Обмен веществ в жизненном цикле масличных семян
Тема 4 обмен веществ в жизненном цикле масличных семян
4.1 Влияние климатических факторов на накопление липидов и их состав
Климатические условия произрастания масличных семян оказывают значительное влияние на биохимический состав растений.
Реакция растения на неблагоприятные факторы внешней среды требует затрат энергии, поэтому в этом случае в семенах накапливается меньше запасных веществ. В созревших семенах это происходит за счет распада запасных веществ.
Географическое положение района оказывает влияние не только на количество, но и на жирнокислотный состав накапливаемых липидов.
1. В холодных районах преимущественно накапливаются ненасыщенные жирные кислоты, Однако и в тропических растениях встречаются полиненасыщенные жирные кислоты.
2. Кроме того, на степень ненасыщенности влияет количество осадков, при уменьшении осадков степень ненасыщенности снижается, то есть в засушливое лето в семенах увеличивается уровень насыщенных жирных кислот, что нежелательно, так как уменьшает биологическую ценность масла и товарный вид.
Изменение ненасыщенности жирных кислот связано с вязкостью липидного бислоя мембран на которых происходит синтез липидов.
Рекомендуемые материалы
3. Снижение уровня кислорода в воздухе приводит к накоплению насыщенных жирных кислот, а значит в горных районах биологическая ценность масла снижается за счет накопления насыщенных жирных кислот.
4.2 Особенности обмена веществ в масличных семенах и плодах
Активность семян меняется в зависимости от этапа развития растения. В периоды созревания и прорастания активность максимальна, а в период хранения – минимальна. Покоящиеся семена наименее уязвимы для внешних воздействий.
Однако на хранение семена поступают в состоянии уборочной зрелости, поэтому хранение семян на начальных стадиях следует проводить с учетом послеуборочного дозревания.
Активность жизнедеятельности семян связана с активностью ферментной системы. Наибольшая активность ферментов замечена в периоды созревания и прорастания – наименьшая – в период покоя семян. Причем в период созревания активны ферменты участвующие в синтезе запасных веществ, а в период прорастания – ферменты, участвующие в гидролизе запасных и синтезе структурных веществ.
Физиологическая роль снижения активности связана с необходимостью пережить семенам растений неблагоприятные условия, связанные с холодным временем года. При изменении условий хранения, а именно: повышении влажности (выше критической), повышение температуры(выше 10оС), увеличение доступа кислорода (более 2%) увеличивается обмен веществ за счет расхода запасных веществ. Внешним проявлением обмена веществ в растениях является дыхание – окислительный процесс, при котором молекулы запасных веществ, окисляются до углекислого газа и воды.
Существуют два вида дыхания: аэробное с участием кислорода воздуха до углекислого газа и воды и анаэробное при хранении семян в бескислородных условиях. Спиртовое брожение до углекислого газа и этилового спирта. В этом случае происходит более интенсивный расход запасных веществ
Тема 5 Созревание семян и накопление сухого вещества
5.1 Характер обмена веществ в созревающих масличных семенах
Вещества, из которых синтезируются запасные вещества (углеводы, белки и липиды) приходят частично из почвы, частично из вегетативных органов растений в которых происходит фотосинтез.
Растворимые в воде органические соединения из листьев и стеблей, в которых происходит фотосинтез направляются в запасающие органы – семена. К концу созревания значительно снижается уровень растовримых углеводов в листьях. Часть углеводов поступивших в семена является продуктами раздревеснения листьев и стеблей то есть гидролиза полисахаридов и в виде низкомолекулярных сахаридов (моно-, ди, три и т.д.) направляются в семена. Белки, присутствующие в листьях также гидролизуются и в виде низкомолекулярных пептидов направляются в семена. Этим можно объяснить отличие питательности сена и соломы.
Семена масличных растений в процессе созревания проходят несколько фаз:
1. Эмбриональная фаза. Характеризуется интенсивным делением клеток семени органы синтеза полупродуктов находятся в активном состоянии
2. Фаза растяжения интенсивный рост тканей семян образуются запасающие органы вакуоли. Увеличение размеров в основном происходит благодаря увеличению числа клеток
3. Фаза накопления создается аппарат для синтеза запасных веществ эндоплазматический ретикулум синтезирует запасные вещества. Увеличение размеров семени происходит в основном за счет увеличения размеров клеток.
4. Фаза созревания перевод семян в состояние покоя. При этом уменьшается активность ферментной системы, снижается газообмен (интенсивность дыхания), уменьшается влажность семени
Четкой границы между фазами нет и практически все процессы начинаются в эмбриональный период и завершаются фазой созревания.
В период созревания происходит изменение соотношения веществ в различных частях растений. В начальный период созревания больше сухих веществ содержится в оболочке, а к концу созревания – в зародыше и эндосперме.
Окончание фазы накопления запасных веществ соответствует достижению уборочной зрелости, после чего семена можно использовать в качестве масличного сырья.
В процессе созревания происходит изменение влажности семени. Максимальная (80%) в эмбриональный период – минимальная – по окончании созревания. Причем происходит перераспределение влаги в начальный период влажность ядра выше влажности оболочки, а в конечный период наоборот, что связано с накоплением в ядре гидрофобных веществ.
5.2 Накопление липидов
Синтез жирных кислот, триацилглицеролов, фосфолипидов и других сопутствующих веществ.
На ранних стадиях созревания происходит накапливание крахмала из которого в дальнейшем образуются липиды. В начальном периоде созревания накапливаются структурные липиды, а в конечном – запасные.
В ходе созревания меняется жирно-кислотный состав триацилглицеролов сначала накапливаются мононенасыщенные, на конечном этапе – полиненасыщенные жирные кислоты. Синтез жирных кислот происходит в два этапа на первом синтезируется пальмитиновая кислота второй – удлинение углеродной цепи и ее дегидратирование
5.3 Послеуборочные процессы в масличных семенах
Как правило, масличные семена убирают раньше их полного созревания это связано с неоднородной степени спелости, связанной:
1. неодновременным прорастанием отдельных растений;
2. неодновременным цветением на одном растении;
3. неоднородные условия произрастания
В растениях достигших уборочной зрелости процессы синтеза практически завершены, синтез возможен только в недозрелых семенах.
Накопление запасных веществ в семенах возможно только при создании благоприятных условий (при оптимальных температуре, влажности и при достаточном доступе кислорода воздуха).
Следует учитывать, что в семенах еще велика активность биохимических и физиологических процессов, они находятся в неустойчивом состоянии. Кислотное число масел значительно выше, чем у дозревших семенах. Таким образом, семенная масса характеризуется незавершенностью созревания, поэтому очень важно перед хранением создать однородные по своим свойствам партии семян с целью создания для каждой партии индивидуальные условия подготовки семян к хранению и собственно хранения. Причем для семян относительно зрелых создают условия, способствующие дозреванию, а для незрелых семян- условия, позволяющие избежать глубоких деструктивных изменений.
Недозревшие семена характеризуются: высоким К.Ч, высоким уровнем биохимических процессов, высокой ферментной активностью, неустойчивостью при хранении, низкой всхожестью, низкой энергией прорастания.
После успешного прохождения послеуборочного дозревания свойства меняются на противоположные.
Развитие процессов в семенах на стадии уборочной зрелости возможны по трем направлениям:
1. Дозревание в поле а) на растении, б) при двухфазной уборке
2. Послеуборочное дозревание
3. Самосогревание
Послеуборочное дозревание. Целью послеуборочного дозревания является создание таких условий для семян, чтобы исключить возможность порчи семян и уменьшения расходования запасных веществ.
На протекание послеуборочных процессов влияют следующие факторы: температура, влажность, доступ кислорода воздуха, способность к прорастанию, активное вентилирование, продолжительность теплового воздействия на семена при их подготовке к хранению, состав газовой среды, подаваемой на аспирацию семенной массы, зараженность микрофлорой.
Обработка семян перед хранением. Чтобы создать благоприятные для хранения условия семена, поступающие на предприятие подвергают обработке, которая заключается в:
1. Удалении из семенной массы сорных и части масличных примесей.
2. Кондиционировании семян по влажности
3. Создание условий препятствующих порче семян при хранении (охлаждение до 0-10оС, хранение в регулируемой газовой среде, уничтожение вредителей с помощью газообразных веществ, хранение без доступа воздуха, активное вентилирование семенной массы)
4. Фракционировании семян по размерам.
5. Химическое консервирование.
Дыхательный газообмен. Для жизнеспособных семян характерен газообмен: семенная масса поглощает кислород воздуха и выделяет СО2 и воду. Причем чем выше активность физиологических процессов (чем более незрелые семена), тем выше уровень газообмена.
Голдовский А.М. предложил различать у семян три состояния, различающихся по характеру обмена веществ:
1. анабиоз, состояние при котором в живом организме практически прекращаются биохимические процессы (полный анабиоз достижим только при медленном высушивании семян при низких температурах до влажности, близкой к нулю, но в производственных условиях это нереально, экономически невыгодно и нежелательно) В хранилищах используют неполный анабиоз.
2. мезабиоз если влажность семян выше их критической влажности, то появляется свободная влага, в этом состоянии активируется ферментная система и по мере роста влажности начинают разрушаться запасные вещества.
3. биоз. При дальнейшем повышении влажности семена переходят в состояние активной жизнедеятельности, семена начинают прорастать.
Долговечность и жизнеспособность. Даже при хранении семян в благоприятных условиях со временем снижается всхожесть семян хотя есть данные о том что в гробнице фараона нашли семена пшеницы, которая пролежали там около 2000 лет и взошли при перенесении их в благоприятные для прорастания условия.
По сохраняемости семена подразделяют на:
1. микробиотики (срок жизни до 3 лет)
2. мезабиотики (до 15 лет)
3. макробиотики 100 и более лет
На сохраняемость семян влияют следующие факторы: температура хранения, влажность, при которой хранятся семена, доступ кислорода, целостность покровной оболочки семян, химический состав семян лучше всего хранятся семена запасающие крахмал масличные семена менее долговечны, скорость сушки, время сушки, зараженность микроорганизмами.
Жизнеспособность семян – биологическая приспособленность семян к изменяющимся внешним условиям. Зависит от внутренних факторов – уровня и характера обмена веществ. Жизнеспособность масличных семян выше в следствие больших запасов энергии и теплоизоляции.
Хранение семян, потерявших жизнеспособность, затруднено, поскольку в них активно протекают процессы деструкции и интенсивного расходования запасных веществ. Поэтому сохранение жизнеспособности является одной из важнейших задач подготовки семян к хранению.
Самосогревание семян. Семена хранят в состоянии неполного анабиоза поэтому хотя и медленно, но происходит протекание биохимических процессов , сопровождающихся накоплением в семенах продуктов гидролитическогоо и окислительного распада запасных веществ. Если происходит увеличение влажности семян выше критической, то развивается процесс самосогревания.
Самосогревание – самопроизвольный распад запасных веществ влажных семян, протекающий в условиях пониженного теплообмена с окружающей средой. Он возникает лишь в большой массе семян.
Теплота образуется при дыхании:
1. семян масличных культур и сорных растений,
2. микроорганизмов
3. насекомых, клещей и грызунов.
На интенсивность процесса самосогревания влияют: степень зрелости семян (для незрелых семян характерно сплошное самосогревание), присутствие сорных примесей, присутствие животных, влажность, однородность семенной массы, температура.
Люди также интересуются этой лекцией: 22 Режим и условия хранения продуктов.
Различают два вида самосогревания:
1. сплошное, характерное для недозрелых и влажных (влажность выше критической) семян;
2. очаговое, характерное для сухих зрелых семян, обусловленное: неравномерностью семенной массы по влажности, наличием насекомых, сорных примесей.
Темпы роста влажности и температуры при самосогревании так высоки, что исключают возможность прорастания. При самосогревании протекают только деструктивные процессы. Интенсивно процесс самосогревания идет до 50-55оС после чего гибнет основная масса микроорганизмов, участвующих в процессе дыхания, остаются лишь термофильные микроорганизмы при 65-70оС практически все микроорганизмы гибнут дальнейшее повышение температуры происходит в результате термического окисления органических веществ семенная масса обугливается. При самосогревании выделяются угарный газ, метан, аммиак и другие низкомолекулярные летучие продукты, способные образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.
Прорастание семян. Условиями прорастания являются влажность, температура и наличие кислорода воздуха. При прорастании активно расходуются запасные вещества, которые вовлекаются в обмен веществ. Для этой цели активизируются ферменты, которые находились в инактивированном состоянии.
При прорастании семена теряют свою ценность как сырье для МЖП
