Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1 История происхождения и распространения культуры 6
1.2 Ботанические и биологические особенности дайкона 11
1.2.1 Морфология семян 11
1.2.2 Характеристика вегетативных органов 13
1.2.3 Классификация хозяйственных групп дайкона в Японии (в зависимости от сезона выращивания и положения корнеплода в почве) 15
1.2.4 Биологические особенности 19
1.3 Хозяйственное и лечебно-профилактическое значение дайкона 24
1.4 Технология возделывания дайкона в открытом грунте 28
Глава 2. Экспериментальная часть 34
2.1 Цели и задачи исследований 34
2.2 Условия выполнения экспериментальных исследований 35
2.3 Объекты и методика исследований 38
Глава 3. Результаты исследований 43
3.1 Особенности формирования фотосинтетического аппарата дайкона 43
3.2 Влияние ультрафиолетового излучения на фотосинтетическую и биологическую продуктивность дайкона 54
3.3 Влияние сроков посева на ростовые процессы и продуктивность растений 59
3.4 Гормональный баланс дайкона в зависимости от продолжительности светового дня, применение фиторегуляторов для целенаправленного смещения гормонального баланса 64
3.5 Влияние различной плотности посевов на продуктивность даикона в условиях открытого грунта 69
3.6 Характеристика состава полисахаридов корнеплодов даикона 72
3.7 Выращивание даикона на почвах,
загрязненных тяжелыми металлами 76
3.8 Изменчивость хозяйственно ценных признаков у даикона как источник исходного материала для селекции 82
Выводы 86
Предложения к производству 90
Список использованной литературы 91
Приложения 102
- История происхождения и распространения культуры
- Классификация хозяйственных групп дайкона в Японии (в зависимости от сезона выращивания и положения корнеплода в почве)
- Условия выполнения экспериментальных исследований
- Влияние ультрафиолетового излучения на фотосинтетическую и биологическую продуктивность дайкона
Введение к работе
Проблема питания населения становится все более острой в современном мире. В решении этого вопроса огромную роль должны сыграть овощи, обладающие не только высокой продуктивностью, но и высокой питательной ценностью. Они являются важнейшим источником витаминов, ряда аминокислот, минеральных солей, микроэлементов, углеводов, фитонцидов и других ценнейших веществ.
Овощеводы мира выращивают около 600 видов овощных растений, но
промышленное овощеводство во многих странах включает лишь
ограниченный набор культур (максимум 10-15). По размеру площадей под овощными культурами и производству овощей наша страна не уступает странам с высоко развитым сельским хозяйством, в том числе и США. Однако ассортимент овощных культур у нас также еще ограничен. Особенно остро эта проблема ощущается в крупнейшем регионе страны, Нечерноземной зоне России, где в составе овощной продукции преобладают белокочанная капуста (45-61%) и столовые корнеплоды (23-26%).
Дальнейшее развитие овощеводства, снижение его энергоемкости ставят перед наукой и производством ряд задач, в числе которых, значительное увеличение производства овощной продукции и расширение ассортимента высокопродуктивных овощных культур.
Одним из путей выполнения поставленных задач является широкое введение в культуру новых перспективных, отвечающих требованиям интенсивных технологий, высокоурожайных овощных культур (Ахмедова Ф.С., 2005). Расширение ассортимента овощных растений на основе интродукции дает возможность сделать более разнообразным рацион питания людей, рас ширить сроки поступления свежей овощной продукции, увеличить урожайность с единицы посевной площади. При подборе новых овощных культур необходимо учитывать не только их питательные свойства, но и лечебно-профилактические, обусловленные содержанием витаминов,
гормонов и ферментов, а также минеральных и пряных веществ, так как по калорийности овощи уступают многим продуктам питания растительного и животного происхождения.
Одной из таких новых, весьма ценных для Нечерноземной зоны Российской Федерации культур, является дайкон. Хорошие вкусовые качества, отсутствие специфической для европейской редьки остроты, наличие комплекса витаминов, ферментов и других, ценных в пищевом отношении веществ должны способствовать повышению спроса на него у населения России. Кроме вкусовых достоинств, значительная урожайность до(10кг/м) и относительно короткий вегетационный период (60-70 дней и менее) делают дайкон весьма интересной культурой для российского овощеводства.
Введение этой культуры для выращивания в открытом грунте позволит, при проведении повторных или пожнивных посевов, организации соответствующих овощных конвейеров, обеспечить население на протяжении весеннего и летне-осеннего периода свежей овощной продукцией, повысить отдачу с единицы площади пашни.
К сожалению, вопросы производства дайкона у нас в стране изучены весьма слабо, незначительное наличие отечественных сортов и гибридов в реестре селекционных достижений в 2005 году свидетельствует об актуальности дальнейшего изучения дайкона в регионах страны, где климатические условия соответствуют биологии данной культуры.
История происхождения и распространения культуры
Несмотря на противоположность сведений различных ученых по теории происхождения редьки, бесспорным является то, что ее начали возделывать около 4000 лет назад, распространив в обширных пределах от Индийского субконтинента на Средний Восток вниз до побережья Средиземного моря.
Согласно учения Н.И. Вавилова (1926, 1265) о центрах происхождения культурных растений, корнеплодная редька происходит из Восточно-азиатского, Юго-западно-азиатского и Средиземноморского центров. Этого же мнения придерживается А.Н. Ипатьев (1971). Е.Н. Синская (1928, 1931, 1969) выделяет также три первичных очага развития корнеплодной редьки: Средиземноморье и Европа, Западный и Северо-Восточный Китай, Япония и Восточный Китай. Л.В. Сазонова (1983) высказала мысль о происхождении редьки с побережья моря Тетис, существовавшего в мезозое, остатком которого ныне являются Средиземное, Черное, Каспийское моря, персидский залив и Моря Малайского архипелага. Ряд японских ученых (Кумадзава С, Акия Р., Нипучи К., Ямато М., Кацумата X., 1965) считают родиной редьки районы Центральной Азии и Китай.
Существуют и другие точки зрения по этому вопросу. А. Теллунг (127), О. Шульц (1936), Р.Л. Комаров (1938) считают местом происхождения редьки Средиземноморье. А. Декандоль (1885) утверждал, что определение первоначального центра происхождения культурных форм Raphanus sativus L. очень затруднено, так как они с давних времен распространялись от Китая и Японии до Европы. Японский исследователь И. Нисияма (1958), наоборот, считает, что редька проникла в Китай из Европы по древнему, южному "шелковому пути". По мнению советских исследователей (Алексеева В.П.,1935; Чижова СТ., 1935) родиной редьки следует считать Китай. ТА. Шебалина (1936) приводит данные о происхождении редьки из районов Средиземного моря, Атлантического океана, Японии, Кореи.
Однако некоторые из указанных авторов рассматривали только европейскую редьку.
Вопрос о родоначальниках культурных форм редьки тесным образом связан с местами происхождения этих овощных растений, то есть с местами произрастания диких форм редьки. Т. Elolle (1914) высказывает мнение о происхождении культурных форм редьки от диких в соответствующих регионах. Того же мнения придерживаются СМ. Вуколов (1935), Е.Н.Синская (1969), М.А. Шебалина (1936) , С. Кумадзава, Р. Акия, К. Нипучи, М. Ямото, X. Кацумата (1965). По их мнению, морковь и редька, подобно ржи, овсу, вике и конопле, вошли в культуру от сорняков, возникших в условиях земледелия. А. Теллунг (1927), О.Е. Шульц (1936), В.А. Комаров (1938) считают, что культурная редька возникла от скрещивания двух диких видов. Н.И. Вавилов и Д.Д. Букинич (1959) отмечали, что вопрос о происхождении редьки еще не решен. Также считают и немецкие ученые (Франке Ф., Хаммер К., Ханельд П., 1979).
Принятой в настоящее время точкой зрения о родоначальниках корнеплодной редьки мнение Е.Н. Синской (1969). Позднее оно было дополнено А.В. Кузнецовым, Е.Н. Сагалович (1959).
Существуют различные взгляды на эволюцию дайкона. Однако, большинство исследователей (Макино Т., 1909; Нисияма Н.,1958; Шинохара С, 1986 и др.) склоняются к мнению, что дайкон сформировался после интродукции на японские острова более тысячи лет назад из первичных культивируемых форм среднеазиатской и южнокитайской редьки, и возможной их гибридизации с дикорастущей (береговой) японской редькой Хама-дайкон. Следовательно, генотип дайкона изначально складывался в процессе интродукции и адаптации в мозаичных по разнообразию эколого-географических условиях Японии. Основные местные, оригинальные сорта дайкона народной селекции, представляющие уникальную ценность среди растительных генетических ресурсов этой страны, были созданы в эру Эдо (1903 - 1867 годы). В последующие годы эти сорта послужили исходным материалом для селекции главных групп сортов (сортотипов) дайкона, широко распространенных в Японии до настоящего времени (Бунин М.С., 1993).
Исходя из концепции центров происхождения корнеплодной редьки видно, что она имеет непрерывный ареал распространения в Евразии. Понять, как происходило распространение культуры (в частности, на Европейском континенте), в определенной мере помогают лишь лингвистические данные.
Близкородственные названия редьки и редиса в странах Европы и Америки происходят от латинского raphano (быстропроявляющийся). Интересно отметить, что европейскую черную редьку называют испанской. Возможно, что в Испанию черная редька была завезена арабами из передней Азии и Египта и отсюда распространилась по Европейскому континенту, а также в страны Америки и Австралию. В странах Передней, Юго-Западной и Восточной Азии названия редьки очень различаются: по-китайски - лоба, по-японски - дайкон, по-вьетнамски - лаоранг. Сорта этих стран имеют узколокальное значение (Сазонова Л.В., 1990). Более того, Л.В. Сазонова ошибочно считала, что дайкон в СССР пригоден для возделывания только в республиках Средней Азии, а в РСФСР непригоден для выращивания.
Классификация хозяйственных групп дайкона в Японии (в зависимости от сезона выращивания и положения корнеплода в почве)
В зависимости от сезона возделывания и уборки все японские основные разновидности дайкона могут быть отнесены к 4 группам. Название этих групп соответствует времени года, в которое тот или иной сорт формирует товарные корнеплоды, то есть оно совпадает с названием сезона уборки урожая. Это следующие группы:
1. Аки - дайкон (осенняя редька). В эту группу входит наибольшее количество сортов и гибридов. Их высевают в конце лета, а убирают в середине или конце осени, в зависимости от района возделывания. Данный сезон является лучшим для выращивания дайкона в Японии. Поэтому большинство разновидностей этой группы среднепоздних сроков созревания (60-100 дней от посева до уборки), имеющие корнеплоды больших размеров. Сюда относятся сортотипы Нерима, Миясиге, Шогоин, Сироагари. При посеве весной растения начинают быстро стеблеваться и цвести. Корнеплоды используют для переработки, то есть варят, солят, используют для приготовления специального рассола, а также частично используют в свежем виде.
2. Нацу - дайкон (летняя редька). Вторая основная группа скороспелых сортов, возделываемых в летний сезон (сортотип - Меновасе). Их высевают поздно весной или в начале лета, убирают с конца лета до ранней осени через 50-65 дней. Главным образом употребляется в свежем виде. Отличается жаростойкостью.
3. Фую - дайкон (зимняя редька). Группа позднего посева и поздней уборки, возделывается в более теплых районах, где нет опасности повреждения от заморозков. Это небольшая группа позднеспелых сортов (Сакурадзима, Сангацу, Миура и т.д.) Главной особенностью этих растений является повышенная устойчивость к одряблению корнеплодов и заболеванию. Представляет интерес для возделывания в субтропических районах с целью получения свежей продукции зимой и в начале весны.
4. Хару - дайкон (весенняя редька). Группа сортов наиболее устойчивых к стеблеванию (Ниненго, Токинаси). Период выращивания: а) подсимний посев поздней осенью, уборка в средине весны, б) посев ранней весной и уборка поздней весной, в начале лета. Переход к репродуктивным фазам развития отмечается у них при долготе дня более 16 часов. Исключение составляет сортотип Ниненго, реагирующий уже на долготу дня 14-15 часов. Отдельные формы дайкона в Японии, могут быть также классифицированы по форме на следующие группы, которые соответствуют названию оригинальных местных сортов народной селекции, послуживших исходным селекционным материалом, по месту их культивирования (Старцев В.И., Василевская Е.В., 2000).
А. Группа - Нерима - дайкон (Nerima - daicon). Эта группа дайкона была выделена у г. Нерима в северо-западном пригороде Токио в эру Эдо и распространена на обширных площадях в долине Канто, Чьи нагорные поля наиболее соответствуют своей глубокой и прекрасной вулканической почвой для возделывания этого типа дайкона. Корнеплоды очень крупные 60-70 см диаметром 8-10 см. Наибольший диаметр корнеплод имеет, как правило, в точке на 1/3 выше основания, то есть постепенно утолщается к нижней части, а затем немного сужаются. Кончик четко выражен. Форма корнеплодов чаще веретеновидная, реже - близкая к цилиндрической. Большая часть корнеплода заглублена в пахотном слое, и только верхняя часть на 1/4-1/3 выступает над поверхностью почвы. Вегетационный период составляет 70-100 дней. Эти сорта предпочитают легкие типы почв с глубоким пахотным горизонтом. Имеют гладкие, белые и очень сочные корнеплоды. Используются как в свежем виде, так и для приготовления оригинальных солений.
Б. Группа - Миясиге - дайкон (Miasige - daicon). Данный тип выведен в пригороде города Нагота. Объединяет группу сортов, выведенных в условиях пойменных суглинков и имеющих длинные, крепкие корнеплоды, хотя и несколько короче, чем у нерима. Обычно они имеют длину 35-50 см, а наибольший диаметр 7-9 см. Как правило, корнеплоды цилиндрической формы с круглыми головкой и основанием и на 1/2-3/5 выступают над поверхностью почвы. Эта часть корнеплода имеет светло-зеленую окраску кожицы. Сорта группы Миясиге более скороспелые и формируют товарные корнеплоды через 60-80 дней после посева. Хорошо растут на различных типах почв. Корнеплоды используют в свежем и особенно в вареном виде, а также иногда для приготовления маринадов (Такун-зуке).
В. Группа - Шогоин - дайкон (Shogoin - daicon). Небольшая группа сортов, выведенная в одном из древнейших земледельческих районов Японии недалеко о т г. Киото, на тяжелых глинистых почвах. Это большой круглый, похожий на турнепс дайкон, имеющий диаметр 15-20 см. Корнеплоды лишь на 1/4-1/5 часть заглублены в почву, поэтому их легко убирать. Созревает за 70-100 дней. Цвет корнеплодов белый со светло-зеленой окраской кожицы. Из-за невысокой урожайности в настоящее время мало распространен. Корнеплоды используются главным образом в свежем виде.
Условия выполнения экспериментальных исследований
В решении проблемы полноценного и рационального питания населения значительная роль отводится интродукции новых овощных культур, расширение ассортимента которых дает возможность сделать более разнообразным рацион питания людей, расширить сроки поступления свежей овощной продукции, увеличить продуктивность посевов и посадок.
Практически все эти культуры обладают не только питательными свойствами, но, что особенно делает их привлекательными, это исключительные лечебно-профилактические свойства, обусловленные высоким содержанием витаминов, гормонов, ферментов, минеральных и пряных веществ.
Одной из таких новых, весьма ценных для России в целом и для Нечерноземной зоны в частности, культур является дайкон. Однако и в настоящий момент он не получил должного распространения как в производственной, так и огородной культуре. Связано это с целым рядом причин различного характера, но важнейшие среди них это очень ограниченный сортовой состав, слабая изученность биологи, а, следовательно, и весьма несовершенная агротехника культуры.
В этой связи, целью настоящей работы являлось дальнейшее более детальное изучение биологии дайкона и совершенствование на этой основе агротехники культуры применительно для Нечерноземной зоны России. Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:
1. Установить основные закономерности формирования фотосинтетического аппарата у сортообразцов дайкона различного происхождения в условиях открытого и закрытого грунта; влияние спектрального состава света на фотосинтетическую и биологическую продуктивность.
2. Изучить влияние продолжительности светового дня на гормональный баланс дайкона и влияние экзогенной регуляции цветения в связи с выращиванием в условиях длинного дня.
3. Определить наиболее оптимальные сроки посева и схемы размещения растений на площади для условий Нечерноземной Зоны России.
4. Установить полисахаридный состав корнеплодов дайкона и степень влияния загрязнения почв тяжелыми металлами на качество получаемой продукции.
5. Изучить основные закономерности изменчивости важнейших хозяйственно ценных признаков у дайкона в связи с использованием в дальнейшей селекции.
Экспериментальные исследования проводились в 1998-2004гг. во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур и на кафедре растениеводства Российского университета дружбы народов. Научный консультант старший научный сотрудник Старцев В.И.
ВНИИССОК, расположен в Одинцовском районе Московской области, которая в свою очередь расположена в центре обширной Руссой равнины, между 56 52 северной широты и 35 15 и 40 00 восточной долготы. Ее площадь 47 тыс. км . Рельеф области неоднороден, возвышенности чередуются с заболоченными понижениями. Большая часть Московской области относится к лесной зоне, подзоне смешанных лесов, только самая южная незначительная ее часть (заокские районы) относятся к зоне лесостепи. Область располагает довольно густой речной сетью. Крайняя северная ее часть орошается небольшими притоками р. Волга. Реки остальной территории принадлежат бассейну р. Оки с ее притоками.
Значительная удаленность Московской области от океанов и морей обуславливает важнейшие свойства ее климата - континентальность, которая характеризуется значительными годовыми и суточными колебаниями температуры воздуха. Климат области отличается умеренно теплым летом и сравнительно теплой зимой. Распределение температуры по территории различается в зависимости от времени года. Самым холодным месяцем является январь, среднемесячная температура воздуха которого достигает -10...-И С, а самым теплым месяцем - июль со среднемесячной температурой +17-18С. К неблагоприятным погодным явлениям относятся поздние весенние и ранние осенние заморозки. Весенние заморозки на ровных открытых местностях прекращаются в среднем 10-20 мая, но бывают такие годы, когда заморозки наблюдаются и в первой декаде июня. Осенние заморозки в среднем начинаются 20-25 сентября, но в отдельные годы бывают в конце августа.
Среднегодовое количество осадков по территории области колеблется в пределах 450-600 мм и несколько более, убывая с северо-запада на юго-восток. Относительная влажность воздуха в среднем за год составляет 70%. Необходимо отметить, что в большинстве районов области один раз в 10 лет, а на тяжелых суглинистых почвах 2 раза в течение летнего периода отмечаются неблагоприятные условия для проведения полевых работ из-за переувлажнения. Примерно один раз в 20 лет наблюдается сухое лето. Снежный покров появляется в конце октября - начале ноября. Устойчивый снежный покров образуется во второй-третьей декадах ноября. Среднее число дней со снежным покровом за зиму составляет 140-150. Запас воды в снежном покрове к началу снеготаяния достигает 100-130 мм.
В основу районирования области положены термические ресурсы вегетационного периода и степень обеспеченности его влагой. По термическим условиям вегетационного периода область можно разделить на три агроклиматических района: первый - менее теплый, второй - теплый и третий - более теплый. Второй район охватывает всю центральную часть, а также возвышенную часть юга области.
Влияние ультрафиолетового излучения на фотосинтетическую и биологическую продуктивность дайкона
В условиях нечерноземной зоны России введение дайкона в культуру основывается на наследственных приспособительных реакциях этого растения к количеству и качеству света, продолжительности его действия. Одним из основных факторов, влияющих на формирование корнеплодов и генеративных органов, является фотопериодическая реакция растения. Дайкон - растение длинного дня, поэтому весной, при продолжительности светового дня 15-17 ч, ускоряется развитие генеративных органов, а корнеплодов - задерживается. Благоприятные условия для развития корнеплода наступают при долготе дня 13-14 часов, то есть в условиях укороченного дня.
Однако неясно, участвует ли ультраспектральный состав света, и в частности ультрафиолет, в регуляции появления цветоносного стебля у растений дайкона. Известно, что на развитие цветоносного стебля длиннодневных видов растений редиса, шпината, земляники ингибирующее действие оказывает люминесцентный свет, задерживая переход от роста к репродукции.
В этой связи нами проведено изучение влияния интенсивности освещения и действия ультрафиолетового излучения на фотопериодическую реакцию, продуктивность, фотосинтетический аппарат листьев и перераспределение ассимиляторов между листьями и корнеплодом даикона.
По нашим данным в условиях искусственного освещения лампами ЛБУ как с добавлением ультрафиолета, так и без него на 16-часовом световом дне у растений даикона не наблюдалось появления цветоносных стеблей. По видимому, недостаток световой энергии и повышенная температура (28 30С) тормозили образование генеративных органов. При выращивании растений даикона в этот же период в открытом грунте, при естественных условиях освещения и долготе дня 15-17 часов наблюдалось массовое цветение даикона.
В литературе есть указания, что облучение растений люминесцентными лампами задерживает переход от роста к репродукции. В этих условиях у растений даикона также задерживалось появление цветоносных стеблей.
В условиях искусственного освещения 4% - ная добавка УФ-излучения к спектру лампы ЛБУ влияла положительно на продуктивность корнеплодов. Растения, облученные ультрафиолетом, имели в 1,5 раза большую массу корнеплода по сравнению с необлученными (табл. 4). Масса листьев и их фотосинтезирующая поверхность у необлученных растений была также меньше, чем у облученных.
Облученные растения характеризовались более высоким содержанием фотосинтетических пигментов (табл. 5).
При этом интересно отметить существенное изменение доли хлорофиллов а, Ъ и каротиноидов в общем, содержании пигментов в зависимости от интенсивности света и его спектрального состава. В листьях растений даикона, выращенных в открытом грунте при естественном освещении, содержание и соотношение вышеуказанных пигментов было выше по сравнению с данными показателями растений защищенного грунта, вегетирующих в условиях освещения люминесцентными лампами. Однако содержание хлорофиллов a, b и каротиноидов заметно возросло при облучении растений лампами ЛБУ с добавлением 4% ультрафиолета.
Следовательно, в зависимости от световых условий выращивания фотосинтетический аппарат листьев одного и того же генотипа растений даикона сорта Дракон характеризуется разным содержанием и соотношением хлорофиллов а, Ъ и каротиноидов, что должно отразиться на величине фотовосстановительной активности, электрон-транспортной цепи хлоропластов и интенсивности ассимиляции углекислоты.
При сравнительном изучении скорости электронного транспорта на участке ФС II (Н20— ДХФИФ) обнаружено его возрастание при добавлении к люминесцентному свету лампы ЛБУ ультрафиолета (табл. 6). Однако еще большее увеличение скорости фотовосстановления ДХФИФ наблюдали при естественном освещении.
Открытый грунт Естественный свет 33,8±1,9 44,6±44Д 290±15
Изучение активности фотосинтетического аппарата у растений дайкона, выращенных при искусственном освещении с добавлением ультрафиолета и без него, выявило также существенные различия между этими вариантами по интенсивности ассимиляции СОг. При этом более высокая скорость ассимиляции углекислоты в расчете на 1 мг сырой массы бала обнаружена у растений дайкона, выращенных при искусственном освещении с добавлением ультрафиолета. Изучение активности фотосинтетического аппарата дайкона выращенного в открытом грунте, выявило самую высокую скорость ассимиляции СОг в расчете на сырую массу и хлорофилл. Низкое содержание фотосинтетических пигментов, невысокие скорости электронного транспорта в мембранах хлоропластов на участке ФС II и ассимиляции СОг в листьях растений, выращенных при искусственном освещении, можно объяснить тем, что в этих условиях более активны ростовые процессы, которые могут задерживать формирование фотосинтетической мембраны, и, соответственно, снижать образование восстановителя и АТФ в световых реакциях фотосинтеза.
