Russian Federation
Russian Federation
GRNTI 68.01 Общие вопросы сельского хозяйства
The article is considered a review of experimental data on the universal functional role of antioxidants in biosystems cells under stressful conditions of existence, as well as the practical application of synthetic and natural antioxidants in crop production, livestock, processing and food industries, pharmacology and medicine, etc. Particular attention is paid to own research on screening and scientific substantiation of the use of compounds with antioxidant effect, including their liposomal forms, in plant growing, livestock and and poultry farming. The diversified use of the natural universal antioxidant dihydroquercetin in various fields of modern bioeconomics is described.
active forms of oxygen, oxidative stress, natural and synthetic antioxidants, protective action, bioeconomics.
Наличие значительной качественной аналогии в многообразии физиологических реакций биосистем на различные типы воздействий предполагает существование единого звена, общих принципов и механизмов в формировании стрессового ответа [1,2,3,4]. В качестве такого универсального компонента рассматривается окислительный (оксидативный) стресс, развитие которого к настоящему времени показано при действии на биосистемы самых разнообразных неблагоприятных факторов: засухи, засоления, гипо- и гипертермии, низкоинтенсивном ионизирующем излучении, действии гербицидов, патогенов и др. [5]. Увеличение продукции активных форм кислорода (АФК) при окислительном стрессе в неблагоприятных условиях приводит к активации окислительных процессов, в том числе перекисного окисления липидов (ПОЛ). Интенсификация ПОЛ способна привести к изменению свойств липидного матрикса мембран и модификации метаболизма всей клетки, однако его воздействие существенно ограничивается за счет работы антиоксидантной системы (АОС), включающей ферменты и низкомолекулярные соединения [6]. К низкомолекулярным антиоксидантам относятся аскорбиновая кислота, восстановленный глутатион, витамин Е (α-токоферол), каротиноиды, хлорофиллы, полигидроксинафтохиноны, флавоноиды, полиамины, алкалоиды, стероиды (витамин D3 ), моносахариды, олигосахариды, металлы переменной валентности и Ca2+. Антиоксидантными ферментами являются супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, глутатионтрансфераза, фосфолипидгидропероксидаза, селенсодержащая глутатионпероксидаза и др. [7].
Все вышесказанное обуславливает несомненную значимость исследований взаимосвязи изменений продукции АФК, ПОЛ, работы АОС при действии тех или иных стрессоров, а также поиска (скрининга) веществ, обладающих АО-действием.
Недостаток природных антиоксидантов приводит к интенсификации окислительных процессов в клетке и увеличению содержания в ней АФК. Антиокислительная активность клетки способствует мобилизации защитных систем и предопределяет интенсивность ответной реакции на патогенное воздействие. Важным свойством синтетических и природных антиоксидантов, введенных в клетку извне, является их способность восполнять недостаток эндогенных (собственных) антиоксидантов. На этом и основано их практическое применение с целью лечения животных и растений, повышения продуктивности в животноводстве и растениеводстве, сохранности сельскохозяйственной продукции [7].
Целью данной работы явилось обобщение известных экспериментальных исследований по практическому применению антиоксидантов в сельском хозяйстве и других областях биоэкономики.
Анализ и обсуждение результатов. Большую роль в создании научных основ использования антиоксидантов в сельском хозяйстве сыграли фундаментальные исследования Института химической физики АН СССР (ныне РАН), проводимые под руководством д.б.н. Е.Б. Бурлаковой [8].
Методы практического использования антиоксидантов для защиты сельскохозяйственных культур от ряда заболеваний, наносящих существенный экономический ущерб, разрабатываются уже более 40 лет.
Так, распространенным вредоносным заболеванием виноградной лозы, плодовых и ягодных культур является бактериальный рак. На основе антиоксидантов созданы препараты, подавляющие развитие рака в год обработки на 70-100 % и предотвращающие его развитие в последующие 2-3 года. Развитие опухолевых заболеваний растений эффективно тормозит в том числе антиоксидант дибунол.
Предпосылкой для широких испытаний антиоксидантов на бактериальном раке растений послужили исследования, в которых было установлено, что при развитии этого заболевания содержание свободных радикалов меняется. Показано, что в фазе быстрого роста опухолей в них резко возрастает концентрация свободных радикалов. Антиоксиданты уменьшают содержание свободных радикалов и тормозят рост опухолей. Подобные закономерности были обнаружены ранее при таких опухолевых заболеваниях растений, как рак картофеля, кила капусты.
Важно, что развитие опухолевых заболеваний человека и животных, с одной стороны, и растений – с другой, имеет много общих черт и ингибируется одними и теми же химическими препаратами. Высокую эффективность в ингибировании бактериального рака в полевых условиях проявляет антиоксидант фенозан, созданный в Институте химической физики [9] совместно со специалистами Московского перерабатывающего завода.
1. Pakhomova V.M. Osnovy fitostressologii. [Fundamentals of phytostressology]. / V.M. Pakhomova. - Kazan: Izd-vo KGSKhA, 1999 a. - P. 102.
2. Pakhomova V.M. Modeli stressovykh vozdeystviy i obschebiologicheskie zakonomernosti. Nespetsificheskie i spetsificheskie kharakteristiki otvetnoy reduktsii kletok rasteniy. [Models of stress effects and general biological patterns. Nonspecific and specific characteristics of plant cells’ response reduction]. / V.M. Pakhomova. - Kazan: izd-vo KGSKhA, 1999 b. - P. 150.
3. Pakhomova V.M. Nespetsificheskiy adaptatsionnyy sindrom biosistem i obschie zakonomernosti reaktivnosti kletok. [Nonspecific adaptive syndrome of biosystems and general patterns of cell reactivity]. / V.M. Pakhomova. - Kazan: KGU, 2000. - P. 180.
4. Pakhomova V.M. Biologiya ekstremalnogo sostoyaniya rastitelnykh kletok. [Biology of extreme state of plant cells]. / V.M. Pakhomova. - Kazan: KGU, 2001. - P. 108.
5. Balalaeva I.V. Izmenenie prooksidantno - antioksidantnogo statusa khloroplastov gorokha pri deystvii stressiruyuschikh faktorov sredy. / I.V. Balalaeva // Avtoref. dis….kand. biol. nauk. (Changes in the prooxidant - antioxidant status of pea chloroplasts under the action of stressing environmental factors. // Author’s abstract of thesis of Ph.D. of Biology sciences). - N. - Novgorod, 2004. - P. 24.
6. Brilkina A.A. Prooksidantno - antioksidantnoe ravnovesie u rasteniy pri vozdeystvii gipertermii i ekzogennykh fitogormonov. / A.A. Brilkina // Avtoref. dis. … kand. biol. nauk. (Prooxidant - antioxidant equilibrium in plants under the influence of hyperthermia and exogenous phytohormones. // Author’s abstract of thesis of Ph.D. of Biology sciences). - N. - Novgorod, 2002. - P. 22.
7. Pakhomova V.M. Ustoychivost i zaschita rasteniy pri optimizatsii mineralnogo pitaniya. [Stability and protection of plants when optimizing mineral nutrition]. / V.M. Pakhomova, I.A. Gaysin. - Kazan: Izdatelskiy dom “Meddok”, 2008. - P. 212.
8. Burlakova E.B. Bioantioksidanty v luchevom porazhenii i zlokachestvennom roste. [Bioantioxidants in radiation damage and malignant growth]. / E.B. Burlakova, A.V. Alesenko, E.M. Molochkina and others. - M.: Nauka, 1975. - P. 286.
9. Ershov Yu.A. Rol mikroelementov v zhizni cheloveka. [Role of microelements in human life]. / Yu.A. Ershov, E.M. Vtorova. - M.: Znanie, 1981. - P. 64.
10. Emanuel N.M. Khimiya i pischa. [Chemistry and food]. / N.M. Emanuel, G.E. Zaikov. - M.: Nauka, 1986. - P. 173.
11. Gaysin I.A. Polifunktsionalnye khelatnye mikroudobreniya: praktika primeneniya i mekhanizm deystviya. [Polyfunctional chelate microfertilizers: practice of application and mechanism of action]. / I.A. Gaysin, V.M. Pakhomova. - Kazan: Izd-vo Kazan. un-ta, 2016. - P. 316. 2nd edition.
12. Ilyazov R.G. Primenenie bionanokapsulnykh form antioksidantov v ptitsevodstve. / R.G. Ilyazov, V.M. Pakhomova // Materialy mezhdunarodnogo kongressa “Biotekhnologiya: sostoyanie i perspektivy razvitiya”. (Application of bionanacapsular forms of antioxidants in poultry farming. // Proceeedings of International congress “Biotechnology: state and development prospects”). Vol. 2. - M.: “RED GRUPP”, 2017 a. - P. 104 - 105.
13. Ilyazov R.G. Primenenie bionanokapsulnykh form antioksidantov v zhivotnovodstve. / R.G. Ilyazov, V.M. Pakhomova // Materialy mezhdunarodnogo kongressa “Biotekhnologiya: sostoyanie i perspektivy razvitiya”. [The use of bionanacapsular forms of antioxidants in animal husbandry. // Proceedings of International congress “Biotechnology: state and development prospects”). Vol. 2. - M.: “RED GRUPP”, 2017 b. - P. 202.
14. Pokrovskiy A.L. Metabolicheskie aspekty farmakologii i toksikologii pischi. [Metabolic aspects of pharmacology and toxicology of food]. / A.L. Pokrovskiy. - M.: Meditsina, 1979. - P. 280.
15. Udalov S. Natural preservatives against chemical. [Prirodnye konservanty protiv khimicheskikh]. / S. Udalov // Prezident. - President. 2017. № 1 (319). P. 12.
