Пигменты – важнейший компонент аппарата фотосинтеза. Все зеленые ткани высших растений содержат хлорофилл a и b, а также каротиноиды, которые локализованы в хлоропластах. К ним принадлежат β-каротин, лютеин, виолаксантин и неоксантин. Они часто содержатся вместе с меньшими количествами α-каротина, зеаксантина, β-криптоксантина и антераксантина (Петров, Перк, Осипова, 2011) и играют непосредственную роль в процессе фотосинтеза.

Исследования каротиноидов растительности Якутии было начато еще в 40-50-х годах прошлого века, когда А.Д. Егоров (1954) описал основные закономерности изменения содержания β-каротина у дикорастущих видов травянистых и древесно-кустарниковых растений. Впервые на примере каротина и аскорбиновой кислоты он показал, что в условиях жесткого экстремального климата многие виды растений вырабатывают значительное количество биологически активных веществ.

Способность растений, произрастающих в исключительно неблагоприятных условиях Севера, усиленно синтезировать и накапливать каротиноиды, улучшает их энергетический обмен (Петров, 2010). Высокая устойчивость северных растений к экстремальным условиям перезимовки, по-видимому, обусловлена пластичностью энергетической системы.

Принимая во внимание тот факт, что изучение пигментов в растениях люцерны в разные периоды их вегетации для определения их фотосинтетической активности, а также уровня содержания каротиноидов в кормах, полученных из многолетних трав весьма актуально в настоящее время, мы провели исследования по выявлению качественного и количественного пигментного состава в листьях и отаве перспективных сортов люцерны серповидной в Нюрбинском районе Республики Саха (Якутия).

Нами была изучена динамика содержания каротиноидов в зеленой массе разных сортов люцерны во время укосов и после. Для изучения были взяты зимостойкие сорта люцерны Якутская желтая и Сюлинская.

Исследования показали, что большую долю в сумме каротиноидов в листьях люцерны изучаемых сортов составляют лютеин+зеаксантин, затем, виолоаксантин и β – каротин, меньше всего содержится неоксантина (Табл.1). При укосах кормовой массы люцерны до конца июня обнаружено каротиноидов от 334,32 до 426,23 мкг/г сырой массы у сорта Якутская желтая и от 311,50 до 404,54 мкг у сорта Сюлинская, затем их содержание уменьшается до 350,56 и 357,22 мкг/г, а после первой декады июля – снова возрастает до 375,12 и 357,59 мкг/г соответственно по сортам. Поздние сроки укоса (30.07. и 10.08.) способствуют снижению содержания каротиноидов в зеленой массе люцерны. При этом необходимо отметить, сорт Сюлинская уступает Якутской желтой по содержанию каротиноидов на 7-23 мкг.

Таблица 1  

Содержание индивидуальных каротиноидов в листьях сортов люцерны (2011 г.)

Сорт	Дата	Каротиноиды, мкг на г
		β - каротин		Неоксантин		Виолаксантин		Лютеин+зеаксантин
		Сырой массы	Сухой массы	Сырой массы	Сухой массы	Сырой массы	Сухой массы	Сырой массы	Сухой массы
Якутская желтая	укос 20.06	108,97	495,32	52,12	236,92	34,44	156,57	138,78	630,81
	30.06	132,69	603,13	52,58	238,99	66,13	300,61	174,83	794,66
	10.07	116,02	580,08	48,48	242,40	63,61	318,04	122,36	611,79
	20.07	127,76	569,22	50,07	223,10	55,11	245,54	142,18	633,49
	30.07	105,40	440,53	45,48	198,00	42,15	240,69	136,07	524,14
	10.08	98,65	437,16	42,50	189,72	41,98	235,10	118,52	497,78
	отава 10.08	89,48	447,39	34,37	171,84	32,15	160,74	119,55	597,77
	20.08	109,91	572,44	45,29	235,90	62,92	327,70	131,97	687,35
	30.08	78,44	409,25	52,35	273,13	93,23	486,42	128,97	672,87
	10.09	100,28	557,11	53,94	299,68	62,92	349,55	138,58	769,88
	20.09	90,18	579,57	45,75	294,02	54,19	348,28	122,76	788,94
	30.09	91,96	570,01	54,63	303,51	59,24	322,89	226,89	970,63
Сюлинская	укос 20.06	98,25	462,37	52,46	240,01	36,48	164,30	124,31	584,67
	30.06	138,20	582,51	49,14	210,65	65,10	268,91	152,10	620,06
	10.07	100,14	571,04	50,11	235,24	67,45	330,02	139,52	746,25
	20.07	120,55	558,90	48,32	230,13	50,22	210,15	138,50	602,59
	30.07	98,67	431,36	48,56	211,05	46,30	219,74	149,10	587,34
	10.08	96,33	419,87	46,29	185,90	44,15	215,14	127,36	620,05
	отава 10.08	91,06	450,21	38,03	175,15	36,23	170,11	96,58	513,00
	20.08	92,74	569,00	40,69	198,74	58,41	304,36	120,69	662,85
	30.08	74,39	419,37	54,11	286,39	86,17	493,18	120,37	654,92
	10.09	92,73	495,46	52,10	284,17	72,13	409,55	140,25	770,30
	20.09	82,55	532,90	45,08	280,32	52,64	317,02	118,12	765,04
	30.09	83,64	498,38	56,12	291,00	60,39	374,55	131,91	768,02

В отаве после укосов синтез каротиноидов резко сокращается по причине перенесенного растениями люцерны стресса при удалении надземной части. Осенью, в сентябре, синтез каротиноидов усиливается, несмотря на снижение температуры и уменьшение интенсивности солнечной радиации: у люцерны сорта Якутская желтая достигает максимума в конце сентября до 432,72 мкг/г, сорта Сюлинская – до 332,06 мкг/г.

Процент окисленных  форм каротиноидов, то есть ксантофиллов, колеблется в люцерне по укосам в пределах 65,11-70,864; в отаве их значительно больше: 67,53-77,78% на сорте Якутская желтая и 65,29-77,38% на сорте Сюлинская.

При рассмотрении соотношения ксантофиллы /β каротин обнаружено, что во время укосов первые превышают последние в 1,94-2,21 в зеленой массе сорта Якутская желтая и в 1,86-2,43 раза – сорта Сюлинская, в отаве это превышение достигает 2,18-3,50 и 2,05-3,42 раз соответственно по изучаемым сортам.

Данные настоящих опытов с сортами люцерны позволяют сделать заключение о том, что сезонная динамика содержания у них индивидуальных и суммы желтых пигментов в осенний период при наступлении осенних низких положительных и отрицательных закаливающих температур характеризуется увеличением суммы каротиноидов за счет существенного повышения количества их ксантофилловой составляющей.

Усиленному синтезу кислородсодержащих каротиноидов в Якутии может способствовать холодная почва в период прорастания семян в начальные фазы развития, весеннего отрастания трав, а также холодные ночи и высокая температура дневная температура в течение летнее-осенних периодов вегетации и предзимнего периода.

Согласно исследований К.А. Петрова (2011) содержание β - каротина в процентах от суммы каротиноидов в зеленой массе ломкоколосника ситникового составляет 23,4, пырея ползучего – 22,6 и хвоща пестрого – 31,15%. По нашим данным процент β - каротина в надземной части люцерны колеблется от 22,6 (сорт Сюлинская) до 29,3 (сорт Якутская желтая) (Рисунок 1).

Таким образом, опыты по выявлению качественного и количественного состава каротиноидов в зеленой массе перспективных сортов люцерны серповидной и изменчивой показали следующее:

-     большую часть в сумме каротиноидов в листьях люцерны составляют лютеин+зеаксантин, затем, виолоаксантин и β – каротин, меньше всего содержится неоксантина;

-    укосы кормовой массы люцерны до конца июня способствуют увеличению содержания каротиноидов, затем их содержание уменьшается, а после первой декады июля – снова возрастает. Поздние сроки укоса (30.07. и 10.08.) способствуют снижению  содержания каротиноидов  в зеленой массе люцерны. При этом сорт

Сюлинская уступает Якутской желтой по содержанию каротиноидов на 7-23 мкг;

-    отава люцерны характеризуется наибольшим содержанием каротиноидов по сравнению с исходными растениями;

-   зеленая масса сортов люцерны отличается высоким содержанием β – каротина по сравнению с другими кормовыми растениями, произрастающими в условиях Якутии, кроме хвоща пестрого.

 

Список литературы

1.     Егоров А.Д. Витамин «С» и каротин в растительности Якутии. – М.: АН СССР, 1954. – 248 с.

2.     Петров К.А., Перк А.А., Карпов Н.С. Рост и термоустойчивость криолитозоны // Геоботанические и ресурсоведческие исследования в Арктике, Якутск: ЯНЦ СО РАН, 2010. - С. 287-293.

3.     Петров К.А., Перк А.А., Осипова В.В. Криорезистентность и формирование кормовой ценности растений Якутии. Якутск: Бичик, 2011. - 198 с.