Фізіологія рослин і генетика 2021, том 53, № 4, 279-291, doi: https://doi.org/10.15407/frg2021.04.279

Iнфрачервоний спектр ультраякiсного гiбрида кукурудзи, рекомендованого для споживання людиною: iдентифiкацiя органiчних молекул i збудженого стану функцiональних груп у спектральних смугах зерна, ендосперму, перикарпію i зародка

Раденович Ч.Н.1,2, Максимов Г.В.3, Баюк Богданович Д.2, Хао Й.4, Радосавлєвич М.М.1, Деліч Н.С.1, Чамджія З.Ф.1

  1. Iнститут кукурудзи, Земун Поле, Белград, Республіка Сербія
  2. Белградський університет, факультет фізичної хімії, Белград, Республіка Сербія
  3. Московський державний університет імені Ломоносова, біологічний факультет, Російська Федерація
  4. Шеньчженьський MSU-BIT університет, Шеньчжень, Гуангдонг, Китайська Народна Республіка

У роботі представлені результати досліджень зерна та його структурних частин: ендосперму, перикарпію та зародка гібрида кукурудзи ZP 633, що є дуже бажаним для споживання людиною. Вперше метод інфрачервоної спектроскопії був застосований для реєстрації та вивчення всіх спектральних смуг (дуже високої, високої, низької та дуже низької інтенсивності) інфрачервоного спектра гібридних зерен кукурудзи, ендосперму, перикарпію та зародка. На основі проведених досліджень можна стверджувати, що інфрачервоні спектри зерна, ендосперму, перикарпію та зародка характеризуються всіма їхніми спектральними смугами та кількома параметрами: кількістю, інтенсивністю, кінетикою та розподілом місця походження в діапазоні хвильового числа 400—4000 см–1. Ці параметри особливо спостерігались як для зерна, так і для його частин (ендосперму, перикарпію та зародка). Спектральні смуги дуже високої та високої інтенсивності також характеризуються такими параметрами: числом, яке зазвичай коливається від 3 до 5, інтенсивністю, різними кінетичними формами, а також розподілом їх походження в діапазоні хвильового числа. Ці спектральні смуги дають змогу ідентифікувати органічні сполуки, їхні фрагменти та молекулярні структури, які їх визначають. У випадку спектральних смуг із дуже високою й високою інтенсивністю для зерна, ендосперму, перикарпію та зародка органічні сполуки можна ідентифікувати як: білки, ліпіди, цукри, естери, аміди, кетони, альдегіди, карбонові кислоти, етери, феноли, спирти, ароматичні вуглеводи, ациклічні сполуки, алкени, алкани, алкіни. Спектральні смуги зерна, ендосперму, перикарпію та зародка низької й дуже низької інтенсивності характеризуються такими параметрами: кількістю, яка може відрізнятися, низькою інтенсивністю, розподілом місць їх походження, а особливо частотою вібрацій валентних зв’язків функціональних груп органічних молекул. Спектральні смуги зерна, ендосперму, перикарпію та зародка низької й дуже низької інтенсивності також дають можливість ідентифікувати збуджений стан молекулярних структур та валентні зв’язки функціональних груп органічних сполук. Збуджений стан молекулярних структур і валентних зв’язків функціональних груп органічних сполук виражається в різних формах вібраційних рухів: симетричних і асиметричних валентних вібраціях (розтягування), деформаційних вібраціях валентних зв’язків і молекулярних структур (сходження і розходження), розгойдуванні валентних зв’язків і молекулярних структур (коливання), осциляції валентних зв’язків та молекулярних структур (осциляція), скручуванні валентних зв’язків і молекулярних структур (скручування), вібрації валентних зв’язків та молекулярних структур (вібрація).

Ключові слова: Zea mays L., гібрид, зерно, перикарпій, ендосперм, зародок, інфра­червоний спектр, спектральна смуга, органічна молекула, функціональна група, збу­джений стан, вібрація хімічних зв’язків

Фізіологія рослин і генетика
2021, том 53, № 4, 279-291

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Vasiliev, A.V., Grinenko, E.V., Schukin, A.O. & Fedulina, T.G. (2007). Infrared spectroscopy of organic and natural compounds. St. Petersburg: St. Petersburg. Gos. Forestry technician. Acad. [in Russian].

2. Tarasevich, B.N. (2012). IR spectra of the main classes of organic compounds. Moscow: Publishing. Moscow State University [in Russian].

3. Radenoviє, ‡.N., Maksimov, G.V. & Grodzinskij, D.M. (2015). Identification of Organic Molecules in Kernels of Maize Inbred Lines Displayed with Infrared Spectra. Fisiol. rast. genet., 47, No. 1, pp. 15-24.

4. Radenoviє, ‡.N., Maksimov, G.V., Tyutyaev, E.V., Syusin, I.V., Shutova, V.V., Secan­ski, M.D., Srdiє, J.¦., Videnoviє, ¦.V. &Popoviє, A.S. (2015). Structural Properties of Maize Hybrids Established by Infrared Spectra, Maticasrpska J. Nat. Sci., No. 129, pp. 35-44. https://doi.org/10.2298/ZMSPN1529035R

5. Radenovich, C.H., Maksimov, G.V., Tutyaev, E.V., Shutova, V.V., Delich, N., Chamdzhia, Z., Pavlov, J. & Jovanovic, J. (2016). Identification of organic compounds in corn hybrids (Zea mays L.) of Serbian breeding using infrared spectra. Selskokhozyaystvennayabiologiya, 51, No. 5, pp. 645-653 [in Russian]. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.645eng

6. Salam, A.Aboud, Ammar, B.Altemimi, Asaad, R.S.Al-HiIphy, Lee,Yi-Chen & Francesco, Cacciola 3. (2019). A Comprehensive Review on Infrared Heating Applications in Food Processing. Molecules, 24, 4125. https://doi.org/10.3390/molecules24224125

7. Radenoviє, ‡.N., Deliє, N.S., Radosavljeviє, M.M., Jovanoviє, ¦.V., Se№anski, M.D., Popoviє, A.S., Crevar, M.S. & Radosavljeviє, N.D. (2021). High-yielding and chemically enriched maize hybrids bred in Serbia - the best basis for super quality feed and food. Military technical courier, Vol. 69, No. 1. https://doi.org/10.5937/vojtehg69-29512

8. Radosavljeviє, M. & Radenoviє, ‡. (2020). Laboratory procedures and operating techniques for the extraction of endosperms, pericarps and germs from kernels of maize hybrids. Internal publication of the Maize Research Institute, Zemun Polje, Belgrade, pp. 1-3.

9. Radosavljeviє, M., Bekriє, V., Boыoviє, I. & Jakovljeviє, J. (2000). Physical and chemical properties of various corn genotyps as a criterion of technological qality. Genetika, 32(3), pp.319-329 [online]. Available at: http://www.dgsgenetika.org.rs/abstrakti/vol. 32_2000_no3_en.htm#Rad9 [Accessed: 15 November 2020].

10. Amir, R.M., Anjum, F.M., Khan, M.I., Khan, M.R., Pasha, I. & Nadeem, M. (2013). Application of Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy for the identificationof wheat. J. Food Sci. Technol., 50, pp. 1018-1023. https://doi.org/10.1007/s13197-011-0424-y

11. Jackson, M. & Mantsch, H.H. (2006). Infrared spectroscopy, ex vivo tissue analysis. In: Biomedical Spectroscopy. Encyclopedia of Analytical Chemistry (pp. 131-156), JohnWiley & Sons Ltd. https://doi.org/10.1002/9780470027318.a0107

12. Vollhardt, P.C. & Schore, N.E. (1996). Organic Chemistry. New York: W.H. Freeman and Company.

13. White, P.J. & Johnson, L.A. (2003). Corn: Chemistry and Technology. Minnesota: American Association of Cereal Chemists

14. Skoog, D.A., Holler, F.J. & Crouch, S.R. (2007). Principles of instrumental analysis. Belmont: Thomson Higher Education.

15. Kols, O.R., Maksimov, G.V. & Radenovich, Ch.N. (1993). Biophysics of Rhythmic Excitation. Moscow: Publishing. Moscow State University [in Russian].

16. Radenoviє, ‡. (1998). Transport Processes Across the Membrane. In: Contemporary Biophysics. Velarta, pp. 1-90, Belgrade.

17. Macura, S. & Radenoviє, ‡. (2016). In order to acquire better knowledge on a biological system, besides the genome and proteome it is necessary to know its metabolome, i.e. concentrations of all metabolites and their interactions, Written Correspondence, Mayo Clinic, Rochester & Maize Research Institute, Zemun Polje, Belgrade and vice versa.

18. Radenoviє, ‡.N., Maksimov, G.V., Shutova, V.V., Deliє, N.S., Milenkoviє, M.V., Pavloviє, M.D. & Beljanski, M.V. (2018). The study by the methods of infrared spectroscopy of the stretching and twisting vibrations of chemical bonds in functional groups of organic compounds contained in grains of maize inbred lines. Fisiol. rast. genet., 50, No. 4, pp. 322-330. https://doi.org/10.15407/frg2018.04.322

19. Radenoviє, ‡.N., Maksimov, G.V., Shutova, V.V., Slatinskaya, O.V., Protopopov, F.F., Deliє, N.S., Grchiє, N.M., Pavlov, J.M. & ‡amdыija, Z.F. (2019). Complete study of nature and importance of spectral bands contained in infrared spectra of leaves of maize inbred lines with significant breeding properties. Russian Agricultural Sciences, 2019, 45, No. 4, pp. 334-339. https://doi.org/10.3103/S106836741904013X