Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Интродукционное испытание сортообразцов амаранта на Северо-Западе Российской Федерации

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Интродукционное испытание сортообразцов амаранта на Северо-Западе Российской Федерации"

На правах рукописи МАРТЫЩУК Виталий Федорович "

ИНТРОДУКЦИОННОЕ ИСПЫТАНИЕ СОРТООБРАЗЦОВ АМАРАНТА НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Специальность 06.01.05. - селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Великий Новгород 2000

V

у.

Работа выполнена на кафедре биологии Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого в 1992-1998 гг.

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор А.К. Юзбеков

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор А.И. Широков кандидат биологических наук, доцент Т.И. Гудкова

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт растениеводства имени Н.И. Вавилова

Защита состоится 3 марта 2000 года в 14 часов на заседании диссертационного совета К 064.32.10 в Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого.

Адрес: 173000, ГСП, г. Великий Новгород, ул. Советской Армии, д.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого.

Автореферат разослан 2 февраля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохояйственных

наук, доцент /)' В.М.Кондратьева

пЛ/' грз/, у я, г

»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Интродукция высокобелковых растений родового комплекса АтагапЛиБ Ь., проводимая в России в последнее десятилетие, обусловлена, прежде всего, значительным дефицитом кормового и пищевого белка. Род Атагапйпш Ь. 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 (Коненков, 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 АшагапШиэ Ь.

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

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 С4-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 «Медведево» 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.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводились в трех научных центрах:

1. в лаборатории селекции кормовых культур Института кормов Украинской Академии Аграрных Наук (УААН);

2. в отделе физиологии водного режима растений Института физиологии растений и генетики Академии Наук Украины (ИФРиГ УАН);

3. 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).

1. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследования были использованы 6 сортообразцов амаранта, созданных в лаборатории селекции кормовых культур Института кормов УААН: Атлант, Ацтек, Котигорошко, Легинь, Орхидея, Пониклый.

1.1. Техника проведения полевых экспериментов

Полевые опыты проводились в 1996-1997 гг. на опытном поле Новгородской государственной сельскохозяйственной академии (с 1996 г.- Академия сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого) в хозяйстве «Вяжищи» Новгородского района Новгородской области.

Все агротехнические мероприятия на опытных участках проводились с учетом рекомендаций по возделыванию амаранта (Магомедов и др., 1990; Чернов, 1992; Юзбеков, 1993).

Учитывались следующие агротехнические требования:

Место в севообороте

Амарант размещали в кормовых севооборотах. Предшественники -овощные культуры (морковь, столовая свекла).

Подготовка и обработка почвы

Осеннюю обработку почвы начинали сразу после уборки предшественников и проводили по типу полупара. Были соблюдены следующие требования при подготовке почвы: раннеосенняя зябь, дисковое лущение для провоцирования и уничтожения корневищных сорняков. Весной проводили две-три культивации с целью очищения почвы от сорняков. Непосредственно перед посевом почву выравнивали, делянки разбивали вручную. Участки для опытов подбирали с учетом биологических особенностей амаранта. В 1996 г. опыт закладывали на участке непосредственно в поле учебно-опытного хозяйства; в 1997 г. - на двух участках: I - непосредственно в поле учебно-опытного хозяйства, II - в центральной усадьбе хозяйства «Вяжищи» д. Болотное. Удобрение опытных делянок производили из расчета: азотных - 120 кг, фосфорных - 80 кг, калийных - 60 кг действующего вещества на 1 га; доза органических удобрений составляла в среднем 50 т/га.

Посев

Семена амаранта высевали вручную при устойчивой температуре почвы (10-12°С) и одинаковой глубине заделки семян (1,5-2,5 см). Семена изучаемых сортообразцов соответствовали ГОСТу 28636-20, т.е. всхожесть была не менее 90%, чистота - 95% и влажность - не более 12%. Высевали амарант как пропашную культуру широкорядным способом с междурядьями 35 см, между растениями - 6-7 см. Норма высева - 0,8 кг/га. Площадь делянок - 2 м2, ширина дорожек между делянками - 20 см. Повторность полевых опытов четырехкратная.

Уход за посевами

Уход за опытными делянками состоял из разрушения почвенной корки и защиты посевов от сорняков. Борьба с сорняками осуществлялась вручную путем рыхления междурядий и периодической прополки.

Уборка

Уборка амаранта на зеленую массу и семена проводилась вручную, соответственно в фазы начала цветения и созревания.

1.2. Почвенно-кпиматическиеусловия полевых опытов

1.2.1. Погодные условия

Природные условия Северо-Запада России наиболее подходящи для лесной и луговой растительности. Это зона достаточного увлажнения и умеренного тепла.

Вегетационные периоды 1996-1997 гг. различались по температурному режиму и увлажнению (табл. 1-2).

Таблица 1.

Среднемесячные показатели влагообеспеченности растений за вегетационные периоды 1996-1997 гг.

Год исследований май июнь июль август сентябрь

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

1996 осадки, мм.

35,9 13,9 43,1 -6,9 57,4 -1,6 8,0 -4,0 41,0 3,0

1997 74,6 52,6 79,9 9,9 9,1 -9,9 15,1 -6,9 85,9 47,9

Средне-многолетнее 22,0 70,0 79,0 82,0 38,0

1996 Гидротермический коэффициент (ГТК)

1,2 0,2 1,0 -0,5 1,1 -0,4 0,1 -1,6 3,2 1,1

1997 1,5 3,5 1,5 0,0 0,2 -1,3 0,3 -1,4 4,8 2,7

Средне-многолетнее 1,0 1,5 1,5 1,7 2,1

1 - показатели в год исследования

2 - отклонение от средней многолетней

Таблица 2.

Тепло- и влагообеспечениость растений за вегетационные периоды

Годы исследований Среднемного-летнее

ПОКАЗАТЕЛИ 1996 1997

1 2 1 2

Среднесуточная температура воздуха, °С 14,2 0,7 19,1 5,6 13,5

10 °С 1924,4 6 1932,4 68,4 1864,0

Осадки, мм 185,4 -99,6 264,6 -20,4 285,0

Гидротермический коэффициент (ГТК) 1,0 -0,5 1,4 -0,1 1,5

1 - показатели в год исследования

2 - отклонение от средней многолетней

Из таблиц 1-2 следует, что 1996 г. характеризовался более засушливым вегетационным периодом. Среднесуточная температура воздуха +14,2°С, что на 0,7°С выше среднемноголетней. Сумма активных температур составила 1924°С или 103% по сравнению со среднемноголетним показателем за это период. Величиной, определяющей влагообеспечениость растений, служит гидротермический коэффициент (ГТК), установленный Г.Т. Селяниновым (1993 г.), который определяется отношением количества осадков за вегетационный период к сумме температур выше 10°С, уменьшенной в 10 раз. Осадков за вегетационный период выпало 185,4 мм (65% от нормы), ГТК равнялся 1, что на 0,5 меньше среднемноголетнего показателя.

Метеоусловия 1996-1997 гг. учитывались при определении сроков исследований.

1.2.2. Почва

Почвы учебно-опытного хозяйства «Вяжищи» типичные для Новгородской области: преобладают дерново-подзолистые, среднесуглинистые; встречаются дерново-карбонатные, дерновые и торфяные. Почвы хорошо окультуре-

ны - 95,0%, из них с реакцией, близкой к нейтральной или нейтральные, хорошо обеспечены доступным фосфором и подвижным калием. Характеристика почв опытных участков представлена в таблице 3.

Таблица 3.

Основные характеристики почвы на участке проведения опытов

в почвенном горизонте 0-30 см

Участок Содержание гумуса, % рН, КС1 Сумма поглощенных оснований, мг/экв. в 100 г почвы Н гидролитическая, мг/экв Подвижные формы, мг/экв в 100 г почвы

р2о5 К20

1 3,4 6,2 5,43 2,0 6,4 13,5

2 3,1 5,6 5,73 2,92 5,6 12,0

Из таблицы 3 следует, что почвы опытных участков слабокислые (II участок) или близки к нейтральной (I участок), содержание гумуса в пахотном слое незначительно и составляет 3,1-3,4%.

1.3. Методы биохимического анализа белков (ферментов) фотосинтеза из листьев сортообразцов амаранта

Экстракцию белков (ферментов) из листьев растений и определение потенциальной активности ферментов проводили по стандартным методикам (Романова, 1980), модифицированным применительно к объектам исследования (Магомедов, 1978; Юзбеков, 1990).

1.3.1. Экстракция белков

Листья растений многократно (3-4 раза) промывали дистиллированной водой, высушивали между полосками фильтровальной бумаги, взвешивали, замораживали в жидком азоте и растирали с кварцевым песком в 0,1М трис-НС1 буфере, рН 8,5 (1:5) содержащем 10 мМ MgCl2, 2 мМ Na2 ЭДТА, 10 мМ дити-отрейтола, 10 мМ 2-меркаптоэтанола и 2% поливинилпирролидона (нерастворимого). Гомогенат ожимали через 2-3 слоя капроновой ткани и центрифугировали при 18 000 д в течение 15 мин; надосадочную жидкость обессоливали,

пропуская через колонку, заполненную сефадексом G-25 (20 х 1,5 см), предварительно уравновешенного буфером для экстракции. Скорость гельфильтрации 1 мл-мин"1. Частично очищенный от низкомолекулярных соединений элюат использовали для определения активности ферментов: ФЕПК (НФ 4.1.1.31), НАД-МДГ (НФ 1.1.1.37), НАД-МЭ (НФ 1.1.1.39), АспАТ (НФ 2.6.1.1), РБФК/0 (НФ 4.1.1.39) и НАДФ-ГАФД (НФ 1.2.1.13).

1.3.2. Электрофоретическое исследование белков (ферментов)

Изоферментный состав НАД- и НАДФ-МДГ, НАД- и НАДФ-МЭ исследовали тетразолиевым методом (Гааль и др., 1982), ФЕПК - по Магомедову и Тищенко (1974), АспАТ - по Тищенко (1978), РБФК/О - по Монаховой и др. (1987) после электрофореза белков в полиакриламидном геле (Davis, 1964; Сафонов, Сафонова, 1971; Laemmli, 1970). Содержание белка оценивали по Ло-ури и др. (Lowry et al., 1951) в модификации Бейера (1976).

Первичную статистическую обработку. данных проводили по Б.А. Доспехову (1985). Оценка достоверности различий проводилась с помощью критерия Стьюдента (t-критерия) при уровне вероятности 0,95. Тождественность белков (ферментов) в полиакриламидном геле оценивали статистически (Roghard, Chrombach, 1974). Расчеты велись на IBM-совместимом компьютере типа Pentium.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В нашей стране на необходимость интродукции амаранта как новой силосной культуры в программе использования мировых растительных ресурсов указывал академик Н.И. Вавилов еще в 1932 году. Однако после его гибели, начатая по его инициативе исследовательская работа с амарантом и другими новыми культурами была прекращена. И только в последние годы благодаря усилиям заведующего лабораторией фотосинтеза Биологического НИИ Санкт-Петербургского государственного университета И.М. Магомедова амарант стали интенсивно внедрять в сельское хозяйство в России и странах СНГ. Научно-исследовательские работы с амарантом активно ведут в Санкт-Петербургском и

Казанском университетах, ВНИИССОК (Московская область), ВИР им. Н.И. Вавилова, Институте кормов Украинской ААН (Винница).

2.1. Вегетационный период: фенология и морфология амаранта.

На рост и развитие амаранта в условиях Новгородской области влияют преимущественно два фактора - среднесуточная температура воздуха и количество осадков за вегетационный период (табл. 1-2 и 4).

Посев проводился 1.06.1996 года. Сроки посева выделены неслучайно, так как раньше этого времени в Новгородской области высевать амарант нежелательно, хотя физическая спелость почвы наступает и раньше, но чтобы получить хорошие всходы амаранта, необходимо, чтобы почва прогрелась до

Примерно через неделю (8.06) появились первые всходы. Еще через 2 дня (11.06) взошло 70% растений. Дружные всходы наблюдались на делянках, где были высеяны сорта Атлант и Легинь. Всходы других сортообразцов были примерно одинаковыми, но уступали двум выше указанным сортам. 11.06, через 10 дней после посева проводилась первая выборочная прополка, поскольку в это время всходы амаранта очень уязвимы (Чернов И.А., 1992): интенсивно растет и развивается корневая система, а надземная часть растения развивается очень медленно и сорняки буквально «глушат» их, затеняя всходы. Через 5 дней (16.06) всходы амаранта вступили в фазу трех листьев. 18.06 была зафиксирована фенологическая фаза 4 листьев и проведена очередная генеральная прополка.

10.07 растения всех сортообразцов вступили в фазу интенсивного роста.

Межфазные периоды роста и развития амаранта в производственном опыте 1996 года оказались более растянутыми во времени, чем в 1997 году. Так, например, фаза интенсивного роста амаранта в 1996 году на 3 - 4 дня больше чем в 1997 году и продолжительность ее составила 53 дня (таб. 4). Это можно объяснить более благоприятными метеоусловиями в 1997 году (табл. 1-2). Вегетационный период амаранта характеризовался различной

Таблица 4

Продолжительность межфазных периодов амаранта (1996-1997 гг.)_

Межфазный период Начало Конец Число дней в Температура воздуха, °С Сумма

периода периода периоде тт средняя шах осадков, мм

1996 г.

посев-всходы 1.06 8.06 8 12,4 13,7 15,0 21,3

два листа 8.06 11.06 3 14,2 14,3 14,5 5,7

три листа 11.06 16.06 5 14,9 _ 15,0 15,2 10,0

четыре листа 16.06 18.06 2 15,0 15,2 15,4 2,8

интенсивный рост 18.06 10.08 53 15,2 21,8 28.4 68,9

начало цветения 10.08 20.08 10 18,4 21,4 24,4 14,4

молочная спелость 20.08 2.09 20 14.3 16,2 18,1 49,6

восковая спелость 2.09 10.09 8 12,4 14,4 16,4 11.2

созревание 10.09 22.09 12 7,9 9,0 10,1 15,6

1997 г. (первый участок)

посев-всходы 1.06 8.06 8 14,5 14,7 14.9 35,2

два листа 8.06 10.06 2 15,6 16,3 17,1 7,3

три листа 10.06 15.06 5 16.9 17,3 17,8 15,0

четыре листа 15.06 17.06 2 17,0 17,1 17.2 9,4

интенсивный рост 17.06 6.08 50 19,2 23,8 28,4 32,1

начало цветения 6.08 16.08 10 18,1 20,1 22,2 1.5

молочная спелость 16.08 31.08 15 17.4 18,8 20.3 0.5

восковая спелость 31.08 12.09 12 9,9 12,5 15,1 22.4

созревание 12.09 _, 21.09 ■ 9 8,8 10,7 12,7 36,6

1997 г. (второй участок")

посев-всходы 2.06 10.06 8 14,5 14.7 14,9 35.2

два листа 10.06 12.06 2 15,6 16,3 17,1 7.3

три листа 12.06_ 15.06 3 16,9 17,2 17,5 15,0

четыре листа 15.06 17.06 1 17,0 17,1 17.2 9.4

интенсивный рост 17.06 5.08 49 19^2 23.8 28.4 29.1

начало цветения 5.08 17.08 12 18,0 20,0 22,1 2,2

молочная спелость 17.08 27.08 10 17,3 18,8 20,3 0,5

восковая спелость 27.08 9.09 13 9,8 12,4 15,0 25,8

созревание 9.09 22.09 13 8,8 10,7 12,7 41,2

Атлант си Ацтек

см Пониклый

Котигорошко

Рис. 1. Динамика роста и развития сортообразцов амаранта

1 - 1996 г;

2 - 1997 г. (первый участок);

3 - 1997 г. (второй участок).

продолжительностью и составил 110 - 130 дней, в зависимости от метеоусловий в период вегетации.

Динамика роста и развития сортообразцов амаранта представлена на рисунке 1. Рост растений является сложным процессом, тесно связан с фазой развития, биологическими особенностями и эколого-географическим происхожде-' нием образцов. Для выявления характера роста и развития интродуцируемых сортообразцов амаранта определялась высота растений через каждые 10 дней после появления всходов. Анализ динамики роста и развития выявил наибольший суточный прирост (1-2 см) в фазу начала выброса метелки - это наиболее обоснованное время для укоса. При этом высота растений варьировала в пределах 70 - 160 см. Самых высокорослым оказался сорт Атлант (160 см), низкорослым - Орхидея (70 см).

2.2. Урожайность зеленой массы амаранта.

Урожайность зеленой массы амаранта в условиях области варьировала в пределах от 160,9 до 300,0 ц/га в зависимости от сорта (рис. 2, табл. 5). Наибольшая урожайность зеленой массы отмечена у сорта Атлант (около 300 ц/га). Урожайность зеленой массы сортов Ацтек, Легинь, Орхидея, Пониклый и Ко-тигорошко была ниже урожайности сорта Атлант и составила соответственно 94,4; 76,1; 74,6; 63,5; 55,3 в процентах (табл. 5).

1 2 3

□ Атлант □Ацтек □ Легинь □ Орхидея Н Пониклый □ Котигорошко

1 -1996 г, 2 -1997 г. (первый участок), 3 - 1997 (второй участок) Рис. 2. Средняя урожайность зеленой массы сортообразцов амаранта

Таблица 5.

Средняя урожайность зеленой массы сортообразцов амаранта (1996-1997 гг., ц/га).

Сорт 1996 г. 1997 г., первый участок 1997 г., второй участок Общая средняя урожайность Урожайность относительно сорта Атлант, %

Атлант 275,0 301,3 297,0 291,1 100

Ацтек 261,3 277,5 285,8 274,9 94,4

Легинь 212,5 224,5 227,0 221,4 76,1

Орхидея 187,5 . 232,0 231,5 217,0 74,6

Пониклый 171,3 186,8 196,3 184,8 63,5

Котигорошко 155,0 157,5 170,3 160,9 55,3

НСР0,о5 = 12,4 ц/га

2.3. Урожайность семян амаранта.

Амарант - растение с растянутым периодом созревания семян: 9-13 дней в наших опытах (рис. 3). Поэтому выбор оптимального срока уборки всегда затруднителен. Основными признаками созревания семян различных сортов амаранта являлось усыхание и опадание нижних листьев и изменение окраски стебля от зеленой до светло-салатовой и светлой, у Атланта ко времени созревания семян стебель и края листьев приобретают антоциановую (кремовою) окраску. Наибольшая урожайность семян отмечена у сорта Атлант и составила в среднем 19,9 ц/га. У остальных сортов эта величина варьировала в пределах 16,9- 17,8 ц/га.

□ Атлант 0 Ацтек □Легинь □ Орхидея И Пониклый ПКотигорошко

1 - 1 996 г; 2 - 1 997 г. (первый участок); 3 - 1997 (второй участок)

Рис. 3. Урожайность семян сортообразцов амаранта

2.4. Активность и электофоретические спектры белков (ферментов) Сгфотосиитеза из листьев сортообразцов амаранта.

Многоцелевое использование амаранта требует всестороннего изучение генофонда культуры и в том числе по ряду физиолого-биохимический параметров. В основе продукционных процессов ведущих к формированию урожая лежит фотосинтетическая деятельность растений. Амарант по типу метаболизма

углерода относится к аспартатным формам С4-растений с НАД-маликэнзимным декарбоксилированием малата. В зависимости от условий питания, интенсивности света и водообеспеченности, скорость фотосинтеза может достигать 65 мг СОг/дм2-ч., что в 2 - 3 раза выше чем у типичных Сз растений. Активность ферментов метаболизма С4-кислот (рис 4 - 5)и цикла Кальвина (ПФВЦ) является определяющим фактором функционирования С4-фотосинтеза в листьях С4-растений, в том числе и амаранта.

Фосфоенолпируваткарбоксилаза

- : — - р- — — ------

- — — - т —

— — г-'Щ —

- -- — —

Аспартатаминотранфераза

з 4

5

1

НАД-малатдегидрогеназа

НАД-малик-энзим

— I _____

рв

В 1<ю

_

!В

Рибулозобисфосфаткарбоксила-за/оксигеназа

НАДФ-глицеральдегидфосфат-дегидрогеназа

з

2

4

Рис. 4. Активность ферментов фотосинтетического метаболизма углерода в листьях сортообразцов амаранта в фазу начала цветения, мЕ-мг"1 белка. 1 - Атлант; 2 - Ацтек; 3 - Легинь; 4 - Орхидея; 5 - Пониклый; 6 - Котигорошко.

ФЕПК

НАД-МДГ

о —

0,2 0,4 0,6 0,8

1,0 +

оэп

о —

0,20,40,60,8 ~ 1,0

+

2 3 4

АспАТ

2 3 4

О — 0,2 —

0,40,6" 0,8"

1,0 +

О —

0,20,40,60,8"

1,0

+

НАД-мэ

5 б

5 6

ОЭП

Рис. 5. Электрофоретические спектры ферментов С^фотосинтеза в листьях сортообразцов амаранта.

1 - Атлант;

2 - Ацтек;

3 - Легинь;

4 - Орхидея;

5 - Пониклый;

6 - Котигорошко.

Результаты исследований показали, что наибольшая активность и высокая степень гетерогенности ферментов С4-фотосинтеза наблюдались у сортооб-разцов Атлант, Ацтек и Легинь: ФЕП-карбоксилаза представлена двумя основными изоферментами, аспартатаминотрансфераза - двумя основными и тремя минорными изоформами, НАД-малик-энзим. Вероятно, степень гетерогенности ферментов С4-фотосинтеза является одним из главных параметров, определяющих экологическую пластичность этих сортов.

ВЫВОДЫ

1. Результаты интродукционного испытания сортообразцов амаранта позволили выделить в качестве перспективных для возделывания на зеленую массу и семена в почвенно-климатических условиях Северо-Запада Российской Федерации следующие сорта: Атлант, Ацтек, Легинь и Орхидея. Сорт Пониклый заслуживает внимания как декоративная культура.

2. В результате фенологических наблюдений установлено, что развитие исследуемых растений в наибольшей степени определяют биологические и генетические особенности видов и сортов, а также метеорологические условия в период вегетации. Оптимальными сроками посева амаранта в Новгородской области являются третья декада мая - начало июня, когда почва прогрета до I-•10-12°С.

3. Анализ динамики роста и развития выявил наибольший суточный прирост (1-2 см) в фазу самого начала выброса метелки - это наиболее обоснованное время для укоса.

4. Вегетационный период амаранта характеризуется различной продолжительностью и составил 110-130 дней в зависимости от сорта и условий выращивания. При этом высота растений варьировала в пределах 70-160 см. Самым высокорослым оказался сорт Атлант (160 см), низкорослым - Орхидея (70 см).

5. Урожайность зеленой массы амаранта в условиях области достигала 300 ц/га, семян - 20 ц/га. Созревание семян в метелке растянуто во времени и

продолжалось в среднем 12 дней. Общим признаком созревания семян для изученных сортообразцов являлось подсыхание и опадение нижних листьев, а также изменение окраски стебля от зеленой до салатовой или светлой; у сорта Атлант ко времени созревания семян окраска стебля и краев листьев изменялась на антоциановую. 6. Наибольшая активность и высокая степень гетерогенности ферментов С4-фотосинтеза наблюдались у сортообразцов Атлант, Ацтек и Легинь: ФЕП-карбоксилаза представлена двумя основными изоферментами, аспарта-таминотрансфераза - двумя основными и тремя минорными изоформами, НАД-малик-энзим. Вероятно, степень гетерогенности ферментов С4-фото-синтеза является одним из главных параметров, определяющих экологическую пластичность этих сортов.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для получения высоких урожаев зеленой массы и семян амаранта в почвенно-климатических условиях Новгородской области (типичных для Северо-Запада России) следует рекомендовать экологически пластичные сортооб-разцы (Атлант, Ацтек, Легинь, Орхидея), с высокой активностью и гетерогенностью ферментов Сгфотоситеза.

2. При подготовке почвы под посев следует учесть, что семена амаранта очень мелкие. Поэтому главными агротехническими приемами являются: ранний подъем зяби, культивация, проведение раннеосенних и весенних боронований (не менее двух в каждый период) для провоцирования сорняков, выравнивание, заделка удобрений, обеспечение мелкозернистой структуры.

3. Посев в условиях области должен проводиться в конце мая - начале июня, когда почва на глубине заделки семян прогрета до +10°С.

4. Амарант, посеянный для кормовых целей, следует убирать в период с самого начала выброса метелки - это наиболее обоснованное время для укоса.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мартыщук В.Ф. (в соавторстве). К вопросу о возделывании амаранта на Северо-Западе России // Возделывание, переработка и использование амаранта на кормовые, пищевые и другие цели: Тезисы докладов Всеукраинской конференции. - Винница, 1995. - С. 22.

2. Мартыщук В.Ф. (в соавторстве). Оценка коллекции амаранта по активности некоторых ферментов метаболизма С4-кислот и пентозофосфатного восстановительного пути углерода // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования: Материалы II Международного симпозиума. - Пущино, 1997. - С. 61.

3. Мартыщук В.Ф. (в соавторстве).Перспективы интродукции амаранта в Новгородской области // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования: Материалы II Международного симпозиума. -Пущино, 1997.-С. 120-121.