Для удовлетворения потребности в улучшении питательной ценности органически выращенной пшеницы, польские исследователи изучали влияние разных обработки кремнием на урожайность, состояние здоровья урожая и содержание биологически активных соединений в сортах яровой пшеницы.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива исследователей Института почвоведения и растениеводства – Государственный научно-исследовательский институт Польши о перспективах препаратов с кремнием в выращивании органической пшеницы.
Зерновые культуры представляют собой важнейшее сырье для пищевой промышленности, обеспечивая основной ингредиент для пропитания приблизительно 40% населения мира.
Зерно пшеницы имеет решающее значение как стратегический потребительский товар, влияющий на глобальную продовольственную безопасность. Негативные факторы для урожая включают изменение климатических условий, приводящее к биотическому и абиотическому стрессу, изменение методов ведения сельского хозяйства из-за экономических или нормативных факторов и снижение генетического прогресса, приводящее к стагнации урожайности.
Следовательно, крайне важно разработать наиболее эффективные решения для производителей, чтобы помочь в улучшении и продвижении производства зерновых. Эта цель может быть достигнута путем адаптации подходящих сортов, методов выращивания и формул, которые способствуют оптимальному росту и качеству урожая.
В контексте критики синтетических удобрений и средств защиты растений на экологию почв, привлекающего большое внимание в последние годы, этот вопрос приобретает особое значение. Дефицит питательных веществ, возникающий из-за недостаточного удобрения, приводит к снижению урожайности, уменьшению содержания белка и повышению уязвимости к болезням, поражающим зерновые культуры. Это явление особенно заметно на примере пшеницы, которая демонстрирует высокую степень восприимчивости к грибным заболеваниям.
Качество зерна является основным критерием оценки пшеницы на мировом рынке, поскольку его пищевая ценность влияет на здоровье не только за счет содержания питательных веществ (например, белка, углеводов), но и за счет специфических веществ, которые проявляют свойства захвата радикалов, таких как фенольные кислоты и алкилрезорцины.
Исследования показали, что содержание этих веществ в зерне пшеницы варьируется между отдельными сортами и зависит от системы выращивания.
Следовательно, выбор подходящих сортов и внедрение соответствующих методов выращивания, которые напрямую влияют на содержание этих веществ, определят пищевую ценность зерна пшеницы для потребителей.
Включение зерна пшеницы в ежедневный рацион питания может внести значительный вклад в снижение многочисленных цивилизационных заболеваний, связанных с питанием.
Кроме того, была продемонстрирована роль фенольных кислот в повышении устойчивости зерновых культур к грибным патогенам, что имеет значительные последствия для урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также для здоровья и безопасности потребителей.
Было показано, что продукция токсинов грибными патогенами представляет серьезную угрозу здоровью потребителей.
В ответ на патогены фенольные кислоты индуцируют защитный механизм растения и синтезируют соединения, которые инициируют специфическую реакцию гиперчувствительности для предотвращения распространения инфекции. Однако в стрессовой ситуации, когда растение лишено питательных веществ, оно не может поддерживать свою иммунную систему, направляя все свои ресурсы на основные жизненные функции.
Экологический подход к растениеводству оказал значительное влияние на развитие работ, касающихся веществ природного происхождения, которые могли бы поддерживать рост и здоровье сельскохозяйственных культур, повышать их устойчивость к абиотическим стрессам (например, дефициту воды и загрязнению почвы) и улучшать их способность справляться с такими факторами.
Механизм устойчивости растений к этим факторам может быть активирован, среди прочего, сигнальной системой растений, которая контролируется поступлением основных элементов. В этом контексте особого внимания заслуживает кремний (Si).
Предыдущие исследования показали, что полимеризованная форма Si, естественным образом встречающаяся в почве, не усваивается растениями; однако она может деполимеризоваться посредством химических процессов в почве и транспортироваться стеблем к листьям. Окончательное отложение этого соединения в эпидермисе листа создает защитный слой от стрессовых факторов. Этот процесс позволяет использовать кремнийсодержащие препараты в форме, легко усваиваемой растениями, тем самым отвечая современным требованиям устойчивого сельского хозяйства.
Было показано, что применение кремниевых биостимуляторов приводит к улучшению осмотического статуса растений за счёт минимизации потерь воды. Это, в свою очередь, создаёт физический барьер против атак патогенов и обеспечивает сохранение физиологических, биохимических и молекулярных параметров растения. Кроме того, было показано, что этот процесс стимулирует активность антиоксидантных ферментов и подавляет образование активных форм кислорода, тем самым предотвращая токсичность.
Несмотря на очевидную корреляцию, наблюдаемую между использованием кремниевых биостимуляторов и увеличением урожайности зерна и биомассы, сопровождающуюся снижением потерь, связанных с патогенами, было очевидно, что разнообразие сортов и применяемая доза оказывают существенное влияние. Однако информации о влиянии кремниевых биостимуляторов на оздоровительные свойства зерна пшеницы крайне мало. Настоящее исследование направлено на восполнение этого пробела в знаниях.
Полевые эксперименты проводились в 2019–2020 годах на сельскохозяйственной опытной станции Института почвоведения и растениеводства — Государственного научно-исследовательского института (IUNG-PIB) в Грабове, Мазовецкое воеводство, Польша.
Эксперимент с органическим выращиванием яровой пшеницы был заложен по раздельному блочному плану в четырехкратной повторности. Каждая делянка имела площадь 30 м2 . Предшественником выступала бобово-злаковая смесь. Эксперимент поставлен двухфакторным: в качестве первого фактора использовались четыре сорта яровой пшеницы, а в качестве второго — биопрепараты на основе органического кремния.
Кремнийорганические препараты: AdeSil (диатомит) и ZumSil (жидкий кремнийорганический препарат), производства Perma Guard Inc. (США), были одобрены для использования в органическом земледелии и использовались при выращивании яровой пшеницы. Использовались два кремнийорганических препарата: AdeSil в твердой форме и ZumSil в жидкой форме. AdeSil представляет собой аморфный диатомит с мучнистой текстурой, содержащий 89–95% аморфного кремнезема (SiO2 ) , а ZumSil – 24% раствор монокремниевой кислоты. Использовались различные варианты: A – необработанный участок, B – протравливание семян в сочетании с двумя внекорневыми обработками, C – две внекорневые обработки и D – только протравливание семян.
Посев яровой пшеницы проводился 10 и 8 апреля 2019 и 2020 годов соответственно с междурядьями 12,5 см и нормой высева 500 зерен на 1 м² . Синтетические минеральные удобрения и пестициды не применялись. Уборка яровой пшеницы в 2019 году была проведена 2 августа, а в 2020 году – 12 августа.
Материалом для исследования послужили три сорта мягкой пшеницы (сорта Харенда (Harenda), Серенада (Serenada), Русалка (Rusałka)) и один сорт полбяной пшеницы спельты Виртас (Wirtas). Эти сорта, занесённые в Национальный реестр сортов Польши, различаются по морфологическим характеристикам и восприимчивости к грибным патогенам.
Анализ включал оценку урожайности яровой пшеницы и восприимчивость к грибным болезням.
В частности, оценку грибных заболеваний яровой пшеницы проводили в первой декаде июля 2019 и 2020 гг., определяя поражение листовой поверхности грибными патогенами: Puccinia recondita, Septoria sp., Drechslera tritici-repentis, Blumeria graminis и Fusarium sp. С каждой опытной делянки собирали по десять отдельных флаговых листьев. Листья собирали в случайных местах в пределах делянки, но всегда на расстоянии не менее 1 м от ее края. Определяли наличие симптомов различных грибных заболеваний. Каждый обнаруженный симптом оценивали по шкале от 0 до 100% в зависимости от площади покрытой листовой поверхности. Результаты представляли собой средние значения оценки покрытия листьев симптомами.
По итогам, протравливание семян кремнием в сочетании с двумя обработками листьев (вариант B), а также две обработки листьев (вариант C) показали значительное увеличение урожайности (в среднем на 8,9% и 7,6% по сравнению с контролем соответственно). Эти варианты благотворно повлияли на устойчивость к грибным заболеваниям, главным образом в стрессовом 2019 году; в оптимальном 2020 году они не показали явного преимущества по сравнению с контролем.
Протравливание семян (вариант D) увеличило общее содержание фенольных кислот и антиоксидантную активность, причем сорт спельты Виртас продемонстрировал самые высокие уровни.
Фенольные соединения важны для растений, особенно для системы защиты. И вместе с тем фенольные кислоты являются природными антиоксидантами с возможной пользой для здоровья людей. Результаты показали, что в зерне изученных сортов пшеницы присутствует множество соединений с антиоксидантной активностью, которые могут иметь большое значение для укрепления здоровья.
Таким образом, обработка кремнием, особенно при комбинированном применении (протравливание семян и внекорневая подкормка), может повысить урожайность яровой пшеницы и благоприятно влиять на содержание антиоксидантных соединения, повышая питательную ценность зерна. Однако реакция растений на состояние здоровья и содержание аниоксидантов во многом обусловлена сортовой спецификой и преобладающими условиями окружающей среды в год вегетации.
«Испытанные обработки кремнием, одобренные для использования в органическом земледелии, демонстрируют потенциал не только для повышения урожайности, но и для регулирования содержания важных биологически активных соединений в зерне пшеницы. Дальнейшие исследования могут способствовать оптимизации их применения для максимизации агрономических и оздоровительных преимуществ в устойчивых производственных системах», - заключили авторы работы.
По статье группы авторов (Ивона Ковальска, Мариуш Ковальчик, Ярослав Молдох, Сильвия Павелец, Павел Радзиковский, Беата Феледин-Шевчик), опубликованной в журнале Foods 2025 на портале www.mdpi.com.