Влияние селена на биосинтез белка в кормовых культурах

Синдирева А.В. Влияние селена на биосинтез белка в кормовых культурах // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2018. -№1 (12) январь - март. - URL http://e-joumal.omgau.ru/images/issues/2018/1/00561.pdf. - ISSN 2413-4066

УДК 631.811

Синдирева Анна Владимировна

Доктор биологических наук, доцент ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск sindireva72 @mail.ru

Влияние селена на биосинтез белка в кормовых культурах

Аннотация: В статье рассматривается влияние селена на биосинтез белка в кормовых культурах - яровом рапсе и астрагале галеговидном. По результатам многолетних исследований установлены зависимости содержания протеина в кормовых культурах в от способа и дозы поступления селена. В диапазоне оптимальных дозировок получены коэффициенты «b» интенсивности действия селена на содержание протеина и кормовых единиц в растениях. Это позволит моделировать качественные параметры зеленой массы рапса и астрагала. В зависимости от условий, формы соединения и концентрации, селен может стимулировать или ингибировать биосинтез белка в растении.

Ключевые слова: селен, яровой рапс, астрагал галеговидный, качество, белок, почва.

В условиях крайне напряженной экологической ситуации, сложившейся во многих регионах страны, повышение продуктивности растениеводства должно быть неразрывно связано с контролем качества получаемой сельскохозяйственной продукции [1].

Микроэлементы, поступая из почвы в растения, влияют на протекание биохимических реакций, изменяя содержание в растении необходимых для жизнедеятельности веществ [2]. Однако избыточное поступление химических элементов может стать причиной накопления в растении веществ, опасных для здоровья человека и животных. Следовательно, изучение влияния микроэлементов на основные показатели качества сельскохозяйственных культур представляет практический интерес [1,3].

Влияние микроэлементов на биосинтез белковых соединений в условиях Западной Сибири изучено мало. Однако в регионах с довольно развитым сельскохозяйственным производством, с одной стороны, и с возрастающим техногенным воздействием на агроландшафты, с другой, такие исследования необходимы.

Эссенциальность микроэлемента селена для живых организмов на сегодняшний день не вызывает сомнений. В живом организме он выполняет функцию антиоксиданта. У человека и животных селен участвует при процессах детоксикации в печени, питании мышц, образовании кожи, волос, ногтей, роговицы глаз. Однако отдельные территории имеют статус селенодефицитных, что объясняется низким содержанием этого элемента в почве. Современные стратегии оптимизации селенового статуса человека включают использование биологически активных добавок к пище, обогащенных селеном, осуществление биофортификации сельскохозяйственных растений микроэлементом, применение селено

содержащих премиксов в животноводстве и птицеводстве, а также осуществление импорта продуктов питания из районов селенозов [1,3,4].

Одним из основных методов селенизации является агрохимический, осуществляемый путем применения селенсодержащих удобрений для сельскохозяйственных культур, используемых в пищу животных и человека. Однако с позиций экологической безопасности такой подход представляет существенные риски. В связи с этим представляется необходимым установление оптимальной дозы и способа применения селена в конкретных агроэкологических условиях, в том числе с позиции качества растениеводческой продукции.

При исследовании качества кормов большое внимание уделяется содержанию протеина вследствие его исключительной роли в жизнедеятельности живого организма. В 50-60 гг. прошлого столетия в нашей стране было принято решение о том, что потребности животных и питательность кормов выражать в сыром и переваримом протеине. В настоящее время нормирование по протеиновой питательности у крупного рогатого скота, овец, лошадей и свиней проводят по сырому и переваримому протеину, у птицы - по сырому протеину, а у плотоядных животных - по белку [5].

Необходимость нормирования протеина обусловлена тем, что содержание его в кормах изменчиво и зависит от многих факторов, в том числе от условий минерального питания растений.

По биохимическим показателям яровой рапс принадлежит к одной из лучших кормовых культур. Он имеет сочные стебли, обладает хорошей облиственностью, которая обусловливает большое количество протеина. Считается, что яровой рапс является одним из важнейших источников кормового протеина Сибири [5]. Рапс - ведущая культура, которая может быть источником зеленых кормов животных вплоть до снежного покрова.

Другая культура - астрагал галеговидный - является нетрадиционной для условий Западной Сибири. В то же время считается, что основной путь увеличения протеина -расширение посевов бобовых трав, которые содержат в 1,5-2 раза больше протеина, чем, например, злаковые культуры [6].

В связи с этим в наших исследованиях изучено влияние селена на содержание протеина в кормовых культурах - яровом рапсе и астрагале галеговидном.

Селен вносили в виде селенита натрия следующими способами: для некорневого внесения, намачивания семян применяли раствор с концентрацией селена от 0,005 до 0,02%, основное внесение - с дозой селена от 0,5 до 2 ПДК.

На сегодняшний день подробно изучен метаболизм селена в растении, который тесно связан с белковым обменом [7,8].

При ассимиляции селена неаккумулирующими видами растений происходит синтез селенцистеина и селенметионина. Синтез селенметионина влечет за собой появление селентаурина, селенцистеиновой кислоты и других продуктов окисления. Селенцистеин может стать составной частью белков и воздействовать на метаболизм серы и азота. Некоторые авторы приписывают селенцистеину роль 21-й аминокислоты, участвующей в построении белков, что возможно, определяет ее роль в высших растениях [9].

В работе [10] показана прямая связь между содержанием белка и селена в зерне некоторых зерновых культур. Известно, что с увеличением уровня азотного питания в зерне пшеницы возрастает содержание белка. Вероятно, что между азотом и селеном существует такая же зависимость.

Ряд авторов считает, что важнейшими продуктами селенового метаболизма являются белковые и небелковые аминокислоты, которые включаются в первичную структуру белка, воздействуют на метаболизм N и S, что может вести к изменению четвертичной структуры и функции белков и ферментов, не снижая их активности [9,10,11]. Селен включается в белки путем образования ковалентной связи с сульфидными мостиками и в виде процессов инкорпорирования с участием т-РНК. Инициатором включения селенметионина в белки может служить №формилметионин-т-РНК [9] .

Наши исследования показали, что стимулирующее действие селена на биосинтез белка кормовых культур зависело от дозировок микроэлемента, способов его применения, культуры.

По результатам многолетних исследований установлены зависимости содержания протеина в кормовых культурах в зависимости от способа и дозы поступления селена (таблица 1), что позволит моделировать качественные параметры зеленой массы рапса и астрагала.

Таблица 1 - Математические модели содержания протеина в растениях _рапса и астрагала в зависимости от доз поступления селена_

Показатель Уравнения регрессии и коэффициенты детерминации

Яровой рапс Астрагал галеговидный

Предпосевная обработка семян*

Сырой У = -4345,5х2 + 62,1х + 20,4 0,99 у = -8045,5х2+ 159,2х + 19,3 0,84

протеин

Белок У = -4100х2 + 58,7х + 19 0,99 у = -7372,7х2 + 146,3х + 18 0,83

Переваримый У = -3209,1х2 + 45,8х + 15,3 0,99 у =-6036,4х2 + 119,4х + 14,5 0,84

протеин

Некорневая подкормка растений*

Сырой У = -1990,9х2 + 96,2х + 20,2 0,71 у =-15127х2+ 230,84х + 19,3 0,94

протеин

Белок У = -1863,6х2 + 89,5х + 18,8 0,71 у = -19173х2 + 262,5х + 17,9 0,96

Переваримый У = -1481,8х2 + 72х + 15,1 0,71 у = -11236х2 + 171,8х + 14,5 0,94

протеин

Основное внесение в почву**

Сырой У = -0,0009х2+ 0,0007х + 20,6 0,9 у = -0,0032х2 + 0,05х + 20,6 0,73

Протеин

Белок У = -0,0008х2+ 0,0007х + 19,2 0,9 Y=-0,003x2+0,05x + 19,1 0,73

Переваримый У = -0,0007х2+ 0,0004х + 15,5 0,9 у = -0,0024х2 + 0,04х + 15,4 0,73

протеин

Примечание * х - концентрация селена (в %) в растворе селенита натрия; ** х -доза селена при поступлении в почву, кг/га д.в.

В диапазоне оптимальных дозировок получены коэффициенты «Ь» интенсивности действия микроэлементов на содержание протеина и кормовых единиц в растениях, что позволяет нормировать и прогнозировать качество корма при поступлении микроэлементов в растения (таблица 2).

Таблица 2 - Коэффициенты интенсивности («Ь») действия микроэлементов на содержание

протеина и кормовых единиц в растениях

Показатель Рапс яровой Астрагал

Se Se

Сырой протеин, % 0,46 0,61

Белок, % 0,41 0,57

Переваримый протеин, % 0,04 0,41

Питательная ценность, т.к.ед/га 0,089 0,018

Данные таблицы 2 показывают, насколько увеличиваются содержание протеина и питательная ценность в кормовых культурах при внесении в почву 1 кг/га Se.

В целом, селен, в зависимости от условий, формы соединения и концентрации, может стимулировать или ингибировать биосинтез белка в растении. В наших исследованиях оптимальными для биосинтеза протеина и формирования питательной ценности кормовых культур являются предпосевная обработка семян рапса и астрагала и некорневая подкормка растений в концентрации селена 0,01%, а в условиях основного внесения - доза Se 0,5 ПДК (11,7 кг/га). Избыточное поступление селена угнетает биосинтез белка в опытах с кормовыми культурами.

Ссылки на источники

1. Синдирева А.В. Эколого-токсикологическая оценка действия кадмия, цинка, селена в условиях южной лесостепи Омской области /А.В. Синдирева //Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2011. - № 10. - С. 118-122.

2. Синдирева А.В. Региональные особенности содержания кадмия и цинка в почвах Омской области /Синдирева А.В., Красницкий В.М., Ермохин Ю.И. // Плодородие. 2012. № 1. С. 47-50.

3. Синдирева А.В. Влияние селена на показатели качества рапса ярового в условиях южной лесостепи Омской области /Синдирева А.В. //Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. - 2011. -№ 4. - С. 89-95.

4. Голубкина Н.А. Внутрирегиональная вариабельность селенового статуса населения /Н.А. Голубкина, А.В. Синдирева А.В., В.Ф. Зайцев // Юг России: экология, развитие. - 2017. -Т. 12. - № 1 (42). - С. 107-127.

5. Протеиновые ресурсы и их рациональное использование при кормлении сельскохозяйственных животных и птицы / П. Ф. Шмаков [и др.]. - Омск : Вариант-Омск, 2008. - С. 47-48.

6. Степанов А. Ф. Малораспространенные кормовые культуры / А. Ф. Степанов. -Омск : ОмГАУ, 2002. - 167 с.

7. Ермаков В. В. Биологическое значение селена. / В. В. Ермаков, В.В. Ковальский. -М.: Наука, 1974. - 300 с.

8. Tarun A.S. Selenium in higher plants / A. S. Tarun // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. -2000. - Vol. 51. - P. 401-432.

9. Серегина И. И. Роль селена в формировании урожая зерна яровой пшеницы / И. И. Серегина, Н. Т. Ниловская, Н. В. Остапенко // Агрохимия. - 2001. - № 1. - С. 4450.

10. Barclay M. N. Selenium content of whet flour used in the UK / M. N. Barclay, A. Mac Pherson // Sci. Food Agriculture. - 1986. - Vol. 37, № 11. - P. 1133-1138.

11. Торшин С. П. Биогеохимия и агрохимия селена и методы устранения селенодефицита в пищевых продуктах и кормах / С. П. Торшин, Т. М. Удельнова, Б. А. Ягодин // Агрохимия. - 1996. - №8. - С. 127-145.

12. Arvy M. P. Selenat and Selenit uptain and translocation in bean plants (Phaseolus vulgaris) / M. P. Arvy // Exp. Bot. - 1993. - V.44. - P. 1083-1087.

Anna Sindireva

Doctor of Biological Sciences, Associate Professor FSBEI HE Omsk SA U, Omsk

The Effect of Selenium on the Protein Biosynthesis in Forage Crops

Abstract: The article examines the influence of selenium on the protein biosynthesis in forage crops - spring rape and astragalus galagoides. The results of many years of research the dependence of protein content in forage crops, depending on the method and exposure of selenium. In the range of optimal dosages the coefficients "b" of selenium action intensity for protein content and forage units in plants were obtained. This will allow you to simulate the qualitative parameters of the green mass of canola and astragalus. Depending on the conditions, the form of the compound and the concentration, selenium can stimulate or inhibit protein biosynthesis in the plant. Keywords: selenium, spring rape, astragalus galagonidae, quality, protein, soil.