Разработка элементов технологии возделывания овощных форм амаранта в условиях Нечерноземья

Актуальность темы

В настоящее время одной из важнейших проблем массового питания является сбалансированность потребления продукции по основным пищевым веществам. Другой важной проблемой, привлекающей внимание исследователей в связи с динамикой роста народонаселения, является поиск новых пищевых ресурсов. К 2000;му году население Земного шара уже превысило 6 млрд. человек, а это ставит новые задачи по увеличению производства продуктов питания и, в первую очередь, за счет растениеводства. Интродукция растений ведется человечеством с незапамятных времен и невозможно назвать ни одной страны мира, которая не использовала бы новые растения в сельскохозяйственном производстве. Современный растительный мир, насчитывающий более 350 тыс. видов — это неисчерпаемый источник, интенсивно используемый всеми народами мира. Из этого количества около 3 тыс. видов используется в пищевых целях.

Введение

в культуру неизвестных видов дикорастущих растений из состава местной или иноземной дикой флоры или привлечение для возделывания из других стран новых видов культивируемых растений, постоянно пополняет зерновой и овощной ассортимент.

В России проблема интродукции новых овощных и зерновых культур особенно актуальна в связи с проблемой продовольственного обеспечения населения. В последние годы неуклонно продолжается резкий спад уровня потребления населением России продуктов питания. Снижение уровня потребления приходится на продукты, содержащие белки и витамины.

Одним из путей повышения качества продуктов является введение в рацион питания новых нетрадиционных овощных культур с высокими вкусовыми и лечебными свойствами и продуктов их переработки.

Мировые ресурсы овощных культур представлены 120 видами растений, принадлежащих к 78 ботаническим семействам. К сожалению, мы практически не используем это видовое многообразие овощей, так как 88% всей овощной продукции России представлено всего лишь 6 видами овощных культур. Расширить ассортимент овощных культур, а следовательно сделать 6 питание населения более полноценным и разнообразным, можно за счет внедрения в производство новых видов. Под новыми культурами следует понимать не только неизвестные ранее культуры, но также те из них, которые известны у нас или за границей, но мало распространены, или находятся на грани исчезновения, однако заслуживают широкого внедрения в практику.

Возможно, что в 21 веке, среди новых растительных ресурсов питания, используемых человечеством, будет амарант. Об амаранте в свое время впервые упоминал выдающийся первый русский ученый-агроном А. Т. Болотов. Еще в 1782 году в журнале «Экономический магазин» в разделе о цветахпервые упоминания об амаранте: «Амаранты. Сих цветов есть разные роды, из которых некоторые очень нежной природы, но обыкновеннее прочих красные, отчасти стоящие прямо, отчасти висящие длинными плетяницами.» (А.Т.Болотов,(1782), 1988).

Являясь в настоящее время международной культурой с повышенным содержанием белка, сбалансированного по незаменимым аминокислотам, и биологически активных веществ, пектина, масел, обладая высокой биологической продуктивностью, экологической пластичностью, амарант входит в число растений наиболее перспективных для интродукции на новых территориях, в том числе и в Нечерноземье.

Задача получения высокобелковых пищевых продуктов и натуральных красителей может быть решена путем введения в культуру овощных форм различных видов амаранта. Не менее важной является разработка технологии возделывания амаранта, уборки урожая, хранения семян и массы листьев.

Цели и задачи исследований. Целью данной работы является разработка элементов технологии возделывания овощных форм амаранта в условиях Нечерноземья, на примере Тульской области.

В связи с поставленной целью были определены основные задачи работы:

1. Провести сортоизучение зеленоокрашенных и красноокрашен-ных овощных форм амаранта. 7.

2. Определить влияние сроков посева на рост, развитие и продуктивность овощных форм амаранта.

3. Определить влияние площадей питания на рост, развитие и продуктивность овощных форм амаранта.

4. Определить влияние минерального питания на рост, развитие и продуктивность овощных форм амаранта.

5. Определить содержание в листовой массе белка и биологически активных веществ (хлорофилла, каротиноидов и амарантина.

6. На основании комплексной оценки вышеуказанных показателей рассмотреть возможность выращивания овощных форм амаранта в Тульской области для получения белкового концентрата и натурального красителя, что может иметь как теоретическое, так и практическое значение.

Научная новизна. Проведено сравнительное исследование зеленоо-крашенных и красноокрашенных сортообразцов, в результате чего выявлены перспективные виды и формы для почвенно-климатических условий Тульской области, с высокими хозяйственно-ценными признаками: урожайностью, об-лиственностью и с коротким вегетационным периодом. Впервые определено для условий региона влияние агротехнических приемов возделывания на рост, развитие и продуктивность овощных форм амаранта. Показано, что сроки посева (при почве, прогретой до 12 °C и выше) не оказывают влияния на рост, развитие и урожайность амаранта. Установлено, что величина площадей питания и почвенные условия существенно влияют на ростовые показатели, темпы роста и продуктивность амаранта. Показано, что растения амаранта отзывчивы на внесение минеральных удобрений. Предпосевная обработка семян растворами солей, содержащих микроэлементы (Мо и Мп) повышает темпы роста, активизирует обмен веществ в тканях амаранта, что сказывается на увеличении содержания белка в листовой массе.

Практическая ценность работы и перспективы дальнейших исследований заключены в том, что полученные результаты могут быть использованы в технологии выращивания овощных форм амаранта в условиях Нечернозе8 мья. Кроме того, проведенные исследования могут способствовать дальнейшему развитию представлений о влиянии почвенных условий, метеорологических факторов, минерального питания на изменение величины биомассы и урожайности семян нетрадиционного и очень перспективного растения, каким является амарант. Пищевая приправа, полученная из амаранта, позволит использовать ее для витаминизации и повышения белкового содержания обычных продуктов. Результаты работы могут быть использованы в лекционных курсах растениеводства, при проведении полевой практики. 9.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1Л. Амарант — перспективная нетрадиционная овощная культура.

1.1.1. Систематика и морфология амаранта.

Род Amaranthus принадлежит отделу Magnoliophyta (Angiospermae) классу Magnoliopsida (Dicotyledones) подклассу Caryophyllidae надпорядку Caryophyllanae порядку Caryophyllales подпорядку Chenopodiineae семейству Amaranthaceae (A.J1. Тахтаджян, 1987).

Растения этого семейства распространены в основном в тропических и субтропических областях земного шара, преимущественно в Америке и Африке. Это многолетние и однолетние травы, есть полукустарники, кустарники, кустарниковые лианы. К видам, культивируемым в мировом растениеводстве, относят либо 7 (A. blitum L., A. caudatus L., A. mantegazzianus passer., А. dubius mart., A. paniculatus L., A. spinosus L., A. tricolor L.), либо 3 (A. caudatus L., A. cruentus L., A. hypochondriacus L.), либо 2 (A. cruentus L., A. caudatus L.). (Вульф, 1969; Saunder, Becker, 1983; Черепанов, 1981).

Огромное количество сортообразцов есть результат их скрещивания и отбора. Виды амаранта условно делят на зерновые (A. cruentus, A. caudatus, А. liypohondriacus, A. mantagazzianus, A. paniculatus), овощные (A. tricolor, А. caudatus, A. spinosus, A. cruentus), кормовые, лекарственные, декоративные. (Кононков П.Ф., Гинс В. К., Гинс М. С., 1997).

Амарантовые имеют прямые бороздчатые стебли. По степени ветвления стебля, образцы можно разделить на слабо-, сильно — и средневетвистые. Листья очередные или супротивные без прилистников, цельные, форма листовой пластинки эллиптическая, яйцевидно-ромбическая, продолговатая. Листья цельнокрайние, заострённые на верхушке. Верхние листья имеют более короткие черешки, чем нижерасположенные, что создаёт возможность для более равномерного освещения растений (Тимонин, 1984). Общая листовая поверхность одного растения при оптимальных условиях развития равна 8000 см. Листовой индекс может изменяться от 6 до 12, в зависимости от густоты.

10 стояния растений в посевах (Кадошников, 1989). Корень стержневого типа, боковые корни располагаются поверхностно. Иногда в нижней части стебля образуются придаточные корни. Основная часть корневой системы располагается в пахотном слое, хотя главный корень может проникать на глубину до 90 см. Боковые корни располагаются радиально на 70−80 см. Общая масса корневой системы составляет 15- 17% от общего веса всего растения. Это приводит к тому, что в конце вегетационного периода корневая система не в состоянии поддерживать растение в вертикальном положении и наблюдается полегание, что может затруднить механическую уборку.

Цветки мелкие, актиноморфные, раздельнополые, реже обоеполые, собранные в пазухах листьев на укороченных веточках соцветия или же в более или менее разветвленные безлистные или в нижней части облиственные колосовидные соцветия на верхушках стебля и боковых ветвей. Цветки с тремя прицветниками, имеющими все оттенки зелёного, желтоватого, или пурпурно-бордового или даже фиолетового цвета, расширенными в основании. По величине прицветники могут превышать околоцветник. Околоцветник простой, плёнчатый состоит из 3−5 ланцетовидных или яйцевидных листочков с зелёной средней жилкой, которая на верхушке часто образует остриё. Андроцей из пяти тычинок. Гинецей из 3-х, реже 4-х плодолистиков. Завязь верхняя одно-гнездная (Мосякин, 1996). Цветки вырабатывают нектар и опыляются насекомыми. Плод коробочка яйцевидной формы, открывающийся поперёк крышечкой. При образовании плода при нем сохраняются сухие плёнчатые листочки околоцветника, благодаря чему семейство и получило своё название «амарантос», что означает «неувядающий цветок» (amaraino-не увядать, ап-thos-цветок). Семена очень мелкие округлые чечевицеобразные, покрытые плотной оболочкой. Окраска семян различных сортообразцов амаранта от бледно-жёлтой до тёмно-бордовой, почти чёрной блестящей. Зародыш семени кольцевидный периферически-расположенный, окружён периспермом (Под-дубная-Арнольди, 1976; Irving et al., 1981; Салахова, 1990). Масса 1000 семян -0,5−0,1 г.

1.1.2. Рост и развитие амаранта.

Для успешной интродукции важно изучение фенологии растений (Петровская-Баранова, 1983). Благодаря исследованиям (Прокофьев, 1989) выделены основные 4 фенофазы: вегетативная, бутонизации, цветения, плодоношения. Вегетативная фаза начинается с момента прорастания семян до образования генеративных органов. В среднем у А. сапсЫш и А. сгнети из она длится 48 дней, у А. ИуЬпёш 93 дня и А. тап^атапш 71 день. Наступление следующих фенофаз и различных видов и сортообразцов наблюдается в различные сроки: наиболее раннее формирование соцветий — у А. сгиепШБ, А. сапсЫиэ — на 37 — 44 день, у А. тап1е§ агаапш — на 59 день самое позднее у А. ЬуЬпёиэ — на 69 день. Цветение наступает у А. сгиепШБ и А. сапсЫш на 47−58 день, у А. ИуЬпёш — на 98. Начало плодоношения на 69−75 день наблюдается у А. сгиепй18, А. сапёаШБ, на 108 у А. тап1е§ агаапш, А. 11уЬпс1и8 вообще не достигает фазы плодоношения. Продолжительность отдельных фенофаз также различная в условиях Татарстана. Самая короткая фаза бутонизации (28 день), наиболее длительными являются фаза вегетации и цветения. (Чернов, 1992; Кадошников, 1989).

Для амаранта на основе фенологических наблюдений были установлены следующие возрастные состояния: этапы всходов, ювенильный, имматурный, вегетативный и генеративный. На этапе всходов определяется всхожесть амаранта, причем полевая всхожесть всегда намного ниже лабораторной, что определяется рядом причин (неравномерное созревание семян в метелках приводит к тому, что при механической уборке не все семена имеют доразвив-шийся зародыш). Всходы у амаранта мелкие, проростки с надземным прорастанием, две семядоли выносятся вверх, наружная сторона темно зеленая, внутренняя — фиолетово-пурпурная. Форма семядолей — овально-ланцетовидная, гипокотиль — розово-фиолетового цвета. Появление всходов зависит от погодных условий, в основном от суммы положительных температур и влажности. (Гейтс и др., 1972; Габдрашитов, Реутов, 1986). Менее чув.

12 ствительные к более низкой температуре прорастания являются семена А. сгиепйга. (Гинс, Кононков, Струкова, Савельев, 1995).

Ювенильное возрастное состояние растений у амаранта специфично, т.к. наблюдается скрытый рост. Спустя неделю после прорастания замедляется рост надземной части (стебель высотой 3,5 — 8,5 см) и в течение 3−4 недель происходит интенсивное развитие только корневой системы. Наступление имматурного этапа характеризуется начинающимся ветвлением главного стебля, началом бурного вегетативного роста. На вегетативном этапе вместе с ростом стебля начинается образование листовых формаций (низовой, серединной, верховой).

Начало генеративного этапа — появление метелок, начало бутонизации, четче проявляются морфологические различия листьев различных формаций, различный характер ветвления у разных сортообразцов амаранта.

Рост — одно из наиболее ярких выражений активной жизни растительного организма и поэтому одно из наиболее легко обнаруживаемых физиологических явлений (Полевой, 1982).Описать физиологический процесс роста можно большой кривой роста, которая характеризует рост отдельных клеток, тканей, организмов и популяций.

Рост растения выражается в виде кривой, состоящей из 4-х основных элементов:

1. Начального индукционного или лаг-периода, во время которого протекают скрытые явления, подготавливающие процесс видимого роста;

2. Логарифмической фазы (интенсивный рост), во время которой рост выражается прямой линией по отношению ко времени;

3. Фазы замедленного роста;

4. Фазы стационарного состояния — периода, во время которого не наблюдается видимых процессов роста.

Продолжительность фаз может колебаться в значительной степени в зависимости от ряда внешних и внутренних факторов. Так продолжительность лаг-фазы прорастания семени может быть объяснена: отсутствием или избыт.

13 ком гормонов роста, физиологической незрелостью зародыша, недостатком воды, недостатком кислорода, отсутствием оптимальной температуры, отсутствием тепловой индукции и рядом других причин. Рост в этот период контролируется гормональными веществами, идёт активный синтез пластических и энергетических веществ, действуют первичные механизмы, связанные с образованием ДНК и РНК, синтезом новых ферментов и фитогормонов.

Особенность амаранта замедлять рост в первые 3−4 недели создает определенные трудности выращивания этой культуры в средней полосе, так как именно в этот период требуется 4−5 разовая прополка, иначе молодые растения будут заглушены сорняками. В условиях Нечерноземья предлагается к внедрению рассадный способ выращивания амаранта (Ильин О.В., Ильина Т. О., 1995), что в несколько раз снижает расход семян, дает гарантированные урожаи зеленой массы и семян. Пройдя успешно критический период роста и развития, амарант в фазу вегетативного роста быстро наращивает биомассу, создает плотную листовую мозаику, в результате чего возникают условия, приводящие к тому, что сорные растения в посевах амаранта не развиваются.

1.1.3. Практическая значимость амаранта.

Большинство представителей рода Amaranthus традиционно известны как сорные (щирица) и декоративные растения (в садоводстве используются представители видов A. caudatus, A. cmentus, A. hypochondriacus, A. tricolor, имеющие разнообразно и контрастно окрашенные листья и соцветия различной формы). Новая жизнь древней культуры начинается с возделывания амарантовых как зерновых, кормовых и ценных овощных и лекарственных растений.

Потенциал амаранта очень велик, и действительно, трудно найти еще такое же разнообразное по применению, ценности и значимости для человечества растение.

Амарант превосходит традиционные зерновые и овощные культуры по содержанию питательных веществ особенно по белку и жиру, причем белок.

14 амаранта особенно ценен, так как содержит оптимальное соотношение незаменимых аминокислот, а по содержанию лизина и серосодержащих аминокислот превосходит зерновые культуры.

Содержание общего количества белка в семенах различных видов амаранта изменяется от 13,7% до 18,2% и 19,6%. (Лазаньи и др., 1988; Saunders: Becker, 1984).

Таблица 1.1.

Содержание общего количества белка в семенах различных видов амаранта.

Вид амаранта Количество общего белка (%) (Nx 5,85).

A. cruentus 17,8−18.

A. hypochondriacus 18,2.

A. caudatus 15,8.

A. retroflexus 13,7.

A. tricolor 15,2.

Кроме видового различия, количество белка зависит от климатических условий выращивания, от уровня и качества азотных удобрений (Бреус, 1997, Carlson, 1994; Гинс, Кононков, 1997). В составе общего белка преобладают 4 вида белка, доминирующими являются альбумины и глобулины — легкоусвояемые белки со сбалансированным аминокислотным составом (альбуминыдо 51%, глобулины до 18,9%). (Солоненко и др., 1997).

Несбалансированные по аминокислотному составу, с низким содержанием незаменимых аминокислот, спирторастворимые белки проламины составляют всего 12,6%, а в зерне злаковых они составляют 40% от суммарного белка. Кроме этого, существенную часть составляют близкие по питательной ценности щелочерастворимые белки — глютелины — 21% от общего белка.

Исследованиями Кадошниковой И. Г. и Кадошникова С. И. было установлено, что в листьях разных образцов амаранта проявляются существенные.

15 различия, как по общему количеству белка, так и их фракционному и аминокислотному составу. Но общим для всех является: высокое содержание белков — до 35% от сухой массы — в фазе цветения, основные фракции альбуминовая и глобулиновая на всех фазах онтогенеза.

В зеленой массе содержание белка также высокое — 9 — 21% (Гаевская и др., 1991), у амаранта багряного в зеленой массе общий белок — 11,8% в фазе бутонизации и 13,1% - в фазе цветения.

В составе растворимых белков (альбумины, глобулины) обнаружено большое количество лизина (до 6%), метионина (4,4%), лейцина (8,1 — 10,0%), треонина (5,2%). Обнаружено много аргинина (7,9%), аланина (8,4%), глута-миновой кислоты (9,3%), аспарагиновой кислоты (9,8%) — большое содержание лизина обнаружено во фракции глютеинов (4,6%). (Кадошникова и др., 1997). Большой интерес представляют данные по содержанию свободных аминокислот в листьях амаранта, при этом обнаружено, что количество аминокислот зависит от формы потребляемого минерального азота (Никитин, Тищенко, 1991). На аммонийном фоне свободных аминокислот больше, чем на нитратном, т.о. амарант содержит количество аминокислот, значительно превосходящее стандарты ФАО.

Ценный белок, содержащийся в листьях овощного амаранта, может стать основой диетического и детского питания.

Содержание и состав липидов также изменяется у разных видов амаранта в семенах и зеленой массе и зависит от условий выращивания. В листьях амаранта было обнаружено от 1 до 3,8% липидов от сухой массы. В семенах амаранта обнаружено от 2 до 17% липидов (в зависимости от вида). Содержание масла в семенах амаранта относительно невелико — 5 — 10% от массы семян, и по составу сходно с кукурузным и хлопковым маслом, особенно по содержанию пальмитиновой, олеиновой и линолевой кислот.

В литературе имеются данные о разнообразном фармакологическом действии, которое оказывает амарантовое масло (Ахмед-Заде, Мамедов, 1991), благодаря содержанию в его составе токоферола, сквалена и других биологи.

16 чески активных веществ. Некоторые сорта амаранта содержат до 6,7% сквале-на (Berker et all, 1981) и до 10% (Ахмед-Заде, Мамедов, 1991).

Сквален в сочетании с каротиноидами, токоферолом и ненасыщенными жирными кислотами оказывает мембран-стабилизирующее, противовоспалительное и анальгезирующее действие, регулирует липидный обмен.

Обычно термин — терпены, используется для обозначения соединений, содержащих целое число С5 — единиц, независимо от того присутствуют ли в их молекулах другие элементы, например кислород. Стеролы являются производными тетрациклических тритерпенов.

На большом числе видов и разновидностей амаранта изучали содержание стеролов. Было установлено, что содержание стеролов в надземной части амаранта находится в пределах от 0,0084 до 0,034% в расчете на сухую массу. Главным компонентом стеролов во всех исследованных видах были спинасте-рол (содержание от суммы стеролов 46−76%) и 7-стигмастерол (11−24%). Из стеблей и листьев A. spinosis был выделен и идентифицирован спиностерол (Baneryi, Chcrawazt, 1973). Из A. trikolor получены и идентифицированы 13 индивидуальных стеролов. Установлено, что семейство Amaranthaceae относится к числу тех немногих растений, которые накапливают преимущественно стеролы, ненасыщенные в 7-положении в отличие от более распространенных стеролов, ненасыщенных в положении 5- и других семейств.

В семенах A. hibridus обнаружены эфиры стеролов, которые составляли 5,4% от общего содержания липидов (Opute, 1979). Основным компонентом стеролов семян A. hipochondriacus, так же как листьев, является спиностерол. Из идентифицированных стеролов высоким содержанием отличается 7-эргостирол.

Менее изученны по составу стеролов остаются корни амаранта. Из корней A. viridys был выделен амастерол (Roy et all., 1982). Структурные формулы всех стеролов амаранта хорошо изучены (Гудвин, Мерсер, 1986).

В природе сапогенины встречаются в виде сапонинов, представляющих собой 3−0- гликозиды родоначального стероида. Сапонины обладают де-тергентными свойствами, что обуславливает их способность вызывать гемолиз эритроцитов. У амаранта сапонины обнаружены в семенах и листьях (Hegnauer, 1964; Wall et all, 1963). Исследование 13 видов амаранта методом гемолитического теста не выявило наличие сапонинов в листьях и семенах у A. graecizians и A. retroflexus, тогда как у A. hypochondriacus, A. oleraceus и А. melancholicus сапонины обнаружили в обоих органах, а у остальных видов они были обнаружены только в листьях.

Желтые пигменты хлоропластов — каротиноиды являются тетратерпенами. Их окраска обусловлена наличием в молекуле длинного ряда сопряженных двойных связей (Гудвин, Мерсер, 1986). Группа каротиноидов, содержащихся в зеленых листьях амаранта не отличается от каротиноидов, встречающихся во всем растительном царстве (это главным образом ß—каротин, лютеин, виолоксантин, неоксантин и ксантофил).

Во многих работах представлены данные по суммарному содержанию каротиноидов, которые в зависимости от вида изменяются в широких пределах. Например, у A. craentus содержание каротиноидов изменяется в пределах 34−79 мг/кг, а в A. caudatus 42−99 мг/кг сухой массы (Беликова и др., 1991). Достаточно подробно проанализированы свежие листья A. cruentus по составу и содержанию каротиноидов, а также, А — витаминной активности различных изомеров каротиноидов, определенных в амаранте (Pol Van Der et all., 1988).

Содержание и состав каротиноидов, выделенных из свежих листьев А. cruentus существенно различаются между собой. Из листьев А. cruentus были выделены 9 каротиноидов, из которых идентифицированны как аи ß—каротин, у-каротин и зеаксантин (Офицеров и др., 1995).

Рядом авторов установлено, что в 1 кг семян A. cmentus содержится 2,97−15,65 мг ß—токоферола, 0,95−8,6 мг у-токотрианола, а а-токотинол только в следовых количествах. Однако в семенах каротиноиды не обнаружены (Becker et all., 1981).

Кроме того, листья и семена различных видов амаранта содержат сте-ролы, сапогенины, каротиноиды, физиологическое влияние которых изучается.

О содержании углеводов в листьях амаранта литературных данных не много. Содержание углеводов в листьях различных видов амаранта от 1,98% до 5,54% от сухой массы. В водно-спиртовых экстрактах из листьев амаранта были обнаружены глюкоза и мальтоза, (Беликова и др., 1991).

Значительно лучше изучен углеводный состав семян амаранта. Содержание углеводов в них может достигать 60% от массы семян. Основным свободным сахаром является сахароза (от 0,4% до 2,26%). В семенах в большом количестве обнаружен крахмал — 69% (Carlson, 1980). Из наземной части амаранта выделены пектины (Коновалов, Офицеров, 1995). Большое значение амарант имеет как источник рутина (Коновалов, Офицеров и др., 1995; Ка-дошников, Чернов и др., 1995).

Из надземной части 16 видов амаранта были выделены и идентифицированы три вещества флавоноидной природы — кверцетин, трифолин, рутин (Кадошников, 1995). Содержание рутина зависело от вида, фазы развития растения. Наибольшее количество рутина было обнаружено в 4 разновидностях A. cruentus в фазе цветения, которое резко снижается в фазе плодоношения. Рутин в растении локализируется в листьях и соцветии, тогда как стебель содержит его следовые количества (табл. 1.2.).

Таблица 1.2.

Содержание рутина в различных органах А. стиепЬиз в °/о от массы сухого сырья.

ЛИСТ СОЦВЕТИЕ СТЕБЕЛЬ НАДЗЕМНАЯ ЧАСТЬ.

1,7 1,9 0,2 1,2.

Фенолкарбоновые кислоты были выделены из проростков A. cruentus в виде эфиров трех гидроксикоричных кислот — кофейной, феруловой и п-кумаровой. Кофеизолимонная — 7%, ферулизолимонная — 3%. Во взрослом растении относительное количество кофеизолимонной кислоты понижается до 5−10% в молодых листьях и 10−20% в старых листьях (Strack et all., 1987).

В 1957 году была предпринята попытка определить в надземной части трех видов амаранта общее содержание танинов, которая оказалась безуспешной (Wall et all., 1959). Позже исследование шести видов амаранта, собранных в Ливане, выявило в пяти из них танины. При этом наибольшим содержанием танинов, среди изученных видов отличались A. hibridus и A. hibridus var. ery-trastachys (Ajnilian et all., 1971). В семенах различных видов амаранта также были обнаружены танины. Они локализованны в оболочке семян в концентрации от 0,08 до 0,42% (табл. 1.3.). При этом качественный состав танинов до настоящего времени не исследовался.

Таблица 1.3.

Содержание танинов в семенах некоторых видов амаранта.

ВИД СОДЕРЖАНИЕ ТАНИНОВ, в%.

A. cruentus 0,13.

A. hypochondriacus 0,08.

A.cruentus х A. hypochondriacus 0,42.

A.edulis 0,22.

Алкалоиды представляют собой еще одну большую группу так называемых вторичных растительных метаболитов. В самом растении эти вещества действуют на субклеточные структуры (мембраны, цитоскелет), на мембран транспортную систему, на рецепторы для эндогенных химических соединений и т. п. Многие из них обладают важными фармакологическими свойствами.

Подробно изучен состав летучих веществ, выделенных из амаранта. К ним относятся разнообразные по химической природе вещества: спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, углеводы (Flath et all, 1984). В надземной части амаранта обнаружено 56 летучих компонентов, среди них 15 спиртов, 5 эфиров, 13 альдегидов, 8 кетонов, 3 углеводорода, 9 кислот и 5 смешаных компонен-tob (Kí-iti, Lee, 1988).

Амарант — источник биологически активных веществ.

Повышенный интерес к амаранту современных ученых-биологов и медиков, и использование современных методов биохимии позволили выделить из амаранта ряд веществ, которые являются физиологически активными соединениями, оказывающими ингибирующее или активирующее действие в разнообразных растительных и животных модельных системах или на живом организме.

Например, повышенный интерес вызывают к себе лектины. Лектины или фитоаглютинины относятся к классу гликопротеинов. Эти соединения находятся в семенах растений рода Amaranthus в значительном количестве (до 2%), в то время как в других органах они не обнаружены (Гайда, Антонюк, 1989). Имеются сведения о неблагоприятном влиянии лектинов на растущий организм. Предполагается, что они могут усиливать катаболизм белков в тканях и приводить к нарушению азотного обмена, связываясь со слизистой кишечника и ухудшая всасывание. Лектины способны специфически связываться с человеческими и животными эритроцитами. В экстрактах из семян А. caudatus и A. cruentos обнаружено гемаглютинирующая активность лектина к.

21 нативным эритроцитам крови человека группы, А (II) (Иосипенко и др., 1995). Возможность лектина избирательно связываться с белковыми веществами, по-видимому, позволит им служить биомаркерами при обнаружении разных стадий развития опухоли.

В настоящее время выявлено, что антибактериальное и антимикотиче-ское действие семян амаранта связано с присутствием в семенах низкомолекулярного белка, подавляющего рост бактерий. Из проросших семян амаранта был выделен и изучен белок, состоящий из 86 аминокислот. Из семян А. Иуро-с1юпс1пасш выделен пептид, состоящий из 32 аминокислот, ингибирующий развитие личинок насекомых, путем подавления активности Ь-амилазы.

Амарант богат аминокислотами. Кроме незаменимых аминокислот много глутамина, аспарагиновой кислоты, гистидина. При изучении биологической активности некоторых отдельных аминокислот было обнаружено, что глутаминовую кислоту можно использовать для лечения болезней ЦНС, ме-тионин для предупреждения токсических поражений печени, гистидин при язвенной болезни, а аспарагиновую кислоту для нормализации коронарного кровообращения.

Выявлена способность листьев амаранта, при использовании их в пищу животным больным гепатитом, повышать в печени содержание цитохрома Р-450 и повышать активность 2 ферментов — аминопирин Ы-деметилазы и ани-лин-дигидросксилазы. Данный результат связывается со способностью не-идентифицированных веществ из листьев А. 11уЬпс1ш стимулировать активность гепатических лекарственно-метаболических ферментов.

В заключение следует отметить, что количество биологически активных веществ, выделенных и идентифицированных из амаранта еще достаточно мало. Слабо изучено воздействие алкалоидов, флавоноидов, терпенов (большинство вторичных метаболитов), которые в основном являются фармакологически активными веществами.

Пока еще нет полного представления о пределах изменчивости количества этих веществ в амаранте. Обнаружена большая изменчивость содержания.

22 одного и того же соединения, например амарантина, у разных видов амаранта (Кононков и др., 1995; Гинс В. К., Кононков, Гинс М. С., 1995). Все эти вопросы требуют детальных исследований состава, содержания, свойств и физиологической роли этих соединений, а так же выявление видов амаранта, содержащих биологически активные вещества в большом количестве и изучение механизмов их действия на растительный и животный организм.

Одним из перспективных соединений амаранта является алкалоид ама-рантин. Амарантин относится к группе беталаиновых пигментов.

Беталаины — это единственные из большой группы алкалоидов окрашенные соединения. По беталаиновым пигментам в литературе опубликовано крайне мало работ и обзоров (Mabry, 1980; Гудвин, Мерсер, 1986). Возможно это связано с тем, что до конца пятидесятых годов практически мало что было известно о биохимии и биосинтезе беталаинов. До настоящего времени непонятно, какие биохимические и экологические функции выполняют эти пигменты, и какова их физиологическая роль в растении. Беталаиновые пигменты, подобно антоцианам, находятся в клеточных вакуолях растения и могут накапливаться в больших количествах в различных органах: цветках, корнях, стеблях, черешках, в жилках листьев и листовой пластинке (МаЬгу, 1980).

Структура беталаинов.

Бетацианины. Впервые в 1957 году из корнеплодов столовой свеклы был выделен бетациан в кристаллическом виде, и была установлена структура красного пигмента (Dreiding, Mabry et all., 1962). Пигмент получил название бетанин, а группа близких к нему по свойствам красно-фиолетовых пигментов из растений порядка Centrospermae получила общее название бетацианинов. Установлено, что существуют 2 главные группы беталаиновых пигментов: бетацианины и бетаксантины. Широко известными представителями бетацианинов являются бетанин из столовой свеклы и амарантин, выделенный из растений рода Amaranthus.

Бетанин — полное название 5−0-Ь-Т-глюкопиранозилбетанидин, выделенный из корнеплодов столовой свеклы, представляет собой гликозид, агли-коном которого является бетанидин, а углеводной частью — глюкоза. Молекула бетанидина содержит 1 асимметричный атом (хиральный центр углерода С-15 атом).В соответствии с этим известен изомер бетанидина — изобетанидин. В основе всех изученных бетацианинов лежат только 2 агликона — бетанидин и его С-15 эпимер — изобетанидин.

10 N ноос н.

Бетанидин.

Изучение механизмов светорегуляции образования бетацианинов и бе-таксантинов в проростках видов семейства Атагапйшсеае подтвердило, что стимуляция биосинтеза этих пигментов при кратковременном освещении.

24 красным и белым светом опосредуется фитохромом (Garay, Towers, 1966; Moler, 1981).

Относительно механизма действия света на реакции синтеза высказаны предположения, что биосинтез амарантина регулируется двумя фоторецеп-торными системами: низкоэнергетической (фоторецептором служит фито-хром) и высокоэнергетической (природа фоторецептора не установлена), которая частично также находится под фитохромным контролем. Высокоэнергетическая реакция требует большей энергии и более длительного по времени светового воздействия. У разных видов растений максимумы спектров действия этой реакции различаются как для красного (640−720 нм), так и для синего (440−470 нм) света.

Большинство стадий биосинтеза амарантина не нуждается в свете, однако, на одной из заключительных стадий, свет может оказывать неспецифическое воздействие на синтез дигидропиридиновой части молекулы амарантина (Woodliead, Swain, 1971). Показано, что у ряда видов амаранта образование небольшого количества амарантина возможно в темноте (Piatelli, 1971; Гинс, 1995). Проростки A. cruentus, сорта Тампола, A. caudatus, A. hibridus в семядольных этиолированных листьях накапливали амарантин. У проростков эффективность синтеза амарантина в темноте и на свету определяется, видимо, генотипом растения. Некоторые виды амаранта (A. tricolor) не способны синтезировать красный пигмент в темноте (Кононков и др., 1997). Таким образом, можно предположить, что существуют два пути биосинтеза амарантина — темновой и световой, вклад которых в образование амарантина определяется стадией развития растения и световыми условиями выращивания.

Выделенный в чистом виде амарантин представляет собой аморфный порошок темно-красно-фиолетового цвета с металлическим блеском. В целлофановой упаковке амарантин хранится при комнатной температуре в темноте в течение двух лет без потери интенсивности окраски. При длительном хранении может комковаться. Амарантин хорошо растворим в.

25 воде и водно-спиртовых растворахв чистом этиловом и метиловом спиртах, в органических растворителях пигмент практически не растворим. Устойчивость амарантина к влиянию температуры зависит от степени концентрации раствора. Разбавленные растворы амарантина менее стойки к действию температуры по сравнению с концентрированными. Многие технологические процессы с использованием пищевых красителей проводят при температуре 70−80°С в течение 20−30 минут. Можно рекомендовать недоочищенные препараты (водные супернатанты) амарантина для использования в пищевых технологиях в качестве красных красителей. Следует учитывать, что устойчивость пигмента к нагреванию зависит от рН раствора. При рН 7,0 амарантин более устойчив к действию повышенных температур. На интенсивность окраски амарантина сильное влияние оказывает кислород. Хранение раствора амарантина (с индексом чистоты 0,9) в анаэробных условиях при 4 °C приводило к полному исчезновению окраски и интенсивности поглощения при 537 нм, в течение 7 суток, тогда как в темноте в анаэробных условиях при 4 °C интенсивность окраски не изменялась в течение 2 месяцев.

Красно-фиолетовый цвет водного раствора амарантина обуславливает его использование для окраски различных пищевых и косметичских продуктов, аналогично свекольному красителю. Сравнение содержания бетацианинов из свеклы и амаранта выявило близкие величины выхода пигментов: 35,6 мг/г сырой массы. По содержанию амарантина в листьях А. сгаег^ш, сорт Тампола можно рекомендовать для получения красного амарантового красителя. Следует отметить, что краситель из растения амарант не имеет ничего общего с синтетическим красителем «амарант», получившим название за красный цвет, схожий с окраской краснолистных форм амаранта. Синтетический краситель «амарант» обладает канцерогенными свойствами и токсическим воздействием на животный организм. Это послужило основанием для запрещения использования красного синтетического красителя «амарант» в пищевой промышленности (Андрианова, 1970).

Биологические функции амарантина.

Амарантин является алкалоидом и проявляет свойства, характерные для этой группы физиологически активных соединений.

В литературе представлены данные о положительном влиянии бетацианинов на ростовые процессы растений, возможно, посредством ингибирования оксидазы индолилуксусной кислоты (Кадошников и др., 1995; Гинс, 1995). Обнаружено, что амарантин оказывает неоднозначное действие на энергию прорастания и всхожесть семян в зависимости от концентрации пигмента (Гинс В.К., Кононков, Козарь, Гинс М. С., Шестакова, 1997). Амарантин в концентрации 10~5−10~6М. стимулирует прорастание семян самого амаранта, при этом уменьшается длина на 17−20%, при концентрации I О^М наблюдали торможение прорастания семян в первые двое суток и снижение длины корешка и гипокотиля примерно вдвое. Более высокие концентрации амарантина ингибировали прорастание семян. Действие амарантина на прорастание семян и рост корешка и гипокотиля, видимо, подобно действию фиторегуляторов с цитокининовой активностью. Показано, что обработка амарантином листьев томата влияет на активность фотосинтетических реакций (Гинс В.К., Лысенко, Кононков, Гинс М. С., 1997).

Было показано, что амарантин обладает нематостатической активностью в концентрации 10° М, парализуя подвижность нематод, которая восстанавливается после промывания водой (Котова и др., 1995; Кононков, Гинс, Козарь, Котова, 1997).

В связи с тем, что амарантин перспективен для использования в пищевой промышленности, исследовалось его действие на животные организмы. Изучалось действие амарантина на работу изолированного сердца крыс (Дэсалень, Гинс, Кононков, 1995; Дэсалень, 1997).

Обладая вышеуказанными ценными качествами, амарант входит в число растений наиболее перспективных для интродукции на новых территориях, в том числе и в Нечерноземье. Задача получения высококачественного пище.

27 вого белка и новых высокоактивных биологических веществ может быть решена путем введения в культуру овощных форм различных видов рода Ата-ranthus.

5. ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что длина корней и высота стебля, с одной стороны и нарастание биомассы растения и его органов, с другой — существенно различаются как по срокам, так и темпам их формирования. Установлено, что у амаранта в начальный период развития происходит быстрый рост корней и стебля. Активное же нарастание биомассы надземных органов запаздывает более, чем на месяц. Указанные особенности культуры амаранта должны учитываться при разработке агротехнической системы выращивания сортов разного направления использования.

2. Установлено, что между показателями общей надземной массы растения, стеблей и листьев во все периоды жизни растения проявляется тесная, практически функциональная зависимость. Поэтому при интродукции отбор можно проводить не только по общей надземной массе, но и по ее составляющим: по массе стеблей или листьев.

3. Выделены перспективные сортообразцы овощного амаранта для интродукции в Нечерноземье: для выращивания на зеленую овощную массу А. tricolor К-99, A. hypochondriacus сорт «Дон Педро» и вновь выведенный сорт «Валентина" — выявлены сортообразцы с коротким вегетационным периодом, дающие зрелые семена в условиях Тульской области.

4. Оптимальным сроком посева является конец мая — начало июня, при прогревании почвы до 12 °C. Разница в сроках посева в 14−20 дней не оказывала влияния на рост, развитие и продуктивность овощных форм амаранта.

5. Амарант — растение отзывчивое на минеральное питание. Внесение удобрений с оптимальными концентрациями действующих веществ N-120 кг/га и К—90 кг/га дало наибольшую прибавку биомассы. Предпосевная обра.

133 ботка семян амаранта растворами микроудобрений в оптимально действующих концентрациях сульфата марганца — 0,1% и модибдата аммония — 1%, положительно сказывалась на росте, развитии и продуктивности амаранта.

6. Активный синтез амарантина в процессе вегетации растений снижает биологическую продуктивность амаранта по массе в сравнении с зеле-ноокрашенными сортообразцами амаранта.

7. Сорт «Валентина» имеет урожайность свежих листьев в среднем 6870,5 ц/га и является прекрасным сырьем для получения натурального пищевого красно-фиолетового красителя «Амфикра».

6. Рекомендации производству.

1.С целью получения высоких урожаев овощных форм амаранта в условиях Нечерноземной зоны России посев следует проводить в третьей декаде мая — первой декаде июня.

2.В открытом грунте амарант следует высевать по схеме 70×30 см на глубину 1−1,5 см.

3.Рекомендовать культуру амаранта для возделывания в условиях Тульской области, в том числе на серых лесных почвах с применением минеральных удобрений.

4.Для выращивания в индивидуальном секторе рекомендовать сорта «Дон Педро» и «Валентина», отличающиеся высокой урожайностью листовой массы и высоким содержанием биологически активных веществ.

4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Комплексный подход к изучению биологических особенностей растений амаранта позволил решить вопросы адаптации растений при интродукции в Нечерноземной зоне России. Нами разработаны некоторые элементы технологии возделывания овощных форм амаранта, выявлены перспективные виды и формы для почвенно-климатических условий Тульской области, с высокими хозяйственно-ценными признаками: урожайностью, облиственностью и коротким вегетационным периодом. Определено для условий региона влияние агротехнических приемов возделывания на рост, развитие и продуктивность овощных форм амаранта.

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что сроки посева (при почве прогретой до 12° С и выше) не оказывают существенного влияния на рост, развитие и продуктивность амаранта. Установлено, что величина площадей питания и почвенные условия существенно влияют на ростовые показатели, темпы роста и наращивание биомассы амаранта.

Полученные нами экспериментальные данные подтверждают, что амарант отзывчив на внесение минеральных удобрений. Внесение удобрений с оптимальными концентрациями действующих веществ, давало значительную прибавку биомассы. Исследованиями установлено, что длина корней и высота стебля с одной стороны, и нарастание биомассы растения и его органов с другой, существенно различаются как по срокам, так и по темпам их формирования. Установлено, что амарант имеет период скрытого роста, в который происходит быстрый рост корней, а активное нарастание биомассы надземных органов запаздывает более чем на месяц. В этот период амаранту требуются дополнительные агротехнические приемы.

Результаты наших исследований могут быть использованы для получения высоких урожаев такой перспективной культуры как овощной амарант в условиях Нечерноземья, в том числе в Тульской области.

Опираясь на результаты наших исследований, можно рекомендовать выращивать новую овощную культуру — амарант, которая отличается высоким содержанием белка и БАВ в листовой массе.

Из всего вышесказанного надлежит сделать конкретные выводы по проделанной работе.