COMPLEX ENRICHMENT OF GARLIC PLANTS (ALLIUM SATIVUM L.) WITH GERMANIUM AND SELENIUM
COMPLEX ENRICHMENT OF GARLIC PLANTS (ALLIUM SATIVUM L.) WITH GERMANIUM AND SELENIUM
Abstract
Our studies have demonstrated high efficiency of complex enrichment of garlic plants (Allium sativum L.) with germanium and selenium by triple treatment of plants during the beginning, middle and end of intensive leaf growth with germatranol and potassium or sodium selenite, used at a concentration of 0.15%, dissolved in 1% DMSO solution, at a dose of 100 ml of solution per 1 m2 of planting area, using a sprayer that provides a fine spray by wetting both sides of all leaves at a temperature of 20–25°C and absence of rain within 2 hours after treatment.
The use of this method allows to increase the content of germanium by 37.1 times and the content of selenium by 142.6 times in garlic cloves and to obtain bulbs containing 0.078 mg/kg of germanium and 6.7 mg/kg of selenium.
1. Введение
В последние годы наблюдается повышенный интерес к исследованию жизненно необходимых или так называемых «эссенциальных» химических элементов, к которым относят Se, Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Mn. Это обусловлено их важной ролью в обеспечении жизнедеятельности организмов и влиянии на здоровье человека.
Многочисленными исследованиями показано, что германий также является микроэлементом, который оказывает влияние на поддержание нормальной жизнедеятельности организма человека. Его норма потребления не установлена, однако имеется информация о том, что в Великобритании среднесуточное потребление германия взрослыми находится в пределах 0,001–0,018 мкг/кг, детьми (1,5–4,5 года) – 0,002–0,053, подростками (4–18 лет) – 0,001–0,032 и пожилыми – 0,001–0,016 мкг/кг массы тела . Во Франции потребление германия составляет от 0,042 до 0,122 мкг/кг массы тела . Установлено, что при недостаточном поступлении германия в организм человека повышается риск инфицирования и развития сердечно-сосудистых заболеваний, остеопороза, рака, артрита и иммунодефицита , . Вместе с тем органические соединения германия проявляют антиоксидантные, противовирусные, противовоспалительные, противоопухолевые и иммуностимулирующие свойства, которые используют для ингибирования роста раковых клеток . Информация о распространении и роли германия в литосфере , , , атмосфере , , , гидросфере , , , , в почве , , , , и растениях , , , свидетельствует о важной роли этого элемента на нашей планете и интересе исследователей к нему. Усвоение германия растениями зависит от многих причин и прежде всего от вида растения .
По данным Б. А. Комарова с соавторами , , в корнях растений содержание этого элемента составляет: у одуванчика – 0,01–0,23 мг/кг, дягиля – 0,2 мг/кг, лопуха – 0,02 мг/кг, девясила – 0,003 мг/кг, окопника лекарственного – 0,02 мг/кг, а также в траве тысячелистника – 0,06 мг/кг, семенах овса – 0,03 мг/кг. В тканях алоэ его содержание может изменяться от 0,005 мг/кг до 0,697–1,219 мг/кг . Известно, что злаковые культуры накапливают германий в значительно больших концентрациях (169–449 мкг/кг), чем бобовые (15–50 мкг/кг) . Концентрация германия в овощах и фруктах, как правило, ниже. Имеются данные, что содержание этого элемента в капусте составляет 0,893 мкг/кг, шпинате – 0.864 мкг/кг и огурце – 0.597 мкг/кг , . Установлено, что женьшень и чеснок являются лидерами среди растений по способности накапливать этот элемент. Показано, что концентрация германия в тканях женьшеня может колебаться от 0,20 до 5,34 мг/кг в корнях и от 0,31 до 6,11 мг/кг в листьях , а в чесноке его содержание может составлять 2,8 и 3,2 мг/кг , и даже 754 мг/кг . В наших исследованиях, проведенных на 23 образцах чеснока, выращенных в различных регионах, концентрация германия не превышала 5.0 мкг/кг .
Известно, что дефицит селена у человека и сельскохозяйственных животных приводит к различным заболеваниям , . Суточная норма потребления этого микроэлемента для взрослого населения России составляет 63 мкг в сутки .
Содержание селена в разных типах почв изменяется от 10 до 1000 мкг/кг , . В среднем по России концентрация селена в почвах равна 300 мкг/кг. К селенодефицитным регионам относится Нечерноземная зона России, Южный Урал, Удмуртия, Карелия, Якутия, Забайкалье, Приморский край , .
Содержание селена в естественных травостоях колеблется в пределах 2–174 мкг/кг , в многолетних травах – 64–108 мкг/кг , зерне злаковых культур – 4–421 мкг/кг , семенах льна – 170-240 мкг/кг .
При низком содержании селена в почвах, для снижения дефицита этого элемента в организме человека, необходимо внесение селенсодержащих удобрений.
В исследованиях, проведенных Н. А. Голубкиной с соавт. (2018) установлено, что при совместном внесении в почву селената натрия (общая доза которого составляла 75 мг/м2) и жидких удобрений Fertika lux (N − 1,6; P205 − 2,0; K20 − 2,7; Fe − 0,01; B − 0,002; Cu − 0,001; Mn −0,01; Mo − 0,002; Zn − 0,001%) при выращивании чеснока, содержание селена в конечной продукции (порошке, полученном из луковиц) повысилось в 16,7 раз по сравнению с контролем и составило 1,5 + 0,1 мг/кг сухой массы .
Одним из эффективных и безопасных способов использования германия и селена в лечебных и профилактических целях является получение органических форм путем выращивания растений, способных аккумулировать эти элементы и применение их в качества удобрения. Литературных данных об одновременном обогащении растений селеном и германием нами обнаружено не было. В связи с этим важно уточнение способов обогащения растений соединениями, содержащими эти элементы.
2. Методы и принципы исследования
Исследования проведены на базе опытного участка Всероссийского научно-исследовательского института овощеводства – филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр овощеводства», д. Верея, Московская область.
Почва опытного участка супесчаная, содержание гумуса в слое 0–20 см составило 3,41–3,44%; в слое 20–40 см – 2,9–3,0%. Реакция среды нейтральная – рН солевой вытяжки 6,7. Гидролитическая кислотность 0,72–0,92 мг-экв. на 100 г почвы, содержание суммы поглощенных оснований 46–50 мг-экв. на 100 г почвы. Степень обеспеченности питательными веществами: фосфором – высокая (содержание P2O5 в слое 0–20 см составляла 22,8–24,6 мг на 100 г почвы (по Чирикову)); калием – низкая, содержание К2О в слое 20 см – 10,4–17,9 мг на 100 г почвы (по Масловой). Удельный вес почв пахотного слоя 0–25 см составлял 2,61 г/см3. Капиллярная влагоемкость 43–44%. Гигроскопическая влажность – 8,25%.
Материалом для исследования служили растения, полученные из зубков чеснока озимого, сорта Гладиатор.
Для повышения эффективности проникновения герматранола и селенитов в растения использовали диметилсульфоксид (ДМСО) в концентрации 1,0% и Твин 80 в концентрации 0,1%.
При комплексном обогащении чеснока германием и селеном проводили трехкратную обработку листьев растений в период начала (2–3 листа), середины (4–5 листьев) и окончания интенсивного роста листьев (7–8 листьев) герматранолом в концентрации 0,15% и селенитами натрия и калия, используемых в концентрации 0,15% и растворенных в 1%-ном растворе диметилсульфоксида, в дозе 100 мл раствора на 1 м2 посадок растений. Обработку проводили с обеих сторон всех листьев при помощи распылителя, обеспечивающего мелкодисперсный распыл жидкости при температуре 20–25°С.
Все опыты заложены в четырехкратной повторности, учетная площадь делянки 1,0 м2, посев рядовой – расстояние между рядками 25 см, между растениями в рядке 10 см, длина рядка 1 м.
Уход за растениями в течение вегетации включал поливы, которые проводили по мере подсыхания почвы и борьбу с сорной растительностью, осуществляемую путем ручных прополок.
Для анализа образцов использовали не менее 10 зубков чеснока, выделенных из различных луковиц, выращенных в каждом варианте опыта.
Анализ зубков на содержание селена и германия выполнен по методу доктора Скального в ООО «Микронутриенты» . Анализ проведен методом масс-спектрального анализа на приборе NexION 300D, (PerkinElmerInc., Shelton, CT 06484, USA), оснащенном газонаполняемой ячейкой системы DRC и семипортовым дозирующим клапаном FAST, а также автодозатором ESISCDX4 (ElementalScientificInc., Omaha, NE 68122, USA)
3. Основные результаты
Исследования показали, что эффективность накопления германия и селена в луковицах чеснока зависит от способа их внесения. Установлено, что некорневая подкормка герматранолом была примерно в 5 раз, а селенитами в 2,3–5,8 раза эффективнее, чем корневая. Так, при некорневой подкормке герматранолом содержание германия в луковицах составило 0, 02 мг/кг, а при корневой <0,0042 мг/кг. При некорневой подкормке селенитом натрия и калия содержание селена в луковицах составило 0,47 мг/кг и 0,58 мг/кг, а при корневой – 0,2 мг/г и 0,1 мг/г, соответственно (табл. 1).
Эффективность накопления селена в луковицах зависела и от используемого селенита. Из используемых селенитов высокой эффективностью характеризовались селениты калия и натрия. При их применении содержание селена в луковицах возросло в 15 и 12 раз, соответственно, по сравнению с контролем. Наименьшая эффективность отмечена при применении селенита цинка.
Таблица 1 - Содержание селена и германия в образцах чеснока
Вариант опыта | Корневая подкормка | Некорневая подкормка |
Содержание германия, мг/кг | ||
Контроль | 0,005+0,001 | <0,0042 |
Герматранол | <0,0042 | 0,02+0,003 |
Содержание селена, мг/кг | ||
Контроль | 0,04+0,006 | 0,03+0,005 |
Селенит натрия | 0,47+0,057 | 0,20+0,024 |
Селенит калия | 0,58+0,069 | 0,10+0,013 |
Селенит цинка | 0,07+0,01 | 0,03+0,004 |
Известно, что ДМСО не только является хорошим растворителем различных органических веществ, но и способствует лучшему проникновению растворенных в нем веществ в ткани растений и других организмов. В наших исследованиях доказано, что добавление ДМСО в растворы герматранола и селенитов обеспечивает более эффективное накопление растениями чеснока германия и селена. Данный способ позволил получить зубки чеснока, содержащие 0,078 мг/кг германия и 6,700 – 7,390 мг/кг селена. Содержание германия в зубках при этом увеличилось в 37,1 раза по сравнению с контролем, а селена, при использовании селенита натрия в 157,2 раза и в 145,3 раза при использовании селенита калия (табл. 2).
Использование поверхностноактивных веществ широко распространено в практике растениеводства. Применение их способствует лучшей смачиваемости поверхности и улучшению контакта покровных тканей с растворами, что приводит к лучшему усвоению растениями растворенных веществ. В наших опытах добавление Твина 80 в растворы герматранола и селенитов привело к значительному улучшению поглощения ценных веществ. Содержание германия в зубках увеличилось в 28,6 раза, а селена в 169,8 (при применении селенита натрия) и 29,4 раза (при применении селенита калия) по сравнению с контролем.
Таблица 2 - Содержание германия и селена в зубках чеснока при применении германий- и селенсодержащих веществ
Вариант обработки | Мг/кг | Кратность превышения |
Содержание германия | ||
Контроль | < 0,0021 | - |
Герматранол + ДМСО | 0,078+0,012 | 37,1 |
Герматранол + Твин 80 | 0,060+0,009 | 28,6 |
Содержание селена | ||
Контроль | 0,047+0,007 | - |
Селенит натрия + ДМСО | 7,390+0,740 | 157,2 |
Селенит натрия + Твин 80 | 7,980+0,800 | 169,8 |
Селенит калия + ДМСО | 6,830+0,680 | 145,3 |
Селенит калия + Твин 80 | 1,380+0,140 | 29,4 |
При совместном применении герматранола и селенитов установлена более высокая эффективность применения ДМСО по сравнению с Твин 80. При обработке растений герматранолом, растворенном в ДМСО содержание германия в зубках увеличилось в 37,1 раза, а при использовании для этих целей Твин 80 – в 3,6 раза. При добавлении ДМСО в селенит калия содержание селена возросло в 142,6 раза, а при добавлении Твин 80 – 41,9 раза (табл. 3).
При совместном применении герматранола и селенита калия с добавлением ДМСО содержание германия и селена в зубках было высоким и практически не отличалось от содержания этих элементов при раздельном внесении германий- и селенсодержащих соединений.
Таблица 3 - Содержание германия и селена в зубках чеснока при совместном применении герматранола и селенита калия
Вариант обработки | Содержание германия | Содержание селена | ||
мг/кг | кратность превышения | мг/кг | кратность превышения | |
Контроль | < 0,0021 | - | 0,047+0,007 | - |
Герматранол+селенит калия+ДМСО | 0,078+0,012 | 37,1 | 6,700+0,670 | 142,6 |
Герматранол + селенит калия + Твин 80 | 0,0075+0,0015 | 3,6 | 1,970+0,200 | 41,9 |
Установлено, что наиболее активно аккумулируют германий корни и листья. Концентрация германия в этих органах была в 115,2 и 141,0 раз выше, чем в контроле. В то время как в зубках и воздушных луковичках концентрация этого элемента превышала контроль в 37,1 и 45,7 раза (табл. 4). Учитывая высокую способность корней чеснока накапливать германий и высокую их массу, возможно, следует более детально изучить это явление с целью использования для приготовления БАД.
При содержании германия в зубках 0,078 мг/кг, суточной норме потребления его, принятой в Великобритании для взрослых, составляющей в среднем 0,013 мкг/кг, для удовлетворения потребности в этом элементе жителя России, средняя масса тела которого по данным статистических анализов 2023 г. равна 76 кг, достаточно в сутки съедать около 13 г обогащенного чеснока.
Наибольшей аккумулирующей способностью селена характеризовались зубки и воздушные луковички. Содержание селена в зубках было в 142,6 раза, а в воздушных луковичках в 67,9 раза меньше, чем в контроле. При этом содержание же этого элемента в листьях и корнях было в 7,8 и 12,7 раза выше, чем в контроле (табл. 4).
Учитывая полученные результаты, а именно, тот факт, что при использовании в пищу одного – двух зубков чеснока общей массой 10 г при содержании селена в зубках 6,7–7,4 мг/кг, масса селена составит 67–74 мкг. При суточной норме потребления этого элемента 63 мкг указанной массы чеснока будет достаточно для удовлетворения суточной потребности организма взрослого человека в этом элементе.
Таблица 4 - Содержание германия и селена в органах чеснока при комплексном обогащении
Вариант обработки | Содержание германия | Содержание селена | ||
мг/кг | кратность превышения | мг/кг | кратность превышения | |
Контроль, зубки | < 0,0021 | - | 0,047+0,007 | - |
Герматранол + селенит калия + DMSO, зубки | 0,078+0,012 | 37,1 | 6,700+0,670 | 142,6 |
Герматранол + селенит калия + DMSO, корни | 0,242+0,029 | 115,2 | 0,598+0,072 | 12,7 |
Герматранол + селенит калия + DMSO, листья | 0,296+0,035 | 141,0 | 0,368+0,044 | 7,8 |
Герматранол + селенит калия + DMSO, воздушные луковички | 0,096+0,014 | 45,7 | 3,190+0,320 | 67,9 |
Проведенные исследования показали, что, в целом, раздельная трехкратная обработка вегетирующих растений чеснока растворами герматранола, селенита натрия и селенита калия, содержащими ДМСО или Твин 80, не приводит к существенному изменению массы луковиц, их урожайности, а также урожайности воздушных луковичек. Однако одновременное применение растворов Герматранола в сочетании с селенитом калия, содержащих ДМСО приводит к снижению массы луковиц, их урожайности и урожайности воздушных луковиц соответственно на 11,7%, 11,5% и 19,5%. Одновременное применение растворов Герматранола в сочетании с селенитом калия, содержащих Твин 80, приводило к снижению урожайности только воздушных луковичек на 19,5% (табл. 5).
Таблица 5 - Влияние препаратов, содержащих германий и селен на рост и урожайность луковиц чеснока
Вариант опыта | Высота растений | Средняя масса луковиц | Урожайность луковиц | Средняя масса соцветий
| Урожайность воздушных луковичек | ||||
см | кг | % | кг/м2 | % | г | % | кг/м2 | % | |
Контроль | 103+7 | 31,6 | 100,0 | 1,230 | 100,0 | 8,8 | 100,0 | 0,359 | 100,0 |
Герматранол +ДМСО | 104±12 | 32,3 | 102,2 | 1,256 | 102,1 | 10,2 | 115,9 | 0,398 | 110,9 |
Герматранол +Твин 80 | 93±10 | 31,2 | 98,7 | 1,217 | 98,9 | 8,1 | 92,0 | 0,316 | 88,0 |
Селенит натрия +ДМСО | 104±10 | 31,3 | 99,1 | 1,221 | 99,3 | 8,0 | 90,9 | 0,312 | 86,9 |
Селенит натрия +Твин 80 | 110±12 | 32,3 | 102,2 | 1,260 | 102,4 | 8,5 | 96,6 | 0,331 | 92,2 |
Селенит калия+ ДМСО | 97±10 | 29,9 | 94,6 | 1,166 | 94,8 | 8,8 | 100,0 | 0,343 | 95,5 |
Селенит калия+Твин 80 | 97±8 | 32,0 | 101,3 | 1,248 | 101,5 | 8,5 | 96,6 | 0,331 | 92,2 |
Герматранол + селенит калия+ ДМСО | 102±8 | 27,9 | 88,3 | 1,088 | 88,5 | 7,4 | 84,1 | 0,289 | 80,5 |
Герматранол + селенит калия + Твин 80 | 100±8 | 30,1 | 95,3 | 1,174 | 95,4 | 7,4 | 84,1 | 0,289 | 80,5 |
НСР05 |
|
|
| 0,13 |
|
|
|
|
|
4. Заключение
Проведенные нами исследования показали высокую эффективность комплексного обогащения растений чеснока посевного (Allium sativum L.) германием и селеном путем трехкратной обработки растений в период начала, середины и окончания интенсивного роста листьев герматранолом и селенитами калия или натрия, используемым в концентрации 0,15%, растворенным в 1%-ном растворе ДМСО, в дозе 100 мл раствора на 1 м2 площади посадок растений, при помощи распылителя, обеспечивающего мелкодисперсный распыл путем смачивания обеих сторон всех листьев при температуре 20-25°С и отсутствии дождя в течение 2 часов после обработки.
Использование этого способа позволяет в 37,1 раза повысить содержание германия и 142,6 раза содержание селена в зубках чеснока и получить луковицы, содержащие 0,078 мг/кг германия и 6,7 мг/кг селена.