Накопление селена растениями био- и агроценозов Пензенской области Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 546.23: 908.470.40

НАКОПЛЕНИЕ СЕЛЕНА РАСТЕНИЯМИ БИО- И АГРОЦЕНОЗОВ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

О. С. Зуева, аспирант; В. А. Вихрева, канд. биол. наук;

А. И. Иванов, доктор биол. наук, профессор

ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 629-391, e-mail: [email protected]

Изучена динамика накопления селена растениями по фазам вегетации. Установлен селеновый статус растений лугово-степных сообществ и сельскохозяйственных культур.

Ключевые слова: селеновый статус, селенодефицит, природные экосистемы, семейство бобовые, семейство капустные, семейство астровые.

Одной из важнейших проблем современного животноводства является обеспечение сельскохозяйственных животных качественными кормами. Это касается не только их сбалансированности по соотношению белков, жиров и углеводов, но и содержания микроэлементов, необходимых для нормального роста и развития животных. Одним из них является селен, не-

достаток которого может приводить к развитию ряда тяжелых заболеваний, в частности беломышечной болезни, поражениям кожных покровов, снижению репродуктивной функции организма [1,3].

Все растения в природных экосистемах по способности к аккумуляции селена условно разделены на три группы. К растениям первой группы относятся те, которые

способны накапливать в себе селен в 100...1000 раз больше, чем его содержится в почве. Обычно эти растения накапливают селен до 1000...15000 мг/кг сухой массы. Растения второй группы обычно накапливают в себе селен в 3...10 раз больше, чем его содержится в почве. Максимальное накопление в них селена достигает 200 мг/кг сухой массы. Третья, группа растений, самая многочисленная, обычно накапливает селена в 1...2 раза меньше, чем его содержится в почве. Растения этой группы содержат 0,1...1,0 мг/кг сухого вещества. К растениям третьей группы относятся практически все возделываемые сельскохозяйственные культуры [2,4].

К числу факторов, влияющих на уровень абсорбирования селена растениями, относят: вид, фазу роста и физиологическое состояние растения, тип почвы, содержание в ней селена, форму почвенного селена, количество осадков, кислотность почвы.

Обоснованный выбор путей решения проблемы селенодефицита для Пензенского региона невозможен без предварительного изучения пространственного распределения селена в природных компонентах территории. Сведения о содержании селена в почвах и растениях Пензенской области очень ограничены [2].

Целью работы было изучение динамики накопления селена растениями по фазам вегетации, а также выявление групп, отличающихся высоким уровнем его аккумуляции.

Объектом исследований были ния семейства бобовые (РаЬаоеае): летние виды - астрагал нутовый да!иэ оюег Ь.), лядвенец рогатый оотюШаШэ Ь.), эспарцет песчаный

мг/кг

1,6 п

1,4 -1,2 -1

0,8 -0,6 -0,4 0,2 0

rychis arenaria), клевер паннонский (Trifolium pannonicum L.), люцерна посевная (Medicago sativa L.) и люпин многолетний (Poliphyllus Lindl L.); однолетние виды - соя (Glicine hispida L.), бобы кормовые (Vicia faba L.), горох полевой (Pisum arvense L.). Представители семейства астровые (Aster-aceae) - топинамбур (Heliantus tuberoses) и эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea), семейства капустные - горчица сарептская (Brassica jincea L.), рапс яровой (Brassica napus L. ssp oleifera Metzg), свербига восточная (Bunias orientalis L.).

Отбор образцов растений производился в естественных лугово-степных и сеяных сообществах ФГУП Учхоз «Рамзай» Пензенской ГСХА.

Содержание селена в растениях определялось флуориметрическим методом с использованием 2,3 - диаминонафталина. Сущность метода заключается в осуществлении мокрого сжигания образца смесью азотной и хлорной кислот, восстановления шестивалентного селена до селена четырёхвалентного действием соляной кислоты и образовании комплекса селенистой кислоты с 2,3 - диаминонафталином - пиа-зоселенола, величина флуоресценции которого пропорциональна содержанию селена в пробе.

Отбор проб растений производился в течение 2006-2008 гг.

Результаты исследований показали, что в условиях Пензенской области наибольшее количество селена как в надземной массе, так и корневой системе накапливают растения семейства бобовые (1,28 и 0,54 мг/кг соответственно), далее в убывающем порядке семейства капустные (1,00 и 0,32 мг/кг) - астровые (0,86 и 0,25 мг/кг) - гречишные (0,74 и 0,24 мг/кг).

расте-

много-

(Astra-

(Lotus

(Onob-

• стебли

■ • - ■ листья •— корни

стадия стеблевания фаза цветения и фаза образования

и ветвления начала бутонизации бобов

Рис. 1. Содержание селена в растениях астрагала нутового (среднее за 2006-2008 гг.)

Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 25

У всех рассматриваемых видов семейства бобовых наблюдалась следующая закономерность: чем больше содержание селена в стеблях и листьях отмечалось в фазу цветения и в начале бутонизации, тем меньше в фазу образования бобов. Это, вероятно, связано с тем, что часть селена переходит в плоды. В корнях же содержание селена по фазам развития практически не изменялось.

Данную закономерность можно проиллюстрировать на примере астрагала нуто-вого (рис 1). В среднем по годам в корневой системе в фазу стеблевания и ветвления селена накапливалось в количестве 0,51 мг/кг сухого вещества, в фазу цветения и начала бутонизации отмечалось незначительное снижение его содержания -0,49 мг/кг сухого вещества, а в фазу образования бобов - напротив, некоторое увеличение (до 0,52 мг/кг).

Более динамично трансформируется селен в вегетативных органах. Если в фазу стеблевания и ветвления астрагал нутовый в среднем в стеблях и листьях накапливал 1,28 и 1,38 мг/кг соответственно, то уже в фазу цветения и начала бутонизации эти показатели были выше на 0,08 и 0,13 мг/кг. В фазу образования бобов содержание селена в стеблях и листьях снизилось до 1,24 и 1,33 мг/кг соответственно.

В соцветиях содержание селена в среднем было равно 1,32 мг/кг, в бобах - 1,06 мг/кг. Подобная динамика накопления селена наблюдалась и у других изученных предста-

вителей семейства бобовых. Однако в зависимости от вида растения менялись количественные значения и содержание селена убывало в ряду: астрагал нутовый ^ эспарцет песчаный ^ клевер паннонский ^ кормовые бобы ^ горох полевой.

Исследования показали, что накопление селена определяется не только видом растения, но и сортом культуры.

Определение содержания селена в растениях козлятника восточного (Galega orientalis Lam.) сортов Горноалтайский, Гале и Салют свидетельствует о том, что они по-разному аккумулируют этот элемент (рис. 2). Так, содержание селена в зависимости от сортового признака в среднем по годам у сорта Горноалтайский в фазу цветения и в начале бутонизации составляло в корнях - 0,48, в стеблях - 1,43, в листьях -1,49, в соцветиях - 1,08 мг/кг. В эту же фазу развития сорт Гале накапливает селена в корнях - 0,46, в стеблях - 1,37, в листьях

- 1,46, в соцветиях - 1,08 мг/кг. Сорт Салют отличался наименьшим его содержанием: в корнях - 0,38 мг/кг, в стеблях - 1,27 мг/кг, в листьях - 1,32 мг/кг, в соцветиях -

0,98 мг/кг.

Следовательно, на накопление селена растениями влияют сортовые особенности культуры, а значит, подбирая сорта, накапливающие наибольшее его количество, можно частично или полностью снизить дефицит данного элемента в кормах.

У растений семейства капустные наименьшее содержание селена отмечалось

мг/кг

1,6

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

□ сорт Горноалтайский

□ сорт Гале

□ сорт Салют

О

ю

ф

Фаза стеблевания и ветвления

о

б

е

е

в

о

с

о

л

б

е

с

и

л

_0

б

о

б

Фаза цветения и начала бутонизации

Фаза образования бобов

Рис. 2. Содержание селена в растениях козлятника восточного разных сортов

(среднее по 2006-2008 гг.)

фаза стеблевания и фаза цветения и фаза образования ветвления начала бутонизации плодов

Рис. 3. Содержание селена в растениях горчицы сарептской (среднее за 200-2008 гг.)

во всех изучаемых органах в фазы стеблевания и достигало максимума в фазу цветения, а затем снижалось до начального уровня. Это можно проследить на примере горчицы сарептской (рис. 3).

В корнях содержание селена составило в фазу стеблевания 0,32 мг/кг, в фазу цветения и начала бутонизации - 0,41 мг/кг, в фазу созревания плодов - 0,33 мг/кг. В стеблях и листьях в фазу стеблевания накопилось 1,14 и 1,27 мг/кг соответственно, в фазу цветения и начала бутонизации -1,33 и 1,38 мг/кг, в фазу созревания плодов

- 1,22 и 1,30 мг/кг соответственно.

Представители семейства астровые - топинамбур и эхинацея пурпурная не отлича-

лись высоким содержанием селена. Характер его распределения по фазам развития такой же, как и у представителей семейства капустные. Вместе с тем разные представители этого семейства отличались количественными показателями (рис. 4).

Так, эхинацея пурпурная по сравнению с топинамбуром, аккумулировала большее количество селена в корнях: в фазу стеблевания и ветвления его содержание составило 0,25 мг/кг, в фазу цветения и начала бутонизации - 0,42 мг/кг, в фазу образования плодов - 0,25 мг/кг. В вегетативных органах в фазу стеблевания содержание селена было равно 0,88 и 0,91 мг/кг, в фазу цветения и начала бутонизации -

мг/кг

1,4 т

1,2 -1

0,8 -0,6 -0,4 0,2

0

-------------------1--------------------1------------------

фаза стеблевания фаза цтетения и фаза образования и ветвления начала плодов

бутонизации

• стебли

• - листья — корни

Рис. 4. Содержание селена в растениях эхинацеи пурпурной (среднее за 2006-2008 гг.)

Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 27

Содержание селена в растениях в среднем по годам (мг/кг сухого вещества)

Семейство 2006 г. 2007 г. 2008 г.

корни зеленая масса корни зеленая масса корни зеленая масса

Бобовые 0,39 1,16 0,80 1,44 0,43 1,23

Капустные 0,28 0,86 0,42 1,30 0,26 0,84

Сложноцветные 0,20 0,78 0,37 1,00 0,17 0,80

Гречишные 0,18 0,71 0,34 0,82 0,20 0,70

НСР, ед. 0,01 0,02 0,02 0,03 0,01 0,02

1,20 и 1,28 мг/кг, в фазу образования плодов - 0,89 и 0,95 мг/кг соответственно.

В ходе исследований был отмечено, что на накопление селена растениями оказывают влияние не только их видовые и сортовые особенности, но и метеорологические условия.

Май и июнь 2007г. характеризовались аномально высокой температурой воздуха и минимальным количеством осадков на всей территории области. Так, в мае их выпало только 28,7 мм, что в два раза меньше среднемноголетних показателей, а среднесуточная температура воздуха в третьей декаде того же месяца достигла 24 °С. Данные условия являлись стрессовыми факторами для роста и развития растений, что способствовало интенсивному накоплению селена в вегетативных органах (0,82...1,44 мг/кг) и корневой системе (0,34...0,80 мг/кг) (таблица).

Таким образом, наиболее активными селенонакопителями являются растения

семейства бобовые, особенно астрагал нутовый, который следует рекомендовать для введения в травосмеси в качестве селенсодержащей добавки.

Оптимальные сроки уборки сена с точки зрения компенсации селенодефи-цита у сельскохозяйственных животных -фаза бутонизации и начала цветения растений.

Литература

1. Микроэлементозы человека / А. П. Авцын, А. А. Жаворонков, М. А. Риш, Л. С. Строч-кова. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.

2. Селен в биосфере / А. Ф. Блинохва-тов, Г. В. Денисова, Д. Ю. Ильин и др. -Пенза: РИО ПГСХА, 2001. - 324 с.

3. Ермаков, В. В. Биологическое значение селена / В. В. Ермаков, В. В. Ковальский. - М.: Наука, 1974. - 298 с.

4. Флоринский, М. А. Селен и окружающая среда / М. А. Флоринский, Е. В. Седова // Агрохимия. - 1992. - №5. - С. 122-129.