Микроэлементы в продукции растениеводства и здоровье человека
Изначально низкое содержание доступных для растений форм микроэлементов — широко распространенное явление, характерное для многих почв мира. Это в значительной степени обусловлено относительно более низким содержанием микроэлементов в земной коре по сравнению с другими химическими элементами (рис. 8.1).
В почвах агроэкосистем дополнительному уменьшению содержания подвижных соединений микроэлементов способствуют использование различных агротехнических приемов, применение безбаластных минеральных удобрений и разнообразных химических мелиорантов. К тому же усиливается сорбция микроэлементов почвой. Кроме того, применение интенсивных технологий сопровождается отчуждением микроэлементов из корнеобитаемого слоя почвы с продукцией растениеводства (табл. 8.1).
Растения — первичный источник большинства микроэлементов для организма человека и животных. Поэтому недостаток микроэлементов в растениях вреден не только растениям. но и потребляющим их человеку и животным (рис. 8.2). Для нормальной жизнедеятельности человеку необходимо не менее 50 различных питательных веществ, из которых 17 — различные микроэлементы (табл. 8.2).
Собственно вывод о необходимости человеку микроэлементов и витаминов и стая возможным вследствие возникновения различных заболеваний, вызываемых дефицитом этих веществ. Около 60-80% людей, населяющих нашу планету, страдают от недостатка железа и цинка, более 30% — от недостатка йода. В Новосибирской области и Алтайском крае часты заболевания эндемическим зобом, кариесом, сахарным диабетом, анемией, половым недоразвитием у детей, селенодефицитными состояниями.
Вероятная причина этих заболеваний — нарушения в содержании и соотношении макро- и микроэлементов в продуктах питания и воде.
Около 15% населения нашей планеты испытывают недостаток селена, вызывающего у человека различные заболевания: сердечно-сосудистые, гипотиреоз, ослабление иммунной системы, мужское бесплодие, онкологические заболевания. У животных недостаток селена вызывает беломышечную болезнь (овцы, крупный рогатый скот), алиментарный гепатит (свиньи), экссудативный диатез (домашняя птица). Вероятность возникновения заболеваний возрастает, если концентрация селена в кормах не превышает 0,01-0,1 мг/кг сухой массы, в почвах — 0,05-0,1 мг/кг, в воде — 10 мкг/л.
В большинстве продуктов питания концентрация селена не превышает 1 мг/кг (табл. 8.3). Отметим, что концентрация селена в продуктах питания варьирует не только в разных странах, но и в разных регионах одной страны.
Хлеб — один из наиболее важных по масштабам потребления продуктов растениеводства— характеризуется относительно низким уровнем концентрации селена. В конце 80-х годов прошлого века я Великобритании в организм человека с хлебом поступало около 47% потребляемого селена. Через 10 лет вклад хлеба в снабжение населения селеном снизился до 20% в связи с уменьшением потребления хлебобулочных изделий. Вариации в концентрации селена в хлебе обусловлены как различным содержанием селена в пшенице, так и технологическими особенностями хлебопечения.
Многие страны, особенно в Азии, характеризуются высоким потреблением риса, В Тайланде потребление риса s расчете на душу населения составляет 250 г/сут, а суточное потребление человеком селена с этим продуктом — около 12 мкг. Концентрация селена в рисе, выращенном в Японии, изменяется в зависимости от содержания селена в почве от 0,011 до 0,182 мг/кг. В целом низким содержанием селена (< 0,1 мг/кг) характеризуются овощи (табл. 8.3). Концентрация селена (мг/кг) в луке и чесноке, выращенных в обычных условиях (при низком содержании селена в почве), весьма незначительна: соответственно 0,002-0,01 и 0,03-0,25.
Анемия — одно из наиболее распространенных заболеваний человека, вызванное дефицитом железа, усиливающимся с каждым годом. В период 1960-2000 гг. число подверженных этому заболеванию людей в мире возросло с 35 до 50%. В развивающихся странах около 40-45% процентов детей школьного возраста анемичны. Типичный симптом анемии — низкая концентрация гемоглобина в крови. Заболевшие анемией дети имеют слабый иммунитет, ограниченную работоспособность, плохо обучаемы. Женщины в детородном возрасте особенно склонны к анемии, что служит причиной преждевременных родов, рождения детей с небольшим весом, повышенной детской смертности.
He менее опасен недостаток цинка. У человека он проявляется в нарушении роста и развития, полового созревания, иммунитета, активности центральной нервной системы. До недавнего времени бор не рассматривался как необходимый для человека и животных микроэлемент. Теперь установлено, что недостаток бора у человека может вызывать определенные нарушения в состоянии здоровья. Бор может участвовать в предотвращении остеопороза, атеросклероза, онкологических заболеваний, формировании кратковременной памяти и других функциональных расстройств.
Голод, недоедание, ожирение, пища низкого качества — основные причины многих заболеваний. Дефицит микроэлементов у людей обусловлен недостаточным потреблением в пищу богатых минералами продуктов: овощей, фруктов, рыбы, продукции животноводства. Заболевания, вызванные недостатком железа и цинка, особенно распространены в тех странах, где традиционна злаковая диета: в Индии, Пакистане, Бангладеш, развивающихся странах.
Злаковая продукция — основной источник углеводов. Содержание в ней белков и многих микроэлементов незначительно. Даже самые высокие концентрации цинка (< 30 мг/кг), обнаруженные в зерновках коричневого риса, недостаточны для обеспечения потребностей в этом микроэлементе людей, преимущественно употребляющих в пищу рис. В зерновках злаков железо и цинк сосредоточены в оболочках, удаляемых в процессе приготовления муки. После шлифовки риса концентрация микроэлементов в зерновках значительно снижается (табл. 8.4).
В странах с остро проявляющимися у населения заболеваниями, вызываемыми дефицитом микроэлементов, почвы, недостаточно обеспеченные микроэлементами, занимают обширные территории. Аграрные системы этих стран в лучшем случае способны предотвратить голод, снабжая растущее население зерновой продукцией, обедненной микроэлементами. В целом усредненные концентрации многих микроэлементов в семенах злаков и бобовых культур (табл. 8.5) рассматриваются как недостаточные для полноценного питания людей.
Обеспеченность микроэлементами семян бобовых культур в целом лучше по сравнению со злаками. И без того низкую концентрацию микроэлементов в семенах злаков усугубляют технологии переработки. Обычно в пищу попадает наименее обогащенная микроэлементами часть зерновки - эндосперм, тогда как наиболее богатые микроэлементами части - зародыш, семенная кожура, удаляются к ходе приготовления муки.
Еще ниже концентрация микроэлементов в свежих овощах (табл. 8.6).
В кормовых культурах концентрация микроэлементов может быть достаточной для нормального роста растений, но ее может быть недостаточно при использовании таких растений в качестве корма. Критерии оценки обеспеченности растений и растительных кормов микроэлементами представлены в табл. 8.7, 8.8.
Ценность пищи зависит не только от общего содержания в ней питательных веществ, но и от их биологической доступности. Биологическая доступность микроэлементов человеку зависит от многих причин: общего содержания в растениях, работы пищеварительного аппарата, утилизации, индивидуальных особенностей человека и других.
В растениеводческой продукции имеются вещества, способные как уменьшать, так и увеличивать усвояемость микроэлементов организмом человека и животных. Первая группа веществ получила название антинутриентов, вторая — активаторов (табл. 8.9).
Питание — ключевой элемент любой глобальной стратегии, направленной на сохранение здоровья человека. Неслучайно увеличение до максимально возможного уровня производства продуктов питания, обогащенных микроэлементами, становится в настоящее время государственной политикой во многих развитых странах. Она приходит на смену агрономической практике, сконцентрированной главным образом на увеличении производства продуктов питания с минимальными затратами. Многие страны формируют свои национальные программы, на постоянной основе контролирующие я продуктах питания уровень питательных веществ.
Стратегия устранения дефицита микроэлементов в продукции растениеводства предполагает различные подходы: использование как агрономических приемов культивирования растений (например, внесение удобрений), так и селекционных или молекулярно-биологических технологий, направленных на создание/отбор генотипов растений, характеризующихся высокими эффективностью использования ресурсов микроэлементов и их накоплением в биологически доступных формах в съедобных частях растений.
