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 [1]. Во Франции потребление германия составляет от 0,042 до 0,122 мкг/кг массы тела [2]. Установлено, что при недостаточном поступлении германия в организм человека повышается риск инфицирования и развития сердечно-сосудистых заболеваний, остеопороза, рака, артрита и иммунодефицита [3], [4]. Вместе с тем органические соединения германия проявляют антиоксидантные, противовирусные, противовоспалительные, противоопухолевые и иммуностимулирующие свойства, которые используют для ингибирования роста раковых клеток [5]. Информация о распространении и роли германия в литосфере [6], [7], [8], атмосфере [9], [10], [11], гидросфере [12], [13], [14], [15], в почве [8], [16], [17], [18], [19] и растениях [20], [24], [25], [28] 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 [8].

По данным Б. А. Комарова с соавторами [21], [22], 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 [22] до 0,697–1,219 мг/кг [23]. Известно, что злаковые культуры накапливают германий в значительно больших концентрациях (169–449 мкг/кг), чем бобовые (15–50 мкг/кг) [8]. 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 [26], [27]. 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 [29], а в чесноке его содержание может составлять 2,8 и 3,2 мг/кг [24], [28] и даже 754 мг/кг [20]. В наших исследованиях, проведенных на 23 образцах чеснока, выращенных в различных регионах, концентрация германия не превышала 5.0 мкг/кг [30].

Известно, что дефицит селена у человека и сельскохозяйственных животных приводит к различным заболеваниям [31], [32]. Суточная норма потребления этого микроэлемента для взрослого населения России составляет 63 мкг в сутки [33].

Содержание селена в разных типах почв изменяется от 10 до 1000 мкг/кг [32], [34]. 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 [32], [33].

Содержание селена в естественных травостоях колеблется в пределах 2–174 мкг/кг [35], в многолетних травах – 64–108 мкг/кг [36], зерне злаковых культур – 4–421 мкг/кг [37], семенах льна – 170-240 мкг/кг [38].

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 [39].

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» [40]. 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.

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.

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.

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.

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).

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.

The additional file for this article can be found as follows: