إنتاج نباتي – دروس

المقاييس البيوكيميائية لنبات القمح

المقاييس البيوكيميائية لنبات القمح

1 – التركيب النسيجي و الكيميائي لحبة القمح

تتكون حبة القمح من ثلاثة أنواع من الأنسجة (Barron et al., 2007):

· جنين البذرة (Lembryon) :

ناتج عن التحام الجاميطات الذكرية و الأنثوية حيث يحتوي جنين البذرة في الحبوب على أعلى نسبة من الليبيدات و الفيتامينات كما يحتوي على أعلى نسبة من الرطوبة في الحبة الناضجة (Song et al., 1998).

· الأغلفة (Les enveloppes) :

تتكون من 5أنسجة متوضعة فوق بعضها، كل نسيج من هذه الأنسجة له سمك و طبيعة مختلفة (Barron et al.,2007) . و يوجد على التوالي من السطح الخارجي إلى مركز الحبة: الغلاف الخارجي، الغلاف الداخلي المتكون من Mésocarpe  وEndocarpe ثم la testa   وطبقة Hyaline.

· السويداء (Lalbumen) :

و هو النسيج الأكثر وفرة في الحبة يتكون من Albumen amylacé و خلايا طبقة الألورون (Aleuron).

الشكل 03: التكوين النسيجي لحبة القمح (Soltner, 1998)
الشكل 03: التكوين النسيجي لحبة القمح (Soltner, 1998)

تتكون حبة القمح أساسا من السكريات (%75-65) و المتمثلة في النشأ و الألياف، البروتينات و التي تختلف نسبتها حسب الصنف و ظروف الزرع وتتراوح بين (%17 -8) ، الليبيدات ( %6-2) ماء (%14-12) و عناصر غذائية صغيرة Kent et Evers,1994) Micronutriments ).

أشار (Feillet, (2000 أن هذه المركبات تتوزع بطريقة غير متساوية داخل مختلف الأجزاء النسيجية للحبة كما يلي:

  • السويداء :Albumeneتحتوي على الأميدون.
  • طبقة الألورون: غنية بالبروتينات و المواد المعدنية و Pentosanes و هي المركبات السائدة في الجدار الخلوي.
  • غلاف الحبة Péricarpe : يحتوي خصوصا على Celluloses وPentosanes.
  • جنين البذرة Embryon: غني بالبرتينات و الليبيدات و السكريات الذائبة.

2 – تصنيف البروتينات

أول باحث قام بتصنيف بروتينات حبة القمح هو Osborne سنة 1907، وقد عرف أربع مجموعات من البروتينات تتميز بذوبانها في أوساط مختلفة(Osborne,1924 ).

  • · الألبومينات Albumines: تذوب في الماء.
  • · الغلوبيلينات Globulines:تذوب في المحاليل المالحة.
  • · الغليادينات Gliadines:تذوب في محلول كحولي %70.
  • · الغلوتينينات Gluténines :تذوب في القواعد أو الأحماض.

تمت إعادة النظر في هذا التصنيف من طرف ( Shewry et al., (1986 بعد عدة أعمال اعتمدت على الخصائص الفيزيائية، الكيميائية و الوظيفية للبروتينات، و قد تم اقتراح مجموعتين كبيرتين من البروتينات تتمثل في:

  • · بروتينات الأيض: التي تشمل Globulines و Albumines و تحوي أنزيمات، بروتينات غشائية، بروتينات غير انزيمية…
  • · بروتينات التخزين: و تشمل Gliadines و Gluténines و تتواجد في السويداء فقط.

1.2 –  بروتينات الأيض Protéines du métabolisme 

يمثل كل من ال Albumine و ال Globulines من 15 إلى %20 من البروتينات الموجـودة فـي مسحوق القمح، تسمى أيضا بالبروتينات الذائبة. هذه المجموعة من البروتينات جد متنوعة مـن ناحيـة خصائصها الفيزيوكيميائية (تركيب الأحماض الأمينية، نقاط التعادل الكهربـائي و الـوزن الجزيئـي).

تشارك هذه البروتينات في تكوين الحبة و تجميع المدخرات في السويداء، و تتواجد في مختلف أجـزاء الحبة.(Vensel et al., 2005) ،(Richard et al.,1996) .

Albumines

يتميز بروتين ال Albumine بأنه بروتين قابل للذوبان في الماء. وزنه الجزيئي ضعيف ينحصر بين 10KDa و .100KDa عموما تملك الألبومينات محتويات عالية من ،lysine والأحماض الأمينية الكبريتية acides aminés soufrés مثل cystéine وméthionine كذلك كمية عالية من الجسور ثنائية الكبريت (Vensel et al., 2005).

Globulines

يذوب بروتين ال globulines في المحاليل المائية الملحية. وزنه الجزيئي يمكن أن يصل إلـى عدة مئات من Vensel et al., 2005)،(Mondoulet,2005) KDa ).

2.2 –  بروتينات التخزين Protéines de réserve 

تعرف بروتينات التخزين، بأنها أي بروتين يتراكم في الحبة، و يتحلل مائيا ليحرر مكوناته من الأحماض الأمينية، التي تستخدم كمصدر للنيتروجين من قبل البادرات أثناء الإنبات، و فـي المراحـل الأولى من النمو (Spencer, 1984).

تلعب بروتينات التخزين دورا مهما في التعبير عن نوعية القمـح، و تعتبـر مـن المركبـات البيوكيميائية الموجودة في حبة القمح الأكثر دلالة على مختلف الأنـواع (Khelifi et al., 2004) . و تم استخدام بروتينات التخزين لتقييم الأصول الوراثية المختلفة، و تحديد هوية أصناف القمح الرباعيـة و السداسية، و انتشرت على نطاق واسع كونها غير مكلفة و بسيطة و ذات قدرة على الكشـف عـن التباينات الوراثية بين الأصناف الوراثية المختلفة (أشتر،2009).

تتفاعل البروتينات المخزنة، في وجود الماء لتشكيل الغلوتين gluten، و هو معقد بروتيني مسؤول عن خاصيتي اللزوجة و المطاطية في القمح الصلب.

حسب (Shewry et al., 1986( فإن الإختلافات في خصائص القمح ناتجة بالدرجة الأولى عن التغيرات في بنية، كمية، و نسبة مختلف بروتينات الغلوتين.

Gliadines

هو البروتين المسؤول عن لزوجة ال gluten و يمكن تقسيمه إلى γ، β، α و ω على أساس درجة الرحلان و الحركية ضمن نظام الرحلان (A-PAGE) حسب(Porceddu et al.,1998 ).

و الغليادين عبارة عن خليط مزدوج من البيبتيدات وحيدة السلسلة ذات وزن جزيئي مرتفع يتراوح بين 30000 Daو .75000 Daتمثل الغليادينات المتوضعة على الذراع القصير لمجموعة الصبغيات 1و 6 بواسطة الشفرة  Gli-1 (الغليادين γو الغليادين  ω) و  Gli-2 (الغليادين α والغليادين Wieser, 2000) ،(Shewry et al., 1986) (β ).

Gluténines

يعد (Bietz et Wall, (1972 أول من سجل انفصال الغلوتينين إلى نوعين من الوحدات:

  • · تحت الوحدات ذات الوزن الجزيئي المرتفع (HMW-GS).
  • · تحت الوحدات ذات الوزن الجزيئي المنخفض (LMW-GS).

تتضمن تحت الوحدات HMW-GSالمجموعة ،Aأما تحت الوحدات LMW-GSتم تقسيمها إلى تحت الوحدات ،C ،BوD.

يعد هذا البروتين المسؤول عن صفة مطاطية الغلوتين. و يبلغ وزنه الجزيئي 40,000000Da حسب(Wieser, 2000) ،(Shewry et al., 1986) .

حسب (Payne et Lawrence, (1983 فإن الإختلاف الرئيسي بين مجموعتي بروتينات التخزين يكمن في التحليل الوظيفي لكل منهما، حيث أن الغليادين هو بروتين وحيد سلسلة البوليبيبتيدات، في حين أن الغلوتينين هو بروتين ذو بنية مركبة من عدة سلاسل من البيبتيدات المرتبطة مع بعضها بروابط ثنائية الكبريت (S-S) و بالتالي يعتمد التفريق و التصنيف بين هذين النوعين من بروتينات التخزين على البنية الكيميائية لهما. و هذا التصنيف يعطي فكرة عن المورثات المسؤولة عن تشكيل و تركيب البوليبيبتيدات.

أعتبر (Ewart, (1990 أن الإختلاف الأساسي مابين الغلوتينين و الغليادين يكمن في القدرة بين الجزيئية لروابط ثنائية الكبريت.

شكل :04التركيب البروتيني للقمح حسب )Shewry et al., (1
شكل 04 : التركيب البروتيني للقمح

3 – فصل البروتينات بالرحلان الكهربائي Eléctrophorése

تستخدم تقنية الرحلان الكهربائي لفصل خليط البروتينات، و تعتمد هذه التقنية على الإختلاف في الشحنة الإلكترونية و الإزدحام الجزيئي الموجود في مركبات الخليط الخاضعة إلى حقل كهربائي، و تستخدم هذه التقنية للتمكن من دراسة التنوع الوراثي(Branlard et Chevalet, 1984) إذ تعكس المؤشرات البروتينية جزءا من المعلومة الوراثية للطراز الوراثي، و قد عرفت دراسة بروتينات التخزين في الحبوب انطلاقة معتبرة بفضل استعمال تقنيات الرحلان الكهربائي

(Khelifi et Hamdi .2008).

تعتمد عملية الرحلان الكهربائي أحادي البعد mono-dimensionnelle لفصل البروتينات على شحنة البروتينات عن طريق هجرة البروتينات تحت تأثير حقل كهربائي في هلامة Acrylamide أو الوزن الجزيئي للبروتينات. و تسمح هذه الطريقة بقراءة 30إلى 50حزمة بروتينية.

أشار (Branlard et al., 1989) أن عملية الرحلان الكهربائي mono-dimensionnelle هي طريقة سريعة لتعريف مختلف الأنواع خصوصا في نباتات محاصيل الحبوب.

يستعمل في الرحلان الكهربائي ثنائي البعد Bidimensionnelle معيارين فيزيوكيميائيين غير مرتبطين هما: نقطة التعادل الكهربائي و الوزن الجزيئي، هذه الطريقة تسمح بفصل مثالي للبروتينات، حيث يمكن فصل عدة مئات من البروتينات في تجربة واحدة. ينتج الفصل الأولي حسب نقطة التعادل الكهربائي للبروتينات، و تتم هجرة البروتينات بحسب التدرج في درجة الحموضة ،pH أما عملية الفصل الثاني فتكون بعد عملية الفصل الأول و تتم عن طريق الرحلان الكهربائي في هلامة
Acrylamideحسب الوزن الجزيئي للبروتينات(Lesage,2011 ).

سمحت نتائج ( Khelifi et al., (2004 بتوضيح تأثير الوسط على التنوع في نتيجة الرحلان الكهربائي (Polymorphisme éléctrophoretique) لبروتينات القمح و إظهار أن وسـط الـزرع يمكنه التدخل في تغيير كمية البروتينات المتواجدة على مستوى الأشرطة. مما يؤكد تأثير الوسط علـى كمية الأجزاء البروتينية الموجودة في الحبة، حيث وضحت النتائج أن نوعية القمـح المقـدرة خـلال مجموعة من الإختبارات تختلف حسب الأنواع و أيضا حسب أماكن الزرع.

أظهرت الدراسة التي قام بها ( Khelifi et al., (2004بتحديد بعض المظاهر البيوكيميائيـة و التكنولوجية للأقماح المزروعة في المناطق الجافة من خلال التحليل الكمـي للأجـزاء البروتينيـة و المعايير المحددة للنوعية التكنولوجية، حيث أظهرت النتائج وجود اخـتلاف ضـعيف فـي محتـوى البروتينات الذائبة على عكس بروتينات التخزين التي أبدت اختلافات مهمة من صنف إلى آخر.

بينت نتائج (Boudour, (2006 تنوع في نتيجة تحليل الرحلان الكهربائي للبروتينات الكلية عند 19صنف من القمح الصلب المنزرع في الجزائر . ،Triticum durum Desf حيث تميز كل صنف بعدد محدد من الحزم. و سمحت نتائج الرحلان الكهربائي بتجميع مختلف الأصناف بدلالة تواجد الحزم المشتركة.

استخدم ( Mouala et al., (2008 كلتا طريقتـي الـرحلان الكهربـائي، (SDS-PAGE): اي Sodium Dodecyl Sulphate Poly Acrylamide Gel Electrophoresis و (A-PAGE) اي Acidic Polyacrylamide Gel Electrophoresis ، لدراسة الإختلافات الوراثيـة داخـل ثلاتـة أصناف من القمح اللين و القمح الصلب.

أظهرت النتائج وجود تباين وراثي في أغلبية المواقع لكل من الغليادين والغلوتينين في جميع الأصناف. حيث كانت الاختلافات في مواقع الغليادين أكبر منهـا فـي
مواقع الغلوتينين. و أكدت النتائج ضرورة استخدام كلتا الطريقتين للحصول على فكـرة شـاملة عـن إختلافات بروتينات التخزين داخل الأصناف.

قام الطاهر و آخرون.،  (2008) باستخلاص بروتينات التخزين من حبة القمح ، وتم الرحلان الكهربائي على هلامة الاكريلاميد (SDS-PAGE) ،وذلـك لدراسـة الاختلافـات الـوراثي لهـذه البروتينات داخل و بين بعض الطرز الوراثية Génotypesللقمح الصلب. أظهرت النتائج عدم وجود اختلافات وراثية داخل الطراز الوراثي الواحد مما يدل على النقاوة الصنفية. كما تبين وجود اخـتلاف وراثي بين الطرز المدروسة، مما يدل على إمكانية استخدام بروتينات التخـزين فـي بـذور القمـح كمؤشرات بيوكيميائية لدراسة الوصف الوراثي.

قام (Hamdi et al., (2010 بدراسة الإختلاف الـوراثي و التنـوع الجغرافـي لبروتينـات التخزين في حبة القمح لمجموعة تتكون من 856 صنف من القمح الصلب المنـزرع فـي الجزائـر باستعمال تقنية ،SDS-PAGEحيث أظهرت النتائج المتحصل عليها تنوع كبير في الإخـتلاف بـين تحت الوحدات الكبيرة للغلوتينين HMW-GS و تحت الوحدات الصغيرة للغلوتينين .

و من الدراسة التي قامت بها كل من بلفارس، (2012) ، نوي و نجاعي،  (2013) للبروتينات الكلية لأصناف من القمح الصلب المنزرع في الجزائر. ،Triticum durum Desf كشفت للبروتينات الكلية تنوع كبير بين الأفراد من حيث عدد الحزم و نسبة التنوع .

حمل التطبيق الرائع الهندسة الزراعية للأندرويد 

       من هنا

السابق
المقاييس الفيزيولوجية لنبات القمح
التالي
دراسة مورفوفیزیولوجیة و بیوكیمیائیة لنبات القمح الصلب المزروع في الجزائر (Triticum durum Desf) صنف (melanopus)

اترك تعليقاً

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.