Content of inorganic elements in rice grain depending on irrigation methods | Содержание неорганических элементов в зерне риса в зависимости от способов орошения | Вміст неорганічних елементів у зерні рису залежно від способів зрошення

English. Purpose. To study the content of heavy metals in the grain of two varieties of rice under different irrigation conditions. To estimate the content of basic microelements – components of redox systems of plants in the grain of rice for biofortification and inhibition of heavy metal accumulation. Methods. Plants of rice varieties ‘Consul’ and ‘Viscount’ were grown on the experimental fields of the Rice Institute of NAAS of Ukraine during flooding or drip irrigation. Grain samples were digested for analysis by microwave sample preparation in nitric acid on Milestone Start D. The content of inorganic elements was determined by ICP-MS method on Agilent 7700x in helium flow mode. Calibration solutions from Inorganic Ventures, USA were used.Results. Compared to flood irrigation, the introduction of drip irrigation leads to a 2.3–3 times decrease in the accumulation of arsenic in the grain. The increase in cadmium and strontium accumulation was found. Drip irrigation also increases the accumulation of trace elements in grain – components of redox systems of plants (copper, zinc, manganese). A slight decrease in iron content is probably associated with the activation of mechanisms for blocking the inflow and reuse of arsenic into the grain. The yield of rice varieties was higher during flooding. In the case of ‘Viscount’ and ‘Consul’, it was 9.35 and 11.76 t/ha in the case of flooding, and 6.80 and 9.30 t/ha in the case of drip irrigation, respectively. The content of inorganic elements/ ash content is significantly lower in the variety ‘Consul’. This is probably due to the dissolution of elements in the biomass with high productivity of this variety. Conclusions. The natural contamination of rice crops with arsenic limits the nutritional value of the crop. The introduction of drip irr igation of r ice crops signif icantly reduces the accumulation of highly toxic arsenic in the grain, which is especially important for children food. The increase in cadmium and strontium accumulation determined by drip irr igation leads to high equirements for the quality of phosphate fer tilizers used in crop cultivation echnologies. Introduction of drip irr igation optimizes the aerobic conditions of ion supply, which leads t o i nc r ea s ed accumul at i on of t r ace e l ement s – components of redox systems of plants. The only exception is a slight decrease in iron content , which is probably associated with the activation of mechanisms of inhibition of the inflow of arsenic to the grain of rice. At the same time, there is a slight decrease in the productivity of crops. Thus, under drip irr igation there is an increase in the accumulation of biologically important metals and a decrease in the accumulation of highly toxic arsenic.

Russian. Цель. Исследовать содержание тяжелых металлов в зерне двух сортов риса при разных условиях полива. Оценить содержание основных микроэлементов – компонентов редокс-систем растений в зерне риса для биофортификации и ингибирования накопления тяжелых металлов. Методы. Растения сортов риса ‘Консул’ и ‘Віконт’ выращивали на опытных полях Института риса НААН Украины при поливе затоплением или капельным орошением. Образцы зерна до элементного анализа сжигали в азотной кислоте на системе микроволновой подготовки проб Milestone Start D. Определение содержания неорганических элементов проводили методом мас-спектрометрии с индивидуально связанной плазмой (ICP-MS) на Agilent 7700x в режиме продувки гелием.Результаты. Внедрение капельного полива в сравнении с поливом затоплением привело к снижению накопления арсена в зерне в 2,3–3,0 раза. При этом установлено увеличение накопления кадмия и стронция. При капельном поливе увеличилось накопление также микроэлементов – составных редокс-систем растений (меди, цинка, марганца). Небольшое снижение содержания железа при этом может быть связано с активацией механизмов блокирования поступления и перераспредиления арсена в зерно. Урожайность сортов риса была выше при затоплении. У сортов ‘Віконт’ и ‘Консул’ при затоплении она была на уровне 9,35 и 11,76 т/га, а при капельном орошении – 6,80 и 9,30 т/га соответственно. Суммарное содержание неорганических элементов было существенно ниже у сорта ‘Консул’. Вероятно, это связано с относительным снижением элементов в биомассе при высокой продуктивности данного сорта.Выводы. Естественная контаминация урожая риса арсеном существенно ограничивает пищевую ценность культуры. Внедрение капельного полива посевов риса позволяет существенно снизить уровни накопления высокотоксичного арсена в зерне, что особенно важно для продуктов детского питания. Определенное при капельном поливе повышение накопления кадмия и стронция обуславливает высокие требования к качеству фосфорных удобрений, которые применяются в технологиях выращивания культуры. Внедрение капельного полива оптимизирует аэробные условия поступления ионов, что приводит к повышению накопления микроэлементов – компонентов редокс-систем растений. Исключением является незначительное снижение содержания железа, что, вероятно, связано с активацией механизмов ингибирования поступления арсена в зерно риса. При этом наблюдается небольшое снижение продуктивности посевов. Таким образом, при капельном поливе наблюдается усиление накопления биологически важных металлов и снижение накопления высокотоксичного арсена.

Ukrainian. Мета. Дослідити вміст важких металів у зерні різних сортів рису за різних умов поливу. Оцінити вміст основних мікроелементів – компонентів редокс-систем рослин у зерні рису для біофортифікації та інгібування накопичення важких металів. Методи. Рослини сортів рису ‘Консул’ і ‘Віконт’ вирощували на дослідних полях Інституту рису НААН України за поливу затопленням чи краплинним зрошенням. Зразки зерна до елементного аналізу спалювали в азотній кислоті на системі мікрохвильової підготовки проб Milestone Start D. Визначення вмісту неорганічних елементів проводили методом мас-спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою (ICP-MS) на Agilent 7700x у режимі продувки гелієм.Результати. Впровадження крапельного поливу в порівнянні з поливом затопленням призвело до зниження накопичення арсену в зерні у 2,3–3,0 рази. При цьому встановлено зростання накопичення кадмію та стронцію. За крапельного поливу збільшилось також накопичення у зерні мікроелементів – складових редокс-систем рослин (міді, цинку, марганцю). Незначне зниження вмісту заліза при цьому може бути пов’язане із активацією механізмів блокування надходження та перерозподілу арсену в зерно. Урожайність сортів рису була вищою при затопленні. У сортів ‘Віконт’ і ‘Консул’ при затопленні вона була на рівні 9,35 та 11,76 т/га, а за краплинного зрошення – 6,80 й 9,30 т/га відповідно. Сумарний вміст неорганічних елементів був істотно нижчим у зерні сорту ‘Консул’. Ймовірно, це пов’язано із відносним зниженням елементів у біомасі за високої продуктивності даного сорту.Висновки. Природна контамінація урожаю рису арсеном суттєво обмежує харчову цінність культури. Впровадження крапельного поливу посівів рису дозволяє знизити рівні накопичення високотоксичного арсену в зерні, що особливо важливо для продуктів дитячого харчування. Визначене за крапельного поливу зростання накопичення кадмію та стронцію обумовлює високі вимоги до якості фосфорних добрив, що застосовуються у технологіях вирощування культури. Впровадження крапельного поливу оптимізує аеробні умови надходження іонів, що призводить до зростання накопичення мікроелементів – компонентів редокс-систем рослин. Виключенням є невелике зниження вмісту заліза, що може бути пов’язано із активацією механізмів інгібування надходження арсену до зерна рису. При цьому спостерігається невелике зниження продуктивності посівів. Таким чином, за крапельного поливу спостерігається посилення накопичення біологічно важливих металів та зниження накопичення високотоксичного арсену.