Введение к работе
Актуальность
Сохранение и укрепление здоровья всех слоев населения в настоящее время является стратегической задачей правительства Российской Федерации, которое приняло «Концепцию государственной политики в области здорового питания населения на период до 2005 года», разработанную ведущими учеными и специалистами страны.
Цивилизация человечества тесным образом была связана с введением в культуру диких растений и дальнейшей селекцией их на урожайность и качество продукции. Необходимо отметить, что культуры, входящие в рацион питания человека, традиционно были высококалорийными. Это объясняется тем, что в прежние времена деятельность большинства людей была связана с тяжелым физическим трудом, когда для восполнения затраченной энергии требовалась калорийная пища. Сложившийся стереотип питания привел к тому, что люди в развитых странах, производящих достаточное количество сельскохозяйственной продукции, потребляют с пищей чрезмерное количество калорий, что вызывает у большого количества людей появление избыточного веса и даже ожирение. Вследствие этого особую роль в питании приобретают растения, имеющие низкую калорийность, но обладающие традиционными качествами. К таким культурам относится стевия, содержащая дитерпе-новые гликозиды, основным из которых является стевиозид, обладающий высокой степенью сладости при практически нулевой калорийности. Кроме того, эти вещества не требуют для усвоения выработки инсулина и, следовательно, могут употребляться в пищу людьми, больными сахарным диабетом. В ряде стран комплекс сладких гликозидов стевии применяют при производстве напитков, кондитерских и кулинарных изделий. Пищевая промышленность России также начинает проявлять интерес к натуральным диетическим заменителям сахара. Внедрение стевии в сельскохозяйственное производство и налаживание промышленного производства стевиозида и различных пищевых продуктов на его основе будут способствовать созданию в России внутреннего рынка натуральных подсластителей растительного происхождения.
Стевия (Stevia rebaudiana Bertoni) - это молодая культура в современном растениеводстве, которая пока не заняла достойного места в сельскохозяйственном производстве нашей страны. Ее возделывание ограничено территориально, а валовой сбор листа достигает всего нескольких десятков тонн. Однако эта культура обладает большим адаптивным потенциалом и способна формировать большую урожайность вегетативной массы.
ршщзта,алочной изу"
I БИБЛИОТЕКА і
Широкое использование стевии з ченностью этой культуры.
В связи с этим постановка темы в направлении изучения агробиологических и физиолого-биохимических свойств стевии при интродукции в центральном Черноземье России весьма актуально.
Целью исследований было установить основные агробиологические особенности роста и развития стевии, способствующие повышению ее продуктивности в условиях ЦЧР и выявить ценные биохимические свойства растительного сырья и продуктов его переработки. Работа выполнялась в соответствии с целевыми научными программами, координируемыми Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Воронежский госагроуни-верситет имени К.Д.Глинки».
В задачи исследований входило:
-
Изучить морфологоанатомические, физиолого-биохимические особенности стевии в процессе онтогенеза.
-
Изучить способность стевии к вегетативному и семенному размножению стевии и разработать метод выращивания семенных растений для получения семян в условиях закрытого грунта.
-
Установить влияние удобрений и физиологически активных веществ на повышение продуктивности стевии.
-
Выявить изменения физиологических функций у форм стевии различной плоидности.
-
Усовершенствовать методику выделения стевиозида из листьев стевии и контроля его содержания в растительном сырье и продуктах его переработки.
-
Изучить аминокислотный и углеводный состав, антиоксидантную активность стевии и продуктов ее переработки, характеризующие данную культуру как источник ценной пищевой добавки для питания человека.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Морфолого-физиологические особенности стевии и их взаимосвязь с возрастными периодами развития в условиях ЦЧР расширяют представление о природе онтогенеза и определяют степень продуктивности растений при интродукции и используются для определения степени адаптации в новых условиях возделывания.
-
Разработанный способ позволяет в условиях закрытого фунта выращивать семенные растения стевии и получать семена.
-
Использование регуляторов роста дает возможность обеспечивать активизацию ростовых процессов, улучшать качество получаемой рассады и повышать продуктивность стевии за счет более эффективного использования,минеральных удобрений.
-
Изменения физиологических и биохимических функций у растений стевии разной плоидности свидетельствуют о зависимости функционирования ассимиляционного аппарата и продуктивности от уровня компенсационных процессов полиплоидных организмов.
-
Химический состав и антиоксидантная активность стевии и продуктов ее переработки позволяют характеризовать данную культуру как ценный объект для использования в рационе питания человека в качестве пищевой добавки.
-
Использование современных физико-химических методов позволяет проводить высококачественную очистку продуктов переработки стевии и контролировать содержание стевиозида.
Научная новизна исследований.
Впервые в климатических условиях ЦЧР были исследованы агробиологические особенности стевии, дана ее ботаническая характеристика. Выявлены морфолого-анатомические особенности вегетативных и генеративных органов, свидетельствующие об отношении стевии к растениям мезофитного типа и подтверждена ее принадлежность к семейству Asteraceae.
Установлена продолжительность этапов и особенности органогенеза в процессе онтогенеза, общий ход которого подчиняется закономерностям развития поликарпических растений с побегами, развив їющими-ся по монокарпическому типу.
Установлено, что удлинение вегетационного периода до f месяцев способствует переходу растений в генеративный период, активному цветению и плодоношению в условиях закрытого фунта. Это явилось основой для разработки метода выращивания семенных растений, использование которого позволяет получать семена. Основным фактором способствующим регулированию процессов вегетативного роста и цветения является укорочение фотопериода до 12 часов.
Показано, что в формировании и функционировании аалмиляци-онного аппарата стевии участвует вся листовая поверхность при наибольшей фотосинтетической активности листьев средних ярусов, но при раннем отмирании нижних листьев. Посчитано критическое число клеток в микроареолах листа стевии, составляющее 1545 штук определяющее ростовые процессы и переход растений от одного этапа развития растений к другому. Установлена тесная связь корневой системы и ассимиляционного аппарата, способствующая улучшению жизнедеятельности растений. Эти исследования расширяют и углубляют теоретические представления о ростовых процессах и природе фотосинтеза стевии и имеют значение в практике растениеводства для повышения продуктивности данной культуры.
Получены оригинальные данные по изучению мсрфолого-
физиологических характеристик форм стевии различной плоидности, где триплоид превосходил диплоидную и тетраплоидную формы по приросту надземной массы и толщине листа, которые обеспечивали ему повышенную фоюсинтетическую активность и более высокую продуктивность, которая связана не столько с уровнем плоидности, сколько с уровнем компенсационных процессов полиплоидного организма.
Определено влияние регуляторов роста экзогенного происхождения на степень использования стевией минеральных веществ, а также на получение высококачественной рассады. Установлено, что ростовые вещества нового поколения (ретардант с проауксиновым эффектом 577) в сочетании с минеральными удобрениями стимулируют рост и развитие черенков, способствуют полной приживаемости растений.
Получены, неизвестные ранее, данные о содержании аминокислот в вегетативных органах стевии различной плоидности. Достоверно показано, что сорт Рамонская сластена отличается высоким содержанием глицина в верхних листьях и относительно невысокой концентрацией серина, тогда как у дикой формы наблюдается обратная зависимость. Это свидетельствует о связи свободных аминокислот листьев стевии с ее окультуриванием, которая приводит к изменению в распределении и содержании некоторых аминокислот.
Получены новые данные о высокой антиоксидантной активности стевии и продуктов ее переработки, что определяет перспективность использования стевиозида в виде биологически активных добавок в пищевых продуктах профилактического назначения. Выявлены незначительные изменения в содержании хлорогеновой кислоты характеризующей антиоксидантную активность у форм различной плоидности.
Определены научно-методические принципы процесса очистки полученного экстракта из растительного сырья стевии, основанные на обессоливании и обесцвечивании ионитами экстракта без использования дорогостоящих и ядовитых реактивов. Это послужило отдельным этапом при создании принципиальной технологической схемы переработки сухих листьев стевии.
Усовершенствован метод определения стевиозида на основе жидкостной хроматографии, позволяющий анализировать растительное сырье и продукты его переработки, включая пищевые продукты.
Впервые показано, что применение комбинации методов многоволновой ВЭЖХ и главных компонент позволяет выделить идентификационные признаки экстракта стевии и пищевых продуктов на его основе, что имеет большое практическое значение для использования при определении подлинности вещества.
Практическая значимость заключается в решении народнохозяйственной проблемы введения стевии в ареал возделываемых сельскохозяйственных культур ЦЧР, что позволит широко использовать это ценное продовольственное и лекарственное растение.
Разработанный метод выращивания семенных растений, основанный на удлинении периода вегетации позволит получать семена стевии в условиях закрытого фунта, что будет способствовать распространению данной культуры среди населения.
Выявленные морфологические особенности онтогенеза стевии представляют практический интерес для возделывания этой культуры в полевых условиях ЦЧР.
Установленные закономерности фотосинтеза являются надежной оценкой для выявления наиболее продуктивных форм растений. Полиплоидный материал, обладающий высокой активностью фотосинтеза и повышенной продуктивностью можно рекомендовать для возделывания в условиях ЦЧР.
Полиплоидные формы (триплоиды) обладающие повышенной продуктивностью, активностью фотосинтеза можно рекомендовать для возделывания в условиях ЦЧР и селекционной работе.
Разработанный метод очистки экстракта из растительного сырья стевии рекомендуется для использования в технологической схеме получения очищенного стевиозида.
Усовершенствованный метод определения стевиозида на основе высокоэффективной жидкостной хроматографии может найти применение в качестве контроля при выращивании стевии и ее первичной и вторичной переработки.
Разработанные рецептуры низкокалорийных диетических молочных продуктов могут быть рекомендованы для использования в пищевой и молочной промышленности.
Метод главных компонент (разновидность корреляционного анализа) дает статистический паспорт вещества и может найти применение в биологических анализах при обработке данных по выделению наиболее значимых показателей.
Результаты исследования могут быть использованы в учебном процессе по биологическим дисциплинам в высших и средних учебных сельскохозяйственных заведениях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на:
Международных симпозиумах и научных конференциях: «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (2003, 2005 гг., г. Пущино); «Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства» (2002 г., г. Пенза); «Про-
блемы современного растениеводства» (2002 г., г. Пенза); «Анатомия и морфология растений» (1997, 2002 гг., г. Санкт-Петербург); «Медицинской ботаники» (1997 г., г. Киев); юбилейная конференция к 100-летию со дня рождения Н.В. Цицина (1998 г., г. Киев);
Всесоюзной научной конференции: «Научное наследие П.П. Семе-нова-Тяньшанского и его роль в развитии современной науки» (1997 г., г. Липецк);
Всероссийских научно-практические конференции: «Молодые ученые и специалисты сельскому хозяйству» (1997 г., г. Курск); «Резервы стабилизации аграрного производства» (1996 г., г. Воронеж); «Рациональное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе» (1998 г., г. Воронеж); «Пути и формы совершенствования фармацевтического образования» (2005 г., г. Воронеж);
координационных совещаниях НИИ и вузов Центрально-Черноземного региона: (2000-2005 гг., Воронеж);
конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Воронежского ГАУ им. К.Д.Глинки (2000-2005 гг.)
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в двух монографиях, учебнике и учебном пособии, а также в тридцати пяти научных и научно-методических работах, опубликованных в различных изданиях, в том числе в центральной печати. Приняты к рас-смопренио две заявки на изобретения: № регистрации 2005117463 и № регистрации 2005117464.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения , 7 глав, выводов и предложений по практическому использованию результатов исследований, она изложена на 300 страницах машинописного текста, содержит 35 таблиц, 73 рисунка, 12 приложений, список литературы из 480 наименований, в том числе 114 иностранных авторов.
Автор глубоко признательна своим учителям: научному консультанту, доктору биологических наук, профессору Никулину А.Н., доктору биологических наук, профессору! Ьурень В.М|, доктору биологических наук Жужжаловой Т.П., доктору технических наук, профессору Полянскому К.К., профессору Шевченко В.Е., кандидату сельскохозяйственных наук Филатову Г.К. за ценные советы при выборе научного направления исследований, оформлении диссертации, помощь и поддержку, исем сотрудникам кафедры ботаники и физиологии растений, коллективам ботанического сада им. Б.А.Келлера и отдела биотехнологии ВНИ4С им. А.Л. Мазлумова за участие в проведении экспериментальных исследований.
Похожие диссертации на Стевия (Stevia rebaudiana Bertoni) в Центральном Черноземье
