The study of morphological and biochemical parametres of Amaranthus tricolor L. Valentina variety

Cover Page

Abstract


Morphometric and biochemical indices of the red-colored Amaranthus tricolor L. Valentina variety were studied, the content of the reduced form of vitamin C, the amaranthine pigment in roots, leaves, stems and inflorescences was determined. Studies have shown the presence of a high concentration of vitamin C in the leaves of amaranth both in the open ground (195 mg%) and in the film greenhouse (176 mg%). In the leaves of amaranth of different varieties of the species Amaranthus tricolor , a large amount accumulates a secondary compound - an antioxidant - amaranthine. The red-violet color of the inflorescences is due to the presence in the vegetative organs of the plant of the red-violet pigment of amaranthine. It is important to note that the amaranth Valentine variety have found substances with antioxidant activity: ascorbic acid, selenium, carotenoids, methionine. In the largest amount, amaranthine is found in the inflorescences (2.18 mg/g) and leaves (1.41 mg/g). Its predecessors are D-glucose and L-tyrosine - photosynthetic metabolites, which are used in growth processes and in the biosynthesis of amaranthine In red-colored plants of the genus Amaranthus , betacianin-amaranthine is 5-O-glucuronidoglucoside betanidine. Leaves with a high content of red-violet pigment amaranthine used in the production of food additives-dyes Amvita and Amphicra, used in the food concentrates industry. These additives, due to their antioxidant properties, enhance immunity and have immunomodulatory activity. Extraction of amaranth leaves in H2O revealed high rates of antioxidant activity (CCA from 1.81 mg EQ GK/g). The low gluten content makes amaranth an extremely valuable and useful for functional food.


Проблемы интродукции амаранта в Нечерноземной зоне России. Одной из главных проблем, возникающих при введении в культуру высокобелковых сельскохозяйственных растений, является их адаптивная способность к условиям выращивания в данном регионе [1-3]. Амарант относится к числу культур универсального назначения. В течение многих тысячелетий амарант использовался в качестве пищевой (семенной и овощной), кормовой, лекарственной культуры в странах центральной и южной Америки и юго-восточной Азии [2]. Семена и листья растений амаранта накапливают до 20-25% белка, хорошо сбалансированного по аминокислотному составу, сравнимого с соей [4]. В настоящее время амарант выращивается как овощное и семенное растение в Китае, Индии, США. Широкий ареал распространения амаранта в мире объясняется его исключительной экологической устойчивостью к неблагоприятным факторам выращивания: засухе, засолению, высокой и низкой температуры, тяжелым металлам [5]. Амарант относится к С4-типу фотосинтеза. Эта культура имеет диапазон оптимальных температур в области более высоких значений (25-35 °С) по сравнению с С3-растениями (15-20 °С). Особенностью растений амаранта является высокая эффективность фотосинтеза при оптимальных температурах выращивания, которые обеспечивают С4-растениям быстрый прирост надземной биомассы. Новая для нашей страны культура амарант отличается высокой продуктивностью биомассы и урожайностью семян, повышенным содержанием белка, сбалансированностью по незаменимым аминокислотам, биологически активным веществам, антиоксидантам и минералам [6]. Благодаря такому составу экстракты амаранта могут использоваться как стимуляторы роста других растений [7, 8] и биоинсектициды [9]. По суммарному содержанию антиоксидантов данная культура сравнима с такими зеленными и пряно-ароматическими культурами, как мята, иссоп, тимьян, лаванда, монарда, и может использоваться в комбинации с ними при создании фиточаев [10]. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Материалом для исследований служили растения амаранта вида Amaranthus tricolor L. сорта Валентина. Объектом исследования являлись свежесобранные листья, корни, стебли и соцветия красноокрашенного амаранта сорта Валентина. Растения выращивали в открытом и защищенном грунте в ФГБНУ «ФНЦ овощеводства» в 2017 году. Суммарное содержание антиоксидантов (ССА) определяли амперометрическим методом. Результат выражали в эквивалентах галловой кислоты (ГК) - мг экв. ГК/г. Образцы гомогенезировали в бидистилляте и 96% этаноле, а затем центрифугировали. Аликвоту супернатанта использовали для определения содержания антиоксидантов, при необходимости разбавляя. Измерения проводили на приборе «Цвет-Яуза-01-АА» в постоянно-токовом режиме [11]. Содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты (АК) определяли йодометрическим методом, основанном на титровании аскорбиновой кислоты в окрашенных экстрактах йодатом калия в кислой среде, в присутствии йодистого калия и крахмала [12]. Содержание пигмента амарантина определяли в водном экстракте, используя значения молекулярной массы и молярного коэффициента экстинкции соответственно равные 726,6 и 5,66 × 104 M-1 см-1 [13]. Целью настоящей работы является сравнительное изучение морфометрических показателей и накопления антиоксидантов в различных органах амаранта сорта Валентина, при выращивании растений в открытом и защищенном грунте. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Выявленной особенностью растений амаранта сорта Валентина является фиолетово-красная окраска листьев, стеблей и соцветий разной интенсивности. При этом окраска листьев изменялась от фиолетово-красной до зеленовато-красной, в зависимости от возраста листа. Соцветия амаранта имели красно-фиолетовую окраску, а стебли - бордово-красную, тогда как корень и придаточные корни окрашены в светло-розовый цвет [14]. При этом наибольшая концентрация пигмента амарантина обнаружена в молодых листьях с неоформленной пластинкой и соцветиях. В эпидермальном слое стебля и корня накапливалось меньшее количество амарантина (табл. 1). Следует отметить, что повышенное содержание амарантина в соцветиях амаранта, возможно, связано с воздействием стресс-фактора низких температур открытого грунта (ночная температура до +2 до 0 °С). Пониженная температура в летне-осенний период 2017 года неблагоприятно отразилась на росте и развитии растений амаранта в возрасте 4 месяцев, выращенных в открытом грунте по сравнению с тепличными растениями. Как видно из табл. 2, основные морфометрические показатели растений амаранта снизились практически в 2 раза, что отразилось на продуктивности листовой биомассы, тогда как семена не вызрели. Нечерноземная зона Европейской части России для амаранта является зоной рискованного земледелия, где в отдельные годы сумма активных температур недостаточна для роста и созревания семян (САТЕ = 1800-2200 °С). Таблица 1 Содержание пигмента амарантина в различных органах растений амаранта, выращенных в открытом грунте, в 2017 г. Орган растения Амарантин, мг/г Листья 1,41 ± 0,07 Стебель 0,81 ± 0,04 Соцветия 2,18 ± 0,11 Корень 0,15 ± 0,01 Таблица 2 Морфометрические показатели растений амаранта, выращенных в открытом грунте и пленочной теплице, 2017 г. Биометрические показатели Открытый грунт Пленочная теплица Высота растения, см 80 ± 10 180 ± 20 Число листьев 14 ± 2 26 ± 4 Длина соцветия, см 29 ± 4 63 ± 7 Длина корня, см 17 ± 3 35 ± 5 Нами было обнаружено повышение содержания аскорбиновой кислоты в листьях и соцветиях растений амаранта, выращенных в открытом грунте в условиях 2017 года (табл. 3). При анализе суммарного содержания антиоксидантов в водном и спиртовом экстрактах из листьев, стеблей и соцветий растений амаранта наибольшее количество антиоксидантов было обнаружено в водных экстрактах (табл. 4). Таблица 3 Содержание витамина С в растениях амаранта сорта Валентина в возрасте 4-х месяцев Условия/орган Листья Соцветия витамин С, мг% Открытый грунт 195 ± 22 169 ± 18 Пленочная теплица 176 ± 20 130 ± 12 Таблица 4 Показатели антиоксидантной активности растений амаранта, выращенных в открытом грунте и в пленочной теплице Образец, экстракция Открытый грунт Пленочная теплица ССА, мг экв ГК/г Красноокрашенная ткань стебля в С2Н5ОН 0,36 ± 0,02 - Листья в Н2О 2,08 ± 0,10 1,81 ± 0,08 Листья в С2Н5ОН 1,39 ± 0,07 - Соцветия в Н2О 1,70 ± 0,09 1,18 ± 0,07 Соцветия в С2Н5ОН 0,93 ± 0,05 - Максимальные величины суммарного содержания антиоксидантов были обнаружены в водных экстрактах листьев амаранта, выращенных как в открытом грунте, так и в пленочной теплице. Содержание антиоксидантов в листовой биомассе растений амаранта сорта Валентина в среднем составляет 1,94 мг/г, что больше средних значений (1,01 мг/г) [15]. Показатели превысили среднее значение даже в неблагоприятных климатических условиях в летне-осенний период 2017 года. Данный факт дает основание рекомендовать его в производство функциональных продуктов, чая, красителей, для профилактики свободно-радикальных заболеваний.

S Y Platonova

Рeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: Svetlana.Platonova.00@mail.ru
Miklukho-Maklaya st., 6, Moscow, Russia, 117198

аспирант агробиотехнологического департамента Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов

A F Peliy

Рeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: kaluga-peliy@yandex.ru
Miklukho-Maklaya st., 6, Moscow, Russia, 117198

аспирант агробиотехнологического департамента Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов

E M Gins

Рeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: Katya.888888@yandex.ru
Miklukho-Maklaya st., 6, Moscow, Russia, 117198

магистрант агробиотехнологического департамента Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов

R V Sobolev

Рeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: maestro1994liveru@mail.ru
Miklukho-Maklaya st., 6, Moscow, Russia, 117198

магистрант агробиотехнологического департамента Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов

V V Vvedenskiy

Рeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: vaval-ved@yandex.ru
Miklukho-Maklaya st., 6, Moscow, Russia, 117198

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, директор агробиотехнологического департамента Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов

  • Kononkov P.F., Gins V.K., Gins M.S. Amaranth promising culture of XXI century. Moscow: Publishing house of Russian University of friendship of peoples. 1999.
  • Kononkov P.F., Pivovarov V.F., Gins M.S., Gins V.K. Introduction and selection of vegetables to create a new generation of functional foods actions. M.: Russian University of Peoples’ Friendship. 2008.
  • Shafigullin D.R., Pivovarov V.F., Gins M.S. The Peculiarities of variations of signs of precocity of vegetable and grain soybean forms. Russian agricultural science. 2017. № 5. P. 18—24.
  • Shafigullin D.R., Gins M.S., Romanova E.V., Borodin D.B. A study of precocity in the collection material of soybean. Vestnik Orel State Agrarian University. 2017. № 3 (66). P. 56—62.
  • Kononkov P.F., Gins V.K., Pivovarov V.F., Gins M.S., Bunin M.S., Meshkov A.V., Terekhova V.I. Vegetables as a product of functional nutrition. M.: Capital printing house. 2008.
  • Vysochina G.I. Amaranth (Amaranthus L.) chemical composition and prospects of use. Chemistry of vegetable raw materials. 2013. №. 2. P. 5—14.
  • Karavaev V.A., Gunar L.E., Myakinkov A.G., Gins M.S., Glazunova S.A., Levykina I.P., Lepeshkin F.D. Slow induction of fluorescence and barley productivity treated with supercritical fluid extract of amaranth. Biophysics. 2012. Т. 57. № 4. P. 662—664.
  • Baikov A.A., Gunar L.E., Gins M.S., Glazunova S.A., Karavaev V.A., Levykina I.P. Photosynthetic activity and productivity of barley treated with supercritical fluid extract of amaranth. In the collection: The role of physiology and biochemistry in the introduction and selection of vegetable, fruit and berry and medicinal plants. Moscow. 2011. P. 13—15.
  • Gins V.K., Piunkova S.A., Konichev A.S., Gins M.S., Pivovarov V.F., Baikov A.A., Gorbatovskaya E.A., Romanova E.V., Kuznetsova L.V. Insecticidal action of metabolites of amaranth extracts. New and non-traditional plants and prospects for their use. 2016. №. 12. P. 191—195.
  • Gins M.S., Kharchenko V.A., Gins V.K., Baikov A.A., Kononkov P.F., Ushakova I.T. Antioxidant characteristics of green and spicy-aromatic cultures. Vegetables of Russia. 2014. № 2 (23). P. 42—45.
  • Mamedov M.I., Pyshnaya O.N., Baikov A.A., Pivovarov V.F., Dzhos E.A., Matyukina A.A., Gins M.S. The composition of antioxidants in fruits Capsicum spp. for the production of biotroblated products. Agricultural Biology. 2017. P. 52. № 5. P. 1021—1029.
  • Sapozhnikova E.V., Dorofeeva L.S. Determination of ascorbic acid content in stained plant extracts by the iodometric method. Canning and vegetable drying industry. 1966. № 5. P. 29—31.
  • Gins M.S., Pivovarov V.F., Gins V.K., Baikov A.A., Platonova S.Y., Gins E.M. Content and pigment composition of autotrophic and heterotrophic amaranth leaf tissue of A. tricolor L. species. Vegetables of Russia. 2016. № 3 (32). P. 79—83.
  • Gins M.S. Biologically active substances of amaranth. Moscow: Peoples’ Friendship University of Russia. 2002.
  • Khandaker L., Ali M.B., Oba S. Total polyphenol and antioxidant activity of red amaranth (Amaranthus tricolor L.) as affected by different sunlight level. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science. 2008. Т. 77. №. 4. P. 395—401.

Views

Abstract - 391

PDF (Russian) - 114


Copyright (c) 2018 Platonova S.Y., Peliy A.F., Gins E.M., Sobolev R.V., Vvedenskiy V.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.