Немикробные биостимуляторы влияют на вторичный метаболизм и накопление нитратов в листьях органической рукколы
Авторы: МикелеЧириелло1, ЛуанаИззо2, Абель НаварреДопазо2, ЭмануэлаКампана1, ДжузеппеКолла3, ДжандоменикоКоррадо1, Стефания ДеПаскале1, ЮссефРуфаэль1, КристофЭль-Нахель1
1 Факультет сельскохозяйственных наук, Университет Неаполя Федерико II, 80055 Портичи, Италия
2 Факультет фармацевтики, Университет Неаполя Федерико II, 80131 Неаполь, Италия
3 Факультет сельскохозяйственных и лесохозяйственных наук, Университет Тушии, 01100 Витербо, Италия
Еда больше не является просто гастрономическим удовольствием, а представляет собой осознанный и информированный выбор, необходимый для поддержания баланса между физическим и психическим здоровьем. Беспрецедентный интерес научного сообщества к овощам с высоким нутрицевтическим эффектом в сочетании с потребностью потребителей в быстрых, простых и здоровых блюдах способствовал экономическому буму свежесрезанных продуктов, таких как руккола [Eruca sativa (L.) и Diplotaxis tenuifolia (DC.)]. Длительное потребление этого листового овоща, благодаря сосуществованию функциональных вторичных метаболитов, таких как глюкозинолаты, флавоноиды и фенольные кислоты, может оказать положительное влияние на здоровье человека. Однако почти никто не потребляет достаточное количество, чтобы воспользоваться этими положительными эффектами. Для решения этой проблемы можно было бы еще больше поощрять потребление листовых зеленых овощей или предпринять усилия по улучшению фитохимической плотности и, таким образом, питательной ценности самого продукта. В любом случае, поскольку фенольные соединения и глюкозинолаты активно участвуют в защите растений, их биосинтез может стимулироваться абиотическими и/или биотическими факторами или косвенно индуцироваться использованием натуральных продуктов, которые активируют защитные механизмы растений. Несмотря на то, что использование натуральных биостимуляторов может положительно влиять на здоровье растений, в большинстве отчетов основное внимание уделяется преимуществам с точки зрения урожайности, а не возможному влиянию на питательную ценность. Способность стимулировать рост растений независимо от содержания минералов сделала использование биостимуляторов незаменимым в органическом сельском хозяйстве. Хорошо известное положительное воздействие биостимуляторов на органические и неорганические культуры должно сопровождаться дальнейшими исследованиями их роли в улучшении питательной ценности.
Цель данного исследования — охарактеризовать фитохимические свойства рукколы, выращенной в условиях органического земледелия, с помощью анализа UHPLC-Q-Orbitrap HRMS и ионной хроматографии, чтобы определить потенциальные полезные эффекты трех различных немикробных биостимуляторов. Эксперимент проводился на производственной площадке Piana del Sele (Салерно, Италия) в зимне-весенний сезон в течение 36 дней. Орошение осуществлялось с помощью системы капельного полива, а для борьбы с патогенами, грибками и насекомыми применялись обычные методы, разрешенные в органическом земледелии. Для этого эксперимента был использован полностью рандомизированный блочный дизайн, в котором обработки повторялись четыре раза. В частности, три различных немикробных биостимулятора сравнивались с необработанным контролем на растениях рукколы (Diplotaxis tenuifolia (L.) DC.). Использовались биостимуляторы: гидролизат растительного белка (далее V-PH), растительный экстракт (далее PE) и экстракт морских водорослей (далее SWE).
Различное происхождение биостимуляторов, испытанных в этом эксперименте, оказало заметное влияние на содержание нитратов в органической рукколе. В то время как применение продуктов на основе экстрактов тропических растений (PE) и экстрактов морских водорослей (SWE) не привело к значительным различиям по сравнению с показателями нитратов, зарегистрированными в контрольных растениях, использование биостимулятора на основе гидролизатов растительного белка (V-PH) привело к их увеличению на 10 %.
Рисунок x: Влияние различных немикробных биостимуляторов на концентрацию нитратов в дикой рукколе, выращенной в теплице. Различные буквы обозначают значимые различия в средних значениях. ***: p ≤ 0,001
Мы предполагаем, что большее накопление нитратов в растениях рукколы, обработанных V-PH, может быть прямым следствием более эффективной и развитой корневой системы (с точки зрения вторичного ветвления и общей биомассы корней), что увеличило бы скорость поглощения нитратов и их перенос в съедобную часть.
Рисунок x: Влияние различных немикробных биостимуляторов на общее содержание глюкозинолатов в дикой рукколе, выращенной в теплице. Различные буквы обозначают значимые различия в средних значениях. *: p ≤ 0,05
Исследование основных проанализированных биологически активных соединений подтверждает, что использование определенных натуральных биопродуктов могло вызвать активацию специфических защитных механизмов, что частично объясняется увеличением общего содержания GLS, зарегистрированным в растениях рукколы, обработанных PE и V-PH. Этот механизм может быть связан с примирующим действием биостимуляторов, которое позволяет обработанным растениям более быстро реагировать на абиотические факторы стресса за счет усиления экспрессии генов, связанных с примированием и системной приобретенной резистентностью (SAR). В дополнение к эффекту примирования, более высокие значения GLS, зарегистрированные в растениях, обработанных PE и V-PH, могут быть прямым следствием задокументированного усиления метаболических путей азота и углерода, что обеспечило бы больше полезной энергии для биосинтеза предшественников вышеупомянутых биологически активных соединений. Возможное увеличение экспрессии генов, непосредственно участвующих в окислительных и восстановительных процессах углеродного обмена и азотном обмене, оправдывало бы участие метаболических путей, связанных с биосинтезом фенольных соединений, подтверждая более высокие уровни фенольных кислот, зарегистрированные при обработке биостимулятором VP-H. Напротив, на общее содержание флавонолов положительно повлияло применение биостимулятора SWE. Увеличение биосинтеза флавонолов в этом случае можно объяснить значительным увеличением активности ферментов, связанных с защитой растений (аммиак-лиаза, пероксидаза, фенилаланин, полифенолоксидаза, β-1,3-глюканаза и хитиназа), вызванным ключевыми компонентами, присутствующими в биостимуляторе на основе водорослей.
Это исследование демонстрирует, как листовое применение определенных биостимуляторов (гидролизат растительного белка, растительный экстракт и экстракт морских водорослей) положительно повлияло на биосинтез основных вторичных метаболитов, обнаруженных в тканях растений ракеты. Результаты ясно показывают, как разное происхождение и состав исследуемых продуктов влияют на биосинтез различных классов метаболитов. В частности, в то время как внекорневая подкормка биостимулятором, полученным путем ферментативного гидролиза овощей, улучшила содержание фенольных кислот и глюкозинолатов, применение экстракта, полученного из морских водорослей, положительно повлияло на производство флавоноидов.
дополнительную информацию можно найти в следующих статьях: