Практическое руководство по оценке морфологии гранул картофельного крахмала методом микроскопирования

Картофельный крахмал – ценное и доступное техническое сырье для целого ряда отраслей промышленности. Для селекции растений, продуцирующих крахмал с оптимальными для переработки свойствами, необходимы эффективные методы оценки физико-химических параметров большого количества образцов крахмала. Соответственно, данные по изменчивости тех или иных фенотипических признаков имеют важное значение как для развития фундаментальных работ по идентификации локусов генома, отвечающих за широкий спектр характеристик крахмала картофеля, так и для прикладных работ по ускоренной селекции новых сортов технического назначения. Оценка размеров крахмальных гранул при помощи микроскопии – один из самых доступных и потому распространенных методов фенотипирования. Нами разработан состоящий из четырех этапов подход к оценке геометрических параметров гранул крахмала: первый этап – выделение крахмала из клубня, второй – получение микрофотографий образцов крахмала, третий – обработка и анализ полученных изображений в свободно распространяемой программе ImageJ, четвертый – построение графиков распределения гранул крахмала по геометрическим параметрам. Показано, что гранулы крахмала различных сортов и гибридов картофеля различаются по морфологии и могут быть дифференцированы методом микроскопии с получением данных о диаметре Фере и округлости частиц. Так, моды диаметра Фере гранул крахмала сортов Алена, Невский и гибрида 785/8-5 составляют 5, 22 и 67 микрон соответственно. В распределении гранул крахмалов этих сортов и гибрида по округлости наблюдаются лишь незначительные отличия. Микрофотографирование гранул крахмала с последующей обработкой изображений представляет собой доступный, экономичный, простой и эффективный подход к фенотипированию сортов и гибридов картофеля Solanum tuberosum L. по физико-химическим параметрам крахмала. Этот метод может применяться для ускоренного анализа большого числа образцов на ограниченном количестве природного материала, в том числе в полевых и хозяйственных лабораториях.

1. Blennow A., Hansen M., Schulz A., Jurgensen K., Donald A.M., Sanderson J. The molecular deposition of transgenically modified starch in the starch granule as imaged by functional microscopy. J. Struct. Biology. 2003;143:229-241. DOI 10.1016/j.jsb.2003.08.009.

2. Chung H.-J., Li X.-Q., Kalinga D., Lim S.-T., Yada R., Liu Q. Physico-chemical properties of dry matter and isolated starch from potatoes grown in different locations in Canada. Food Res. Int. 2014;57:89-94. DOI 10.1016/j.foodres.2014.01.034.

3. ImageJ. An open platform for scientific image analysis. Available at: http://imagej.net/Welcome. (Accessed 24.07.2017

4. Isleib D.R. Density of potato starch. Am. Potato J. 1958;35(3):428-429. DOI 10.1007/BF02851300.

5. Karlsson M.E., Leeman A.M., Björck I.M.E., Eliasson A.-C. Some physical and nutritional characteristics of genetically modified potatoes varying in amylose/amylopectin ratios. Food Chem. 2007;100: 136-146. DOI 10.1016/j.foodchem.2005.09.032.

6. Khlestkin V.K., Peltek S.E., Kolchanov N.A. Target genes for development of potato (Solanum tuberosum L.) cultivars with desired starch properties. Selskokhozyaystvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2017;52(1):25-36. (in Russian)

7. Li X.-Q., Zhang J., Luo S., Liu G., Murphy A., Leclerc Y., Xing T. Effects of sampling methods on starch granule size measurement of potato tubers under a light microscope. Int. J. Plant Biol. 2011;2(e5): 14-18. DOI 10.4081/pb.2011.e5.

8. Romano A., Mackie A., Farina F., Aponte M., Sarghini F., Masi P. Char-acterization, in vitro digestibility and expected glycemic index of commercial starches as uncooked ingredients. J. Food Sci. Technol. 2016;53(12):4126-4134. DOI 10.1007/s13197-016-2375-9.

9. Si Y., Sankaran S., Knowles R., Pavek M.J. Potato tuber length-width ratio assessment using image analysis. Am. J. Potato Res. 2017; 94(1):88-93. DOI 10.1007/s12230-016-9545-1.

10. de Vetten N.C.M.H. Method for modifying the size and/or morphology of starch granules. Pat. EP1473307A1, 2004.

11. Wilson J.D., Bechtel D.B., Todd T.C., Seib P.A. Measurement of wheat starch granule size distribution using image analysis and laser diffraction technology. Cereal Chemistry. 2006;83(3):259-268. DOI 10.1094/CC-83-0259.