Накопление L-аргинина в хвое и распределение по кроне сосны обыкновенной при регуляции азотного и борного обеспечения

УДК

DOI:

Аннотация

Значительное количество биологически активных веществ древесной зелени сосны составляют водорастворимые фракции, к которым относятся и свободные аминокислоты, использующиеся при лечении многих заболеваний. Содержание и состав свободных аминокислот в растении варьирует в широких пределах в связи с обеспеченностью элементами минерального питания. Повышение уровня аминокислот
в растительном сырье и изменение их количественного соотношения в соответствии
с конкретными задачами можно осуществлять путем регуляции режима минерального питания растений. При внесении только азотных удобрений у хвойных происходит накопление аминокислот с высоким содержанием азота. Аргинин является основной аминокислотой для запасания азота у многих хвойных. Качественный и количественный состав свободных аминокислот в хвое может варьировать в пределах кроны
и зависеть от сроков внесения удобрений, что важно учитывать при заготовке растительного материала.

Цель работы – изучение влияния сроков внесения удобрений на накопление
L-аргинина в хвое и его распределение в кроне сосны обыкновенной. Экспериментальный участок находился на юге Карелии, в 10-летнем молодняке сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) естественного возобновления. Для построения распределения L-аргинина в кроне на модельном участке в почву в третьей декаде августа вносили азот в количестве 50,00 г/м² в виде сухой аммиачной селитры и бор в количестве 0,25 г/м² в виде водного раствора борной кислоты. Для оптимизации сроков на опытных участках в почву вносили азотные и борные удобрения в первой декаде июня, третьих декадах июля и августа. С учетом показателей, характеризующих соотношение масс хвои и стеблей в зависимости от положения в кроне дерева, а также распределения L-аргинина по мутовкам, можно рекомендовать сбор хвои первого и второго годов со 2-й – 4-й мутовок дерева. Внесение удобрений в первой декаде июня наиболее эффективно при заготовке обогащенной L-аргинином хвои сосны обыкновенной в осеннее-зимний период.

Сведения об авторах

© Е.В. Робонен¹, вед. физик

Н.П. Чернобровкина¹, д-р биол. наук, доц.

Т.Н. Макарова¹, вед. химик

В.П. Короткий², чл.-кор. МАНЭБ, директор НТЦ «Химинвест»

Ю.Н. Прытков³, д-р с.-х. наук, проф.

С.С. Марисов⁴, асп.

¹ Институт леса Карельского научного центра РАН, ул. Пушкинская, 11, г. Петрозаводск,
Россия, 185910

E-mail: er51@bk.ru

² ООО НТЦ «Химинвест», ул. Нижне-Волжская набережная, 6/1, г. Нижний Новгород, Россия, 603001

E-mail: himinvest@sandy.ru

³ Аграрный институт Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева, ул. Российская, 31, п. Ялга, г. Саранск, Россия, 430904

E-mail: agro-inst@adm.mrsu.ru

⁴ Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, пр. Гагарина, 97, г. Нижний Новгород, Россия, 603107

E-mail: himinvest@sandy.ru

Ключевые слова

Литература

1. Горошкевич С.Н. Пространственно-временная и структурно-функциональная организация кроны кедра сибирского: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Томск, 2011. 61 с.
2. Граник В.Г. Метаболизм L-аргинина (обзор) // Хим.-фарм. журн. 2003. Т. 37, № 3. С. 3–20.
3. Журавлева Л.Н. Переработка древесной зелени хвойных с использованием сжиженных углеводородов: автореф. … канд. техн. наук: Красноярск, 2005. 24 c.
4. Использование нингидриновой реакции для количественного определения 
5. a-аминокислот в различных объектах: метод. рек. / А.В. Симонян, А.А. Саламатов, Ю.С. Покровская, А.А. Аванесян. Волгоград: ВолгГМУ, 2007. 106 с.
6. Источники получения древесной зелени для производства аргининового иммуностимулятора / Е.В. Робонен, Н.П. Чернобровкина, О.В. Чернышенко, М.И. Зайцева // Вестн. МГУЛ – Лесн. вестн. 2012. № 3. С. 11–15.
7. Клопкова Н.М. Экономические аспекты развития кормопроизводства // Экономика и социум. 2012. № 2. С. 200–202. Режим доступа: http://www.iupr.ru/1-2011-g / (Обращение 12 янв. 2013 г.)
8. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Влияние дозы азота при подкормках на отток ¹⁴С-ассимилятов у сосны в сосняках лишайниковых // Лесн. журн. 2012. № 1. С. 7–12. (Изв. высш. учеб. заведений).
9. Листов А.А., Коновалов В.Н. Влияние минеральных удобрений на сезонный рост сосны в высоту // Лесоведение. 1988. № 1. С. 33–42.
10. Марков Х.М. L-аргинин – оксид азота в терапии болезней сердца и сосудов // Кардиология. 2005. № 6. С. 87–95.
11. Нагимов З.Я. Закономерности роста и формирования надземной фитомассы сосновых древостоев: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. Екатеринбург, 2000. 43 с.
12. Новицкая Ю.Е., Чикина П.Ф. Азотный обмен у сосны на Севере. Л.: Наука, 1980. 166 с.
13. Племенков В.В. Природные соединения – основной базис поиска химиотерапевтических субстанций // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы IV Всерос. конф., 21–23 апреля 2009 г. Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2009. Кн. 2. С. 11–14.
14. Разработка новых технологий получения лекарственных форм для ветеринарной медицины на основе живицы сосновой / В.П. Короткий, В.И. Великанов, 
15. Н.И. Богданович, В.И. Рощин, И.Ф. Водопьянов, И.В. Чечет // Лесн. журн. 2012. № 5. 
16. С. 125–133. (Изв. высш. учеб. заведений).
17. Распределение фитомассы в сосняке лишайниковом / Н.Г. Балыков, 
18. Л.М. Виликайнен, Е.В. Робонен, А.В. Смирнов // Лесоведение. 1989. № 6. С. 57–63.
19. Ушанова В.М., Степень Р.А., Репях С.М. Переработка древесных отходов хвойных деревьев // Химия раст. сырья. 1998. № 2. С. 17–23.
20. Чернобровкина Н.П. Экофизиологическая характеристика использования азота сосной обыкновенной. СПб.: Наука, 2001. 175 с.
21. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Зайцева М.И. Накопление L-аргинина в хвое сосны обыкновенной при регуляции азотного и борного обеспечения // Химия раст. сырья. 2010. № 3. С. 71–75.
22. Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени / Под ред. Ю.И. Холькина. Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. 224 с.
23. Ball R.O., Urschel K.L., Pencharz P.B. Nutritional consequences of interspecies differences in arginine and lysine metabolism // J. Nutr. 2007. Vol. 137, N 6. P. 1626–1641.
24. Cengiz Ö., Küçükersan S. Effects of graded contents of arginin supplementation on growth performance, haematological parameters and immune system in broilers // Revue Méd. Vét. 2010. Vol. 161, N 8–9. P. 409–417.
25. Engvild K.C. The “Red” Decline of Norway Spruce or “Røde Rødgraner” – Is it Ammonium Overload or Top-Dying? // Risø National Laboratory. April, 2005. 16 p.
26. Gezelius K, Näsholm T. Free amino acids and protein in Scots pine seedlings cultivated at different nutrient availabilities // Tree Physiology. 1993. Vol. 13, N 1. P. 71–86.
27. Greenstein J.P., Winitz M. Chemistry of Amino Acids. New York, London: John Veley and Sons, 1961. IV. P. 1847–1848.
28. Huhn B.G., Schulz H. Contents of free amino acids in Scots pine needles from field sites with different levels of nitrogen deposition // New Phytologist. 1996. Vol. 134. 
29. P. 95–101.
30. Näsholm T., Ericsson A. Seasonal changes in amino acids, protein and total nitrogen in needles of fertilized Scots pine trees // Tree Physiology. 1990. Vol. 6. P. 267–281.
31. Näsholm T., Kielland, K. Ganeteg U. Uptake of organic nitrogen by plants // Tansley Review New Phytologist. 2009. Vol. 182. P. 31–48.
32. Pat. 6340480. (IPC1-7): A61K35/78 AN 09/473105 01/22/2002. Natural composition for the treatment of circulatory conditions United States / Duckett M.J., Moore K.
33. Quantification of effects of season and nitrogen supply on tree below-ground carbon transfer to ectomycorrhizal fungi and other soil organisms in a boreal pine forest / 
34. M.N. Högberg, M.J.I. Briones, S.G. Keel, D.B. Metcalfe, C. Campbell, A.J. Midwood, 
35. B. Thoornton, V. Hurry, S. Linder, T. Nasholm, P. Hogberg // New Phytologist. 2010. 
36. Vol. 187. P. 485–493.
37. Tegeder M., Rentsch D. Uptake and Partitioning of Amino Acids and Peptides // Molecular Plant. 2010. Vol. 3, N 6. P. 997–1011.

Ссылка на английскую версию:

Accumulation of L-Arginine in Scots Pine Needles and Its Distribution over the Crown Under Regulation of Nitrogen and Boron Supply

Е.V. Robonen¹, Leading Physicist

N.P. Chernobrovkina¹, Doctor of Biology, Associate Professor

T.N. Makarоva¹, Leading Chemist

V.P. Korotky², Corresponding Member of the International Academy of Ecology, Human Safety and Nature, Director of the Science and Technology Center "Himinvest"

Yu.N. Prytkov³, Doctor of Agriculture, Professor

S.S. Marisov⁴, Postgraduate Student

¹ Forest Research Institute KRC RAS, Pushkinskaya, 11, Petrozavodsk, 185910, Russia

E-mail: er51@bk.ru

² Science and Technology Center "Himinvest", Nizhne-Volzhskaya naberezhnaya, 6/1, Nizhny Novgorod, 603001, Russia

E-mail: himinvest@sandy.ru

³ Institute of Agriculture, Ogarev Mordovia State University, Rossiyskaya 31, Yalga, Saransk, 430904, Russia

E-mail: agro-inst@adm.mrsu.ru

⁴ Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Gagarina, 97, Nizhny Novgorod, 603107, Russia

E-mail: himinvest@sandy.ru

A significant number of biologically active substances in pine wood green are water-soluble fractions, such as free amino acids which are used in the treatment of many diseases. The content and composition of free amino acids in a plant vary greatly depending on nutrient concentration. The level of amino acids in plant materials can be raised and their proportion can be changed, in accordance with a specific task, by regulating mineral nutrition of plants. Fertilization with nitrogen alone greatly increases the amount of amino acids rich in nitrogen in the organs of conifers. Arginine is the major amino acid for nitrogen storage in many conifers. The quality and quantity of free amino acids composition in the needles can vary within the crown and may depend on the date of fertilization. This is important to consider when harvesting plant materials.

The authors studied the influence of fertilization date on the content of L-arginine in Scots pine needles and its distribution in the crown. The experimental site was located in the south of Karelia. The stand consisted of naturally regenerated 10-year-old Scots pine trees (Pinus sylvestris L.). To determine the distribution of L-arginine in the crown, we added to the soil a 50 g/m² dose of nitrogen in the form of dry ammonium nitrate and a 0.25 g/m² dose of boron in the form of aqueous solution of boric acid in late August. Nitrogen and boron fertilizers were applied at the model sites during the first ten days of June, in late July and late August to optimize fertilization dates. Taking into account the ratio between the weight of needles and the weight of stems, depending on the position in the tree crown, and the distribution of L-arginine on the whorls, we recommend harvesting first and second year needles of the 2nd ­– 4th whorls of the tree. The most efficient period for fertilizing is early June, if the harvesting of pine needles enriched with L-arginine is carried out in autumn or winter.

Keywords: mineral nutrition, nitrogen, boron, L-arginine, Pinus sylvestris L.

REFERENCES

1. Goroshkevich S.N. Prostranstvenno-vremennaya i strukturno-funktsional'naya organizatsiya krony kedra sibirskogo: avtoref. dis. … d-ra. biol. nauk [Spatio-Temporal and Structural-Functional Organization of Siberian Cedar Crown: Dr. Biol. Sci. Diss. Abs.]. Tomsk, 2011.
2. Granik V.G. Metabolizm L-arginina (obzor) [Metabolizm of L-Arginine 
3. (A Review)]. Khimiko-farmatsevticheskiy zhurnal, 2003, vol. 37, no. 3, pp. 3–20.
4. Zhuravleva L.N. Pererabotka drevesnoy zeleni khvoynykh s ispol'zovaniem szhizhennykh uglevodorodov: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk [Treatment of Wood Green of Conifers Using Liquefied Hydrocarbons: Cand. Tech. Sci. Diss. Abs.]. Krasnoyarsk, 2005. 24 p.
5. Simonyan A.V., Salamatov A.A., Pokrovskaya Yu.S., Avanesyan A.A. Ispol'zovanie ningidrinovoy reaktsii dlya kolichestvennogo opredeleniya aminokislot v razlichnykh ob"ektakh: metod. rek. [The Use of Ninhydrin Test for 
6. Quantification of Amino Acids in Various Objects: Guidelines]. Volgograd, 2007. 106 p.
7. Robonen E.V., Chernobrovkina N.P., Chernyshenko O.V., Zaytseva M.I. Istochniki polucheniya drevesnoy zeleni dlya proizvodstva argininovogo immunostimulyatora [Sources of Foliage for Arginine Immunostimulant Manufacturing]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa – Lesnoy vestnik, 2012, no. 3, pp. 11–15.
8. Klopkova N.M. Ekonomicheskie aspekty razvitiya kormoproizvodstva [Economic Aspects of Forage Production Development]. Ekonomika i sotsium, 2012, no. 2, 
9. pp. 200–202. Available at: http://www.iupr.ru/1-2011-g / (accessed 12 January 2013).
10. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Vliyanie dozy azota pri podkormkakh na ottok 14s-assimilyatov u sosny v sosnyakakh lishaynikovykh [Impact of Nitrogen Dose on the ¹⁴C-Assimilates Outflow in Pine Trees at the Lichen Pine Forests]. Lesnoy zhurnal, 2012, no. 1, pp. 7–12.
11. Listov A.A., Konovalov V.N. Vliyanie mineral'nykh udobreniy na sezonnyy rost sosny v vysotu [Influence of Fertilizers on the Seasonal Height Growth of Pine]. Lesovedenie, 1988, no. 1, pp. 33–42.
12. Markov Kh.M. L-arginin–oksid azota v terapii bolezney serdtsa i sosudov 
13. [L-Arginin – Nitric Oxide System in the Therapy of Diseases of the Heart and Vessels]. Kardiologiya, 2005, no. 6, pp. 87–95.
14. Nagimov Z.Ya. Zakonomernosti rosta i formirovaniya nadzemnoy fitomassy 
15. sosnovykh drevostoev: avtoref. dis. ... d-ra s.-kh. nauk [Mechamisms of Growth and Formation of Aboveground Phytomass of Pine Stands: Dr. Agric. Sci. Diss. Abs.]. Yekaterinburg. 2000. 43 p.
16. Novitskaya Yu.E., Chikina P.F. Azotnyy obmen u sosny na Severe [Nitrogen 
17. Metabolism in Pine in the North]. Leningrad, 1980. 166 p.
18. Plemenkov V.V. Prirodnye soedineniya – osnovnoy bazis poiska khimioterapevticheskikh substantsiy [Natural Compounds –Basic in Searching for Chemotherapeutic Substances]. Novye dostizheniya v khimii i khimicheskoy tekhnologii rastitel'nogo syr'ya: materialy IV Vseros. konf. [Advances in Chemistry and Chemical Engineering of Bioorganic Materials: Proc. 4th All-Russian Conf.]. 21–23 April 2009. Barnaul, 2009, vol. 2, pp. 11–14.
19. Korotkiy V.P., Velikanov V.I., Bogdanovich N.I., Roshchin V.I., Vodop'yanov I.F., Chechet I.V. Razrabotka novykh tekhnologiy polucheniya lekarstvennykh form dlya veterinarnoy meditsiny na osnove zhivitsy sosnovoy [Development of New Techniques to Produce Pine Resin-Based Drugs for Veterinary Medicine]. Lesnoy zhurnal, 2012, no. 5, pp. 125–133.
20. Balykov N.G., Vilikaynen L.M., Robonen E.V., Smirnov A.V. Raspredelenie fitomassy v sosnyake lishaynikovom [Phytomass Distribution in the Lichen Pine Forest]. Lesovedenie, 1989, no. 6, pp. 57–63.
21. Ushanova V.M., Stepen' R.A., Repyakh S.M. Pererabotka drevesnykh otkhodov khvoynykh derev'ev [Recycling of Waste Wood from Coniferous Trees]. Khimiya 
22. rastitelnogo syr'ya, 1998, no. 2, pp. 17–23.
23. Chernobrovkina N.P. Ekofiziologicheskaya kharakteristika ispol'zovaniya azota sosnoy obyknovennoy [Ecophysiological Characteristics of the Use of Scots Pine Nitrogen]. St. Petersburg, 2001. 175 p.
24. Chernobrovkina N.P., Robonen E.V., Zaytseva M.I. Nakoplenie L-arginina 
25. v khvoe sosny obyknovennoy pri regulyatsii azotnogo i bornogo obespecheniya [L-Arginine Storage in Scots Pine Needles Under Controlled Nitrogen and Boron Nutrition]. Khimiya rastitelnogo syr'ya, 2010, no. 3, pp. 71–75.
26. Yagodin V.I. Osnovy khimii i tekhnologii pererabotki drevesnoy zeleni
27. [Fundamentals of Chemistry and Technology of Wood Green Processing]. Leningrad, 
28. 1981. 224 p.
29. Ball R.O., Urschel K.L., Pencharz P.B. Nutritional Consequences of Interspecies Differences in Arginine and Lysine Metabolism. J. Nutr., 2007, vol. 137, no. 6, 
30. pp. 1626–1641.
31. Cengiz Ö., Küçükersan S. Effects of Graded Contents of Arginin Supplementation on Growth Performance, Haematological Parameters and Immune System in Broilers. Revue Méd. Vét., 2010, vol. 161, no. 8–9, pp. 409–417.
32. Engvild K.C. The “Red” Decline of Norway Spruce or “Røde Rødgraner” –
33. Is It Ammonium Overload or Top-Dying? Risø National Laboratory. April 2005. 16 p.
34. Gezelius K., Näsholm T. Free Amino Acids and Protein in Scots Pine Seedlings Cultivated at Different Nutrient Availabilities. Tree Physiology, 199, vol. 13, no. 1, pp. 71–86.
35. Greenstein J.P., Winitz M. Chemistry of Amino Acids. New York, London, 1961, pp. 1847–1848.
36. Huhn B.G., Schulz H. Contents of Free Amino Acids in Scots Pine Needles from Field Sites with Different Levels of Nitrogen Deposition. New Phytologist, 1996, vol. 134, pp. 95–101.
37. Näsholm T., Ericsson A. Seasonal Changes in Amino Acids, Protein and Total Nitrogen in Needles of Fertilized Scots Pine Trees. Tree Physiology, 1990, vol. 6, 
38. pp. 267–281.
39. Näsholm T., Kielland K., Ganeteg U. Uptake of Organic Nitrogen by Plants. New Phytologist, 2009, vol. 182, pp. 31–48.
40. Duckett M.J., Moore K. Natural Composition for the Treatment of Circulatory Conditions. United States Patent 6340480. (IPC1-7): A61K35/78 AN 09/473105 01/22/2002.
41. Högberg M.N., Briones M.J.I., Keel S.G., D.B. Metcalfe, C. Campbell, 
42. A.J. Midwood, B. Thoornton, V. Hurry, S. Linder, T. Nasholm, P. Hogberg. Quantification of Effects of Season and Nitrogen Supply on Tree Below-Ground Carbon Transfer to Ectomycorrhizal Fungi and Other Soil Organisms in a Boreal Pine Forest. New Phytologist, 2010, vol. 187, pp. 485–493.
43. Tegeder M., Rentsch D. Uptake and Partitioning of Amino Acids and Peptides. Molecular Plant, 2010, vol. 3, no. 6, pp. 997–1011.