Введение к работе
Актуальность темы. Интродукция высокобелковых растений родового комплекса Amaranthus L., проводимая в России в последнее десятилетие, обусловлена, прежде всего, значительным дефицитом кормового и пищевого белка. Род Amaranthus L. включает виды, характеризующиеся высокой потенциальной урожайностью зеленой массы (до 2000 ц/га и более) и семян (до 60 ц/га); высоким выходом высококачественного белка (Пивоваров и др., 1995); экологической пластичностью (Магомедов, 1987; 1988; Юзбеков и др., 1992; Чиркова, 1997) и экологически чистой продукцией, ее хорошей поедземостью и усвоением животными (Чернов, 1992). Благодаря этому комплексу хозяйственно-полезных признаков эксперты Продовольственной комиссии ООН (РАО) признали амарант культурой XXI века (Амарант, 1990). В настоящее время амарант рассматривается как культура универсального типа использования на пищевые, кормовые, лекарственные, технические и декоративные цели (Колонков, 1997).
Объективно оценивая значимость традиционных кормовых культур, следует признать, что в ближайшей перспективе за ними сохраняется главная роль в кормовом балансе. Вместе с тем, расширение видового состава кормовых культур за счет перспективных интродуцентов (козлятник, амарант, сильфия, горец, окопник, мальва и др.) позволяет значительно повысить продуктивность кормопроизводства и существенно улучшить качество кормов, прежде всего, по содержанию в них высоколизинового белка.
Однако, для успешной интродукции растений на первых этапах необходимо провести фундаментальные исследования по биологии развития, фотосинтезу, фотопериодизму и биохимическому составу новых растений и их возможностям адаптации в условиях нового региона произрастания.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в изучении основных агробиологических особенностей различных сортообразцов амаранта в почвенно-климатических условиях Новгородской области, типичных для Северо-Запада России. При этом особое внимание уделялось исследованию
активности и изоферментного состава белков (ферментов) С4-фотосинтеза, характерного для растений рода Amaranthus L. В задачи исследования входило:
изучить морфологические и фенологические признаки растений амаранта в различных климатических условиях (1996-1997 гг.);
анализ почвенно-климатических факторов, лимитирующих возделывание амаранта;
сравнить биологические и хозяйственно-ценные признаки сортообразцов амаранта с последующим определением направления дальнейшего использования в селекции: кормовое и зерновое;
определить оптимальные сроки посева и уборки амаранта на зеленую массу и семена, обеспечивающие минимум потерь;
сравнить активность и изоферментный состав ключевых ферментов С4-фотосинтеза из листьев сортообразцов амаранта;
разработать научно-обоснованные рекомендации для возделывания амаранта в почвенно-климатических условиях Новгородской области.
Основные положения, выносимые на защиту:
зависимость фенологических и морфологических признаков амаранта от климатических условий его возделывания;
активность и степень гетерогенности ферментов метаболизма С4-кислот в листьях сортообразцов амаранта;
связь между активностью ферментов С4-фотосинтеза и урожайностью лис-тостебельной массы и семян;
научно-обоснованные рекомендации для промышленного возделывания амаранта в почвенно-климатических условиях Новгородской области.
Научная новизна. Впервые проведено интродукционное испытание коллекции сортообразцов амаранта по ряду хозяйственно-ценных признаков, активности и изоферментному составу ключевых ферментов С4-фотосинтеза в почвенно-климатических условиях Новгородской области. Выявлена зависимость фенологических и морфологических признаков растений амаранта от
з климатических условий его возделывания. Установлено, что вегетационный период амаранта в области составляет 110-140 дней. Наибольший суточный прирост наблюдался в фазы стеблевания и выброса метелки. Проведено сравнительное исследование активности и изоферментного состава ферментов Сг фотосинтеза листьев сортообразцов амаранта. Установлено, что наибольшая активность и высокая степень гетерогенности ферментов метаболизма С4-кислот наблюдались у сортообразцов Атлант и Орхидея: ФЕПК представлена двумя основными изоферментами, АспАТ - двумя основными и тремя минорными изоформами. Наименьшая активность ферментов выявлена у образцов сорта Пониклый; Легинь, Ацтек и Котигорошко занимали промежуточное положение. Впервые обсуждена связь между активностью ключевых ферментов фотосинтеза и урожайностью зеленой массы растений амаранта; в качестве перспективных для возделывания на зеленую массу выделены сортообразцы: Атлант, Ацтек, Легинь и Орхидея. Разработаны научно-обоснованные рекомендации для промышленного возделывания амаранта в условиях Северо-Запада России.
Научно-практическая значимость работы. Экспериментальные данные по биологии развития и сравнительному изучению активности и изоферментного состава ключевых ферментов Сд-фотосинтеза имеют первостепенное значение для разработки механизмов регуляции репродуктивного развития нетрадиционных растений в условиях обостряющейся экологической ситуации (глобальное потепление и аридизация климата) и представляют интерес, прежде всего, для селекции высокопродуктивных видов и сортов амаранта в различных регионах его возделывания.
Результаты интродукционного испытания различных сортообразцов амаранта позволили выделить в качестве перспективных для возделывания на зеленую массу Атлант, Ацтек, Легинь и Орхидея. Установлены оптимальные сроки посева и уборки амаранта на зеленую массу и семена в почвенно-климатических условиях Новгородской области.
Научно-обоснованные рекомендации могут быть использованы для промышленного возделывания амаранта в условиях Северо-Запада России.
Полученные нами экспериментальные результаты и выводы диссертации включены в программу лекционного курса по физиологии и биохимии растений для специальностей 310200 - Агрономия и 011600 -Биология в НовГУ, используются для идентификации селекционно-генетических образцов амаранта в лаборатории селекции кормовых культур Института кормов УААН (г. Винница), лаборатории фотосинтеза СПбГУ и в отделе физиологии водного режима растений Института физиологии растений и генетики АН Украины (г. Киев).
Внедрение разработанных рекомендаций в производство осуществлено при непосредственном участии автора на основании договоров о создании (передачи научно-технической продукции) в крестьянском хозяйстве «Медведеве» и совхозе «Зайцевский» Крестецкого района Новгородской области (акты о внедрении прилагаются).
Апробация работы. Исследования проводились по плану научно-исследовательских работ кафедры ботаники, селекции и семеноводства Новгородской государственной сельскохозяйственной академии (1992-1997 гг.) и лаборатории селекции кормовых культур Института кормов УААН (г. Винница, 1992-1993 гг.).
Материалы диссертации доложены и обсуждены на заседаниях кафедры ботаники, селекции и семеноводства Новгородской государственной сельскохозяйственной академии (1992-1995 гг.), на I Всеукраинской конференции «Возделывание, переработка и использование амаранта на кормовые, пищевые и другие цели» (Винница, 1995 г.); на Международной научно-практической конференции «Люпин и амарант - источники новых пищевых и диетических продуктов» (Санкт-Петербург, 1996 г.); на II Международном симпозиуме «Новые нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (Пущино, 1997 г.); на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов биологического факультета АСХиПР НовГУ им. Ярослава Мудрого (1997-1998 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано три работы.
Объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 19 рисунков. Список использованной литературы включает 186 наименований, в том числе 26 иностранных источников.
Исследования проводились в трех научных центрах:
-
в лаборатории селекции кормовых культур Института кормов Украинской Академии Аграрных Наук (УААН);
-
в отделе физиологии водного режима растений Института физиологии растений и генетики Академии Наук Украины (ИФРиГ УАН);
-
на кафедре ботаники, селекции и семеноводства Новгородской государственной сельскохозяйственной академии (с 1996 г. - кафедра биологии Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого).
