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 801-25/11 z dnia 13.04.2011 2. 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 08.53 CHD 6649/06 Bamberka (ciężkie) 117/2 KBP 09.4 Banderola Autan 118/1 KBP 08.17 Jantarka Tonacja 118/2 KBP 08.20 Muszelka Bogatka 118/3 KBP 08.23 DD570/06 Muszelka 119 Natula LAD 272/06 Fregata 120 1
KBP 09.11 Arkadia 20828 121/1 KBP 08.8 AND 4015/09 20817 121/2 KBP 07.86 PHR 02/10 Bizel 126 KBP 05.426 AND 340/06 20818 147/1 SMHCM 2108 NAD 06136 SVP C 8718-5 147/2 SMH 8483 AND 4032/09 UNG 136.16.4.7 147/3 SMH 8529 NAD 06029 UNG 136.6.1.1 147/4 SMH 8540 AND 263/07 Kubanskaya 122 147/5 SMH 8605 AND 394/07 Poros 148/1 SMH 8658 NAD 08104 20816 148/2 SMH 8675 Legenda A40-22-1-2 148/3 SMH 8702 STH 9011 UNG 226 172 SMH 8709 STH 9011 Ertus 173 SMH 8715 STH 9035 (ciężkie) Praag 8 174 SMH 8489 Muszelka 81 F3 79 175 SMH 8533 Tonacja F 201 R 176 CHD 7143/04 Toisondor STH 5248 177 CHD 3443/07 Meister 116 178 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
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 06136 (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 20818 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
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 2108 428 508 SMH 8540 478 529 SMH 8715 496 554 SMH 8702 521 598 SMH 8533 565 623 SMH 8483 581 686 SMH 8658 604 682 SMH 8675 610 657 SMH 8529 648 762 SMH 8605 724 783 SMH 8489 737 859 SMH 8709 877 925 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 3443/04 601 634 Jantarka 660 708 CHD6649/06 679 814 CHD 6650/06 715 749 DD 570/06 786 856 Muszelka 857 905 Banderola 929 981 LAD 272/06 967 1016 CHD 7143/04 981 1003 Arkadia 1026 1086 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 340/06 485 629 NAD 06136 542 663 NAD 08104 701 782 PHR 02/10 800 867 AND263/07 955 1031 AND 4015/09 1020 1097 AND 4032/09 1056 1173 4
AND 394/07 1105 1215 NAD 06029 1263 1364 Legenda 1693 1830 Średnia 962 1065,1 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 09.4 554 579 KPB 08.8 587 640 KPB 07.86 745 821 KPB 08.20 807 925 KPB 08.23 890 997 KPB 05.426 935 983 KPB 08.17 1748 1915 KPB 08.53 1771 1805 Natula 2159 2219 KPB 09.11 2245 2287 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 677 752 Tonacja 708 752 Toisondor 788 852 Muszelka 921 973 Autan 1065 1147 Meister 1105 1169 STH 9035 1411 1485 STH 9011 2262 2319 Tarkus 3091 3187 STH 9011 3103 3180 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 631 689 Bogatka 906 957 Muszelka 914 1070 5
Fregata 1771 1822 20828 905 960 20817 886 965 Bizel 818 948 20818 1585 1659 SVP C 8718-5 1921 1977 UNG 136.16.4.7 888 1007 UNG 136.6.1.1 2099 2249 Kubanskaya 122 816 874 Poros 914 979 20816 771 868 A40-22-1-2 1039 1189 UNG 226 789 861 Ertus 730 882 Praag 8 848 1023 81 F3 79 823 949 F 201 R 1647 1734 STH 5248 912 965 116 982 1089 117/1 972 1007 117/2 843 885 118/1 907 1029 118/2 805 911 118/3 938 990 119 903 965 120 1052 1144 121/1 1049 1133 121/2 791 908 126 1045 1142 147/1 768 909 147/2 996 1081 147/3 1040 1079 147/4 966 1040 147/5 890 1005 148/1 856 960 148/2 615 770 148/3 670 144 172 658 726 173 770 853 174 570 640 175 907 1000 176 320 357 177 664 686 178 497 588 Turkis 629 657 6
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 20816 i 20818 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 7.5 6 7,5 7,1 8 4 Fregata HR Strzelce 2 9 8 5 AND 394/07 PHR 6 NAD 08104 PHR 7 SMH 8540 HR Smolice 9 6 8 8 SMH 8489 HR Smolice 3 6 7 9 KBP 08.17 Małopolska HR 6,8 5,7 6,1 7,1 6 10 KBP 08.8 Małopolska HR 7 6,8 6,3 6,1 7 11 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
14 117/1 UP Poznań 8 6,1 6 6 6 15 117/2 UP Poznań 7 5,8 5,7 6,1 8 16 126 UP Poznań 8 5 7 6,9 6 17 SVPC 87185 Holandia 3 6 4 8 18 20818 Austria 6 7 6 8 19 UNG 136.6.1.1 Węgry 3 3 5 8,5 20 20816 Austria 2 7 6 7,5 21 Ertus Szwecja 4 3 6 9 22 Praag 8 Czechy 6 2 5 8 23 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 http://bip.up.poznan.pl/ oraz http://www.au.poznan.pl/kgihr/ 9. Wykaz prac opublikowanych w roku sprawozdawczym dot. danego tematu: Stuper K., Perkowski J., Nawracała J. 2011. 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 2011:107-118. 10. 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