Применение БИК-анализа для исследования химического состава листовой редьки

УДК 635.33:543.421/. 424

О. В. Елисеева, А. Ф. Елисеев, С. Л. Белопухов

ПРИМЕНЕНИЕ БИК-АНАЛИЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

ЛИСТОВОЙ РЕДЬКИ

Ключевые слова: листовая редька, ближняя инфракрасная спектроскопия, химический состав.

Методом ближней инфракрасной спектроскопии исследован химический состав растений листовой редьки, которая является зеленной культурой с коротким периодом вегетации. Показано, что применение некорневой обработки вегетирующих растений раствором трехвалентного хрома в фазу массовой линьки корня привело к образованию более нежных и сочных листьев. С использованием БИК-спектроскопии установлено, что с увеличением концентрации Cr3+ в растворе содержание клетчатки в листьях снижалось с 18,52% до 17,82%, а в корнях увеличивалось с 14,75% до 16,37%. Возрастало содержание сахаров в корнях растений с 24,54% до 26,96%. Наибольшее содержание сахаров в листьях 14,57% было при концентрации хрома в растворе 0,002%, наименьшее (12,35%) - при концентрации Cr3+ 0,005%. В зависимости от концентрации Cr(III) в растворе содержание сырого протеина в листьях составило 15,62-16,37%, жира - 2,39-2,64%, золы - 10,81-11,60%. В корнях растений при этом количество сырого протеина составило 8,72-11,35%, жира - 2,03-2,68%, золы -9,27-10,51%. Наименьшее количество крахмала в листьях 1,62% было при некорневой обработке растений Cr(III) в концентрации 0,002%.

Keywords: leaf radish, near-infrared spectroscopy, chemical composition.

The chemical composition of leaf radish plants (leaf vegetable with short period of vegetation) was inspected with the method of near-infrared spectroscopy. The usage of topdressing with trivalent chrome solution on vegetating plants in the phase of mass molting of the root is shown to lead to formation of more soft and juicy leaves. With application of NIS it was found out that increase of Cr^+ concentration causes the decrease of cellulose content in the leaves from 18.52% to 17.82%, in the roots - increase from 14.75% to 16.37%. The sugars content in the roots of plants also increased from 24.54% to 26.96%. The greatest sugars content in the leaves (14.57%) was measured at the concentration of 0.002%. The least sugars content (12.35%) was measured at the concentration of 0.005%. Depending on the Cr(III) concentration in the solution the wet protein content in the leaves was 15.62-16.37%, fat -2.39-2.64%, ash - 10.81-11.60%. At the same time, the wet protein content in the roots was 8.72-11.35%, fat - 2.032.68%, ash - 9.27-10.51%. The least amount of starch in the leaves (1.62%) was measured after the topdressing with Cr(III) in a concentration of0.002%.

Введение

Большое внимание исследователей к проблеме изучения роли различных микроэлементов в жизни растений связано не только с изучением их функций в растительном организме, но и с организацией сбалансированного питания людей, так как поступление микроэлементов в организм человека тесно связано и зависит от содержания их в растительной продукции.

Урожай сельскохозяйственных культур, его минеральная полноценность, а, следовательно, продуктивность животноводства и здоровье людей во многом зависят от содержания микроэлементов в растительной продукции. Известно, что роль микроэлементов в растении многообразна и значительна. Они, участвуя в различных биологических и физиологических процессах, активизируют деятельность ферментов, витаминов и гормонов, которые, в свою очередь, влияют на процессы синтеза органических веществ, входят в состав биологически активных веществ и способствуют повышению продуктивности сельскохозяйственных культур и улучшению качества продукции.

Изучению содержания хрома в растениях стало уделяться внимание в связи с его участием в метаболизме глюкозы и холестерина в организме человека и животных [1, 2]. В норме в организме постоянно должно быть около 6 мг хрома. В сутки

человеку требуется от 50 до 200 мкг хрома, но из неорганических соединений он усваивается плохо. При низком содержании хрома в рационе наблюдается поражение роговицы с помутнением и гиперемией сосудов радужной оболочки, а также увеличение содержания холестерина в крови и развитие сахарного диабета [3, 4]. В больших дозах хром становится токсичен для человека [5].

Главным источником поступления хрома в организм животного и человека является растительное сырьё. Хром входит в элементный состав растений, которые поглощают его, главным образом, из почвы. Валовое содержание хрома в почвах достаточно высокое, но доля растворимых, то есть доступных для растений форм очень мала. Следовательно, накопление хрома растениями незначительно [6]. Однако хром может поступать в растения не только через корневую систему, но и через листья [7].

По данным ФАО чаще всего в растительных продуктах содержится 20-50 мкг/кг хрома, причем наибольшие концентрации отмечены в корнях, наименьшие - в листьях и стеблях [8]. Физиологическая роль хрома в растениях изучена недостаточно [9, 10]. Однако известно, что Сг в растениях играет роль стабилизатора нуклеиновых кислот в их пространственной конфигурации, включается через группы нуклеотидов в состав протеидов [1]. Также этот микроэлемент участвует в активизации окислительно-восстановительных

ферментов, в процессах дыхания и фотосинтеза, стимулирует образование и окисление аскорбиновой кислоты [11, 12], способствует повышению содержания в листьях хлорофиллов а и Ь, суммы каротиноидов, изменяет активность циклического и нециклического фотофосфориллирования [13], а также участвует в продуцировании флавоноидов [9, 10]. Все это, в конечном итоге, сказывается на качестве полученной продукции. Наряду с данными о стимулирующем действии хрома на растения [14] существуют данные и о его токсичности для растений, причём токсичность этого элемента для растений зависит от его степени окисления и присутствия в почве доступных хроматов [1, 15, 16]. Следует иметь в виду, что большую опасность для растений представляет не дефицит, а избыток Сг в их среде обитания. Внешне токсичность этого элемента проявляется в снижении роста и развития растений, увядании надземной части, хлорозе молодых листьев, а также в повреждении корневой системы. Кроме того, избыток хрома приводит к снижению содержания многих макро- и микроэлементов, например К, Р, Fe, Мп, Си, В [6].

Анализ большинства растительных образцов требует сложной многостадийной пробоподготовки, существенных затрат времени, реактивов и высокой квалификации аналитика. Спектроскопия в ближней инфракрасной области лишена этих недостатков. БИК-анализ основан на измерении спектров отражения или пропускания образцов в спектральном интервале, проявления составных частот и обертонов фундаментальных частот колебаний молекул воды, белка, жира, клетчатки, крахмала и других важных компонентов исследуемых проб с последующим расчетом величины показателя по встроенной в анализатор градуировочной модели. Спектральная БИК-область охватывает диапазон длин волн 750-2500 нм. Излучение в этой спектральной области имеет большую проникающую способность и одновременно совершенно безопасно для биологических объектов. Благодаря этому можно проводить анализ различных сельскохозяйственных культур без ущерба для образцов. Главными преимуществами БИК-анализаторов являются быстрота измерений (процесс анализа занимает 2-3 минуты), отсутствие пробоподготовки и реактивов, измерение проб без их разрушения и высокая точность определений [17, 18, 19].

Цель исследований - изучить влияние трехвалентного хрома на химический состав

Таблица 1 - Агрохимическая характеристика почвы

листовой редьки сортообразца южнокорейской селекции VR-Tv-28 (Raphanus sativus L. subsp. sinensis convar. oleiferus (L.) Sazon. et Stankev.) при некорневой обработке вегетирующих растений раствором хромокалиевых квасцов. В представленной работе приведены результаты экспериментальных исследований по содержанию основных органических веществ и золы в готовой продукции данной культуры методом ближней инфракрасной спектроскопии.

Экспериментальная часть

Опыт по изучению влияния некорневой обработки (НО) вегетирующих растений редьки раствором хромокалиевых квасцов на химический состав готовой продукции редьки проводили на базе УНПЦ ООС имени В.И. Эдельштейна РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2014 году в открытом грунте. Посев проводили 13 августа по схеме 50*10 см. Появление массовых всходов - 18 августа. Площадь учётной делянки 2 м2 Площадь питания 1 растения составила 50 см2, густота стояния растений 20 раст./м2 Раствор хромокалиевых квасцов (KCr(SO4)2*12H2O) применяли в двух концентрациях 0,002% и 0,005 % по Cr. Опыт проводили в 3-кратной повторности по следующей схеме: NPK (фон) - контрольный вариант; NPK + НО Cr 0,002%; NPK + НО Cr 0,005 %. В качестве фонового макроудобрения при посеве в почву вносили нитроаммофоску из расчёта 30 г/м2. Обработку раствором трёхвалентного хрома проводили путём опрыскивания вегетирующих растений в фазу массовой линьки корня. В фоновых вариантах растения обрабатывали

дистиллированной водой. Учет урожая и оценку его качества проводили в фазе технической спелости (16 сентября). При этом период вегетации составил 30 дней. Отбор растений на анализы осуществляли по общепринятым методикам.

У листовой редьки в пищу употребляют все растение. В готовой продукции, отдельно в листья и корнях, определяли содержание протеина, клетчатки, липидов, золы, сахаров и крахмала на инфракрасном анализаторе SpectraStar марки «2500XL-R».

В таблице 1 представлены данные по агрохимическому анализу дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, на которой выращивали редьку.

Гумус, % рНкс1 Нг, мг-экв/100 г почвы Nn/wp. P2O5 K2O V, % Se, мкг/кг сухой массы

мг/кг почвы

2,7 6,3 0,89 84 271 194 93,7 212,97

Почва, на которой выращивалась редька, калия, а также среднюю обеспеченность азотом,

достаточно окультурена, имеет высокую реакция среды нейтральная, невысокое содержание

обеспеченность подвижными формами фосфора и

гумуса, что характерно для почв Центрального Нечерноземья.

Анализ опытных образцов показал (табл. 2), что содержание сырого протеина в листьях достоверно последовательно снижалось при увеличении концентрации Сг3+ в растворе с 16,37% (контрольный вариант) до 15,62% в варианте №К+НО Сг 0,005%. В корнях растений в варианте №К+НО Сг 0,002 % наблюдалось увеличение протеина до 11,35%, что на 2,42% больше, чем в контроле. Однако при увеличении концентрации хрома в растворе до 0,005 % содержание протеина в

Таблица 2 - Химический состав листовой редьки, %

корнях снижалось и стало меньше уровня контроля

- 8,72%.

При некорневой обработке редьки раствором Сг(Ш) отмечено, что листья стали более нежными и сочными, что связано со снижением доли клетчатки в листьях с 18,52% в контроле до 17,82% в варианте №К+НО Сг 0,005%. В корнях, напротив, содержание клетчатки последовательно возрастало с увеличением концентрации хрома в растворе. Так, в контрольном варианте в корнях редьки доля клетчатки составляла 14,75 %, в варианте №К+НО Сг 0,002% - 15,96%, а варианте №К+НО Сг 0,005%

- 16,37%.

абсолютно сухое вещество

Вариант Часть растения Протеин Клетчатка Жиры Зола Сахара Крахмал

№К (фон) листья 16,37±0,02 18,52±0,02 2,64±0,01 11,43±0,01 12,72±0,02 4,86±0,02

корни 8,93±0,01 14,75±0,01 2,14±0,01 9,77±0,01 24,54±0,01 9,40±0,02

№К+НО Сг 0,002% листья 16,31±0,01 17,84±0,01 2,61±0,02 10,81±0,01 14,57±0,01 1,62±0,02

корни 11,35±0,01 15,96±0,01 2,68±0,02 10,51±0,01 24,71±0,01 9,39±0,01

№К+НО Сг 0,005% листья 15,62±0,01 17,82±0,02 2,39±0,02 11,60±0,02 12,35±0,01 3,33±0,02

корни 8,72±0,02 16,37±0,02 2,03±0,01 9,27±0,01 26,96±0,01 9,55±0,01

Содержание жиров в листьях также снижалось при обработке раствором Сг(Ш) с 2,64 до 2,39 %. В корнях растений наблюдалась другая картина. При концентрации Сг3+ в растворе 0,002 % доля жиров возрастала до 2,68 %. В варианте с №К+НО Сг 0,005 % отмечено ее снижение ниже контрольного уровня - 2,03% против 2,14 %.

Зольность растений листовой редьки в фазе технической спелости в контрольном варианте составила 11,43 % в листьях и 9,77 % в корнях. После некорневой обработки растений в фазу массовой линьки корня содержание золы в листьях в конце опыта снижалось в варианте №К+НО Сг 0,002 % до 10,81 %, а в корнях увеличивалось до 10,51 %. С увеличением концентрации ионов Сг3+ до 0,005 % зольность листьев возросла и составила 11,60 % в листьях, что выше, чем в контроле. В корнях же, напротив, отмечено снижение содержания зольных элементов ниже контроля (9,27%).

К учету урожая в растениях листовой редьки произошло достаточно высокое накопление сахаров, причем в корнях их было в 1,7-2,2 раза выше, чем в листьях. Максимальное содержание сахаров (14,57%) было в листьях в варианте №К+НО Сг 0,002%. В корнях при обработке растений раствором трехвалентного хрома количество сахаров возрастало при увеличении концентрации

Сг3+ и наибольшим было в варианте №К+НО Сг 0,005 % (26,96 %).

У редьки, как корнеплодной культуры, запасающим органом является корнеплод. Листовая редька отличается незначительным формированием корнеплода. Тем не менее, более высокое содержание крахмала отмечено в подземной части растений. Количество крахмала здесь находилось в пределах 9,39-9,55 %, причем наименьшее было в варианте №К+НО Сг 0,002 %, а наибольшее - в варианте №К+НО Сг 0,005 %. В надземной части растений содержание крахмала было на уровне 1,624,86 %. Наименьший показатель зафиксирован в листьях растений при концентрации Сг(Ш) 0,002 %.

Заключение

Отличаясь ускоренным темпом роста, листовая редька за короткий период вегетации успевает накопить достаточно высокое содержание питательных веществ. Некорневая обработка листовой редьки в фазу массовой линьки корня оказывала достоверное влияние на рассматриваемые показатели химического состава как надземной, так и подземной частей растений. Под действием трехвалентного хрома листья становились более нежными и сочными, в то время как корни приобретали большую сахаристость.

Литература

1. А.Х. Шеуджен, Биогеохимия, ГУРИПП «Адыгея», Майкоп, 2003. 1028 с.

2. М.Я. Ловкова, Н.Г. Бузук, С.М. Соколова, Известия РАН. Серия биологическая, 5, 552-564 (1996).

3. В.И. Савич, С.Л. Белопухов, В.А. Седых, Д.Н. Никиточкин, Известия ТСХА, 6, 5-11 (2013).

4. Ф.Я. Сапрыкин, Геохимия почв и охрана природы, Недра, Л., 1984. 231 с.

5. С.Л. Белопухов, Н.П. Буряков, Т.В. Шнее, Химическая сертификация сельскохозяйственной продукции, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, М., 2012. 160 с.

6. В.М. Боев, В.Ф. Куксанов, В.В. Быстрых, Химические канцерогены среды обитания и злокачественные новообразования, Медицина, М., 2002. 344 с.

7. С.Л. Белопухов, И.И. Дмитревская, А.В. Жевнеров, А.Ю. Волков, Достижения науки и техники АПК, 7, 5456 (2011).

8. Р.О. Бутовский, Агрохимия, 4, 73-91 (2005).

9. Л.Р. Ноздрюхина, Н.И. Гринкевич, Нарушение микроэлементного обмена и пути его коррекции, Наука, М., 1980. 280 с.

10. Н.Ф. Гусев, Г.В. Петрова, О.Н. Немерешина, Лекарственные растения Южного Урала (выращивание и использование), Оренбург, 2007. 358 с.

11. В.Т. Куркаев, А.Х. Шеуджен, Агрохимия, ГУРИПП «Адыгея», Майкоп:, 2000. 552 с.

12. K.A. Anderson, Sci. Total Environ., 17, 13-29 (1981).

13. О.К. Добролюбский, В.Г. Страхов, Агрохимия, 3, 96102 (1983).

14. О.В. Елисеева, А.Ф. Елисеев, Бутлеровские сообщения, 30, 4, 153-156 (2012).

15. А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас, Микроэлементы в почвах и растениях, Мир, М., 1989. 439 с.

16. S. Samantary, P. Das, Fresnius Environmental Bull., 6, 633-641 (1997).

17. ГОСТ Р 50817-95, Комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки и влаги с применением спектроскопии в БИК области. Изд-во стандартов, Москва, 2010. 8 с.

18. В.Л. Шептун, Введение в метод спектроскопии в ближней инфракрасной области: методическое пособие, Центр методов инфракрасной спектроскопии ООО «Аналит-Стандарт», Киев, 2005. 85 с.

19. С.Л. Белопухов, А.Ф. Сафонов, И.И. Дмитревская, С.А. Кочаров, Известия ТСХА, Вып. 1, 128-131 (2010).

© О. В. Елисеева - к.б.н., доцент кафедры химии, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, elysol11@yandex.ru.ru; А. Ф. Елисеев - к.с/х.н., доцент кафедра овощеводства, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, donkazak46@yandex.ru; С. Л. Белопухов - проректор по науке и инновационному развитию, д. с.-х. наук, профессор, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, SBelopuhov@rgau-msha.ru.

© O. V. Eliseeva - PhD in Biology sciences, associate professor of Inorganic and Analytical Chemistry dept., Russian Timiryazev State Agrarian University, elysol 11 @yandex.ru; A. F. Eliseev - PhD in Agriculture sciences, associate professor of Olericulture dept., Russian Timiryazev State Agrarian University, donkazak46@yandex.ru; S. L. Belopukhov - Dr. Agr. Sci., Professor, Dept. of Chemistry, Russian Timiryazev State Agrarian University, SBelopuhov@rgau-msha.ru.