CC BY
79
© Макарова В.Г., Лаксаева Е.А., Мартынов Е.Г., 2006 УДК 615.322:634.741.07
ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА НАКОПЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ БАВ В ПЛОДАХ ИРГИ ОБЫКНОВЕННОЙ
В.Г. Макарова, Е.А. Лаксаева, Е.Г. Мартынов
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова
В работе представлены результаты исследования влияния микроэлементов бора, цинка и их комплекса в соотношении (1:1) на химический состав плодов ирги обыкновенной.
Микроэлементы (МЭ), являясь кофакторами многих ферментов, способны активировать ферментативные процессы у многих растений, что [10,15,16] приводит к биосинтезу и накоплению в них биологически активных веществ (БАВ).
Регуляция биосинтеза и накопления БАВ может избирательно повысить ценные лекарственные, пищевые и другие качества плодов ирги обыкновенной. Данные по влиянию МЭ на биосинтез БАВ в плодах этого растения единичны [5,6,7], что касается, бора и комплекса его с цинком в литературе отсутствуют.
Исходя из этого, целью нашего исследования явилось изучение регуляции накопления ряда биологически активных веществ в плодах ирги обыкновенной (Amelanchier vulgaris Moench) под влиянием микроэлементов бора, цинка и смеси их всоотношении (1:1)
Материалы и методы
Проведено исследование плодов ирги обыкновенной при обработке растений микроэлементами (МЭ) в окрестностях г. Рязани (пос. Турлатово Рязанского района Рязанской области) в утренние часы
0,03% - ными растворами соли ZnSO4 * 7H2O, борной кислоты (H3BO3) и смесью бора с цинком (1:1) трехкратно - в фазы начала, массового и окончания цветения с расходом 2 л на растение. Контролем в опытах служили растения, обработанные
дистиллированной водой, на которой готовились растворы МЭ.
В свежесобранных плодах определяли аскорбиновую кислоту (АК) по С.М. Прокошеву [1]. Исследуемый материал (плоды ирги обыкновенной) быстро измельчали ножом из нержавеющей стали. Навеску измельченного материала 5 гр переносили в ступку, заливали 20 мл 1% -ным раствором соляной кислоты и быстро растирали до получения однородной массы. Далее, содержимое ступки переносили в мерную колбу на 100 мл, ополаскивая ступку и пестик несколько раз 1% - ным раствором щавелевой кислоты и доводили содержимое колбы им до метки. По истечении 5 минут, содержимое колбы отфильтровывали и 10 мл полученного фильтрата титровали раствором 2,6 - ди-хлорфенолиндофенолом до появления розового окрашивания. Активность аскорби-ноксидазы (АО) и полифенолоксидазы (ПФО) исследовали методом К.Л. Пово-лоцкой, Д.М. Седенко [12].
Сахара в зрелых плодах определяли по методу Бертрана [11], общую кислотность (по яблочной кислоте) - титрованием водных вытяжек 0,1 н раствором №ОН [8], содержание сухих веществ после высушивания образцов при 105оС до постоянной массы - весовым методом.
Водорастворимые полисахариды (ВРПС) выделяли из, предварительно очищенных [2] и измельченных, воз-
душно - сухих плодов (влажность плодов ирги 8,9 - 11,6%) горячей водой при температуре 90 - 950С (1:20) в течение полутора часов. Полученный водный экстракт фильтровали, упаривали и обрабатывали полуторным объемом 96% - ного этанола. Осадок полисахаридов (ПС) отделяли, промывали этанолом, ацетоном и высушивали в вакууме в течение 12 часов. Зольность ВРПС определяли сжиганием в муфельной печи при 600оС, количество уро-нового ангидрида - методом комплексоно-метрического титрования [4].
Недеминерализованные ПС подвергали кислотному гидролизу 1 н Н28О4 в течение 9 часов на кипящей водяной бане. Полученный гидролизат нейтрализовали карбонатом бария, фильтровали и исследовали методом нисходящей бумажной хроматографии в системе (бута-нол -1 - уксусная кислота - вода) в соотношении 4:1:5. Нейтральные сахара проявляли анилинфталатом в течение 10 мин. при температуре 105 - 1100С.
Соотношения нейтральных сахаров в ПС определяли по методике Г.Н. Зайцевой и Т.И. Афанасьевой [3].
Антоцианы (АН) извлекали из сырых зрелых плодов 1% - ной НС1 в метаноле (1:99) по методике Л. О. Шнайдмана с соавторами [17]. Экстракт упаривали в вакууме и исследовали методом радиальной бумажной хроматографии (радиус круга 9 см) в системе н-бутанол-уксусная кислота -вода (4:1:5). Время хроматографирования - 6-8 часов. Полученные пятна АН экстрагировали водным этанолом, содержащим 1% - ную НС1, концентрировали в вакууме и подвергали гидролизу 2 н НС1 в течение 30 мин [14]. После выделения изоамиловым спиртом продуктов гидролиза и вторичного хроматографирования пятна антоциа-нидинов (агликоны) элюировали 1%-ной НС1 в метаноле, а также 96%-ным этанолом и определяли максимумы поглощения на спектрофотометре.
Количественное содержание АН определяли по цианидину, фотоколоримет-рическим методом [17].
Полученные в работе данные обрабатывали методом вариационной статистики по П.Ф. Рокицкому [13].
Результаты и их обсуждение
Исследования показали, что под влиянием микроэлементов бора, цинка и их комплекса (1:1) в плодах опытных растений ирги обыкнеовенной гораздо интенсивнее проходят биохимические процессы, чем в плодах интактных растений. Это приводит к положительному регуляторному эффекту накопления БАВ в них, в частности наиболее ярко это проявляется в биосинтезе АК, свободных сахаров, полисахаридов и веществ, обладающих Р-витаминной активностью (антоцианов).
Положительное влияние оказали МЭ на содержание витамина С в плодах. Наиболее эффективное воздействие на накопление этого витамина оказали смесь бора с цинком в соотношении 1:1 и цинк, которые повысили его в зрелых плодах ирги на 53,6 и 50,9% соответственно. Несколько меньшее воздействие на этот показатель было у бора, который увеличивал ее биосинтез на 28,2%
Динамика накопления АК в плодах ирги обыкновенной характеризуется во всех вариантах опыта непрерывным подъемом в процессе созревания плодов. Так, например, к стадии технической зрелости (к 15 июля в 2002г) количество АК накапливалось максимально: под влиянием комплекса бора и цинка (1:1) оно составило (мг/кг на сырую массу плодов) 267,95 ± 2,09; цинка - 263,26 ± 2,44; бора -223,70 ± 3,07, в то время в контроле ее уровень составил 174,47 ±1,43.
Содержание витамина С зависит не только от скорости его синтеза, но и от активности окислительно-восстановитель-ных ферментов (аскорбиноксидазы, полифено-локсидазы). Выявлена обратная зависимость между накоплением АК в онтогенезе плодов
и активностью указанных оксидаз. Это, видимо, обусловлено процессами новообразования в результате превращений углеводов при достаточной направленности окислительно-восстановительных процессов в тканях плода.
При обработке МЭ имеет место ранняя активация этих ферментов по сравнению с контролем и последующее снижение ее до периода технической зрелости. Однако активность оксидаз, как правило, была выше в плодах обработанных МЭ, только к концу созревания эти величины в контроле и опыте почти сравнивались. Необходимо отметить, то активность ПФО по сравнению с АО была в плодах выше в большинстве периодов их развития.
Совсем по иному изменяются по годам содержание сухих веществ и сахаров (табл.1). Количество первых в плодах контрольных растений варьирует от 17,24 до
17,36%, вторых- от 10,98 до 12,17%.
Следует обратить внимание на зависимость сухих веществ и суммы сахаров в плодах ирги обыкновенной (табл.1). Как правило большему содержанию сухих веществ в плодах соответствует более высокий уровень углеводов.
Наиболее эффективно на аккумуляцию сахаров в плодах действовали цинк и его комплекс с бором в 2002 г. (табл. 1), которые повышали их уровень на 21,0 и 19,8 % соответственно. Регуляторный эффект МЭ, хотя и был несколько ниже в 2001г. но, тем не менее, наибольшее влияние на содержание углеводов в зрелых плодах ирги оказали эти же микроэлементы. Например, количество их повышали цинк на 18,3, смесь его с бором (1:1) - на 16,1 %. Накопление этих БАВ под влиянием бора в
2001 и 2002 гг. возрастало соответственно на 9,5 и 11,9 %.
Таблица 1
Содержание сухого вещества, углеводов и кислот в зрелых плодах растений ирги обыкновенной, обработанных микроэлементами (п. Турлатово, данные за 2001 и 2002 гг.)
Вари- ант опыта В % на сырую массу, х ± 8х
* сухое вещество инверт- ный сахар сахаро- за ** сумма сахаров в % к контролю ** кислотность сахар
кислота
2001 год
Кон- троль 17,24 10,76 ± 0,04 0,22 ± 0,02 10,98 ± 0,04 100,0 0,51 21,5
Бор 18,15 11,89 ± 0,04 ***0,13 ± 0,02 12,02 ± 0,04 109,5 0,43 27,9
Цинк 18,95 12,84 ± 0,04 ***0,15 ± 0,01 12,99 ± 0,05 118,3 0,40 32,5
Бор + цинк 18,58 12,61 ± 0,05 ***0,14 ± 0,02 12,75 ± 0,05 116,1 0,41 31,1
2002 год
Кон- троль 17,36 11,80 ± 0,04 0,37 ± 0,01 12,17 ± 0,04 100,0 0,45 27,0
Бор 18,45 13,37 ± 0,14 0,25 ± 0,01 13,62 ± 0,14 111,9 0,41 33,2
Цинк 19,35 14,46 ± 0,05 0,27 ± 0,01 14,73 ± 0,06 121,0 0,35 42,1
Бор + цинк 18,72 14,32 ± 0,06 0,26 ± 0,01 14,58 ± 0,07 119,8 0,38 38,4
Примечание: *п =3; **п=5; ***р< 0,05, в остальных случаях Р< 0,001
Содержание органических кислот, обуславливающих кислотность плодов, несколько уменьшалось при обработке микроэлементами. Как видим из таблицы 1, они значительно повышали величину сахарокислотного коэффициента. Наиболее выражено изменяли отношение сахаров и кислот цинк и его смесь с бором (1:1) в 2002, нежели в 2001 году. Кислотность плодов опытных растений колебалась от 0,40 до 0,43 % в 2001г. и от 0,35 до 0,41 % в 2002 г., а содержание кислот в плодах контрольных растений составило 0,51 и 0,45 % соответственно.
Таким образом, наши исследования показали, что в 2002 г. под влиянием МЭ плоды ирги содержали больше ин-вертного сахара, сахарозы, характеризо-
вались большей суммой сахаров и отличались более высокими значениями сахарокислотного коэффициента, чем в 2001г. При этом также можно сказать, что при аккумуляции сахаров в плодах ирги проявляется как в плодах контрольных, так и опытных растений, обратная зависимость от количества осадков и прямая от температуры. Более низкое содержание сахаров в плодах интактных и опытных растений в 2001 г, дождливыми и прохладными летними месяцами, в которые вероятно происходило, снижение фотосинтетической активности ассимиляционного аппарата в такую погоду.
Данные о влиянии микроэлементов на накопление ВРПС в плодах ирги обыкновенной приведены в таблице 2.
Таблица 2
Изменение содержания ВРПС в зрелых плодах ирги обыкновенной под влиянием микроэлементов (средние данные за 2001, 2002гг)
Вариант опыта * Выход, % * Зольность, % ** Содержание моносахаридов от суммы, принятой за 100% , х ±Бх *** Оа1 ИА, %
Оа1 О1о Ага Ху1 ЯЬа
Контроль 2,0 5,8 13,19±1,63 14,96±0,46 37,12 ±1,73 20,52± 1,36 14,21±0,96 87,1
Бор 4,8 9,4 20,77± 1,44 14,63± 0,41 40,12± 1,37 15,67 ±0,93 8,80± 0,75 86,2
Р <0,05 >0,05 >0,05 <0,05 <0,05
Цинк 4,9 9,7 21,09± 0,33 19,13 ±0,59 36,51± 1 70 17,49± 0,98 5,79 ±0,14 86,6
Р <0,01 <0,01 >0,05 >0,05 <0,001
Бор + Цинк 4,8 9,3 19,89± 0,63 20,24±0,94 44,39± 0,87 11,63 ±1,30 3,85± 0,51 85,7
Р <0,05 <0,01 <0,05 <0,01 <0,001
Примечание: * п = 6; ** п = 5; *** п = 10 (Оа1 иА- галактуроновая кислота)
Как видим, МЭ в плодах значительно увеличивают (в 2,4 - 2,5 раза) выход ПС из зрелых плодов этого растения. Действие бора, цинка и их комплекса (1:1) было почти одинаковым в отношении ВРПС.
Содержание уронового ангидрида в ПС существенно не отличается от ВРПС интактных растений, но характеризуется высоким его уровнем (85,7 -87,1%). Эти биологически активные вещества по сравнению с ПС контроль-
ных растений (5,8%) отличаются повышенным количеством золы (9,3 - 9,7%).
Исследования продуктов гидролиза ВРПС показали, что МЭ не изменяли основной качественный моносахарид-ный состав ПС зрелых плодов, который представлен Б - галактуроновой кислотой, Б - галактозой, Б - люкозой, Ь -арабинозой, Б - ксилозой и Ь - рамнозой.
Преобладающим компонентом из нейтральных сахаров в ВРПС плодов ирги являются арабиноза. МЭ неодинаково изменяли соотношение определяемых моносахаридов в ПС зрелых плодов. Все они увеличивали (в 1,5-1,6 раза) содержание галактозы и уменьшали (в 1,6-3,7 аза) уровень рамнозы. Бор не изменял (Р > 0,05) содержание глюкозы и арабинозы, как и цинк (Р > 0,05), в этих БАВ накопление последней и ксилозы. В то же время бор и смесь его с цинком (1:1) уменьшали количество ксилозы в 1,3 и 1,8 раза соответственно. Возрастало под влиянием цинка содержание глюкозы (в 1,3 раза), а под действием его комплекса с бором (1:1) уровень глюкозы (в 1,4 раза) и ара-бинозы (в 1,2 раза). Все ВРПС являются гетерополисахаридами и отличаются высоким содержанием (85,7 - 87,1%) галак-туроновой кислоты, что позволяет отнести их к классу пектиновых веществ.
Таким образом, исследуемые Мэ и их комплекс, увеличивают выход ПС из зрелых плодов ирги обыкновенной в 2,4-2,5 раза, повышают их зольность и по разному изменяют соотношение моносахаров в них. Все ВРПС являются гетерополисахаридами и относятся к классу пектиновых веществ.
Результаты наших сследований по-лифенольных соединений, таких как АН, показали, что они представлены тремя ан-тоциановыми пигментами с ШГ 0,36-0,38;
0,44-0,46; 0,67-0,69 (соответственно УФ -
СН3ОН + 1%НС1 ог
спектры: Атах 532, 535,
537нм). После гидролиза суммы АН 2н НС1 в течение 30 мин и вторичного хроматографирования выделенных изоамило-вым спиртом продуктов гидролиза установили один и тот же агликон, отождествленный нами с цианидином , имеющим ШГ
0,62-0,66 и УФ- спектр X тах С2Н50Н 545 нм
л СН30Н+1%НС1
и Хтах 542 нм.
Таким образом, полученные нами данные по качественному составу АН плодов ирги обыкновенной показали, что все МЭ не влияют на состав анто-циановых игментов, представленных в плодах этого растения тремя производными одного агликона цианидина.
Результаты количественного содержания АН приведены в таблице 3.
Таблица 3
Изменение содержания антоцианов в зрелых плодах ирги обыкновенной под влиянием микроэлементов (пос. Турлатово)
Вариант опыта Антоцианы в % на сухую массу, х ± Бх
* 2001 г. * 2002 г. ** средние данные % к контролю
Контроль 4,15 ± 0,07 4,36 ± 0,04 4,26 ± 0,06 100,0
Бор 4,69 ± 0,08 4,96 ± 0,08 4,83 ± 0,08 113,4
Р < 0,01 < 0,01 < 0,01
Цинк 4,59 ± 0,07 4,87 ± 0,05 4,73 ± 0,06 111,0
Р < 0,05 < 0,001 < 0,01
Бор + Цинк 4,92 ± 0,09 5,25 ± 0,04 5,09 ± 0,07 119,5
Р < 0,01 < 0,001 < 0,001
Примечание: *п = 5; **п = 10.
Как видим з таблиц 3, климатические условия влияют на накопление антоциано-вых веществ как при обработке растений ирги микроэлементами, так и без нее их больше накапливалось в плодах в более теплый и менее дождливый летний период
2002 г., чем в дождливый 2001 г.
Все МЭ оказали достоверный стимулирующий эффект на аккумуляцию этих БАВ в плодах ирги обыкновенной. При этом их содержание в зрелых плодах возрастало на 11,0-19,5 % по сравнению с плодами контрольных растений. В большей мере оказали влияние на биосинтез АН смесь бора с цинком (1:1) и бор, наименьшее - цинк. Первые увеличивали их содержание на 19,5 и 13,4 %, второй - на 11,0% соответственно. Динамика накопления антоцианов во всех вариантах опыта характеризуется непрерывным подъемом.
Увеличение в плодах ирги АН под влиянием МЭ, во первых, можно объяснить накоплением в плодах самих МЭ, как это было установлено нами ранее [6], которые, видимо, усиливают биосинтез этих полифенолов и, во-вторых, способностью АН образовывать комплексы с ионами металлов по месту О-диоксигруппировок.
Таким образом, под влиянием МЭ локализация АН в плодах ирги обыкновенной проходит интенсивнее, чем в плодах ин-тактных растений, а динамика их накопления во всех вариантах опыта характеризуется непрерывным подъемом при созревании плодов. Как правило, в более теплый и менее дождливый летний период их в плодах, аккумулируется больше, нежели в прохладный и дождливый. Биосинтез анто-циановых веществ зависит также и от локализации в плодах самих МЭ. Последние увеличивали в них содержание АН на 11,0-19,5%. Довольно высокое содержание АН в плодах ирги обыкновенной позволяет использовать их не только как ценный пищевой продукт, но и как ценное сырье для получения витаминных препаратов группы Р и природного пищевого красителя. Исследования по регуляции накопления био-
логически активных веществ под влиянием цинка, бора и его комплекса с цинком нами проведены впервые.
Выводы
1. Установлена онтогенетическая зависимость накопления в плодах ирги обыкновенной биологически активных веществ, выражающаяся в повышении аскорбиновой кислоты, свободных сахаров, антоцианов с максимумом их содержания к стадии технической зрелости и одновременным снижением органических кислот и полисахаридов.
2. Из плодов ирги обыкновенной выделены водорастворимые полисахариды, состав которых состоит из галак-туроновой кислоты, галактозы, глюкозы, арабинозы, ксилозы и рамнозы. Высокое содержание в них галактуроновой кислоты (85,7-87,1%) позволяет отнести их к классу пектиновых веществ.
3. Обработка растений ирги обыкновенной растворами микроэлементов (бор, цинк и их комплекс 1:1) приводит к увеличению их содержания и количества витамина С в зрелых плодах. Наиболее эффективно влияют на накопление аскорбиновой кислоты смесь бора с цинком (1:1) и цинк.
4. Все микроэлементы повышают сахаристость плодов за счет инвертно-го сахара и увеличивают в 2,4-2,5 раз выход водорастворимых полисахаридов. Не установлены существенные различия в накоплении галактуроновой кислоты, а соотношениеиндивидуаль-ных нейтральных моносахаридов в полисахаридах под влиянием микроэлементов изменяется неодинаково. Преобладающим компонентом из них в водорастворимых полисахариах является арабиноза.
5. Все микроэлементы увеличивают в зрелых плодах содержание антоциа-нов. Особенно эффективным в накоплении их было действие смеси бора с цинком (1:1).
ЛИТЕРАТУРА
1. Белозерский А.Н. Определение витамина С (по С.М. Прокошеву) / А.Н. Белозерский, Н.И. Проскуряков // Практическое руководство по биохимии растений. - М.: Сов. наука, 1951. - С.335-336.
2. Горин А.Г. Полисахариды Matricaria Chamomilla. 1. Моносахаридный состав полисахаридного комплекса / А.Г. Горин,
A.И. Яковлев // Химия природных соединений. - 1974. - № 2. - С.137-141.
3. Зайцева Г.Н. Количественное определение углеводов методом нисходящей хроматографии на бумаге / Г.Н. Зайцева, Т.И. Афанасьева // Биохимия. - 1957. - Т.22, вып.6. - С.1035-1042.
4. Каракеева З.К. Новый метод анализа пек-товой кислоты / З.К. Каракеева, Р.Ш. Абаева, Г.Б. Аймухамедова // Изв. АН Кирг. ССР. - 1976. - № 1. - С.57-59.
5. Мартынов Е.Г. Влияние микроэлементов
на накопление антоцианов в плодах ирги обыкновенной / Е.Г. Мартынов// Вопросы клиники, диагностики и коррекции физического состояния организма: сб. науч. тр./ под ред. проф. М.Ф. Сауткина.-
Рязань,1996.-С.91-93.
6. Мартынов Е.Г. Влияние микроэлементов на содержание аскорбиновой кислоты в плодах ирги обыкновенной / Е.Г. Мартынов,
B.З. Лакштанов, А.В. Артамонов // Актуальные вопросы здоровья населения на рубеже XXI века: сб. науч. тр./ под ред. проф. М.Ф. Сауткина.- Рязань,1996.-С.112-118.
7. Мартынов Е.Г. Регуляция накопления полисахаридов в плодах ирги обыкновенной в опытах с микроэлементами / Е.Г. Мартынов [и др.] // Диагностика и реабилитация физического состояния человека: сб.
науч. тр. под ред. проф. М.Ф. Сауткина.-Рязань,1997.-Т.2.-С.72-74.
8. Методы биохимического исследования растений / А.И. Ермаков[и др.] - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос, 1972. - 456 с.
9. Микроэлементы в обмене веществ растений / П.А. Власюк [и др.] - Киев: Наукова думка, 1976. - 208 с.
10. Пейве Я.В. Микроэлементы и ферменты / Я.В. Пейве // Физиологическая роль и практическое применение микроэлементов. - Рига, 1976. - С.5-16.
11. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии / А. В. Петербургский. - М.: Колос, 1968. - 496 с.
12. Поволоцкая К.Л. Метод совместного определения активности аскорбиноксидазы, полифенолоксидазы /К.Л. Поволоцкая, Д.М. Седенко //Биохимия.-1955.-Т.20, вып.1.-С.88-93.
13. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика / П.Ф. Рокицкий. - Минск: Высш. Школа,
1973. - 320 с.
14. Самородова-Бианки Г.Б. Хроматография на бумаге антоцианов и флавоноидов / Г.Б. Самородова-Бианки // Физиология растений. - 1964. - Т.П, № 3. - С.544-548.
15. Чернавина И.А. Физиология и биохимия микроэлементов / И. А. Чернавина. - М.: Высш. школа, 1970. - 310 с.
16. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений / М.Я. Школьник. - Л.: Наука,
1974. - 324 с.
17. Шнайдман Л.О. Методика определения антоциановых веществ / Л.О. Шнайдман,
B.С. Афанасьева // Рефераты докл. и со-общ. IX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. - М., 1965.- № 7. -
C.79-80.
THE INFLUENCE OF MICROELEMENTS ON THE ACCUMULATION OF SAME BAS IN AMELANCHIER VULGARIS MOENCH FRUIT
V. G. Makarova, E.A. Laksaeva, E.G. Martinov
The results of boron, zinc influence and their complex in correlation of (1:1) on chemical composition of Amelanchier vulgaris Moench fruit.
