Влияние внекорневого обогащения капусты цветной селенатом натрия на урожайность, пищевую ценность и антиоксидантный статус растений

Оригинальные статьи / Original articles УДК 635.35:631.816.12

каротиноиды, пищевые волокна, водорастворимые углеводы, минералы, глюкозиноляты и полифенолы [Jahangir et al., 2009]. Овощи семейства Brassicaceae и, в частности, капуста цветная, являются важными источниками полифенолов для человека. Они содержат гид-роксициннамовую, кофейную, хлорогеновую, феруловую и синаповую кислоты, а также флавонолы (производные каэмпферола и кверцетина) (Vallejo et al., 2003; Heimler et al., 2006). Показано, что капустные культуры являются хорошими источниками антимутагенов. Отдельные эпидемиологические исследования показали, что высокое потребление капусты связанно со снижением риска возникновения и развития рака [Zhang et al., 1994]. Капустные культуры защищают от химического канцерогенеза путем модулирования метаболизма канцерогенов (Bradfield et al., 1985). Это относится ко всем представителям Brassica , включая и капусту цветную. Капуста цветная – самый близкий родственник брокколи и содержит высокие концентрации витамина А, тиамина, рибофлавина, ниацина, витамина С, кальция, железа, фосфора и жиров (Owen, 1996). В 2004 году общая площадь, занимаемая капустой цветной в мире, составила 8.88 млн га, при уровне производства 16.40 млн т (FAOSTAT, 2004).

Общепризнано, что биообогащение растений селеном является наиболее экономически выгодным методом получения функциональных продуктов питания с повышенным содержанием селена, крайне востребованных для разных категорий населения, особенно лиц с повышенным риском хронических заболеваний (White and Broadley, 2009; Fageria et al., 2012). Кроме того, известно, что внесение селена в умеренных дозах оказывает ростостимулирующий эффект на растения (Feng et al., 2013ж Hartikainen and Xue, 1999; Sajedi et al., 2011; El-Ramady et al., 2014) и защищает от вредных насекомых, патогенов (Hanson et al., 2003), оксидантного стресса (Xue et al., 2001) и дефицита влаги в почве (Wang et al., 2011). В последние годы уровень потребления растений рода Brassica возрос в связи с установлением высокой пищевой ценности и мощного положительного действия на здоровье человека благодаря богатому минеральному составу, высокому содержанию антиоксидантов и глюкозинолятов, инактивирующих канцерогенные метаболиты в организме человека и ингибирующими развитие рака in vitro и in vivo (Fouad et al., 2013; Samec et al., 2016; Park et al., 2014; Tortorella et al., 2015). Возможность получения функциональных продуктов питания на основе капустных культур с повышенным содержанием селена исследовалась на брокколи, проростках капусты брюссельской и белокочанной (White and Broadley, 2009), а также на капусте цветной (Avila et al., 2014, Oancea et al., 2015).

Целью настоящего исследования было исследование закономерностей аккумулирования селена капустой цветной при внекорневом внесении селената натрия и получение функционального продукта с повышенным содержанием селена и других антиоксидантов.

• 2.    Материалы и методы

  • 2.1    Условия выращивания

    Исследования проводили в 2018-2019 годах на капусте цветной сорта Полярная звезда на экспериментальных полях ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства», Московская обл. (55о 39’ 23’’ N, 37o 12’ 43’’ E). Семена высевали в теплице в конце апреля в кассеты с торфокомпостной смесью Агробалт. Высадку в грунт осуществляли в конце мая по схеме 35 см между растениями и 70 см между рядами. Уборку урожая осуществляли в фазу технической спелости головки (середина августа).

• 2.2.    Содержание сухого вещества устанавливали гравиметрическим высушиванием образцов при 70°С до постоянной массы (Кидин и др., 2008).

• 2.3.    Содержание нитратов устанавливали на гомогенизированных образцах с использованием ион селективного электрода на иономере Эксперт-001 (ООО ‘Эконикс’. Россия).

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

• 2.5.    Содержание полифенолов устанавливали спектрофотометрически на спектрофотометре Uniсo (США) с использованием реактива Фолина-Чиокалтеу (Голубкина и др., 2020) 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 ГКЭ/г с.м.).

• 2.6.    Уровень антиоксидантной активности (АОА) определяли титрометрически с использованием 0,01 N

  раствора перманганата калия (Голубкина и др., 2020).

• 2.7.    Содержание моно- и ди-сахаров осуществляли цианидным методом (Кидин, 2006).

• 2.8.    Статистическую обработку результатов проводили с помощью компьютерной программы Excel.

Почвы экспериментального участка дерново-подзолистые среднесуглинистые. Содержание гумуса – 1,62%, рН 6,1, гидролитическая кислотность – 1,32 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований – 19,2 мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями – 93,6%, содержание подвижного фосфора – 472 мг/кг почвы, обменного калия – 167 мг/кг почвы, минерального азота – 9 мг/кг, селена – 240 мкг/ кг с.м.

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%.

Предшественником капусты в исследованиях была фасоль овощная.

Экспериментальный протокол включал 4 обработки: 1) контроль; внекорневое внесение: 2) 50 мг/л селената натрия (150 мг/м2, 0,26 mM раствор селената натрия); 3) 75 мг/л селената натрия; 4) 100 мг/л селената натрия. Опрыскивание раствором селената натрия растений проводили в фазу формирования головки: обработка – 13-15 июля, вторая – через 10 дней. Обработку осуществляли в 18 часов вечера, чтобы исключить возможные ожоги растения в утренние часы. В работе использовали ручной ранцевый опрыскиватель Solo с нормами расхода рабочего раствора 300 л/га. Опыты проводили в трех проворностях (по 15 растений). Внекорневое обогащение селеном было выбрано в связи с большей эффективностью обогащения по сравнению с внесением селена в почву (Kapolna et al., 2012).

В фазе технической спелости образцы капусты цветной (n=10) взвешивали отдельно головки (соцветия), листья и корни растения. Корни промывали водой для удаления остатков почвы. Все образцы измельчали и гомогенизировали.

Результаты и обсуждения

Влияние обогащения на урожайность и массу растений

Ростостимулирующий эффект селена описан для многих сельскохозяйственных культур. Однако аналогичные данные для капустных культур весьма ограничены. Так, при выращивании брокколи внесение селената натрия в почву достоверно не влияло на урожай капусты (Adhikari, 2012). При внекорневом обогащении капусты цветной раствором селената натрия в присутствии бетанина и 1% раствора адьюванта концентрации 10 мкМ положительное действие на урожай растений наблюдался только в условиях дефицита влаги (Utoiu et al., 2017). Исследования обогащения селеном на других капустных культурах проводили только на проростках (El-Ramadi et al., 2014). Многочисленные работы свидетельствуют о ростостимулирующем действии селена и увеличении продуктивности других видов растений (Broadley et al., 2012) Ростостимулирующий эффект связывают с повышением способности растений противостоять активным формам кислорода в стрессовых условиях (Fenget al., 2013). Se активирует ферменты антиоксидантного действия, такие как глутатион пероксидаза и суперооксид дисмутаза (Hartikainen et al., 2000; Djanaguiraman et al., 2010), повышает концентрацию антиоксидантов, таких как альфа-токоферол и снижает перекисное окисление липидов (Hartikainen et al., 2000).

Применение более высоких концентраций селената натрия при обогащении капусты цветной по сравнению с работой (Utoiu et al., 2017) и использование вечерней обработки растений выявило возможность значительного повышения продуктивности капусты цветной по сравнению с контролем (табл.1). При использовании концентрации 75 мг селената натрия/л увеличение уро-

Рис.1. Влияние селената натрия на массу листьев, соцветий и корней капусты цветной

Fig.1. Effect of sodium selenite on leaves, inflorescence and roots mass жая составило 0,12 кг, что на 30%, выше, чем в контроле (табл. 1). С другой стороны, обращает внимание, что, если урожай капусты цветной в целом достоверно не различался между вариантами с использованием разной концентрации селена, то более мощное влияние было обнаружено для листьев и корней, наибольшая масса которых была установлена при использовании концентрации селената натрия 75 мг/л (табл.1, рис.1).

Влияние обогащения селеном на товарность продукции была не достоверна между вариантами, однако, наблюдалась тенденция к повышению товарности благодаря внесению микроэлемента (табл.1).

Влияние обогащения на антиоксидантный статус

Известно, что в условиях применения умеренных концентраций селена для многих сельскохозяйственных культур наблюдается увеличение антиоксидантного статуса растений. Так, на индийской горчице показано возрастание содержания аскорбиновой кислоты и флавоноидов в 1,1 и 2,23 раза соответственно при вне-

Таблица 1. Влияние обогащения селеном на урожайность капусты цветной Table 1. Selenium biofortification effect on yield of cauliflower

Показатель Parameters		Концентрация селената натрия, мг/л Na 2 Se0 4 concentration, mg/L
		0	50	75	100
Общая масса, г Total mass, g		1121a	1365b	1899c	1593d
Масса головки, г Inflorescence mass, g		390a	480b	510b	500b
Масса корней, г Root mass, g		105a	124b	147c	136c
Урожайность, т/га Yield, t/ha	Общая Total	18.5a	22.8b	24.2b	23.7b
	Товарная Marketable	17.1a	21.6b	23.1b	22.5b
Товарность, % Marketability		92.4a	94.7a	95.5a	94.9a

Значения в рядах с одинаковыми индексами статистически не различаются согласно тесту Дункана при P <0.05

Таблица 2. Влияние обогащения селеном на содержание антиоксидантов в капусте цветной Table 2. Selenium biofortification effect on antioxidants content in caulifower

Показатель Parameter	Орган Organ	Концентрация селената натрия Na 2 Se0 4 , мг/л
		0	50	75	100
Аскорбиновая кислота, мг/100 г	Соцветие inflorescences	61.5a	105b	122c	93.6b
Ascorbic acid, mg/100 g	Лист Leaves	62.7a	111b	119b	82.4c
Полифенолы, мг ГКЭ/г с.м. Polyphenols, mg-GAE/ g.d.w.	Соцветие Inflorescences	22.4a	19.8a	18.3a	20.0a
	Лист Leaves	18.3a	19.6a	16.7a	17.2a
	Корень Roots	7.9a	7.1a	6.8a	6.3b
	Соцветие Inflorescences	23.3a	18.7b	20.2b	24.8a
Антиоксидантная активность, мг ГКЭ/г с.м. Antioxidanl activity, mg-GAE/ g.d.w.	Лист Leaves	24.5a	25.8a	22.8a	22.7a
	Корень Roots	12.4a	9.9ab	10.0ab	9.5b

Значения в рядах с одинаковыми индексами статистически не различаются согласно тесту Дункана при P <0.05

Рис.2. Влияние внекорневого обогащения селеном на накопление аскорбиновой кислоты (а), полифенолов (b) и показателя антиоксидантной активности жирорастворимых антиоксидантов (АОА) в листьях и соцветиях капусты цветной

Fig.2. Effect of selenium biofortification on accumulation of ascorbic acid (a), polyphenols (b) and antioxidant activity (AOA) in leaves and inflorescences of cauliflower

корневой обработке растений раствором селената натрия 50 мг/л (Golubkina et al., 2018). Установлено положительное действие двуокиси селена на накопление фенольных соединений рапсом (Thiruvengadam, Chung, 2015). С другой стороны, исследования Adhikari (2012) показали, что внесение селената натрия в дозах 20-80 мг в почву не влияло на содержание полифенолов в брокколи и лишь незначительно увеличивало урожайность растений. Данные таблицы 2 показывают, что внекорневое обогащение капусты цветной не влияет на концентрацию полифенолов и содержание жирорастворимых антиоксидантов (АОА), однако, значительно стимулирует биосинтез аскорбиновой кислоты.

С другой стороны, пересчет полученных показателей на одно растение свидетельствует о существовании максимума накопления и аскорбиновой кислоты и полифенолов и показателя антиоксидантной активности жирорастворимой фракции при использовании концентрации селена 75 мг/л (рис.2 a-c). Интересно в связи с этим отметить, что резкое возрастание содержания аскорбиновой кислоты, полифенолов и показателя АОА более характерно для листьев, чем соцветий.

Влияние на содержание сухого вещества, нитратов и сахаров

На рапсе Brassica napu s установлено, что внесение в почву селената натрия приводит к возрастанию содержания сахаров, свободных и серу-содержащих аминокислот в семенах при максимальном положительном эффекте внесения 2 мг Se/кг почвы (Bansal et al., 2012). Напротив, в работе отмечается, что разные уровни селена в почве достоверно не влияют на содержание сухого вещества. На люцерне показано, что обогащение селеном растений увеличивает концентрацию углеводов (Hajiboland et al., 2015).

В настоящем исследовании выбранные концентрации селената натрия не оказывали достоверного влияния на содержание сухого вещества (табл.3), а уровень сахаров при внекорневой

Таблица 3. Влияние обогащения селеном на содержание сухого вещества, нитратов и сахаров в капусте цветной Table 3. Effect of selenium biofortification on cauliflower dry matter, nitrates and carbohydrates content

Показатель Parameter	Орган Organ	Концентрация селената натрия Na 2 Se0 4 Concentration, mg/L
		0	50	75	100
Сухое вещество, %	Соцветие Inflorescences	9.15a	10.9a	9.64a	10.8a
Dry matter, %	Лист Leaves	16.9a	16.2a	15.5a	15.6a
Нитраты, мг/кг	Соцветие Inflorescences	122a	138a	122a	162b
Nitrates, mg/kg d.w.	Лист Leaves	163ac	137b	153a	183c
Моносахара, % Monosaccharides, %	Соцветие	2.47b	2.52b	2.42b
Сумма сахаров, % Total sugar, %	Inflorescences	1.60a	2.68b	2.68b	2.89b

Значения в рядах с одинаковыми индексами статистически не различаются согласно тесту Дункана при P<0.05

обработке растений раствором селената натрия возрастал в 1,5-1,6 раз. Обращает внимание, что в интервале концентраций селената натрия 50-100 мкг/л различия в накоплении сахаров между вариантами были недостоверны и только пересчет полученных значений на одно растение позволяет выявить максимальный уровень сахаров при концентрации селената 75 мг/л.

Что касается накопления нитратов, то уровень последних возрастал в соцветиях и листьях при использовании наиболее высокой концентрации селената (100 мг/л).

Аккумулирование селена

Проблема внекорневого обогащения капустных культур селеном во многом связана с высоким содержанием воска в листьях, препятствующему быстрой абсорбции микроэлемента. В этих условиях опрыскивание растений раствором солей селена в утренние часы сопровождается значительными потерями селена, когда часть капель скатывается с листьев благодаря гидрофобной поверхности листьев, а оставшаяся часть быстро высыхает на поверхности листа, не успев

Рис.1. Влияние селената натрия на массу листьев, соцветий и корней капусты цветной

Результаты внекорневого обогащения капусты цветной селенатом натрия, представленные на рисунке 3, свидетельствуют об эффективности процесса обогащения, обеспечивающего возможность получения соцветий капусты цветной с высоким содержанием селена.

В выбранных условиях потребление 100 г капусты цветной, обогащенной селеном, может обеспечить поступление в организм человека от 69 мкг, 89 мкг до 296 мкг селена в зависимости от используемой дозы микроэлемента, что соответствует 100% суточной потребности в селене при использовании 50 мг Se/л, 127% – для соцветий, обогащенных 75 мг Se/л и 418% – для соцветий, обогащенных 100 мг Se/л. Принимая во внимание незначительные различия в содержании сахаров и антиоксидантов в соцветиях капусты, обогащенной разными дозами селена, оптимальным представляется использование раствора селената натрия в концентрации 50 мг/л.

Заключение

Проведенные исследования по обогащению селеном капусты цветной свидетельствуют о перспективности использования метода внекорневого способа внесения микроэлемента и возможности значительного увеличения урожайности, содержания аскорбиновой кислоты, сахаров и селена.

Об авторах:

Marina S. Antoshkina – Cand. Sci. (Agriculture), senior researcher,

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

Lyudmila L. Bondareva – Doc. Sci. (Agriculture), Head of Laboratory of Cole

Crop Breeding and Seed Production, 0000-0002-0912-5913