Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1 Значение интродукции для расширения ассортимента овощных
Значение корнеплодных и клубнеплодных культур для питания и здоровья людей
Ботаническая и биологическая характеристика маки, стахиса, якона
1.3.1. Мака 13
1.3.2. Якон 18
1.3.3. Стахис 28
1.4. Факторы, влияющие на урожайность овощных культур 38
Экспериментальная часть
2. Материал и методика исследований 45
2.1. Материал исследований 45
2.2. Условия и методика проведения исследований 46
3. Результаты исследований
Оценка способов получения посадочного материала культур, находящихся на различных этапах интродукции
3.1.1. Способы вегетативного размножения якона 57
3.1.2. Способы повышения посевных качеств семян маки.
Влияние предпосевной обработки семян на рост и развитие растений маки. 60
3.1.2.1. Регуляция роста и развития маки с помощью биологически активных веществ
3.1.2.2. Влияние СВЧ-облучения и яровизации семян на рост и развитие растений маки
3.1.2.3. Использование протравителей и препаратов с симбионтной микрофлорой для получения рассады маки 75
3.2. Влияние удобрений на рост и развитие растений якона 78
3.3. Влияние внекорневых обработок растворами селената натрия и амарантина на корне - и клубнеобразование якона, стахиса и маки 88
3.3.1. Изменение морфологических, физиологических, биохимических показателей и продуктивности якона под воздействием регуляторов роста и развития 89
3.3.2. Изменение морфологических, физиологических, биохимических показателей стахиса под воздействием регуляторов роста и развития 107
3.3.3. Влияние внекорневых обработок растворами регуляторов роста и развития на нарастание листовой массы и формирование корнеплода у растений маки
3.4. Биотические факторы, снижающие продуктивность якона, 115
стахиса и маки при выращивании в Нечерноземной зоне России (на примере Московской области) 120
3.4.1. Вредители и болезни поражающие растения якона 120
3.4.2. Вредители и болезни поражающие растения стахиса 122
3.4.3. Вредители и болезни поражающие растения маки 123
Выводы 125
Рекомендации производству 127
Список литературы 128
Приложения 152
- Значение корнеплодных и клубнеплодных культур для питания и здоровья людей
- Факторы, влияющие на урожайность овощных культур
- Оценка способов получения посадочного материала культур, находящихся на различных этапах интродукции
- Изменение морфологических, физиологических, биохимических показателей и продуктивности якона под воздействием регуляторов роста и развития
Введение к работе
В связи с ростом населения Земного шара проблема качественного питания становится все более актуальной в современном мире. В решении этой проблемы огромную роль играют овощи, обладающие не только высокой продуктивностью, питательной ценностью, но и особым биохимическим составом, являющиеся важнейшим источником витаминов, аминокислот, минеральных солей, углеводов и других ценных веществ (Кононков П.Ф., 1992).
На Земном шаре растения распределены неравномерно. Основное флористическое богатство сосредоточено в горных районах тропических и субтропических поясов. На долю Южной Азии, согласно исследованиям Н.И. Вавилова (1965), приходится почти половина всех установленных видов растений, затем наибольшим разнообразием отличается субтропическая и тропическая флора Южной и Центральной Америки.
Следствием ледникового периода является бедное видовое разнообразие растений северных районов, в том числе территории России. Естественное расселение растений протекает достаточно медленно и ограничено многими факторами. Решением этой проблемы может служить введение в культуру неизвестных дикорастущих видов овощей из состава местной и дикой иноземной флоры или привлечение для возделывания из других стран новых видов культивируемых растений, которые постоянно пополняют овощной ассортимент (Кононков П.Ф., Бунин М.С., Кононкова С.Н., 1992).
По размеру площадей под овощными культурами Россия не уступает странам с высоко развитым сельским хозяйством, например США, однако, ассортимент овощных культур у нас ограничен (Брежнев Д.Д., 1975). К сожалению, 88% всей овощной продукции России представлено всего лишь 6 видами растений.
Отсутствие в пищевом рационе необходимого качественного разнообразия зачастую приводит к негативным изменениям в организме человека, происходит дисбаланс в обмене веществ, что увеличивает риск
5 возникновения многих заболеваний (Амелина СВ. и др., 1997). Поэтому, среди научных проблем использования и обогащения растительного генофонда любого региона, большое значение имеет интродукция растений. Особенно остро необходимость решения этой проблемы ощущается в Нечерноземье, где из-за неблагоприятных почвенно-климатических условий получают урожаи овощей ограниченного ассортимента.
В связи с этим для Нечерноземной зоны земледелия России особую актуальность представляют научные исследования, направленные на изучение мировых генетических ресурсов овощных растений.
Наиболее перспективными природными очагами флористического разнообразия, которые могут служить богатейшим источником для интродукционной и селекционной работы, являются Восточно-Азиатский, Центральноамериканский и Южноамериканский центры происхождения культурных растений. На наибольшую ценность и перспективность отечественного овощеводства растений этих центров неоднократно обращали внимание Н.И. Вавилов (1935), А.Н. Ипатьев (1966), Е.Н. Синская (1969) и другие.
Повышение качества продуктов возможно за счет введения в рацион питания таких новых, нетрадиционных овощных культур из Юго-Восточной Азии и Латинской Америки с высокими вкусовыми и лечебными свойствами как якон, мака и стахис. Однако их внедрение в производство, тем более в различные почвенно-климатические регионы России требует проведения комплексных исследований по биологии развития, фотосинтетической деятельности и определению возможности их адаптации к условиям зоны произрастания.
Цель и задачи исследований
Цель работы - разработать элементы технологии выращивания клубнеплодных растений - якона, стахиса и корнеплода - маки в Нечерноземной зоне России.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Изучить способы возделывания и разработать элементы технологии вегетативного размножения якона в условиях Московской области Нечерноземной зоны России.
Разработать элементы технологии выращивания рассады и корнеплодов растений маки.
Установить оптимальные для роста и развития якона, стахиса и маки концентрации амарантина и селената натрия при проведении внекорневых подкормок, их влияние на товарную продукцию данных культур.
4. Установить потребность в основных элементах почвенного питания для якона.
Изучить влияние регуляторов роста и развития и удобрений на изменение морфологических, физиологических и биохимических показателей якона, стахиса и маки.
Установить биотические факторы, ограничивающие продуктивность якона, маки и стахиса.
Научная новизна результатов исследований
Выявлены особенности влияния регуляторов роста и развития на хозяйственно ценные признаки, биологические особенности, динамику роста ассимиляционной поверхности, формирование урожая растений якона, стахиса и маки.
Изучено влияние различных доз фосфорных и азотных удобрений на продуктивность якона и разработана методика их внесения.
Изучено влияние СВЧ-облучения, яровизации и препаратов, подавляющих патогенную микрофлору, на посевные качества семян маки, её дальнейший рост и развитие.
Выявлены болезни и вредители, ограничивающие получение стабильного урожая якона, стахиса и маки в условиях Нечерноземной зоны России (на примере Московской области).
Практическая значимость
При проведении исследований разработаны элементы технологии вегетативного размножения якона.
Установлены дозы азотных и фосфорных удобрений влияющие на биологические, биохимические особенности и урожайность якона в Московской области РФ.
Разработаны элементы технологии выращивания якона в Нечерноземной зоне России.
Установлены оптимальная экспозиция СВЧ-облучения, концентрации регуляторов роста и развития, а также препараты, используемые для обработки посадочного материала маки, подавляющие патогенную микрофлору и стимулирующие развитие культуры.
Выявлены оптимальные концентрации регуляторов роста и развития, стимулирующие повышение продуктивности, изменение фракционного состава и биохимических показателей якона, а также изменение биохимических показателей стахиса.
Установлен состав болезней и вредителей исследуемых культур и предложены меры борьбы с ними.
Значение корнеплодных и клубнеплодных культур для питания и здоровья людей
В настоящее время, одним из актуальных вопросов овощеводства во всем мире является расширение ассортимента потребляемых культур (Эдельштейн В.И., 1962; Ипатьев А.Н., 1966; Тараканов Г.И. и др., 1981; Lowenberg М.Е., Todnunter F. N., Wilson E.D. et al, 1974). Этот вопрос актуален не только в настоящее время. В учении Н. И. Вавилова о центрах происхождения культурных видов растений указаны основные очаги зарождения тех или иных «рас» культурных растений (Вавилов Н.И., 1924). Такие культуры, как картофель, подсолнечник, кукуруза, томат, перец и ряд других ценных сельскохозяйственных культур, имеющих другую историческую родину, прочно заняли ведущие места в сельском хозяйстве европейских стран и России.
Интродукция - это перенос в какую-либо страну или местность видов или сортов растений, не произраставших ранее в данных условиях (Большая советская энциклопедия, 1974). В истории мирового сельского хозяйства интродукция растений играет выдающуюся роль, например, такие страны как США, Канада, Австралия почти полностью построили свое сельское хозяйство на интродукции чужеземных растений и животных (Вавилов Н.И., 1965; Брежнев Д.Д., 1975; Брежнев Д.Д. и др., 1979).
Отмечая большое значение интродукции в развитии селекционной науки и практики ряд ученых - Peterson С. (1975), Д.Д. Брежнев, СМ. Букасов, В.Ф. Дорофеев (1979); Ю.Л. Гужов (1977, 1984), указывают, что лучшие сорта современных зерновых, технических, плодовых и овощных культур получены на базе широкого привлечения различного экологического материала. Кроме того, известно, что для успеха интродукции очень важно правильно подобрать исходный материал (Базилевская И.А., Мауринь A.M., 1982; Гродзинский A.M., 1984).
Растения выбирают из мирового разнообразия и изменяют их природу с тем, чтобы они могли успешно развиваться в новых условиях, то есть акклиматизируют их. Если эти изменения являются модификационными и определяются нормой реакции растений на новые условия, то говорят о натурализации растений, собственно же акклиматизация связана с изменением структуры вида (Сельскохозяйственная энциклопедия, 1971; Большая советская энциклопедия, 1974).
Существует целый ряд теорий описывающих методы интродукции. Широко распространенной является теория натурализации фитоклиматических аналогов Майра (Mayr Н., 1909). Аналогичные идеи разрабатывались также Г.Т. Селяниновым (1930). В.П. Малеев (1933, 1969) разработал метод флорогенетического анализа растений на основе изучения истории видов, их слагающих, для выявления наиболее лабильных форм с целью интродукции последних в другие районы.
М.В. Культиасов (1953) разработал метод эколого-исторического анализа, который позволяет установить пути сложения наследственной основы как требования растения к условиям существования и определить пути его интродукции и преобразования. Этот метод был успешно апробирован при освоении полезных растений богатой флоры Сибири и нашел дальнейшее применение при экспериментальном изучении интродуцентов (Соболевская К.А. 1971, 1973).
Теоретическую основу интродукции растений составляют -эволюционное учение Ч. Дарвина о происхождении видов, учение о центрах происхождения культурных растений и закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, разработанные Н.И. Вавиловым.
Н.И. Вавилов (1932) научно обосновал проблему интродукции новых культур перед отечественным растениеводством, указывая на необходимость широкого использования мировых растительных ресурсов. Согласно его высказываниям, в альтернативу устоявшимся традиционным культурам необходимо вводить в практику новые, интересные, превосходящие традиционные, по своим хозяйственным и биологическим признакам культуры.
Ранее интродукция подразумевала не только расселение культур в той или иной местности, но и их детальное изучение в новой экологической среде (Вавилов Н.И., 1932; Кононков П.Ф., 1982; Баталии А.Ф., 1989). Позднее, обязательным этапом интродукции стала селекция в новых условиях интродуцирования. Это было признано еще в работах Мичурина, а на овощных - в работах М.С. Бунина и П.Ф. Кононкова (1989) а также В.Ф. Пивоварова (1994, 1995).
Несмотря на экологическую пластичность, обусловленную большой потенциальной насыщенностью, интродуцируемые растения могут различно отзываться на световой и температурный режимы той или иной среды, поэтому, выявление термо- и фотопериодических реакций растений позволяет выявить их скрытые потенциальные возможности, проявляющиеся в изменении сезонной ритмики, интенсивности физиологических и биохимических процессов. Такого рода изменения могут быть отнесены к акклиматизационным, носящим фенотипический характер (Бойко Л.А., 1969; Тараканов Г.И. и др., 1981; Бунин М.С, 1989).
Научно-обоснованное введение новых овощных растений в культуру имеет место в Нечерноземье, Восточном и Центральном регионах России, что можно объяснить локализацией в этих регионах большей части научно-исследовательских учреждений, а так же сравнительно высокой плотностью населения.
Факторы, влияющие на урожайность овощных культур
Урожайность является итогом биологических и биофизических процессов, протекающих в растениях, направленность которых зависит от генетической природы самого растения и условий внешней среды. Свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества - основные факторы жизни растений. Предельный уровень использования внешних условий зависит от внутренних генетических и биологических механизмов, а степень их реализации - от комплекса внешних условий.
Как известно, урожайность зависит от генетической природы растения и внешней среды. Внешней средой по отношению к растениям являются в первую очередь экологические факторы, включающие климатические условия — свет, тепло, влагу; эдафические - почву; биотические - влияние биологических видов. Эти факторы связаны друг с другом, взаимодействуют между собой и влияют на растение комплексно. Для управления процессами роста, развития, и формирования растений необходимо детально изучить взаимосвязь растений с условиями внешней среды (Макушенко Н.Т., 1933; Брежнев Д.Д., 1977; Будин К.З. и др., 1979; Гужов Ю.Л. и др., 1981).
Разрабатывая вопросы теории получения высоких урожаев на основании фотосинтетической деятельности растений в посадках, А.А. Ничипорович (1956) отмечает, что накопление сухой массы урожая прежде всего зависит от усваиваемого в процессе фотосинтеза за сутки количества СОг-Количество плодов, на одно растение, средняя масса плода, корнеплода, луковицы и т.д. зависят от наследственных особенностей сорта, гибрида. Но под влиянием внешних условий они могут варьировать в широких пределах, поэтому с помощью агроприемов представляется возможным воздействовать на каждый элемент урожая и добиваться наилучшего количественного соотношения (Патрон П.И., 1981).
По отношению к такому фактору как тепло, исследуемые. культуры, согласно классификации В.И. Эдельштейна (1962), следует отнести к первым трем группам. Стахис по своим биофизиологическим показателям соответствует группе морозостойких и многолетних зимостойких растений, мака - холодостойким растениям, а якон по аналогии с картофелем занимает промежуточное положение между холодостойкими и требовательными к теплу растениями.
Учитывая эти особенности, согласно Маркову В.М. (1974) можно предположить, что оптимальная температура выращивания рассады маки и саженцев якона в теплицах при недостаточном освещении в зимние месяцы должна составлять при пасмурной погоде +13С и +16С соответственно.
Корневая система растений поглощает из почвы различные минеральные вещества: азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь и другие элементы. Каждый из минеральных элементов выполняет определенную физиологическую роль и при недостатке, какого - либо из них растения прекращают рост и могут погибнуть. Чаще всего растения испытывают недостаток в азоте, фосфоре и калии, поэтому при изучении агротехники выращивания культур необходимо четко рассчитывать дозы удобрений. Соотношение азота, фосфора и калия и их дозы зависят не только от обеспеченности почв этими элементами, но также от раннеспелости сорта и окультуренности почв. (Михайлов И.И., Книпер В.П., 1971; Патрон П.И., 1981; Браун Э.Э., 1990).
Как отмечает П. И. Патрон (1981), воздействуя на любой фактор жизни растений не только прямо, но и опосредованно, через другие тесно связанные с ним, мы можем управлять процессом накопления органической массы и получать высокие урожаи. Например, фосфорные удобрения сами по себе не влияют на количество доступной для растений воды, но, снижая транспирационный коэффициент и способствуя более быстрому созреванию урожая, уменьшают общую потребность растений в воде. Внесение оптимальных доз удобрений не гарантирует, однако, полностью получение высококачественной продукции, если нарушены другие агроприемы (сроки посадки, густота и глубина посадки, системы ухода, режим полива, условий проведения уборки и хранения).
Одним из основных факторов успешной интродукции перспективных нетрадиционных сельскохозяйственных растений является их достаточно высокая адаптивная способность. К сожалению, большая часть этих редких и полезных растений обладают низким адаптивным потенциалом. Kajc отмечают Блинохватов А.Ф., Вихрева В.А., Марковцева О.В. (2002), возникающие в процессе освоения новых почвенно-климатичесих условий стрессы приводят к нарушению равновесного состояния растительного организма с атмосферным кислородом, что чревато или болезнями, или гибелью растений. Стресс и адаптационные реакции у растений связаны с такими основными процессами как рост и фотосинтез. Даже кратковременное стрессовое воздействие ведет к активному нарушению гормонального аппарата, что выражается в нарушении роста и фотосинтеза. При этом одними из первых реакций при стрессе являются «всплески» в биосинтезах гормонов этилена и абцизовой кислоты (Кефели В.И., 1991).
Факторы, влияющие на урожайность овощных культур
Растения якона на пути адаптации к условиям окружающей среды и повышению конкурентоспособности перешли преимущественно к вегетативному размножению. Однако нами были предприняты попытки по изучению особенностей роста и развития растения при продлении периода вегетации. Растения якона выращивались в зимней остекленной теплице с регулируемыми условиями в течение 9 месяцев.
Со второй декады октября по первую декаду ноября 2003 года при среднесуточной температуре +18...+22С, сформировав мощную наземную вегетативную массу высотой 185-190 см, растения якона перешли в генеративную фазу развития. Учитывая указанные выше особенности, можно сделать вывод о том, что якон, как и перилла многолетняя {Perilla frutescens Britton var. crispa Decne), является культурой короткого дня. В защищенном грунте, при продолжительности дня свыше 12 часов, растения периллы многолетней формируют обильную вегетативную массу, достигая высоты до 180 см. Для ускорения цветения данной культуры требуется 9-11 часовой день в течение 3-х недель (Кононков П.Ф., Бунин М.С., Кононкова С.Н., 1992; Пивоваров В.Ф., Кононков П.Ф., Никульшин В.П., 1995).
В ходе исследований нами было отмечено, что строение соцветий и цветков якона соответствует литературным данным. Это растение имеет гетерогамные, щитовидно-метельчатые цветочные корзинки желтого или ярко оранжевого цвета, семянки неопушенные, обвертки соцветий полусферические или распускающиеся с двухрядными листочками, цветоложе плоское (Asami Т. et al, 1991; Bostid N.R.C., 1989; Коненков П.Ф. и др, 1999) (прил. 1). Диаметр корзинки в наших исследованиях составлял 20 - 35 мм. Язычковые цветки женские, в количестве 11-15 шт., расширены, 11-12 мм длиной и 7 мм шириной, на конце венчик имеет форму трезубца; трубчатые цветки 7 мм длиной, опушенные (прил. 1). Цветение продолжалось около 20 суток. Наблюдали частичное завязывание семян. После 16 ноября нами было отмечено замедление развития растений и опадание бутонов и цветков. Вероятно, это явление связано с резким сокращением продолжительности светлого времени суток.
В ходе дальнейших исследований мы проводили изучение и анализ эффективности использования зеленого черенкования и черенкования корневищ, путем их деления и укоренения в субстрате (табл. 3).
В результате мы отметили, что укореняемость растений составила: - у листовых черенков - 70 %, при этом образование каллуса было отмечено через 35-40 суток после посадки в субстрат; - у участков корневищ - 66 %, причем укореняемость участков корневищ, обработанных фунгицидом, составила 85 %, появление корней наблюдали через 18-21 суток; - у стеблевых черенков - 92 %, корни появлялись через 18-20 суток.
Следует отметить, что не обработанные фунгицидом срезы корневищ начинают загнивать, являясь идеальным субстратом для развития бактериальных и грибных инфекций, что снижает укореняемость растений якона.
Изменение морфологических, физиологических, биохимических показателей и продуктивности якона под воздействием регуляторов роста и развития
В ходе исследований нами было выявлено неравнозначное влияние обработок БАВ в период интенсивного клубнеобразования на биометрические показатели якона. Наиболее сильное воздействие БАВ на развитие растений было отмечено в защищенном грунте, в связи с относительно стабильными условиями среды (табл. 18).
В 2002 году различия между контролем и растениями, обработанными растворами селената натрия с разными концентрациями, обнаружены в числе побегов первого порядка, приходящихся на одно растение. Например, в защищенном грунте, в вариантах с использованием раствора селената натрия с концентрацией \0 6% и 10-7% число побегов первого порядка на одном растении превысило контрольный показатель на 33,5 %. Применение более концентрированного раствора 10"5% оказывало лимитирующее действие на процесс побегообразования.
Воздействие селената натрия в меньшей степени отразилось на облиственности растений якона. Повышение листового индекса на 56,5 % относительно контрольного образца наблюдали при внекорневой обработке с концентрацией 10"6 % вегетирующих растений якона.
Увеличение длины основного побега до 124,75 см отмечено при внекорневом опрыскивании якона раствором амарантина с концентрацией 10"5%. В отличие от неравнозначного действия селената на облиственность побегов, использование раствора амарантина с концентрацией 10"5% стимулировало увеличение листового индекса до 15,47 м /м . Применение более разбавленных растворов с концентрацией 10"6 и 10"7% отрицательно влияло на этот показатель.
В открытом грунте отмечен несколько другой эффект. Увеличение высоты растений на 17,36 % относительно контроля отмечено при внекорневом опрыскивании побегов якона раствором селената натрия с
концентрацией 10-6%. Использование более разбавленного раствора селената в качестве фиторегулятора привело к снижению высоты растений до 76,81 см, числа побегов первого порядка до 2,08 шт., и соответственно снижению листового индекса до 4,6 м /м . Внекорневое опрыскивание растворами селената натрия с концентрацией 10 %, амарантина с концентрацией 10"5% и 10"7% стимулировало накопление органических веществ в органах якона, что сказалось на увеличении показателя чистой продуктивности до 11,21; 13,24 и 9,87 г/м2сутки соответственно.
В 2003 году мощное развитие растений якона наблюдали в защищенном грунте. Однако следует обратить внимание на то, что в защищенном грунте количество побегов было меньше на растениях якона, чем в 2002 году. В то же время, отмечено увеличение накопления органических веществ в растениях якона, что отразилось на чистой продуктивности фотосинтеза.
Внекорневое опрыскивание растворами селената натрия с концентрацией 10-6% и амарантина с концентрацией 10 5% стимулировало увеличение этого показателя до 28,03 и 30,50 г/м сутки соответственно. В открытом грунте также отмечен стимулирующий эффект растворов селената натрия с концентрацией 10-6% и амарантина с концентрацией 10"5% на образование побегов и их облиственность. Внекорневое опрыскивание растений якона раствором амарантина с концентрацией 10 7% способствовало увеличению высоты основного побега на 32 % и чистой продуктивности фотосинтеза на 31,2 % относительно контрольного образца.
В 2004 году среднемесячная температура воздуха за вегетационный период была ниже среднемноголетних данных на 2..4С, что, несомненно, сказалось на росте и развитии якона.
В защищенном грунте внекорневое опрыскивание якона раствором селената натрия с концентрацией 10"7% оказало стимулирующее действие на накопление вегетативной массы, в открытом грунте наблюдали обратное действие селената натрия этой концентрации. Ингибирующий эффект заключался в снижении высоты растений на 20 % по сравнению с контролем, уменьшении количества побегов I порядка и накоплении продуктов фотосинтеза, что отразилось на ЧПФ (6,53 г/м сутки) (табл. 18). По результатам исследований подтвердился стимулирующий эффект растворов селената натрия с концентрацией 10"6% и амарантина с концентрацией 10"5% в защищенном и открытом грунте на морфофизиологические показатели якона.
Обработка растений якона растворами амарантина с концентрациями от 10"5% до 10 7% оказала положительное влияние на рост вегетативной массы при выращивании данной культуры в открытом грунте. При этом применение раствора амарантина в качестве фитостимулятора в большей мере оказало действие на облиственность растений якона, чем на рост растений в высоту. Это позволяет предположить, что раствор амарантина способствует повышению устойчивости растений якона к абиотическим факторам среды.
