Оптимізація сірчаного живлення часнику (allium sativum l.) як спосіб регуляції накопичення фармакологічно активних сполук

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

03.00.12 -ФІЗІОЛОГІЯ РОСЛИН

УДК 581.13:631.811:633.88

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Оптимізація сірчаного живлення часнику (allium sativum l.) як спосіб регуляції накопичення фармакологічно активних сполук

КОСЯН АНАТОЛІЙ МИХАЙЛОВИЧ

КИЇВ - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фізіології та екології рослин

Київського університету імені Тараса Шевченка

Наукові керівники: доктор біологічних наук, професор

Капля Андрій Васильович;

доктор біологічних наук, професор

Мусієнко Микола Миколайович

Київський університет ім. Тараса Шевченка,

завідувач кафедрою фізіології та екології рослин

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук,

старший науковий співробітник

Силаєва Алла Михайлівна

Інститут садівництва УААН,

зав. лабораторією фізіології рослин

кандидат біологічних наук

Курчій Богдан Олексійович,

Інститут фізіології рослин і генетики НАН

України, старший науковий співробітник

Провідна установа: Національний аграрний університет

Захист відбудеться "14" вересня 1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.001.24 при Київському університеті імені Тараса Шевченка за адрксою 252127, Київ. проспект Глушкова, 2, корпус 12 біофак, ауд 215.

Поштова адреса: Київ 252033., вул. Володимирська, 64.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: вул. Володимирська, 58.

Автореферат розіслано "12"серпня1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Брайон О.В.

сірчаний добриво часник ліпоєвий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Мінеральне живлення рослин відіграє важливу роль у вирішенні однієї з найголовніших проблем фітофізіології - розкриття механізмів продуктивного процесу з метою теоретичного обґрунтування фізіологічних параметрів технологій вирощування сільськогосподарських культур. Оптимізація кореневого живлення рослин у поєднанні з раціональним застосуванням нових видів добрив зменшує забруднення навколишнього середовища, дозволяє не лише підвищувати врожайність, а й якість продукції, що особливо важливо.

Останнім часом особливу увагу звернуто на такий важливий елемент мінерального живлення рослин як сірку. Так, на міжнародній нараді з економічних аспектів сірчаного живлення рослин (Польща, 1998) та на ІV міжнародному симпозіумі з сірчаного метаболізму (Швейцарія, 1999) зроблено висновок про те, що сірку слід поставити в один ряд з такими біогенними елементами як азот та фосфор.

Незважаючи на ту важливу функцію, яку здійснює сірка у живленні рослин, її роль тривалий час недооцінювалась. Вважалось, що свою потребу в цьому елементі рослини можуть задовольняти за рахунок атмосферної сірки та її домішок у фосфорних добривах.

Погіршення протягом останніх десятиріч екологічної ситуації внесло свої корективи в напрямки вивчення колоообігу сірки. У більшості досліджень сірку почали розглядати не стільки як елемент мінерального живлення, скільки як один з чинників забруднення довкілля. Проте на сьогодні внаслідок запровадження новітніх, екологічно безпечних технологій, спостерігається різке зменшення надходження сірки в навколишнє середовище і в найближчі роки прогнозується збільшення її дефіциту практично на всіх континентах [Ceccotti, Messick, 1997]. Ось чому проблеми, пов'язані з сірчаним живленням рослин, знову набувають своєї актуальності, як це було 30-40 років тому.

Серед рослин, продуцентів та накопичувачів сірковмісних органічних сполук, особливе місце належить часнику посівному (Allium sativum L.). Він відомий не тільки як овочева культура, а й як лікарська рослина, що знаходить широке застосування в медицині. Саме сірковмісні органічні сполуки, в основному похідні аллілцистеїнсульфоксиду, і обумовлюють цінні фармакологічні властивості часнику [Lutovski, 1986; Block, 1985; Gassem, 1999; Ide, Lau, 1999; Klepser, 1999]. На сьогодні, коли поряд з використанням досить великого арсеналу синтетичних лікарських препаратів спостерігається широке запровадження у фармакологічну практику препаратів природного походження, серед яких не останнє місце посідають сірковмісні сполуки часнику, розробка нових технологій вирощування цієї культури здатних забезпечувати отримання високоякісної продукції, є досить актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідна робота за темою дисертації здійснювалась у відповідності з планами Міністерства освіти України в Київському університеті ім. Тараса Шевченка - "Вивчення біологічно активних речовин з метою діагностики кормової i фармацевтичної цінності рослинної сировини" (1993-1995 рр. ДБ-580, № державної реєстрації 0195U004229); та програмами Кабінету Міністрів України: "Фізіолого-біохімічні механізми стійкості, засоби її підвищення i продуктивність рослин" (1995-1996 рр. ДБ-471, № державної реєстрації 0193U042972); "Природа резистентності до фітопатогенів і біологічно активні речовини" (1994-1997 рр. ДБ-61, № державної реєстрації 0185U021410).

Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи є вивчення метаболічних перетворень сірковмісних сполук у рослинах часнику при екзогенному регулюванні їх вмісту елементами мінерального живлення та фізіологічно-активними речовинами (ФАР) для поліпшення якості цибулин як фармакологічної сировини.

Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:

1. Провести скринінг біохімічного складу часнику різних сортів та дослідити особливості накопичення сірковмісних сполук в його органах протягом вегетації.

2. Дослідити сортові особливості впливу умов сірчаного живлення часнику на накопичення сульфоксидів та органічних сульфідів у його цибулинах.

3. З'ясувати фізіологічно оптимальні дози сірчаних добрив для отримання цибулин часнику з максимальним вмістом фармакологічно активних сполук.

4. Вивчити особливості фотосинтетичного відновлення сірки за участю ліпоєвої кислоти.

5. Дослідити накопичення сірковмісних сполук у цибулинах часнику під впливом сірковмісних добрив та ліпоєвої кислоти при їх сумісному та роздільному застосуванні.

6. Встановити фізіологічні параметри для розробки інтегрованих технологій вирощування часнику з високим вмістом сірковмісних (фармакологічно активних) сполук.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна даної роботи полягає в тому, що вперше:

- встановлено оптимальні дози сірчаних добрив для підживлення часнику перспективних для Київської області сортів;

- визначено якісну характеристику врожаю та встановлено сортові реакції часнику по відношенню до підживлення сіркою;

- виявлено регулюючу дію ліпоєвої кислоти на процеси фотосинтетичного відновлення сірки;

- на основі комплексного вивчення особливостей синтезу та накопичення сірковмісних сполук у цибулинах часнику за умов сумісної дії сірчаних добрив та ліпоєвої кислоти показана синергічність дії цих чинників;

- обгрунтовано оптимальні дози сірчаних добрив та запропоновано технологічні параметри вирощування часнику із заданими біохімічними показниками;

- розроблено точні та прості у виконанні методики кількісного визначення сульфоксидів та органічних сульфідів.

Теоретична та практична значимість роботи:

- гіпотетично розроблені та експериментально підтверджені закономірності впливу ліпоєвої кислоти на процеси фотосинтетичного відновлення сірки розширюють межі знань цих механізмів і накреслюють нові перспективи для їх більш глибокого вивчення;

- на основі результатів польових дослідів рекомендовано фізіологічно обґрунтовані параметри для розробки нових технологій вирощування часнику із заданими якісними характеристиками;

- розроблені та апробовані при виконанні експериментів методики кількісного визначення сульфоксидів та органічних сульфідів можуть бути використані для контролю якості цибулин часнику як сировини для потреб фармацевтичної промисловості.

Апробація роботи. Основні положення досліджень доповідались на:

- VIII з'їзді Українського ботанічного товариства (Київ, 1987 р.);

- конференції професорсько-викладацького складу Київського університету ім. Тараса Шевченка (Київ, 1993);

- ІI з'їзді Українського товариства фізіологів рослин (Київ, 1993 р.);

- ХІ всесвітньому конгресі з мінерального живлення (Гент, Бельгія, 1997);

- ХХVІІІ щорічній нараді Європейського товариства з нових методів сільськогосподарських досліджень (Брно, Чехія, 1998 р,);

- міжнародній нараді з економічних аспектів сірчаного живлення рослин (Пулаві, Польща, 1998 р.);

- ІV міжнародній нараді з сірчаного метаболізму (Венген, Швейцарія, 1999 р.).

Особистий внесок здобувача. Дисертант опрацював чисельну літературу, самостійно оволодів відомими та розробив нові методики досліджень, брав участь у плануванні експериментів, підготовці матеріалів до друку. Експериментальні дані, висновки та рекомендації отримані здобувачем самостійно.

Публікації. Основні положення дослідження за темою дисертаційної роботи опубліковані в 10-ти наукових працях.

Об'єм роботи. Дисертація містить 136 сторінок друкованого тексту і складається зі вступу, 3 розділів, заключної частини, висновків, списку літератури. Робота ілюстрована 33 рисунками, 9 таблицями. Список використаної літератури включає 243 найменування, у тому числі 147 праць іноземних авторів.

ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури.

Огляд літератури складається з чотирьох розділів, в яких висвітлено питання значення сірки як елементу мінерального живлення рослин, розглянуто шляхи метаболізму сірки в рослинному організмі та особливості біохімічних перетворень сірковмісних сполук у тканинах часнику, охарактеризовано часник як джерело сірковмісних фармакологічно активних сполук.

Матеріали і методи досліджень.

Матеріалом для проведення досліджень слугував часник посівний - Allium sativum L., представник родини лілійних - Liliaceae. Для відбору матеріалу була зібрана колекція з 14 сортів часнику, з якої після двохрічних спостережень за біохімічним складом, особливостями росту та розвитку при вирощуванні в умовах дослідних ділянок відібрано чотири сорти зі стабільними сортовими ознаками, високою морозостійкістю, визріванням, врожайністю та лежкістю: 1). Богуславський 10 - стрілкуючий сорт, довжина квіткової стрілки 120-125 см. 2). Ізюмський фіолетовий - стрілкуючий сорт, довжина квіткової стрілки 90 см. 3). Ботанічний фіолетовий - стрілкуючий сорт, довжина квіткової стрілки 60 см. 4). Український білий - не стрілкуючий сорт.

Польові дослідження проводилось в умовах дрібноділянкового досліду. Площа облікової ділянки 2 м². Грунт дослідних ділянок дерновий опідзолений, вміст гумусу - 4,3%, азоту - 0,06%, фосфору - 28,1 мг/100 г, калію - 10,3 мг/100 г, загальної сірки - 6,72 мг/100.

Агрохімічний аналіз ґрунту проводився згідно із загальноприйнятими методиками аналізу ґрунтів [Городній, Козлов, Бідзіля, 1972; Радов, Пустовойтов, Корольков, 1985].

Усі роботи, починаючи з обробки грунту, внесення мінеральних добрив і кінчаючи збиранням врожаю, проводили в одні і ті ж строки згідно з методикою закладання польових дослідів [Доспехов, 1985].

Фонові добрива вносились восени, під час передпосівної обробки ґрунту (10-12 жовтня). Азот вносили у вигляді карбаміду, фосфор - подвійного суперфосфату, калій - хлористого калію. Внесення сірчаних добрив і додаткових кількостей азоту та калію проводили у весняний період вегетації (5-10 травня). Обробку рослин розчинами ліпоєвої кислоти проводили у фазу початку формування зубків часнику (10 травня). Повторність дослідів шестикратна.

Кількісне визначення білків проводили за методом Лоурі [Ермаков, 1972], поліглюкофруктозани визначали за Кульком [Ермаков, 1972], пластидні пігменти - спектрофотометричним методом [Гавриленко, Ладыгина, Хандобина, 1975].

Визначення якісного складу алкілцистеїнсульфоксидів часнику проводили з використанням методів тонкошарової хроматографії на сорбентах із силікагелю [Шаршунова, Шварц, Михалец, 1980] та іонообмінної смоли [Дэвени, Герей, 1976].

Для проведення кількісного аналізу вмісту алліїну та органічних сульфідів нами було розроблено нові і прості у виконанні спектрофотометричні методи. Визначення сульфоксидів, зокрема алліїну, базується на їх властивості вступати в реакцію з продуктом конденсації триптофану та n-диметиламінобензальдегіду, в результаті чого утворюється барвник з максимумом оптичного поглинання 575 нм. Чутливість методу складає 5 мкмоль/г, відносна математична похибка - 3,3%. Методика визначення вмісту органічних сульфідів базується на взаємодії неорганічних сульфід іонів з n-аміно-N,N-диетиланілін сульфатом. Чутливість методу: 5 мкг сірки в 100 мл спектрофотометрованого розчину, відносна математична похибка 6,7%.

Вивчення впливу ліпоєвої кислоти на процеси фотосинтетичного відновлення сульфіт-іонів проводили з використанням модельної системи, за основу якої було обрано реакцію Хілла [Гавриленко, Ладыгина, Хандобина, 1975].

Статистичну обробку результатів проводили з допомогою дисперсійного аналізу за Фішером [Доспехов, 1985]. Усі експерименти проводились не менш ніж у 3-х повторностях.

Результати досліджень та їх обговорення.

Вплив сірчаних добрив на накопичення фармакологічно активних сполук у цибулинах часнику

Характерною особливістю часнику є накопичення значної кількості сірковмісних сполук. Серед цих сполук виділяється рідкісна сірковмісна амінокислота аллілцистеїнсульфоксид, або алліїн. Саме він і визначає унікальні фармакологічні властивості часнику. І все ж, не зважаючи на це, вивчення особливостей його синтезу та накопичення досліджені недостатньо. У зв'язку з цим паралельно з комплексом робіт по відбору об'єктів для проведення досліджень по вивченню дії умов мінерального живлення на накопичення сірковмісних сполук у цибулинах часнику було досліджено динаміку накопичення алліїну в різних органах часнику протягом вегетації (рис.1).

Встановлено, що на початку вегетації відбувалось інтенсивне накопичення алліїну в усіх органах часнику (коренях, несправжньому стеблі та листках), яке продовжувалось до початку закладки та росту зубків. Починаючи з цього моменту спостерігались зміни в картині перерозподілу алліїну по органах, пов'язані з його відтоком з несправжнього стебла до зубків. Отримані дані показали, що оптимальним строком підживлення часнику сірковмісними мінеральними добривами є період початку формування зубків, тобто перша половина травня.

При вивченні дії сірчаних добрив на накопичення фармакологічно активних сполук часнику було встановлено, що часник досить швидко реагує на внесення під його посадки сірчаних добрив. Так, вміст алліїну в листках через 12 год після підживлення зростає пропорційно кількості внесеної сірки і досягає максимального значення при внесенні 100 кг сірки на га (рис 2).

Слід відмітити, що таку чітку картину можна було спостерігати у молодих листках, у той час як у більш старих листках коливання вмісту сульфоксидів знаходились у межах похибки досліду. Очевидно причиною цього явища є той факт, що у старіючих листках відбувається падіння активності АТФ-сульфотрансферази, О-ацетил-L-сєринсульфгідролази і аденозин-5-фосфосульфотрансферази [Schmitz, Wyss, Brunald, 1983], ферментів, що берутьть участь у процесах відновлення сульфату і синтезу цистеїну, який у свою чергу є попередником алкілцистеїнсульфоксидів, зокрема, алліїну.

Підживлення часнику сірковмісними добривами позитивно впливає на накопичення сірковмісних сполук у його цибулинах (рис.3). Як і у листках, тут також спостерігалась корелятивна залежність між дозою сірчаних добрив (до 75 кг/га) та вмістом алліїну і органічних сульфідів, кількість яких пропорційно збільшувалась від 14,8 до 22,5 мг/г і 2,4±0,12 мг/г відповідно. При подальшому збільшенні дози сірки, до 125 кг/га, вірогідних змін у кількості алліїну та органічних сульфідів у цибулинах часнику не спостерігалось. Таким чином, оптимальною дозою сірчаних добрив у грунтово-кліматичних умовах Київської області є доза еквівалентна 75 кг/га сірки.

Використання як сірчаних добрив сульфату амонію та сульфату калію, внесених у кількості 75 кг/га (по діючій речовині), практично рівнозначне за ефективністю. Підживлення часнику додатковими дозами азоту та калію, еквівалентних кількостям цих елементів, що вносяться при підживленні сульфатом калію та амонію, практично не впливає на вміст органічних сульфідів і незначно підвищує кількість алліїну в цибулинах.

Додаткові підтвердження представлених вище результатів було отримано після трирічних спостережень за накопиченням сірковмісних сполук у цибулинах часнику чотирьох сортів, що вирощувався за умов підживлення його посадок оптимальними дозами сульфату амонію у кількості 75 кг/га сірки (по діючій речовині).

Як свідчать результати, представлені на рисунку 4, внесення в грунт сульфату амонію сприяло підвищенню вмісту алліїну у цибулинах часнику різних сортів з досить високим ступенем вірогідності (99,9%). Наприклад, в цибулинах сорту Український білий прибавка кількості алліїну становила 78,6%, Ізюмський фіолетовий - 64,6%, Ботанічний фіолетовий - 47,6%, Богуславський 10 - 43,6, а в середньому по сортах ця величина складає 56,8%.

Щодо вмісту органічних сульфідів то і в цьому випадку спостерігалась аналогічна картина. Так, прибавка цих речовин для сорту Український білий складала 94.6%, Ізюмський фіолетовий - 94.1%, Ботанічний фіолетовий - 52,5%, Богуславський 10 - 38,9%, середній показник по сортах становило 66,3%.

Сортова специфічність часнику у відношені до підживлення сірковмісними добривами

Аналіз отриманих результатів виявив наявність сортової специфічності часнику у відношенні до його підживлення сірчаними добривами, що пов'язано з особливостями морфології часнику (рис 5).

Встановлено, що ця специфічність щільно пов'язана з ступенем розвитку квіткової стрілки. Так, в Українського білого, нестрілкуючого сорту в дослідних рослинах відмічається максимальне збільшення вмісту органічних сульфідів (94,6%) та алліїну (78,6%); водночас час у Богуславського 10, сорту з найбільш розвинутою квітковою стрілкою (висота 125 см), воно нижче приблизно вдвічі. Сорти Ізюмський фіолетовий та Ботанічний фіолетовий з висотою квіткової стрілки відповідно 50 і 90 см, теж підпадають під цю закономірність. Математичний аналіз даних показав, що між величиною збільшення вмісту сірковмісних сполук і висотою квіткової стрілки існує обернена кореляційна залежність. Коефіцієнт кореляції для органічних сульфідів становить - 0,674, а для алліїну - 0,673, при рівні вірогідності 95%.

Ліпоєва кислота і фотосинтетичне відновлення сульфіт-іонів

Одним із шляхів інтенсифікації процесів синтезу та накопичення фармакологічно цінних сполук у цибулинах часнику є використання фізіологічно активних сполук, зокрема ліпоєвої кислоти.

Після всебічного аналізу літературних даних щодо процесів біохімічного відновлення сірки в рослинному організмі нами була висунута гіпотеза про можливість участі у цих процесах ліпоєвої кислоти, яка виступає в ролі акцептора сульфат-, чи сульфіт-іонів, виконуючи роль їх переносника в тіосульфонатредуктазному шляху відновлення сірки (рис 6). Як видно з наведеної схеми, відновлення сульфатної сірки в сульфідну може проходити через ряд проміжних продуктів, зокрема тіосульфонати (1.2), тіосульфінати (1.3), тіосульфенати (1.4) і тіогідросульфіди (1.5).

З хімічної точки зору слабким місцем цієї схеми є наявність в ній тіосульфонатів та тіосульфенатів як проміжних продуктів. Оскільки ці сполуки нестабільні і у вільному стані взагалі невідомі, то цілком логічно, що вони можуть повністю блокувати процес відновлення.

Аналогічна ситуація виникала б при відновленні сірки сульфітредуктазним шляхом, остільки одним з проміжних продуктів повинна була б виступати неорганічна форма сірки зі ступенем окислення 2+, яка взагалі невідома.

Для подолання цієї перешкоди необхідним є захист реакційних груп з утворенням стабільних продуктів. Серед відомих способів захисту можна відмітити утворення галогенангідридів, амідів, ефірів, тіоефірів або циклізацію. Очевидно, найбільш реальним є запропонований нами шлях з утворення тіоефірів у поєднанні з циклізацією. Тоді проміжні продукти наведені у вище наведеній схемі будуть представлені як похідні тритіану, а саме: 1,2,3-тритіан-2-сульфон (2.2.2); 1,2,3-тритіан-2-сульфоксид (2.3); 1,1,3-тритіан (2.4). Усі ці речовини досить стабільні і здатні легко переходити одна в іншу шляхом окисно-відновних реакцій. Передумовою виникнення даного класу сполук може бути наявність у молекулі білка переносника залишку ліпоєвої кислоти, який і слугує акцептором сульфат- чи сульфіт-іонів.

Серією лабораторних дослідів на модельних системах було отримано результати, що підтверджують висунуті нами гіпотетичні припущення. Ліпоєва кислота може брати участь у процесах фотосинтетичного відновлення сірки (рис.7). Введення в модельну систему з хлоропластами та сульфіт-іонами ліпоєвої кислоти стимулює відновлення сульфіт-іонів.

При використанні замість ліпоєвої кислоти дитіотрейтолу відновлення сульфіт-іонів не спостерігалось, що свідчить про специфічність даної реакції.

Ліпоєва кислота як регулятор накопичення фармакологічно активних сполук часнику

Результати двофакторного польового досліду над вивченням сумісної дії обробки рослин розчином ліпоєвої кислоти та підживлення сіркою, проведені за схемою 3х3, підтвердили припущення, що між цими чинниками існує певний зв'язок (рис 8).

Так, у варіантах без використання ліпоєвої кислоти при підживленні рослин сульфатом амонію у межах від 0 до 75 кг/га сірки, спостерігалось пропорційне підвищення вмісту алліїну в цибулинах відповідно з 12,1 до 17,7 мг/г. Подальше збільшення дози внесених сірчаних добрив вже мало позначається на накопиченні алліїну, його кількість становила 18,1 мг/г. У варіантах з використанням лише ліпоєвої кислоти, без підживлення рослин сіркою, суттєвих змін у кількості алліїну не спостерігалось. Обробка рослин 0,001%-ним розчином ліпоєвої кислоти незначно змінювала вміст алліїну в цибулинах, хоча в цілому він залишався подібний до того, що спостерігався у варіантах без використання ліпоєвої кислоти, а саме: 12,4 мг/г для варіанту без сірчаних добрив; 18,9 мг/г у варіанті з 75 кг/га сірки і 19,4 мг/г у варіанті з 125 кг/га сірки. Обробка рослин 0,01% розчином ліпоєвої кислоти в поєднанні з підживленням високими дозами сірчаних добрив (S₁₂₅) сприяла значному збільшенню вмісту алліїну в цибулинах: з 13,7 до 24,1 мг/г. Прибавка кількості алліїну у відношенні до варіанту з підживленням сірчаними добривами у кількості S₇₅ становила 33%, у той час як у варіантах без обробки рослин розчинами ліпоєвої кислоти та з обробкою 0,001% розчином ця різниця становила лише 2,4 і 3%.

Отже отримані результати свідчать, що ліпоєва кислота бере активну участь у процесах обміну сірковмісних сполук і у поєднанні з підживленням сірчаними добривами сприяє збільшенню вмісту алліїну в цибулинах часнику.

Аналіз трирічних спостережень за вмістом сірковмісних сполук в цибулинах часнику сорту Ботанічний фіолетовий, вирощеного за умов поєднання обробки рослин 0,01%-ним розчином ліпоєвої кислоти і підживлення високими дозами сірчаних мінеральних добрив (S₁₂₅) підтвердив з високим ступенем вірогідності (99,9%) існування синергічного зв'язку між цими факторами (рис.9 ).

Так, вміст алліїну в цибулинах дослідних рослин збільшився з 12,4 до 25,0 мг/г або на 111,6%. Аналогічні результати було отримано і при визначенні кількості органічних сульфідів, а саме 1,48 мг/г сірки для контролю і 3,20 мг/г сірки для дослідного варіанту, що становить 116,2% прибавки.

Таким чином, отримані дані свідчать, що позакоренева обробка рослин 0,01%-ним розчином ліпоєвої кислоти стимулює процеси відновлення сульфатної сірки, яка надходить до рослини з мінеральним живленням, а це у свою чергу позначається на підвищенні вмісту органічних сульфідів та алліїну, сполук, що обумовлюють фармакологічну цінність часнику.

Вплив сірчаного живлення на продуктивність часнику та його якісну характеристику

Відомо, що внесення під різноманітні сільськогосподарські культури сірчаних добрив здебільшого сприяє підвищенню їх врожайності [Кардиналовская, 1984]. Хоча при використанні високих доз сірки може спостерігатись і деяке падіння врожайності. Так, у роботі над вивченням впливу різних доз та джерел сірки на врожайність часнику було встановлено, що внесення під рослини сірки у вигляді сульфатів калію, натрію, кальцію і елементарної сірки у кількості до 25 мг/кг сприяло прибавці врожаю на 12-15%. Більш високі дози сірки не призводили до подальшого збільшення врожаю, а навіть дещо знижували його [Singh et al., 1995].

Аналіз продуктивності часнику в дослідах над вивченням впливу умов мінерального живлення на накопичення сірковмісних сполук у цибулинах часнику вірогідних відмінностей між контрольним та дослідними варіантами не виявив.

Так як кількісно домінуючими компонентами цибулин часнику є поліглюкофруктозани та білок, то цікаво було дослідити вплив січаного підживлення на накопичення цих сполук. Результати аналізів дають підставу стверджувати, що значних змін в кількості поліглюкофруктозанів та білку у дослідних варіантах не сталося, а різниця з контролем в багатьох випадках знаходилась на межі похибки досліду. Підсумовуючи результати трирічних дослідів, у цілому можна зробити висновок про те, що підживлення часнику сірковмісними добривами викликає незначне підвищення в його цибулинах вмісту білку, при одночасному, також незначному, зниженні вмісту поліглюкофруктозанів. Виявлена також сортова специфічність у накопиченні поліглюкофруктозанів, аналогічна розглянутій вище в прикладах з сульфідами та сульфоксидами.

Експериментальні дані також показали, що використання сірчаних добрив позитивно впливає на якість цибулин часнику як насіннєвого матеріалу, а саме на їх зимостійкість. Найбільш стійкими виявились рослини з цибулин часнику, вирощеного з використанням сірчаних добрив. Процент їх перезимування складав 99,8% для сульфату калію і 99,5% для сульфату амонію проти 91,9% у контрольному варіанті.

ВИСНОВКИ

1. Синтез і накопичення алліїну та органічних сульфідів - фармакологічно активних сполук часнику, тісно пов'язані з умовами мінерального живлення. В досліджених комбінаціях азотних калійних та сірчаних форм добрив найбільш ефективним є використання сульфату калію та сульфату амонію. Оптимальною, для максимального збільшення вмісту алліїну та органічних сульфідів у цибулинах часнику, визнана доза сірковмісних добрив, еквівалентна 75 кг сірки на гектар.

2. Накопичення фармакологічно активних сполук у цибулинах часнику за дії сірчаних добрив пов'язане з особливостями його морфології і має корелятивний зв'язок зі ступенем розвитку квіткової стрілки. Нестрілкуючим сортам (Український білий) властиво максимальне збільшення вмісту алліїну та органічних сульфідів у цибулинах.

3. Підживлення часнику сірчаними добривами при збереженні загальної врожайності продукції підвищує її фармацевтичну цінність і не погіршує традиційно прийнятих характеристик якості цибулин, вмісту поліглюкофруктозанів та білків.

4. Вирощування посівного матеріалу з використанням оптимальних доз сірчаних добрив (S₇₅) сприяє підвищенню його зимостійкості на 7,5-8,5%.

5. Ліпоєва кислота приймає участь у процесах фотосинтетичного відновлення сірки виконуючи роль переносника сульфіт-іонів у SO₃²⁺ S^2- ланцюгу.

6. Ліпоєва кислота як екзогенний регулятор накопичення фармакологічно активних сполук у цибулинах часнику розширює межі оптимального використання доз сірковмісних добрив від 75 кг/га до 125 кг/га сірки.

7. Обробка рослин розчином ліпоєвої кислоти в період весняної вегетації у поєднанні з підвищеними дозами сірчаних добрив, завдяки їх синергічній дії, сприяє максимальному підвищенню алліїну та органічних сульфідів у цибулинах часнику, що у свою чергу позначається на їх фармакологічній цінності.

8. Як технологічні параметри вирощування часнику для потреб харчової та фармацевтичної промисловості пропонується використання сірчаних добрив у кількості 125 кг сірки на гектар у поєднанні з обробкою рослин 0,01% розчином ліпоєвої кислоти.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Косян А.М. Спектрофотометрический метод определения органических сульфидов чеснока // Химико фармацевтический журнал. - 1982. - № 12. - С. 1463-1465.

2. Косян А.М. Рістрегулююча активність ліпоєвої кислоти та її вплив на накопичення фармакологічно активних сполук у цибулинах часнику // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. - К., 1998. - С.26-30.

3. Косян А.М. Спектрофотометричний метод визначення сульфоксидів // Український біохімічний журнал. - 1998. - 70, № 1. - С. 125-130.

4. Косян А.М. Вплив сірчаного живлення на накопичення сульфоксидів у цибулинах часнику // Український біохімічний журнал. -1998. - 70, № 1. - С. 105-109.

5. Kosjan A.M., Kharlamov A.V., Musienko M.M. Sulfur nutrition and sulfur organic compound accumulation in garlic bulb // Fertilization for Sustainable Plant Production and Soil Fertility. - Vol. II. - Braunschweig - Volrtyrode (Germany): FAL. - 1997. - P. 201-208.

6. Косян А.М., Тернавский А.И. Влияние минерального питания на накопление серусодержащих соединений в луковицах чеснока // Тезисы докладов VIII съезда УБТ. - Киев. - 1987. - С. 126.

7. Косян А.М. Дія ліпоєвої кислоти на ростові процеси, продуктивність та якість цибулин часнику // ІІ з'їзд Українського товариства фізіологів рослин. Тези доповідей. - Київ, 1993. - Т. 2. - С. 109-110.

8. Kosyan A., Taran N. Original method for determination of sulfoxides // European society for new methods in agricultural research. - Brno (Czech Republic) - 1998. - P.135.

9. Kosyan A. Lipoic acid and photosynthetic reduction of sulfate ions // Environmental aspects of sulfur nutrition in plants. Meeting of Working Group IV. - Pulawy (Poland). - 1998. - P. 22-23.

10. Kosyan A., Taran N. Regulation of sulphoxide accumulation in garlic bulbs by lipoic acid // Sulfur nutrition and assimilation in higher plants: Molecular, biochemical and physiological aspects. - Wengen (Switzeland). - 1999. - P. 44.

АНОТАЦІЯ

Косян А.М. Оптимізація сірчаного живлення часнику (Allium sativum L.) як спосіб регуляції накопичення фармакологічно активних сполук. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 - фізіологія рослин. - Київський університет імені Тараса Шевченка, Київ, 1999.

Дисертація присвячена вивченню особливостей сірчаного живлення часнику. Отримано нові дані, на основі яких встановлено закономірності синтезу та накопичення алліїну й органічних сульфідів (фармакологічно активних сполук) у цибулинах часнику. Встановлено сортову специфічність часнику у відношенні до підживлення сірчаними добривами, пов'язану з особливостями його морфології. На основі запропонованої гіпотези про можливі шляхи відновлення сірки в рослинному організмі проведено комплексне дослідження впливу ліпоєвої кислоти на фотосинтетичне відновлення сульфат-іонів. Показано, що обробка рослин часнику розчином ліпоєвої кислоти оптимізує засвоєння сірчаних добрив, що у свою чергу сприяє накопиченню алліїну та органічних сульфідів у цибулинах.

Ключові слова: алліїн, ліпоєва кислота, сірчане живлення, сульфоксиди, часник.

АННОТАЦИЯ

Косян А.М. Оптимизация серного питания чеснока (Allium sativum L.) как способ регуляции накопления фармакологически активных веществ. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук по специальности 03.0.12 - физиология растений. - Киевский университет имени Тараса Шевченко, Киев, 1999.

Диссертация посвящена вопросам изучения особенностей серного питания чеснока. Получены новые данные, на основании которых установлены закономерности синтеза и накопления аллиина и органических сульфидов (фармакологически активных соединений) в луковицах чеснока. В результате изучения динамики накопления аллиина в различных органах чеснока на протяжении вегетации установлено, что оптимальным сроком внесения серных удобрений есть фаза начала закладки зубков. Подкормка растений чеснока серными удобрениями положительно влияет на накопление сороорганических соединений в луковицах. Между дозами серных удобрений (до75 кг/га) и содержанием аллиина и органических сульфидов наблюдается тесная положительная коррелятивная связь. Дальнейшее увеличение дозы серы, до 125 кг/га не приводит к достоверному изменению содержания этих соединений в луковицах. Оптимальной дозой серных удобрений в почвенно-климатических условиях Киевской области является доза, эквивалентная 75 кг/га серы. Установлена сортовая специфичность чеснока в отношении к подкормке серными удобрениями, связанная с особенностями его морфологии. Математический анализ полученных данных показал, что между уровнем увеличения содержания серосодержащих соединений и высотой цветочной стрелки существует обратная корреляционная связь, при коэффициенте корреляции для аллиина -0,673, а для органических сульфидов -0,674. Серией лабораторных опытов на модельных системах получены результаты, подтверждающие выдвинутое гипотетическое предположение об участии липоевой кислоты в процессах фотосинтетического восстановления серы. Введение в модельную систему с хлоропластами шпината и сульфит-ионами липоевой кислоты стимулировало восстановление сульфит-ионов. При использовании вместо липоевой кислоты дитиотрейтола восстановления сульфит-ионов не наблюдалось, что свидетельствовало о специфичности данной реакции. В результате полевых опытов по изучению совместного действия подкормки чеснока серой и обработки растений растворами липоевой кислоты было получено подтверждение о существовании между этими факторами определенной связи. Обработка растений чеснока 0,01% раствором липоевой кислоты в сочетании с подкормкой повышенными дозами серных удобрений (125 кг/га) способствует значительному увеличению содержания аллиина в луковицах. Прибавка количества аллиина, по отношению к варианту с использованием 75 кг/га серы, составляет 33%, в то время как в вариантах без обработки растений липоевой кислотой и с обработкой 0,001% раствором эта разница не превышает 3%. Анализ трёхлетних наблюдений за содержанием серосодержащих соединений в луковицах чеснока, выращенного в условиях обработки растений 0,01% раствором липоевой кислоты и подкормки повышенными дозами серных удобрений (125 кг/га), подтвердил существование синергической связи между этими факторами. Содержание аллиина в луковицах опытных растений увеличилось на 111,6%, а органических сульфидов - на 115,2%. Полученные результаты свидетельствуют о том, что липоевая кислота, оптимизируя процессы восстановления серы, поступающей в растения чеснока с минеральным питанием, может служить регулятором накопления аллиина и органических сульфидов.

Ключевые слова: аллиин, липоевая кислота, серное питание, сульфоксиды, чеснок.

SUMMARY

Kosyan A.M. Optimization of garlic (Allium sativum L.) sulfur nutrition as the way of regulation of accumulation of pharmacologically active substances. - Handwriting.

The dissertation for the degree of Candidate of Biological Sciences on speciality 03.00.12 - plant physiology, Taras Shevchenko Kyiv University. Kyiv, 1999.

Dissertation is dedicated for the studying of the features of garlic's sulfur nutrition. There were received the new data on the basis of which the regularities of alliin's and organic sulfides' (pharmacologically active substances) synthesis and their accumulation in garlic bulbs have been instituted. Garlic variety's peculiarity dependent on sulfur fertilizers feeding and associated with distinctions of its morphology has been instituted. On the basis of the theory regarding possible ways of sulfur reduction in plant organism that was proposed by the author, the complex studying of effect of lipoic acid on photosynthetic reduction of sulfate ions has been carried out. It was shown that treatment of garlic plants with the solution of lipoic acid optimizes the assimilation of sulfur fertilizers what advance the accumulation of alliin and organic sulfides in bulbs.

Key words: alliin, lipoic acid, sulfur nutrition, sulphoxides, garlic.

Размещено на Allbest.ru