Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Lipetsk, Russian Federation
UDK 634.75 Земляника
The purpose of the study is to establish the effect of artificial ultraviolet lighting on the content of biolo-gically active substances in strawberry fruits using the example of the Asia variety, which is widely used in production. The study was conducted in 2019–2021 in the Lipetsk Region. Transplantation of strawberries under conditions of a growing season was carried out by already rooted adult bushes with a clod of earth. The water-air regime of the soil under artificial lighting conditions was similar to open ground. Under artificial lighting, garden strawberry plants of the Asia variety bloomed 10 days later, had a smaller fruit weight, and had a lower content of organic acids and dry soluble substances than under the sun. Plants accumulated the same amount of water-soluble pectin substances regardless of the nature of the lighting. The content of yellow coloring substances from the vitamin P group – flavonols, as well as binders from the same group – catechins in strawberry fruits did not depend on the nature of the lighting. Strawberry plants under ultraviolet light accumulated the same amount of ascorbic acid as under sunlight. Compared to sunlight under artificial ultraviolet, strawberry fruits contained the least amount of pigments, including carotenoids and β-carotene. A significantly higher level of pectin substances, anthocyanins, tannins and coloring substances, including tannin, in strawberries under sunlight was established in comparison with artificial ultraviolet. Regardless of the nature of lighting, strawberry plants had the same water content and pH of the fruits and accumulated the same amount of ascorbic acid, flavonols, catechins and water-soluble pectin substances.
garden strawberries, artificial lighting, biochemical composition of fruits
Введение. Обеспечение растений высококачественной лучистой энергией в необходимом количестве для получения высоких урожаев хозяйственно и полезной биомассы – одна из основных биолого-технических проблем, возникающих при разработке систем управляемого культивирования растений и их посевов в искусственных условиях среды. Одним из применяемых спектров света является ультрафиолетовая радиация, характеризующаяся длиной волны 400 нм [1].
Витамины играют очень важную роль в физиологии растений, например, включаясь в цепь фосфорилирования в качестве коферментов [2]. Растительные пигменты чутко реагируют на качество света, например, хлорофилл разрушается под действием лазера [3]. У растений под лампами накаливания кущение сильно запаздывает, а цветение начинается слишком рано. Под люминесцентными лампами вырастают крепкие, хорошо окрашенные растения с фенофазами, мало чем отличающимися от таковых в открытом грунте [4]. В Липецкой области появился опыт выращивания земляники садовой при искусственном освещении. Биохимический состав плодов земляники садовой зависит от сорта даже в большей степени, чем от минерального питания [5]. Реакция земляники на свет является сортоспецифичной [6]. Для защищенного грунта себя зарекомендовали нейтральные сорта земляники садовой, не реагирующие на длину дня: Tamar 328, Ofra 76, Chandler, Dorit 216, Malach 156, sort 538 и сорт Selva [7]. Повышенная доля красного света в спектре светодиодных ламп способствует более раннему переходу сортов земляники к бутонизации, а повышенная доля синей составляющей спектра приводила к задержке генеративного развития короткодневных сортов (Богема, Ранняя плотная, Говоровская) на 1–2 недели [6]. По сравнению с естественным освещением в листьях земляники сортов Карнавал, Мамочка и Говоровская хлорофилла содержалось больше при освещении светодиодными лампами, но меньше при использовании натриевых ламп высокого давления [8]. Наибольше содержание сахаров и аскорбиновой кислоты в плодах земляники было отмечено при использовании натриевых ламп высокого давления. Увеличение доли синего света в спектре приводило к снижению содержания сахаров, а уменьшение доли синего света в спектре (менее 1/8) у всех сортов вело к снижению содержания аскорбиновой кислоты [9] и к активному биосинтезу хлорофилла у сортов Богема, Фламенко и Сельва [10]. В литературе мало сведений о влиянии характера освещения на содержание биологически активных веществ в плодах ягодных растений.
Цель исследования – установить влияние искусственного ультрафиолетового освещения на содержание биологически активных веществ в плодах земляники садовой на примере распространенного в производстве сорта Азия.
Объекты и методы. Исследование проводили в 2019–2021 гг. в Липецкой области: полевые учеты – в СПССПК «Тимирязевский» Долгоруковского района, вегетационный опыт и лабораторные анализы – на кафедре агротехнологий хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Елецкого государственного университета им. И.А. Бунина. Объектом исследования являлись плоды земляники садовой. Использовался средне-ранний сорт Азия. В хозяйстве земляника выращивалась на грядах по схеме 20 × 70 см в условиях капельного полива. Почва – чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый. Для чистоты эксперимента никаких химических обработок и минеральных подкормок на площадке отбора почвы и ягод не проводилось. С производственной площадки была отобрана почва для закладки вегетационного опыта по общепринятой методике [11]. Пересадка земляники в условия вегетационного опыта проводилась уже укорененными взрослыми кустами с комом земли в октябре 2019 г. Общее количество почвы в сосуде – 800 г. Сосуды с растениями во время наступления покоя (в течение осени и зимы) хранились в неотапливаемом закрытом помещении. По мере прогревания открытого грунта (апрель) сосуды с растениями были вновь установлены под искусственное освещение в лабораторию. Как и в производстве в условиях вегетационного опыта до цветения поддерживалась влажность почвы на уровне 75–80 % от наименьшей влагоемкости (НВ), а во время цветения – на уровне 70 % от НВ. Плотность почвы в сосудах была аналогичной участку открытого грунта и составляла 1,2 г/см3. В качестве освещения использовались ультрафиолетовые лампы Repti Zoo ReptiSol Desert (1010LL) мощностью 10 Вт. Лампы устанавливали на высоте 60 см. Всего было пересажено 40 растений земляники. Ежедневно для равномерности освещения все растения переставлялись местами. Пластиковые сосуды с растениями размещались в пластиковых поддонах по 10 шт. (рис.).
Общий вид растений земляники сорта Азия в условиях вегетационного опыта
Повторность опыта при учетах и анализах 5-кратная. Сбор плодов для анализа проводили в июне 2020 и 2021 гг. Определение содержания биологически активных веществ в плодах проводили по следующим методикам: фотометрическим методом – антоцианы [12], флавонолы и катехины [13], β-каротин [14], сумма каротиноидов и пигментов [15]; йодометрическим методом – аскорбиновая кислота [16]; титриметрическим методом – сумма красящих и дубильных веществ [17], танин [18] и содержание органических кислот в пересчете на яблочную [19]; ионометрическим методом – рН [20]; рефрактометрическим методом – содержание сухих растворимых веществ в соке [21]; содержание воды – арбитражным методом [22], пектинов – кальций-пектатным методом [23]. Математическую обработку полученных данных проводили методом дисперсионного анализа [24].
Результаты и их обсуждение. В результате исследований установлено, что растения земляники в условиях искусственного освещения зацветали на 10 дней позже и имели меньшую массу плода, чем в открытом грунте. При искусственном освещении в плодах земляники содержалось существенно меньше органических кислот и сухих растворимых веществ. Различий по рН мякоти и количеству в ней воды не установлено (табл. 1).
Таблица 1
Масса и некоторые биохимические параметры плодов земляники садовой
в зависимости от характера освещения (среднее за 2020–2021 гг.)
|
Вариант освещения |
Средняя масса плода, г |
рН мякоти |
Содержание, % |
||
|
органических кислот |
воды |
сухих водорастворимых веществ |
|||
|
Естественное |
25,4 |
3,7 |
1,8 |
91,1 |
12,0 |
|
Искусственное |
5,7 |
3,9 |
1,2 |
92,3 |
7,6 |
|
НСР05 |
4,6 |
0,5 |
0,4 |
11,2 |
2,4 |
|
НСР % |
6,9 |
4,0 |
3,5 |
6,2 |
5,1 |
Растения земляники при ультрафиолетовом освещении накапливали такое же количество аскорбиновой кислоты, что и при солнечном, однако содержали существенно меньше пигментов и каротиноидов, в т. ч. β-каротина (табл. 2).
Таблица 2
Содержание витаминов в плодах земляники садовой в зависимости
от характера освещения (среднее за 2020–2021 гг.), мг%
|
Вариант освещения |
Аскорбиновая кислота |
β-каротин |
Сумма каротиноидов |
Сумма всех пигментов |
|
Естественное |
28,4 |
0,1 |
1,9 |
18,3 |
|
Искусственное |
23,3 |
0,03 |
1,4 |
11,1 |
|
НСР05 |
0,6 |
0,05 |
0,3 |
2,3 |
|
НСР % |
4,5 |
2,7 |
3,9 |
4,1 |
Установлен существенно больший уровень антоцианов, дубильных и красящих веществ, в т. ч. танина, в плодах земляники при солнечном освещении в сравнении с искусственным ультрафиолетовым (табл. 3).
Таблица 3
Содержание биологически активных витаминоподобных веществ в плодах земляники
садовой в зависимости от характера освещения (среднее за 2020–2021 гг.)
|
Вариант освещения |
Антоцианы, мг% |
Флавонолы, мг% |
Катехины, мг% |
Сумма дубильных и красящих веществ, % |
Танин, % |
|
Естественное |
60,1 |
43,3 |
2,8 |
1,6 |
1,0 |
|
Искусственное |
44,9 |
50,9 |
3,0 |
0,4 |
0,3 |
|
НСР05 |
9,6 |
8,0 |
1,0 |
0,4 |
0,4 |
|
НСР % |
6,4 |
6,5 |
4,0 |
3,4 |
3,3 |
Содержание желтых красящих веществ из группы витамина Р – флавонолов, а также вяжущих веществ из этой же группы – катехинов в плодах земляники не зависело от характера освещения.
Между вариантами освещения у растений земляники различия в содержании пектиновых веществ проявились только в отношении их нерастворимой фракции и общего количества (табл. 4).
Растения накапливали одинаковое количество водорастворимых пектиновых веществ независимо от характера освещения.
Таблица 4
Содержание пектиновых веществ в плодах земляники садовой в зависимости
от характера освещения (среднее за 2020–2021 гг.), %
|
Вариант освещения |
Водорастворимые Пектиновые вещества |
Протопектин и пектиновая кислота |
Сумма пектиновых веществ |
|
Естественное |
4,4 |
2,1 |
6,5 |
|
Искусственное |
5,1 |
4,6 |
9,7 |
|
НСР05 |
2,0 |
0,8 |
2,8 |
|
НСР % |
3,6 |
3,3 |
4,0 |
Заключение
1. При искусственном освещении растения земляники садовой сорта Азия зацветали на 10 дней позже, имели меньшую массу плода, с меньшим содержанием органических кислот и сухих растворимых веществ, чем под солнцем.
2. По сравнению с солнечным освещением при искусственном ультрафиолетовом в плодах земляники садовой содержалось меньше пигментов, в т. ч. каротиноидов и β-каротина.
3. Установлен существенно больший уровень пектиновых веществ, антоцианов, дубильных и красящих веществ, в т. ч. танина в плодах земляники при солнечном освещении в сравнении с искусственным ультрафиолетовым.
1. Rozhdestvenskiy V.I., Kleshnin A.F. Upravlyaemoe kul'tivirovanie rasteniy v iskusstvennoy srede. M.: Nauka, 1980. 199 s.
2. Fiziologiya plodovyh rasteniy / per. s nem. L.K. Sadovskoy, L.V. Solov'evoy, L.V. Shvergunovoy; pod red. i s predisl. R.P. Kudryavca. M.: Kolos, 1983. 416 s.
3. Budagovskaya O.N. Issledovanie fotodestrukcii nativnyh list'ev // Nauchnye osnovy effektivnogo sadovodstva: tr. VNIIS im. I.V. Michurina. Voronezh: Kvarta, 2006. S. 111–120 s.
4. Leman V.M. Kurs svetokul'tury rasteniy. M.: Vyssh. shk., 1961. 206 s.
5. Pomyaksheva L.V., Konovalov S.N. Biohimicheskiy i himicheskiy sostav plodov zemlyaniki sadovoy (Fragaria × ananassa Duch.) pri vozdelyvanii s kapel'nym polivom i fertigaciey na dernovo-podzolistoy pochve // Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2019. № 2. S. 18–24.
6. Yakovceva M.N. Fotomorfogeneticheskaya regulyaciya rosta i razvitiya zemlyaniki sadovoy (Fragaria × ananassa Duch.) v uslo-viyah svetokul'tury: avtoref. dis. … kand. biol. nauk. M., 2017. 22 s.
7. Hapova S.A. Vyraschivanie zemlyaniki sadovoy v zakrytom grunte s primeneniem kapel'nogo orosheniya // Vestnik Rossiyskoy akademii sel'skohozyaystvennyh nauk. 2007. № 2. S. 53–54.
8. Yakovceva M.N., Tarakanov I.G. Tehnologiya vyraschivaniya rasteniy zemlyaniki sadovoy Fragaria ananassa Duch. na osnove ispol'zovaniya uzkopolosnogo spektra fotosinteticheski aktivnoy radiacii // Perspektivy razvitiya APK v rabotah molodyh uchenyh: sb. mat-lov region. nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh. T. 1. Tyumen', 2014. S. 177–180.
9. Fotomorfogenez i produkcionnyy process raznyh ontotipov zemlyaniki sadovoy (Fragaria × ananassa Duch.) v usloviyah svetokul'tury na osnove uzkopolosnyh svetodiodov / M.N. Yakovceva [i dr.] // Izvestiya Timiryazevskoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2016. № 4. S. 69–95.
10. Vliyanie spektral'nogo sostava svetodiodnogo izlucheniya na rost i razvitie rasteniy / P.A. Lyah [i dr.] // Innovacii i prodovol'stvennaya bezopasnost'. 2022. № 1 (35). S. 108–120.
11. Metodika polevyh i vegetacionnyh opytov s udobreniyami i gerbicidami / pod red. A.V. Sokolova, D.L. Askinazi. M.: Nauka, 1967. 183 s.
12. Programma i metodika sortoizucheniya plodovyh, yagodnyh i orehoplodnyh kul'tur. Michurinsk: VNIIS im. I.V. Michurina, 1973. 492 s.
13. Vigorov L.I., Tribunskaya A.Ya. Metody opredeleniya flavonolov i flavonov v plodah i yagodah // Tr. III Vsesoyuz. seminara po biologicheski aktivnym (lechebnym) veschestvam plodov i yagod. Sverdlovsk, 1968. S. 492–506.
14. GOST 8756.22-80. Produkty pererabotki plodov i ovoschey. Metod opredeleniya karotina. Vved. 06.03.1980. M.: Standartinform, 2009. 4 s.
15. Shlyk A.A. Opredelenie hlorofilla i karotinoidov v ekstraktah zelenyh list'ev // Biohimicheskie metody v fiziologii rasteniy. M.: Nauka, 1971. S. 154–170.
16. Pleshkov B.P. Praktikum po biohimii rasteniy. M.: Kolos, 1976. 255 s.
17. GOST 24027.2-80. Syr'e lekarstvennoe rastitel'noe. Metody opredeleniya vlazhnosti, soderzhaniya zoly, ekstraktivnyh i dubil'nyh veschestv, efirnogo masla. Vved. 01.01.1981. M.: Standartinform, 1981. 8 s.
18. GOST 19885-74. Chay. Metody opredeleniya soderzhaniya tanina i kofeina. Vved. 25.06.1974. M.: Standartinform, 2009. 4 s.
19. GOST 25555.0-82. Produkty pererabotki plodov i ovoschey. Metody opredeleniya titruemoy kislotnosti. Vved. 27.12.1982. M.: Standartinform, 2010. 4 s.
20. Fotomorfogenez i produkcionnyy process raznyh ontotipov zemlyaniki sadovoy (Fragaria × ananassa Duch.) v usloviyah svetokul'tury na osnove uzkopolosnyh svetodiodov / M.N. Yakovceva [i dr.] // Izvestiya Timiryazevskoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2016. № 4. S. 69–95.
21. GOST ISO 2173-2013. Produkty pererabotki fruktov i ovoschey. Refraktometricheskiy metod opredeleniya rastvorimyh suhih veschestv. Vved. 28.08.2013. M.: Standartinform, 2014. 14 s.
22. GOST 29031-91. Produkty pererabotki plodov i ovoschey. Metod opredeleniya suhih veschestv, ne rastvorimyh v vode. Vved. 17.06.1991. M.: Standartinform, 2010. 4 s.
23. Aver'yanova, E.V., Shkol'nikova M.N. Pektin: metody vydeleniya i svoystva: metodicheskie rekomendacii k vypolneniyu laboratornyh rabot dlya studentov napravleniy podgotovki 19.03.01 «Biotehnologiya», 19.03.02 «Produkty pitaniya iz rastitel'nogo syr'ya», magistrantov napravleniya podgotovki 19.04.02 «Produkty pitaniya iz rastitel'nogo syr'ya». Biysk: Izd-vo Alt. gos. tehn. un-ta, 2015. 42 s.
24. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniya): ucheb. dlya vuzov. 6-e izd. M.: Al'yans, 2011. 351 s.
