CC BY
61
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2005 Биология Вып. 6
УДК 581.1:582.657.24+633.2
ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЦА САХАЛИНСКОГО
JI. А. Филатова, А. В. Якимова, Н. А. Зорина
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
Изучались физиолого-биохимические особенности горца сахалинского - Polygonum sacha-linense Fr. Schmidt (Reynoutria sachaliensis (Fr. Schmidt) Nakai). Определялось содержание в нем белка, растворимых углеводов, пектиновых веществ, аскорбиновой кислоты, позволяющих судить о его кормовой ценности.
Введение
Горец сахалинский, называемый также гречихой сахалинской, Polygonum sachalinense Fr. Schmidt (Reynoutria sachaliensis (Fr. Schmidt) Nakai) - это многолетнее корневищное растение, которое благодаря биологическим и физиологобиохимическим особенностям некоторые специалисты считают возможным рекомендовать для использования в качестве кормовой культуры (Ларин, Агабабян и др., 1951).
Зеленая масса горца хорошо силосуется как в чистом виде, так и в смеси с другими культурами. По органолептическим показателям и химическому составу качество силоса высокое. Поедается он крупным рогатым скотом охотно и в большом количестве, особенно в смеси с другими компонентами (Кондратьев, Ротару, 1979).
Однако многие авторы не разделяют этого мнения, проявляя осторожность или даже категоричность в оценке данного растения.
В культуре горец размножается преимущественно вегетативным путем, в природе - семенами и вегетативно (Ларин и др., 1951). Свежесобранные семена осенью требуют для прорастания повышенной температуры, а после зимы имеют высокую всхожесть в широком диапазоне температур при оптимуме +20...25°С (Satomi, Takeniro, 1996).
В связи с этим целью нашей работы было изучение физиолого-биохимических особенностей горца сахалинского и определение в нём содержания наиболее ценных питательных веществ, в первую очередь, обуславливающих его кормовую ценность.
Методы исследований
Содержание белка определяли с помощью красителя амидо-черного 10 В (Бузун, Джамухадзе, Милешко, 1982); растворимых углеводов - по Ха-
гедорн-Иенсену (Сказкин, 1958), пектиновых веществ - методом, изложенным А.И. Ермаковым и др. (1987), аскорбиновой кислоты - по способности восстанавливать в кислой среде индикатор 2,6-дихлорфенолиндофенол (Плешков, 1969). Для анализов использовались листья и стебли. Исследования проводились в 2004 г. в следующие сроки:
8.06-9.06 (1-й срок); 16.06-17.06 (2-й срок); 25.06-26.06 (3-й срок); 2.07-3.07 (4-й срок) и 9.07-10.07 (5-й срок).
Результаты и обсуждение
Большинство биологических функций в живом организме выполняется белками или при их непосредственном участии. Эти функции чрезвычайно разнообразны. При этом каждый данный белок как вещество с определенным химическим строением выполняет одну, узкоспециализированную функцию и лишь в отдельных случаях может быть несколько, как правило, взаимосвязанных функций. Такими функциями, например, являются ферментативные. Так, в желудочном соке животных содержатся фермент пепсин, разрушающий белки на крупные блоки, и ферменты трипсин и химотрип-син, вырабатываемые поджелудочной железой, которые катализируют деградацию этих блоков на короткие фрагменты. Окончательная деградация пептидов до аминокислот осуществляется карбок-сипептидазами. Вторая важная функция белков -это транспорт веществ. Поступление веществ внутрь клетки из окружающей среды происходит при участии специальных транспортных белков, вмонтированных в мембрану.
Кроме того, большое значение имеют белки-рецепторы, служащие для восприятия и преобразования различных сигналов. Белки также являются участниками процессов преобразования энергии (Кнорре, Мызина, 2002).
Ведущая роль белков в явлениях жизни связана
О Л. А. Филатова, А. В. Якимова, Н. А. Зорина, 2005
64
с исключительной способностью их к разнообразным превращениям и к взаимодействию с различными веществами, входящими в состав протоплазмы. Белки в течение всей жизни организма подвергаются многим химическим изменениям и вовлекают в этот круговорот другие части живой материи. Поэтому обмен белка связан с нуклеиновым, углеводным, липидным обменом, процессами фотосинтеза, дыхания и т.д. (Физиология сельскохозяйственных растений, 1967). По этой же причине белки являются ценными питательными веществами для животных.
Как показали наши исследовании (рис.1), у горца сахалинского в первый срок вегетации, т.е.
8.06-9.06, содержание белка составило в листьях 2,89%, в стеблях - 2,47%, что в пересчете на сухое вещество равно 22,00 и 18,50%. Эти данные превосходят показатели, приведенные А.Ф. Ивановым и др. (1996) для злаков, у которых в фазе колошения в абсолютно сухом веществе содержится 14,90% белка.
1-й 2-й 3-й 4-й 5-й
Сроки вегетации
Рис. 1. Содержание белка
По мере роста растения содержание белка снижается, и во 2-й срок (16-17 июня) его количество составило 2,42% в листьях и 1,82% в стеблях. Зеленая биомасса растений в эти сроки характеризуется нежной структурой и хорошей поедаемостью животными (Ларин и др., 1951). Начиная с 3-го срока происходит дальнейшее снижение количества белка. Тем не менее оно все равно остается высоким и к 3 июля составляет 2,17% в листьях и 1,30% в стеблях.
Известно, что в живом организме одновременно происходят процессы синтеза и распада органических соединений, в том числе белков. С возрастом процессы распада начинают преобладать над синтезом, следствием чего является снижение содержания многих компонентов органического вещества, в том числе белков.
Исключительно важное значение для жизни организмов имеют углеводы. А.А. Анисимов и др. (1986) выделяют две основные функции растворимых углеводов.
1. Энергетическую - при окислении в процессе дыхания углеводы выделяют заключенную в них энергию и обеспечивают значительную часть потребности организма в ней;
2. Пластическую - углеводы участвуют в синтезе многих важных для организма веществ: нуклеиновых кислот, органических кислот, аминокислот, белков, липидов и т.д.
Наличие больших количеств сахаров в растении является одним из показателей высокого качества кормов. В поздние фазы развития в вегетативной массе трав происходит снижение содержания питательных веществ, в том числе растворимых углеводов, и увеличение количества труднорастворимых углеводов.
В наших опытах (рис. 2) общее количество растворимых углеводов в 1-й срок составило в листьях 13,41%, в стеблях - 9,75% на сухую массу. Причем в общем наборе растворимых углеводов преобладали моносахара: глюкоза и фруктоза. По мере роста растений суммарное содержание в листьях сахаров неуклонно возрастало и составило к 3-му сроку 15,96%. Этот рост произошел за счет как сахарозы, содержание которой увеличилось с 3,52 до 4,49%, так и моносахаров. При этом произошло перераспределение в относительной доле разных моносахаров: количество фруктозы довольно резко снизилось, но повысилось количество глюкозы.
аб а б аб аб
1-й 2-й 3-й 4-й
Сроки вегетации
Рис. 2. Содержание растворимых углеводов
По количеству сахара горец сахалинский не уступает традиционным кормовым культурам (бобовым, злаковым травам и кукурузе). В бобовых травах содержание моносахаридов в среднем составляет 3-5%, сахарозы - 2-5% на сухую массу. В злаковых травах количество моносахаридов равно 1-3%, сахарозы - 2-6%. В вегетативной массе кукурузы среднее содержание общего сахара составляет 13% на сухую массу (Плешков, 1980).
Начиная с 4-го срока нами было зафиксировано в листьях снижение суммарного содержания растворимых сахаров. Известно, что с возрастом растений метаболизм направлен на синтез полимеров за счет низкомолекулярных соединений. Такими полимерами являются крахмал, инулин и другие, откладывающиеся в запас, а также лигнин, являющийся элементом проводящей системы. Как отмечает В.Л. Кретович (1980), лигнин содержится в одревесневших растительных тканях наряду с целлюлозой и гемицеллюлозами. Тенденция к снижению содержания растворимых сахаров в стеблях
66
JI. А. Филатова, А. В. Якимова, Н. А. Зорина
проявилась раньше, и уже к 3-му сроку их содержание равнялось 9,93%, т. е. на 2,68% ниже по сравнению с предыдущим. Это и не удивительно, так как известно, что процесс лигнификации в стеблях происходит значительно активнее, чем в листьях.
Нами были отмечены и другие различия в динамике накопления углеводов в листьях и стеблях. Так, если в листьях фруктоза преобладала в 1-й срок, то в стеблях - во 2-й срок эксперимента.
Значительную долю в химическом составе занимают полисахариды типа пектиновых веществ, составляющие наряду с целлюлозой и лигнином механическую основу растительных тканей. Пектиновые вещества - это гидрофильные коллоиды, они участвуют в механизме роста, и поэтому их особенно много в молодых растущих тканях. Они входят в состав первичной стенки, из них в значительной мере состоят срединные пластинки. Водорастворимый пектин находится в клеточном соке (Арасимович и др., 1970). В организме человека пектиновые вещества регулируют содержание холестерина, благотворно влияют на внутриклеточные реакции дыхания и обмена веществ, повышают устойчивость к аллергическим факторам (Казаков и др., 1985). Наличие в достаточном количестве пектиновых веществ в кормах повышает их качество.
Как показали наши исследования (рис. 3), в 1-й срок вегетации горца сахалинского содержание пектиновых веществ составляет в листьях 3,80%, в стеблях 8,29% на сухую массу. По мере роста растений их количество увеличивается, и к 25 июня достигает максимума, а затем снижается, составляя 10 июля в листьях 10,26%, в стеблях - 12,13%.
1-й 2-й 3-й 4-й 5-й
Сроки вегетации
Рис. 3. Содержание пектиновых веществ
Процессы усвоения и превращения белков, жиров и углеводов в живом организме происходят при участии витаминов, которые требуются в очень малых количествах, но при этом выполняют весьма важную роль. Одним из основных витаминов является аскорбиновая кислота, которая участвует в окислительно-восстановительных процессах. Наличие витаминов служит важнейшим показателем полноценности кормовых растений.
Анализ их содержания позволил М.И. Александровой (1971) сделать вывод о большой значимости, в качестве силосных, целого ряда культур, од-
но из первых мест среди которых должно быть отведено видам горца.
Как показали результаты наших исследований (рис. 4), листья растений 1-го срока вегетации содержали 322,6 мг %, стебли - 73,8 мг % витамина С, затем его количество возрастало, достигнув к 3-му сроку 387 мг % в листьях и 108,8 мг % в стеблях.
3,5..................
1-й 2-й 3-й 4-й 5-й
Сроки вегетации
Рис. 4. Содержание витамина С
Результаты исследований содержания витамина С, каротина и рутина в зеленой массе растений Р. weyrichii, P. sachalinense и P. dtvaricatum, проведенных А.П. Якимовым (1965), позволили ему сделать вывод о полноценности этих видов как ви-таминоносов.
Начиная со 2-го июля нами было отмечено значительное уменьшение содержания витамина С сначала до 236,5 мг % в листьях и 94,6 мг % в стеблях в 4-й срок определения, а затем, к концу эксперимента, т.е. к 10-го июля, этот показатель был равен в листьях 176,9 мг %, в стеблях - 66,2 мг %. Но даже при таком резком снижении содержания этого жизненно важного соединения питательная ценность данной культуры, как нам кажется, остается на высоком уровне и дает возможность использовать ее для скармливания животным уже не в свежем виде, а в виде переработанных кормов, таких как силос и витаминная мука.
Таким образом, по физиолого-биохимическим показателям горец сахалинский имеет высокую питательную ценность. Однако быстрое огрубление вегетативной массы не позволяет считать его полноценным свежим кормом, что не исключает возможности использовать его в качестве компонента для приготовления сочных и грубых кормов.
Библиографический список
Александрова М.И. Витаминная ценность новых видов силосных растений (итоги исследований). Сыктывкар, 1971. 24 с.
Анисимов А.А. и др. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1986. 552 с.
Арасимович В.В., Баптага С.В., Пономарева Я.П. Методы анализа пектиновых веществ гемицеллюлоз и пектолитических ферментов в плодах. Кишинев, 1970. 84 с.
Бузун Т.А., Джемухадзе К.М., Милешко Л.Ф. Определение белка в растениях с помощью амидочерного // Физиол. раст. 1982. Т. 29, вып. 1. С. 198.
Ермаков А.И. и др. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат,1987.430 с.
Иванов А.Ф., Чурзин В.Н., Фимин В.И. Кормопроизводство. М.: Колос, 1996.400 с.
Казаков A.J1., Компанцев В.А., Гужва Н.Н. Поиск и создание новых препаратов для лечения и профилактики атеросклероза // Тезисы докл. науч. конф. Каунас, 1985. С. 151-152.
Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 2002.478 с.
Кондратьев Е.К., Ротару B.C. Новые интенсивные кормовые культуры и их значение для животноводства. М., 1979. 54с.
Кретович В.J1. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1980.448 с.
Ларин И. В. и др. Кормовые растения сенокосов и пастбищ СССР. Т. 2. М.; Л.: Сельхозгиз, 1951. 948 с.
Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений.
М.: Колос, 1976.255 с.
Сказкин Ф.Д., Ловчиновская Е.И., Миллер М. С., Аникиев В.В. Практикум по физиологии растений. М.: Сов. наука, 1958. 339 с.
Физиология сельскохозяйственных растений. Т II.
М.: Изд-во Моск. ун-та, 1967.481 с.
Якимов А.П. Витаминоносность некоторых культивируемых видов горца // Раст, ресурсы. 1965. №2. С. 238-241.
Satomi N., Takehiro М. Germination characteristics of two species of Polygonum in relation to their altitu-dinal distribution on Mt. Fuju, Japan // Arct. and Alp. Res. 1996.28, № 1. P. 104-110.
Поступила в редакцию 22.09.2005
Physiology-biochemical performance of Polygonum sachalinense
L.A. Filatova, A.V. Jakimova, N A. Zorina
The physiology-biochemical singularities of Polygonum sachalinense Fr. Schmidt {Reynoutria sachaliensis (Fr. Schmidt) Nakai) were studied. The content in it of fibre, soluble carbohydrates, of pectic substances, of an ascorbic acid permitting to judge about its fodder value was defined.
