Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.6. Гипобиологический механизм накопления биологически активных веществ в зеленых криокормах
Зеленый криокорм – это замороженный естественным холодом зеленый корм, запрессованный в тюки малого размера.
Многолетнемерзлые породы на Земле занимает более 36 млн. км2. Площадь криолитозоны Российской федерации составляет более 10 млн. км2, которая охватывает около 60 % территории страны. Учитывая, что природно-климатические условия криолитозоны неблагоприятны для заготовки и рационального использования высококачественных кормов стандартными технологиями, сотрудниками Института биологических проблем криолитолзоны ЯНЦ СО РАН, разрабатывается технология консервирования зеленых кормов, с использованием неисчерпаемых естественных ресурсов холода зоны вечной мерзлоты (табл. 2.3.1). Руководил этой работой д.с.-х.н., профессор Б.И. Иванов. В результате проведенных полевых работ и лабораторных биохимических анализов получены очень интересные материалы, показывающие положительное влияние холода на накопление зеленой массы и биологически активных веществ в зеленых криокормах [311].
Полевые опыты проведены на экспериментальных полях Якутского ботанического сада ИБПК СО РАН на мерзлотной лугово-черноземной почве. В 2009 г. овес сорта «Покровский» посеян в 3 срока: I – 17 июня; II – 6 июля; III – 30 июля. В 2010 г. посев проведен 9 июля, испытано несколько холодоустойчивых кормовых культур (вайда, овес, рапс, горох, амарант). Урожай зеленой массы после скашивания по первому снегу хранился в 3-х вариантах: в копнах на поле; в холодном закрытом помещении; в подземной лаборатории Института мерзлотоведения СО РАН (в толще многолетнемерзлых пород).
Предположение о том, что у холодоустойчивых однолетних растений (овес, рапс), не прошедших полный цикл развития при поздних сроках сева, протекают процессы закаливания к низким температурам по типу закаливания к низким температурам зимующих в зеленом состоянии многолетних травянистых растений, подтвердилось по результатам полевых опытов.
Растения овса 1-го срока посева (17.06), не достигшие молочной спелости, пожелтели, остались зелеными только нижние междоузлия с влагалищами листьев.
У растений второго срока посева (07.07), находящихся в фазе выметывания колоса, пожелтели только нижние листья, урожайность с единицы площади была наиболее высокой. Соломина, хотя и оставалась зеленой, но огрубела.
Самая высококачественная зеленая масса была у растений позднего срока посева, которые находились в фазе трубкования (табл. 2.3.1).
Растения самого позднего срока посева остались до уборки по снегу с ярко зелеными упругими листьями с высоким содержанием воды (65–70 %).
Таблица 2.3.1
Влияние сроков посева на величину и качество урожая зеленой массы овса (данные К.А. Петрова)
Предполагается, что молодые растения овса, не сформировавшие семена и прошедшие закаливание ежесуточными ночными низкими температурами (–8 °С), консервируются стабильно отрицательными температурами осенне-зимнего периода криолитозоны. Образующиеся в процессе первой фазы закаливаия комплементарные к льдоподобной воде низкомолекулярные белки, углеводы, каротин и каратиноиды и т. д., обеспечивают безопасное для тканей растений льдообразование при зимних морозах.
Такая высококачественная в кормовом отношении зеленая масса с максимально высоким содержанием сахаров, каротина и фотосинтезирующих пигментов, называемая «криокорм», превосходит сено по содержанию каротина в 20 раз, протеина – 5, сахаров более 15 раз.
В Якутии быстрый переход осени к зиме без продолжительных оттепелей позволяет сохранить зеленый криокорм в естественных условиях без потери кормовых достоинств весь зимний период в копнах или мелких стогах, а также в холодных помещениях, защищенных от прямых солнечных лучей.
В процессе развития устойчивости растений к неблагоприятному фактору выделяют два различных этапа:
1) быстрый первичный ответ;
2) значительно более длительный этап, связанный с формированием новых изоэнзимов или стрессорных белков, которые обеспечивают протекание метаболизма в изменившихся условиях.
Синтез изоэнзимов и других структур происходит в процессе физиологического обезвоживания, переходящего к физиологической ангидрии при активной работе гипобиометаболического комплекса систем жизнеобеспечения (СГБМ).
В центральных районах Якутии исключительно благоприятные условия для закаливания растений к холоду складываются в сентябре. Большое количество солнечных дней обеспечивает накопление в них питательных веществ, прохладные ночи задерживают расход углеводов на дыхание и процессы роста. Растения вступает в зиму более закаленными, чем в тех районах, где осенью преобладает пасмурная погода.
У однолетних холодоустойчивых растений, не прошедших полный цикл развития происходят аналогичные процессы закаливания. Оставаясь на корню в зеленом состоянии, они впадают в гипобиоз, а затем и мезобиоз и остаются жизнеспособными в условиях низких раннезимних температур воздуха и почвы. Затем, при наступлении зимы под действием сильных морозов они полностью промерзают в зеленом состоянии, сохраняя биологически активные высокопитательные вещества.
Следует также отметить то, что заморозки, которые в криолитозоне могут наступить в любой период вегетации растений, с резким снижением температуры воздуха (весной –10 °С, в августе –8 °С) стимулируют рост вегетативных органов холодоустойчивых растений. Это пороисходит за счет совместной работы архесистемы (АСЖД) и системы гипобиометаболизма (СГБМ), но задерживают созревание репродуктивных органов и снижают урожай семян.
У однолетних яровых зерновых культур, как известно, после образования и созревания семян (зерен) надземные органы и корневая система полностью отмирают – растение погибает от старости. Поэтому у них нет генетической информации формирования специализированных, долговременных механизмов адаптации к зимним морозам как у травянистых многолетников.
Зимне-зеленые травянистые растения, имеющие высокую кормовую ценность, закаливаясь к холоду при осенних низких температурах, уходят под снег в зеленом состоянии. Так, среди местного населения хвощ пестрый славится, как прекрасное нажировочное растение. В кормовом отношении ему не уступает исключительно холодоустойчивое растение – пушица влагалищная, примерно 50 % надземной массы этого растения зимой сохраняется в зеленом состоянии [221].
Дикие животные, а также олени и лошади, восполняют дефицит в витаминах и питательных веществах за счет поедания зеленых побегов и листьев, выкапываемых ими из-под снега, затрачивая при этом большое количество энергии на выживание. Крупный рогатый скот такой возможности не имеет и страдает от хронического дефицита витаминов.
В фундаментальной монографии проф. А.Д. Егорова «Витамин С и каротин в растительности Якутии» [112] показано, что одной из главных причин низкого воспроизводства сельскохозяйственных животных является недостаток каротина в кормах. У коров, например, наблюдается повышенная яловость, аборты, рождение мертвого и нежизнеспособного приплода, снижение устойчивости к инфекциям, ослабление половой функции и другие нарушения.
При сушке травы на сено, в них происходит огромная потеря каротина, нередко, достигающая 80-90 % от первоначального его количества в свежескошенной траве.
У зимне-зеленых кормовых растений Севера (вейник Лангсдорфа, хвощ полевой) происходит повышение содержания сахаров в период увядания, которое приходится на начало и середину сентября и совпадает с периодом резкого похолодания. В зеленых побегах трав, взятых из-под снега, обнаруживается до 10–14 % сахаров. Перезимовавшие в зеленом состоянии образцы осоки вздутой содержали растворимых сахаров до 12,0 %, а побеги светло-бурой окраски (почти ветошь) только – 4,59 %. Сохранившиеся зимой в зеленом состоянии части тебеневочных кормовых растений содержат азотистых веществ в 1,5–2,5 раза больше, по сравнению с побуревшими. Зеленая масса осенней отавы сенокосов по содержанию каротина значительно превосходит даже самое лучшее сено. Скошенная и высушенная осенняя отава содержит на 66,5 % больше каротина, чем обычное сено раннего покоса. Липиды консервированных естественным холодом кормовых трав (пырей ползучий, овес посевной, пушица влагалищная) содержат существенно более высокий уровень полиненасыщнных жирных кислот – линолевой и линоленовой (50,0–66,7 от общего количества жирных кислот), чем липиды сена [221].
Криолитозона располагает неисчерпаемым ресурсом естественного холода, который может быть использован в качестве бесплатного агента, консервирующего зеленую массу растений (табл. 2.3.2).
Таблица 2.3.2
Средняя месячная и годовая температура воздуха, °С (ст. Якутск) [1]
Сырьем для производства зеленого криокорма служат холодоустойчивые однолетние кормовые культуры, выдерживающие низкие отрицательные температуры осенне-зимнего периода: овес, рапс, горох и т. д. У них отмечается усиленное накопление запасных углеводов, особенно сахаров с наступлением осени, что повышает их холодоустойчивость.
Отличительная особенность технологии заготовки зеленого криокорма состоит в том, что посев однолетних кормовых культур проводится в более поздние сроки (8–15 июля) с расчетом максимального накопления их вегетативной массы с продуктивным использованием позднелетних и осенних осадков к периоду перехода среднесуточных температур с положительных к стабильно отрицательным.
При различных технологиях заготовки зеленых кормов общие потери питательных веществ составляют: при полевой сушке – 40–45 %; силосовании – 30–35 %; сенажировании – 17–20 %; при консервировании естественным холодом – до 5 %. По содержанию каротина зеленый криокорм превосходит сено более чем в 20 раз, а по перевариваемому протеину – в 4,2 раза (табл. 2.3.3).
Таблица 2.3.3
Сравнительная характеристика кормового качества сена и зеленого криокорма
Проведенными научными исследованиями и производственными испытаниями доказана эффективность возделывания и использования зеленого криокорма. При подкормке им повышается продуктивность животных и качество продукции вне зависимости от сезона. Поедаемость оленями, лошадьми и крупным рогатым скотом стопроцентная.
В.А. Румянцевым разработан способ заготовки зеленого корма с использованием естественного холода, защищенный патентами СССР (№ 1835996) и РФ (№ 213204). Им создана коммерческая организация по прозводству и реализации зеленого криокорма [203]. На первоначальном этапе работы посев осуществили на площади 200 га, урожайность с 1 га составлял 15–35 т продукции. На текущий момент рыночная стоимость сена составляет 5000 руб. за тонну. Организаторы надеются, что в дальнейшем зеленый криокорм может частично заменить сено, и «поднять» сельское хозяйство не только Якутии, но и всего Северо-Восточного региона и Арктической зоны России на новый уровень.
Применение зеленого криокорма для обогащения рациона кормления животных и птиц позволит решить проблемы их оздоровления, повышения продуктивности и качества продукции. Основными потребителями зеленого криокорма могут быть коровы, лошади, свиньи, олени, птицы, питомцы звероферм, а также дикие животные в зоопарках, заказниках и заповедниках. Преимущества массового использования зеленого криокорма заключаются, прежде всего, в его полноценности в кормовом отношении, а также возможности механизации всего процесса его заготовки и использования.
Понимание самими заготовителями и потребителями гипобиологических, гипобиометаболических механизмов образования и накопления высокопитательных, биологически активных соединений в тканях растений зеленого криокорма, которые благоприятно отражаются на здоровье и продуктивность животных, поможет широкому использованию этого нового перспективного вида корма в частных хозяйствах и кооперативных сельскохозяйственных предприятиях.