Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 4
1.1. Иод - важный микроэлемент 4
1.1.1. Иод и его значение для животных и человека 4
1.1.2. Источники йода 12
1.1.3. Значение йода для растений 13
1.1.4. Пути решения проблемы дефицита йода 15
1.2. Селен - важный микроэлемент 21
1.2.1 Значение селена для человека 21
1.2.2. Источники селена в природе 23
1.2.3. Значение селена для растений 25
1.2.4. Пути решения проблемы дефицита селена в питании 28
1.3. Выводы из обзора литературы 31
Глава 2. Цели, объекты, методика и условия проведения опыта 32
2.1. Цели и задачи исследования 32
2.2. Место проведения исследований 32
2.3. Объекты и материалы 33
2.4. Схема опытов 35
2.5. Учеты и наблюдения 36
2.6. Условия проведения опытов 37
2.6.1 Климат в зоне проведения исследований 37
2.6.2 Погодные условия в период проведения исследований 39
Глава 3. Изучение влияния йода на рост, завязываемость и продуктивность ягодных кустарников 45
3.1. Влияние йода на завязываемость и массу ягод 45
3.2. Влияние йода на биологический урожай смородины и крыжовника 49
3.3. Влияние йода на биохимический состав ягод смородины и крыжовника 53
3.4. Влияние обработок йодом на содержание этого элемента в ягодах смородины и крыжовника 57
Глава 4. Изучение влияния селена на рост, завязываемость, продуктивность и товарные качества ягодной продукции 59
4.1. Влияние селена на завязываемость и массу ягод 59
4.2. Влияние обработок селеном на биологический урожай кустарников 63
4.3. Влияние селена на биохимический состав ягод смородины и крыжовника 65
4.4. Влияние обработок селеном на содержание этого элемента в ягодах смородины и крыжовника 68
Глава 5. Изучение совместного влияния йода и селена на завязываемость и товарные качества продукции 71
Глава 6. Экономическая эффективность выращивания смородины с применением внекорневой подкормки йодом и селеном 74
Обсуждение полученных результатов 76
Выводы 83
Рекомендации производству 85
Список литературы 86
- Иод и его значение для животных и человека
- Учеты и наблюдения
- Влияние йода на биологический урожай смородины и крыжовника
- Влияние обработок селеном на биологический урожай кустарников
Введение к работе
В последние десятилетия во всём мире возрастает внимание к проблеме сбалансированности пищевых продуктов и кормов по микроэлементному составу. Оптимальное соотношение природных усвояемых форм неорганических и органических веществ является одним из важнейших качеств диетической продукции. В общем балансе питания большое значение имеет обеспеченность продуктов йодом и селеном. Недостаточные потребление их часто является предрасполагающим фактором при возгникновении целого ряда заболеваний. В настоящее время в различных регионах мира стоит проблема дефицита йода и селена в питании. По данным НИИ питания РАМН, более чем у 80% населения РФ обеспеченность йодом и селеном ниже оптимальной.
Иод - единственный из известных в настоящее время микроэлементов, участвующий в биосинтезе гормонов. Недостаток йода вызывает гиперфункцию щитовидной железы, преждевременное старение организма, увеличение смертности от инфарктов и инсультов и др. (Петеркова В.Н., Герасимова Г.А. и др., 1996; Bourdoux R, Mahangaiko Е et.al, 1999).
Селен принимает участие в защите организма от радиации, снижении риска развития кардиологических и ряда онкологических заболеваний, способности выводить тяжелые металлы из организма, увеличивать продолжительность жизни человека и др. (Авцын А.П., Жаворонков А.А. и др. 1991; MaxanD.C? 1995; Combs О., 1997).
В различных странах мира проблема"дефицита йода и селена в питании решается по-разному. Одним из перспективных способов повышения содержания йода и селена являются внекорневые подкормки растений.
В этом отношении необходимо также расширять спектр применения традиционных культур. Смородина черная, красная, крыжовник — ценные ягодные культуры с высокой ежегодной урожайностью. Их плоды богаты витаминами, кислотами, полезными минеральными соединениями. Цен ность смородины и крыжовника и в том, что они являются прекрасным сырьем для производства высококачественных пищевых продуктов и диетического детского питания.
В России целенаправленных исследований по агрохимическому применению йода и селена на ягодниках не проводилось. Необходимо установить количественные связи в поступлениях этих микроэлементов в растения в зависимости от доз йода и селена, способов внесения, климатических условий, видовых особенностей сельскохозяйственных культур, поскольку правильное, научно обоснованное применение макро- и микроэлементов позволит получать сбалансированную по микроэлементному составу продукцию растениеводства.
Актуальность этой проблемы и послужила темой нашей диссертационной работы.
Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью разработки ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий возделывания ягодных культур с повышенным содержанием йода и селена, обеспечивающих стабилизацию производства биологически полноценной ягодной продукции и создание на ее основе нового поколения биологически активных пищевых добавок.
Иод и его значение для животных и человека
Йод является жизненно необходимым микроэлементом для человека и животных (Шатэн А., 1850; БауманИ.В., 1895; Кенделл К.К.,1914; Виноградов А.П., 1927; Тихомиров Ф.А., Моисеев И.Г., 1983; Muramatsu. Y. Uchida S.,1989)/ Основная масса его концентрируется в щитовидной железе и крови. Из крови йод проникает в различные органы и ткани, а также частично депонируется в жировой ткани и выводится преимущественно через почки (Дедов И.И. и др., 1998). Основная роль йода - участие в образовании гормонов щитовидной железы, однако, есть сведения, что при дефиците этого микроэлемента могут развиваться болезни момлочной железы. И все-таки главное значение йода состоит в том, что он является незаменимым компонентом тиреоидных гормонов.
В настоящее время установлена структурная формула тиреоидных гормонов, в которых йод играет специфическую роль: ни один элемент не способен заменить его физиологической функции. В организме имеются и йодосодержащие органические соединения, связанных с белком: моно-, ди-, три- и тетройодтирони (тироксіш). Два последних соедішения, обладают выраженной гормональной активностью. Атомы йода в тиреоидных гормонах выполняют донорно- акцепторную функцию переноса электронов благодаря переходам атомов из положительно одновалентной формы в отрицательно одновалентную и обратно (Мохпаг В.О., 1968 1974) Функциональная роль тироксина и трииодтиронина заключается в регулировании скорости биохимических реакций во всех клетках органов и тканей. К ним относятся: теплообразование (интенсивность обмена), рост и развитие организма, метаболические процессы - общий, белковый, углеводный и жировой обмен, транспорт метаболических субстратов и ионов через клеточные мембраны, превращение каротина в витамин А, обмен витаминов, кальция, креатина, водный и электролитный обмен, функционирование всех систем организма.
Нормальная деятельность щитовидной железы способствует физиологическому осуществлению общего метаболизма в целом. Выявлен и специфический механизм действия тиреоидных гормонов в процессах синтеза белка (Верещагина Г.В., Трапкова В. А., 1984). Он заключается во взаимодействии трииодтирошша в клетке с ядерными рецепторами и с последующей активацией ядерного, митохондриаионного, щитоплазматического синтеза белка. Роль тиреоидных гормонов трудно переоценивать. В организме нет такого органа или системы, которые бы в них не нуждались. И в первую очередь дисбаланс йода отражается на работе: щитовидной железы (ожирение, сонливость, умственная отсталость); репродуктивных органов (снижение потенции, бесплодие); сопротивляемости болезням центральной нервной системы (раздражительность, низкая работоспособность); молочных желез (нарушение лактации); желудочно-кишечного тракта (запоры); сердечно-сосудистой системы (высокий уровень холестерина, ранний атеросклероз); гипофиза (замедление роста и развития) (Дедов И.И., Юденич О.Н. 1992).
Физиологически нормальное содержание йода играет важную роль в защитных реакциях организма на действие болезнетворных агентов, в борьбе со старением организма.
В организме взрослого человека в среднем содержится 20-35 мг йода, из которых 20%, или 5-7 мг, сосредоточено в цщтовидной железе. Концентрация йода в остальных органах и тканях распределяется следующим образом: кожа - 1,7; мозг - 0,4; мускулы - 0,12; почки - 0,09; печень - 0,0015; легкие - 0,001 мг/кг сухого вещества; кровь цельная -63, плазма - 77, эритроциты - 44 мкг/л. Около 90% йода, содержащегося в организме человека, находится в органической форме и около 10% - в виде неорганических соединений (Bowen Hj, 1966; Ноздрюхина Л.Р., Гринкевич Н.И., 1980; Авцын А.П., 1991).
Суточная потребность человека в йоде составляет около 100-250 мкг. Нижняя граница суточной потребности - около 200 мкг. Потребность в йоде, естественно, увеличивае5тся при био нагрузках — росте, беременности, охлаждении и др. В организм йод попадает в виде неорганических соединений или в органической форме. В желудочно-кишечном тракте органический "носитель" йода гидролизуется, и йод, связанный с аминокислотами (тирозином, гистидином и др.), поступает в кровь. Йод избирательно накапливается в щитовидной железе, где проходит сложный путь превращений, и становится составной частью тиреоидных гормонов. При достаточном поступлении йода щитовидная железа секретирует 90-110 мкг тироксина (Т4) и 5-10 мкг трийодтиронина (ТЗ). Активный транспорт неорганического йода в щитовидной железе происходит при участии йодид-натриевого симпортера и АТФ и регулируется потребностью организма в йод (Свириденко Н.Ю. и др., 1995).
Если поступление йода в организм ограничено, нормальная секреция тиреоидных гормонов может быть достигнута только в результате перестройки функции щитовидной железы. (Демойер Е.М., Лоценстейн Ф.У., Тийи К.Г., 1981). На первом этапе увеличивается поглощение йода щитовидной железой, в результате уменьшается выделение йода с мочой. Концентрация йода в моче - главный критерий йодного дефицита. Далее происходит изменение внутритиреоидного метаболизма йода - организм более экономно расходует йод, образовавшийся в процессе разрушения тирсоиод-ных гормонов, используя его повторно (Boyages SC, Bloor A.M., Maberly G.F., 1989). Свободные атомы йода направляются для синтеза трийодтиронина, биологическая активность которого в 3-5 раз выше, чем тироксина. Чтобы захватить больше йода, щитовидная железа увеличивается в размерах - за счет гиперплазии (количества) и гипертрофии (объема) тиреоидных клеток. Таким образом, формируется эндемический зоб, который является предрасполагающим фактором для развития многих заболеваний щитовидной железы, в т.ч. узловых образований и рака (Bravemia L.1 990, Galofre J. 1994)).
Эпидемиологические исследования, проведенные в последнее десятилетие, показали значительную распространенность патологии щитовидной железы в Российской Федерации. Около 30% населения нашей страны страдает различными формами тиреоидпых расстройств. Масштабы заболеваемости прежде всего связаны с йодной недостаточностью, основные проявления которых может проявляться у детей. Так в условиях недостаточного обеспечения йодом взаимоотношения плода и беременной женщины чрезвычайно сложны. На фоне беременности возникают дополнительные потери йода за счет увеличения его почечного клиренса. Даже в условиях легкого йодного дефицита у трети женщин развивается относительная гипотирокси-немия (Аскаров Я.Н., 1996, Дедов И.И., 1992). Если дефицит микроэлемента не компенсируется, то формируется зоб, но даже при увеличении размеров щитовидной железы может отмечаться гипотироксинемия. Это опасно как для матери, так и для плода. Тяжелый дефицит йода у матери и плода в первые триместре беременности является фактором высокого риска развития у ребенка кретинизма, который характеризуется тяжелой умственной отсталостью, глухонемотой и спастическими диплегиями, нарушениями речи и задержкой физического развития (Петеркова В.А., Герасимов Г.А. и др., 1996)
Учеты и наблюдения
1. Анализ погодно - климатических условий проводится на основании данных метеорологической обсерватории имени В.А.Михельсона. 2. Показатели роста определялись в соответствии с методикой сортои-зучени (1985)/ а) Определение среднего количества соцветий на маточной ветки про водилось в период цветения по 3-м побегам для каждого варианта. б) Среднее количество цветков в соцветии определяли, взяв три пробы по 10 соцветий для каждого варианта. в) Для определения средней массы ягоды брали три пробы по 500 г. для каждого варианта. г) Завязываемость ягод определяли по процентному отношению сред него количества завязавшихся ягод к среднему количеству цветков. 3. Продуктивность оценивали по биологическому и хозяйственному урожаю. а) Биологический урожай смородины рассчитывали по формуле: Сумма соцветий х ср.массу ягоды х сумму цветков в соцветии х 8 побегов. б) Хозяйственный урожай смородины рассчитывали по формуле : Сумма ягод в кисти х сумму кистей х ср. массу ягоды х 8 побегов. в) Биологический урожай крыжовника рассчитывали по формуле: Сумма бутонов х ср.массу ягоды х 12 побегов. г) Хозяйственный урожай крыжовника - по формуле: Сумма завязей х ср.массу ягоды х 12 побегов. д) Фактический урожай - сбором и взвешиванием по кустно. 4. Биохимический анализ ягоды проводили в соответствии со стан 37 дартными методиками на кафедре хранения и переработки плодов и овощей (Полегаев Е.П., 1998) а) Содержание сухих веществ определяли с помощью рефрактометра. б) Сахара- цианидным методом. в) Содержание аскорбиновой кислоты-реакцией Тильманса. г) Общую кислотность - по методике титрованием, д) Пектиновые ве щества - кальций-пектатным методом. 5. Содержание йода и селена в ягодах определялось в Госсанэпидем-надзоре г.Москвы на атомно-адсорбционном спектрофотометре (МУК 4.1. 0,33-95) и на японском экспресс- тесторе «Panasonik» в Научном институте Карантина растений (г.Москвы). 6. Статистическая обработка основных результатов, определение средних величин проводилась на компьютере с использованием расчётных программ на кафедре статистики МСХА. 7. Организационно-экономический анализ проводился по методике Никифорова М.А. и Семыкина Д.И. (на кафедре Организации с/х производ ства МСХА (1995). Экономическая эффективность рассчитывалась по техно логическим картам с использованием типовых норм.
Плодовая опытная станция располагается на территории Москвы. По данным агроклиматического справочника по Московской области (1954 г.) климат района умерерно-континентальный. Продолжительность безморозного периода составляет 206-216 дней. Сумма активных температур - 1900-2100С, а продолжительность вегетационного периода - 170 дней. Москва относится к 3-ей световой зоне, по снеговой нагрузке ко 2-ой зоне, по ветровой - к 1-ой. Наиболее важные показатели климата 38 температурно-влажностный и ветровой режим. Годовой ход метеорологических элементов представлен на рисунке №1 и в таблице №2.
Все годы исследований отличались по периодам как от среднемного-летних данных, так и между собой. Средняя температура первой декады января 2002 г была ниже нормы, минимум за месяц составил - 24С8 января. В дальнейшем наблюдалось резкое повышение температуры до +3,8С. В феврале среднемесячная температура превысила норму на 9С. Однако растения не перешли температурный порог роста и кратковременный мороз - 10С не причинил им ущерб. Март был необычно теплым, при количестве осадков в три раза меньше нормы. Минимум апреля - 8,4С отмечен ночью 6 апреля, а среднесуточная температура на 2,6С выше нормы. Осадков за месяц выпало крайне мало, только 23%. Цветение смородины в 2002 г началось на 10-12 дней раньше обычных сроков. В мае отмечалась довольно сильная засуха, т.к. осадков выпало 26,4% от нормы. Осадки полностью отсутствовали с 26 апреля по 15 мая, а также в течение 10 дней - с 25 мая по 3 июня. В июне сохранилась жаркая при небольшом количестве осадков погода но среднесуточная температура воздуха превышала норму на 4,1 С, с максимумом 31,6С 23 июня, при количестве осадков лишь 23%. В июле погода была сухой и жаркой.
Влияние йода на биологический урожай смородины и крыжовника
Урожай - это интегральный показатель воздействия того или другого агротехнического приема. Йод, как активный микроэлемент, повлиял на за-вязываемость ягод, особенно в неблагоприятных условиях весны (низкая, положительная температура, дожди), увеличил по отдельным вариантам массу ягод. Засуха июня месяца 2002 г сказалась на урожае черной смородины 2003г, так как основной урожай формируется на приростах прошлого года (Никиточкина Т.Д., 1982). Весна 2004 года дала хорошую завязываемость, а постоянные дожди июня и июля месяца не повлияли отрицательно на продуктивности в этом году. Йод во всех концентрациях увеличивал урожайность. По трем годам оптимальным вариантам была концентрация 250 мг/л. На черной смородине прибавка урожая в среднем за 3 года составила 52,5%. Урожайность красной смородины нарастала с 2002 года по 2004 год, а тенденция влияния обработок йодом была примерно одинаковая по годам (табл. 8). Наиболее показательными концентрациями были 250 и 350 мг/л, которые в среднем по трем годам дали прибавку урожая на 26,0- 21,0% соответственно.
Урожайность крыжовника отличается по годам по всем вариантам включая контроль. Сухой засушливый 2002 год, но с благоприятной погодой во время цветения сневелировал влияние йода.
Таким образом, основные биохимические показатели определяющие вкус ягод черной смородины мало или совсем не изменялись. А вот содержание пектина (важного адсорбента) и аскорбиновой кислоты (определяющего популярность этой культуры) увеличивалась значительно, причем в неблагоприятный год для культуры доводя эти показатели до средних по черной смородине. (Вигоров Л.И. 1969, Белоусов Д.Г., и др, 1983, Ежов Л.А. 2000) Наиболее отзывчивым на накопление йода оказался крыжовник, наименее красная смородина. Такая положительная реакция на накопление йода в ягодной продукции дало нам возможность проверить влияние срока обработки йодом на его накопления. В 2003 году было испытано два срока обработки кустарников: по массовому цветению и по зеленой ягоде. Таблица 14
Результаты представленные в таблице показывают, что накопление йода в ягодах при обработке во второй срок более эффективен. Так черная смородина накапливает 0,55 мг/кг йода, что на 57,1% больше, чем при обработке по массовому цветению; красная смородина накапливает 0,41 мг/кг йода, что на 70,9% больше, чем при обработке по массовому цветению; крыжовник 0,68 мг/кг, что на 151,9% больше.
Крыжовник и черная смородина показали себя как более отзывчивые культуры на накопление йода при обработке по зеленой ягоде, чем красная смородина. ГЛАВА 4 Изучение влияния селена на рост, завязываемость, урожайность и товарные качества ягодной продукции.
Вопрос о влиянии селена на урожайность сельскохозяйственных культур относится к числу слабоизученных. В литературе по этой проблеме до сих пор нет единого мнения. Данные одних авторов свидетельствуют о том, что селен, не оказывает влияния на продуктивность растений (Mnagwi, 1983; Ylaranta, 1983; Торшин СП., 1998; Дудецкий А.А., 1998; Машкова Т.Е., 1998; Саньколва А.Г., 2001). Другие авторы наблюдали увеличение продуктивности зерновых (Серегина А.А., 2000), а также стимулирующее действие на рост и развитие конских бобов, горцицы и просо (Бобко Е.В., Шенуренкова Н.П., 1945), укропа и ярового рапса (Торшин СП., 1992; 1944). Имеются немногочисленные результаты положительного влияния селена на формирования урожая овощных культур (Gupta U.C e.al., 1983; Ylaranta, 1993; Серегина И.И., 2001; Демьянова - Рой Г.Б. и др. 2002).
К сожалению сведений о влиянии селена на ягодные кустарники нами на момент начала исследований в литературе не обнаружено. Обработка селеном черной смородины по массовому цветению увеличивала завязываемость ягод, особенно при концентрации 5 и 7,5 мг/л. Наибольшую реакцию на завязываемость практически по всем концентрациям показала черная смородина. Все годы исследования реакция на обработку была примерно одинакова не смотря на разные погодные условия. Красная смородина из трех пород слабее всех отреагировала на обработку селеном. Прибавка завязываемости хоть и прослеживается (от 1,8 до 7,4%), но практически не достоверна.
Влияние обработок селеном на биологический урожай кустарников
Биологический урожай по всем трем породам возрос, однако реакция культур на воздействие концентраций селена разнилась. Так черная смородина оказалась самой отзывчивой культурой все концентрации дали прибавку урожая на 33,9- 59,7%. Наиболее показательными были варианты 5,0,7,5 мг/л. Реакция красной смородины на воздействие внекорневой обработки селеном была менее выраженной. Оптимальным вариантом была концентрация 5,0 мг/л которая обеспечила урожай 10,1 кг с куста в среднем за три года, что составило прибавку 31,6%. (Рис.7)
Крыжовник четко проявил положительную реакцию в неблагоприятной по погодным условиям 2003 год. Это дало значительную прибавку в среднем за три года по всем вариантам. Оптимальная концентрация одна 5,0 мг/л, она обеспечила прибавку урожая в 2003 году 138,4%, а в среднем за 3 года 64,1%.
Влияние внекорневых обработок селеном на биологический урожай смородины и крыжовника (среднее за 2002-2004гг, кг с куста) 4.3. Влияние селена на биохимический состав ягод смородины и крыжовника.
В последние годы в литературе появились данные указывающие на положительное действие селена на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур. Но его влияние на биохимический состав плодов еще недостаточно изучен. По данным Вощенко А.В. (1996г) недостаточное содержание микроэлемента селена в почве приводит к ухудшению вкусовых качеств овощей, снижается сахаристость, падает содержание фитонцидов, ферментов, органических кислот, дубильных веществ, снижается содержание витаминов.
На основании имеющихся данных мы решили проверить, как внекорневые подкормки селеном повлияют на биохимический состав ягод смородины и крыжовника. В результате проведенных исследований были получены следующие данные (таблица 18,19,20).
Обработка селеном существенно не повлияла на общую кислотность, растворимые сухие вещества дубильные и красящие вещества на сумму Сахаров содержание пектина у черной смородины. HCP05 0,0008 0,0006 0,0005 Наиболее отзывчивой на накопление селена в ягодах оказалась черная смородина. Последняя накапливала селен при обработке в 13-15 раз больше, чем в контроле. Красная смородина в оптимальных вариантах 5,0 и 7,5 мг/л накапливала в 7 раз больше, чем в контроле. Крыжовник проявил самую низкую из трех пород аккумуляционную способность. Селена в ягодах было 0,002-0,005 мг/кг, что в 2-5 раз выше контроля. Прослеживается повышение накопления с увеличением концентрации препарата, но эти различия незначительны между вариантами, при столь существенном увеличении по сравнению с контролем.
Такая положительная реакция на накопление селена в ягодах дало нам возможность проверить влияние срока обработки селеном на его накопление. В 2003 году было испытано два срока обработки кустарников: по массовому цветению и по зеленой ягоде. Из таблицы 22 видно, что обработка по зеленой ягоде по черной смородине увеличивает аккумуляцию селена в ягодах в 2 раза, чем по массовому цветению, правда оставляя массу ягод и урожай с куста на уровне контроля.
Красная смородина занимает второе место по интенсивности накопления селена. При обработке по зеленой ягоде содержание селена было в 1,5 раза выше, чем при обработке по цветению и в 10 раз выше, чем в контроле при том же урожае как в контроле. Крыжовник накапливает селена меньше всех испытанных ягодных культур. Вариант обработки по зеленой ягоде, подобно красной смородине дал увеличение накопление селена в 1,7 раза больше, чем обработка по цветению. Такое активное накопление селена черной смородиной, на наш взгляд можно объяснить высоким содержанием аскорбиновой кислоты в ягодах. До настоящего времени взаимосвязь селена и аскорбиновой кислоты в растениях изучена очень слабо, в отличие от животных, для которых известен синергизм действия этих антиоксидантов.(СотЬе8 G, 1977) ГЛАВА 5. Изучение совместного влияния йода и селена на завязываемость и товарные качества ягодной продукции. Крыжовник отреагировал на йод повышением массы ягод на 42,6%, а использование смеси снизила массу до 80,9%. Изменение этих компонентов урожая не дало положительных результатов по продуктивности. Если еще по черной смородине урожай составил 114,0% от контроля, то по красной смородине и крыжовнику он оказался ниже контроля (93,0-81,9% соответственно).
