Цель исследования – провести сравнительный анализ биохимического состава яблок свердловской селекции сорта Экранное. Задачи: исследовать биохимические показатели и минеральный состав яблок; изучить элементный профиль почвы. Представлены результаты исследования элементного состава почвы и биохимического состава яблок сорта Экранное, произрастающих на двух разных участках (34-м и 42-м кварталах) Григорьевских садов (Челябинская обл., Каслинский р-н, д. Григорьевка). Были изучены профили сахаров, органических кислот, содержание пищевых волокон, полифенолов, флавоноидов, витамина С, а также титруемая кислотность, антиоксидантная активность и минеральный состав плодов. При идентичных агротехнических параметрах возделывания и условиях произрастания плоды имеют существенную разницу в величинах биохимических показателей, что обусловлено в том числе неравномерным распределением половины минеральных элементов с высокой долей количественной вариативности – Si+2 (218 %), Pb+2 (90), Mn+3 (82), Sr+2 (77), Bа+2 (72), P+3 (69), Co+2 (44), Cа+2 (37), Zn+2 (27), Mg+2 (26), Ni+2 (18 %) по профилю почвы, используемой для выращивания яблонь данного сорта. Для яблок, произрастающих на 34-м участке, свойственно повышенное содержание флавоноидов (в 2 раза), минеральных веществ (Al+3 – в 2,6 раза, B+3 – на 15,6 %, Cr+2 – на 53,8 %, Fe+2 – на 19,0 %, Mn+3 – в 1,7 раза, Na+ – в 65,3 раза, Ni+2 – на 76,2 %, Si+2 и Zn+2 – в 1,4–1,5 раза), для плодов с 42-го участка – органических кислот (яблочной – в 3,4 раза, янтарной – в 4,3 раза, молочной – на 40,1 %), нерастворимых пищевых волокон (на 13,3 %), полифенолов (на 18,9 %), витамина С (на 47,7 %), макро- и микроэлементов: Ba+2 – в 2,1 раза, Ca+2 – на 46,4 %, К+ – на 14,2 %, P+3 – на 26,5 %, Sr+2 – в 2,5 раза, а также Co+2 и Ti+2.
яблоки, биохимические показатели, минеральный состав, сорт, почва, агроценоз
Введение. Основой инновационного развития садоводства является максимальное раскрытие биологического потенциала сортов при эффективном использовании экологических и технологических факторов [1]. В ретроспективе за два десятка лет площади угодий, занятые под капельным орошением – известным атрибутом интенсивного сада, увеличились более чем в 6 раз [2].
Яблоки – плоды, богатые фитонутриентами, обладающими биологической активностью и положительным влиянием на здоровье человека [3]. Главенствующая роль в повышении рентабельности насаждений яблони (Malus domestica Borkh.), увеличении количества и качества продукции принадлежит сорту, соответствующему современным требованиям производства [4, 5].
Существенными ограничительными моментами для выращивания плодовых культур на Среднем Урале являются повреждающие зимние температуры ниже –30 °С, короткий вегетационный период продолжительностью 109–119 дней и низкая сумма активных температур 1600–1800 °С [6]. Несмотря на это, уральскими специалистами достигнуты большие результаты по селекции яблони [7, 8], но совершенствование сортимента адаптивными сортами нового поколения, пригодными для интенсивных технологий возделывания с конкурентоспособными плодами на рынке, по-прежнему является актуальным [9]. Биохимические показатели и потребительские свойства свежих плодов яблони изменяются в процессе их созревания, что во многом зависит от сорта, почвенно-климатических условий и агротехнических приемов выращивания, сроков уборки, условий и продолжительности хранения [10].
Цель исследования – провести сравнительный анализ биохимического состава яблок свердловской селекции сорта Экранное.
Задачи: исследовать биохимические показатели и минеральный состав яблок; изучить элементный профиль почвы.
Объекты и методы. Oбъeктами для изучения пocлyжили образцы почвы и плодов яблонь свердловской селекции осеннего сорта Экранное урожая 2022 г., произрастающих на двух разных участках (34-м и 42-м кварталах) одного агроценоза – Григорьевских садов (ИП ГК(Ф)Х Филиппова А.А.). Расстояние между исследуемыми участками составляет 0,5 км. По внешнему виду яблоки имеют характеристики, свойственные данному помологическому сорту (см. рис.). Григорьевские сады расположены в северной лесостепи Челябинской области в окрестностях д. Григорьевка Каслинского района (широта: 56.158036, долгота: 60.907736). Почва в агроценозе дерновая (рН 6,17 – на 34-м квартале, 5,78 – на 42-м квартале); возраст плодовых культур 5–6 лет; подвой у яблонь – вегетативно размножаемый клоновый 54-118; агротехника возделывания – по интенсивным технологиям (капельный полив и фертигация). Климат в зоне проведения исследований континентальный.
|
|
|
|
С 34-го квартала |
С 42-го квартала |
Внешний вид яблок сорта Экранное
Общее содержание сухих веществ и влаги в яблоках определяли по ГОСТ 33977-2016, сахаров – по М 04-69-2011, органических кислот – по М 04-47-2012, нерастворимых пищевых волокон – по ГОСТ Р 54014-2010, флавоноидов – по Р 4.1.1672-2003, минеральных веществ в плодах и почве – по МУК 4.1.1482-03 и МУК 4.1.1483-03, титруемую кислотность – по ГОСТ ISO 750-2013, витамина С – по [11], полифенолов – по [12], антиоксидантную активность (АОА) – по [13].
Результаты и их обсуждение. Высокое содержание сухих веществ (19,5 %) было характерно для яблок, полученных в условиях 34-го квартала данного агроценоза, на фоне средней величины (14,4 %) показателя плодов с 42-го квартала (табл. 1). Известно, что на основную массу сухих веществ, содержащихся в плодах, приходятся углеводы – сахара, крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества [14]. Благоприятным уровнем сахаров в яблоках считают количество 11–12 % [15]. В этой связи продукция с 34-го квартала с содержанием последних на уровне 17,4 % является более конкурентоспособной. При детальном изучении фракционного состава сахаров определено, что во всех пробах яблок лидирующие позиции в количественном отношении занимает фруктоза (70 %), затем следуют глюкоза (21 %) и сахароза (9 %). Моно- и дисахариды выполняют основную функцию в метаболизме плодов, наряду с органическими кислотами они обуславливают вкус растительной продукции [16]. Установлено значительное превышение уровня яблочной кислоты над содержанием молочной и янтарной кислот в яблоках с обоих участков. При этом плоды с 42-го квартала содержат больше яблочной и янтарной кислот в 3,4 и 4,3 раз соответственно. Очень высокое значение титруемой кислотности было характерно для всех яблок независимо от места произрастания. Гармоничный вкус имеют, как правило, плоды с сахарокислотным индексом 15–25. В связи с чем для яблок с 42-го квартала изначально предопределены более кислые ноты во вкусе из-за низкой величины этого показателя. Нерастворимых пищевых волокон было также больше (на 13,3 %) в плодах с этого участка.
Таблица 1
Биохимические показатели плодов
|
Показатель |
34-й квартал |
42-й квартал |
|
Влага, % |
80,5±1,6 |
85,6±1,9 |
|
Сухие вещества, % |
19,5±0,4 |
14,4±0,3 |
|
Сахара, % |
17,4±0,3 |
11,9±0,2 |
|
В т. ч.: |
|
|
|
сахароза |
1,6±0,1 |
1,0±0,1 |
|
глюкоза |
3,6±0,2 |
2,5±0,1 |
|
фруктоза |
12,2±0,7 |
8,4±0,5 |
|
Органические кислоты, мг/кг: |
|
|
|
яблочная |
6529,3±77,2 |
22370,0±197,5 |
|
янтарная |
309,0±2,1 |
1339,3±9,4 |
|
молочная |
327,1±2,8 |
458,3±3,4 |
|
Титруемая кислотность, % |
1,4±0,1 |
1,8±0,1 |
|
Сахарокислотный индекс, о.е. |
12,4±0,4 |
6,6±0,2 |
|
Нерастворимые пищевые волокна, г/100 г |
1,5±0,1 |
1,7±0,1 |
|
Флавоноиды (в пересчете на рутин), % |
0,06±0,01 |
0,03±0,01 |
|
Полифенолы, ммоль/л экв. галловой кислоты |
0,43±0,01 |
0,53±0,02 |
|
Витамин С, мг/100 г |
4,4±0,1 |
6,5±0,2 |
|
АОА, % |
70,9±2,1 |
79,1±2,5 |
Флавоноиды, относящиеся к классу фенольных соединений, проявляют различные виды биологической активности, в т. ч. антиканцерогенной, противовирусной, мембранотропной и др. [3]. Выявлено, что в плодах с 34-го участка флавоноидов содержится в 2 раза больше, несмотря на меньшее (на 18,9 %) количество полифенолов в целом. АОА плодов яблони связывают не только с содержанием полифенолов, но и с количеством аскорбиновой кислоты [17]. В этой связи относительно низкий уровень последней в яблоках с 34-го участка в общей совокупности согласуется с величиной их антиокислительных свойств, которая оказалась на 10,4 % ниже аналогичного показателя плодов с соседнего квартала.
Рентабельность садоводства зависит от применения рациональной системы удобрений, в т. ч. минеральных, с учетом биологических особенностей плодовых культур, почвенных и погодных условий. Минеральный состав почвы агроценоза зависит также от химического состава почвообразующей породы и влияния почвообразовательного процесса на перераспределение элементов по профилю почвы [17]. В этой связи изучение минерального состава плодов яблонь одного сорта, выращенных при идентичных условиях агротехники возделывания в пределах одного сада, но на территориально разных участках, представляет особый практический интерес. Определено (табл. 2), что яблоки с 34-го участка отличаются повышенным содержанием большего количества макро- и микроэлементов, а именно 9 соединений: Al+3 (в 2,6 раза), B+3 (на 15,6 %), Cr+2 (на 53,8 %), Fe+2 (на 19,0 %), Mn+3 (в 1,7 раза), Na+ (в 65,3 раза), Ni+2 (на 76,2 %), Si+2 и Zn+2 (в 1,4–1,5 раз). Плоды с 42-го квартала превосходят плоды с 34-го квартала по 5 элементам: Ba+2 (в 2,1 раза), Ca+2 (на 46,4 %), К+ (на 14,2 %), P+3 (на 26,5 %), Sr+2 (в 2,5 раза), в них дополнительно обнаружены Co+2 и Ti+2. Содержание Pb+2 во всех пробах яблок не превысило регламентированной нормы ТР ТС 021/2022 (не более 0,4 мг/кг), однако было больше (в 2,6 раза) в образцах с 34-го участка.
Таблица 2
Минеральный состав плодов и почвы
|
Элемент |
Содержание, мг/кг |
|||
|
34-й квартал |
42-й квартал |
|||
|
Яблоки |
Почва |
Яблоки |
Почва |
|
|
Al+3 (алюминий) |
1,36±0,07 |
22560,1±138,3 |
0,52±0,02 |
22220,0±151,7 |
|
B+3 (бор) |
1,26±0,05 |
36,0±1,1 |
1,09±0,04 |
39,9±1,3 |
|
Ba+2 (барий) |
0,12±0,01 |
111,0±5,2 |
0,25±0,01 |
191,1±7,4 |
|
Ca+2 (кальций) |
55,1±1,6 |
5794,2±38,2 |
80,8±2,4 |
7940,1±43,6 |
|
Cd+2 (кадмий) |
< 0,0001 |
0,65±0,02 |
< 0,0001 |
0,64±0,02 |
|
Co+2 (кобальт) |
< 0,001 |
12,8±0,6 |
0,013±0,001 |
18,4±0,8 |
|
Cr+2 (хром) |
0,020±0,001 |
74,6±2,4 |
0,013±0,001 |
72,5±2,8 |
|
Cu+2 (медь) |
0,21±0,02 |
22,0±0,5 |
0,19±0,01 |
22,0±0,6 |
|
Fe+2 (железо) |
1,25±0,05 |
19353,1±126,3 |
1,05±0,04 |
21803,2±131,2 |
|
К+ (калий) |
1250,3±23,0 |
3712,3±21,2 |
1428,4±21,8 |
3990,1±27,1 |
|
Li+1 (литий) |
< 0,01 |
9,2±0,3 |
< 0,01 |
9,1±0,3 |
|
Mg+2 (магний) |
14,6±0,4 |
6324,1±42,2 |
14,2±0,5 |
8000,3±45,1 |
|
Mn+3 (марганец) |
0,22±0,01 |
630,0±9,9 |
0,13±0,01 |
1150,0±21,6 |
|
Na+ (натрий) |
1,960±0,081 |
328,1±7,3 |
0,030±0,001 |
337,2±7,1 |
|
Ni+2 (никель) |
0,037±0,003 |
54,0±1,1 |
0,021±0,001 |
45,6±0,8 |
|
P+3 (фосфор) |
124,1±2,5 |
1597,2±30,1 |
157,0±3,2 |
2706,1±32,6 |
|
Pb+2 (свинец) |
0,103±0,005 |
4,4±0,1 |
0,040±0,002 |
8,4±0,3 |
|
Si+2 (кремний) |
2,19±0,06 |
44,6±1,3 |
1,47±0,08 |
142,0±5,4 |
|
Sr+2 (стронций) |
0,077±0,003 |
36,6±0,6 |
0,192±0,010 |
64,7±1,5 |
|
Ti+2 (титан) |
< 0,001 |
1042,1±33,1 |
0,16±0,01 |
1108,2±35,2 |
|
V+2 (ванадий) |
51,6±1,4 |
< 0,001 |
60,2±1,9 |
|
|
Zn+2 (цинк) |
0,34±0,02 |
44,0±1,1 |
0,25±0,01 |
56,0±1,5 |
В значительной степени интенсивность поглощения микроэлементов растениями зависит от свойств почвы (химического состава, содержания высокодисперсных минеральных и органических веществ, рН, окислительно-восстановительного потенциала и др.), которые регулируют процессы мобилизации и иммобилизации соединений элементов [18]. Определено неравномерное распределение половины элементов с высокой долей количественной вариативности – Si+2 (218 %), Pb+2 (90), Mn+3 (82), Sr+2 (77), Bа+2 (72), P+3 (69), Co+2 (44), Cа+2 (37), Zn+2 (27), Mg+2 (26), Ni+2 (18 %) по профилю почвы Григорьевских садов. Известно, что растения избирательно поглощают минеральные компоненты из почвы. В большем количестве поглощаются те из них, которые необходимы для роста [19]. Этим объясняется наличие Cd+2, Li+1, V+2, которые не обладают установленной биологической ролью, в почве данного агроценоза и их отсутствие в плодах яблонь. Выявлено, что повышенные концентрации Cr+2 и Ni+2 в яблоках с 34-го квартала, а также Ba+2, Ca+2, К+, P+3 и Sr+2 – в плодах с противоположного участка напрямую согласуются с их высокими уровнями в почвенном покрове. Однако необходимо отметить, что относительно высокое содержание Fe+2, Mn+3, Pb+2, Si+2 и Zn+2 в почве с 42-го квартала не всегда способствовало накоплению их в плодах. В то же время относительно низкие уровни указанных элементов в почве с 34-го участка не ограничили их накопление в яблоках, что соответствует данным [20] и обусловлено, в первую очередь, соотношением концентраций других микроэлементов в почве, которое влияет на потенциал их поступления в яблоки. Так, Zn+2 и B+3 почвенного профиля оказывают антагонистическое влияние на поступление Mn+3 в растения [18], что проявилось на примере системы «почва – растение» с 42-го квартала. В то же время на 34-м участке между B+3 и Zn+2 наблюдаются синергические отношения, т. е. присутствие их в почве в меньших количествах способствует большему накоплению в плодах яблони, и это является нормой для взаимодействия данных микроэлементов [18].
Принимая во внимание требования «Методических указаний по химико-технологическому сортоиспытанию овощных, плодовых и ягодных культур для консервной промышленности» [21], плоды сорта Экранное, произрастающие в условиях Григорьевских садов на 42-м участке, из-за более высокого показателя титруемой кислотности и низкой величины сахарокислотного индекса пригодны для технологической переработки. Яблоки с 34-го квартала, имея противоположные характеристики по представленным выше свойствам, больше пригодны для употребления в свежем виде.
Заключение. При идентичных агротехнических параметрах возделывания и условиях произрастания плоды яблонь сорта Экранное имеют существенную вариабельность в величинах биохимических показателей, что обусловлено в том числе неравномерным распределением половины минеральных элементов – Si+2, Pb+2, Mn+3, Sr+2, Bа+2, P+3, Co+2, Cа+2, Zn+2, Mg+2, Ni+2 по профилю почвы, используемой для выращивания данной плодовой культуры. В этой связи для яблок, произрастающих на 34-м участке, свойственны повышенное содержание сухих веществ, сахаров, флавоноидов, минеральных веществ (Al+3, B+3, Cr+2, Fe+2, Mn+3, Na+, Ni+2, Si+2 и Zn+2), для плодов с 42-го участка – органических кислот, нерастворимых пищевых волокон, полифенолов, витамина С, макро- и микроэлементов: Ba+2, Ca+2, К+, P+3, Sr+2 и также Co+2 и Ti+2.
1. Сардарова Д.И., Искендерова Т.Г. Биометрические показатели сортов в молодом яблоневом саду для обеспечения населения экологически чистой продукцией // Бюллетень науки и практики. 2022. Т. 8, № 4. С. 165–172.
2. Безопасные системы и технологии капельного орошения: научный обзор ФГНУ «РосНИИПМ» / Г.Т. Балакай [и др.]. М.: Мелиоводинформ, 2010. 52 с.
3. Сравнительные исследования содержания фенольных соединений, флавоноидов и антиоксидантной активности яблок разных сортов / Н.В. Макарова [и др.] // Химия растительного сырья. 2018. № 2. С. 115–122. DOI:https://doi.org/10.14258/jcprm.2018022205.
4. Седов Е.Н. Селекция и новые сорта яблони. Орел: ВНИИСПК, 2011. 622 с.
5. Красова Н.Г., Галaшева А.М., Королев Е.Ю. Современный сортимент яблони в ЦЧО и перспективы использования генофонда ВНИИСПК в селекции // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. 2020. № 4. С. 13–17. DOI:https://doi.org/10.30850/vrsn/2020/4/13-17.
6. Тарасова Г.Н., Тележинский Д.Д. Новые сорта груши для Среднего Урала // Современное садоводство. 2018. № 3. С. 33–38. DOI:https://doi.org/10.24411/2312-6701-2018-10305.
7. Савельева Н.Н. Биологические и генетические особенности яблони и селекция иммунных к парше и колонновидных сортов. Мичуринск: ВНИИС им. И.В. Мичурина, 2016. 280 с.
8. Загиров Н.Г. Изучение биологических особенностей роста и развития интродуцированных зимних сортов для пополнения генофонда яблони // Субтропическое и декоративное садоводство. 2021. № 76. С. 25–33. DOI:https://doi.org/10.31360/2225-3068-2021-76-25-33.
9. Макаренко С.А. Приоритетные направления селекции яблони для районов с суровыми климатическими условиями // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. № 8 (178). С. 28–35.
10. Дулов М.И. Биохимический состав и производство яблок в странах мира // Наукосфера. 2022. № 2-1. С. 90–96.
11. Pancham Y.P., Girish B., Sanjay S.S. UV-Spectrophotometric method for quantification of ascorbic acid in bulk powder // Pharma Innovation. 2020. Vol. 9. Iss. 5. P. 5–8.
12. A reproducible, rapid and inexpensive Folin-Ciocalteu micro-method in determining phenollics of plant methanol extracts / N. Cicco [at al.] // Microchemical Journal. 2009. Vol. 91. Iss. 1. P. 107–110. DOI:https://doi.org/10.1016/j.microc. 2008. 08.011.
13. Öztürk H., Kolak U., Meric C. Antioxidant, anticholinesterase and antibacterial activities of Jurinea consanguinea DC // Records of Natural Products. 2011. Vol. 5 (1). P. 43–51.
14. Хоконова М.Б., Машуков А.О. Определение интенсивности дыхания плодов и овощей // Биология в сельском хозяйстве. 2018. № 3. С. 16–19.
15. Седов Е.Н. Биохимическая и технологическая характеристика плодов генофонда яблони. Орел, 2007. 312 с.
16. Кравченко Д.А., Румянцева О.Н., Колодязная В.С. Влияние условий холодильной обработки на качество яблок осенних сортов // Вестник Международной академии холода. 2016. № 2. С. 15–20.
17. Кинетика изменения свойств почв, процессов и режимов, протекающих в почвах / В.И. Савич [и др.]. М.: РГАУ-МСХА; Плодородие, 2021. 220 с.
18. Азаренко Ю.А., Ермохин Ю.И. Оценка потенциала поглощения микроэлементов растениями в зависимости от их концентрации в почве // Омский научный вестник. 2012. № 2 (114). С. 150–155.
19. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. 4th Edition. Boca Raton, FL: Crc Press, 2010. 548 p.
20. Русанов А.М., Савин Е.З., Нигматянова С.Э. Содержание тяжелых металлов в плодах яблони в городских условиях // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 1 (120). С. 148–151.
21. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур / под общ. ред. Е.Н. Седова. Орел, 1995. 501 c.
