Эфиромасличные культуры семейства Lamiaceae для вертикального овощеводства

Прогресс Российской Федерации в XXI веке обусловлен внедрением инноваций во многие отрасли народного хозяйства, в том числе, и в овощеводство. Передовое направление современного овощеводства защищённого грунта – это вертикальное овощеводство, позволяющее экономить энергетические и водные ресурсы за счёт использования вертикального пространства теплиц. Урожай зеленных культур на вертикальной гидропонике типа Plenty в 530 раз выше, чем в открытом грунте. Объем рынка вертикального овощеводства в мире растёт в геометрической прогрессии и к 2025 году ожидается увеличение его объёмов до 6,0-9,0 млрд долларов [1,2]. Регулярное снабжение населения свежими овощами очень важно для северных территорий, на которых проживает в настоящее время большая часть населения Российской Федерации. Используя отбор по спорофиту и целевую гибридизацию, мы получили новые сорта томата для МУГ [3]. Считаем необходимым расширить биоразнообразие растений для культивирования на многоярусных гидропонных установках.

Растения семейства Lamiaceae хорошо известны как ароматические и медицинские растения с высоким содержанием эфирных масел. Основную группу полезных соединений, содержащихся в эфирных маслах, составляют монотерпены и их производные, обладающие антиоксидантной активностью. Исследователи Калининградского ботанического сада показали, что надземная часть растения Monarda fistulosa содержит 5,52 мг/г антиоксидантов фенольной природы [4]. Это побудило нас исследовать растения семейства Lamiaceae в качестве листовых овощей для будущих программ по функциональному питанию. Мы полагаем, что листовые части растений данного семейства могут использоваться, как ароматические и вкусовые добавки к традиционным блюдам, таким, как салаты, супы и соусы. Однако это требует проведения дополнительных работ, направленных на изучение биохимического состава надземной части растений семейства Lamiaceae .

Цель исследований: анализ биохимического состава надземной части растений семейства Lamiaceae , культивируемых на многоярусной узкостеллажной гидропонике (МУГ).

Задачи исследований:

• 1.    Изучить биохимический состав надземной части растений семейства Lamiaceae , выращенных на разных ярусах пятиярусной гидропонной конструкции.

• 2.    Оценить изменения биохимического состава растений семейства Lamiaceae – в зависимости от времени срезки надземной части на зелень.

• 3.    Исследовать влияние вторичных метаболитов класса гликозидов на массу листовой части растений семейства Lamiaceae.

Материалы и методы исследованийОбъекты исследований:

• 1.    Растения: Monarda fistulosa L. (селекционный образец №5 Ю.П.), Monarda citriodora Cerv. ex Lag. (сорт Симка), Melissa officinalis L. (сорт Жемчужина). Материалом исследований служила надземная часть данных растений, полученная при срезке на зелень.

• 2.    Вторичные метаболиты: флавоноидный гликозид линарозид, полученный методом экстракции и последующей адсорбционно-распределительной хроматографии из Linaria vulgaris Mill. L. [5]; стероидный гликозид молд-стим, полученный аналогичным методом из семян Capsicum annuum L. Материалом исследований служили 0,001%-ные водные растворы данных соединений,

которыми обрабатывали семена растений семейства Lamiaceae .

Методы исследований:

• 1.    Культивирование растений семейства Lamiaceae на пятиярусной узкостеллажной гидропонике. Рассаду выращивали в стандартных кассетах в рассадном отделении теплицы «Ришель» с поликарбонатным типом покрытия. В качестве корнеобитаемой среды использовали торфяной питательный субстрат. Семена высевали в заранее подготовленные (наполненные торфом) кассеты. С появлением 5го настоящего листа, растения, высаживали в горшки и размещали на столах в рассадном отделении данной теплицы. Через неделю растения размещали на установке (рис.1). Для выращивания растений использовали питательный раствор, который был разработан ранее [6]. Источниками света служили лампы Дна3-400 (ООО «Рефлакс»). При выращивании растений поддерживали температуру воздуха в пределах +22+24°С днём и +18+20°С ночью, относительную влажность воздуха в пределах 50-60%. Продолжительность светового периода – 16 час/сутки.

• 2.    Аналитические методы исследований. Содержание сухого вещества в надземной части растений определяли по методике Ермакова А.И. и др. [7]. Оценку содержания аскорбиновой кислоты (витаминa С) проводили по методу Сапожниковой Е.В., Дорофеевой Г.П. [8]. Суммарное содержание хлорофиллов и каротиноидов оценивали по методике H.K. Lichtenthaler [9]. Суммарное содержание антиоксидантов в водных растворах определяли по методу Максимовой Т.В. и др. [10].

• 3.    Статистические методы исследований. Статистическую обработку данных экспериментов проводили с помощью однофакторного дисперсионного анализа (Microsoft Excel, 2003), двухфакторного дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [11].

Рис.1. Культивирование растений семейства Lamiaceae на установке пятиярусной узкостеллажной гидропоники. Теплица «Ришель» (производство Франция) с поликарбо-натным типом покрытия. ФГБНУ ФНЦО, 2018 год

Fig.1. Cultivation plants of Lamiaceae family at the multi circle hydroponic installation. Greenhouse “Rishel” (made in France) with polycarbonate cover. FSBSI FSVC, 2018

Результаты исследований

Изучение биохимического состава надземной части проводили на растениях Monarda fistulosa L., которые возделывались на разных ярусах пятиярусной гидропонной конструкции в 2018 году. Исследовали содержание сухого вещества, витамина С и суммарное содержание хлорофиллов с помощью приведенных выше методов. После статистической обработки результатов эксперимента существенных различий в содержании данных компонентов выявлено не было (рис. 2-4). Следовательно, культивировать растения Monarda fistulosa L. можно на всех ярусах установки.

Рис. 2. Содержание сухого вещества в надземной части растений Monarda fistulosa L., %, на пяти ярусах установки МУГ. ФГБНУ ФНЦО, 2018 год

Fig.2. Dry matter content in Monarda fistulosa L. leaves depends on the circle of multi circle hydroponic installation

Рис.3. Содержание аскорбиновой кислоты в надземной части растений Monarda fistulosa L., мг/%, на пяти ярусах установки МУГ. ФГБНУ ФНЦО, 2018 год

Fig.3. Ascorbic acid content in Monarda fistulosa L. leaves depends on the circle of multi circle hydroponic installation

Но содержание биохимических компонентов в надземной части существенно изменяется в зависимости от времени срезки растений на зелень. Как и ожидалось, содержание сухого вещества и суммарное содержание антиоксидантов (в единицах галловой кислоты) существенно выше в надземной части растений Monarda fistulosa L. первой срезки (рис.5,6). Однако содержание сухого вещества достаточно высокое (сравнимое с первой срезкой) и в надземной части растений четвёртой срезки (рис.5). Это можно объяснить успешным отрастанием зелени Monarda fistulosa L. после трёх срезок. Но суммарное содержание антиоксидантов в надземной части растений четвёртой срезки, конечно, существенно ниже исходного показателя (рис.6). Удивительным является тот факт, что содержание каротиноидов в надземной части третьей срезки было существенно выше, чем содержание каротиноидов в надземной части первой срезки (рис.7). Этот факт требует проведения дополнительных исследований.

НСР 05 = 4,90; LSD 05 = 4,90

Рис. 5. Содержание сухого вещества в надземной части растений Monarda fistulosa L., %, в зависимости от даты срезки. ФГБНУ ФНЦО, 2018 год

Fig.5. Dry matter content in Monarda fistulosa L. leaves, %,

НСР 05 = 2,04; LSD 05 = 2,04

Рис. 6. Содержание аскорбиновой кислоты в надземной части растений Monarda fistulosa L., мг/%, в зависимости от даты срезки. ФГБНУ ФНЦО, 2018 год

Fig.6. Ascorbic acid content in Monarda fistulosa L. leaves, (mg/%), depends on the date of cutting. FSBSI FSVC, 2018

НСР 05 = 0,94; LSD 05 = 0,94

Рис.4. Содержание суммы хлорофиллов в надземной части растений Monarda fistulosa L., мг/г, на пяти ярусах установки МУГ. ФГБНУ ФНЦО, 2018 год

Fig.4. Sum of chlorophylls content in Monarda fistulosa L. leaves depends on the circle of multi circle hydroponic installation (MHI), mg/g. FSBSI FSVC, 2018

НСР 05 = 0,05; LSD 05 = 0,05

Рис. 7. Содержание суммы каротиноидов в надземной части растений Monarda fistulosa L., мг/г, в зависимости от даты срезки. ФГБНУ ФНЦО, 2018год

Fig.7. Sum of carotenoids in Monarda fistulosa L. leaves, mg/g, depends on the date of cutting. FSBSI FSVC, 2018

Таблица. Влияние вторичных метаболитов на вес листовой массы растений, ФГБНУ ФНЦО, 2019

Table. Influence of Secondary Metabolites on the Weight Above Part of Some Leafy Plants. FSVC, 2019

Культуры, фактор A	Варианты обработок, B	Листовая масса растений, г					Σ V	б	Отклонени е от St
		I                       II		III	IV	V
Monarda сitriodora Cerv. ex Lag.	Стандарт -вода	2,6	1,0	1,2	2,6	3,6	11,0	2,2	St
	Линарозид, 0,001%	5,6	27,0	21,2	5,4	25,6	84,8	17,0	+14,8
	Молдстим, 0,001%	1,8	23,2	8,0	11,4	7,2	51,6	10,3	+8,1
	Стандарт -вода	29,0	29,6	23,0	18,8	1,8	102,2	20,4	St
Monarda fistulosa L.	Линарозид, 0,001%	1,2	5,0	14,2	2,4	14,8	37,6	7,5	- 12,9
	Молдстим, 0,001%	4,6	14,8	11,8	16,6	6,8	54,6	10,9	- 9,5
	Стандарт -вода	23,8	22,4	18,4	19,0	4,4	88,0	17,6	St
Melissa officinalis L.	Линарозид, 0,001%	26,2	22,6	21,2	16,0	21,6	107,6	21,5	+ 3,9
	Молдстим, 0,001%	8,0	11,6	10,0	13,2	2,6	45,4	9,1	- 8,5
	Σ P	102,8	157,2	129,0	105,4	88,4	582,8	LSD 05	8,1

Обработка семян водными растворами вторичных метаболитов растений привела к интересным результатам. Масса листьев растений Monarda citriodora Cerv. ex Lag. существенно увеличивалась, у растений Monarda fistulosa L. существенно снижалась, у Melissa officinalis L. оставалась без изменений (табл.). Это можно объяснить высоким содержанием антиоксидантов фенольной природы в надземной части Monarda fistulosa L. [4].

Заключение

В статье приведены первые экспериментальные сведения, полученные в результате культивирования зеленных культур семейства Lamiaceae на многоярусной гидропонной установке. Данные культуры относят также к эфиромасличным и медицинским растениям. Первый опыт их культивирования выявил следующие особенности:

• 1.    Растения семейства Lamiaceae могут культивироваться на многоярусных гидропонных конструкциях.

• 2.    Расположение на разных ярусах конструкции не влияет на содержание сухого вещества, витамина С и суммарное содержание хлорофиллов в надземной части растений Monarda fistulosa L..

• 3.    Содержание сухого вещества и суммарное содержание антиоксидантов существенно выше в надземной части растений Monarda fistulosa L. первой срезки, чем в надземной части второй и последующих срезок. Поэтому мы можем рекомендовать листья растений Monarda fistulosa L. первой срезки как наиболее полезные добавки в схеме функционального питания.

• 4.    Обработка семян водными растворами вторичных метаболитов изменяет вес листовой массы растений семейства Lamiaceae : он увеличивается у Monarda citriodora Cerv. ex Lag., но снижается у Monarda fistulosa L..

Об авторах:

Балашова Ирина Тимофеевна – доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории новых технологий, , Researcher ID: V-5031-2018 Беспалько Леся Владимировна – кандидат с.-х. наук, старший научный сотрудник лаборатории зеленных, пряновкусовых и цветочных культур Молчанова Анна Владимировна – кандидат с.-х. наук, старший научный сотрудник лабораторно-аналитического отдела, , Scopus ID 56059137200, ResearcherID: U-7269-2018

Irina T. Balashova – Doc. Sci. (Biology), Chief researcher, , Researcher ID: V-5031-201 Lesya V. Bespalko – Cand. Sci. (Agriculture), senior researcher of leafy vegetables laboratory

Anna V. Molchanova – Cand. Sci. (Agriculture), senior researcher of analytical center, ,

Scopus ID 56059137200, ResearcherID: U-7269-2018

Elena V. Pinchuk – Cand. Sci. (Agriculture), senior researcher of new technologies laboratory,

Natalia E. Maschenko – Doc. Sci. (Chemistry), leader researcher of biologically active substances laboratory