The purpose of the study is to identify macrochemical elements in plants that affect the quality of milk in cows of the red-motley breed of CJSC Plemzavod Krasnoturansky, Krasnoturansk District of the Kras-noyarsk Region. Objectives: study and identification of macrochemical elements in plants K+, Ca2+, PO34–, Mg2+; determination of the composition of phytogroups and testing of hay for macrochemical composition; study of the content of phosphoproteins and phospholipids in cow's milk. Based on the chemical composition, macrochemical elements were identified in plants. The most significant macrochemical elements Ca2+, PO34– for the quality of cow's milk have been identified. The highest Ca2+ content is 11.32 % in Bupleurum bicaule Helm., 11 % in Medicago sativa L.; PO34– – 2.7 % in Vicia sativa L. and 1.90 % in Bupleurum bicaule. The study used the methods of test sites used in geobotanical studies of ecological and biological factors affecting the quality of cows' milk using macrochemical analysis. The qualitative composition of chemical elements in the ash residue is determined. Fluctuations were noted in the content of macrochemical elements in the ash non-combustible residue during the seasons of the year. By autumn, the amount of Ca2+ and Mg2+ increases, and PO34– decreases. Studies were conducted on the in-fluence of Ca2+, PO34– on the formation of phosphoproteins and phospholipids in cow's milk. In summer (July) milk has a high fat content, in winter (February) – protein. Statistical processing of the data was carried out by calculating the percentage of organic matter using the ratio formula. The pastures of JSC Plemzavod Krasnoturansky belong to the zone-zonal groups: forest-steppe, forest-meadow, alpine, subalpine, located in the vicinity of the villages of Krasnoturansk and Lebyazhye, in the areas of the Unyuk and Turan mountain heights. The content of macroelements in the studied pastures of the farm was determined. Identification of macrochemical elements in plants provides an understanding of the influence of plants on the quality of cows' milk (nutritional value, value).
macrochemical elements, phosphoproteins, phospholipids, cow's milk, belt-zonal vegetation, bromphenol blue, Sudan III, microspecimen, milk quality
Введение. Растительные ресурсы Краснотуранского района Красноярского края привлекают внимание исследователей тем, что район расположен в поясе настоящих степей. Видовое разнообразие растительности данной местности объясняется сочетанием высотной поясности и широтной зональности. Растительность пастбищ племзавода «Краснотуранский» в зависимости от поясно-зональной приуроченности относится к лесостепной, степной, альпийской. Лесостепная и степная зоны занимают высоту 200–250 м над ур. м., альпийская зона представлена горными возвышенностями Унюк и Туран – 300–600 м над ур. м. Травостой этих поясов используется под пастбища для молочного скота и заготовки сена [1–3].
Цель исследования – выявить макроэлементы, содержащиеся в растениях пастбищ ЗАО «Племзавод Краснотуранский», и определить их влияние на молоко коров при помощи макрохимического анализа золы растительного сырья.
Материалы и методы. Для установления вида действующих веществ, определяющих хозяйственную значимость, наиболее характерны фитохимические исследования. Они проводятся методом фитохимического скрининга, когда растения исследуются на определенные группы соединений макроэлементов. Продуктивность дикорастущих растений по химическому составу зависит как от типа местообитания растений, так и от смены времен года [4].
Метод пробных площадок, применяемый в геоботанических изысканиях, является наиболее точным, так как при ограниченных размерах участков внимание сосредоточено на небольшой площади и здесь исключены пропуски растений, как на больших участках. Закладывание площадок проводилось в наиболее важных и наиболее распространенных ассоциациях. Площадки закладывались в форме квадрата 10 × 10 м [5].
Макроэлементы – химические элементы, их концентрация в растениях измеряется величинами от десятков процентов до сотых долей процента. В эту группу входят все органогенные элементы (C, O, H, N) и некоторые зольные элементы: кремний (Si), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg), натрий (Na), железо (Fe), фосфор (P), сера (S), алюминий (Al) и др. [6]. В химический состав основной массы растений входят 4 элемента: азот, углерод, водород, кислород, – которые во время горения улетучиваются в виде газообразных соединений. Оставшуюся, несгораемую часть называют минеральным зольным остатком (золой). Химический состав золы разнообразен и зависит от особенностей самого растения, а также от типа почвы, на которой оно произрастает. Среднее количество золы, получаемое после сжигания растения, составляет приблизительно 5 %. Однако отдельные органы растений сильно различаются по данному показателю: ее больше после сжигания тех органов, которые состоят преимущественно из живых клеток. Так, в среднем после сжигания древесины остается около 1 % золы; семян – около 3; стеблей и корней – 5; листьев – 15 %.
Существует ряд методов, с помощью которых можно определить качественный состав химических элементов, содержащихся в золе. Один из них – макрохимический анализ, в основе которого лежит свойство некоторых солей образовывать характерной формы кристаллы, по которым можно судить о наличии в составе золы того или иного элемента. Метод удобен, так как требует для исследования небольшого количества анализируемого материала и прост в выполнении [4, 5].
Анализ проводили в водяной и солянокислой вытяжках из золы. Принцип метода в том, что для каждого элемента подобран химический
реактив, который образует с соответствующим ионом продукт реакции, имеющий особую форму кристаллов или характерный цвет. Форму и окраску кристаллов выявляли с помощью микроскопа. Определение реакции кристаллизации было проведено в соответствии с требованиями техники микроскопического и микрохимического исследования растительной золы. Были приготовлены препараты зольного остатка с кристаллами, выпавшими в осадок, анализ осуществлялся на биологическом микроскопе «Микромед-1».
Сжигание проводилось в течение 30–40 мин до белой золы, в процессе необходимо было периодически помешивать материал препарированной иглой. После окончания сжигания тигли охлаждали и взвешивали, вычисляя процент органического вещества и процент золы статистическим методом по формуле
; Y = 100 – X ,
где X – процент органического вещества; Y – процент золы; A – абсолютная сухая масса тигля с растительным материалом; B – масса золы с тиглем; N – масса органического вещества [5].
Для анализа использовали заготовленную несгораемую часть – золу при сжигании растительных тканей (1 кг сухого вещества каждого вида растения). В растениях 40 % поташа К2СО3 содержится в полыни, гречихе, кукурузе. В ходе исследования выяснили, что К+ входит в состав почти всех растений, так как калий является элементом, необходимым для обмена в клетке растения. При недостатке его в почве растения развиваются очень плохо, в результате уменьшается урожай. Около 90 % добываемых солей калия используют в качестве удобрений.
Для обнаружения ионов К+ водную вытяжку, подсушенную на спиртовке, охлаждали и на осадок наносили реактив на калий – нитрит натрия-свинца-меди. В результате реакции выкристаллизовывались темно-зеленые кристаллы нитрита калия-свинца-меди по уравнению
Na2Pb6[Cu(NO2)6]+KCl→K2Pb6[Cu(NO2)6]+KCl+2Na.
Для обнаружения Са2+ применялась 1 %-я щавелевая или серная кислота на реактив Са2+, которым являлась подготовленная солянокислая вытяжка золы. В результате реакции под микроскопом находили в зоне препарирования с образованием канала игольчатые кристаллы щавелевокислого или сернокислого кальция.
CaCl2+H2SO4→CaSO4↓+2HCl.
Для обнаружения Mg2+ наносили на предметное стекло каплю солянокислой вытяжки, добавляли каплю водного раствора аммиака. Соединяли методом препарирования с каплей реактива на Mg2+, которым являлся 1 %-й гидрофосфат натрия. В результате реакции с ионом Mg2+ выпадали кристаллы разнообразной формы («звездочки», «сундучки», «ящички» и т. д.).
MgCl2+NH3+Na2HPO4→NH4MgPO4↓+2NaCl.
При обнаружение PO43- наносили на предметное стекло каплю солянокислой вытяжки, на раcстоянии 0,5 см – каплю реактива на фосфор – 1 %-го раствора молибдата аммония в азотной кислоте. В результате реакции образовывались зеленовато-желтые кристаллы фосфат-молибдата аммония.
H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3→(NH4)3PO4+12MoO3+21NH4NO3+ 12H2O.
Результаты и их обсуждение. Химический состав растений пастбищ зависит от почвенно-климатических условий произрастания, технологии приготовления и заготовки сена, количества длительности вегетативного периода, количества дней с солнечной лучистой энергией. Возможно даже внесение удобрений, влияющих на изменения ботанического состава пастбищ племзавода. В ходе исследования было установлено содержание кальция, магния и фосфора в различных видах растений пастбищ ЗАО «Племзавод Краснотуранский».
Кальций обычно накапливается в старых тканях, входит в состав оболочки клетки. Одна из основных функций кальция – это нейтрализация органических кислот, накапливающихся в растении. Главные представители высокой концентрации кальция являются семейство Fabaceae, рода Trifolium, Medicago, Onobrychis. Кальций является нейтрализатором вредного действия водородных ионов, уменьшая кислую реакцию почвенных растворов, создает более благоприятные условия для жизнедеятельности нитрофицирующих, азотофиксирующих и других микроорганизмов. Особенно хорошо развивается корневая система у представителей семейства Poaceae [4–6].
В ходе исследования было отмечено самое большое количество кальция (11,32 %) в 1 кг сухого вещества в Bupleurum bicaule Helm. и Medicago sativa L. (табл.).
Концентрация макроэлементов растений пастбищ ЗАО «Племзавод Краснотуранский», %
|
Вид растения |
Ca2+ |
Mg2+ |
PO43– |
K |
|
Medicago sativa L. |
11 |
– |
– |
– |
|
Trifolium pretense L. |
1,3 |
0,4 |
0,3 |
2,8 |
|
Lathyrus gmelinii Fritsch |
1 |
0,246 |
0,46 |
– |
|
Lathyrus pratensis L. |
2,55 |
0,21 |
0,5 |
– |
|
Onobrychis sibirica (Sirj.)Turcz. ex Grossh |
1,6 |
– |
0,4 |
– |
|
Astragalus melilotoides Pall. |
2,2 |
– |
0,35 |
– |
|
Hedysarum neglectum Ledeb. |
0,114 |
– |
0,281 |
– |
|
Vicia sativa L. |
– |
– |
2,7 |
– |
|
Bupleurum bicaule Helm. |
11,32 |
– |
1,90 |
– |
|
Avena sativa L. |
– |
– |
3,5 |
– |
|
Persicaria lapathifolia (L.) S.F. Gray |
2,18 |
– |
– |
– |
При изучении химического состава сена
выявлено, что кальция больше всего в люцерновом – 11 %, в клеверном и разнотравном содержание кальция составило 0,6 %. Богат кальцием также люцерновый силос – 6,2 %, в разнотравном – 2,8 % и 1,5 % – в кукурузном. В сене из родов Trifolium и Phleum содержание кальция составило 7,6 %, с люцерно-кострецовым составом – 8,2 % и злаково-бобовым соотношением – 7,2 %. Известно, что молодые побеги Dactylis glomerata L. являются самым лучшим кормовым растением. Из семейства Poaceae большое хозяйственное значение имеют кормовые растения, такие как Festuca pratensis Huds., Dactylis glomerata, Bromopsis inermis (Leyss.) Holub, Phleum pratense L. s. str.
Магний входит в состав молекулы хлорофилла, участвует в биохимических реакциях. Содержание магния – 1,3 % в сене мятликово-бобового состава. В Lathyrus gmelinii Fritsch выявлено 0,246 %, Lathyrus pratensis L. – 0,21 %. В клеверном силосе выявлено 0,4 % магния (табл. 1).
Фосфор поступает в растение только в форме иона ортофосфорной кислоты (PO43-). Некоторые растения способны поглощать как неорганические, так и органические соединения фосфора. В подобных растениях фосфор находится только в форме высшего окисла (PO4) и не восстанавливается.
Высокая концентрация фосфора отмечена в Avena sativa L. – 3,5 %, Bupleurum bicaule содержит 1,90 %. В сене мятликово-бобового состава количество фосфора – 1,6 %, в клеверно-люцерновом составе сена выявлено 0,6 %. В сене из Vicia sativa L. фосфора – 2,7 %. В силосе мятликово-бобовом выявлено 1,5 % фосфора (см. табл.).
Калий в растениях способен удерживать влагу, способствует синтезу белков, крахмала, жиров, участвует в образовании хлорофилла при помощи железа [7–9].
Высокой концентрацией калия отличается Trifolium pratense L. – 2,8 %. Содержание калия в составе рода Medicago и разнотравья из Festuca pratensis, Dactylis glomerata, Bromopsis inermis, Phleum pratense – 11,9 %; в силосе люцерновом – 6,6 % (см. табл.).
Благоприятное соотношение кальция и фосфора способствует хорошей усвояемости кальция организмом коров. Наиболее питательны растения весенней поры. Первые весенние (май) выгоны крупнорогатого скота на пастбища производят, когда растения находятся в ранних фазах вегетации и содержат наибольшее количество необходимых компонентов. В летние выпасы показатели концентрации кальция и фосфора в молоке коров наиболее стабильны, так как смены экосистем растительных сообществ на пастбищах ЗАО «Племзавод «Краснотуранский» происходят более длительное время.
Для исследования была сформирована группа коров-аналогов (30 гол.) красно-пестрой породы. Все животные находились в одинаковых условиях кормления. В период определения макрохимического состава растений пастбищ ЗАО «Племзавод Краснотуранский» были исследованы суточные пробы молока коров на содержание жира и общего белка [10].
Выявление содержания белка и липидов в коровьем молоке было проведено в полевых условиях. На предметном стекле были приготовлены пленочные гистологические микропрепараты молока коровы с применением красителя бромфенольный синий, а также с красителем судан III [11].
Выявление фосфопротеидов. На пленочный препарат коровьего молока был нанесен краситель водного раствора бромфенольного синего, что придало препарату базофильную окраску (темно-фиолетовый).
Выявление фосфолипидов. Для гистохимического выявления (определения) липидов используется реакция с суданом III, применяется для количественной оценки уровня фосфолипидов. На приготовленный пленочный препарат коровьего молока был нанесен краситель судан III, что привело к окрашиванию черным цветом большей части препарата.
Результаты визуальных наблюдений за интенсивностью окраски пленочного препарата коровьего молока показали, что яркость окраски зависела от содержания кальция, фосфора и магния: чем выше концентрация этих веществ, тем интенсивнее окраска, и наоборот. Наблюдалось снижение фосфора и магния в растениях, что влияло на выработку молока и перепады концентрации фосфолипидов и фосфопротеидов в нем, отмечены лишь незначительные снижения кальция весной, однако в Lathyrus gmelinii к осени количество кальция возрастало, а фосфора и магния уменьшалось. Это сильно влияло на содержание белка и жира в молоке: в зимний период наблюдалось большее количество белка (особенно в феврале), но меньшее – жира; осенью молоко было беднее по жиру, но богаче по белку.
Гистохимические исследования, проведенные в четыре этапа в течение одного года в стойловый и пастбищный периоды (февраль, май, июль, сентябрь), показали в летний период высокое содержание сухого вещества молока и общего белка, также летнее молоко оказалось наиболее жиросодержащим. Наименьшее содержание белка наблюдалось в зимний период (февраль).
Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о влиянии макроэлементов кальция и фосфора на содержание белка и жира в коровьем молоке. Также установлено, что летнее и осеннее молоко с более высоким содержанием фосфопротеидов и фосфолипидов, чем весеннее сенного периода. В пастбищный период прослеживается рост концентрации фосфопротеидов. В стойловом периоде кормления сеном, напротив, понижалась жирность молока, и концентрация белка падала. В августе-сентябре наблюдалось незначительное понижение общего белка в молоке, что связано напрямую с образованием протеина в растениях в связи с возрастанием кальция. В мае молоко оказалось самое жирное, жирнее, чем в июне. В июле–августе жирность молока повышалась, в стойловом периоде – понижалась.
Кальций и фосфор в растениях способствуют выработке молока и повышают содержание кальция в молоке коров, также они играют не последнюю роль в повышении концентрации жира в молоке. Результаты исследования показали, что в осенний период в растениях возрастает содержание кальция, а фосфора – уменьшается. Чем продуктивнее и разнообразнее по ботаническому составу растения пастбищ, тем выше надои и качество молока коров. Накопление макрохимических элементов разных зонально-секторных ландшафтов в заготовленном сене и растениях оказалось различным. Следовательно, наблюдалось разное содержание макрохимических элементов в молоке коров по зонально-секторному распределению растительности [1, 12].
Наименьшее содержание фосфопротеидов было замечено в зимний период (февраль) или в зимне-весенний (с февраля по апрель). В данный период – низкий показатель кальция, и это отражалось на качественном составе молока. По содержанию в молоке коров жира и общего белка показатели были ниже по сравнению с летним периодом. Таким образом, выявлено, что молоко летом по качественному составу является более ценным, чем в зимнее время года, что соответствует данным других авторов. В зимний период происходит снижение суточных удоев у коров.
1. Antipova E.M., Enulenko O.V. Poyasno-zonal'-naya struktura flory Sydinskoj predgornoj i Pribajtakskoj lugovoj stepej (Krasnoyarskij kraj) // Vestnik KrasGAU. 2017. № 12. S. 210–215.
2. Cherepnin L.M. Rastitel'nyj pokrov yuzhnoj chasti Krasnoyarskogo kraya // Uchenye zapiski Krasnoyar. ped. in-ta. Krasnoyarsk: Krasnoyarskij rabochij, 1956. T. 5. S. 3–43.
3. Antipova E.M., Enulenko O.V. Sosudistye ras-teniya Sydinskoj i Pribajtakskoj stepej (Kras-noyarskij kraj). Konspekt flory / Krasnoyar. gos. ped. un-t im. V.P. Astaf'eva. Krasnoyarsk, 2019. 400 s.
4. Zaharova T.K., Chaplygina I.A. Fiziologiya rastenij: laboratornyj praktikum. Ch. 1 / Kras-noyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2003. S. 35–38.
5. Zorkina T.M. `Ekologiya rastenij: uchebno-metodicheskij kompleks po discipline: labora-tornyj praktikum dlya studentov, obuchayu-schihsya po special'nostyam 020201 Biolo-giya, 020801 `Ekologiya. Ch. 3. Abakan: Izd-vo Hakas. gos. un-ta im. N.F. Katanova, 2006. S. 10–12, 34–35.
6. Bluket N.A., Emcev V.T. Botanika s osnovami fiziologii rastenij i mikrobiologii. 2-e izd., pererab. i dop. M.: Kolos, 1974. S. 93–106.
7. Poleznye rasteniya Hakasii / R.Ya. Plennik [i dr.]. Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-nie, 1989. 270 s.
8. Zhambalova E.V., Lumbunov S.G. Moloch-naya produktivnost' i estestvennaya rezistent-nost' korov krasno-pestroj porody, vvezennyh iz Krasnoyarskogo kraya // Vestnik KrasGAU. 2014. № 6. S. 229–231.
9. Fedorova E.G., Florensova B.S. Vliyanie porodnoj prinadlezhnosti i sezona goda na reologicheskie svojstva moloka // Vestnik KrasGAU. 2014. № 6. S. 226–229.
10. Alekseeva E.A. Vosproizvoditel'nye kachestva korov enisejskogo tipa krasno-pestroj porody // Vestnik KrasGAU. 2021. № 8. S. 101–106.
11. Dolgushin M.V., Vasil'eva L.S., Malinovs-kaya N.A. Prakticheskaya gistologiya. Gistohi-miya: ucheb. posobie. M.: G`EOTAR-Media, 2021. S. 34–38.
12. Zhekamuhov M.H., Sarbasheva A.I., Zha-shuev Zh.H. Vliyanie travostoya gornyh past-bisch na kachestvo i tehnologicheskie svojstva moloka // Agrarnyj vestnik Urala. 2011. № 7 (86). S. 34–36.
