Пшеница (Triticum aestivum L.) входит в число самых популярных зерновых культур, выращиваемых в мире, наряду с кукурузой и рисом, так как обеспечивает человеку от 28% до 60% необходимых ежедневных калорий. При этом, по-прежнему актуальна проблема сделать зерно пшеницы еще более полезным для человека. Как это можно получить без технологий ГМО
Потребление пищи и питательных веществ составляют основу жизни, но здесь очень важно качество продукции. Так, дефицит железа (Fe) затрагивает более двух миллиардов человек, или каждого третьего человека в мире, в то время по оценкам ВОЗ 17,3% людей во всем мире подвержены риску недостаточного потребления цинка (Zn).
Почему окультуренная пшеница потеряла питательность
По оценкам Всемирной организации здравоохранения, анемия, вызванная дефицитом железа в организме, привела к потере более 46 000 лет жизни с поправкой на инвалидность только в 2010 году.
Человеческое тело нуждается в 51 питательном элементе, и недостаток хотя бы одного из них может вызвать метаболические проблемы, приводящие к ухудшению здоровья и хроническим болезням.
Эти питательные вещества поставляются только из сельскохозяйственных продуктов (исключая воду). Зеленая революция повысила урожайность и спасла людей от голода во многих странах, благодаря высокому производству зерновых культур (пшеницы, кукурузы и риса).
Тем не менее, система монокультуры зерновых усилила проблему дефицита питательных микроэлементов за счет уменьшения выращивания других агрокультур, которые обеспечивали бы богатые микроэлементами продукты питания для более бедных слоем населения.
Кроме того, селекция высокоурожайных культур имела значительный «эффект разведения» в отношении таких важных питательных веществ, как Zn и Fe.
Современные сорта имеют высокую урожайность, но их соответствующие дикие прототипы в два-три раза богаче цинком.
Впрочем, пшеница по своей природе довольно низка в содержании цинка. И с учетом того, в будущем при росте населения, ее потребление, вероятно, возрастет более чем на 70%, это представляет проблему.
Что такое биообогащение и какие аспекты являются ключевыми
В настоящее время существует несколько инициатив для глубокого изучения и улучшения качества пищевых продуктов.
Например, HarvestPlus, программа «Проблемы биообогащения», созданная Консультативной группой по международным сельскохозяйственным исследованиям (CGIAR), фокусируется на «усилении» основных продовольственных культур железом, цинком и бета-каротином.
Биообогащение - это процесс выращивания продовольственных культур с высоким содержанием микроэлементов путем традиционной селекции или современной биотехнологии.
Селекция растений (генетическое биообогащение) и внесение удобрений Zn и Fe (агрономическое биообогащение) являются двумя важными сельскохозяйственными инструментами для улучшения концентрации в зерне цинка и железа.
Несмотря на то, что генная инженерия открывает больше возможностей для существенного увеличения биодоступности Zn и Fe в зерне, принятие технологий ГМО для потребителей и регулирующих органов очень ограничено, и генетически модифицированное культивирование и маркетинг таких сельскохозяйственных культур вряд ли встретят широкое одобрение обществом в ближайшем будущем.
Агрономическое биообогащение достигается путем внесения микроэлементов в почву и / или непосредственно в листья растения. В отличие от генной инженерии, агрономическое биообогащение потенциально более устойчиво, экономично и легче реализуется, чем другие стратегии.
Возвращаясь к теме пшеницы, ученые сообщают, что концентрация цинка в зерне обычного урожая пшеницы находится в диапазоне от 20 до 35 мг/кг и даже ниже. Эти концентрации не могут удовлетворить ежедневные потребности организма человека, чтобы достичь необходимого для здоровья показателя, который составляет 40-50 мг/кг.
В пшеничном зерне биодоступность Zn составляет около 25%, тогда как биодоступность Fe предполагается равной 5%. Биодоступность Fe и Zn связана с присутствием в зернах антинутриентов, таких как фитат.
Любая программа разведения или биообогащения должна учитывать увеличение не только количества микроэлементов, но и степень их биодоступности.
Второй момент. Взаимодействие удобрений в процессе биообогащения.
Некоторые вещества облегчают поглощение и ремобилизацию железа и цинка в растениях.
Например, сочетание азотных удобрений с внесением Zn и Fe в почву или по листу увеличивает как урожайность, так и поглощение этих элементов, облегчая транслокацию меди и железа из флаговых листьев в зерна.
При высокой норме внесения азотных удобрений большая часть Zn и Fe, около 80% и 60% соответственно, была обнаружена в зернах, что подчеркивает роль азота (N) в поддержке движения этих элементов в растении пшенице.
Ученые проекта HarvestPlus подтвердили положительное влияние азота на концентрацию Zn и Fe в пшенице. Роль азота в содействии поглощению, транспортировке, транслокации и накапливанию микроэлементов, особенно Zn и Fe, в зернах злаков была тщательно изучена и задокументирована.
S (сера) является еще одним элементом, о котором неоднократно сообщалось в содействии метаболизму Fe и Zn в растениях. Доказано, что способность растения поглощать и накапливать конкретно железо зависит от присутствия серы в питательной среде зерновых культур.
Внекорневое внесение питательных веществ является важной стратегией управления растениеводством, чтобы максимизировать урожайность и концентрацию микроэлементов в съедобных частях культур.
Один из экспериментов был проведен во время сезонов посева озимой пшеницы 2016–2017 и 2017–2018 годов на демонстрационной исследовательской станции Doukou по пшенице и кукурузе Северо-западного университета A & F, провинция Шэньси, Китай. В условиях опыта почва на поле классифицировалась как уже имеющая высокое содержание цинка и железа.
Экспериментальное поле состояло из делянок размером 2,3 м × 5 м с интервалом в 21 см с сортом пшеницы Nongda 399, посеянного с помощью ручной сеялки при норме высева 225 кг/га. Базовые удобрения с медленным высвобождением, вносимые перед посевом, были следующие (N – P₂O₅ - K2O: 24–15-5, общее содержание питательных веществ ≥44%).
Растворы удобрений Zn и/или Fe распыляли с различными соотношениями и дозами Zn / Fe.
Сорт, используемый в этом исследовании, является недавно разработанным сортом озимой пшеницы с сильной устойчивостью к холоду, засухе и болезням. Поэтому он подходил для проверки разного количества распыляемых удобрений.
Опрыскивание проводилось на разных стадиях роста с использованием ручного распылителя в безветренных условиях после захода солнца, чтобы избежать испарения нанесенного раствора.
Когда зерна достигли физиологической зрелости, урожай убрали с центра каждого участка, отобрали 15 колосьев из каждого образца, зерно обмолотили. После промывки деионизированной водой и повторной сушки до содержания влаги 13% цельные зерна были размолоты в муку для определения сырого жира, сырого волокна, сырого белка и концентрации Zn и Fe.
Концентрации цинка и железа определяли с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии.
Агрономы наблюдали, что листовые подкормки с железом имеют тенденцию увеличивать урожайность больше, чем подкормки с одним только цинком. Как правило, внекорневое внесение удобрений Zn и Fe показало значительные эффекты во второй год по сравнению с первым годом.
Содержание сырой клетчатки было значительно увеличено за счет внекорневого внесения удобрений Zn и Fe во всех обработках, но наиболее заметно при трехкратной обработке 60% Zn + 40% Fe. Более того, соотношения удобрений 80% Zn + 20% Fe и 60% Zn + 40% Fe перевесили другие соотношения; хотя большинство соотношений были статистически значимыми, но значения 80% Zn + 20% Fe и 60% Zn + 40% Fe были выше по результату.
На концентрацию цинка в зерне существенное влияние оказало внекорневое внесение удобрений Zn и Fe в оба года.
Среднее значение концентрации Zn в зерне увеличились с 19,79 мг/кг в контроле до 38,79 мг/кг в течение первого года, и от 19,25 мг/кг в контроле до 39,63 мг/кг при обработке во второй год, что составляет прирост 96,9% и 105,8% соответственно
На концентрацию Fe в зерне внекорневое внесение комбинированных удобрений Zn и Fe оказало влияние также в оба года, но в основном эффект был ярче на второй год.
Средняя концентрация Fe во втором сезоне улучшилась с 38,18 мг/кг в контроле до 48,32 мг/кг при обработке.
Увеличилась и урожайность, что ученые объясняют так. Цинк в растениях играет важную роль в качестве функционального, структурного или регуляторного фактора многих ферментов и участвует в образовании сахарозы и крахмала. При дефиците цинка снижение общего фотосинтеза происходит на 50–70%, в зависимости от вида растения и степени его дефицита, вызывая драматические изменения в компонентах урожая. Соответственно, обогащение культуры цинком играет положительную роль.
При этом, цинк, нанесенный отдельно, увеличил концентрацию в зерне, а при уменьшении концентрации Zn и повышении содержания Fe в применяемом растворе наблюдалась обратная тенденция к снижению концентрации Zn в зернах.
Вывод. Комбинированная обработка Zn и Fe увеличила содержание цинка и железа в зерне, но применение этих микроэлементов по отдельности было все же лучше и результативнее, чем их микс в данном опыте.
https://www.agroxxi.ru
