Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

потенциал урожайности, для реализации которого необходимо использовать удобрения, орошение и систему защиты растений от вредителей. При соблюдении этих требований в засушливых и умеренно засушливых регионах урожайность сахарной свеклы может составить 23…30 т/га, в лесостепи — 30…35 т/га корнеплодов, а при внесении удобрений N90P90K150 максимальная урожайность корнеплодов может составить 51,5…57,5 т/га, с выходом сахара 17,6…18,8%.

Сахаристость свеклы имеет первостепенное значение для выхода сахара; его содержание может значительно изменяться в процессе хранения и переработки. Для эффективной экстракции содержание сахаров в корнеплоде должно быть не менее 16…17 %. Так, при сахаристости 12% экстрагируется около 50 % сахара, а при 17 % — 87 %.

Накопление углеводов в корнеплодах сахарной свеклы происходит за счет их синтеза в клетках корней, а также из ассимилятов, поступающих из листьев. Состав ассимилятов зависит от фотосинтетической активности хлоропластов. При этом мощность ассимиляционного аппарата листьев будет определять возможности поступления углеводов из листьев в корнеплоды. Поэтому на генерацию углеводов в листьях прежде всего влияет продолжительность вегетационного периода развития растений и световой режим, так как раннеспелые сорта сахарной свеклы характеризуются низким содержанием в корнеплодах углеводов. Так, увеличение длины вегетационного периода на 10 суток способствует повышению сахаристости корнеплодов на 0,5…0,8%, а варьирование гибридами сахарной свеклы позволяет повысить урожайность на 6,8…7,0%.

В процессе роста корнеплодов сахарной свеклы содержание углеводов может увеличиваться в 2…3 раза. Причем это происходит за счет возрастания активности ферментов (сахарозосинтетаза и сахарозофосфатсинтетаза), катализирующих преимущественно реакции биосинтеза сахарозы.

Сахарозосинтетаза УДФ-глюкоза + Фруктоза ←→ УДФ + Сахароза

Сахарозофосфатсинтетаза

Накопление этого дисахарида определяет пищевую и технологическую ценность корнеплодов сахарной свеклы. Поэтому при заготовке сахарной свеклы необходимо учитывать степень их зрелости, так как при уборке недозрелых корнеплодов будет наблюдаться низкое содержание в них сахарозы. Кроме того, питательная ценность корнеплодов зависит от состава и количества высокомолекулярных углеводов, содержание которых может возрастать в незрелых корнеплодах, но к концу периода созревания корнеплодов их концентрация понижается.

338

17.5. Корнеплоды

Много клетчатки образуется в корнеплодах при засухе и недостатке элементов в почве, а также в период цветения растений. Во время созревания в корнеплоды сахарной свеклы активно поступают ассимиляты из надземной части растения, из которых в тканях корнеплодов синтезируются как азотистые вещества, так и углеводы. Причем синтез азотистых веществ возрастает при выращивании растений в засушливых условиях. Поэтому при низкой влагообеспеченности почвы в растениях возрастает синтез азотсодержащих соединений и их накопление в корнеплодах.

Влажности воздуха и почвы очень сильно влияют на рост и развитие растений, отражаясь на формировании корнеплодов. В результате недостаток влаги может повлиять на качество урожая. Поэтому при возникновении засухи и в районах недостаточного увлажнения необходимо применять орошение. При этом необходимо помнить, что избыток влаги может негативно отразиться на урожайности сахарной свеклы и синтезе сахарозы в корнеплодах.

Накопление в корнеплодах углеводов во многом зависит от активности фотосинтетического аппарата листьев, в формировании которого участвуют элементы, поступающие из почвы. Поэтому отсутствие или недостаток элементов в почве в период роста и развития сахарной свеклы будет также обусловливать низкое содержание сахарозы в корнеплодах и их низкую урожайность.

При внесении в почву фосфатных и калийных удобрений содержание углеводов в корнеплодах будет возрастать одновременно с понижением количества небелковых азотных соединений. Однако чрезмерно высокие дозы калийных удобрений могут вызвать повышение в тканях корнеплодов концентрации растворимых солей, оказывающих влияние на ионные равновесия в клетках. Избыток дозы азотных удобрений способствует возрастанию в корнеплодах азотсодержащих соединений и понижению количества углеводов, в том числе моно- и олигосахаридов. Таким образом, поступающие из почвы элементы могут оказывать влияние на баланс углеводов в сахарной свекле. Исследование данного механизма позволило установить, что в корнеплодах элементы прежде всего влияют на активность и направленность действия ключевого фермента синтеза сахарозы — сахарозосинтетазы. Фермент катализирует обратимую реакцию расщепления и синтеза сахарозы, определяя распространение дисахарида в корнеплодах.

Внесение в почву высоких доз азота способствует увеличению урожайности сахарной свеклы, но при этом сахаристость корнеплодов понижается. Это обусловлено тем, что в корнеплодах в ответ на действие азотных удобрений повышается активность сахарозосинтетазы. При этом равновесие ферментативной реакции смещается в сторону расщепления сахарозы, а образовавшиеся моносахариды расходуются в энергетических процессах клеток корнеплодов. В результате в клетках повышается содержание АТФ,

339

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

инициируя процессы синтеза и деления клеток, что способствует возрастанию массы корнеплодов.

При недостатке азота и фосфора в корнеплодах наблюдается снижение активности сахарозосинтетазы в реакции расщепления сахарозы, а калия — в реакции синтеза. Кроме того, двухвалентные ионы (Ca2+, Mg2+, Mn2+) могут ингибировать активность сахарозосинтетазы в реакции расщепления сахарозы, определяя направленность действия фермента, выступая в качестве факторов повышения сахаристости корнеплодов сахарной свеклы. Так, при внесении Mn2+ в сочетании с основными элементами питания сахаристость корнеплодов может повышаться на 0,9…1,0%.

Регулятором активности сахарозосинтетазы может быть и сахароза, поступающая из листьев в корнеплод. Синтез этой сахарозы происходит в листьях при участии сахарозофосфатсинтетазы, активность которой регулируется элементами питания. Активаторами фермента служат ионы Mg2+

иMn2+. Причем ионы Mg2+ могут действовать на структуру фермента, так как в случае их отсутствия образуются олигомеры с высокой молекулярной массой и низкой активностью. Ингибиторами сахарозофосфатсинтетазы могут быть цитрат и фосфаты, которые накапливаются в листьях сахарной свеклы при их использовании в качестве подкормки растений.

Таким образом, двухвалентные катионы способны активировать сахарозофосфатсинтетазу и сахарозосинтетазу, определяя их синтетическую направленность в реакциях синтеза сахарозы. При этом усиление действия макро- и микроэлементов на активность сахарозофосфатсинтетазы и сахарозосинтетазы может происходить при их сочетании с экзогенными регуляторами роста, способными активировать сахарозофосфатсинтетазу.

При выращивании сахарной свеклы на почвах с низким содержанием бора урожайность сахарной свеклы будет снижаться, а корнеплоды будут содержать низкие концентрации углеводов, в частности сахарозы. Поэтому для повышения урожайности сахарной свеклы, выращиваемой на боробедненных почвах, необходимо осуществлять контроль за ее ростом

иразвитием и при необходимости вносить удобрения, содержащие бор. Так, при внесении борных удобрений в дерно-подзолистую почву можно было повысить урожайность сахарной свеклы на 3…4 т/га, а содержание сахарозы в корнеплодах на 0,2…1,2 %.

При возделывании сахарной свеклы на кислых почвах для повышения сахаристости корнеплодов предлагается использовать известкование. Относительная урожайность сахарной свеклы при эффективном использовании гербицидов возрастает на 20…30%, с прибавкой урожая на 10…15 ц/га. Повышение урожайности сахарной свеклы может быть также достигнуто, если проводить предпосевную обработку семян с применением качественного дражирования. При этом семенам придается округлая форма за счет нанесения на их поверхность смеси, в состав которой входит протравитель,

340

17.6. Кормовые травы

пылевидный торф, органические и минеральные удобрения, стимуляторы роста, микроэлементы и клеящие вещества. Дражированные семена высевают в хорошо увлажненную почву.

17.6. КОРМОВЫЕ ТРАВЫ

К кормовым травам относятся растения, используемые для приготовления сена, травяной муки, сенажа, силоса и других видов кормов, составляющих рацион питания сельскохозяйственных животных. В состав кормовых трав входят следующие растения: тимофеевка луговая, кострец безостый, овсяница луговая, ежа сборная, райграс пастбищный, мятлик луговой, суданская трава, житник, клевер, люцерна, донник, эспарцет посевной, чина, вика и др. Кормовые растения входят в состав двух семейств: злаковых и бобовых.

17.6.1. Химический состав кормовых трав

Ценность кормовых трав определяется содержанием в составе сухого вещества белков, клетчатки, крахмала, аминокислот, витаминов, элементов и др. (табл. 17.10).

При оценке качества кормов преимущественно используют показатель содержания сырого протеина, который характеризует суммарный состав азотистых веществ. При этом в состав сырого протеина входит 60…70% белков и только 30…40% небелковых азотистых соединений. Содержание биогенных соединений в кормовых травах очень сильно зависит от вида и сорта

341

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

растений, их места и условий произрастания. Так, количество сырого протеина в клевере красном может изменяться в пределах 11…24%, в люцерне посевной — 12…27, в эспарцете — 13…20, в доннике белом — 13…18, в тимофеевке луговой — 5…15, в костреце безостом — 6…15, еже сборной — 6…18% сырой массы. Наиболее богаты азотистыми веществами листья кормовых трав, тогда как в стебле содержание белков в 2…4 раза меньше.

Всоставе белков кормовых растений содержится больше альбуминов

иглобулинов, суммарное количество которых составляет 60…75 %. Эти белки растворимы в полярной среде и легко усваиваются в организме животного. Поэтому кормовые травы с высоким содержанием таких белков могут служить хорошим питательным кормом для животных. Кроме того, кормовые растения содержат весь спектр незаменимых аминокислот, что позволяет при их использовании в кормопроизводстве обеспечить полноценное питание животных и полностью удовлетворить их потребности в аминокислотах. Содержание аминокислот в растениях может значительно изменяться под влиянием условий среды, зависеть от фазы развития, а также от физиологического состояния растений. На начальных стадиях вегетации в тканях растений отмечается высокое содержание свободных аминокислот, понижающееся по мере их созревания.

Основу тканей растений составляют углеводы (клетчатка, гемицеллюлоза, пентозаны). К легкоусвояемым углеводам относятся моно- и олигосахариды, фруктозаны и крахмал. В растениях семейств бобовых количество моносахаридов в среднем составляет 3…5 %, сахарозы — 2…5, крахмала — 6…8 % сухой массы. В растениях семейства злаковых моносахаридов может быть 1…3 %, сахарозы — 2…6 % сухой массы, а вместо крахмала содержатся фруктозаны (2…6 % сухой массы). Кроме того, кормовые растения содержат гемицеллюлозу (4…15 %).

Клетчатка (целлюлоза) составляет основу стеблей растений. Так, в люцерне содержится клетчатки 21…46%, в клевере — 15…40, эспарцете — 19…30, в доннике белом — 15…30% сухой массы. При содержании клетчатки в кормовых травах более 40% сухой массы питательная ценность корма значительно снижается, так как стенки растений становятся более прочными, одревесневшими, питательные вещества, находящиеся внутри клеток, становятся труднодоступными для усвоения в организме животных. В кормовых травах может накапливаться до 10% лигнина, в составе которого 50% кониферилового спирта, 30% n-оксикоричного спирта и 20% синапового спирта

иих производных.

Лигнин не растворяется в органических растворителях, практически не расщепляется ферментами животного организма. Поэтому накопление лигнина в растениях понижает их питательную ценность как кормовой культуры. В тканях растущих растений может содержаться 3…5 % лигнина, а в перезревшей соломе его количество может возрасти до 12…14 %.

342