Содержание к диссертации
СТР.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛО
ГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, АНТИОКСИДАНТОВ В 30- 13
НЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НЕБЛАГОПОЛУЧИЯ
Агроэкологическая ситуация в регионе и иммунный статус сельскохозяйственных животных и человека
Значение и применение биологически активных веществ в овощеводстве
Потребность человека в селене и способы коррекции селено-дефицита в питании человека
Аккумуляция селена в растительных организмах 40
Способы обогащения селеном сельскохозяйственных культур в целях оптимизации селенового статуса населения Глава П. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Методика работы и методы научных исследований 55
Характеристика климатических условий региона исследований 68 2.3.Агротехнические условия проведения полевых опытов 72 2.4.Характеристика условий проведения опытов по обогащению томатов селеном в защищенном грунте 75 Глава III. ИНТРОДУКЦИЯ ХРИЗАНТЕМЫ СЪЕДОБНОЙ В НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЕ РОССИИ КАК ИСТОЧНИКА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ 8 3.1. Морфобиологические особенности и требования к условиям произрастания 80
Содержание витаминов и антиоксидантные свойства экстрак тов интродуцированных овощных растений
Антрахиноновые пигменты стебля и корня растений хризантемы съедобной
Глава IV. ИШРОДУКЦИЯ КУЛЬТУРЫ СТАХИСА В СВЯЗИ С ПИЩЕВЫМ И ЛЕКАРСТВЕННЫМ ЗНАЧЕНИЕМ
Ботаническое описание и биологические особенности стахиса Stachys sieboldii Miq.
Пищевое и лекарственное значение стахиса 101
Влияние сроков посадки стахиса на урожайность культуры 113
Показатели фотосинтетической деятельности стахиса в агроценозе
4.5 Особенности формирования элементов продуктивности и
структура урожая стахиса
4.6. Защита посадок стахиса от вредителей 129
Глава V. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ ТОМАТОВ СЕЛЕНОМ В УСЛОВИЯХ ПРОДЛЕН- 135 НОГО ОБОРОТА
5.1. Взаимосвязь селена с микро и макроэлементами 135
5.2 Биохимическая ценность плодов томата 138
Сортовая реакция томата на накопление селена и формирование урожая
Динамика накопления и выход биологического селена с урожаем при использовании селената натрия
Взаимосвязь накопления селена и аскорбиновой кислоты пло дами томата
Влияние эпина на формирование селенообогащенного урожая томатов
Глава VI. ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ГРИБОВ ЭНДОФИТОВ) НА ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН 175 НЕКОТОРЫХ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР
Глава VII. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫРАЩИ
ВАНИЯ МАТОЧНИКОВ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ С ИСПОЛЪЗО- 187
ВАНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА
Глава VIII.. ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ
РОСТА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ СЕМЕННОЙ ПРОДУКТОВ- 196
НОСТИ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ РОССИИ
8.1 Влияние биологически активных препаратов на морфофизио-логические процессы роста и развития семенного куста моркови 196 столовой
82 Влияние биологически активных препаратов на формирование продуктивности семенников и структуру урожая семян моркови столовой
Глава IX. ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ 224 РОСТА НА СЕМЕННИКАХ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ Глава X. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И МАЛО-РАСПРОСТРАНЕННЫХ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР
ВЫВОДЫ 240
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 243
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 245
ПРИЛОЖЕНИЯ 284
Введение к работе
Питание - это сложнейший биологический процесс, который лежит в жизнедеятельности всех живых организмов. Пища — это не только источник энергии но и лекарство, а также большой блок технологических проблем, связанных с производством продовольствия, его хранением, переработкой сырья и т. д., и наконец, питание - это социальная проблема здоровья нации.
В связи с ростом технологической оснащенности всех сторон нашей цивилизации резко уменьшается физическая нагрузка, поэтому в последние десятилетия создается новая теория питания — адекватного питания. Коренным образом пересмотрена роль биополимеров, которые ранее относили к балластным веществам, а ныне они получили статус пищевых волокон, имеющие не только функции пищеварения, но и лечебно-профилактические.
В качестве важного фактора здесь выступают биологически активные вещества, в число которых входят не только витамины, но и вещества обладающие антиокислительными свойствами, повышающие питательную и профилактически лечебную ценность овощей. Множество исследовательских проектов во всем мире подтвердили важность высоких уровней антиоксидан-тов, обнаруженных в новых и традиционных селенообогащенных культурах, как одного из главных факторов профилактики раковых заболеваний.
В связи с чем актуальным является поиск новых растений, являющихся источником биологически активных веществ, разработка технологий возделывания и вьщеления биологически активных веществ а в итоге создания на их основе пищевых добавок. К таким растениям, являющимся источником полисахаридов, свободных аминокислот, минеральных веществ, флавоноид-ных соединений, относятся стахис и хризантема съедобная.
В последние годы интродукция овощных растений с высоким содержанием белка, незаменимых аминокислот и биологически активных веществ
актуальна в связи с недостатком этих соединений в рационе питания населения многих стран мира.
Общеизвестно значение для растениеводства работ по влиянию физиологически активных веществ, стимуляторов и ингибиторов роста. Начало этому направлению положили работы Ч.Дарвина о движении растений. В 1928 г. два исследователя - украинский Н.Г.Холодный и голландский Ф.Вент - независимо друг от друга теоретически обосновали движения растений (тропизмы) под влиянием физиологически активных веществ (гормонов роста), ауксинов. С другой стороны еще в начале XX века русский ученый Д.Н. Нелюбов изучал влияние газов ацетилена и этилена на тропизмы у растений.
В течении последних пятидесяти лет широко применялись в сельском хозяйстве синтетические регуляторы роста. Однако реализация ресурсосберегающих и особенно экологически безопасных технологий производства овощей на первый план выводит применение препаратов биологического происхождения, обладающих спектром комплексного воздействия^ «Комплексная программа научно-технического прогресса стран членов СЭВ до 2000г»).
Для восстановления производства семян овощных культур в Костромской области и других регионах России требуется научно-обоснованный низко затратный подход с использованием новейших достижений науки. Применение рострегулирующих средств нового поколения, относящихся к классу симбионтов (Никфан и его аналоги) и ассоциативных бактерий (Биоплан -Комплекс) способствует сохранению генотипа сортов (включенных в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использова-нию),формированию высокой и стабильной урожайности семян и продуктовой части растений, а также обеспечивает экологически безопасное регулирование посевных и урожайных качеств семян овощных культур.
Многолетними исследованиями ученых ВНИВИ патологии, фармакологии и терапии установлено, что дефицит микроэлементов - меди, цинка, марганца, кобальта, селена, йода в кормах составляет, особенно в зимний стойловый период от 30 до 70% от потребности в них не только в Нечерноземной зоне, но и во всех хозяйствах считавшейся эталонной по содержанию микроэлементов в почвах Центрально-Черноземной зоны. Вследствие чего резко (в 5-10 раз против нормы) снижено содержание этой группы биологически активных и жизненно необходимых веществ в организме животных: в крови, в печени, в тканях и органах, а также в молоке.
Костромская область, как и обширные территории России по биогеохимическим обследованиям отнесена к эндемической зоне по содержанию селена в природной среде - почве, воде, кормовых культурах, что по мнению многих авторов (Ермаков Е. Е., 1978; Wendel A. (ed), 1989; Авцын А. П., Жаворонков А. А., РишМ. А., Строчкова Л. С, 1991; Кокова Н. И., 1993) приводит к снижению метаболизма и возникновению ряда заболеваний человека и животных в этих регионах.
Иммунологическими исследованиями костромских ученых (Бочкарев В.Н., Иванов В.И., Кузьменков В.И., Артеменко В.Г., Яцкж Д. И., 2001) установлено содержание селена в крови дойных коров от 12,2% до 88,8 % от физиологической нормы, а также у 90% новорожденного молодняка установлен иммунодефицит. Селен влияет на компоненты иммунной системы, на выработку и появление неспецифического гуморального и клеточного иммунитета. Селенодефицит в питании усугубляется в результате антропогенных нарушений, которые вызываются загрязнением тяжелыми металлами и серой. Так, для районов области, расположенных в зоне выбросов Волгореченской ГРЭС и Костромской ТЭЦ характерным является высокое содержание серы, а сера является антагонистом селена в процессах метаболизма. Все это свидетельствует о важности оптимизации уровня поступления селена с пищей,
проведения соответствующей коррекции дефицита селена, путем обогащения этим элементом сельскохозяйственных растении.
При выборе овощных культур, с помощью которых можно получить селенообогащенную продукцию мы руководствовались следующими положениями:
- возможность использования растений в сыром виде, так как извеет-
L что многие органические соединения селена летучи и при тепловой обработке свыше 40 С могут утрачиваться (Zingaro. R. A., Copper W. Ch. (eds), 1974),
- культура должна иметь продолжительный период плодоношения для
получения селенообогащенной продукции в течении длительного времени,
культура должна накапливать селен в безопасных для человека количествах,
обогащение селеном желательно проводить на культуре, обеспечивающей поступление в организм человека комплекса природных антиоксидантов: витаминов, антоцианов, биофлавоноидов - усиливающих как биологическое действие селена, так и общую антиоксидантную защиту организма. Таким требованиям с нашей точки зрения, в полной мере отвечают томаты, выращиваемые в продленном обороте.
Эти положения послужили обоснованием представленной научной работы.
Основным направлением многолетних исследований которой являлась разработка ресурсосберегающих., экологически безопасных технологий возделывания овощных культур с повышенным содержанием биологически активных веществ и антиоксидантов, обеспечивающих стабилизацию производства биологически полноценной овощной продукции и создание на ее основе биологически активных пищевых добавок лечебно-профилактического действия.
Цель и задачи исследований.
Цель работы - разработать и обосновать методологические подходы к комплексному использованию биологически активных веществ в овощеводстве; путем интродукции растений, обогащения селеном культуры томата продленного оборота, разработки технологии возделывания традиционных и новых овощных культур.
В задачи исследований входило:
изучить морфобиологические особенности роста и развития новых овощных культур: хризантемы съедобной Chrisanthemum coronarum L. и стахиса в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России и на этой основе обосновать возможность их интродукции;
определить биохимический состав и биологически активные соединения хризантемы съедобной;
изучить особенности формирования урожая стахиса в условиях Северозападного региона России и выявить возможность использования клубеньков стахиса в качестве сырья для производства биологически активных пищевых добавок;
изучить процессы накопления и выход биологического селена с урожаем томата при внесении в систему капельного полива солей селената и селенита натрия;
изучить закономерности эндогенного регулирования селена в различных сортообразцах томата при использовании солей селена и регулятора роста эпина;
исследовать влияние продуктов метаболизма грибов эндофитов на становление проростка и посевные качества семян моркови столовой, свеклы столовой, хризантемы съедобной, дайкона;
выявить влияние биологических регуляторов роста на формирование урожайности и улучшение качества корнеплодов моркови столовой;
исследовать влияние биологических регуляторов роста на процессы формирования семенной продуктивности и структуру урожая семян моркови столовой в Северо-Западном регионе России;
дать агротехническую, экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности технологии возделывания традиционных и интродуци-руемых культур в Центральном районе Нечерноземной зоны РФ.
Научная новизна.
В результате проведенных исследований впервые интродуцированы хризантема съедобная (Chrisanthemum coronarum L.) и стахис (Stachys sie-boldii Miq.) и разработаны основные технологические приемы их возделывания в условиях Северо-Западного региона России, Определен биохимический состав этих культур и выявлены методы повышения содержания в них биологически активных веществ.
Впервые в условиях защищенного грунта при капельном орошении разработана система повышения содержания селена в плодах томата. Показано положительное рострегулирующее влияние биологического препарата эпина на аккумуляцию селена в органах растений томата.
Получены новые данные по рострегулирующему действию продуктов жизнедеятельности грибов эндофитов на посевные качества семян некоторых овощных культур.
Усовершенствована технология семеноводства моркови столовой с использованием биологических препаратов Никфан и Биоплан-Комплекса на повышение урожайности маточников и семян и их посевных качеств.
Практическая значимость полученных результатов.
В результате проведенных исследований, расширен сортимент возделывания овощных культур в условиях Северо-Западного региона России с повышенным содержанием биологически активных веществ и антиоксидан-
тов. Разработанная технология выращивания стахиса позволила получать в этой зоне клубеньки стахиса в качестве сырья для получения (совместно с ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур) биологически активной пищевой добавки к пище «Стахисел», разрешенной к использованию Министерством здравоохранения Российской Федерации (Регистрационное удостоверение № 0021-2.Р.643.12.2000.)
Ценный и уникальный биохимический состав стеблей и листьев хризантемы съедобной (эмодин, хризофанол, кверцетин и его глюкозиды в сочетании с аскорбиновой кислотой) позволяет рекомендовать данную культуру в качестве лечебно-профилактического растения в составе слабительного сбора и для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний.
В условиях тепличного комбината ГУСХП «Высоковский» Костромской области разработана и освоена технология выращивания плодов томата с содержанием селена до 60-65 мкг/кг сырой массы плодов при содержании в контроле 8-11 мкг/кг. Этот уровень накопления селена в плодах томата является безопасным для человека с учетом рекомендуемой суточной нормы потребления селена в пределах 50-200 мкг.
В процессе разработки ресурсосберегающей экологически безопасной технологии семеноводства моркови с использованием разрешенных биологических препаратов получена возможность повышения урожайности кондиционных семян моркови на 42-73%, при уровне урожайности семян в пределах 1,1-1,6 т/га.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
интродукция и технология возделывания хризантемы съедобной Chrisanthemum coronaram L. и стахиса Stachys sieboldii Miq. в условиях Северо-Западного региона России с целью использования этих культур в лечебно-профилактическом питании и в качестве сырья для получения биологически активных пищевых добавок;
разработка технологии выращивания селенообогащенной продукции томатов при использовании солей селена в системе капельного полива и биологического препарата эпина;
элементы ресурсосберегающей, экологически безопасной технологии семеноводства моркови столовой с использованием биологических препаратов для условий Северо-Западного региона России.
Все экспериментальные исследования по докторской диссертации: Теоретические и практические аспекты использования биологически активных веществ в технологии возделывания овощных культур Центрального района Нечерноземной зоны России» (1996-2003гг.) выполнены автором самостоятельно и в совместных опытах с сотрудниками ВНИИИССОК доктором биологических наук Гине В.К., институтом питания РАМН доктором сельскохозяйственных наук Голубкиной Н.А., институтом биохимии им. Баха профессором Колесниковым М.Н., Костромской ГСХА, аспирантами Брус-нигиной Т.П., Жумаевым А.Д., Панкратовым Ю.В. Всем выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе,
Глубокую благодарность выражаю научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору П.Ф. Кононкову за помощь в разработке программы исследований, методические консультации в процессе ее выполнения и завершения работы над диссертацией.
