CC BY
23
УДК 664.8.03 DOI 10.24411/2311-6447-2020-10032
Влияние электромагнитных полей крайне низких и сверхнизких частот и биопрепарата витаплан на активность пероксидазы, полифенолоксидазы и содержание полифенольных веществ в яблоках в процессе хранения
Influence of electromagnetic fields of extremely low and super low frequency and microbial pesticide vitaplan
on peroxidase and polyphenol oxidase activity and total polyphenolic content in apples during storage
Ст. науч. сотрудник C.M. Горлов, вед. науч. сотрудник Т.В. Першакова, ст. науч. сотрудник В.В. Лисовой, ст. науч. сотрудник Г.А. Купин, мл. науч. сотрудник А.А. Тягущева, ст. науч. сотрудник В.Н. Алёшин
(«Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» - филиал ФГБНУ "Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия» (КНИИХП - филиал ФГБНУ СКФНЦСВВ)) отдел хранения и комплексной переработки сельскохозяйственного сырья E-mail: [email protected]
Senior researcher S.M. Gorlov, Leading researcher T.V. Pershakova, Senior researcher V.V. Lisovoy, Senior researcher G.A. Kupin, Junior researcher A.A. Tiagusheva, Senior researcher V.N. Aleshin
(«Krasnodar Research Institute of Agricultural Products Storage and Processing» - branch of FSBSO «North-Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture & Viniculture» (KRIAPSP -branch of FSBSO NCFSCHV) department of storing and complex processing of agricultural raw materials E-mail: [email protected]
Реферат. Представлены результаты изучения влияния обработок яблок сорта Алые Паруса электромагнитными полями крайне низких и сверхнизких частот и биопрепаратом «Витаплан», содержащим бактерии Bacillus Subtilis ВКМ B-2604D и ВКМ B-2605D, на изменение активности пероксидазы, полифенолоксидазы и содержание полифенольных веществ. Установлен различный характер изменения вышеназванных показателей в зависимости от способа обработки яблок перед закладкой на хранение. Способами обработки, приводившими к наибольшему увеличению активности пероксидазы, являются водный раствор биопрепарата «Витаплан» 1010 КОЕ/мл и электромагнитные поля сверх низких частот (35 Гц, 12 мТл, 30 мин). Существенное увеличение активности полифенолоксидазы наблюдалось только в случае обработки биопрепаратом Витаплан. Увеличение содержания общих полифенолов по сравнению с контролем было зафиксировано после обработки электромагнитными полями крайне низких частот (20 Гд, 8 мТл, 40 мин) и сверхнизких частот, в то время как обработка биопрепаратом «Витаплан» не приводила к увеличению данного показателя. Более глубокое изучение данного феномена представляет интерес как для прикладных, так и для фундаментальных исследований, посвященных изучению механизмов индукции резистентности в растительном сырье.
<ö Горлов С.М., Першакова Т.В., Лисовой В.В., Купин Г.А., Тягущева A.A., Алёшин В.Н., 2020
Summary. The article presents the results of studying the influence of treatments of apples of the cultivar Alyye Parusa with electromagnetic fields of extremely low and super low frequency and the microbial pesticide Vitaplan containing bacteria Bacillus subtilis VKM B-2604D and VKM B-2605D on the change of activity of peroxidase, polyphenol oxidase and the total polyphenolic content. A different nature of changes in the abovementioned indicators was established depending on the mode of treatment of apples before storing. The modes of treatment that led to the highest increase in peroxidase activity are the aqueous solution of Vitaplan 1010 CFU/mL and super low frequency electromagnetic fields (35 Hz, 12 mT and 30 min). A significant increase in the activity of polyphenol oxidase was observed only in the case of treatment with the microbial pesticide Vitaplan. An increase in the total polyphenolic content compared with the control was recorded after treatments with extremely low frequency (20 Hz, 8 mT and 40 min) and super low frequency electromagnetic fields, while treatment with the microbial pesticide Vitaplan did not lead to an increase in this indicator. A deeper study of this phenomenon is of interest for both applied and fundamental research on the mechanisms of resistance induction in fruits and vegetables.
Ключевые слова: электромагнитные поля крайне низких и сверх низких частот, Bacillus subtilis, пероксидаза, полпфенолоксидаза, полифенолы, яблоки, индуцированная резистентность.
Keywords: extremely low and super low frequency electromagnetic fields, Bacillus subtilis, peroxidase, polyphenol oxidase, polyphenols, apples, induced resistance.
Патогенные инфекции приводят к значительным экономическим потерям в сельском хозяйстве [1]. По этой причине разработка и усовершенствование способов контроля и предотвращения заболеваний растений являются одними из основных задач для исследователей, работающих в интересах агропромышленного комплекса. При этом с целью сокращения масштабов использования химических пестицидов актуальным является поиск альтернативных стратегий, одной из которых является индукция естественной резистентности к фитопатогенам в растениях (в том числе во фруктах и овощах в послеуборочный период). В основе данной стратегии лежит способность некоторых биологических агентов, химических веществ и видов физического воздействия активировать защитные механизмы в растениях, что сопровождается накоплением антимикробных полифенольных веществ и повышением активности некоторых ферментов (пероксидаза, полифено-локсидаза, хитиназа, _/3-1,3-глюканаза, фенилаланин-аммиак-лиаза, каталаза и ДР.) [2-5].
В проведенных ранее исследованиях было установлено, что обработка яблок электромагнитными полями крайне низкой частоты и биопрепаратами приводит к снижению микробиальной обсемененности в процессе хранения, хотя механизмы данного явления оставались неизученными [6, 7].
Цель работы - выявление закономерностей влияния предварительной обработки яблок электромагнитными полями крайне низкой и сверхнизкой частоты (ЭМП КНЧ/СНЧ) и биопрепаратом «Витаплан» на активность пероксидазы, поли-фенолоксидазы и содержание полифенольных веществ в процессе хранения.
В качестве объектов исследования использовали яблоки сорта Алые Паруса (урожай 2019 г.).
Обработку ЭМП КНЧ/СНЧ проводили на лабораторной экспериментальной установке. В качестве биологического агента использовали коммерчески доступный биопрепарат «Витаплан» (производитель - группа компаний «АгороБиотехнология», http://bioprotection.ru) содержащий штаммы бактерий Bacillus subtilis ВКМ B-2604D и ВКМ B-2605D.
Обработку объектов исследования проводили следующим образом:
- биопрепарат Витаплан, водный раствор 1010 КОЕ/мл, полное погружение с последующим высушиванием на воздухе;
- ЭМП КНЧ 20 Гц, 8 мТл, 40 мин;
- ЭМП СНЧ 35 Гц, 12 мТл, 30 мин.
Для проведения обработки яблоки были извлечены из холодильной камеры на 2 часа (обработка + высушивание). Контроль обработке не подвергали, но яблоки также были извлечены из холодильной камеры на 2 ч. После обработки яблоки хранили в течение 5 недель в одной холодильной камере при температуре +5+1 °С и влажности 75+3 %. Отбор проб проводили один раз в неделю. Для определения активности ферментов отбирали яблоки без механических повреждений и признаков микробиологической порчи. Каждая проба состояла из 3 яблок, которые использовались для получения навески массой 3 г. Полученная навеска растиралась в ступке с 5 мл натрий-фосфатного буфера рН 6,0 с добавлением 0,1 г поливинилпирролидона PVP К-90. После центрифугирования при 12000 об/мин (14700g) в течение 20 мин полученный экстракт использовался для определения активности ферментов.
Определение активности пероксидазы проводили фотометрическим методом с использованием гваякола в качестве субстрата [8]. При этом определяли увеличение в поглощении при 460 им в течение 120 с после добавления перекиси водорода в реакционную смесь. Активность фермента выражали в относительных единицах на 1 г сырой массы за 1 мин.
Определение активности полифенолоксидазы проводили фотометрическим методом с использованием пирокатехина в качестве субстрата [9]. При этом определяли увеличение в поглощении при 420 нм в период с 2 до 5 мин после добавления фермента в реакционную смесь. Активность фермента выражали в относительных единицах на 1 г сырой массы за 1 мин.
Содержание общих полифенолов определяли колориметрическим методом с использованием реактива Фолина-Дениса и выражали в мг эквивалента галловой кислоты на 100 г сырой массы [10]. Экспериментальные исследования проводились в трехкратной повторности (статистическую значимость оценивали на уровне Р = 0,05). Математическую обработку экспериментальных данных проводили методом описательной статистики и дисперсионного анализа, используя пакеты программ Microsoft Excel и Statistica.
Влияние различных способов обработки яблок сорта Алые Паруса перед хранением на активность пероксидазы представлено на рис. 1.
12
10
cti
S
I—I g
о а
<D
С
л н
о О К
5
•Контроль ■Витаплан
>ЭМП 20 •ЭМП35
Рис. 1. Изменение активности пероксидазы. при хранении яблок сорта Алые Паруса, прошедших предварительную обработку
Как следует из представленных на рисунке 1 данных, при хранении необработанных яблок сорта Алые Паруса (контроль) активность пероксидазы вначале, на 1-й неделе, снижалась на 29 %. Но уже на 2-й неделе активность резко возрастала и оказывалась на 62 % больше, чем в яблоках до обработки и закладки на хранение. Далее, на 3-й и 4-й неделях активность постепенно снижалась исходному значению, а на 5-й неделе снова наблюдалось увеличение.
Активность пероксидазы в яблоках сорта Алые Паруса, прошедших предварительную обработку, также изменялась нелинейно.
При этом активность пероксидазы на 1-й неделе для всех вариантов обработки была выше, чем в контроле, так как активность либо сильно возрастала, как в яблоках, обработанных биопрепаратом «Витаплан» (на 122,2 % выше исходного значения), либо возрастала незначительно (выше исходного значения на 4,1 % в яблоках, обработанных ЭМП КНЧ 20 Гц, и на 11,8 % в яблоках, обработанных ЭМП СНЧ 35 Гц), но не снижалась, как в контроле.
В случае с яблоками, обработанными биопрепаратом «Витаплан», после достижения локального максимума на 1-й неделе активность пероксидазы резко снижалась в район исходного значения на 2-й неделе, затем постепенно возрас тала на 3-й и 4-й неделях (на 90,2 % выше исходного значения), после чего снижение продолжалось на 5-ой неделе, когда активность вновь оказывалась близка к исходному значению (на 10,6 % выше).
Активность пероксидазы в яблоках, обработанных ЭМП КНЧ 20 Гц, достигала максимума на 2-ой неделе (на 50,8 % выше исходного значения), затем снижалась на 3-й и 4-й неделях и снова несколько возрастала на 5-й неделе, оказываясь при этом примерно на уровне исходного значения.
Активность пероксидазы в яблоках, обработанных ЭМП СНЧ 35 Гц, постепенно возрастала, достигая максимума на 3-ей неделе (на 84,3 % выше исходного значения), после чего наблюдалось снижение к исходному значению.
На рис. 2-5 представлено изменение активности пероксидазы в объектах исследования на отдельных графиках с линией тренда, уравнением тренда и величиной достоверности аппроксимации.
Контроль
Линия тренда
10
у
о
е-
о
= 1
V = 0.3296хл -4.5834Х3 + 21.525хд - 38.46Х + 26.213 К2 = 0,902
<
2 3
Недели
Рис. 2. Изменение активности пероксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса без обработки (контроль)
Анализируя данные, представленные на рис. 1-5, можно сделать вывод, что характер изменения активности пероксидазы в течение 5 недель в обработанных и необработанных яблоках сорта Алые Паруса имеет следующее сходство: во всех четырех вариантах можно выделить этап начального увеличения активности с достижением некоторого максимума и последующий этап снижения активности. В вариантах обработки кроме, ЭМП 35 Гц, также виден этап формирования второго максимума (полноценное формирование при обработке биопрепаратом «Витаплан» и начало формирования в вариантах без обработки и ЭМП 20 Гц).
Витаплан -Линия тренда
Недели
Рис. 3. Изменение активности пероксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса, обработанных биопрепаратом Витаплан 1010 КОЕ/мп
•ЭМП 20
-Линия тренда
у= 0Д744Х4- 2,3326х3+ 10,233х2- 1б,49бх + 13,475 [V 0,9182
2 3
Недели
Рис. 4. Изменение активности пероксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса, обработанных ЭМП КНЧ 20 Гц, 8 мТл
•ЭМП35
-Линия тренда
К
а
I—I
н
I
у - 0,0808х4 - 1,3257х3+ б,9194х2- 12,357х + 11,827 Р2 = 0,9652
-1-1-1-1-
1 2 3 4 5
Недели
Рис. 5. Изменение активности пероксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса, обработанных ЭМП СНЧ 35 Гц, 12 мТл
Влияние различных способов обработки яблок сорта Алые Паруса перед хранением на активность полифенолоксидазы представлено на рис. 6.
Как следует из представленных на рисунке 6 данных, при хранении необработанных яблок (контроль) активность полифенолоксидазы на 1-й неделе незначительно снижалась (на 4,4 %). На 2-й неделе наблюдалось существенное увеличение активности - на 31,1 % по сравнению с исходным значением. На 3-й неделе исследуемый показатель снижался, но оставался выше исходного значения на 13,3 %. На 5-й неделе вновь наблюдалось некоторое увеличение активности (на 22,2 % выше исходного значение).
■Контроль ■Вита план ■ЭМП 20 •ЭМП 35
Рис. 6. Изменение активности полифенолоксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса, прошедших предварительную обработку
Активность полифенолоксидазы в яблоках, обработанных биопрепаратом Витаплан, значительно возрастала уже на 1-й неделе (на 66,7 %). На 2-й неделе активность снижалась к исходному значения (выше на 15,6 %) и оставалась там на 3-й неделе. На 4-й неделе наблюдалось формирование второго максимума (выше на 57,8 %), после чего, на 5-й неделе, активность вновь возвращалась к исходному значению. Активность полифенолоксидазы в яблоках, обработанных ЭМП 20 Гц и 35 Гц, после некоторого увеличения на 1-й неделе (на 20 и на 11,1 %, соответственно) колебалась незначительно - в пределах 20 % от исходного значения.
Анализируя данные, представленные на рис. 6, можно сделать вывод, что существенное изменение активности полифенолоксидазы наблюдается только в варианте обработки биопрепаратом «Витаплан».
На рис. 7-10 представлено изменение активности полифенолоксидазы в объектах исследования на отдельных графиках с линией тренда, уравнением тренда и величиной достоверности аппроксимации.
Контроль -Линия тренда
Недели
Рис. 7. Изменение активности полифенолоксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса без обработки (контроль)
•Витаплан
-Линия тренда
л и
о
0 К
а
ьч
I—I
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 о
у= -0,0287х4+ 0,4073х3- 1,9843х2+3,829бх - 1,7733
И2 = 0,999
Недели
Рис.8. Изменение активности полифенолоксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса, обработанных биопрепаратом «Витаплан» 1010 КОЕ/мп
•ЭМП20
■Линия тренда
0,6
к °
й О 0,3
I о
3 £ °'2
В ОД
о к
о
у= 0,001х4- 0,0012х3- 0,077х2 + 0,3152х + 0,2117
В2 = 0,999
2 3
Недели
Рис. 9. Изменение активности полифенолоксидазы при хранении яблок сорта Апые Паруса, обработанных. ЭМП КНЧ 20 Гц, 8 мТл
При сравнении данных, представленных на рис. 1 и 6, можно сделать вывод, что активность полифенолоксидазы в целом отличается большей стабильностью по сравнению с активностью пероксидазы. При этом максимальные значения активности обоих исследуемых ферментов наблюдались после обработки биопрепаратом «Витаплан».
ЭМП 35 -Линия тренда
Недели
Рис. 10. Изменение активности полифенолоксидазы при хранении яблок сорта Алые Паруса, обработанных. ЭМП СНЧ 35 Гц, 12 мТл
Влияние различных способов обработки яблок перед хранением на содержание общих полифенолов представлено на рис. 11.
1200
£ 1000
Й о
vi" Й 800
0 2
В «
Й g 600
1 I
Qj U
ол 400
3 К
о Щ
~ В 200
о
Недели
Рис. 11. Изменение содержания общих полифенолов при хранении яблок сорта Алые Паруса, прошедших предварительную обработку
Из представленных на рис. 11 данных следует, что содержание общих полифенолов в яблоках сорта Алые Паруса, обработанных ЭМП 20 Гц, было выше, чем в контроле только на 1-ой неделе. Обработка ЭМП 35 Гц обеспечивала более высокое содержание общих полифенолов на 1-й и 2-й неделях. Обработка биопрепаратом «Витаплан» не приводила к увеличению исследуемого показателя.
Получены экспериментальные данные о влиянии обработки яблок сорта Алые Паруса электромагнитными полями КНЧ/СНЧ и биопрепаратом «Витаплан», содержащим бактерии Bacillus Subtilis ВКМ B-2604D и ВКМ B-2605D, на этапе подготовки к хранению на активность пероксидазы, полифенолоксидазы и содержание полифенольных веществ.
Установлен различный характер изменения вышеназванных показателей в зависимости от способа обработки яблок перед закладкой на хранение. Способами обработки, приводившими к наибольшему увеличению активности пероксидазы, являются водный раствор биопрепарата «Витаплан» 1010 КОЕ/мл и ЭМП СНЧ (35 Гц, 12 мТл, 30 мин). Существенное увеличение активности полифенолоксидазы наблюдалось только в случае обработки биопрепаратом «Витаплан». Увеличение содержания общих полифенолов по сравнению с контролем было зафиксировано после обработки ЭМП КНЧ (20 Гц, 8 мТл, 40 мин) и СНЧ, в то время как обработка биопрепаратом Витаплан не приводила к увеличению данного показателя. Более глубокое изучение данного феномена представляет интерес как для прикладных, так и для фундаментальных исследований, посвященных изучению механизмов индукции резистентности в растительном сырье.
ЛИТЕРАТУРА
1. FAO, 2011. Global food losses and food waste - Extent, causes and prevention. Gustavsson, J., Cederberg, C., Sonesson, U., van Otterdijk, R., Meybeck, A. Rome (http://www.fao.org/docrep/014/mb060e/mb060e00.pdf).
2. Romanazzi, G., et al, 2016. Induced resistance to control postharvest decay of fruit and vegetables. Postharvest Biol. Technol. 122, 82-94.
3. Usall, J., et al, 2016. Physical treatments to control postharvest diseases of fresh fruits and vegetables. Postharvest Biol. Technol. 122, 30-40.
i J
1 4 ■ TT 1 1 Г ■ 1 P ■ Контроль ■ Витаплан ■ ЭМП 20 ■ ЭМП 35
0 12 3 4
4. Ojaghian, М. R., et al, 2017. Efficacy of UV-C radiation in inducing systemic acquired resistance against storage carrot rot caused by Sclerotinia sclerotiorum. Postharvest Biology and Technology 130, 94-102.
5. Hashmi, M. S., East, A. R., Palmer, J. S., Heyes, J. A., 2013. Hypobaric treatment stimulates defence-related enzymes in strawberry. Postharvest Biol. Technol. 85, 77-82.
6. Лисовой, В.В. Исследование влияния электромагнитных полей на изменение микробиальной обсемененности фруктов в процессе хранения / В.В. Лисовой, Т.В. Першакова, Е.П. Викторова, Г.А. Купин, В.Н. Алёшин, А.В. Михайлю-та / / Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). - 2017. - № 126 (02). - С. 843-854.
7. Першакова, Т.В. Сравнительная оценка эффективности влияния биопрепаратов «Витаплан» и «Фитоспорин М» на изменение микробиальной обсемененности яблок в процессе хранения / Першакова Т.В., Купин Г.А., Алёшин В.Н., Ми-хайлюта Л.В., Бабакина М.В. // Новые технологии. - 2017. - № 3 - С. 49-54.
8. Kochba, J., Lavee, S., Spiege, R.P., 1977. Difference in peroxidase activity and isoenzymes in embryogenic and non-embryogenic 'Shamouti' orange ovular callus lines. Plant Cell Physiol. 18, 463-467.
9. Duangmal, K., Apenten, R.K.O., 1999. A comparative study of polyphenoloxi-dases from taro (Colocasia esculenta) and potato (Solanum tuberosum var. Romano). Food Chem. 64, 351-359.
10. Ramful, D., Tarnus, E., Aruoma, О. I., Bourdon, E. and Bahorun, Т., 2011. Polyphenol composition, vitamin С content and antioxidant capacity of Mauritian citrus fruit pulps. Food Reviews International 44 (7), 2088-2099.
REFERENCES
1. FAO, 2011. Global food losses and food waste - Extent, causes and prevention. Gustavsson, J., Cederberg, C., Sonesson, U., van Otterdijk, R., Meybeck, A. Rome (http://www.fao.org/docrep/014/mb060e/mb060e00.pdf).
2. Romanazzi, G., et al, 2016. Induced resistance to control postharvest decay of fruit and vegetables. Postharvest Biol. Technol. 122, 82-94.
3. Usall, J., et al, 2016. Physical treatments to control postharvest diseases of fresh fruits and vegetables. Postharvest Biol. Technol. 122, 30-40.
4. Ojaghian, M. R., et al, 2017. Efficacy of UV-C radiation in inducing systemic acquired resistance against storage carrot rot caused by Sclerotinia sclerotiorum. Postharvest Biology and Technology 130, 94-102.
5. Hashmi, M. S., East, A. R., Palmer, J. S., Heyes, J. A., 2013. Hypobaric treatment stimulates defence-related enzymes in strawberry. Postharvest Biol. Technol. 85, 77-82.
6. Lisovoy, V.V. Issledovanie vliyaniya elektromagnitnykh poley na izmenenie mikrobial'noy obsemenennosti fruktov v protsesse khraneniya [Research of electromagnetic fields influence on changes of microbial contamination of fruits' surface during storage], V.V. Lisovoy, T.V. Pershakova, E.P. Viktorova, G.A. Kupin, V.N. Aleshin, L.V. Mikhaylyuta, Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta (Nauchnyy zhurnal KubGAU), 2017, No 126 (02), pp. 843-854 (Russian).
7. Pershakova, T.V. Sravnitel'naya otsenka effektivnosti vliyaniya biopreparatov «Vitaplan» i «Fitosporin M» na izmenenie mikrobial'noy obsemenennosti yablok v protsesse khraneniya [Comparative assessment of influence efficiency of bioprepara-tions "Vitaplan" and "Phytosporin M" on change of microbial contamination of apples in the process of storing], Pershakova T.V., Kupin G.A., Aleshin V.N., Mikhaylyuta L.V., Babakina M.V., Novye tekhnologii, 2017, No 3, pp. 49-54 (Russian).
8. Kochba, J., Lavee, S., Spiege, R.P., 1977. Difference in peroxidase activity and isoenzymes in embiyogenic and non-embryogenic 'Shamouti' orange ovular callus lines. Plant Cell Physiol. 18, 463-467.
9. Duangmal, K., Apenten, R.K.O., 1999. A comparative study of polyphenoloxi-dases from taro (Colocasia esculenta) and potato (Solanum tuberosum var. Romano). Food Chem. 64, 351-359.
10. Ramful, D., Tarnus, E., Aruoma, O. I., Bourdon, E. and Bahorun, T., 2011. Polyphenol composition, vitamin C content and antioxidant capacity of Mauritian citrus fruit pulps. Food Reviews International 44 (7), 2088-2099.
