CC BY
45
УДК 581.192.8+581.5
Е.З. Усубова, И.С. Виноградова, П.В. Миронов
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ СЕЛЕНА ПРИ ОБОГАЩЕНИИ СЕМЯН ФАСОЛИ (PHASEOLUS VULGARIS L.) СОРТА САКСА
Приведены данные о способности фасоли аккумулировать селен из водных растворов солей селеновой и селенистой кислот. Выявлено, что аккумуляция селена семенами фасоли зависит от степени окисления селена (Se4+, Se6+), иона металла, связанного с кислотным остатком соли, присутствия атомов водорода в соли (кислые соли). Установлено, что селен распределяется в семенах фасоли неравномерно, большая его часть аккумулируется в семенной кожуре и зародышевой оси.
Ключевые слова: селен, соли селеновой и селенистой кислот, аккумуляция, распределение.
INORGANIC SELENIUM COMPOUND USE EFFICIENCY IN THE PROCESS OF THE "SAX" SORT (PHASEOLUS VULGARIS L.) PINTO BEAN SEED ENRICHMENT
Data on pinto bean ability to accumulate selenium from the salt water solutions of selenic and selenious acids are given. It is revealed that pinto bean seed selenium accumulation depends on oxidation degree of selenium (Se4+, Se 6+), metallic ion, connected with salt acid rest, hydrogen atom availability in salt (acid salts). It is determined that selenium distribution in pinto bean seeds is irregular; its bigger part accumulates in a seed peel and a germinal axis.
Key words: selenium, selenic and selenious acid salts, accumulation, distribution.
Введение. Известно, что селен обладает антиоксидантным эффектом, в организме человека и животных селен проявляет иммуностимулирующие, кардиопротекторные и антиканцерогенные свойства [1].
Содержание селена в земной коре составляет 1 ■ 10 5%, это весьма редкий элемент [2]. В естественных условиях селен поступает в организм человека и животных главным образом в виде селенсодержащих аминокислот - селенометионина и селеноцистеина растительного происхождения [3].
Поэтому развивающимся направлением стало обогащение растений селеном. Проблема особенно актуальна в связи с тем, что геохимические характеристики почв значительного количества стран, в том числе и России [4], определяют недостаточное поступление в организм человека этого микроэлемента. Как известно, фасоль характеризуется высоким содержанием белков, что показывает перспективность использования ее в качестве аккумулятора селена. В то же время, остается неясным вопрос о том, какие соединения селена лучше использовать для обогащения растений и как распределяется микроэлемент в разных частях семени фасоли.
Материалы и методы исследования. Объект исследования: фасоль (Phaseolus vulgaris L.) сорта «Сакса».
Скороспелый сорт кустовой фасоли. Семена фасоли состоят (рис. 1) из расположенной снаружи довольно плотной кожуры 7. На ней находится рубчик 5 - место прикрепеления семени к семяножке. Над рубчиком расположено микропиле 4 - отверстие в кожуре. Ниже рубчика с противоположной стороны от микропиле расположен строфиолум, или линза, или рубчиковый шов, как его по-разному называют в различных работах. Зародыш состоит из содержащих запас питательных веществ двух крупных семядолей 6, внутри которых имеется зародышевая ось, состоящая из почечки 1, гипокотеля 2 и корешка 3.
E.Z. Usubova, I.S. Vinogradova, P.V. Mironov
7
4
6
5
2
3
Рис. 1. Строение семени фасоли
Так как поступление селена в семена происходит в процессе набухания при контакте с водой, было проведено исследование динамики набухания семян. Семена отбирали примерно одинакового размера и веса. В каждую чашку наливали дистиллированную воду. Через определенные промежутки времени каждое семя взвешивали. Перед взвешиванием избыток воды с поверхности семян удаляли фильтровальной бумагой. Массу определяли с помощью электронных весов с ценой наименьшего деления 0,01 г. Результаты отражены в таблице и в графической зависимости массы семян от времени набухания (рис. 2).
Для обогащения селеном семян фасоли сорта Сакса готовили водные растворы неорганических соединений селена с концентрацией селена 0,001%. В качестве исходных соединений селена использовали соли селеновой и селенистой кислот: селенит натрия МагБеОз (безводн.)., селенат натрия Na2Se04 (без-водн.), селенит аммония (МН^ЭеОз'НгО, селенат аммония (NH4)2Se04 (безводн.), тригидроселенит натрия МаНз(ЗеОз)2 (безводн.), селенит лития Li2Se03-Н2О. Соли высушивали в эксикаторе в присутствии Р2О5. Степень обезвоженности соединений селена определяли с помощью термического анализа, проведенного на дериватографе (Q-Derivatograph №212373).
Опыт проводили в лабораторных условиях при естественном освещении, комнатной температуре. Семена отбирали примерно одинакового размера и веса, замачивали по 40 г на 24 ч в чашках Петри без фильтровальной бумаги в водных растворах неорганических соединений селена с концентрацией селена 0,001%. Через 24 ч семена отмывали и замачивали в дистиллированной воде еще на 48 ч. Семена разделяли на части (семенная кожура, зародышевая ось, семядоли) и высушивали в сушильном шкафу до постоянного веса при температуре плюс 105°С. После высушивания образцы измельчали, взвешивали на аналитических весах навески массой примерно 0,3 г. Навески помещали во фторопластовые стаканы, приливали к пробам по 8 мл смеси азотной кислоты и перекиси водорода (1:1). Азотную кислоту использовали высокой чистоты после субперегонки на дистилляционной системе DuoPUR (Milestone, Италия). Проводили вскрытие проб в системе микроволнового вскрытия MWS-2 (Berghof, Германия) во фторопластовых автоклавах DAP-60 (объемом 60 мл) в микроволновой печи 30 мин. После вскрытия содержимое переносили в мерные стеклянные колбы на 25 мл, доводили до метки деионизированной водой и определяли содержание селена на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) Agilent 7500а. Результаты измерений трех повторностей обработаны биометрически и представлены в таблице.
Результаты и обсуждение. На рисунке 2 представлена зависимость массы набухающих семян фасоли Сакса от времени контакта с водой, отражающая динамику набухания семян.
0 Н------1-----1-----1-----1-----1----1-----1-----1-----1-----1----1-----1-----1
1 2 3 4 5 б 7 9 11 13 15 17 20 24
Время (в часах)
Рис. 2. Зависимость массы набухающих семян фасоли от времени контакта с водой
(средние значения при п=30)
Физическая стадия набухания семян фасоли занимает около 17-20 ч. При этом семена поглощают воды примерно 100% к их исходному весу. Вместе с водой в семена поступает и селен. Однако селен из водных растворов его неорганических соединений в семена поступает и распределяется в неодинаковом количестве (табл.).
Аккумуляция селена разными частями семян фасоли Сакса из водных растворов его неорганических
соединений, мкг/г сухой массы
Соединение селена Семенная кожура Семядоли Зародышевая ось
МагЭеОз (безводн.) 4,15±0,05 1,07± 0,12 3,05±0,08
Ма2Эе04 (безводн.) 1,10±0,14 0,14±0,04 2,16±0,04
игЭеОз'НгО 4,81 ±0,16 0,71 ±0,10 1,33±0,03
МаНз(ЗеОз)2(безводн.) 3,06±0,05 0,3±0,05 1,56±0,05
(1\1Н4)23е04 (безводн.) 3,39±0,04 Менее 0,007 0,34±0,04
(Ж^ЭеОз'НгО 3,42±0,17 0,77±0,02 1,84±0,08
Как видно из таблицы, в качестве источника селена наиболее эффективно использовать селенит натрия МагБеОз (безводн.) и селенит лития ЫгбеОз'НгО, хуже всего селен поступает в семена из водного раствора селената аммония (1\1Н4)28е04. В семенах, замоченных в воде, содержание селена составляет менее
0,006 в семядолях и семенной кожуре и менее 0,025 в зародыше. Эти данные можно представить на диаграмме (рис. 3).
и
И
4,5
3,5
о'
м 2,5
8
£ ?
3 2
а
4 1,5
о
° 1
0,5 0
Семенная кожура
Семядоли Части семени
Зародышевая ось
4
3
□ №28еОЗ И№28е04 ПШБеОЗ СШаНЗ^еОЗ^ □(№14)28е04 □ (ШМ^еОЗ
Рис. 3. Аккумуляция селена разными частями семян фасоли сорта Сакса из водных растворов
его неорганических соединений
Селен, поступивший в семена, распределяется неравномерно. Большая его часть аккумулируется в семенной кожуре. Наибольшее количество селена поступает в семенную кожуру из водного раствора селенита натрия и лития, наименьшее - из раствора селената натрия. Значительно меньше селен аккумулируется в зародышевой оси. Для повышения содержания селена в этой части семени эффективнее использовать селенит натрия. В семядолях селен аккумулируется меньше в 4-10 раз, чем в семенной оболочке. Но и в этой части семени селен из селенита натрия поступает в наибольшем количестве по сравнению с остальными соединениями селена. Также эффективно поступает селенит аммония и лития. При использовании селената аммония содержание селена в семядолях приравнивается к его содержанию в семядолях семян, замоченных в воде. Таким образом, можно сделать вывод о том, что Se4+эффективнее использовать для обогащения семян селеном, чем Se6+. Соли, образованные атомами натрия, эффективнее использовать в качестве источников селена. Использование кислых солей затрудняет поступление селена в семена.
Поступление и распределение селена в семенах фасоли происходит в процессе набухания семян и связано с их анатомией и химическим составом. Зародышевая ось состоит из клеток, которые могут интенсивно поглощать воду при набухании, чем объясняется аккумулирующая способность зародыша. В течение всего процесса набухания оводненность зародышевой оси максимальная. Семядоли же являются только вместилищем запасных отложений и не способны к росту во время прорастания [5]. Поступление воды в семя может происходить через структуры семенной кожуры: строфиолум и микропиле. В строфиолуме имеются клетки с сильно утолщенными целлюлозными стенками, которые могут быстро набухать [6].
Различия в аккумуляции селена в разных частях семени также можно объяснить тем, что питательные вещества сосредоточены в основном в семядолях бобовых, а семенная оболочка содержит более 80 % некрахмальных полисахаридов (целлюлозы, гемицеллюлозы и пектиновых веществ) - пищевых волокон. Наличие у пищевых волокон гидроксильных и карбоксильных групп способствует, кроме гидратации, ионообменному набуханию. Таким образом, явление аккумулирования микроэлемента пограничными тканями (семенная оболочка) связано с высокими абсорбционными свойствами пищевых волокон - основных компонентов семенной оболочки [7]. Однако селен в семенной оболочке неактивен и в период прорастания семени выводится из биологического цикла [8]. Следовательно, около 50 % селена, поглощенного фасолью, не проявляет активности.
Таким образом, для обогащения семян фасоли сорта Сакса наиболее эффективнее использовать селенит натрия Na2Se03, который в наибольшей степени поступает во все части семени данной фасоли. Однако в наибольшей степени селен аккумулируется в семенной оболочке семян фасоли. Перспективным направлением является обогащение селеном зародышевой оси семян фасоли, так как поступивший в нее микроэлемент участвует в биологическом цикле и может включаться в соединения белковой природы.
Литература
1. Blok G., Patterson B., Subar A. Fruit, vegetables and cancer prevention: a review of the epidemiological evidence II Nutr. Cancer. - 1992. -V. 18. - P. 1-29.
2. Некрасов Б.В. Основы общей химии. - М.: Химия. -1973. - №1. - С. 351.
3. Гмошинский И.В., Мазов В.К., Тутельян А., Хотимченко С.А. Микроэлемент селен: роль в процессах жизнедеятельности II Экология моря. - 2000. - № 1. - С. 5-19.
4. Golubkina N. A., Alfthan G. The human selenium status in 27 regions of Russia // J. Trace Elements Med. Biol.-2000.-Vol. 13.-P. 15-20.
5. Физиология семян I K.H. Данович, A.M. Соболев, П.П. Жданова [и др.]. - М.: Наука, 1982. - 318 с.
6. Александров В.Г. Анатомия растений. - М., 1954. - 499 с.
7. Голубкина Н.А., Щелкунов Л.Ф., Кононков П.Ф., Гинс В.К. Адсорция селена пищевыми волокнами II Хранение и переработка с.-х. сырья. - 1998. - № 6. - С. 34-35.
8. Защитная функция семенной оболочки растений I Н.А. Голубкина, Ф.В. Голубев, А.А. Темичев [и др.] II Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: мат-лы 5 междунар. симп. (Пущино, 9—14 июня, 2003). - С. 158-160.
