzystywane jako źródła odporności na Fuzarium. Z przeprowadzonych badań wynika, że do pszenic europejskich charakteryzujących się najmniejszą podatnością na fuzariozę kłosów zalicza się odmianę Praag 8, linie SVPC 87185, UNG 136 (Perkowski J., 1999), Ertus (Góral, 2005), oraz linie i mające w rodowodzie powszechnie uznane źródło odporności - bardzo odporną odmianę pszenicy jarej Sumai 3. Tabela 8. y pszenicy ozimej wybrane do doświadczenia oraz dostępna informacja o ich odporności na choroby. Nr Pochodzenie Mączniak Rdza Septorioza Septorioza liści kłosów Fuzarioza 1 STH 9011 HR Strzelce 7 8,5 7,5 6,1 5 2 STH 9035 HR Strzelce 9 8,5 8,0 7 3 Bamberka HR Strzelce ,5 7,1 8 4 Fregata HR Strzelce AND 394/07 PHR 6 NAD PHR 7 SMH 8540 HR Smolice SMH 8489 HR Smolice KBP Małopolska HR 6,8 5,7 6,1 7, KBP 08.8 Małopolska HR 7 6,8 6,3 6, Muszelka Danko 7,1 7,7 7 6,9 7,3 12 Arkadia Danko 6,7 6,6 6,7 6,8 6,5 13 CHD 7143/04 Danko 6,7 7,0 7,0 7

8 14 117/1 UP Poznań 8 6, /2 UP Poznań 7 5,8 5,7 6, UP Poznań , SVPC Holandia Austria UNG Węgry , Austria ,5 21 Ertus Szwecja Praag 8 Czechy Tarkus Niemcy 8 8 7,5 9 Skala oceny: 1- najbardziej porażone, 9 - najmniej porażone 8. Forma upowszechnienia wyników Wyniki będą dostępne na specjalnej stronie internetowej oraz 9. Wykaz prac opublikowanych w roku sprawozdawczym dot. danego tematu: Stuper K., Perkowski J., Nawracała J Comparison of anatytical methods of phenolic compounds determined in cereal grains. Rozdział w monografii "New trends in food analytics" po redakcją Szołtysik M i Dąbrowska A. Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2011: Wykaz prac złożonych do druku. Nie złożono 11. Przyczyny ewentualnych odstępstw od harmonogramu zapisanego w karcie realizacji tematu. brak odstępstw 12. Informacja o wynikach współpracy naukowo-technicznej krajowej i z zagranicą (przy współpracy z zagranicą podać kraj, firmę, temat). Nie dotyczy 13. W przypadku udziału w konferencjach, sympozjach, szkoleniach i warsztatach itp, w szczególności zagranicznych: a) cel i korzyści oraz stopień wykorzystania do realizacji zadania; b) w jaki sposób wyjazd podniósł wartość merytoryczną realizowanego zadania. Nie dotyczy Jerzy Nawracała Podpis kierownika tematu 8