Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

УВЕЛИЧЕНИЕ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БОРОСОДЕРЖАЩЕГО ХЕЛАТНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Петрова А.А. 1 Смирнова Т.И. 2 Павлов М.Н. 2 Дроздов И.А. 2
1 ФГБНУ ФНЦ ЛК
2 ФГБОУ ВО «Тверская ГСХА»
В однофакторном полевом опыте в 2016–2017 гг. на дерново-среднеподзолистой почве выявлен характер воздействия внекорневой подкормки боросодержащим комплексонатом на основе этилендиаминдиянтарной кислоты (В-ЭДДЯК) на урожайность и химический состав клубней картофеля (Solanum tuberosum L.) позднеспелого сорта Ласунак в сравнении с результатами воздействия традиционного борного микроудобрения – борной кислоты. Обнаружено, что бор в составе хелатного комплекса В-ЭДДЯК растениями картофеля поглощается более активно по сравнению с нехелатированной формой микроудобрения (Δω = +48,6 % по сравнению с +40,0 % относительно контроля). Заметное стимулирующее действие на урожайность клубней картофеля оказывает некоординированный комплексон (ЭДДЯК) в составе раствора очень низкой концентрации, что, по-видимому, связано с тем, что при внекорневой обработке часть препарата, попадая в почву, переводит не только бор, но и другие микроэлементы минеральной составляющей почвы, в легко доступные для растений растворимые комплексные соединения, что и увеличивает урожайность на 14,8 %. Исследуемый препарат (В-ЭДДЯК) повышает урожайность картофеля: прибавка составила 5,9 т/га (21,3 %), в то время как при обработке раствором Н3ВО3 – только 2,9 т/га (10,5 %). Кроме того, применение В-ЭДДЯК увеличивает питательную ценность клубней: содержание крахмала – на 3,6 %, аскорбиновой кислоты – на 3,4 мг/100 г, биофлавоноидов – на 12 мг/100 г сырого вещества. С учётом малого количества расходуемого для обработки боратного комплекса на основе ЭДДЯК, его экологической безопасности данный препарат эффективно использовать в качестве нового борного микроудобрения.
картофель
комплексонаты
внекорневая подкормка
качество
продуктивность
1. Усанова З.И., Осербаев А.К., Зияев К.И., Павлов  М.Н. Клубнеплоды. Биологические особенности и технологии возделывания картофеля и земляной груши. Тверь: Тверская ГСХА, 2018. 150 с.
2. Посыпанов Г.С. Растениеводство. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. 612 с.
3. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации // Указ Президента РФ от 30 января 2010 г. № 120. [Электронный ресурс]. URL: http://mcx.ru/documents/document/show/14856.19.htm (дата обращения: 16.08.2019).
4. Пашкевич Е.Б., Суворова Е.Е., Верховцева Н.В. Физиолого-биохимические функции бора в растении // Агрохимия. 2011. № 11. С. 85–96.
5. Ягодина Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / под ред. Б.А. Ягодиной. М.: Колос. 2002. 584 с.
6. Ермаков И.П. Физиология растений. М.: «Академия», 2007. 640 с.
7. Толкачёва Л.Н. Физико-химическое исследование процессов комплексообразования элементов III-А подгруппы с комплексонами, производными янтарной кислоты: дис.  … канд. хим. наук. Тверь, 2012. 124 с.
8. Смирнова Т.И., Хижняк С.Д., Никольский В.М., Халяпина Я.М., Пахомов П.М. Деградация комплексонов, производных янтарной кислоты, под действием УФ излучения // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. № 4. С. 406–411.
9. Дятлова Н.М., Тёмкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988. 544 с.
10. Усанова З.И., Смирнова Т.И., Иванютина Н.Н., Павлов М.Н., Булюкина О.А. Увеличение содержания полифруктанов в клубнях топинамбура под влиянием хелатных комплексов микроэлементов // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2017. № 3. С. 139–147.
11. Смирнова Т.И., Ромась П.В., Барановский И.Н., Соколов М.А. Изменение содержания пектиновых веществ в каланхоэ в результате обработки соединениями бора // Физико-химия полимеров: синтез, свойства и применение. 2012. № 18. С. 209–211.
12. Спицына С.Ф., Томаровский А.А., Оствальд Г.В. Поскребкова А.Г. Влияние бора и цинка на урожайность картофеля сорта Адретта // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (125). С. 40–44.
13. Усанова З.И. Методика выполнения научных исследований по растениеводству: учебное пособие Тверь: Тверская ГСХА, 2015. 143 с.
14. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. М.: Колос, 1985. 370 с.
15. Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. М.: Химия, 1975. 360 с.

Картофель Solanum tuberosum L. имеет большое значение как пищевая, техническая и кормовая культура. Однако главное значение – продовольственное, в связи с чем в России его называют вторым хлебом [1].

Клубни картофеля содержат около 25 % сухих веществ, в том числе 14...22 % крахмала, 1,4...3,0 % белков, около 1 % клетчатки, 0,2...0,3 % жира и 0,8...1,0 % зольных веществ [2].

Картофель для организма человека является важным источником витамина С и Р- активных соединений. Клубни содержат «устойчивый» крахмал, который способствует нормализации работы кишечника. Картофельный сок рекомендуется при заболеваниях желудка. Все это свидетельствует о его лечебном значении. Клубни картофеля – сырье для промышленного производства ценных продуктов. Из 1 тонны клубней картофеля с крахмалистостью 17,5 % можно получить 112 литров спирта, 55 кг жидкой углекислоты или 170 кг крахмала [1].

Картофель и продукты его переработки (свежая и сухая мезга, барда) – хороший корм для животных. В 100 кг клубней содержится 25–30 кормовых единиц и 2,1 кг переваримого протеина, в ботве 8,5–12 корм. ед. и 1,6 кг переваримого протеина. Поэтому второе значение его – кормовое [1].

Картофель – стратегическая культура XXI в. Его клубни находятся в почве и защищены от радиационного заражения, что позволяет использовать картофель как страховую культуру, способную в экстремальных условиях погоды накопить высокий урожай [1].

В настоящее время мировой урожай картофеля достигает 300 млн т. В Нечерноземье картофель – одно из важнейших культивируемых растений. Однако почвы северо-западных областей нашей страны и Тверской области в том числе, кроме ряда особенностей, характеризуются ещё и низким содержанием большинства необходимых растениям микроэлементов.

Вместе с тем глобальное загрязнение окружающей среды и нарушение экологического баланса биосферы выдвигают перед производителями сельскохозяйственного сырья и продуктов питания на первый план проблему получения экологически чистой продукции как растительного, так и животного происхождения. В последние годы во всём мире около 50 % прироста урожайности сельскохозяйственных культур достигается внесением удобрений, причём 20 % этого прироста обусловлено использованием микроудобрений, содержащих соединения бора, цинка, меди, марганца, кобальта, молибдена и других, требующихся растениям в меньших количествах, микроэлементов. Низкая обеспеченность сельского хозяйства микроудобрениями – это не только реальное препятствие дальнейшего роста урожайности, но и одна из главных причин ухудшения качества сельскохозяйственного сырья и продуктов питания, выражающегося не только в снижении их энергетической ценности, но и сокращении содержания микроэлементов, витаминов и других биологически активных веществ.

Укрепление продовольственной безопасности требует увеличения выпуска качественной продукции, для чего в свою очередь необходима надежная сырьевая база [3]. Важным фактором в решении этого вопроса является улучшение качества минерального питания с применением важнейших микроэлементов, особенно бора. Недостаток бора, необходимого растениям в более значительных по сравнению с другими микроэлементами количествах, вызывает снижение урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшение качества получаемой продукции. Растениям бор необходим в течение всего периода вегетации. При дефиците бора наблюдается отмирание апикальной точки роста стебля растения, сопровождающееся ростом боковых побегов, точки роста которых затем также отмирают [4]. Растения поражаются сухой гнилью, дуплистостью (корнеплоды), нарушением оплодотворения (лён), пожелтением (кормовые бобовые), коричневой гнилью (цветная капуста), бактериозом [5]. Большая часть бора растительных организмов локализована в клеточной стенке преимущественно в составе комплексов с пектином [6]. При дефиците этого микроэлемента свойства клеточной стенки значительно изменяются, что приводит к замедлению растяжения и деления клеток, формирования тканей. Бор не входит в состав каких-либо растительных ферментов, но может оказывать косвенное влияние на скорость большого числа биохимических процессов, ингибируя или активируя ферменты и субстраты, поскольку борат-анионы способны к координации разнообразных соединений, содержащих в составе молекул гидроксильные группы. По-видимому, таким образом, бор участвует в синтезе и транспорте углеводов, метаболизме нуклеиновых кислот, ростовых веществ, фенолов [6], что в течение вегетационного периода формирует количественный и качественный состав вегетативной и продуктивной частей растения. Поэтому актуальным является вопрос оптимизации обеспечения культивируемых растений бором рациональными и экологически безопасными методами.

Из почвы растения получают бор в форме борат-анионов [6], способных к образованию хелатных комплексов не только с гидроксилсодержащими лигандами, но и с синтетическими аминокарбоновыми кислотами [7]. В ряду таких лигандов как эффективное и экологически безопасное хелатирующее соединение выделяется этилендиаминдиянтарная кислота (ЭДДЯК) [8–10]. Свойства и биологическая активность борат-этилендиаминдисукцинатнго комплекса (В-ЭДДЯК) исследованы в недостаточном объёме, но представляют не только теоретический интерес, но и практическую значимость, поскольку известно, что микроэлементы эффективнее усваиваются растениями в составе комплексонатов [11]. Хелатный комплекс В-ЭДДЯК экологически безопасен, так как содержит экологически безопасный лиганд – этилендиаминдиянтарную кислоту и низкотоксичный борат в качестве комплексообразователя. Поэтому вполне целесообразным представлялось исследование биологической активности В-ЭДДЯК на одном из наиболее распространённых культивируемых растений. Картофель хорошо отзывается на внесение борных микроудобрений. На чернозёмных почвах применение борной кислоты без макроудобрений увеличивает урожайность клубней на 5,7 т/га [12].

Целью поставленного опыта было сравнение влияния борат-этилендиаминдисукцината (В-ЭДДЯК) и борной кислоты на урожайность и пищевую ценность клубней картофеля.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 2016–2017 гг. в однофакторном полевом опыте на опытном поле Тверской ГСХА. Почва – дерново-среднеподзолистая остаточно карбонатная глееватая на морене, супесчаная по гранулометрическому составу, хорошо окультурена. Мощность пахотного горизонта 20–22 см, содержание гумуса 2,5 % (по Тюрину), легкогидролизуемого азота 101 мг/кг (по Корнфилду), P2O5 – 253 и K2O – 113 мг/кг (по Кирсанову), pH сол. 5,8.

Схема опыта:

1) контроль (вода 100 мл/м2);

2) раствор борной кислоты (100 мл/1 м2);

3) раствор В-ЭДДЯК – боратный комплекс на основе ЭДДЯК (100 мл/м2);

4) раствор ЭДДЯК (100 мл/м2).

Концентрация растворённых веществ в растворах 0,002 моль/л. Площадь учетной делянки – 5 м2. Общая площадь под опытом – 80 м2. Повторность в опыте четырёхкратная.

Объект исследований – позднеспелый сорт картофеля. Известно, что поздние сорта картофеля способны накапливать на много больше питательных веществ и повышать пищевую ценность культуры [1]. Поэтому для изучения был выбран наиболее известный, урожайный, универсальный сорт с высокими вкусовыми качествами – Ласунак (рисунок). Оригинатор: ГНИУ ВНИИСХ использования мелиорированных земель. РУП НПЦ НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству.

Характеристика сорта: позднеспелый, многостороннего использования. Клубни округло-овальные, кожура светло-желтая, мякоть кремовая, глазки средней глубины. Растение с прямостоячим высоким стеблем, с белой окраской цветков. Период покоя непродолжительный, лежкость клубней удовлетворительная и хорошая, содержание крахмала в клубнях 15–22 %. Устойчив к раку, фитофторозу (по клубням), различным вирусам, среднеустойчив к фитофторозу листьев, парше обыкновенной, ризоктониозу, черной ножке, восприимчив к вирусу «Х». Ценность сорта заключается в высокой урожайности, хороших вкусовых качествах, устойчивости к фитофторозу, вирусам, пригодности для производства различных видов продукции: сухого картофельного пюре, чипсов, замороженных клубней, сухого крахмала, спирта [1].

petr1.tif

Клубни картофеля сорта Ласунак

При выращивании картофеля использовали экологически чистую (безопасную) технологию [1]. Предшественник – занятый пар. Внекорневая подкормка растений картофеля вносилась согласно схеме опыта. В течение вегетационного периода до фазы цветения производили однократное опрыскивание растений картофеля сорта Ласунак растворами исследуемых соединений. Контрольные растения одновременно с опытными обрабатывали дистиллированной водой.

Учет урожая проводили по стандартной методике [13]. После уборки клубней в них по традиционным методикам определяли содержание аскорбиновой кислоты, Р-активных веществ [14] и фотоэлектроколориметрическим методом (фотометр КФК-3 2МП) – содержание крахмала [15], поскольку биосинтез этих веществ (углеводов, их производных, в том числе аскорбиновой кислоты, полифенолов) зависит от уровня содержания бора [4, 6] и в значительной мере определяет качество клубней картофеля как пищевого сырья и важнейшего из сочных кормов для сельскохозяйственных животных.

Погодные условия в годы исследований были неодинаковы по температурным условиям: 2016 г. отличался теплой и влажной погодой, 2017 – был прохладным и влажным. Гидротермический коэффициент (по Селянинову) за вегетацию составил в 2016 г. – 1,53, в 2017 г. – 1,96 (при норме 1,46). В оба года исследований картофель получал достаточно влаги, но недополучил тепла в 2017 г. Сумма биологически активных температур (>10 °С) за период посадка – уборка составила в 2017 г. 1889,8 °С при норме 1970 °С, (недобор 80,7 °С или 4,1 %).

Результаты исследования и их обсуждение

В результате исследований выявлено, что некорневая подкормка растений картофеля различными препаратами по-разному повлияла на урожайность картофеля и содержание бора в клубнях (табл. 1).

Выявлено, что бор в составе хелатного комплекса В-ЭДДЯК растениями картофеля поглощается более активно по сравнению с нехелатированной формой микроудобрения (Δω = +48,6 % по сравнению с +40,0 % относительно контроля).

Более значительно влияет обработка раствором хелатного комплекса на увеличение урожайности. Прибавка составила 5,9 т/га (21,3 %), в то время как при обработке раствором Н3ВО3 – только 2,9 т/га (10,5 %).

В опыте выявлено заметное стимулирующее действие на урожайность клубней картофеля некоординированного комплексона (ЭДДЯК) в составе раствора очень низкой концентрации, по-видимому, связаное с тем, что при внекорневой обработке часть препарата, попадая в почву, переводит не только бор, но и другие микроэлементы минеральной составляющей почвы, в легко доступные для растений растворимые комплексные соединения, что и увеличивает урожайность на 14,8 %.

Исследование влияния действующего вещества раствора на качество клубней картофеля (табл. 2) позволило установить, что внекорневая обработка препаратами вызвала не только повышение урожайности, но и увеличение содержания в клубнях крахмала, аскорбиновой кислоты и биофлавоноидов (в пересчете на рутин) в двух из трёх вариантов опыта.

Таблица 1

Влияние внекорневой подкормки растений картофеля на урожайность и содержание бора в клубнях

п/п

Действующее вещество в растворе для обработки

Бор в клубнях, мг/кг сырого вещества

Урожайность, т/га

2016 г.

2017 г.

ср. по двум годам

2016 г.

2017 г.

ср. по двум годам

1

Контроль

3,8 ± 0,1

3,5 ± 0,1

3,6

27,3

28,0

27,7

2

Н3ВО3

5,2 ± 0,1

4,9 ± 0,1

5,0

30,2

31,0

30,6

3

В-ЭДДЯК

6,3 ± 0,2

5,2 ± 0,1

5,8

32,6

34,5

33.6

4

ЭДДЯК

5,3 ± 0,2

4,5 ± 0,2

4,9

31,0

32,5

31,8

НСР05

2,5

2,9

1,3

 

Таблица 2

Изменение содержания биологически активных веществ в клубнях картофеля в зависимости от действующего вещества раствора, использованного для внекорневой подкормки растений

п/п

Действующее вещество в растворе для обработки

Крахмал, %

Аскорбиновая кислота,

мг/100 г сырого вещества

Биофлавоноиды в пересчёте на рутин, мг/100 г сырого вещества

2016 г.

2017 г.

ср. по двум годам

2016 г.

2017 г.

среднее по двум годам

2016 г.

2017 г.

ср. по двум годам

1

Контроль (вода)

19,1

22,0

21,0

11,2 ± 0,2

9,6 ± 0,1

10,4 ± 0,2

43 ± 1

55 ± 2

49 ± 2

2

Н3ВО3

20,2

25,1

22,6

11,9 ± 0,1

12,1 ± 0,2

12,0 ± 0,2

46 ± 1

56 ± 1

51 ± 1

3

В-ЭДДЯК

23,0

26,2

24,6

14,7 ± 0,1

13,0 ± 0,1

13,8 ± 0,1

56 ± 1

66 ± 2

61 ± 2

4

ЭДДЯК

18,9

19,4

19,2

7,3 ± 0,2

11,3 ± 0,2

9,3 ± 0,2

48 ± 1

57 ± 3

52 ± 2

 

Так, уровень содержания крахмала при обработке раствором Н3ВО3 возрос на 7,6 %, а при обработке раствором В-ЭДДЯК – на 17,1 %. Наибольшее увеличение содержания аскорбиновой кислоты выявлено также в третьем варианте опыта, что вполне объяснимо влиянием бора на синтез и транспорт сахаров, а крахмал и аскорбиновая кислота в растительных организмах являются производными D-глюкозы [6]. Поскольку биофлавоноиды представляют собой производные фенолов, с метаболизмом которых в растительных тканях связан бор, их наибольшее содержание отмечено в клубнях растений также третьего варианта, где и соединений бора найдено больше всего. По сравнению с клубнями контрольных растений в клубнях третьего варианта содержание Р-активных веществ возросло на 24,5 %.

Заключение

Таким образом, боратный комплекс на основе ЭДДЯК (В-ЭДДЯК) повышает урожайность картофеля на 5,9 т/га (21,3 %), увеличивает питательную ценность клубней: содержание крахмала – на 3,6 %, аскорбиновой кислоты – на 3,4 мг/100 г, биофлавоноидов – на 12 мг/100 г сырого вещества. С учётом малого количества и экологической безопасности расходуемого для обработки препарата по результатам проведённого эксперимента можно сделать вывод о значительной его эффективности в качестве нового борного микроудобрения для повышения урожайности, а также пищевой и кормовой ценности клубней картофеля.


Библиографическая ссылка

Петрова А.А., Смирнова Т.И., Павлов М.Н., Дроздов И.А. УВЕЛИЧЕНИЕ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БОРОСОДЕРЖАЩЕГО ХЕЛАТНОГО СОЕДИНЕНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 10. – С. 13-17;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37207 (дата обращения: 24.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074