Суммарное содержание антиоксидантовв зерне ячменя, выращенного в условиях республик Хакасия и Тыва

Введение . Химические соединения, которые, останавливая цепные реакции, способствуют удалению свободных радикалов путем самоокисления, относятся к антиоксидантам [1]. Зерновые злаки являются широко распространенными компонентами растительной пищи и корма, поэтому понятен интерес к изучению их антиоксидантных свойств, а также влияния на последние генотипа и условий выращивания растений.

Установлено, что общая антиоксидантная активность зерновых культур обусловлена как внешними факторами (погодные условия, применение удобрений), так и генотипом [2–4]. Показано, что в зерне различных образцов ячменя общее содержание токола, относящегося к антиоксидантам, колебалось от 40 до 82 мкг/г. Всего в 27 образцах авторами было выявлено 64 соединения с антиоксидантной активностью, среди которых 19 фенольных кислот и альдегидов, 9 флавоновых гликозидов и 27 антоцианов [5]. В экспериментах с 25 сортами ячменя была найдена пониженная антиоксидантная актив- ность у голозерных генотипов [6]. В другой работе, при изучении содержания токолов, фолиевой кислоты и фенольных кислот в зерне 10 пленчатых и голозерных сортов ячменя, выращенных в одних и тех же условиях, были получены схожие результаты [7].

Ряд авторов пришли к выводу о большем влиянии окружающей среды по сравнению с генотипом на антиоксидантную активность зерна. Этот факт был установлен при изучении 39 сортов овса, выращенных в четырех местах в Китае [8]. На пшенице и ячмене было показано, что высокие температуры и засуха приводили к более значительному биосинтезу каротиноидов в зерне [9], а обильные осадки и пониженные температуры способствовали более высокому содержанию токола у большинства сортов [10]. Известно, что неблагоприятные для роста экологические условия могут увеличивать содержание антиоксидантов в растениях. Окислительный стресс, вызванный накоплением активных форм кислорода, вызывает в клетках многочисленные ответные реакции, в том числе антиоксидантных систем, которые, как правило, приводят к увеличению концентрации антиоксидантов в растениях [11].

В настоящее время в России выполнено недостаточно исследований, посвященных определению антиоксидантной активности зерновых культур [2, 3, 12].

Цель исследования: изучение генотип-средового влияния на суммарное содержание антиоксидантов в зерне ячменя.

Объект и методы исследования. Были исследованы образцы, выращенные в двух географических районах, различающихся по климатическим условиям.

В качестве объекта исследования использовали 10 сортов ярового пленчатого ячменя (Hordeum vulgare L.) сибирской селекции, выращенного на территории двух сортоучастков: Бейского (Республика Хакасия) и Пий-Хемского (Республика Тыва). Бейский ГСУ расположен в степной зоне предгорий на обыкновенных и южных черноземах Республики Хакасия. Пий-Хемский ГСУ находится в лесостепной почвенно-климатической зоне Республики Тыва. По климатическим условиям выбранные участки относятся к зоне рискованного земледелия с резко континентальным климатом, что не всегда позволяет получать стабильные и высокие урожаи. Существенные колебания тем- пературы отмечаются на территории Тувы, где годовые составляют 70–80 °С, а суточные – от 20 до 30 °С. При этом если значение агроклиматического ресурса России принять за 1, то на территории республики оно составляет вдвое меньшую величину – 0,46–0,48.

Растения ячменя выращивали в течение 2019 г. по паровому предшественнику. Семенной материал был предоставлен сотрудниками указанных ГСУ.

Определение суммарного содержания антиоксидантов (ССА) в образцах зерна ячменя осуществляли в следующей последовательности: вначале получали водный или водноспиртовой экстракт из зерна, производили его фильтрацию, а затем измеряли суммарное содержание антиоксидантов в расчете на сухую биомассу с помощью прибора «Цвет Яуза-01-АА» [13, 14], регистрируя величину электрического тока, возникающего при окислении исследуемого вещества (или смеси веществ) на поверхности рабочего электрода при постоянном потенциале 1,3 В. Предварительно изучали зависимость электрического сигнала образца сравне- ния (галловой кислоты) от его концентрации. С помощью построенной градуировочной кривой сравнивали сигналы от исследуемого экстракта с сигналами галловой кислоты. Повторность измерения трехкратная.

Статистическая обработка результатов была выполнена с помощью программы обработки данных полевого опыта FieldExpert vl.3 Pro и MicrosoftExcel 2003 [15].

Результаты исследования. В таблице 1 представлена информация о показателях суточной (дневной и ночной) температуры по месяцам вегетационного периода для двух географических пунктов выращивания ячменя (по данным Метеорологического отчета о непосредственных наблюдениях на сортоучастках). Видно, что в Пий-Хемском ГСУ в Тыве по сравнению с Бейским ГСУ в Хакасии максимальные дневные температуры выше, а минимальные ночные ниже, что создает более высокую разность суточного хода температуры. Отметим, что для августа, когда происходит процесс налива зерна, различия в ночных температурах между двумя пунктами доказаны статистически.

Таблица 1

Значения суточной температуры по месяцам в двух пунктах выращивания ячменя

Пункт выращивания	Суточная температура	Среднемесячная температура
		Май	Июнь	Июль	Август
ГСУ, Хакасия	Максимальная	15,9±1,2	22,5±0,7	23,2±0,7	23,5±0,7
	Минимальная	2,0±0,9	9,5±0,5	12,6±0,4	11,5±0,5*
	Разность	13,6±1,2	13,0±0,8	10,5±0,8	12,0±0,8
ГСУ, Тыва	Максимальная	16,4±1,1	23,2±0,9	23,4±0,7	23,9±0,8
	Минимальная	0,8±1,1	8,4±0,6	11,7±0,3	9,8±0,5*
	Разность	15,3±1,2	14,8±1,0	11,5±0,8	14,0±0,8

*Различия в температуре между пунктами существенны по t-критерию при р ≤ 0,05.

В таблице 2 представлены результаты измерения суммарного содержания антиоксидантов (ССА) в зерне 10 сортов ячменя. Можно видеть существенные различия в величине этого показателя у большинства образцов, выращенных в двух географических пунктах. При этом среднее значение ССА в зерне ячменя, полученного из Пий-Хемского ГСУ, было на 19 % выше по сравнению с Бейским ГСУ (достоверность различий доказана для спирторастворимых антиоксидантов). Это свидетельствует о заметном влиянии на указанный биохимический показатель условий внешней среды, складывающихся во время налива зерна, по-видимому, температурного режима в августе. Ранее нами на основе полученных результатов измерения ССА в зерне ячменя, выращиваемого в центральной части Красноярского края и Бейском ГСУ (Республика Хакасия), было высказано предположение, что более аридные условия возделывания ячменя способствуют накоплению антиоксидантов в зерне [16, 17].

Таблица 2

Суммарное содержание антиоксидантов в зерне 10 сортов ячменя, выращенных в различных пунктах, определенное с помощью двух методов экстракции

Сорт	Суммарное содержание антиоксидантов, мг/100 г
	70 % этиловый спирт		Горячая бидистиллированная вода
	Тыва	Хакасия	Тыва	Хакасия
Буян	60,0±0,1*	45,7±0,4*	62,4±0,9*	49,7±0,7*
Красноярский 91	71,0±1,2	70,1±0,7	76,0±0,6*	73,5±0,6*
Ача	80,0±0,2*	76,8±0,8*	82,1±0,7	80,2±0,6
Биом	56,0±0,3	56,0±0,6	58,4±0,7	59,0±1,0
Емеля	79,1±0,2*	58,1±0,7*	79,2±0,4*	58,0±0,3*
Танай	70,3±0,4*	51,0±0,3*	73,2±0,3*	52,3±0,5*
Такмак	80,4±0,5*	49,1±0,5*	86,1±0,2*	50,4±0,8*
Уватский	85,3±0,3*	82,8±0,3*	88,5±0,4*	84,0±0,4*
Абалак	63,2±0,7*	44,0±0,5*	60,6±0,6*	46,0±0,4*
Оленек	60,0±0,3*	56,3±0,8*	59,3±0,2	59,0±0,7
Среднее по образцам	70,5±3,3*	59,0±4,2*	72,6±3,7	61,2±4,2
Средний коэффициент вариации, %	8,1	12,3	8,8	11,9

*Различия существенны между пунктами выращивания для каждого сорта в пределах используемо- го метода экстракции по t-критерию при р ≤ 0,05.

Исключение составили два сорта ячменя – Биом и Оленек, у которых был зарегистрирован уровень ССА в зерне, практически не зависящий от места выращивания. Следует подчеркнуть, что поскольку величина ССА у них характеризовалась минимальным среди всех сортов значением, то отмеченная экологическая стабильность по указанному признаку может иметь малое практическое применение.

Как видно из данных таблицы 2, коэффициент сортовой вариации значений ССА при выращивании ячменя на территории Тывы был незначителен (8,4 %), а в условиях Хакасии он имел среднее значение (12,1 %). Вероятно, при увеличении степени аридности среды между сортами происходит сглаживание варьирования величины рассматриваемого признака качества зерна.

Полученные результаты демонстрируют различия в уровнях ССА у исследуемых образцов, размах колебаний для обоих географических пунктов и методов экстракции составил двукратную величину: от 44,0 до 88,5 мг/100 г. Этот факт подтверждает наличие эффекта заметного влияния генотипа на указанный биохимический показатель. Максимальные значения ССА были найдены в зерне сортов Ача и Уватский, выращиваемых как в Республике Тыва, так и в Хакасии.

При использовании двух методов экстракции для определения величины ССА в зерне были зарегистрированы практически одинаковые результаты, которые подтвердили полученные нами ранее экспериментальные данные [16–18]. Усредненные значения коэффициентов корреляции между уровнями ССА, измеренными по- сле экстракции водой и экстракции спиртом, составили существенные величины – 0,980 и 0,996 соответственно. При этом отмечена тенденция превышения уровней содержания водорастворимых антиоксидантов в зерне над спирторастворимыми.

С помощью пакета анализа программ Field Expert v1.3 Pro, который служит для статистической обработки данных, методами дисперсионного анализа было установлено, что независимо от элюента уровень ССА в зерне ячменя, выращенного в исследуемых пунктах, в боль- шей степени (67 %) определялся фактором «пункт» (рис.). На втором месте по степени влияния располагался фактор «генотип», на долю которого пришлось 24 %. Вклад взаимодействия факторов «пункт × генотип» в формирование рассматриваемого показателя составил лишь 7 %. Исходя из полученных данных, можно заключить, что в использованных в работе территориях выращивания по уровню ССА в зерне фактор «пункт» имел наиболее существенное значение.

• □    элюент

Q пункт выращивания

• ■    генотип

• □    элюент × пункт выращивания

• □    элюент × генотип

• □    пункт выращивания ×генотип

• □    элюент × пункт выращивания × генотип

  
  
  

Влияние различных факторов на показатель ССА в зерне ячменя, выращенного в различных географических условиях

Учитывая то, что при действии неблагоприятных экологических факторов в процесс защиты растений включаются антиоксиданты, обеспечивая при этом их выживание [18], можно предположить, что зерно с высокими значениями ССА имеет преимущества при выращивании ячменя на территории рискованного земледелия, к каковой в большей степени, чем Хакасия, относится Республика Тыва.

Заключение. Найдено, что более аридные условия выращивания растений, складываю- щиеся в Республике Тыва, сопровождаются усилением накопления антиоксидантов в зерне. Установлено, что для ячменя значение ССА в зерне в основном зависит от фактора «пункт» и в меньшей степени от фактора «генотип». Полученные результаты позволяют заключить возможность возделывания на территории Республики Тыва ячменя с заданным высоким содержанием антиоксидантов в зерне. При этом целесообразно выращивать.