Влияние селена на урожайность и показатели качества зерна яровой мягкой пшеницы в условиях Южной лесостепи Омской области

УДК 631.95:[504.054:546.23]

Е.Ю. Александровская, А.В. Синдирева, Н.А. Голубкина, Г.И. Чуянова, А.А. Серебренникова

ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНА НА УРОЖАЙНОСТЬ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЗЕРНА ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Одним из наиболее эффективных и безопасных путей оптимизации селенового статуса является агрохимический - использование селенсодержащих удобрений. При этом необходим поиск оптимальных доз и способов применения данного микроэлемента под сельскохозяйственные культуры. Оценка эффективности применения селена должна проводиться как с агрономической, так и с санитарно-гигиенической позиций. При изучении влияния селена на урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы использовали следующие способы применения микроэлемента: основное внесение селенита натрия в почву до посева в дозах 9, 12, 15 кг/га д.в., опрыскивание растений раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,005; 0,01; 0,02%. Урожайность яровой мягкой пшеницы зависит от метеорологических условий года, а также дозы вносимого в почву элемента. Наибольшее влияние на урожайность оказало опрыскивание раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,01%. На данном варианте в среднем за годы исследования прибавка урожайности составила 27,8%. При основном внесении наибольшая прибавка урожайности составила в среднем 11% при внесенной дозе селена 9 кг/га. Накопление селена в зерне яровой мягкой пшеницы зависит от способа его применения. При основном внесении Se в дозах 12-15 кг/га в зерне пшеницы накапливается значительное содержание селена (свыше 5 мг/кг), что может представлять опасность для животных, потребляющих данную растениеводческую продукцию. Наибольший вынос селена урожаем зерна пшеницы достигнут при внесении селена в дозе 15 кг/га. Установлены показатели качества зерна яровой мягкой пшеницы. При внесении селена максимальное содержание клейковины отмечено на варианте с применением его в дозе 12 кг/га. В опыте не установлено четкой зависимости между дозой селена и такими показателями качества зерна, как стекловидность и натура. Применение селена в оптимальной дозе на лугово-черноземной почве под яровую пшеницу энергетически эффективно.

Ключевые слова: яровая пшеница, применение удобрений, селен.

Введение

Широкое распространение микроэлементозов и их значительное влияние на здоровье населения во всем мире определяют необходимость разработки эффективных мер оптимизации обеспеченности человека микроэлементами. Селен (Se) относится к группе из семи элементов (Fe, Ca, Mg, I, Se, Zn, Cu), дефицит которых наиболее значим для жителей планеты [1]. Селен является мощным иммуномодулятором, природным антиоксидантом, эффективно защищает организм от различного рода стрессов. Он необходим для роста, нормальной работы мозга, репродуктивной системы организма.

Селен экспрессирует большое количество белков, содержащих селеноцистеин. К таким Se-содержащим белкам относится в частности глутатионпероксидаза.

Дефицит селена характерен для населения многих стран [2], включая значительную часть территории России [3]. Известно, что от 0,5-1 млрд человек на земле страдают от дефицита Se, еще большая часть населения потребляет пониженные уровни микроэлемента, недостаточные для эффективной защиты организма от сердечно-сосудистых, онкологических и инфекционных заболеваний, включая СПИД.

Среди возможных путей решения проблемы микроэлементозов можно выделить следующие: расширение ассортимента применяемых продуктов питания, обогащение готовых пищевых продуктов микроэлементами, использование биологически активных добавок. Одним из наиболее эффективных и безопасных путей оптимизации селенового статуса является агрохимический - использование селенсодержащих удобрений [3; 4]. В ряде исследований показана эффективность применения препаратов селена в качестве микроудобрения. Растения представляют собой первое звено пищевой цепи переноса микроэлемента, являясь, таким образом, основным источником Se для животных и человека [3-6]. Селен не является эссенциальным элементом для растений, но его использование в процессах биофортифика-

© Александровская Е.Ю., Синдирева А.В., Голубкина Н.А., Чуянова Г.И., Серебренникова А.А., 2016

ции может обеспечить значительные преимущества. Прежде всего, следует учитывать, что растения обладают уникальной способностью переводить неорганические соединения селена в органические, хорошо усваиваемые формы. В то же время повышение продуктивности растениеводства должно быть неразрывно связано с контролем и нормированием качества получаемой сельскохозяйственной продукции [7].

Зерновые культуры занимают значительное место в рационе животных и человека. Представляется перспективным с целью оптимизации элементного статуса населения, проводить мероприятия по обогащению микроэлементами зерновых культур. Действие селена в системе «почва - растение» в условиях Западной Сибири изучено слабо. В связи с этим необходим поиск оптимальных доз и способов применения данного микроэлемента под сельскохозяйственные культуры. Оценка должна проводиться как с агрономической, так и с санитарно-гигиенической позиций [4].

Была поставлена цель исследования - дать агроэкологическую оценку действия селена на урожайность и показатели качества зерна яровой мягкой пшеницы. Объектами исследования являлись зерновая культура (яровая мягкая пшеница Памяти Азиева), микроэлемент селен, лугово-черноземная почва.

Объекты и методы

Полевые опыты в 2013-2015 гг. с яровой мягкой пшеницей проводились на опытном поле Омского ГАУ. Почвенный покров участка, на котором заложен полевой опыт, представлен лугово-черноземной маломощной тяжелосуглинистой почвой.

Для некорневого применения селена использовали раствор селенита натрия в концентрациях 0,005; 0,01; 0,02%, для основного внесения в почву дозы селена в виде селенита натрия составляли 9, 12, 15 кг/га. Опыт заложен в четырехкратной повторности с систематической последовательностью размещения вариантов.

Расчет доз селена проводился согласно исследованиям А.В. Синдиревой [4].

В почву в качестве фона до посева вносились минеральные удобрения: азот в виде аммиачной селитры, фосфор - в виде суперфосфата в дозах 30 кг/га. Посев проводился сеялкой ССФК-7М. Полевые наблюдения и учеты проводились согласно методике государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. Фиксировались следующие фазы роста и развития растений: всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение. Селен в почве и зерне определяли флюорометрическим методом во Всероссийском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства овощных культур. Данные обработаны статистически.

Результаты исследований

Теоретической основой растительной диагностики являются установленные закономерности изменения химического состава растений в зависимости от видовых и возрастных биологических особенностей сельскохозяйственных культур и условий их минерального питания, так как на растение действуют только те элементы, которые в него поступили и участвуют в формировании урожая [7].

Селен относят к элементам, оказывающим неоднозначное влияние на продуктивность и урожайность сельскохозяйственных культур Известно, что при повышенной концентрации селена в почве происходит угнетение растений. Однако в оптимальных дозах микроэлементы не оказывают отрицательного влияния на растения, кроме того, стимулируют их рост и развитие [4].

Установлено, что урожайность яровой мягкой пшеницы зависит от метеорологических условий года, а также дозы вносимого в почву элемента. Наибольшее влияние на урожайность оказало опрыскивание раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,01% (рисунок). На данном варианте в среднем за годы исследования прибавка урожайности составила 27,8%. В основное внесение наибольшая прибавка урожайности составила в среднем 11% при внесенной дозе селена 9 кг/га.

Влияние селена на урожайность зерна яровой мягкой пшеницы Памяти Азиева

В литературе указывается, что биологическая роль данного микроэлемента до конца не изучена и необходимость его для растений не доказана. Но в то же время имеются многочисленные сведения о повышении урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием селена, на что указывают и наши исследования. Недостаток данного микроэлемента не приведет к гибели, но может стать причиной снижения скорости и согласованности протекания процессов, ответственных за развитие растительного организма.

Накопление микроэлементов в пищевых продуктах растительного происхождения происходит в зависимости от вида почвы, ее физических свойств и химического состояния, географического расположения района, климатических условий, вида, сорта и стадии вегетации растений, применяемых удобрений, источников орошения и других факторов [4].

В связи с возможным негативным влиянием избыточных количеств селена, поступивших с растительной пищей в живой организм, возникает необходимость проводить контроль питания растения по химическому анализу [8].

Данные о содержании селена в яровой пшенице при основном внесении и при опрыскивании культуры представлены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание селена в зерне яровой мягкой пшеницы

Вариант Содержание селена, мг/кг

Фон — 0,225 ± 0,034

Фон + опрыскивание раствором с концентрацией Se,% 0,005 2,26 ± 0,155

0,01 2,61 ± 0,227

0,02 3,45 ± 0,170

Фон + основное внесение селена в дозах, кг/га 9 2,87 ± 0,257

12 5,04 ± 0,315

15 6,23 ± 0,59

Полученные данные позволили установить тесную корреляционную зависимость содержания селена в зерне яровой мягкой пшеницы сорта Памяти Азиева от концентрации при некорневом применении (уравнение (1)) и дозы основного внесения селена в почву (уравнение (2)):

у = 144,5х + 0,87, г = 0,81;

у = 0,401х - 0,015, г = 0,97.

Проведенные полевые исследования позволили рассчитать нормативные коэффициенты Ь интенсивности действия поступившего в лугово-черноземную почву селена на изменение содержания этого элемента в зерне яровой мягкой пшеницы. Установленные нормативы

Ь показывают, во сколько раз увеличится содержание селена в растениях при увеличении его концентрации в растворе на 1% (Ь = 144,5) при некорневой подкормке и при основном внесении в почву 1 кг/га действующего вещества Se (Ь = 0,401).

Установленные количественные характеристики Ь растений позволяют прогнозировать химический состав зерна яровой мягкой пшеницы при антропогенном поступлении селена в почву по формуле

J мк/кг = Сф + ф • Ь),

где J - содержание Se в растении, мг/кг сухого вещества;

Сф - исходное содержание Se в растении, мг/кг сухого вещества;

D - доза поступившего элемента в почву, кг/га;

Ь - коэффициент интенсивности действия единицы поступившего элемента в растение, мг/кг.

В целом исследования по изучению особенностей накопления селена в зерне яровой мягкой пшеницы позволили выявить следующие закономерности:

- накопление селена зависит от способа его применения;

- при различных способах его внесения существует прямая зависимость концентрации селена в растениях от дозы поступления;

- при основном внесении Se в дозах 12-15 кг/га в зерне пшеницы накапливается значительное содержание селена, что может представлять опасность для животных, потребляющих данную растениеводческую продукцию.

Таким образом, можно использовать как основное, так и некорневое применение селена совместно с макроудобрениями и существенно повысить уровень его содержания в зерновых культурах, однако при этом необходимо постоянно контролировать его содержание в почве и растениях, учитывая интервалы токсичного и необходимого содержания селена для конкретных систем «почва - растение - животное».

Биологические особенности растений, а также условия их выращивания определяют вынос макро- и микроэлементов с урожаем различных культур. До настоящего времени мало изучен вопрос о выносе селена растениями, который является очень важным с экологической точки зрения.

Установлено, что дополнительное применение селена влияет на урожайность зерна яровой пшеницы, на его химический состав; отражается и на выносе микроэлементов урожаем (табл. 2).

Таблица 2

Общий хозяйственный вынос селена урожаем зерна яровой мягкой пшеницы

Вариант Вынос, г/га

Фон 0,7

Ф + опр 8е1 10

Ф + опр 8е 2 11

Ф + опр 8е 3 15

Ф + 8е 9 11

Ф + 8е 12 12

Ф + 8е 15 22

Наибольший вынос селена урожаем зерна пшеницы установлен при внесении селена в дозе 15 кг/га.

Улучшение качества зерна - сложная, но вполне разрешимая проблема. Она зависит от комплекса взаимосвязанных организационно-хозяйственных, биологических и агротехнических факторов. Основными показателями качества зерна являются: масса 1000 зерен, стекло-видность, натура, белок, клейковина. Проведенные исследования позволили установить влияние селена на показатели качества зерна мягкой яровой пшеницы Памяти Азиева.

Клейковина пшеницы представляет собой сложный белковый комплекс, получаемый при отмывании водой пшеничного теста. Именно от клейковины зависят, прежде всего, вяз-

ко-эластичные свойства теста, его способность удерживать углекислый газ, разрыхляться и давать при выпечке упругий, эластичный, пористый хлеб. Хлебопекарные качества муки определяются не только количеством, но и качеством клейковины [5].

Согласно полученным данным о содержании клейковины, исследуемое зерно яровой мягкой пшеницы данного сорта можно отнести к 1-му классу, что свидетельствует о том, что его можно использовать в хлебопечении. В целом селен не способствовал значительному увеличению содержания клейковины. При внесении селена максимальное содержание клейковины отмечено на варианте с применением его в дозе 12 кг/га.

Пищевое достоинство пшеницы зависит от химического состава зерна, главным образом содержания белка и его аминокислотного состава.

Белок - это один из наиболее важных показателей качества зерна. Его содержание возрастает от центра зерна к периферии. Качество белка определяется его составом и зависит от наследственных свойств сорта [5]. Влияние селена на данный показатель неоднозначно. Также в опыте не установлено четкой зависимости между дозой селена и такими показателями качества зерна, как стекловидность и натура.

Проблема увеличения урожайности культур в сельском хозяйстве связана с интенсификацией производства, сопровождаемой увеличением затрат невозобновимой энергии, в том числе за счет возрастающего применения удобрений. Поэтому важно уже сегодня разработать и использовать технологии, при которых меньше расходуется энергии на производство растениеводческой продукции.

Значимость энергетической оценки возникает из диспропорции между энергопотреблением и энергопроизводством, т.е. необходимо определить степень окупаемости энергетических затрат энергией, накопленной урожаем [6].

Поскольку нашими исследованиями установлено, что применение селена в дозе 9 кг/га дает наибольшие достоверные прибавки урожайности зерна яровой пшеницы, представляется необходимым расчет биоэнергетической эффективности применения элемента в качестве микроудобрений на данном варианте.

Для полной оценки энергетических затрат, связанных с применением средств химизации, нужно учитывать затраты на уборку и доработку дополнительного урожая, полученного за счет применения удобрений.

Результаты расчетов биоэнергетической эффективности применения селена в качестве микроудобрения представлены в табл. 3.

Таблица 3

Биоэнергетическая эффективность применения селена под яровую пшеницу Памяти Азиева

Вариант Содержание энергии Vfo, МДж Затраты энергии Ао, МДж Биоэнергетический КПД, ед.

Фон + Se9 6227,4 944,9 6,5

Применение селена в оптимальной дозе на лугово-черноземной почве под яровую пшеницу энергетически эффективно, т.к. энергоотдача превышает единицу. Высокий биоэнергетический КПД объясняется тем, что внесение небольшой дозы микроэлементов обеспечивает создание высокой прибавки.

Заключение

В целом следует отметить, что применение микроэлемента селена под зерновые культуры в оптимальных дозах положительно сказывается на росте и развитии растений. Разработанные математические зависимости между дозами применяемого селена и накоплением элемента в растении позволяют прогнозировать химический состав яровой мягкой пшеницы в условиях применения микроэлемента. В то же время в условиях поступления микроэлементов в почву в дозах 9-15 кг/га может возникнуть экологическая проблема, связанная с избыточным накоплением данного элемента в системе «почва - растение - животное», поэтому с целью обеспечения экологической безопасности необходимо проводить агроэколо-гический мониторинг.

Решение проблемы сбалансированного элементного состава сельскохозяйственной продукции связано с изучением взаимодействия и взаимного влияния факторов внешней среды, количественного соотношения и качественного состава элементов питания при их поступлении в растение [8]. В свою очередь, элементный состав растений в разные фазы их развития определяет ход всех процессов жизнедеятельности и в конечном счете особенности формирования урожая и его качество.

Дополнительное антропогенное поступление микроэлементов за счет их физиологического действия в растительном организме в зависимости от степени влияния может изменять качественные параметры растений, поступающих в пищу животным и человеку. Обогащение в необходимых количествах способствует оптимизации элементного состава и устранению дефицита микроэлементов в кормах, связанного с природными особенностями их содержания в почве. В то же время несбалансированное, избыточное поступление элемента вызывает тревогу с позиции экологической безопасности продукции. В связи с этим необходим интегрированный подход к оценке качества растений с учетом разработанных комплексных параметров в системе «почва - растение - животное».

Список литературы

1. White, P.J. Biofortification of crops with seven mineral elements often lacking in human diets: iron, zinc, copper, calcium, magnesium, selenium and iodine / P.J. White, M.R. Broadley // New Phytol. - 2009. - 182. - P. 49-84.

2. Голубкина, Н.А. Перспективы обогащения сельскохозяйственных растений йодом и селеном (обзор) / Н.А. Голубкина, Е.Г. Кекина, С.М. Надежкин // Микроэлементы в медицине. - 2015. - № 16 (3). - С. 12-19.

3. Голубкина, Н.А. Селен в питании: растения, животные, человек / Н.А. Голубкина, Т.Т. Папазян. - М. : Печатный город, 2006. - 254 с.

4. Синдирева, А.В. Критерии и параметры действия микроэлементов в системе «почва - растение - животное» : дис. ... д-ра биол. наук / А.В. Синдирева. - Омск, 2012. - 455 с.

5. Серегина, Н.И. Биологическая роль селена в растениях / Н.И. Серегина, Н.Т. Ниловская // Агрохимия. -2002. - № 10. - С. 76-85.

6. Синдирева, А.В. Влияние селена на показатели качества рапса ярового в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева // Вестник Бурятской ГСХА. - 2011. - № 4. - С. 89-85.

7. Плотников, Ю.Н. Основы рационального природопользования : учеб. пособие / Ю.Н. Плотников. -Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2004. - 312 с.

8. Ермохин, Ю.И. Экспресс-методы химической диагностики потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях : учеб. пособие / Ю.И. Ермохин. - Омск : Вариат-Омск, 2010. - 118 с.

Александровская Елена Юрьевна, аспирант, Омский ГАУ, тел. (3812) 65-46-27; Синдирева Анна Владимировна, доктор биол. наук, доцент, Омский ГАУ, тел. (3812) 65-46-27, e-mail: sindireva72@mail.ru; Голубкина Надежда Александровна, доктор с.-х. наук, ведущий научный сотрудник, Агрохимический испытательный центр ВНИИССОК, e-mail: segolubkina@rambler.ru; Чуянова Галина Игнатьевна, кандидат с.-х. наук, доцент, Омский ГАУ, тел. (3812) 65-46-27, e-mail: chujanova_omgau@mail.ru; Серебренникова Алена Александровна, магистрант, Омский ГАУ, e-mail: alena_200992@mail.ru.

SUMMARY

E. Yu. Aleksandrovskaya, A. V. Sindireva, N.A. Golubkina, G.I. Chuyanova, A.A. Serebrennikova

Effect of selenium on yield of soft spring wheat and indicators of grain quality in the southern forest-steppe conditions of the Omsk region

One of the most effective and safe ways to optimize selenium status is agrochemical - using selenium-containing fertilizers. Taking into account agronomic and hygienic requirements the development of the optimal doses and methods of biofortification with selenium seems to be of great importance. Investigation of selenium effect on the yield and grain quality of mild spring wheat was achieved a) with sodium selenite supplementation to soil before sowing using doses 9, 12, 15 kg/ha, and b) foliar application of 0.005, 0.01, 0.02% solutions of sodium selenite. Yield of mild spring wheat depend on meteorological conditions of the year and selenium dose. The highest yield increase of 27.8% was demonstrated for foliar application of 0.01% sodium selenite. On the contrary soil application of 9 kg Se/ha

resulted the highest yield increase of 11%. Selenium concentration levels were more than 5 mg/kg DW in case of 12-15 kg Se/ha, that may be dangerous for domestic animals. The greatest Se accumulation by wheat grain was demonstrated for soil application of 15 kg Se/ha. The highest gluten content in grain was shown for soil application of 12 kg Se/ha. No clear relationship was found between selenium dose and other quality parameter of grain: hyaline and nature. Optimal dose of selenium application to meadow chernozem soil under spring wheat is proved to be energetically efficient.

Keywords: spring wheat, biofortification, selenium.

Aleksandrovskaya Elena Yuryevna, Postgraduate, Omsk SAU, ph. (3812) 65-46-27; Sindireva Anna Vladimirovna, Dr. Biol. Sci., Assoc. Prof., Omsk SAU, ph. (3812) 65-46-27, e-mail: sindireva72@mail.ru; Golubkina Nadezhda Aleksandrovna, Dr. Agr. Sci., Senior Research Scientist, Agrochemical research centre of VNIISSOK, e-mail: segolubkina@rambler.ru; Chuyanova Galina Ignatyevna, Cand. Agr. Sci., Assoc. Prof., Omsk SAU, ph. (3812) 65-46-27, e-mail: chujanova_omgau@mail.ru; Serebrennikova Alena Aleksandrovna, Undergraduate, Omsk SAU, e-mail: alena_200992@mail.ru.

УДК 663.11:579.6

С.В. Хижняк, В. Т. Пампуха

МИКРОБНЫЕ СООБЩЕСТВА КАРСТОВЫХ ПЕЩЕР КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ПРОДУЦЕНТОВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АМИЛАЗ

Шесть штаммов адаптированных к низкой температуре амилолитических грибов рода Geomyces, выделенных из низкотемпературной карстовой пещеры, были исследованы на скорости роста при различных температурах, а для двух из них было также изучено влияние температуры на амилолитическую активность культу-ральной жидкости (КЖ). Было установлено, что влияние температуры на скорости роста штаммов хорошо описывается уравнением Ratkowsky et al. (1983) с коэффициентами детерминации R2 0,987-0,999, а влияние температуры на амилолитическую активность КЖ в диапазоне 31-50°С хорошо описывается логистической функцией (R2 = 0,994 и 0,997). Все штаммы не способны расти при температуре 30°С и выше. Пять штаммов являются психротолерантными с оптимальными температурами роста в диапазоне от 21,50 до 25,25°С, один штамм является психрофильным с оптимальной температурой роста 18,50°C. Сравнение влияния температуры на амилоли-тическую активность КЖ показало, что температура, соответствующая середине сигмоиды, для психрофильно-го штамма лежит на 7°С ниже, чем для психротолерантного, что практически равно разности оптимальных температур роста у данных штаммов (6°С). Наклон логарифмической прямой на экспоненциальном участке температурной кривой амилолитической активности КЖ у психрофильного штамма в 2 раза выше, чем у псих-ротолерантного. Полученные результаты показывают, что снижение оптимальной температуры роста в процессе адаптации к условиям пещеры приводит к соответствующему уменьшению температурного оптимума ами-лолитических ферментов и демонстрирует перспективность поисков продуцентов низкотемпературных амилаз в пещерных сообществах.

Ключевые слова: низкотемпературная амилаза, продуценты, карстовые пещеры, мицелиальные грибы, психрофилы.

Введение

Амилазы микробного происхождения являются одними из наиболее востребованных ферментов, применяемых в сельском хозяйстве, пищевой и перерабатывающей промышленности, и в настоящее время занимают примерно 25% мирового рынка ферментов. Амилазы используют для конверсии крахмала в олигосахариды и глюкозу в крахмало-паточном и бродильном производствах, для отбеливания растительного сырья в текстильном и бумажном производствах, в качестве биодобавок к моющим средствам [1]. Кроме этого, микробные амилазы все шире применяются для повышения усвояемости крахмалсодержащих растительных кормов в животноводстве и птицеводстве [2; 3]. До недавнего времени в промышленности и сельском хозяйстве применялись почти исключительно термофильные амилазы c температурными оптимумами 70-90°C, однако в последние годы в мире наблюдается стремительно растущий интерес к средне- и низкотемпературным амилазам с оптимумом от 50-60°C и ниже [4; 5]. Поиск продуцентов подобных амилаз ведется среди психрофильных и психротолерантных микроорганизмов, адаптированных к низкотемпературным местообита-

© Хижняк С.В., Пампуха В.Т., 2016