Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 5
1.1. Интродукция сои в Нечерноземной зоне РФ: проблемы и пути их решения , 5
1.1.1, Интродукция и селекция сои в Нечерноземной зоне России 5
1.1.2. Ботаническая характеристика, биологические особенности и распространение сои
1.1.2.1. Ботаническая характеристика сои , 11
1.1.2.2. Фазы развития культуры 16
1.1.2.3. Биологические особенности сои 18
1.1.2.4. Ассортимент сортов сои 29
1.2. Основные направления селекционной работы по созданию новых сортов сои зернового направления 30
ГЛАВА 2. Условия, материал и методы исследований 54
2.1. Условия исследований 54
2.2. Объекты исследований 56
2.3. Методы исследований 59
2.3.1. Биометрические наблюдения 59
2.3.2. Биохимические методы исследований 60
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение 66
3.1. Анализ фенологических наблюдений 66
3.2. Анализ биометрических показателей 75
3.3. Анализ структуры урожая сортообразцов сои за 2003-2005 гт 82
3.4. Анализ взаимосвязей между хозяйственно ценными признаками и семенной продуктивностью индивидуальных растений сои 86
3.5. Биохимический состав семян сои у растений, выращенных в условиях Амурской и Московской областей 89
3.6. Влияние обработки семян и растений сои ростостимулирующими препаратами на их рост, развитие и продуктивность 92
3.6.1. Влияние биологически активных веществ на морфологические признаки проростков сои 95
3.6.2. Влияние биопрепаратов на динамику роста и развитие растений сои 99
3.6.3. Возможные механизмы действия ростостимулируїощих биопрепаратов на растения сои 110
3.7. Оценка сортообразцов по содержанию хлорофилла и каротипоидов 112
3.8. Антиоксидантная активность растительных экстрактов 114
3.9. Биохимический полиморфизм ферментов сои 116
3.9.1. Эстеразы 118
3.9.2. Каталаза 120
3.9.3. Пероксидазы 121
Выводы 125
Практические рекомендации 126
Список литературы 127
- Интродукция сои в Нечерноземной зоне РФ: проблемы и пути их решения
- Ботаническая характеристика, биологические особенности и распространение сои
- Условия исследований
- Анализ взаимосвязей между хозяйственно ценными признаками и семенной продуктивностью индивидуальных растений сои
Введение к работе
Соя - одна из высокоэффективных зернобобовых культур, семена ее богаты полноценным белком (до 50 %), жиром (до 25 %), углеводами (до 25 %), витаминами (А, В, С, D, Е) и минеральными солями (кальцием, магнием, калием, фосфором), протеин сои включает практически все незаменимые аминокислоты (валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан и др.), он легко усваивается и имеет большую кормовую ценность для животных.
Из семян сои готовят молоко, творог, масло, сыр, мясо. В молоке сои содержится 2,8-4,2 % протеина, 1,2 - 1,3 % углеводов и 0,3 - 0,6 % зольных элементов, его используют в пищу и для выпойки телят взамен цельного.
Добываемое из соевого зерна масло полувысыхающее, его используют в пищу и для производства маргарина, олифы, мыла, красок. Побочный продукт - соевый шрот, получаемый при переработке семян на масло, широко используется для приготовления высокобелковых комбикормов. В нем содержится 38,7 - 40,0 % протеина и 5,5 % жира. С одной тонны семяп получают 800 кг соевого шрота. При скармливании животным комбикормов с добавкой соевого шрота удои молока повышаются в среднем на 10 -12 %, а его жирность на 0,2 - 0,5 %, Велика их эффективность и в кормлении птицы.
Высокий эффект дает и использование в рационах коров измельченных после тепловой обработки семян сои: один килограмм зерна сои вместо двух - гороха, увеличивает суточный надой молока на 2,4 кг или на 16,4 %. При этом затраты кормов на 1 кг молока снижаются на 43 %, перевариваемого протеина на 15 % и кормовых единиц на 16 %. Дробленое зерно сои успешно используется при откорме цыплят-бройлеров.
В мировом земледелии соя как продовольственная и кормовая культура занимает значительные площади (более 73 млн. га в 2000 г.), ее возделывают более, чем в 50 странах. В США площадь посева этой культуры составляет около 30 млн. га, в Китае - 9 млн. га, в Аргентине - более 8 млн. га (ФАО, 2000). Как правило, ее возделывают в тех регионах, где годовое количество осадков составляет не менее 500 - 800 мм, а сумма эффективных температур в году колеблется от 2900 до 3500 градусов.
В России широкая интродукция сои началось в 1927 г., когда площадь ее посевов составила 28 тыс. га (в 2000 г. - 480 тыс. га). Основные посевы сои сосредоточены в Приморском, Хабаровском крае и Амурской области (около 90 %). Соя продвинулась в увлажненные районы Северного Кавказа, Среднее и Нижнее Поволжье, в Центрально-Черноземную зону.
Создание новых более холодостойких сортов сои в последние годы позволило расширить посевы сои и продвинуть эту ценную культуру в более северные районы. Общепринято считать, что в тех районах, где вызревает кукуруза, можно успешно возделывать и сою. Северной границей возможного возделывания сои на зерно еще в 50-е годы академик И.В. Якушкин считал Киев-Курск-Тамбов. Однако в настоящее время уже существует ряд скороспелых сортов сои, успешное выращивание которых возможно даже в условиях Московской области, а сорт Магева районирован в данной зоне с 2000 г.
Основным препятствием возделывания этой культуры в Центральной Нечерноземной зоне является позднее созревание бобов, (в сентябре -октябре), когда из-за избыточного увлажнения складываются неблагоприятные погодные условия для скашивания и обмолота выращенного урожая. Все эти трудности можно преодолеть различными способами: внедрением более ранних сроков посева, подбором скороспелых сортов, использованием приемов ускоренного дозревания растений, а также освоением новой более эффективной технологии ее возделывания. Решению этих важнейших производственных задач и посвящена настоящая работа.
Интродукция сои в Нечерноземной зоне РФ: проблемы и пути их решения
Плановая научная селекция сои во многих регионах страны начата в 1925-1926 г. Задолго до этого первичная селекция ее на уровне сортоизучения и массового отбора проводилась в Дальневосточных районах, на Украине и на Кавказе. В настоящее время основная селекция сои планируется в 18 институтах, на 5 опытных станциях и в трех вузах в Дальневосточных районах, на Северном Кавказе, в Поволжье. Большая работа по сбору, изучению и хранению соевого генофонда проводилась во Всесоюзном (Всероссийском) НИИ растениеводства им. КИ.Вавилова (ВИР) и на опытных станциях его сети, а по сортоиспытанию - Государственной комиссией при Минсельхозе страны. Почти все научные учреждения, имеющие селекционные задачи по сое, дали в производство или на Госсортоиспытание ряд сортов, что обеспечило не только увеличение производства, но и расширение ареала этой культуры.
Относительная площадь под сою в СССР уменьшилась с 2,9% (1961 г.) до 1,4% (1990 г.) (Диссанаяаке, Романова, 2003). Данные ФАО (2002- 2003 гг.) свидетельствуют о том, что в настоящее время происходит сокращение площадей возделывания сои в России. В 2001 г. в России соя занимала 408 тыс, га, а 2002 г. и 2003 г. соответственно 362,42 и 350,00 тыс. га. Вклад России в мировые посевные площади сои с 1999 г. до 2001 г. составил 0,5%. В 2003 г. вклад России в общую площадь возделывания сои сократился на 4%.
В настоящее время в России посевы сои в основном сосредоточены на Дальнем Востоке - в Амурской области, Приморском, Хабаровском краях. Незначительные площади находятся на Северном Кавказе, на Алтае, в Закавказье. Намечено расширение посевной площади сои на орошаемых землях европейской части страны. Высевают ее в России, как на зерно, так и на зеленый корм, в чистом виде и в смеси с другими культурами.
Однако, несмотря на значительные успехи в селекции сои, они должны приумножатся с учетом возникающих проблем в агротехнике культуры и все возрастающих требований к сортам. Актуальными являются зерновое и зелено-укосное направления, но с резким преобладанием первого. Общие задачи селекции в обоих направлениях, как и для большинства культур, заключаются в создании высокоурожайных и высокопластичных сортов интенсивного типа, с положительной реакцией на повышенные нормы минеральных удобрений, устойчивых против полегания, болезней и вредителей, с отличным качеством продукции, пригодных для механизированного выращивания, приспособленных к зональным почвенно-климатическим условиям, с оптимальным вегетационным периодом (Кочегура, 1998).
Попытки интродукции сои в Европейской части России в Черноземной и Нечерноземной зоне предпринимались несколько раз на протяжении последнего столетия. Однако ни одна из них не увенчалось успехом. Главная причина этого - несоответствие экологических условий требованиям биологии существующих сортов, в первую очередь - недостаточность суммы активных температур,
В настоящий момент разработана модель сортов сои северного экотипа со следующими параметрами качественных показателей: высокая морозостойкость (всходы должны выдержать заморозки до 3 - 5 С); детерминантный тип роста, обеспечивающий дружное созревание семян; высокая технологичность - высота прикрепления нижнего боба не ниже 12 см; содержание белка в семенах 40 - 42%, жира 17 - 18%; повышенная симбиотическая активность (азотфиксация 140 - 200 кг азота/га); устойчивость к фузариозу.
Основным условием для шпродукциия сортов сои является их скороспелость. Наиболее скороспелые сорта: Амурская 494, Амурская 96, Смена, ВНИИС - 2 и Восток 417, выведенные во ВНИИ сои, имеют среднюю продолжительность периода вегетации 88-96 дней, они вызревают не позднее 1-5 сентября, когда погодные условия позволяют качественно произвести уборку урожая. Эти сорта по продолжительности периода вегетации согласно классификация ВИР относятся к раннеспелым, они практически не реагируют на удлинение светового дня (Щегорец, 2002).
Продвижение сои в северные районы имеет большое экономическое и производственное значение. Таким образом, задача селекции сои - создание сортов, обладающих следующими хозяйственными и биологическими признаками: 1. Скороспелость в сочетании с высокой продуктивностью, достаточной высотой растения и высоким прикреплением нижних бобов; 2. Хорошие биохимические и технологические качества зерна; 3. Устойчивость к основным болезням и вредителям; 4. Холодостойкость и нейтральная реакция на длину светового дня; 5. Пригодность к механизированному возделыванию (Рязанцева, Малыш, 1974;Посыпанов, 1997).
Добиться того, чтобы в одном сорте сочетались все эти признаки, очень сложно, поскольку между многими призраками существует отрицательная коррелятивная зависимость. Исходя из этого, селекционную работу необходимо проводит сразу по нескольким направлениям.
Ботаническая характеристика, биологические особенности и распространение сои
Соя относится к роду Glycine L. семейства бобовых (Fabaceae). По утверждению многих исследователей, культурная соя произошла от дикорастущей G. soja (Вавилов, 1987). Известный отечественный соевед В.Б. Енкен считает наиболее близкими к культурной сое виды G. tomentosa Benth и G, soja Sibet Luss (Жеребко, 1993), виду соя обыкновенная - G. Soja (L.) Sieb. etZucc. (G. hispidaMax) (Коновалов и др., 1990).
К виду G. hispida Мах относятся все возделываемые сорта сои, полукультурные и дикорастущие формы северного Китая и Дальнего Востока. В пределах вида различают пять подвидов: Ssp. soja (Sieb. Sieb. et Zucc.) Kors., синоним G. iissuriensis Reg. and Maact, Ssp. Gracilis (skv.) Kors.; Ssp. indochinensis (Enk.) Kors; Ssp. manshurica (Enk) Kors; Ssp. Korajensis (Enk.) Kors. Большинство сортов, возделываемых в России, относится к подвиду manshurica (Enk.) Kors (Коновалов и др., 1990).
Соя - однолетнее двудольное травянистое растение. Высота достигает 20 - 200 см. Растение сои состоит из надземной и подземной части. Подземная часть - это корневая система, надземная часть - это стебли, листья соцветие, цветки, плоды и т.д.
Коревая система у сои стрежневая, главный корень разветвляется на множество боковых корней, уводящих на различную глубину. На корнях сои образуется симбиотический аппарат из клубеньковых бактерий (Rhizobium japanicum).
Стебель у сои округлой формы, грубый, чаще всего опушенный волосками белого или рыжего цвета разных оттенков. Высота стебля от 50 до 200 см, толщина от 3 до 13 мм (внизу до 22 мм). Ко времени созревания он бывает песчаного, буро-желтого или коричневого цвета (Бабич, 1974, 1986). Длина междоузлия от 3 до 15 см, число ветвей на растении достигает 2-5 (иногда больше). Высота прикрепления ветвей к стеблю в зависимости от сорта и условий выращивания бывает в пределах 3-20 см. Считается, что цвет волосков на стебле, как и цвет самого стебля, является сортовым признаком, причем наиболее опушенные растения устойчивы к болезням и вредителям (Лещенко,1978; Патыка, 1991; Хрустич, 2001).
При формировании структуры посева сои высота стебля - очень важный элемент, поскольку он положительно коррелирует с урожайностью культуры (Бабич, 1986). На интенсивность роста растений сои наиболее существенно влияет изменение площади питания. По многолетним опытным данным, полученным в Северной степи Украины, при уменьшении площади питания одного растения сои с 2025 до 337 и 203 см2, высота растений сои уменьшалась соответственно с 68,3 до 65,2 и до 63,9 см (Бабич, 1978). Аналогичная закономерность наблюдалась и в условиях Краснодарского края, Курской, Амурской областей (Кузин, 1980; Адамень, 1983; Лихачев, 1983а; Омаров, 1987; Баранов, 2001).
Наиболее интенсивный линейный рост растений сои в высоту наблюдается на почвах с плотностью 1,1-1,3 г/см3. При более низкой и при более высокой плотности почвы, стеблестой сои оказывается ниже на 5 -10 % (Мякушко, Баранов, 1984). На почвах с благоприятными параметрами рН, с хорошим обеспечением элементами питания, вырастают более высокие растения сои (Бабич, 1974; Бабаяров, 1990; Бабич, 1992а). Орошение увеличивает рост сои в высоту на 15,2%(Бабич, 1986),
На развитие растений культуры значительно влияет матрикульная разно качественность семян. В частности, растения, выращенные из семян, собранных с нижнего яруса стебля, формировали 3,1, ас верхнего яруса - 2,5 ветвей (Бабич, 1992а).
Следовательно, воздействием приемов агротехники - срок сева, норма высева, способ посева, направление рядков - можно активно влиять на формирование архитектоники растения сои.
Листья у сои сложные: они тройчатые и имеют прилистники. Семядольные и два примордиальных листочка супротивные, а последующие тройчатые - очередные. Форма листочков разнообразная - широко ланцетная, овальная, ромбическая, широкояйцевидная и почти округлая. На одном и том же растении можно увидеть листья разной формы и разных размеров. У одних сортов сои самые крупные листья образуются в верхнем, у других - в среднем ярусе.
Листовая пластинка гладкая или морщинистая, мягкая или грубая, светло- или темно-зеленая, преимущественно, опушенная (Бабич, 1974; Мякушко., Баранов, 1984). Максимальная площадь листьев у растений сои формируется к началу налива семян (Бабич, 1992а).
Лист сои обеспечивает рост и развитие только тех бобов, которые находятся в его пазухе (Беликов, 1971). Ассимилирующая же способность листьев, расположенных в разных частях растения, неодинакова. По этой причине качество семян, формирующихся на разной высоте по стеблю, тоже разное (Мякушко, Баранов, 1984).
Условия исследований
На первом этапе работы мы изучали морфологические признаки растений сои различных сортов. Во время проведения экспериментов в соответствии с программой исследований осуществлялись необходимые наблюдения, учеты и анализы на основе общепринятых методик и согласно методике полевого опыта (Доспехов, 1985). Деляиочные опыты закладывались на участках, подготовленных по единой для всех бобовых культур агротехнике. Длина каждой делянки -2м, ширина междурядий - 45 см, расстояние между растениями - 20 см. В каждом варианте было по 40 растений. Фенологические наблюдения проводили по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур и методике полевого опыта в овощеводстве.
При этом отмечалось наступление основных фаз вегетации (всходов, ветвления, бутонизации, цветения, плодообразования и созревания) растений сои. Биометрические измерения растений проводились через каждые 15 дней после появления восходов. Определение урожая проводились с площади учетной делянки. В опытах осуществлялись следующие наблюдения, анализы и учеты: 1. Фенологические наблюдения; 2. Определение густоты всходов; 3. Определение высоты растений, прироста массы, структуры урожая в фазы ветвления, молочной и полной спелости (масса растений, листьев, бобов); 4. Анализ структуры урожая (высота растений, количество бобов и семян на растении, масса 1000 семян); 5. Учет урожая с делянки в фазе полной спелости зерна; 6. Определение биохимического состава семян.
Все наблюдения, измерения и определения выполнялись в соответствии с действующим ГОСТом. Анализы растительных проводились в агрохимической лаборатории физиологии и биохимии растений ВНИИССОК по рекомендуемым методикам.
Урожай учитывали путем сплошного обмолота каждой делянки. Статистическая обработка урожайных данных проводилась на компьютере IBM Pentium 4 методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1973, 1985; Короневский, 1985; Левандовский, 1989; Литтл и Хиллз, 1981; Томилов, 1987; Ким и др, 1989). Принятые в опытах методики обеспечивали высокую точность исследований и получение достоверных результатов.
В настоящее время применяются различные модификации статистической обработки многолетних данных полевого многофакторного опыта. Большинство отечественных авторов предлагают годовые данные полевого опыта использовать в качестве повторений (Доспехов, 1973, 1985; Томилов, 1987). Несколько иной подход у зарубежных исследователей (Литтл иХиллз, 1981; Кими др, 1989; Франс, 1987). Они считают целесообразным для статистической обработки объединить в одну таблицу все урожайные данные по вариантам во все годы проведения полевого эксперимента.
А - активность фермента, выражали в относительных единицах на 1 г белка за 1 с; D - зарегистрированная в опыте оптическая плотность; t -время, с; d - толщина слоя жидкости, см; а, р\ у- степень разведения ; a -отношение количества жидкости, взятой для приготовления вытяжки, мл, к массе навески, г; р - степень дополнительного разведения вытяжки после центрифугирования (если это требовалось); у - степень постоянного разведения вытяжки в кювете; b - белок по биуретовой реакции, мг.
Определение удельной активности амилаз основано на определении количества нерасщепленного амилазой крахмала на ФЭКе после обработки раствором йода. Удельную активность амилазы выражали в миллиграммах гидролизованного крахмала за 1 час на мг белка. Активность амилаз рассчитывали по формуле:
Анализ взаимосвязей между хозяйственно ценными признаками и семенной продуктивностью индивидуальных растений сои
Достижения селекции и совершенствование технологии выращивание сельскохозяйственных культур позволили повысить уровень урожайности, например, пшеницы до 0,44-0,63 т/га. Однако интенсификация земледелия тесно сопряжена с экономическими и экологическими издержками.
Кроме того, необходимо учитывать неблагоприятное воздействие таких факторов, как развивающийся глобальный энергетический кризис, изменение климата и т.д., которые сопровождаются повышением уровня стрессов на живые организмы.
В этих условиях особую важность приобретают биологические исследования, направленные на селекционное улучшение сельскохозяйственных растений. Улучшение сельскохозяйственных культур связано не только с возрастанием её продуктивности, но и с повышением качества по биохимическому составу и содержанию биологически активных веществ, в продукции. В связи с этим направление исследований, связанное с поиском, созданием и применением активаторов физиологических и биохимических процессов актуально и приобретает широкую популярность.
В настоящее время в растениеводстве находят широкое применение биопрепараты, изготовленные на основе природных веществ. В качестве синтетических и природных регуляторов роста и развития растений используются аналоги фитогормонов: групп ауксинов, гибберрилинов, и дроги физиологически активные вещества, структурно близкие к эндогенным фитогормонам. Система гормональной регуляции определяет такие важнейшие физиологические процессы, как рост и формирование различных органов, время и характер цветения, сроки созревания, переход к состоянию покоя и выход из него семян, почек и т.д.
При этом наиболее действенной обработка ростостимулирующими биопрепаратами бывает при недостатке в растениях эндогенных регуляторов роста. Поэтому комплексное использование традиционных технологических приемов, воздействующих на растение, таких, как минеральное удобрение, полив и т.д., в сочетании с применением специфических ростостимулирующих биопрепаратов перспективно в растениеводстве не только для повышения урожая, но и для изменения содержания биохимических веществ (Гине, Кононков, 2005). Кроме того, биопрепараты способны индуцировать защитные реакции растений и устойчивость к фотогенам.
Изучение роли отдельных групп фитогормонов и их аналогов в регуляции роста и развития растений определило возможность использования этих соединений, их синтетических аналогов и других биологически активных веществ (БАВ) с конкретным физиологическим действием в научных целях и в сельскохозяйственной практике. Регулировать рост и развитие растений - значит хорошо сбалансировать действия веществ, ускоряющих или задерживающих эти процессы. Для этого уже широко используются ИУК и БАП, а работы по применению селената натрия и амарантина (Амир) в качестве стимуляторов развития семян, были впервые проведены во ВНИИССОК, начиная с 2000 г. В нашем опыте эти вещества использовались в работе с семенами сои с целью изучения их влияния на ростовые и метаболические процессы растений, а также возможности регуляции продуктивности.
К биопрепаратам нового поколения, проявляющим активность на растительных организмах в низких концентрациях, относятся Амир, Альбит, Альбит-3.
Эти препараты повышают устойчивость овощных растений к действию патогенной микрофлоры семян, активизируют ростовые процессы и метаболические реакции (Попова, Камалеев, Гине и др. 2003; Романова, 2005).
Амир - биопрепарат для влажной обработки семян и внекорневой обработки растений. Действующее вещество- композиция водорастворимых веществ из листьев амаранта, включающая биологически активные фенольные соединения, в том числе флавоноиды, и алколоид амарантии с антиоксидантним действием, а также набор аминокислот, пектин и др. Биопрепарат готовится из листьев амаранта вида Amaranthus tricolor L., путем водной экстракции водорастворимых веществ из сухого измельченного материала. Препарат экологически чистый и безопасный.
Альбит - универсальный регулятор роста растений со свойствами фунгицида и комплексного удобрения. Защитно-стимулирующий состав для влажной обработки семян сельскохозяйственных культур следующий: поли-бета-гидрооксимасляная кислота - 6,2 г/кг, магний сернокислый-29,8г/кг, калий фосфорнокислый двухзамещенный - 91,1 г/кг, калий азотнокислотный 91,2г/кг, карбамид-181,5 г/кг. Альбит содержит очищенные действующие вещества из почвенных бактерий Baccilus megaterium & Pseudomonas aureofaciens. В естественных природных условиях данные бактерии обитают на корнях растений, стимулируют их рост, защищают от болезней и неблагоприятных условий внешней среды. В состав препарата входят также хвойный экстракт (терненовые кислоты), сбалансированный стартовый набор макро- и микро элементов (NPK, Mg, S, Fe, Mn, Си, Zn, Mo, В, С, Ni, СІ, Са, J, Se, Si). Альбит применяют для предпосевной обработки семян и по прохождению вегетации. Разрешен для применения на зерновых (озимых и яровых), овощных и плодовых культурах.
Похожие диссертации на Интродукция сортообразцов сои зернового направления и особенности их возделывания в различных регионах России
