Антиоксидантный статус сельдерея (Apium graveolens L.)

УДК 635.53:581.19

Сельдерей – одна из наиболее широко используемых овощных культур в мире благодаря широкому спектру диетических и лекарственных свойств. Это прекрасный источник антиоксидантов, минералов и эфирных масел, благотворно влияющих на здоровье человека (Salehi et al., 2019). Съедобными являются все части сельдерея: листья, черешки, корнеплоды и семена, как в свежем виде, так и в виде специй (Malhotra, 2006).

Важнейшими компонентами антиоксидантной системы сельдерея являются аскорбиновая кислота, полифенолы и эфирные масла. В листовой разновидности сельдерея выявлено 15 видов полифенолов, наибольшая доля которых представлена эллагиновой, протока-теховой, хлорогеновой кислотами, а также пирогаллолом и галловой кислотой (Sorour et al., 2015). В эфирном масле сельдерея преобладают моно- и дицикличе-ские терпеноиды (Sorour et al., 2015). Флавоноиды сельдерея представлены преимущественно кверцетином, апигенином, лютеолином и соответствующими гликозидами (Salehi et al., 2019).

Широкий спектр биологического действия сельдерея связан в первую очередь с высоким содержанием антиоксидантов. Установлено, что сельдерей предотвращает сердечно-сосудистые заболевания (Sowbhagya et al., 2010), используется при лечении заболеваний печени и селезенки (Nadkarni, 2010), ревматизма (Karnick, 1994). Этанольные экстракты нормализуют сперматогенез (Kooti et al., 2014a) и улучшают фертильность (Marzouni et al., 2016; Kooti et al., 2014b). Потребление сельдерея снижает уровень сахара в крови, улучшает липидный состав крови (Gelodar et al., 1997), стабилизирует артериальное давление (Lans, 2006). Это растение проявляет антиканцерогенное (Jakovljevic et al., 2002), противогрибковое (Momin and Nair, 2001), диуретическое (Tyagi, 2013) и противовоспалительное действие (Mencherini et al., 2007). Эфирное масло сельдерея обладает антибактериальным действием (Atta and Alkofahi, 1998). Семена используют для лечения бронхита, астенопии, астмы, псориаза и лихорадки (Khare, 2007).

Несмотря на столь обширную информацию о химическом составе и биологическом действии сельдерея, крайне мало известно о специфических особенностях распределения антиоксидантов в органах трех наиболее распространенных разновидностей сельдерея: корневого, листового и черешкового, что в значительной степени затрудняет осуществление направленной селекции на повышенное содержание антиоксидантов.

Известно, что уровень накопления антиоксидантов в растениях определяется множеством факторов, среди которых наибольшее значение имеют генетические особенности сельскохозяйственной культуры, интенсивность освещения, уровень углекислого газа, температура, использование удобрений, биотические и абиотические факторы, характер почвы (Иванова и др., 2017; Li et al., 2012; Ibrahim et al., 2011). В связи с этим адекватная оценка особенностей антиоксидантного статуса различных разновидностей и сортов сельдерея возможна только при использовании одинаковых условий выращивания.

Целью настоящего исследования явилась сравнительная оценка особенностей антиоксидантного статуса листовой, черешковой и корневой разновидностей сельдерея, выращенных в одинаковых условиях.

2.    Материалы и методы2.1.    Объекты и методы выращивания

В работе использовали 2 сорта корневого сельдерея ( Apium graveolens L.): Егор и Добрыня, 2 сорта сельдерея листового – Эликсир и Самурай и сорт сельдерея черешкового – Атлант. Исследования проводили на базе Федерального научного центра овощеводства (ФГБНУ ФНЦО) в Московской области (55°39.51'N,

37°12.23'E). Почва опытного участка дерново-подзолистая тяжелосуглинистая с pH 108±1 1. Содержание органического вещества – 2,1±0,1%, N – 108±11 мг/кг сухой массы, P 2 O 5 – 450±40 мг/кг сухой массы, K 2 O – 357±32 мг/кг сухой массы, сумма обменных оснований – 95,2±8,1.

Растения выращивали через рассаду по общепринятой технологии. Посев семян был проведен в первой декаде марта в зимних теплицах с дальнейшей пикировкой сеянцев в конце марта. В фазе 3-4 настоящих листьев рассаду во второй декаде мая высаживали в открытый грунт по схеме: 60 х 35 см. Во второй декаде мая и в середине июля в почву вносили аммиачную селитру и суперфосфат из расчета 1,5-2,0 и 0,75-1,0 ц/га, соответственно. Сбор урожая проводили в начале октября.

Климатические условия за вегетационный период 2018-2019 годов представлены следующими показателями: среднемесячная температура за вегетацию в 2018 году достигала 18,5°С, в 2019 году – 19,6°С; средняя относительная влажность за вегетацию в 2018 году составила 80,6%, в 2019 году – 76,5%.

2.2.    Пробоподготовка

После сбора урожая листья, черешки и корнеплоды разделяли, корнеплоды промывали водой для удаления остатков почвы и подсушили на фильтровальной бумаге. Образцы гомогенизировали. Свежие гомогенаты использовали для определения содержания аскорбиновой кислоты.

2.3.    Содержание сухого вещества устанавливали гравиметрически высушиванием образцов при 70°С до постоянной массы (Кидин и др., 2008). 2.4.    Антиоксидантный статус

Содержание аскорбиновой кислоты определяли методом визуального титрования 2,6-дихлорфенол индофенолятом натрия (AOAC, 2012).

Содержание полифенолов устанавливали спектрофотометрически с использованием реактива Фолина-Чиокалтеу (Голубкина и др., 2018) на спиртовых экстрактах высушенных растений (70% этанол, 80°С, 1 час). В качестве стандарта применяли галловую кислоту. Результаты определения выражали в мг-экв галловой кислоты/г с.м. (мг-экв ГК/г с.м.).

Содержание флавоноидов рассчитывали по величине поглощения при 415 нм комплекса флавоноидов с хлористым алюминием на спиртовых экстрактах растений (Голубкина и др., 2018). Результаты выражали в мг-экв кверцетина на г с.м. (мг-экв Кв/г с.м.).

Уровень антиоксидантной активности (АОА) определяли титрометрически с использованием 0.01 N раствора перманганата калия (Maximova et al., 2001).

Содержание фотосинтетических пигментов определяли спектрофотометрически на спиртовых экстрактах в соответствии с методом (Lichtenthaler, 1987).

• 2.5.    Элементный состав сельдерея устанавливали атомно-абсорбционным методом после озоления образцов в режиме 20-420°С (Кидин и др., 2008). .

• 2.6.    Статистическую обработку результатов осуществляли с использованием статистической программы Excel. Для определения достоверности различий значений применяли критерий Стьюдента.

3.    Результаты и обсуждение

Данные сравнительного анализа антиоксидантного статуса сельдерея представлены в таблице 1.

Обращают внимание высокие уровни накопления аскорбиновой кислоты листьями всех разновидностей сельдерея, составляющие сравнительно узкий интервал концентраций от 216 до 290 мг/100 г сырой массы листьев. Существенно более низкие уровни накопления аскорбиновой кислоты были характерны для черешков и корнеплодов сельдерея. Показательно, что соотношения содержания витамина С в листьях/корнепло-дах/черешках оказались специфическими для каждой разновидности сельдерея. Так, только для корневого

Таблица 1. Антиоксидантный статус корневого, черешкового и листового сельдерея Table 1. Antioxidant status of celery

Параметр	Части растения	Корневой / root		Черешковый / stalk	Листовой / leafy
		Егор	Добрыня	Атлант	Эликсир	Самурай
	Листья	260±20abA	216±15cA	254±20abA	290±25aA	229±20bcA
Аскорбиновая кислота, мг/100 г	Черешки	30,7±2,5bB	28,1±2,0bB	47,8±1,0aB	45,4±1,6aB	47,7±1,6aB
	Корнеплоды	30,9±2,7aB	33,3±2,8aB	-	-	-
АОА, МЭ ГК/г с.м.	Листья	29,7±2,2abA	33,6±2,3aA	28,7±2,1bA	19,8±1,3cA	28,4±2,1bA
	Черешки	10,9±0,4cC	11,9±0,5bcC	14,4±0,9aB	15,4±1,0aB	12,3±0,7bB
	Корнеплоды	16,1±1,1aB	16,3±1,1aB	-	-	-
	Семена	42,5±4,0dA	40,9± 3,8dA	41,5± 3,9dA	37,5±3,3dA	37,5±3,1 dA
	Листья	15±1,0abA	13,3±0,9bA	16,0±1,1aA	17,2±1,1aA	15,5±1,0aA
Полифенолы,	Черешки	8,3±0,3bcC	7,9±0,3cC	8,6±0,3bcB	10,0±0,4aB	10,0±0,4aB
МЭ ГК/г с.м.	Корнеплоды	10,8±0,4aB	10,8±0,4aB	-	-	-
	Семена	15,1±1,1aA	13,8±1,0aA	15,7±,2aA	12,2±1,1bB	10,4±0,8bB
Флавоноиды, МЭ кверцетина/г с.м.	Листья	2,9±0,1dA	3,7±0,2cA	4,1±0,1cA	4,6±0,2aA	4,8±0,1bA
	Черешки	1,7±0,1cB	2,4±0,1bB	1,7±0,1cB	2,3±0,1bB	3,0±0,2aB
	Корнеплоды	1,2±0,2aC	0,9±0,1aC	-	-	-
	Хлорофилл a	2,76±0,27b	2,45±0,23b	1,69±0,14a	1,49±0,1a	1,07±0,1a
Фотосинтетические пигменты	Хлорофилл b	1,75±0,16a	1,44±0,12a	0,95±0,08b	1,09±0,11a	0,64±0,05b
	Каротин	0,40±0,04a	0,32±0,03a	0,22±0,02a	0,19±0,02a	0,44±0,04a

Значения в рядах с одинаковыми индексами статистически не различаются при P<0.05. Заглавные буквы соответствуют различиям между органами, малые - между формами и сортами сельдерея сельдерея это соотношение составило 8:1:1, в то время как в листовых и черешковых разновидностях уровень аскорбиновой кислоты в листьях был в 5,31-5,57 раз выше, чем в черешках. Листья листовых и черешковых разновидностей используют в пищу свежими и высушенными в виде специй. Очевидно, что 50 г свежих листьев сельдерея могут обеспечить от 30,9 до 41,4% суточной потребности человека в витамине С. Более того, наличие столь высоких концентраций аскорбиновой кислоты в листьях корневого сельдерея определяет перспективность их использования в качестве приправы – путь, который в настоящее время практически не осуществляется.

Комплексная оценка антиоксидантной активности и содержания полифенолов в листьях, черешках, корнеплодах и семенах сельдерея выявили тесную взаимосвязь между этими показателями. Общей закономерностью распределения антиоксидантов явилось снижение АОА и уровней накопления полифенолов в ряду семена> листья > корнеплоды > черешки.

Показано, что соотношение АОА семена/листья/кор-неплоды/черешки соответствует ряду 2,7:1,74:1 – для

Рис. 1. Корреляционная связь АОА листьев/АОА черешков и АОА семян/АОА черешков

Fig. 1. Correlation of AOA of leaves / AOA of stalk and AOA of seeds / AOA of stalk

Рис.2. Накопление цинка листьями, черешками и корнеплодами сельдерея.

Значения с одинаковыми индексами статистически не различаются согласно тесту Дункана при P<0,05

Fig. 2. The accumulation of zinc leaves, stalks and root vegetables of celery.

Values with the same indices are not statistically different according to the Duncan test at P <0.05

листовой, 2,88:1,99:1   – для черешковой и

3,66:2,78:1,42:1 – для корневой разновидностей сельдерея. Обращает внимание высокая антиоксидантная активность и содержание полифенолов листьев корневого сельдерея, что является дополнительным фактором, подтверждающим их высокую пищевую ценность. В отличие от общей антиоксидантной активности уровни накопления полифенолов в семенах и листьях корневой и черешковой разновидностей не различаются, в то время как у листового сельдерея уровень полифенолов выше в листьях, чем в семенах. Интересно отметить, что доля полифенолов в общей антиоксидантной активности у семян достоверно ниже (30,1-37,8%), чем в листьях (44,7-67,8%), черешках (62,4-72,2%) и корнеплодах (66,7%), что может быть связано с более мощным влиянием эфирных масел и полинена-сыщенных жирных кислот семян на уровень антиоксидантной активности.

Важными компонентами антиоксидантной активности сельдерея являются флавоноиды, содержание которых в листьях листовой формы сельдерея представляется максимальным по сравнению с черешковой и корневой формами. Соотношение содержания флавоноидов листья/черешки максимально у сорта Эликсир (2,87) и у сорта Атлант (2,41). У корневого и листового сельдерея сорта Самурай этот показатель находится в пределах 1,54-1,71.

Проведенные исследования свидетельствуют о тесной взаимосвязи уровней накопления антиоксидантов семена- ми, листьями и черешками сельдерея (рис.1). Коэффициент корреляции между показателями АОА листья/черешки и АОА семена/черешки составляет более 0,99 (P<0,001). Участие в этой антиоксидантной системе антиоксидантов черешков несомненно, поскольку коэффициент корреляции между АОА семян и АОА листьев ниже и достигает всего 0,87 (P<0,001).

Высокая антиоксидантная активность растений сельдерея в значительной степени определяет их устойчивость к оксидативному стрессу и, в частности, проявляется в устойчивости к низким температурам.

Оценка накопления фотосинтетических пигментов в листьях трех разновидностей сельдерея позволила установить более высокий фотосинтетический потенциал листьев корневого сельдерея по сравнению с листовым и черешковым. Из данных таблицы 1 следует, что листья корневого сельдерея отличаются самым высоким содержанием хлорофиллов а и b .

Выявлена отрицательная корреляция между содержанием хлорофилла и флавоноидов в листьях (r=-0.874), а также между уровнем хлорофилла и содержанием полифенолов (r=-0.732) (табл.2), что находится в хорошем соответствии с данными работы по оценке антиоксидантного статуса Labisia pumila Benth. (Ibrahim et al., 2011). Снижение интенсивности фотосинтеза на фоне возрастания содержания вторичных метаболитов авторы объясняют возрастанием содержания шикимовой кислоты, приводящим к увеличению содержания флавоноидов и участвующей в регулировании интенсивности фотосинтеза.

Известно, что в антиоксидантной системе растений важную роль выполняют микроэлементы, в частности, цинк. Хотя этот элемент не участвует в окислительно-восстановительных реакциях, его функция в качестве антиоксиданта заключается в каталитическом действии Cu/Zn супероксид дисмутазы, стабилизации структуры мембран, защите сульфгидрильных групп белков и регулировании экспрессии металлотионеинов, обладающих металлсвязывающей способностью и, кроме того, антиоксидантными функциями. Распределение цинка между черешками и листьями различных разновидностей сельдерея определяет преобладание микроэлемента в листьях, причем соотношение концентрации этого элемента листья/черешки составляет 1,22-1,28 – для листового и черешкового сельдерея и 2,46-2,36 – для корневой разновидности (рис.2).

Наблюдаемое явление в значительной степени объясняется участием цинка в образовании хлорофилла и углеводов, обеспечивающее устойчивость растений сельдерея к холодовому стрессу. Более низкие уровни цинка в черешках корневого сельдерея по сравнению с листовым и черешковым может быть связано с важной ролью цинка в

Таблица 2. Коэффициенты корреляции между компонентами антиоксидантной системы сельдерея Table 2. Correlation coefficients between the components of the celery antioxidant system

	Аскорбиновая кислота / ascorbic acid	Полифенолы / polyphenols	Флавоноиды / flavonoids	Хлорофилл / chlorophyll
Аскорбиновая кислота / ascorbic acid	1
Полифенолы / polyphenols	0,978*	1
Флавоноиды / flavonoids	0,804*	0,861*	1
Сумма хлорофиллов / chlorophyll	0,100	-0,732**	-0,874*	1
Цинк / Zinc	0,667**	0,717**	0,711**	-0,371

* P<0,001; **P<0,01

Данные проведенного исследования показывают, что антиоксидантная система сельдерея характеризуется достоверными взаимосвязями между аскорбиновой кислотой, флавоноидами, полифенолами, антиоксидантной активностью и цинком, а также между интенсивностью фотосинтеза и накоплением вторичных метаболитов (полифенолов и флавоноидов) (табл.2). Следует отметить, что участие цинка в антиоксидантной системе сельдерея представляется характерной особенностью этой сельскохозяйственной культуры. Напротив, для лука порея нами было установлено участие в антиоксидантной системе калия и селена, но не цинка (Golubkina et al., 2019). Такие различия могут быть связаны с тем, что порей, в отличие от сельдерея, относится к группе вторичных аккумулято- ров селена, в то время сельдерей является типичным представителем растений не аккумуляторов. Известна высокая отзывчивость сельдерея на внесение цинка в почву. Косвенным подтверждением участия цинка в антиоксидантной системе сельдерея являются данные Ma et al (2019) о стимулировании биосинтеза аскорбиновой кислоты сельдереем при внекорневом обогащении растений цинком.

Заключение

В целом выявленные особенности антиоксидантной системы трех разновидностей сельдерея (корневой, черешковой и листовой) дают основание осуществления более направленной селекции сельдерея на повышенное содержание антиоксидантов и более широкого применения листьев корневого сельдерея, как важного источника антиоксидантов.

Об авторах:

Харченко Виктор Александрович – кандидат с.-х. наук, зав. лабораторией селекции и семеноводства зеленных, пряно-вкусовых и цветочных культур,

Молдован Анастасия Ильинична – аспирант

Голубкина Надежда Александровна – доктор с.-х. наук, главный научный сотрудник,

Кошеваров Андрей Александрович – младший научный сотрудник лабораторно-аналитического отдела

Карузо Джанлука – доктор с.-х. наук, проф.,

Viktor A. Kharchenko – Cand. Sci. (Agriculture),

Head of Laboratory of Aromatic and Leafy Vegetable Crops,

Anastasia I. Moldovan – graduated student

Nadezhda A. Golubkina – Doc. Sci. (Agriculture), Chief Researcher,

Andrey A. Koshevarov – Junior Researcher of laboratory-analytical department

Caruso Gianluca – Doc. Sci. (Agriculture), prof.,