eng
Выпуск #3-4/2020
В.Н.Зеленков, В.В.Латушкин, Л.Г.Елисеева, И.Б.Леонова, В.В.Потапов, М.И.Иванова, П.А.Верник
Гидротермальный нанокремнезем в получении экологически чистой салатной продукции с заданными свойствами в условиях закрытой агробиотехносистемы
Гидротермальный нанокремнезем в получении экологически чистой салатной продукции с заданными свойствами в условиях закрытой агробиотехносистемы
Просмотры: 2128
DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3-4.206.220
Экспериментально проверена возможность управления качеством салатной продукции в условиях закрытой агробиотехносистемы с регулируемыми условиями с помощью обработки кремнийсодержащими препаратами: комплексным препаратом гидротермального нанокремнезема с синтетическим аналогом фитогормона ауксина – крезацином, в соотношении его с кремнеземом, аналогичным с кремнийорганическим компонентом 1-хлорметилсилатраном, зарегистрированным в России регуляторе роста растений – препарате "Энергия М". Применение гидротермального нанокремнезема с синтетическим фитогормоном крезацином дает возможность целенаправленно изменять химический состав и получать продукцию заданного качества. Влияние нанокремнезема на качество продукции носит комплексный многосторонний характер: улучшаются органолептические свойства продукции, снижается содержание остаточных количеств нитратов и токсичного элемента свинца, повышаются доля сухих веществ, уровень антиоксидантной активности и накопление витамина С. Значительно (до 2-3 раз) увеличивается содержание в листьях витаминов группы В. Лежкоспособность продукции повышается за счет снижения потерь воды (обезвоживания) при хранении. Выявлен существенный стимулирующий эффект на тест-культуры Paramecium caudatum и Daphnia magna, что дает основание предполагать высокий уровень пищевой безопасности, а также эффект появления у салата новых свойств - проявление биологической активности, способствующей улучшению среды обитания для объектов биотестирования, что проявилось в повышении их жизненной активности и продуктивности. Полученные данные могут быть использованы в практических целях для выращивания салатной продукции с управляемым обогащенным химическим составом и повышенной пищевой и биологической ценностью.
Экспериментально проверена возможность управления качеством салатной продукции в условиях закрытой агробиотехносистемы с регулируемыми условиями с помощью обработки кремнийсодержащими препаратами: комплексным препаратом гидротермального нанокремнезема с синтетическим аналогом фитогормона ауксина – крезацином, в соотношении его с кремнеземом, аналогичным с кремнийорганическим компонентом 1-хлорметилсилатраном, зарегистрированным в России регуляторе роста растений – препарате "Энергия М". Применение гидротермального нанокремнезема с синтетическим фитогормоном крезацином дает возможность целенаправленно изменять химический состав и получать продукцию заданного качества. Влияние нанокремнезема на качество продукции носит комплексный многосторонний характер: улучшаются органолептические свойства продукции, снижается содержание остаточных количеств нитратов и токсичного элемента свинца, повышаются доля сухих веществ, уровень антиоксидантной активности и накопление витамина С. Значительно (до 2-3 раз) увеличивается содержание в листьях витаминов группы В. Лежкоспособность продукции повышается за счет снижения потерь воды (обезвоживания) при хранении. Выявлен существенный стимулирующий эффект на тест-культуры Paramecium caudatum и Daphnia magna, что дает основание предполагать высокий уровень пищевой безопасности, а также эффект появления у салата новых свойств - проявление биологической активности, способствующей улучшению среды обитания для объектов биотестирования, что проявилось в повышении их жизненной активности и продуктивности. Полученные данные могут быть использованы в практических целях для выращивания салатной продукции с управляемым обогащенным химическим составом и повышенной пищевой и биологической ценностью.
Теги: antioxidants салат листовой bioassay closed agrobiotechnological systems hydrothermal nanosilica keeping quality lettuce product quality антиоксиданты биотестирование гидротермальный нанокремнезем закрытые агробиотехносистемы качество продукции лежкоспособность
Гидротермальный нанокремнезем в получении экологически чистой салатной продукции с заданными свойствами в условиях закрытой агробиотехносистемы
Hydrothermal nanosilica in the production of environmentally friendly salad products with desired properties in a closed agrobiotechnological system
В.Н.Зеленков1, 2, 3, д.с.-х.н., проф., гл. науч. сотр., (ORCID: 0000-0001-5481-2723), В.В.Латушкин1, к.с.-х.н., вед. науч. сотр., (ORCID: 0000-0003-1406-8965), Л.Г.Елисеева4, д.т.н., проф., (ORCID: 0000-0003-2715-9989), И.Б.Леонова4, к.т.н., доцент, (ORCID: 0000-0002-9653-9056), В.В.Потапов5, д.т.н., проф., гл. науч. сотрудник, (ORCID: 0000-0001-6959-3324), М.И.Иванова3, д.с.-х.н., проф. РАН, гл. науч. сотр., (ORCID: 0000-0001-7326-2157), П.А.Верник1, директор АНО "ИСР", (ORCID: 0000-0001-5850-7654) / zelenkov-raen@mail.ru
V.N.Zelenkov1, 2, 3, Doct. of Sc. (Agriculture),Prof., Chief Researcher, (ORCID: 0000-0001-5481-2723), V.V.Latushkin1, Cand. of Sc. (Agriculture), Lead. Researcher, L.G.Eliseeva4, Doct. of Sc. (Technical), Prof., I.B.Leonova4, Cand. of Sc. (Technical), Docent, V.V.Potapov5, Doct. of Sc.(Technical), Prof., Chief Researcher, (ORCID: 0000-0001-6959-3324), M.I.Ivanova3, Doct. of Sc. (Agriculture), Prof. of RAS, Chief Researcher, P.A.Vernik1, Director
DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3-4.206.220
Получено: 15.06.2020 г.
Экспериментально проверена возможность управления качеством салатной продукции в условиях закрытой агробиотехносистемы с регулируемыми условиями с помощью обработки кремнийсодержащими препаратами: комплексным препаратом гидротермального нанокремнезема с синтетическим аналогом фитогормона ауксина – крезацином, в соотношении его с кремнеземом, аналогичным с кремнийорганическим компонентом 1-хлорметилсилатраном, зарегистрированным в России регуляторе роста растений – препарате "Энергия М". Применение гидротермального нанокремнезема с синтетическим фитогормоном крезацином дает возможность целенаправленно изменять химический состав и получать продукцию заданного качества. Влияние нанокремнезема на качество продукции носит комплексный многосторонний характер: улучшаются органолептические свойства продукции, снижается содержание остаточных количеств нитратов и токсичного элемента свинца, повышаются доля сухих веществ, уровень антиоксидантной активности и накопление витамина С. Значительно (до 2–3 раз) увеличивается содержание в листьях витаминов группы В. Лежкоспособность продукции повышается за счет снижения потерь воды (обезвоживания) при хранении. Выявлен существенный стимулирующий эффект на тест-культуры Paramecium caudatum и Daphnia magna, что дает основание предполагать высокий уровень пищевой безопасности, а также эффект появления у салата новых свойств – проявление биологической активности, способствующей улучшению среды обитания для объектов биотестирования, что привело к повышению их жизненной активности и продуктивности. Полученные данные могут быть использованы в практических целях для выращивания салатной продукции с управляемым обогащенным химическим составом и повышенной пищевой и биологической ценностью.
The possibility of controlling the quality of salad products under conditions of a closed agrobiotechnical system with controlled conditions by processing with silicon-containing preparations was tested experimentally: a complex preparation of hydrothermal nanosilica with synthetic analogue of phytohormone auxin, crezacin, in relation to silica, similar to organosilicon component 1-chloromethyl in Russia plant growth – the Energia M preparation. The use of hydrothermal nanosilica with synthetic phytohormone crezacin makes it possible to purposefully change the chemical composition and obtain products of a given quality. The effect of nanosilica on product quality is complex multilateral: organoleptic properties of the product are improved, the content of residual amounts of nitrates and the toxic element of lead is reduced, the proportion of solids, the level of antioxidant activity and the accumulation of vitamin C are increased. The content in leaves significantly (up to 2–3 times) vitamins of group B. The shelf life of products is increased by reducing water loss (dehydration) during storage. A significant stimulating effect on the test cultures of Paramecium caudatum and Daphnia magna was revealed, which gives reason to assume a high level of food safety, as well as the effect of the appearance of new properties in the salad – a manifestation of biological activity that improves the living environment for biotesting objects, which manifested itself in an increase in their vital activity and productivity. The data obtained can be used for practical purposes for growing salad products with a controlled enriched chemical composition and increased nutritional and biological value.
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос управления качеством продуктов питания имеет большое научное и практическое значение. Качество продукции определяется как "совокупность характеристик пищевой продукции, соответствующих заявленным требованиям и включающих ее безопасность, потребительские свойства, энергетическую и пищевую ценность, аутентичность, способность удовлетворять потребности человека в пище при обычных условиях использования в целях обеспечения сохранения здоровья человека" [1]. В "Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года" подчеркивается, что потребление пищевой продукции с низкими потребительскими свойствами является причиной снижения качества жизни и развития ряда заболеваний населения, поэтому необходимо создание механизмов обеспечения полноценного питания, профилактики заболеваний, увеличения продолжительности и повышения качества жизни населения путем производства и обращения на рынке пищевой продукции надлежащего качества [1].
В последние годы отмечается повышение требований к качеству продуктов питания и рост заинтересованности потребителя в здоровых органических и функциональных продуктах [2–4]. Популярность органических продуктов связана с опасением, что в современных условиях интенсивного сельского хозяйства натуральные продукты все больше и больше заменяются низкокачественными, выращенными при неумеренном использовании средств химизации [5, 6]. Другое важное и перспективное направление в повышении качества продуктов питания связано с разработкой технологий получения продуктов питания с заданными свойствами, в том числе функциональных [7, 8]. Необходимость создания условий для производства пищевой продукции нового поколения с заданными характеристиками качества подчеркнута в "Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года" [1].
Таким образом, в современных условиях остро стоит вопрос о поисках путей и способов управления качеством и пищевой безопасностью продукции. Однако в естественных, природных условиях урожайность и качество продукции регулировать затруднительно из-за резких колебаний условий выращивания [9–14]. В этом аспекте представляют большой интерес технологии выращивания растений в замкнутых агробиотехносистемах с управляемыми условиями роста растений (климатические камеры, фитотроны, синерготроны и т.д.). При выращивании растений в контролируемых условиях замкнутой агроэкосистемы возможно направленное изменение метаболизма растений и получение продукции с контролируемым химическим составом и биологической активностью [15–18].
Одним из элементов технологии управления качеством в агробиотехносистемах является использование биологических стимуляторов и регуляторов роста растений (РРР), повышающих активность метаболизма и стрессоустойчивость растений [19–23]. Особенно перспективны в качестве стимуляторов роста растений наноразмерные формы кремния (обзор исследований в данном направлении опубликован нами в журнале "Наноиндустрия" в 2020 году [24]. Исследования, проведенные с растениями открытого и защищенного грунта, показали высокую эффективность применения при некорневых подкормках кремнийсодержащих препаратов, не только повышающих урожайность, но и увеличивающих накопление биологически ценных веществ в продукции.
Однако в целом особенности метаболизма растений и формирование показателей качества продукции в замкнутых экосистемах остаются практически не изученными. Поэтому целью работы является установление возможности управления качеством продукции (на примере салата листового) путем использования наноразмерного кремния в закрытых агробиотехносистемах с регулируемой средой для роста и развития растений. Работа является продолжением цикла наших исследований по применению соединений кремния в закрытых агробиотехносистемах [17, 25–29].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Экспериментальные исследования проведены в экспериментальной установке ИСР 0.1 конструкции АНО "Институт стратегий развития" (Москва). В качестве объекта исследований использовали салат листовой (Lactuca sativa L.) сорта "Балет", выращенный в гидропонной культуре по общепринятой технологии выращивания. Интенсивность освещения составила 130–135 мкмоль/м2 ∙ с, продолжительность светового дня 17 ч, спектр полихромный c преобладанием красного и синего света. Состав питательного раствора (в мг/л): N–NН4 – 5; P – 41; K – 275; Ca – 100; Mg – 24; S – 30; Fe – 0,94; Mn – 0,14; B – 0,16; Cu – 0,03; Zn – 0,13; Mo – 0,03; рН – 5,7–6,0; ЕС – 1,5–2 . Температура 25 °С. Схема посева семян 100 × 80 мм, по три семени в гнездо. Повторность трехкратная. Длительность периода выращивания 32 суток с момента появления всходов (фаза полных всходов зафиксирована на третьи сутки после посева семян).
Для изучения взяты кремнийсодержащие препараты разного состава: природный гидротермальный нанокремнезем (ГНК) и продукт химического синтеза "Энергия М" (на основе 1-хлорметилсилатрана). В составе обоих препаратов в качестве второго компонента использовали фитогормон крезацин (триэтаноламмониевая соль ортокрезоксиуксусной кислоты, синтетический аналог фитогормона ауксина), усиливающий эффективность основного компонента. Обработку проводили методом некорневого опрыскивания листьев салата 0,005%-ными растворами препаратов на дистиллированной воде в фазу 4–5 листьев (18 день вегетации растений). Обработку салатной культуры в контроле проводили дистиллированной водой.
Анализировали следующие параметры качества: органолептическая оценка по ГОСТ Р. 547032011, содержание сухих веществ по ГОСТ 28561-90, содержание нитратов по ГОСТ 29270-95, витамина С по ГОСТ 24556-89, витаминов группы В – методом капиллярного электрофореза на приборе "Капель-105", антиоксидантная активность – фотоколориметром PHOTOCHEM Analytik Jena AG, содержание свинца по ГОСТ Р 51301-99. Дополнительно определяли содержание сухих веществ и остаточной влаги с использованием анализатора влажности МХ-50, A&D Company (Япония). При исследовании образцов салата проводили подготовку образцов для анализа, подвергая их воздушно-теневой сушке при комнатной температуре (22±3 °С) в течение трех недель.
Для определения содержания сухих веществ в образцах салата и остаточной влажности готовили навески по 6 г крупнонарезанных листьев салата и проводили ИК-сушку при фиксированной температуре в 105 °С до постоянной массы. Для комплексной оценки качества продукции использовали метод биотестирования с использованием Paramecium caudatum и Daphnia magna по методике, описанной в работе [17]. Потери массы при хранении определяли после 11 суток хранения (в % от исходной массы). Хранение проводили в эксикаторах с притертыми крышками при комнатной температуре.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментально проверена возможность управления качеством салатной продукции в условиях закрытой агробиотехносистемы с регулируемыми условиями с помощью обработки кремнийсодержащими препаратами и регуляторами роста растений. Результаты проведенных исследований показали перспективность данного подхода, так как природный нанокремнезем и продукт химического синтеза "Энергия М" оказывают комплексное многосторонее воздействие и способствуют формированию продукции с улучшенными свойствами.
Положительный эффект гидротермального нанокремнезема на формирование органолептических свойств продукции
Оценку внешнего вида товарной продукции проводили по комплексному показателю: внешнему виду, учитывающему цвет, размеру, форме, развитости листовой системы, наличию мелких, некондиционных листьев, уровню товарности продукции в целом.
Результаты эксперимента показывают возможность путем применения гидротермального нанокремнезема улучшать внешний вид листьев салата, повышая тем самым товарность продукции и ее привлекательность для потребителя (табл.1, рис.2). Внешний вид отражает общее состояние растений и является маркером активности метаболизма, фотосинтетических и ростовых процессов. Таким образом, нанокремнезем способствовал формированию растений с большей листовой массой, более развитых за счет комплекса физиолого-биохимических воздействий.
Отметим, что кремний в форме кремнийорганического соединения – 1-хлорметилсилатрана с крезацином (препарат "Энергия М") также был эффективным для повышения уровня товарного вида продукции, однако уступающим по количественным показателям новой форме бинарного стимулятора роста растений при замене синтетического кремнийорганического соединения на гидротермальный нанокремнезем, полученный по природоподобным технологиям из камчатских термальных вод с использованием технологии ультрафильтрации.
Повышение доли сухих веществ при обработке растений гидротермальным нанокремнеземом
Содержание сухих веществ и потери влаги при сушке оценивали двумя способами – по ГОСТ 28561-90 и с использованием анализатора влажности МХ-50, A&D Company (Япония) с досушиванием образцов при постоянной температуре 105 °С.
При оценке ГОСТ 28561-90 содержание сухих веществ возрастало при использовании состава ГНК + крезацин на 1,2% по сравнению с контролем. Отметим, что использование препарата "Энергия М" оказалось менее эффективным по сравнению с использованием гидротермального нанокремнезема. Повышение содержания сухих веществ в салате составило только 0,3 % (рис.3).
При инфракрасном досушивании образцов листьев салата при 105° С прирост сухого вещества (с.в.) имел сходное значение – 1,2% для ГНК и 0,4% для препарата "Энергия М" (табл.2).
Абсолютные значения массовой доли с.в. были несколько ниже, чем при определении методом высушивания по ГОСТ (например, в контроле эти значения составили 7,4% по ГОСТ и 6,0% на ИК-анализаторе), что можно объяснить различием условий сушки при разных методиках. Однако, несмотря на некоторые различия в абсолютных значениях с.в., характер влияния исследуемых препаратов имел схожие тенденции изменения.
Накопление нитратов и токсических элементов в листьях салата при использовании кремнийсодержащих препаратов с крезацином
Накопление нитратов в листьях салата снизилось после обработки кремнийсодержащими препаратами (табл.3). Превышения ПДК по свинцу не отмечено ни в контрольном, ни в опытных вариантах.
Накопление токсичного элемента свинца снизилось в 8,5 раз (ГНК + крезацин), в 7 раз ("Энергия М"). Превышения ПДК по свинцу не отмечено ни в контрольном, ни в опытных вариантах.
Эффект повышения антиоксидантной активности продукции при обработке растений салата гидротермальным нанокремнеземом
Важнейшая функция антиоксидантов заключается в предотвращении реакций с участием активных форм кислорода (АФК), они выполняют функцию антагониста нерегулируемых превращений АФК. АФК играют важную роль в физиологии растений, участвуют в регуляции процессов роста и защите растений от неблагоприятных факторов, но образование больших количеств АФК губительно для живых систем. Многие АФК представляют собой свободные радикалы и активизируют протекание свободнорадикальных реакций. При окислительном стрессе в растениях может возникать сверхнакопление АФК, которые могут разрушать мембраны и другие клеточные структуры. Поэтому важная роль растительных антиоксидантов заключается в прерывании радикальных окислительных процессов. У растений АФК образуются в электронно-транспортной цепи хлоропластов.
Кроме того, в растительных организмах протекают разнообразные биохимические реакции, в результате которых образуются свободные радикалы разной природы, защитой от которых служат также антиоксиданты с разным механизмом действия. Поэтому важность антиоксидантов заключается в обеспечении адаптации растений к неблагоприятным факторам, утилизации АФК и предотвращении накопления в клетках свободных радикалов.
Антиоксидантная активность определяется активностью ферментов антиоксидантной системы и содержанием химических соединений неферментной природы. К антиоксидантам неферментной природы относятся фенольные вещества, биофлавоноиды, каротиноиды, витамин С и многие другие. В растениях установлено более 5 тыс. соединений, обладающих антиоксидантным эффектом.
Антиоксидантная активность растений салата, обработанного гидротермальным нанокремнеземом в сочетании с крезацином, возрастала по сравнению с контролем на 14,4% (рис.4). Отметим, что использование при обработке растений препарата "Энергия М" оказалось менее эффективным по показателю антиоксидантной активности (повышение на 7,1% по сравнению с контролем). В настоящее время сложно говорить о биологических механизмах, вызывающих рост антиоксидантной активности растительных тканей в присутствии соединений кремния, однако суммарный видимый эффект очевиден.
Эффект повышения содержания витаминов в салатной продукции при обработке растений салата гидротермальным нанокремнеземом
В эксперименте установлено значительное (до 3 раз по сравнению с контролем) повышение содержания витаминов группы В в листьях салата вследствие применения ГНК с крезацином (рис.5). Механизмы такого резкого изменения только предстоит выявить.
Содержание аскорбиновой кислоты в листьях салата при использовании состава ГНК + крезацин также возрастало (10,3% по сравнению с 8,95% в контроле), но в меньшей степени, чем витаминов группы В. Применение препарата "Энергия М" оказалось не эффективным в плане увеличения содержания витамина С.
Повышение лежкоспособности салатной продукции после обработки растений ГНК с крезацином
Листья салата относятся к скоропортящейся продукции, даже при соблюдении рекомендуемых температурных режимов хранения. Связано это прежде всего с большим содержанием влаги и большой площадью листьев (суммарной поверхности испарения). Поэтому поиск способов уменьшения потерь влаги при хранении имеет большое народнохозяйственное значение.
В экспериментах естественная убыль массы за 11 суток хранения уменьшилась при использовании состава ГНК + крезацин на 8,1%, в случае применения препарата "Энергия М" – на 5,4% по сравнению с контролем (рис.6).
Вероятно, обработка кремнийсодержащими препаратами влияет на структуру растительных клеток и тканей и повышает их влагоудерживающую способность. Эти результаты имеют большое практическое значение, могут быть успешно использованы для разработки технологии послеуборочного хранения салатов в условиях розничной торговли, предприятий ресторанного бизнеса и фермерских хозяйствах.
Комплексная оценка качества продукции с использованием методики биотестирования
Результаты биотестирования выращенной продукции (тест-культура Daphnia magna) показали, что обработка растений салата листового изученными в эксперименте регуляторами роста растений не только не вызывает рост биотоксичности по сравнению с контролем, но и оказывает стимулирующее действие на развитие простейших (рис.7).
Препараты ГНК с крезацином и "Энергия М" существенно (до 5-ти крат) увеличивают активность тест-культур Daphnia magna, что дает основание утверждать, что салат, выращенный с обработкой кремнийсодержащими РРР, имеет более высокую пищевую ценность, высокий уровень пищевой безвредности по сравнению с контролем. Салат листовой сорта "Балет" после обработки указанными препаратами приобрел новое качество, а именно биологически активные свойства, повышающие физиологические возможности биологических тест-культур относительно контроля. Это позволяет говорить о наличии биологической активности у листьев салата, то есть о появлении нового качества у овощных растений, обработанных регуляторами роста. Наиболее сильно эффект выражен при обработке составом ГНК + крезацин. Эффективность препарата "Энергия М" также достаточно велика, но уступает нанокремнезему в комплексе с крезацином.
Использование другой тест–культуры (Paramecium caudatum) также показало наличие стимулирующего эффекта изученных препаратов (число клеток в 100 мкл среды в контроле составило 11,7, при применении препарата "Энергия М" – 18,7, состава ГНК + крезацин – 22,3).
Сопоставление результатов химических анализов качества и биотестирования показало, что путем обработки регуляторами роста качество продукции улучшается и данный способ управления качеством может использоваться при выращивании зеленых культур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экспериментально показана возможность управления качеством продукции салата листового в закрытых агробиотехносистемах путем применения гидротермального нанокремнезема и кремнийсодержащего состава "Энергия М".
Использование препаратов изменяет метаболизм растений и приводит к формированию продукции с повышенной пищевой и биологической ценностью.
Гидротермальный нанокремнезем в сочетании с крезацином способствовал увеличению содержания сухих веществ в листьях салата и повышению их антиоксидантной активности в 1,2 раза, витамина С – в 1,2 раза, витамина В2 – в 2,3 раза, витамина В5 – в 1,6 раза, витамина В6 – в 3,3 раза, витамина В9 – в 2,8 раза; уменьшил потери массы после хранения в 2 раза, тяжелого металла свинца в 8,6 раза по сравнению с контролем (необработанными растениями).
Отмечено повышение биологической активности продукции (стимулирование развития тест-культур), то есть появление нового качества у овощных растений, обработанных кремнийсодержащими наноструктурными регуляторами роста. По результатам биотестирования токсические эффекты от применения регуляторов роста отсутствовали. При этом число тест-культуры Daphnia magna в 100 мл среды составило 55,6 шт. против 12,3 шт. в контрольном варианте.
Выявлено, что стимулятор роста растений на основе гидротермального нанокремнезема, полученного с использованием природоподобных технологий на основе ультрафильтрации, в комплексе с синтетическим фитогормоном крезацином, превосходит по эффективности существующий в России стимулятор роста "Энергия М", состоящий из крезацина и кремнийорганического соединения 1-хлорметилсилатрана.
Показана перспектива возможности управления качеством растительной продукции в закрытых агробиотехносистемах с регулируемой средой путем использования некорневых обработок указанными регуляторами роста. Применение их считается экологически чистым инструментом для снижения нагрузки химических веществ в сельском хозяйстве (удобрения и пестициды) и в то же время для повышения устойчивости растений к стрессу, увеличения продуктивности растений с достижением повышенного уровня качества экологически чистой продукции для здорового питания.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
"Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года".Утверждена Распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 июня 2016 года № 1364-р.
Ebert A.W., Wu T.H., Yang R.Y. (2014). Amaranth sprouts and microgreens e A homestead vegetable production option to enhance food and nutrition security in the rural-urban continuum. Families, farms, Food: Sustaining small scale vegetable production and marketing systems for food and nutrition securiy. Proceedings SEAVEG. Bangkog, Tailand 25e27 February 2014.
Kyriacou M.C., Rouphael Y., Di Gioia F., Kyratzis A., Serio F., Renna M. et al. (2016). Micro-scale vegetable production and the rise of microgreens. Trends Food Sci. Technol. 57, 103–115. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.09.005.
Kyriacou M.C., Rouphael Y. (2018). Towards a new definition of quality for fresh fruits and vegetables. Sci. Hortic. 234, 463–469. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.09.046.
Борисов В.А., Литвинов С.С. Перспективы развития органического земледелия в овощеводстве РФ / Сб. науч. тр. РАЕН. 2016. № 3. С. 98–103.
Manuel C. Molles. Ecology: Concepts and Applications.7th Edition. – McGraw-Hill Education, 2015–592 p. ISBN 9780077837280.
Поверин Д.И. Новый подход к адекватному пищевому обеспечению населения планеты Земля // "Ноосфера – планета разума". Материалы международной научно-практической онлайн-конференции / Издание осуществлено при поддержке АНО "Институт стратегий развития". – М.: Техносфера, 2017. С. 413–429.
Гинс М.С., Пивоваров В.Ф., Гинс В.К., Кононков П.Ф., Дерканосова Н.М. Научное обеспечение инновационных технологий при создании функциональных продуктов на основе овощных культур // Овощи России. 2014. № 1 (22). С. 4–9
Литвинов С.С. Научные основы современного овощеводства. – М.: ВНИИО, 2008. 776 c.
Алексеев Ю.В. Качество растениеводческой продукции. – М.: Колос, 1978. 256 c.
Авдонин Н.С. Почвы, удобрения и качество растениеводческой продукции. – М.: Колос, 1979. 303 c.
Толстоусов В.П. Удобрения и качество продукции. – М.: Агропромиздат, 1987. 235 c.
Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы). Теория и практика. В 3 т. Т. 1. Проблемы адаптации в сельском хозяйстве XXI века. Значение адаптивного потенциала культурных видов растений. Стратегия адаптивной интенсификации растениеводства. – М.: Изд–во Агрорус, 2008. 816 c.
Борисов В.А., Литвинов С.С., Романова А.В. Качество и лежкость овощей. – М.: ВНИИО, 2003. 625 с.
Поверин Д.И. Новые возможности повышения эффективности растениеводства на основе "синергопоники" // Товаровед продовольственных товаров. 2016. № 3. С. 32–36.
Панова Г.Г., Удалова О.Р., Черноусов И.Н., Канаш Е.В., Кочетов А.А., Александров А.В., Аникина Л.М. Наукоемкое производство растениеводческой продукции в условиях интенсивной светокультуры: основы и перспективы реализации // Материалы Всероссийской конференции "Агроэкосистемы в естественных и регулируемых условиях: от теоретической модели к практике прецизионного управления". Санкт-Петербург, 21–23 cентября 2016 г. – СПб: ФГБНУ АФИ, 2016. С. 53–59.
Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехносистемах // Сборник научных трудов. Выпуск 1 / Под ред. проф. В.Н. Зеленкова. – М.: ТЕХНОСФЕРА, АНО "Институт стратегий развития", 2018. 208 c. ISBN 978-5-94836-543-5.
Dong-Ki Ryu1, Sin-Woo Kang1, Sun-Ok Chung1, Soon-Jung Hong. Performance analysis of an experimental plant factory. SNU Journal of agricultural science. December 2013. V. 40. No. 4. Р. 395–403.
Parađiković N., Teklić T., Zeljković S., Lisjak M., Špoljarević M. Biostimulants research in some horticultural plant species – A Review. Food Energy Secur. 2018; e00162. https://doi.org/10.1002/fes3.162.
Calvo P., Nelson L., Kloepper J.W. (2014). Agricultural uses of plant biostimulants. Plant and Soil, 383, 3–41. https://doi.org/10.1007/s11104-014-2131-8
Nardi S., Pizzeghello D., Schiavon M., Ertani A. (2016). Plant biostimulants: physiological responses induced by protein hydrolyzed-based products and humic substances in plant metabolism. Science in Agriculture, 73, 18–23. https://doi. org/10.1590/0103-9016-2015-0006
Abbott L.K., Macdonald L.M., Wong M.T.F., Webb M.J., Jenkins S.N., Farrell M. (2018). Potential roles of biological amendments for profitable grain production – A review. Agriculture, Ecosystems & Environment, 256, 34–50. https://doi.org/10.1016/j.agee.2017.12.021.
Dudaš S., Šola I., Sladonja B., Erhatić R., Ban D., Poljuha D. The effect of biostimulants and fertilizer on "low input" lettuce production. Acta Botanica Croatica, 75, 2016, pp. 253–259. https://doi.org/10.1515/botcro-2016-0023.
Зеленков В.Н., Потапов В.В. Гидротермальный нанокремнезем в сельскохозяйственном растениеводстве и биотехнологии // Наноиндустрия. 2020. Т. 13. № 1 (94) С. 22–33. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.1.22.33.
Зеленков В.Н., Иванова М.И., Латушкин В.В., Потапов В.В., Петриченко В.Н., Елисеева Л.Г., Леонова И.Б., Новиков В.Б., Поверина Н.В., Верник П.А. Применение гидротермального нанокремнезема для выращивания салата листового сорта Балет в закрытой системе – фитотроне – ИСР-1 // Нанотехнологии в современных материалах технологического и биомедицинского назначения: – Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2018. С. 107–111.
Зеленков В.Н., Попов А.И., Латушкин В.В., Волков М.Ю., Елисеева Л.Г., Леонова И.Б. Разработка способов повышения биологической ценности продукции салата латука при выращивании в замкнутой системе Фитотрона и Синерготрона ИСР-1 // Теоретические и технологические основы биогеохимических потоков веществ в агроландшафтах : сборник научных трудов. – Ставрополь: СЕКВОЙЯ, 2018. С. 277–280.
Зеленков В.Н., Петриченко В.Н., Потапов В.В., Елисеева Л.Г., Иванова М.И., Латушкин В.В., Новиков В.Б. Проверка комплексного препарата гидротермального нанокремнезема с крезацином для гидропонного выращивания салата листового в замкнутой системе фитотрона ИСР-1 // Актуальная биотехнология. 2018. № 3 (26). С. 378–382.
Леонова И.Б, Елисеева Л.Г., Паршина Я.Ю., Зеленков В.Н., Латушкин В.В. Определение пищевой безвредности и качества продукции салата листового, выращенного в условиях замкнутой системы фитотрона ИСР-1 // Актуальная биотехнология. 2018. № 3 (26). С. 178–181.
Патент Ru 2701495 C1. Способ использования гидротермального нанокремнезема для получения экологически чистой продукции салата в замкнутых агробиотехносистемах.
Hydrothermal nanosilica in the production of environmentally friendly salad products with desired properties in a closed agrobiotechnological system
В.Н.Зеленков1, 2, 3, д.с.-х.н., проф., гл. науч. сотр., (ORCID: 0000-0001-5481-2723), В.В.Латушкин1, к.с.-х.н., вед. науч. сотр., (ORCID: 0000-0003-1406-8965), Л.Г.Елисеева4, д.т.н., проф., (ORCID: 0000-0003-2715-9989), И.Б.Леонова4, к.т.н., доцент, (ORCID: 0000-0002-9653-9056), В.В.Потапов5, д.т.н., проф., гл. науч. сотрудник, (ORCID: 0000-0001-6959-3324), М.И.Иванова3, д.с.-х.н., проф. РАН, гл. науч. сотр., (ORCID: 0000-0001-7326-2157), П.А.Верник1, директор АНО "ИСР", (ORCID: 0000-0001-5850-7654) / zelenkov-raen@mail.ru
V.N.Zelenkov1, 2, 3, Doct. of Sc. (Agriculture),Prof., Chief Researcher, (ORCID: 0000-0001-5481-2723), V.V.Latushkin1, Cand. of Sc. (Agriculture), Lead. Researcher, L.G.Eliseeva4, Doct. of Sc. (Technical), Prof., I.B.Leonova4, Cand. of Sc. (Technical), Docent, V.V.Potapov5, Doct. of Sc.(Technical), Prof., Chief Researcher, (ORCID: 0000-0001-6959-3324), M.I.Ivanova3, Doct. of Sc. (Agriculture), Prof. of RAS, Chief Researcher, P.A.Vernik1, Director
DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3-4.206.220
Получено: 15.06.2020 г.
Экспериментально проверена возможность управления качеством салатной продукции в условиях закрытой агробиотехносистемы с регулируемыми условиями с помощью обработки кремнийсодержащими препаратами: комплексным препаратом гидротермального нанокремнезема с синтетическим аналогом фитогормона ауксина – крезацином, в соотношении его с кремнеземом, аналогичным с кремнийорганическим компонентом 1-хлорметилсилатраном, зарегистрированным в России регуляторе роста растений – препарате "Энергия М". Применение гидротермального нанокремнезема с синтетическим фитогормоном крезацином дает возможность целенаправленно изменять химический состав и получать продукцию заданного качества. Влияние нанокремнезема на качество продукции носит комплексный многосторонний характер: улучшаются органолептические свойства продукции, снижается содержание остаточных количеств нитратов и токсичного элемента свинца, повышаются доля сухих веществ, уровень антиоксидантной активности и накопление витамина С. Значительно (до 2–3 раз) увеличивается содержание в листьях витаминов группы В. Лежкоспособность продукции повышается за счет снижения потерь воды (обезвоживания) при хранении. Выявлен существенный стимулирующий эффект на тест-культуры Paramecium caudatum и Daphnia magna, что дает основание предполагать высокий уровень пищевой безопасности, а также эффект появления у салата новых свойств – проявление биологической активности, способствующей улучшению среды обитания для объектов биотестирования, что привело к повышению их жизненной активности и продуктивности. Полученные данные могут быть использованы в практических целях для выращивания салатной продукции с управляемым обогащенным химическим составом и повышенной пищевой и биологической ценностью.
The possibility of controlling the quality of salad products under conditions of a closed agrobiotechnical system with controlled conditions by processing with silicon-containing preparations was tested experimentally: a complex preparation of hydrothermal nanosilica with synthetic analogue of phytohormone auxin, crezacin, in relation to silica, similar to organosilicon component 1-chloromethyl in Russia plant growth – the Energia M preparation. The use of hydrothermal nanosilica with synthetic phytohormone crezacin makes it possible to purposefully change the chemical composition and obtain products of a given quality. The effect of nanosilica on product quality is complex multilateral: organoleptic properties of the product are improved, the content of residual amounts of nitrates and the toxic element of lead is reduced, the proportion of solids, the level of antioxidant activity and the accumulation of vitamin C are increased. The content in leaves significantly (up to 2–3 times) vitamins of group B. The shelf life of products is increased by reducing water loss (dehydration) during storage. A significant stimulating effect on the test cultures of Paramecium caudatum and Daphnia magna was revealed, which gives reason to assume a high level of food safety, as well as the effect of the appearance of new properties in the salad – a manifestation of biological activity that improves the living environment for biotesting objects, which manifested itself in an increase in their vital activity and productivity. The data obtained can be used for practical purposes for growing salad products with a controlled enriched chemical composition and increased nutritional and biological value.
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос управления качеством продуктов питания имеет большое научное и практическое значение. Качество продукции определяется как "совокупность характеристик пищевой продукции, соответствующих заявленным требованиям и включающих ее безопасность, потребительские свойства, энергетическую и пищевую ценность, аутентичность, способность удовлетворять потребности человека в пище при обычных условиях использования в целях обеспечения сохранения здоровья человека" [1]. В "Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года" подчеркивается, что потребление пищевой продукции с низкими потребительскими свойствами является причиной снижения качества жизни и развития ряда заболеваний населения, поэтому необходимо создание механизмов обеспечения полноценного питания, профилактики заболеваний, увеличения продолжительности и повышения качества жизни населения путем производства и обращения на рынке пищевой продукции надлежащего качества [1].
В последние годы отмечается повышение требований к качеству продуктов питания и рост заинтересованности потребителя в здоровых органических и функциональных продуктах [2–4]. Популярность органических продуктов связана с опасением, что в современных условиях интенсивного сельского хозяйства натуральные продукты все больше и больше заменяются низкокачественными, выращенными при неумеренном использовании средств химизации [5, 6]. Другое важное и перспективное направление в повышении качества продуктов питания связано с разработкой технологий получения продуктов питания с заданными свойствами, в том числе функциональных [7, 8]. Необходимость создания условий для производства пищевой продукции нового поколения с заданными характеристиками качества подчеркнута в "Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года" [1].
Таким образом, в современных условиях остро стоит вопрос о поисках путей и способов управления качеством и пищевой безопасностью продукции. Однако в естественных, природных условиях урожайность и качество продукции регулировать затруднительно из-за резких колебаний условий выращивания [9–14]. В этом аспекте представляют большой интерес технологии выращивания растений в замкнутых агробиотехносистемах с управляемыми условиями роста растений (климатические камеры, фитотроны, синерготроны и т.д.). При выращивании растений в контролируемых условиях замкнутой агроэкосистемы возможно направленное изменение метаболизма растений и получение продукции с контролируемым химическим составом и биологической активностью [15–18].
Одним из элементов технологии управления качеством в агробиотехносистемах является использование биологических стимуляторов и регуляторов роста растений (РРР), повышающих активность метаболизма и стрессоустойчивость растений [19–23]. Особенно перспективны в качестве стимуляторов роста растений наноразмерные формы кремния (обзор исследований в данном направлении опубликован нами в журнале "Наноиндустрия" в 2020 году [24]. Исследования, проведенные с растениями открытого и защищенного грунта, показали высокую эффективность применения при некорневых подкормках кремнийсодержащих препаратов, не только повышающих урожайность, но и увеличивающих накопление биологически ценных веществ в продукции.
Однако в целом особенности метаболизма растений и формирование показателей качества продукции в замкнутых экосистемах остаются практически не изученными. Поэтому целью работы является установление возможности управления качеством продукции (на примере салата листового) путем использования наноразмерного кремния в закрытых агробиотехносистемах с регулируемой средой для роста и развития растений. Работа является продолжением цикла наших исследований по применению соединений кремния в закрытых агробиотехносистемах [17, 25–29].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Экспериментальные исследования проведены в экспериментальной установке ИСР 0.1 конструкции АНО "Институт стратегий развития" (Москва). В качестве объекта исследований использовали салат листовой (Lactuca sativa L.) сорта "Балет", выращенный в гидропонной культуре по общепринятой технологии выращивания. Интенсивность освещения составила 130–135 мкмоль/м2 ∙ с, продолжительность светового дня 17 ч, спектр полихромный c преобладанием красного и синего света. Состав питательного раствора (в мг/л): N–NН4 – 5; P – 41; K – 275; Ca – 100; Mg – 24; S – 30; Fe – 0,94; Mn – 0,14; B – 0,16; Cu – 0,03; Zn – 0,13; Mo – 0,03; рН – 5,7–6,0; ЕС – 1,5–2 . Температура 25 °С. Схема посева семян 100 × 80 мм, по три семени в гнездо. Повторность трехкратная. Длительность периода выращивания 32 суток с момента появления всходов (фаза полных всходов зафиксирована на третьи сутки после посева семян).
Для изучения взяты кремнийсодержащие препараты разного состава: природный гидротермальный нанокремнезем (ГНК) и продукт химического синтеза "Энергия М" (на основе 1-хлорметилсилатрана). В составе обоих препаратов в качестве второго компонента использовали фитогормон крезацин (триэтаноламмониевая соль ортокрезоксиуксусной кислоты, синтетический аналог фитогормона ауксина), усиливающий эффективность основного компонента. Обработку проводили методом некорневого опрыскивания листьев салата 0,005%-ными растворами препаратов на дистиллированной воде в фазу 4–5 листьев (18 день вегетации растений). Обработку салатной культуры в контроле проводили дистиллированной водой.
Анализировали следующие параметры качества: органолептическая оценка по ГОСТ Р. 547032011, содержание сухих веществ по ГОСТ 28561-90, содержание нитратов по ГОСТ 29270-95, витамина С по ГОСТ 24556-89, витаминов группы В – методом капиллярного электрофореза на приборе "Капель-105", антиоксидантная активность – фотоколориметром PHOTOCHEM Analytik Jena AG, содержание свинца по ГОСТ Р 51301-99. Дополнительно определяли содержание сухих веществ и остаточной влаги с использованием анализатора влажности МХ-50, A&D Company (Япония). При исследовании образцов салата проводили подготовку образцов для анализа, подвергая их воздушно-теневой сушке при комнатной температуре (22±3 °С) в течение трех недель.
Для определения содержания сухих веществ в образцах салата и остаточной влажности готовили навески по 6 г крупнонарезанных листьев салата и проводили ИК-сушку при фиксированной температуре в 105 °С до постоянной массы. Для комплексной оценки качества продукции использовали метод биотестирования с использованием Paramecium caudatum и Daphnia magna по методике, описанной в работе [17]. Потери массы при хранении определяли после 11 суток хранения (в % от исходной массы). Хранение проводили в эксикаторах с притертыми крышками при комнатной температуре.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментально проверена возможность управления качеством салатной продукции в условиях закрытой агробиотехносистемы с регулируемыми условиями с помощью обработки кремнийсодержащими препаратами и регуляторами роста растений. Результаты проведенных исследований показали перспективность данного подхода, так как природный нанокремнезем и продукт химического синтеза "Энергия М" оказывают комплексное многосторонее воздействие и способствуют формированию продукции с улучшенными свойствами.
Положительный эффект гидротермального нанокремнезема на формирование органолептических свойств продукции
Оценку внешнего вида товарной продукции проводили по комплексному показателю: внешнему виду, учитывающему цвет, размеру, форме, развитости листовой системы, наличию мелких, некондиционных листьев, уровню товарности продукции в целом.
Результаты эксперимента показывают возможность путем применения гидротермального нанокремнезема улучшать внешний вид листьев салата, повышая тем самым товарность продукции и ее привлекательность для потребителя (табл.1, рис.2). Внешний вид отражает общее состояние растений и является маркером активности метаболизма, фотосинтетических и ростовых процессов. Таким образом, нанокремнезем способствовал формированию растений с большей листовой массой, более развитых за счет комплекса физиолого-биохимических воздействий.
Отметим, что кремний в форме кремнийорганического соединения – 1-хлорметилсилатрана с крезацином (препарат "Энергия М") также был эффективным для повышения уровня товарного вида продукции, однако уступающим по количественным показателям новой форме бинарного стимулятора роста растений при замене синтетического кремнийорганического соединения на гидротермальный нанокремнезем, полученный по природоподобным технологиям из камчатских термальных вод с использованием технологии ультрафильтрации.
Повышение доли сухих веществ при обработке растений гидротермальным нанокремнеземом
Содержание сухих веществ и потери влаги при сушке оценивали двумя способами – по ГОСТ 28561-90 и с использованием анализатора влажности МХ-50, A&D Company (Япония) с досушиванием образцов при постоянной температуре 105 °С.
При оценке ГОСТ 28561-90 содержание сухих веществ возрастало при использовании состава ГНК + крезацин на 1,2% по сравнению с контролем. Отметим, что использование препарата "Энергия М" оказалось менее эффективным по сравнению с использованием гидротермального нанокремнезема. Повышение содержания сухих веществ в салате составило только 0,3 % (рис.3).
При инфракрасном досушивании образцов листьев салата при 105° С прирост сухого вещества (с.в.) имел сходное значение – 1,2% для ГНК и 0,4% для препарата "Энергия М" (табл.2).
Абсолютные значения массовой доли с.в. были несколько ниже, чем при определении методом высушивания по ГОСТ (например, в контроле эти значения составили 7,4% по ГОСТ и 6,0% на ИК-анализаторе), что можно объяснить различием условий сушки при разных методиках. Однако, несмотря на некоторые различия в абсолютных значениях с.в., характер влияния исследуемых препаратов имел схожие тенденции изменения.
Накопление нитратов и токсических элементов в листьях салата при использовании кремнийсодержащих препаратов с крезацином
Накопление нитратов в листьях салата снизилось после обработки кремнийсодержащими препаратами (табл.3). Превышения ПДК по свинцу не отмечено ни в контрольном, ни в опытных вариантах.
Накопление токсичного элемента свинца снизилось в 8,5 раз (ГНК + крезацин), в 7 раз ("Энергия М"). Превышения ПДК по свинцу не отмечено ни в контрольном, ни в опытных вариантах.
Эффект повышения антиоксидантной активности продукции при обработке растений салата гидротермальным нанокремнеземом
Важнейшая функция антиоксидантов заключается в предотвращении реакций с участием активных форм кислорода (АФК), они выполняют функцию антагониста нерегулируемых превращений АФК. АФК играют важную роль в физиологии растений, участвуют в регуляции процессов роста и защите растений от неблагоприятных факторов, но образование больших количеств АФК губительно для живых систем. Многие АФК представляют собой свободные радикалы и активизируют протекание свободнорадикальных реакций. При окислительном стрессе в растениях может возникать сверхнакопление АФК, которые могут разрушать мембраны и другие клеточные структуры. Поэтому важная роль растительных антиоксидантов заключается в прерывании радикальных окислительных процессов. У растений АФК образуются в электронно-транспортной цепи хлоропластов.
Кроме того, в растительных организмах протекают разнообразные биохимические реакции, в результате которых образуются свободные радикалы разной природы, защитой от которых служат также антиоксиданты с разным механизмом действия. Поэтому важность антиоксидантов заключается в обеспечении адаптации растений к неблагоприятным факторам, утилизации АФК и предотвращении накопления в клетках свободных радикалов.
Антиоксидантная активность определяется активностью ферментов антиоксидантной системы и содержанием химических соединений неферментной природы. К антиоксидантам неферментной природы относятся фенольные вещества, биофлавоноиды, каротиноиды, витамин С и многие другие. В растениях установлено более 5 тыс. соединений, обладающих антиоксидантным эффектом.
Антиоксидантная активность растений салата, обработанного гидротермальным нанокремнеземом в сочетании с крезацином, возрастала по сравнению с контролем на 14,4% (рис.4). Отметим, что использование при обработке растений препарата "Энергия М" оказалось менее эффективным по показателю антиоксидантной активности (повышение на 7,1% по сравнению с контролем). В настоящее время сложно говорить о биологических механизмах, вызывающих рост антиоксидантной активности растительных тканей в присутствии соединений кремния, однако суммарный видимый эффект очевиден.
Эффект повышения содержания витаминов в салатной продукции при обработке растений салата гидротермальным нанокремнеземом
В эксперименте установлено значительное (до 3 раз по сравнению с контролем) повышение содержания витаминов группы В в листьях салата вследствие применения ГНК с крезацином (рис.5). Механизмы такого резкого изменения только предстоит выявить.
Содержание аскорбиновой кислоты в листьях салата при использовании состава ГНК + крезацин также возрастало (10,3% по сравнению с 8,95% в контроле), но в меньшей степени, чем витаминов группы В. Применение препарата "Энергия М" оказалось не эффективным в плане увеличения содержания витамина С.
Повышение лежкоспособности салатной продукции после обработки растений ГНК с крезацином
Листья салата относятся к скоропортящейся продукции, даже при соблюдении рекомендуемых температурных режимов хранения. Связано это прежде всего с большим содержанием влаги и большой площадью листьев (суммарной поверхности испарения). Поэтому поиск способов уменьшения потерь влаги при хранении имеет большое народнохозяйственное значение.
В экспериментах естественная убыль массы за 11 суток хранения уменьшилась при использовании состава ГНК + крезацин на 8,1%, в случае применения препарата "Энергия М" – на 5,4% по сравнению с контролем (рис.6).
Вероятно, обработка кремнийсодержащими препаратами влияет на структуру растительных клеток и тканей и повышает их влагоудерживающую способность. Эти результаты имеют большое практическое значение, могут быть успешно использованы для разработки технологии послеуборочного хранения салатов в условиях розничной торговли, предприятий ресторанного бизнеса и фермерских хозяйствах.
Комплексная оценка качества продукции с использованием методики биотестирования
Результаты биотестирования выращенной продукции (тест-культура Daphnia magna) показали, что обработка растений салата листового изученными в эксперименте регуляторами роста растений не только не вызывает рост биотоксичности по сравнению с контролем, но и оказывает стимулирующее действие на развитие простейших (рис.7).
Препараты ГНК с крезацином и "Энергия М" существенно (до 5-ти крат) увеличивают активность тест-культур Daphnia magna, что дает основание утверждать, что салат, выращенный с обработкой кремнийсодержащими РРР, имеет более высокую пищевую ценность, высокий уровень пищевой безвредности по сравнению с контролем. Салат листовой сорта "Балет" после обработки указанными препаратами приобрел новое качество, а именно биологически активные свойства, повышающие физиологические возможности биологических тест-культур относительно контроля. Это позволяет говорить о наличии биологической активности у листьев салата, то есть о появлении нового качества у овощных растений, обработанных регуляторами роста. Наиболее сильно эффект выражен при обработке составом ГНК + крезацин. Эффективность препарата "Энергия М" также достаточно велика, но уступает нанокремнезему в комплексе с крезацином.
Использование другой тест–культуры (Paramecium caudatum) также показало наличие стимулирующего эффекта изученных препаратов (число клеток в 100 мкл среды в контроле составило 11,7, при применении препарата "Энергия М" – 18,7, состава ГНК + крезацин – 22,3).
Сопоставление результатов химических анализов качества и биотестирования показало, что путем обработки регуляторами роста качество продукции улучшается и данный способ управления качеством может использоваться при выращивании зеленых культур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экспериментально показана возможность управления качеством продукции салата листового в закрытых агробиотехносистемах путем применения гидротермального нанокремнезема и кремнийсодержащего состава "Энергия М".
Использование препаратов изменяет метаболизм растений и приводит к формированию продукции с повышенной пищевой и биологической ценностью.
Гидротермальный нанокремнезем в сочетании с крезацином способствовал увеличению содержания сухих веществ в листьях салата и повышению их антиоксидантной активности в 1,2 раза, витамина С – в 1,2 раза, витамина В2 – в 2,3 раза, витамина В5 – в 1,6 раза, витамина В6 – в 3,3 раза, витамина В9 – в 2,8 раза; уменьшил потери массы после хранения в 2 раза, тяжелого металла свинца в 8,6 раза по сравнению с контролем (необработанными растениями).
Отмечено повышение биологической активности продукции (стимулирование развития тест-культур), то есть появление нового качества у овощных растений, обработанных кремнийсодержащими наноструктурными регуляторами роста. По результатам биотестирования токсические эффекты от применения регуляторов роста отсутствовали. При этом число тест-культуры Daphnia magna в 100 мл среды составило 55,6 шт. против 12,3 шт. в контрольном варианте.
Выявлено, что стимулятор роста растений на основе гидротермального нанокремнезема, полученного с использованием природоподобных технологий на основе ультрафильтрации, в комплексе с синтетическим фитогормоном крезацином, превосходит по эффективности существующий в России стимулятор роста "Энергия М", состоящий из крезацина и кремнийорганического соединения 1-хлорметилсилатрана.
Показана перспектива возможности управления качеством растительной продукции в закрытых агробиотехносистемах с регулируемой средой путем использования некорневых обработок указанными регуляторами роста. Применение их считается экологически чистым инструментом для снижения нагрузки химических веществ в сельском хозяйстве (удобрения и пестициды) и в то же время для повышения устойчивости растений к стрессу, увеличения продуктивности растений с достижением повышенного уровня качества экологически чистой продукции для здорового питания.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
"Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года".Утверждена Распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 июня 2016 года № 1364-р.
Ebert A.W., Wu T.H., Yang R.Y. (2014). Amaranth sprouts and microgreens e A homestead vegetable production option to enhance food and nutrition security in the rural-urban continuum. Families, farms, Food: Sustaining small scale vegetable production and marketing systems for food and nutrition securiy. Proceedings SEAVEG. Bangkog, Tailand 25e27 February 2014.
Kyriacou M.C., Rouphael Y., Di Gioia F., Kyratzis A., Serio F., Renna M. et al. (2016). Micro-scale vegetable production and the rise of microgreens. Trends Food Sci. Technol. 57, 103–115. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.09.005.
Kyriacou M.C., Rouphael Y. (2018). Towards a new definition of quality for fresh fruits and vegetables. Sci. Hortic. 234, 463–469. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.09.046.
Борисов В.А., Литвинов С.С. Перспективы развития органического земледелия в овощеводстве РФ / Сб. науч. тр. РАЕН. 2016. № 3. С. 98–103.
Manuel C. Molles. Ecology: Concepts and Applications.7th Edition. – McGraw-Hill Education, 2015–592 p. ISBN 9780077837280.
Поверин Д.И. Новый подход к адекватному пищевому обеспечению населения планеты Земля // "Ноосфера – планета разума". Материалы международной научно-практической онлайн-конференции / Издание осуществлено при поддержке АНО "Институт стратегий развития". – М.: Техносфера, 2017. С. 413–429.
Гинс М.С., Пивоваров В.Ф., Гинс В.К., Кононков П.Ф., Дерканосова Н.М. Научное обеспечение инновационных технологий при создании функциональных продуктов на основе овощных культур // Овощи России. 2014. № 1 (22). С. 4–9
Литвинов С.С. Научные основы современного овощеводства. – М.: ВНИИО, 2008. 776 c.
Алексеев Ю.В. Качество растениеводческой продукции. – М.: Колос, 1978. 256 c.
Авдонин Н.С. Почвы, удобрения и качество растениеводческой продукции. – М.: Колос, 1979. 303 c.
Толстоусов В.П. Удобрения и качество продукции. – М.: Агропромиздат, 1987. 235 c.
Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы). Теория и практика. В 3 т. Т. 1. Проблемы адаптации в сельском хозяйстве XXI века. Значение адаптивного потенциала культурных видов растений. Стратегия адаптивной интенсификации растениеводства. – М.: Изд–во Агрорус, 2008. 816 c.
Борисов В.А., Литвинов С.С., Романова А.В. Качество и лежкость овощей. – М.: ВНИИО, 2003. 625 с.
Поверин Д.И. Новые возможности повышения эффективности растениеводства на основе "синергопоники" // Товаровед продовольственных товаров. 2016. № 3. С. 32–36.
Панова Г.Г., Удалова О.Р., Черноусов И.Н., Канаш Е.В., Кочетов А.А., Александров А.В., Аникина Л.М. Наукоемкое производство растениеводческой продукции в условиях интенсивной светокультуры: основы и перспективы реализации // Материалы Всероссийской конференции "Агроэкосистемы в естественных и регулируемых условиях: от теоретической модели к практике прецизионного управления". Санкт-Петербург, 21–23 cентября 2016 г. – СПб: ФГБНУ АФИ, 2016. С. 53–59.
Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехносистемах // Сборник научных трудов. Выпуск 1 / Под ред. проф. В.Н. Зеленкова. – М.: ТЕХНОСФЕРА, АНО "Институт стратегий развития", 2018. 208 c. ISBN 978-5-94836-543-5.
Dong-Ki Ryu1, Sin-Woo Kang1, Sun-Ok Chung1, Soon-Jung Hong. Performance analysis of an experimental plant factory. SNU Journal of agricultural science. December 2013. V. 40. No. 4. Р. 395–403.
Parađiković N., Teklić T., Zeljković S., Lisjak M., Špoljarević M. Biostimulants research in some horticultural plant species – A Review. Food Energy Secur. 2018; e00162. https://doi.org/10.1002/fes3.162.
Calvo P., Nelson L., Kloepper J.W. (2014). Agricultural uses of plant biostimulants. Plant and Soil, 383, 3–41. https://doi.org/10.1007/s11104-014-2131-8
Nardi S., Pizzeghello D., Schiavon M., Ertani A. (2016). Plant biostimulants: physiological responses induced by protein hydrolyzed-based products and humic substances in plant metabolism. Science in Agriculture, 73, 18–23. https://doi. org/10.1590/0103-9016-2015-0006
Abbott L.K., Macdonald L.M., Wong M.T.F., Webb M.J., Jenkins S.N., Farrell M. (2018). Potential roles of biological amendments for profitable grain production – A review. Agriculture, Ecosystems & Environment, 256, 34–50. https://doi.org/10.1016/j.agee.2017.12.021.
Dudaš S., Šola I., Sladonja B., Erhatić R., Ban D., Poljuha D. The effect of biostimulants and fertilizer on "low input" lettuce production. Acta Botanica Croatica, 75, 2016, pp. 253–259. https://doi.org/10.1515/botcro-2016-0023.
Зеленков В.Н., Потапов В.В. Гидротермальный нанокремнезем в сельскохозяйственном растениеводстве и биотехнологии // Наноиндустрия. 2020. Т. 13. № 1 (94) С. 22–33. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.1.22.33.
Зеленков В.Н., Иванова М.И., Латушкин В.В., Потапов В.В., Петриченко В.Н., Елисеева Л.Г., Леонова И.Б., Новиков В.Б., Поверина Н.В., Верник П.А. Применение гидротермального нанокремнезема для выращивания салата листового сорта Балет в закрытой системе – фитотроне – ИСР-1 // Нанотехнологии в современных материалах технологического и биомедицинского назначения: – Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2018. С. 107–111.
Зеленков В.Н., Попов А.И., Латушкин В.В., Волков М.Ю., Елисеева Л.Г., Леонова И.Б. Разработка способов повышения биологической ценности продукции салата латука при выращивании в замкнутой системе Фитотрона и Синерготрона ИСР-1 // Теоретические и технологические основы биогеохимических потоков веществ в агроландшафтах : сборник научных трудов. – Ставрополь: СЕКВОЙЯ, 2018. С. 277–280.
Зеленков В.Н., Петриченко В.Н., Потапов В.В., Елисеева Л.Г., Иванова М.И., Латушкин В.В., Новиков В.Б. Проверка комплексного препарата гидротермального нанокремнезема с крезацином для гидропонного выращивания салата листового в замкнутой системе фитотрона ИСР-1 // Актуальная биотехнология. 2018. № 3 (26). С. 378–382.
Леонова И.Б, Елисеева Л.Г., Паршина Я.Ю., Зеленков В.Н., Латушкин В.В. Определение пищевой безвредности и качества продукции салата листового, выращенного в условиях замкнутой системы фитотрона ИСР-1 // Актуальная биотехнология. 2018. № 3 (26). С. 178–181.
Патент Ru 2701495 C1. Способ использования гидротермального нанокремнезема для получения экологически чистой продукции салата в замкнутых агробиотехносистемах.
Отзывы читателей
