CC BY
84
УДК 633. 1:581. 19:631.81(571.17)
ОЦЕНКА УРОВНЯ НАКОПЛЕНИЯ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЗЕРНОМ ОЗИМЫХ КУЛЬТУР, ВЫРАЩЕННЫХ НА ЮГО-ВОСТОКЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Е.П. КОНДРАТЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
О.Б. КОНСТАНТИНОВА, аспирант О.М. СОБОЛЕВА, кандидат биологических наук, доцент
Е.А. ИЖМУЛКИНА, кандидат экономических наук, доцент
Н.В. ВЕРБИЦКАЯ, аспирант
Кемеровский ГСХИ, ул. Марковцева, 5, Кемерово, 650056, Россия E-mail: [email protected]
Резюме. Проведены исследования с целью выявления сортовой и видовой специфики накопления макро- (Ca, P, K, Na, Mg) и микроэлементов (Fe, Mn, Cu, Zn), а также зольности зерна озимых культур (пшеница, рожь, тритикале). Показатели качества определяли в лаборатории биохимии СибНИиЖпо общепринятым методикам. Среднее содержание сырой золы в зерне пшеницы составляет 1,69% с колебаниями от 1,67до 1,73%, ржи - 1,58% (1,38-1,69%), тритикале - 1,77% (1,50-2,03%). Наибольшая концентрация фосфора характерна для зерна тритикале. Эта культура также отличается высоким накоплением магния и железа. В зерне озимой ржи калия больше на 4,13 и 20,86% (в абсолютных величинах), чем в пшенице и тритикале соответственно. Содержание меди в зерне пшеницы разных сортов колеблется от 2,3 до 3,5 мг/ кг, озимой ржи - от 2,5 до 4,0 мг/кг, озимого тритикале - от 3,7 до 4,5 мг/кг. Накопление макроэлементов в зерне ржи российского сорта Петровна 1 меньше на 23 и 17% (в абсолютных величинах), чем у сорта и гибрида иностранной селекции - Зу Драйве и Хелл-топ (F1) соответственно. Общая зольность у всех исследованных сортов озимой пшеницы примерно одинаковая, в то время как для ржи и тритикале зафиксирована ее сортовая изменчивость. При этом больше половины всего количества золы приходится на долю двух элементов - фосфора и калия. По содержанию в пробах зерна озимых культур изученные макроэлементы можно расположить в ряд P>K>Ca>Mg>Na, а микроэлементы - Fe>Zn>Mn>Cu. Ключевые слова: зерно, сорт, озимая пшеница, озимая рожь, озимый тритикале, зола, макроэлементы, микроэлементы. Для цитирования: Оценка уровня накопления макро- и микроэлементов зерном озимых культур, выращенных на юго-востоке Западной Сибири/Е.П. Кондратенко, О.Б. Константинова, О.М. Соболева, Е.А. Ижмулкина, Н.В. Вербицкая// Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 6. С. 18-20.
Избыток или недостаток минеральных элементов влечет за собой патологические последствия для живых объектов. Они необходимы для нормальной жизнедеятельности организма. Проводимые сегодня исследования свидетельствуют о значительных нарушениях в рационе питания населения России: отмечается дефицит витаминов, витаминоподобных веществ природного происхождения, макро- и микроэлементов [1].
В растительных и животных организмах находится более 70 химических элементов. Одиннадцать из них - макроэлементы (С, Н, О, N S, Р, Са, Мд, К, Na) и микроэлемент кремний (Э) - составляют 99,95% живого субстрата, и лишь 0,05% приходится на долю микроэлементов, которые играют чрезвычайно важную физиологическую роль [2].
Элементный состав культурных растений разнообразен и обусловлен биологическими особенностями, а также большой вариабельностью содержания подвижных форм элементов в пахотных почвах [3]. Из литературы известно, что макро- и микроэлементы входят в состав активных групп ферментов, участвуют в сложных биохимических процессах [4].
В зерне злаковых культур содержатся элементы, необходимые для обмена веществ, без которых невозможен нормальный рост и развитие растения, человека и животного. Концентрация их незначительна, а активность велика. Зольность зерна подвержена колебаниям в зависимости от условий возделывания и сортовых особенностей [5].
Существует много работ, посвященных исследованию количественного и качественного состава зольных элементов зерна в зависимости от сортовых особенностей [6-11], но нет данных о наличии макро-и микроэлементов в зерне озимой пшеницы, озимой ржи и озимого тритикале, выращенных на юго-востоке Западной Сибири, в зависимости от биологических особенностей сорта и рода зернового злака.
Цель исследований - выявление сортовой и видовой специфики накопления макро- и микроэлементов в зерне озимых культур для определения его пищевой ценности.
Условия, материалы и методы. Сегодня особую важность приобретают вопросы выявления адаптивных форм культурных растений, характеризующихся стабильностью основных признаков качества зерна, в том числе минеральным составом. Для оценки влияния сортовых и видовых особенностей на формирование зольности были взяты образцы зерна разных сортов озимых культур, выращенных в одинаковых агроклиматических условиях. Объектом исследования послужили три сортообразца озимой пшеницы - Скипетр (оригинатор Г.М. Полетаев), Новосибирская 2 и Новосибирская 3 (СибНИИРС), три образца озимой ржи - сорта Петровна 1 (СибНИИСХиТ), Зу Драйве (Hybro Saatzucht GMBH & CO KG, Germany) и гибрид Хеллтоп (F1) (Dieckmann GMBH & CO KG, Germany), два образца озимой тритикале - Алтайская 5 (Алтайский НИИСХ), Омская (СибНИИСХ). Все они относятся к среднеспелой группе спелости. Вегетационный период составляет 316-320 дн. Образцы зерна для исследований отбирали из урожаев 2012-2013 гг., выращенных на Яш-кинском государственном сортоиспытательном участке (лесостепь юго-востока Западной Сибири).
Анализ качества зерна проводили в лаборатории биологической химии СибНИИЖ (г. Новосибирск) по общепринятым методикам: сырую золу определяли по ГОСТ 26226-95, кальций - по ГОСТ 26570-95, фосфор - по ГОСТ 26657-97, калий - по ГОСТ 30504-97, натрий - по ГОСТ 30503-97, магний - по ГОСТ 30502-97, железо - по ГОСТ 27998-88, марганец - по ГОСТ 27997-88, медь - по ГОСТ 27995-88, цинк - по ГОСТ 27996-88. Для оценки степени варьирования рассчитывали коэффициент вариации, который определяется как отношение среднеквадратичного отклонения к среднему значению, выраженному в процентах (V,%). Полученные данные статистически обрабатывали с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.
результаты и обсуждение. Проведенные исследования показывают, что зерно сортов озимых культур различается по содержанию сырой золы (табл. 1). Наибольшие колебания величины этого показателя среди изучаемых культур выявлены у тритикале. Достаточно высокая изменчивость признака отмечена и у ржи.
Установлено межродовое варьирование накопления сырой золы в зерне озимых культур. Так, у пшеницы ее содержание в среднем составляет 1,69% с колебаниями
Таблица 1. Содержание сырой золы в зерне озимых культур,%
Культура Содержание золы в зерне, % Размах
x I min I max варьирования, %
Озимая пшеница Озимая рожь Озимая тритикале 1,69 1,67 1,73 1,58 1,38 1,69 1,77 1,50 2,03 0,06 0,31 0,53
от 1,67 до 1,73%, у ржи - 1,58% (1,38-1,69%) и у тритикале - 1,77% (1,50-2,03%). Эти данные показывают, что накопление золы в зерне тритикале зависит от каких-то существенных факторов, под воздействием которых ее содержание достигает 2,03%, что на 0,30-0,36% выше, чем в зерне пшеницы, и на 0,34-0,65%, чем в зерне ржи.
По содержанию в пробах зерна озимых культур макроэлементы можно расположить в порядке убывания в ряд Р>К>Са>Мд^а, микроэлементы - Fe>Zn>Mn>Cu. Размах варьирования исследуемых элементов высокий (табл. 2). Это может быть связано с видовыми и сортовыми биологическими особенностями культур.
Таблица 2. Межвидовые различия в содержании макро- и микроэлементов в зерне
Зольный элемент Озимая пшеница Озимая рожь Озимая тритикале
x размах варьи- х- размах варьи- х размах варьи-
рования, % рования, % рования, %
Макроэлементы
Кальций, % 0,17 0,03 0,28 0,29 0,15 0,02
Фосфор, % 0,53 0,01 0,46 0,12 0,61 0,05
Калий, г/кг 3,4 0,6 3,8 0,6 3,3 0,6
Натрий, г/кг 0,15 0 0,16 0,02 0,15 0
Магний, г/кг 1,49 0,41 1,37 0,5 1,29 0,41
Микроэлементы
Железо, мг/кг 32,0 24,0 28,0 15,0 36, 0
Марганец, мг/кг 26,0 14,0 21,0 8,0 25,0 14,0
Медь, мг/кг 3,1 1,2 3,5 1,5 4,1 0,8
Цинк, мг/кг 27,5 15,0 25,0 13,5 28,0 13,0
Так, содержание меди в зерне пшеницы разных сортов колеблется от 2,3 до 3,5 мг/кг, озимой ржи - от 2,5 до 4,0 мг/кг, озимой тритикале - от 3,7 до 4,5 мг/кг. Накопление этого элемента в зерне тритикале и ржи выше, чем в пшенице, в среднем, соответственно, на 1 и 0,6 мг/кг. Причем его концентрация зависит от биологических особенностей сорта. Например, в зерне озимой пшеницы Скипетр и озимой ржи Зу Драйве накапливается небольшое количество этого микроэлемента - 2,3-2,5 мг/кг, а у озимой тритикале Алтайская 5, гибрида озимой ржи Хеллтоп и сорта этой культуры Петровна 1 - 4,0-4,5 мг/кг. Это представляет интерес для дальнейших исследований.
Содержание железа в зерне озимой тритикале выше, чем в озимой ржи и озимой пшенице. Разница составляет соответственно 4 и 8 мг/кг.
Анализ содержания золы, макро- и микроэлементов в зерне пшеницы, ржи и тритикале, выращенных в лесостепи юго-востока Западной Сибири (см. рисунок), показывает, что все сорта пшеницы стабильно накапливают зольные элементы в среднем на уровне 17 г/кг, а сорта ржи и тритикале значительно различаются по содержанию макроэлементов. Например, их концентрация в зерне ржи российской селекции сорта Петровна 1 меньше, чем у сорта и гибрида иностранной селекции - Зу Драйве и Хелтоп ), на 23 и 17% соответственно. Накопление макроэлементов в зерне сортов тритикале ниже, чем у пшеницы и ржи, на 12-21 и 10-31 % соответственно. Необходимо отметить, что только 50% всех зольных элементов тритикале сорта Омская относится к группе изученных нами макро- и микроэлементов, для остальных образцов величина этого показателя варьирует от 13% (Зу Драйве) до 33% (Скипетр).
В среднем за 2 года исследований содержание золы в зерне сортов тритикале было больше, чем у ржи, на 0,18%, а по сравнению с пшеницей, на 0,07% (табл. 3).
Повышенным накоплением кальция как в среднем (17,62%), так и по сортам (12,31-27,54%) характеризовалась рожь. Величина этого показателя для пшеницы и тритикале по сортам варьировала, соответственно, от 8,98 до 10,40% и от 7,88 до 9,33%.
Наибольшее содержание фосфора обнаружено в зерне тритикале. В среднем по сортам оно составляло 34,84%, при варьировании от 31,03 до 38,66%. Кроме того, эта культура характеризуется высоким накоплением магния и железа, содержание которых колебалось от 6,89 и 0,18% (Омская) до 12,07 и 0,24% (Алтайская 5) при среднем значении 9,48 и 0,21% соответственно. Озимая рожь накапливает калий в зерне больше, чем пшеница и тритикале, соответственно на 4,13 и 20,86%.
Всем сортам озимых культур свойственна значительная амплитуда изменчивости содержания в зерне макроэлементов, кроме ионов натрия. Его концентрация мало зависит от сортовых особенностей пшеницы, ржи и тритикале.
Содержание одного и того же макроэлемента в зерне в зависимости от биологических особенностей сорта и рода культуры изменяется неодинаково. Так, максимальная разница для калия, выделенного из зерна разных сортов пшеницы, выращенных в одинаковых условиях, составляет 3,8%, ржи - 4,53%, тритикале - 0,6%, фосфора - 0,52, 1,78 и 7,63%, кальция - 1,42, 15,23 и 1,45%, магния - 2,2, 4,96 и 5,8% соответственно.
Содержание микроэлементов также подвержено изменчивости. Из полученных результатов видно, что средняя концентрация марганца в зерне пшеницы и тритикале составляет 0,15%, ржи - 0,13% при варьировании от 0,11 до 0,19% (V = 42,1%), от 0,10 до 0,18% (V = 80%) и от 0,09 до 0,21% (V = 57%), железа 0,19% (V = 33,0%), 0,21% ^=25%) и 0,18% ^=54,0%) соответственно. Цинк, марганец и медь в зерне пшеницы, тритикале и ржи изученных сортов в среднем накапливаются незначительно - 0,16%, 0,16% и 0,02% соответственно.
рисунок. Зависимость содержания макро- и микроэлементов в зерне от сортовых особенностей злаков и рода культуры: О - макроэлементы; Щ - микроэлементы; ^ - прочие неизученные минеральные элементы.
Таблица 3. Содержание зольных элементов в зерне разных сортов озимых культур (пшеницы, ржи и тритикале)
Название
Зола,
%
Содержание, % от общей массы сырой золы
макроэлемент Р I K I Ca I Mg I Na
микроэлемент
Fe I Zn I Mn I ^
Скипетр 1,69
Новосибирская 2 1,67
Новосибирская 3 1,73
Среднее 1,70
Зу Драйве 1,67
Хеллтоп 1,69
Петровна 1 1,38
Среднее 1,58
Алтайская 5 1,50
Омская 2,03
Среднее_1,76
Озимая пшеница
30,76 17,75 10,05 7,33 31,73 21,55 8,98 9,40 31,21 20,80 10,40 9,53 31,23 20,03 9,81 8,75
Озимая рожь 29,94 21,55 27,54 6,41 30,76 24,85 13,01 8,76 28,98 26,08 12,31 11,37 29,89 24,16 17,62 8,85
Озимый тритикале 38,66 3,60 9,33 12,07 31,03 3,00 7,88 6,89 34,84 3,30 8,61 9,48
выводы. В зерне озимых злаковых культур, произрастающих в экологических условиях юго-востока Западной Сибири из всех изучавшихся макроэлементов во всех сортах больше всего содержалось фосфора и калия. Самая высокая их концентрация была характерна для сорта пшеницы Новосибирская 2, ржи Петровна 1 и тритикале Алтай-
ская 5 российской селекции. В то же время концентрация кальция в зерне ржи сорта Зу Драйве иностранной селекции достигало 27,54%, что в среднем в 3 раза больше, чем в продукции других сортов. Из микроэлементов отмечено наибольшее содержание в зерне железа. Продукция тритикале сорта Алтайская 5 и ржи Петровна 1 отличается самой высокой концентрацией этого микроэлемента. Сорт тритикале Алтайская 5 также характеризуется большим количеством цинка, марганца и меди. При выведении новых сортов этих культур с желаемыми качествами необходимо учесть их биологические особенности накопления макро- и микроэлементов, жизненно необходимых для человека. Полученные данные могут быть использованы при составлении сбалансированных рационов питания и при разработке новых продуктов.
0,89 0,89 0,86 0,88
0,89 1,00 1,08 0,99
1,00 0,74 0,87
0,14 0,21 0,21 0,19
0,11 0,19 0,24 0,18
0,24 0,18 0,21
0,12 0,11
0,21 0,19
0,16 0,16
0,16 0,15
0,10 0,10
0,17 0,13
0,22 0,17
0,16 0,13
0,23 0,11 0,16
0,21 0,09 0,15
0,01 0,02 0,02 0,02
0,02 0,02 0,03 0,02
0,03 0,02 0,02
Литература.
1. Концепция государственной политики в области здорового питания населения РФ на период до 2005 года. Постановление Правительства РФ № 917 от 10 августа 1998 г.) База нормативных документов «КонсультантПлюс». URL: http: / www. base. consultant. ru. (дата
2. Школьник М.Я. Микроэлементы в питании растений. Физиология сельскохозяйственных растений. М.: Изд-во МГУ, 1967. Т. 2. С. 128-203.
3. Протасова Н.А. Тяжелые металлы в черноземах и культурных растениях Воронежской области //Агрохимия. 2005. №2. С. 80-86.
4. Елисеева О.В. Содержание некоторых микроэлементов в вегетативных органах редьки // Известия ТСХА. 2011. №2. С. 59-68.
5. Хуштов И.Х. Продуктивность интенсивных сортов озимой пшеницы в зависимости от условий выращивания в степной зоне КБР: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Нальчик, 2000. 19 с.
6. Колесникова О.Ф. Технологические свойства зерна новых сортов озимой пшеницы Кубани : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Краснодар, 1994. 25с.
7. Голик К.Н., Гуляев Б.И., Мицко В.Н. Накопление и реутилизация минеральных элементов в растениях озимой пшеницы // Физиология и биохимия культурных растений. 1995. Т. 27. № 3. С. 193-197.
8. Ториков В.Е., Мельникова О.В., Ториков В.В. Влияние удобрений, норм высева семян и сорта на кормовую ценность и минеральный состав зерна ярового ячменя // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. Вып. № 1. С. 63-67.
9. Конь И.Я. К обоснованию рекомендуемых величин потребления энергии и основных пищевых веществ (минеральные вещества) // Вопросы питания. 1990. № 6. С. 9-16.
10. Дулаев В.Г. Научно-технические аспекты создания зернопродуктов нового поколения с заданным содержанием основ -ных питательных и биологически активных веществ. //Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. № 1. С. 25-27.
11. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А. Микроэлементы человека. М.: Медицина, 1991. 496 с.
LEVEL EVALuATION OF MACRO- AND MICRONuTRIENTS ACCuMuLATION BY GRANE OF winter CROPS grown IN the southeast OF western SIBERIA
E.P. Kondratenko, O.V. Konstantinova, O.M. Soboleva, E. A. Izhmulkina, N.V. Verbitskaya
Kemerovo State Agricultural Institute, Markovtseva str., 5, Kemerovo, 650056, Russia
Summary. The data on the composition and amount of macronutrients (Ca, P, K, Na, Mg) and trace elements (Fe, Mn, Cu, Zn) in ash of grain varieties of winter wheat, winter rye and winter triticale depending on the biological features of variety and the kind of culture are presented in this paper. The analysis of the grain quality was held in the laboratory of biochemistry by conventional methods of research. The qualitative and quantitative composition of the grain was examined. The results of the analysis indicated that the dominant minerals were phosphorus macro element and iron trace element. If the content of these elements varies quite significantly in one kind of winter grain cereals, the grain of another variety is relatively small. The ash content in the wheat grain is 1.69% on average with a range from 1.67 to 1.73%. The ash content in the grain rye is 1.58% with a range from 1.38 to 1.69% and ash content in triticale is 1.77% (1.50-2.03%). The intergeneric variability in the accumulation of crude ash in grain winter crops is determined. Significant differences in the levels of macro- and microelements in grain samples of winter cereals are revealed. The content of the same element in wheat, rye and triticale depending on the biological features of the variety and type of culture varies unequally. The maximum content of phosphorus was found in the triticale grain. This culture is characterized by a large accumulation of macronutrients such as magnesium and iron. Winter rye grain accumulates more potassium than wheat and triticale by 4.13% and 20.86% respectively. Accumulation of copper in triticale and rye grain is more than in wheat. The copper content of different varieties of wheat grain ranges from 2.3 mg / kg to 3.5 mg / kg, in rye from 2.5 mg / kg to 4.0 mg / kg, in winter triticale from 3.7 mg / kg to 4.5 mg / kg. The accumulation of macronutrients in rye variety Petrovna 1 of Russian selection is less by 23% and 17% than the varieties and hybrids of foreign selection such as Zoo Drive and Heltop (F1) have respectively. It should be noted that only 50% of all mineral elements of triticale of variety Omsk belongs to the group of micro and macronutrients we studied. The content of microelements in the grain of winter crops is also subject to variability. Fluctuations of trace elements in cereals have the same tendency as in the macronutrients. The total ash content in all studied winter wheat varieties is roughly equal, while it was recorded varietal variability for rye and triticale. The share of two elements such as phosphorus and potassium is more than half of the total amount of ash. The studied macronutrients according to the content in the samples of grain winter crops can be positioned as P> K> Ca> Mg> Na and trace elements as Fe> Zn> Mn> Cu. Keywords: grain, variety, winter wheat, winter rye, winter triticale, ash, macronutrients, micronutrients
Author Details: E.P. Kondratenko, Dr. Sci (Agr.), Prof. (e-mail: [email protected]); O.V. Konstantinova, Post-graduate student; O.M. Soboleva, Cand. Sc. (Biol.), Assoc. Prof.; E.A. Izhmulkina, Cand. Sc. (Ec.), Assoc. Prof.; N.V. Verbitskaya, Post-graduate student. For citation: Kondratenko E.P., Konstantinova O.V., Soboleva O.M., Izhmulkina E.A., Verbitskaya N.V. Level evalution of macro- and micronutrients accumulation by grane of winter crops grown in the southeast of westen Siberia // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V. 29. № 6. pp. 18-20 (In Russ).
