Водный экстракт из листьев стевии (Stevia rebaudiana Bertoni) - возможность применения в качестве биостимулятора роста растений в светокультуре

При поиске и создании новых эффективных стимуляторов роста растений природного происхождения большой интерес вызывает стевия – Stevia rebaudiana Bertoni, известная как медовая трава из-за содержащихся в ее листьях сладких диетических стевиолгликозидов (СГ), сладость которых до 300 раз выше, чем у сахарозы. Очищенные СГ, а именно стевиозид (СТ) и ребаудиозид А (РА), а также сухой лист стевии являются коммерчески значимыми продуктами. Они в больших объемах продаются на рынке пищевых добавок как низкокалорийные безопасные для здоровья человека подсластители. В сухом листе большинства культивируемых генотипов стевии обычно содержится от 5 до 15% СГ [4-6]. Стевиолгликозиды являются производными стевиола, по химической структуре сходны с гиббереллинами и синтезируются по общему с гиббереллинами метилэритритол-фосфатному пути биосинтеза изопреноидов [7]. В ряде публикаций показано, что очищенные СГ в растворах в низких концентрациях обладают гиббереллиноподобным эффектом [8-11]. Также показана их роль в повышении устойчивости растений к действию различных стрессоров – засухи, низких температур, тяжелых металлов [11-13].

Помимо СГ, в листьях стевии содержится 7–20% белка, до 10% свободных аминокислот, полифенолы, эфирные масла, жирные кислоты, витамины, минеральные элементы [4], многие из которых, также, как и СГ, экстрагируются горячей водой и могут влиять на биологическую активность экстрактов. В ряде публикаций отмечается высокая антиоксидантная активность экстрактов из листьев сте- вии, которая определяется, прежде всего, высоким содержанием в них полифенолов и флавоноидов. Более высокая биологическая активность экстрактов из стевии по сравнению с очищенными СГ отмечена в работе С.Ш. Асрандиной с соавт. (2013). Показано, что водный и водноспиртовой экстракты в большей степени стимулировали прорастание семян и рост проростков стевии, чем растворы чистых стевиолгликозидов [14]. Наши предыдущие исследования выявили, что обработка семян и некорневая обработка растений водным экстрактом из листьев стевии способствовала ускорению роста проростков и повышению биомассы растений, а также улучшала их биохимические характеристики [15]. Продолжением работы, посвященной изучению влияния экстрактов из стевии на рост, развитие, урожай и качество растений и возможностей использования их в качестве стимуляторов роста в светокультуре, является настоящее исследование.

Цель работы – изучить влияние водного экстракта из листьев стевии на урожай и качество листовой (салат) и корнеплодной (редис) овощных культур в условиях интенсивной светокультуры.

Материалы и методы.

Объектами исследований служили растения салата листового сорта Тайфун (семена производства ООО «Сортсемовощ») и редиса европейского сорта Ризенбуттер (семена производства ООО «Группа компаний «Гавриш»). Для получения водного экстракта (маточный раствор) использовали сухой лист стевии (сушка при температуре 80 °C), собранный от образца № 3-7 (10 растений одного генотипа) из коллекции образцов стевии ФГБНУ АФИ. Образец был предварительно идентифицирован в лаборатории биохимии почвенно-растительных систем ФГБНУ АФИ по содержанию основных СГ: 9,9–12,4% СГ (СТ 7,7±0,9 и РА 3,5±0,7 %) в сухом листе. Для получения экстракта навеску тонко измельченных в ступке до состояния пудры сухих листьев массой 1,0 г помещали в колбу объемом 100 мл, добавляли 20 мл горячей воды и термостатировали в течение 30 минут при температуре 80°С с последующей фильтрацией горячего экстракта в мерную колбу через бумажный фильтр. Осадок измельченных листьев с фильтра снова переносили в колбу, экстракцию навески проводили подобным образом троекратно для наиболее полного извлечения стевиогли-козидов, объединяя экстракты и доведя конечный объем водой до 100 мл. Общее время экстракции образца составляло 90 мин. Содержание сладких гликозидов (сте-виозид и ребаудиозид А) в образце и в маточном экстракте анализировали по методике, описанной в Руководстве [16].

Редис высевали сухими семенами в пластиковые рассадные кассеты размером 53х31х7 см (28 ячеек) по два семени в ячейку с последующим прореживанием до одного растения в ячейке. Салат высевали сухими семенами на рассаду в рассадный лоток, затем на 13 сутки от посева (стадия 3–4 настоящего листа) пикировали на постоянное место в пластиковые горшки размером 7х7х6,5 см. Субстратом служил торф с минеральными добавками. Для полива использовали воду, подкормку питательным раствором Кнопа осуществляли три раза в неделю. Полив и подкормку проводили вручную. Растения выращивали на оригинальных ярусных вегетационно-облучательных све-тоустановках на биополигоне ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург) [17] при 12-часовом фотопериоде, освещенности 15–20 клк для редиса и 10–15 клк – для салата. Источниками света служили лампы ДНаЗ-400 (для редиса) и ДНаЗ-250 (для салата) производства ООО «Рефлакс». Температуру в помещении поддерживали на уровне 22…26°С днем и 18…20°С ночью.

Некорневую обработку растений проводили с помощью помпового опрыскивателя два раза за вегетацию: редис – на 13 сутки от посева (стадия начала формирования корнеплода) и через неделю после первой обработки, салат – на 20 и 27 сутки от посева. Использовали разведения маточного экстракта водой в 10, 50 и 100 раз. Концентрация 1:50 была подобрана ранее как оптимальная для некорневой обработки салата и рассады огурца [15]. Контрольные растения обрабатывали водой. Количество экстракта для некорневой обработки составляло 0,20-0,25 мл из расчета на одно растение салата и 2,50-2,75 мл на одну кассету редиса (0,09-0,1 мл/расте-ние), расчет производился исходя из площади, занимаемой растениями в светоустановке, с тем, чтобы общий объем экстракта соответствовал нормам внесения 250 л/га. Уборку редиса проводили на 27 сутки от посева, салата – на 33 сутки от посева. При уборке учитывали основные биометрические показатели растений. Определение биохимического состава салата осуществляли по стандартным методикам: содержание нитратов – по МУ №5048-89, сухое вещество, моно-, дисахара и сумму сахаров – по Методам [18], витамин С, хлорофилл a, b, сумму хлорофиллов, каротиноиды, антоцианы – по Руководству [19], нитраты – по МУ 5048-89 [20]. Размер оцениваемой выборки для редиса составлял 56 растений (n=2) в варианте, для салата – 24 растения (n=3) в варианте. Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием пакета Microsoft Excel 2016.

Результаты и обсуждение

Некорневая обработка экстрактом из листьев стевии не оказывала достоверного влияния на массу корнеплодов редиса во всем диапазоне концентраций. Однако, отмечено достоверное уменьшение числа застеблевавшихся растений во всех вариантах обработки (на 34-51% по сравнению с контролем) (рис. 1). Также в виде тенденции наблюдалось торможение роста листьев редиса в варианте 1:10 (уменьшение высоты и диаметра розетки, длины листа и массы листьев на 10–14% по отношению к контролю), возможно, вызванное избыточно высокой концентрацией некоторых биологически активных компонентов экстракта. При этом масса корнеплодов и их товарность, а также урожай в данном варианте опыта не

Рис. 1. Влияние некорневой обработки экстрактом стевии на рост и урожайность редиса в светокультуре

Fig. 1. Influence of foliar treatment with stevia extract on the growth and yield of small radish in photoculture

салата и урожайность с квадратного метра на 7–10%, сухую массу – на 13–17% по сравнению с контролем (достоверно при Р ≤ 0,05 для варианта 1:50). Средняя сырая масса растений салата составляла 51,5–56,7 г, урожайность – 5,1–5,7 кг/м². Наблюдалась тенденция к увеличению диаметра розетки салата во всех вариантах опыта и к увеличению количества листьев в вариантах 1:10 и 1:50, при этом размеры листьев (длина и ширина наиболее развитого листа) не отличались от такового в контроле. Также в растениях после обработки отмечено увеличение содержания сухого вещества на 3–8% по отношению к контролю (рис. 2). Содержание сухого вещества в листьях редиса под влиянием экстракта также повышалось – на 8–20% в зависимости от концентрации (достоверно при Р ≤ 0,05 для варианта 1:10, с тенденцией к увеличению при более высоких концентрациях экстракта).

отличались от контроля.

Более низкие концентрации экстракта – 1:50 и 1:100 – не оказывали негативного влияния на рост листьев, в варианте 1:100 наблюдалась тенденция к увеличению количества листьев, длины листа и массы листьев (на 6-9% по отношению к контролю), при этом масса корнеплодов практически не отличалась от таковой в контроле. Экстракт листьев стевии в варианте разведения 1:100 достоверно (Р ≤ 0,05) повышал выход товарных корнеплодов редиса до 90% (в остальных вариантах опыта процент товарных корнеплодов составлял 73-76% от общего числа растений). Благодаря этому урожайность с квадратного метра в данном варианте была на 24,8% выше, чем в контрольном (достоверно при Р ≤ 0,05). В вариантах 1:10 и 1:50 урожайность корнеплодов соответствовала контролю. Средняя масса товарных корнеплодов редиса в опыте составила 12,7–13,8 г.

Некорневая обработка экстрактом стевии в виде тенденции повышала сырую массу листьев

Рис. 2. Влияние некорневой обработки экстрактом стевии на рост и урожай салата в светокультуре

Fig. 2. Influence of foliar treatment with stevia extract on the growth and yield of lettuce in photoculture

Таблица. Биохимические показатели салата с. Тайфун в контроле и при некорневой обработке экстрактом из листьев стевии Table. Biochemical parameters of lettuce var. Typhoon – control and foliar treatment with stevia leaf extract

мг/100 г сырой массы

мг/г сухой массы

Контроль (вода)	4,91	68,29±6,83	22,49±2,47	90,78±9,08	26,32±2,36	1,17±0,18	3,84±0,42	50,92±6,62	14,74±1,92	65,66±8,53	2010±241
Разведение 1:10	5,05	70,96±8,52	24,78±2,97	95,74±9,99	27,06±2,44	2,11±0,32	4,02±0,63	53,01±7,95	36,16±5,42	89,17±13,38	1792±215
Разведение 1:50	5,32	80,35±4,82	28,69±3,16	109,04±8,7 2	30,49±2,43	1,32±0,20	4,84±0,53	52,72±6,85	30,07±3,91	82,79±10,7 6	1964±236

Разведение 1:100

5,05

76,99±6,20

26,56±3,19

103,55±9,32

28,95±2,31

1,11±0,17

4,80±0,48

53,44±8,02

34,90±5,24

88,34±13,25

1876±225

Результаты анализа биохимических показателей листьев салата представлены в таблице. Показано, что экстракт из листьев стевии оказывал влияние на все исследуемые параметры. В листьях салата в результате некорневой обработки во всех вариантах опыта повысилось содержание суммы сахаров (за счет увеличения количества дисахаридов), а также фотосинтетических пигментов (хлорофилла a, b и каротиноидов), что косвенно свидетельствует об активации деятельности фотосинтетической системы. Это подтверждается также увеличением урожайности растений, их сырой и сухой массы. Наблюдалась тенденция к повышению содержания витамина С и понижению содержания нитратов в растениях после обработки экстрактами из стевии. В варианте 1:10 наблюдалось статистически достоверное (Р ≤ 0,05) значительное (на 80% по отношению к контролю) увеличение содержания антоцианов – пигментов, участвующих в повышении устойчивости к стрессу, синтез которых может активироваться у растений в результате различного рода стрессовых воздействий [21]. Вероятной причиной увеличения количества антоцианов может служить избыточно высокая концентрация некоторых биологически активных соединений в данном разведения экстракта. Результаты негативного влияния высоких концентраций экстрактов стевии на некоторые биохимические показатели растений салата и рост надземной части у редиса требуют дополнительного изучения.

Положительный эффект от применения экстракта стевии при некорневой обработке салата и редиса в светокультуре объясняется, по-видимому, прежде всего гиббереллиноподобными свойствами СГ и заключается в увеличении ростовой активности надземной части растений. Наблюдаемые эффекты от применения экстракта стевии сходны с описанными О.И. Яхиным с соавт. (2016), в работе которых сообщается, что ряд препаратов на основе растительного сырья, в том числе водные экстракты из растений, а также биостимуляторы на основе микроорганизмов с выраженным гормоноподобным эффектом способны увеличивать концентрацию пигментов фотосинтеза в листьях, а также повышать биомассу растений [3]. Л.В. Лящева с соавт. [22] в своих экспериментах показали, что препарат на основе гиббереллина повышал урожайность корнеплодной культуры – моркови, в том числе увеличивал выход товарных корнеплодов, что согласуется с полученными нами данными по увеличению выхода товарных корнеплодов редиса при использовании разведения 1:100. В работе [22], кроме того, показан рост содержания в корнеплодах моркови сухого вещества, сахаров, каротина и уменьшение содержания нитратов под влиянием гиббереллина. Сходные изменения в биохимическом состава растительной продукции под воздействием экстракта стевии выявлены нами для салата. Влияние других экстрагируемые из стевии соединений (белки, аминокислоты, вещества фенольной природы и др.), обладающих способностью при определенных концентрациях стимулировать рост растений и повышать качество продукции, требует дополнительного изучения. Однако можно сделать вывод о комплексном положительном действии экстракта стевии как биостимулятора на салат и редис в светокультуре, которое выражается в увеличении выхода товарной продукции и улучшении ее биохимического состава (табл.).

Выводы

Показан комплексный положительный эффект от некорневой обработки растений салата и редиса водным экстрактом из сухих листьев стевии. Он выражается в увеличении сырой и сухой массы, урожая растений, повышении качества и биологической ценности растительной продукции, а также в замедлении перехода редиса к стеблеванию в условиях светокультуры, что обеспечивает увеличение выхода товарных корнеплодов. Рекомендованными к применению для некорневой обработки растений в светокультуре могут служить разведения маточного экстракта (при содержании СГ в сухом листе в пределах 10–15%) 1:50 и 1:100. Разведение 1:10, согласно полученным нами данным, может тормозить рост надземной части и в определенной мере вызывать стресс у растений, о чем свидетельствует увеличение содержания антоцианов в листьях салата. Эффект от применения экстракта из листьев стевии сходен с таковым от применения препаратов на основе фитогормонов и некоторых биостимуляторов с гормоноподобными свойствами растительного и микробного происхождения, при этом экстракт стевии экологически безопасен и достаточно прост в получении благодаря доступности сухого листа на рынке пищевых продуктов.

Об авторах:

Nadezhda G. Sinyavina – Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher,

Alexey A. Kochetov – Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher,

Ksenia V. Egorova – graduate student,

Vitaly E. Vertebny – Senior Researcher,

Yuri V. Khomyakov – Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, Head of the Laboratory of Biochemistry of Soil and Plant Systems,