Продуктивность зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков семян в условиях южной лесостепи Западной Сибири

Горбатая, Александра Петровна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Продуктивность зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков семян в условиях южной лесостепи Западной Сибири
ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Продуктивность зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков семян в условиях южной лесостепи Западной Сибири"

На правах рукописи

Горбатая Александра Петровна

Продуктивность зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков семян в условиях южной лесостепи Западной Сибири

06.01.05 - Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 Ч НОЯ 2013

005540292

Красноярск — 2013

005540292

Работа выполнена на кафедре селекции, генетики и физиологии растений ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ларионов Юрий Степанович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Рожанская Ольга Александровна, доктор биологических наук, зав. лабораторией генетики и биотехнологии ГНУ СибНИИ Кормов Россельхо-закадемии

Чураков Андрей Андреевич, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ГНУ Красноярского НИИСХ Россельхозака-демии

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Защита состоится «25» декабря 2013 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д220.037.06 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90, тел./факс: 8 (391) 227-36-09; e-mail.ru: dissovet@kgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «20» ноября 2013 года.

Ученый секретарь /п

диссертационного совета, Халипский Анатолий Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Ежегодно дефицит белка в мире (по данным ФАО) достигает 10 млн. т. Важнейшим источником растительного белка по всех странах являются зерновые бобовые культуры, продукция которых используется как в питании населения, так и в кормлении сельскохозяйственных животных (Вавилов П. П., 1983, Гуляев Г.В., Дебелый Г.А., 1982, Шпаков А. С., 2001). Белковая проблема в Западной Сибири может решаться за счет зернобобовых культур. Эти растения отличаются высокой питательностью - в их семенах содержится от 24 % до 45 % белка, и на 1 к. е. приходится от 160 до 250 г перевариваемого протеина, что на 120 - 140 г больше, чем в зерне ячменя и овса, а содержание наиболее дефицитной незаменимой аминокислоты - лизина - в 4 раза выше, чем у хлебных злаков (Антоний А.ЬС, 1980, О.И. Гамзикова, 1979, Буданова В.И., 1987). Также зернобобовые культуры - важнейшее звено для создания агроэкосистем и биоценозов в Сибири, которое способно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, плодородие почвы при значительном снижении себестоимости и повышении качества экологически чистой продукции растениеводства (Исаев А.П., 1994, Сапрыкин B.C., 2004).

Основной зернобобовой культурой в Западной Сибири является горох, однако в условиях южной лесостепной зоны урожайность его бывает очень низкой. В настоящее время увеличение площади возделывания и расширение ассортимента зернобобовых культур, в сочетании с повышением их урожайности не только за счет интенсивных технологий возделывания, но и оценки качества и урожайных свойств посевного материала - одна из сложных и актуальных задач семеноводства и растениеводства.

Степень разработанности темы. Значительный вклад отечественных ученых в изучение степени развития органов проростков семян сельскохозяйственных культур и ее связи с хозяйственно-биологическими признаками был сделан Макрушиным Н. М. (1973), Строна И. Г. (1965), Чазовым С. А. (1980), Жученко А. А. (1988), Гуляевым Г. В. (1983), Сечняк Л. К. (1985), Березкиным А. Н. (1989), Ларионовым Ю. С. (1998, 2000, 2003, 2004) и другими. Однако исследования продуктивности зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков в конкретных почвенно-климатических условиях Западной Сибири ранее не проводились. Поэтому в настоящее время особенно актуальна разработка научно обоснованной системы применения лабораторной оценки семян зернобобовых культур для получения высоких и качественных урожаев.

Цель: провести сравнительную оценку влияния степени развития органов проростков и биохимического качества семян на урожайность зернобобовых культур (фасоли зерновой, сои и гороха).

Задачи исследований:

1. Провести комплексную оценку посевного материала и хозяйственно-биологических признаков исследуемых культур;

2. Установить связь посевных качеств и степени развития органов проростков с хозяйственно-биологическими признаками зернобобовых культур;

3. Оценить вклад генотипа и условий вегетации в изменчивость изучаемых признаков;

4. Дать оценку экономической эффективности возделывания зернобобовых культур в условиях южной лесостепи Западной Сибири.

Научная новизна работы. Установлена достоверная корреляционная связь степени развития органов проростков семян (длины корешка, длины ги-покотиля, числа боковых корней) с урожайностью и качеством зерна, а так же многокорешковости с клубенькообразованием у изучаемого набора сортов зернобобовых культур. Выявлено определяющее влияние генотипа на проявленность следующих признаков: длины гипокотиля, числа семян в бобе, массы 1000 семян. На основе комплексной оценки изучаемых сортов зернобобовых культур, установлено преимущество фасоли зерновой в сравнении с горохом и соей по урожайности, экономической и биоэнергетической эффективности в южной лесостепной зоне Западной Сибири.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснована возможность и необходимость предпосевной оценки урожайных свойств зернобобовых культур по степени развития органов проростков их семян. Показана необходимость расширения посевных площадей фасоли зерновой в южной лесостепной зоне Западной Сибири, которая обеспечит получение стабильных урожаев высокобелкового зерна. Зерновая фасоль увеличит выход протеина с гектара посевов в сравнении с горохом. В 2011 году результаты исследований прошли производственную проверку на полях КФХ А.Г. Говина Марьяновского района Омской области.

Методология и методы исследований. При выполнении исследований применяли полевой, опыт, лабораторные исследования почвенных и растительных образцов, математический и статистический анализ полученных результатов, интерпретацию и их обобщение.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Урожайность прямо коррелирует с длиной гипокотиля, длиной корешка, числом боковых корней и количеством клубеньков. Степень развития органов проростков (длина гипокотиля, длина корешка, число боковых корней) - с суммарным содержания аргинина, глутаминовой кислоты и пролина. Количество клубеньков напрямую связано с числом боковых корней.

2. В формирование признаков: длина гипокотиля, число семян в бобе, масса 1000 семян и урожайность — наибольший вклад вносит генотип, а содержание белка и аминокислот в большей степени обусловлено условиями вегетации.

Достоверность результатов подтверждается значительным объемом выборки экспериментальных данных, их статистической обработкой, и производственной проверкой.

ной конференции (Тюмень, 2011 г.), на заседаниях кафедры земледелия ОмГАУ им. П.А. Столыпина (2009,2010,2011 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе четыре в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией. Общий объем работ 1,45 п. л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, рекомендаций, списка использованных источников литературы и приложений. Работа изложена на 158 печатных страницах, содержит 21 таблиц, 18 рисунков, 200 литературных источников, 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Введение. Обоснована актуальность выбранного направления исследований.

Глава 1. Хозяйственно-биологические аспекты современного растениеводства и семеноводства зернобобовых культур Обзор посвящен анализу агроэкологических аспектов современного растениеводства и семеноводства бобовых культур. Проанализированы вопросы биологических особенностей роста и развития фасоли зерновой, сои и гороха. Представлены преимущества фасоли зерновой для возделывания в условиях южной лесостепи Западной Сибири. Проанализированы современные данные об оценке биологической полноценности семян, их сортовых и урожайных свойств в семеноводстве и семеноведении. Данные обзора литературы позволяют обосновать не только необходимость проведения предпосевной оценки урожайных свойств зернобобовых культур по степени развития органов проростков их семян, но и ежегодного контроля биохимического состава семян зернобобовых культур.

Глава 2. Материалы, методы исследования и условия проведения

опытов

Южная лесостепь, на которой сосредоточены основные посевные площади сельскохозяйственных культур, с позиции почвенно-климатических условий наиболее благоприятны для выращивания зернобобовых культур. Погодные условия в годы исследований различались по количеству и распределению выпавших осадков и температурному режиму, что позволило всесторонне изучить и оценить исследуемые сорта зернобобовых культур по основным хозяйственно-ценным признакам, содержанию белка и аминокислотному составу.

Объектом исследования служили 3 зернобобовые культуры и 12 сортов, рекомендованные в различные годы для возделывания в Западно-Сибирском регионе, характеризующиеся различной скороспелостью и другими хозяйственно-ценными признаками. Фасоль зерновая (Phaseolus vulgaris L.): Рубин, Нерусса, Щедрая, Прибельская; соя (Glycine max (L.) Merr.): Омская-4, Дина, Эльдорадо, СибНИИСХоз-6; горох (Pisum sativum L.): Благовест, Демос, Ом-ский-9, Омский-7.

Изучение полиморфизма параметров органов проростков проводилось в лаборатории селекции яровой пшеницы и озимого тритикале ОмГАУ им П.А. Столыпина путем проращивания в лабораторных условиях. Семена для проращивания закладывались в рулоны по модифицировашгой методике Ю.С. Ларионова (2002).

Сравнительная оценка сортовых семян по посевным качествам проводилась согласно ГОСТ 10246-86, ГОСТ 9669-75, ГОСТ 10251-85. У семян сои, фасоли зерновой и гороха определяли чистоту семян по ГОСТ 12037-81, всхожесть - по ГОСТ 12038-84, жизнеспособность - по ГОСТ 12039-82, влажность - по ГОСТ 12042-93, зараженность семян болезнями - ГОСТ 12044-81, заселенность вредителями — ГОСТ 12045-97.

Постановка полевого опыта, все наблюдения и измерения проводились в соответствии с методикой «Методические указания по изучению коллекции зерновых бобовых культур» (1975) и «Методическими указаниями по селекции и семеноводству сои» (1981), «Методическим указаниям по изучению образцов мировой коллекции фасоли» (1987) и «Методическим указаниям по применению классификатора рода Phaseolus L. (Фасоль)» (1980), методикой ГСИ (1989). Агротехника была проведена общепринятая для региона.

Клубенькообразующую способность оценивали в фазу цветения - начала созревания бобов по количеству, размеру и местонахождению клубеньков по методике Г.С. Посыпанова (1991).

Оценка биохимических показателей была проведена в лаборатории Омского филиала ФГУ «Центр оценки качества зерна».

Анализ количественного содержания белка был проведен с помощью двух аналитических подходов. Во-первых, по ГОСТ 13496.4-93. Во-вторых, при помощи прибора для определения азота VELP NDA 701. Анализ аминокислотного состава был проведен методом капиллярного электрофореза КЭ. Содержание лизина, гистидина, аргинина, треонина, серина, пролина, глицина, аланина, ва-лина, метионина, лейцина и изолейцина, тирозина, фенилаланина, аспаргино-вой кислоты, глутаминовой кислоты, цистеина и триптофана определяли по методике М-04-38-2008. Определение зольности проводили по ГОСТЮ847-74. Сущность метода заключается в сжигании навески размолотого зерна с последующим количественным определением несгораемого остатка. Определение содержания сырого жира проводили по ГОСТ13496.15-97. Суть метода заключается в экстракции сырого жира из продукта растворителем, высушивании и взвешивании извлеченного жира. Измерение массовой доли свободных форм водорастворимых витаминов Bt, В3, В& В5 (никотиновая кислота), С, В2 и В5 (никотинамид) выполняли методом капиллярного электрофореза с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель-105» по методике М 04-412005.

Статистическая обработка данных проведена по методике Б.А. Доспехова (1984) с использованием пакетов прикладных программ STAT1STICA и Microsoft Excel.

Гпава 3. Особенности продукционного процесса зернобобовых культур

3.1 Посевные качества и степень развития органов проростков зернобобовых культур

В исследуемые годы все семена изучаемых сортов формировали кондиционные семена по посевным качествам, посевной материал различался только всхожестью, жизнеспособностью и инфицированностью. Анализы по этим показателям были проведены согласно ГОСТ 10246-86, ГОСТ 9669-75, ГОСТ 10251-85. Всхожесть семян гороха и фасоли составила 92 - 94 %, сои - 86 - 89

Нами была проведена сравнительная оценка степени развития органов проростков семян зернобобовых культур по годам в лабораторных условиях. Семена фасоли в среднем формировали корешок длиной 10,0 см, росток 12,0 см, гипокотиль 10,0 см, эпикотиль 1,6 см, боковые корни 2,6 см, числом 34 шт. Наиболее биологически полноценные семена формировал сорт Нерусса.

Семена сои в среднем формировали корешок длиной 10,8 см, росток 12,2 см, гипокотиль 10,3 см, эпикотиль 0,45 см, боковые корни 1,35 см, числом 14,4 шт. Наиболее биологически полноценные семена формировал сорт Дина.

Семена гороха в среднем формировали корешок длиной 11,0 см, росток 12,4 см, гипокотиль 1,8 см, эпикотиль 10,2 см, боковые корни 1,7 см, числом 21 шт. Наиболее биологически полноценные семена формировал сорт Омский-9.

3.2 Продолжительность вегетационного периода изучаемых культур

Продолжительность вегетационного периода в условиях южной лесостепи Омской области соответствует характеристике сортов и совпадает с их описанием. Этот показатель у изучаемых сортов не значительно варьировал от года к году. Наименьший вегетационный период из скороспелых сортов фасоли зерновой был отмечен у сорта Щедрая, и составил в среднем 77,3 суток. Вегетационный период у среднеспелого сорта .Нерусса длился в среднем 95 суток. Среди сортов сои наименьшим вегетационным периодом обладал сорт Дина, период всходы-созревание был короче по сравнению с другими сортами в среднем на 3 - 4 суток. Вегетационный период остальных изучаемых сортов сои продолжался в среднем от 102 до 103 суток. Все сорта гороха показали себя как среднеспелые, самый короткий вегетационный период отмечен у сорта Демос - 74,3 суток, самый продолжительный - у сорта Омский-9 - 90,7 суток. В ходе исследований отмечена высокая корреляция между урожайностью и периодами всходы-созревание, цветение-созревание. Сорта с более продолжительным периодом цветение-созревание сформировали больше цветков, бобов и семян с растения и показали более высокую продуктивность. Так, наиболее продолжительный межфазный период цветение-созревание среди сортов фасоли зерновой был отмечен у сорта Нерусса, у сои - Омская-4, у гороха - Омский-9.

3.3 Компоненты продуктивности растений

В наших исследованиях большой объем работ был посвящен изучению компонентов продуктивности: числа продуктивных узлов на главном стебле,

числа бобов на растении, числа семян в бобе, массы 1000 семян, массы семян, полученных с одного растения. Это позволило подробно изучить продукционный процесс зернобобовых культур.

Масса семян с одного растения или его продуктивность является основной составляющей урожайности. В среднем за 2009 - 2011 гг. масса семян с одного растения у фасоли зерновой колебалась от 18,3 до 23,2 г и имела сильную и среднюю степень варьирования по годам (V = 11,2-23,1 %). Наибольшей массой с одного растения обладал сорт Нерусса, наименьшей - сорт Щедрая. У сои анализируемый показатель находился в узком интервале, от 9,6 до 12,3 г, все сорта имели среднюю степень варьирования по годам (V = 13,8 - 16,4 %). Наибольшую массу семян с одного растения имел сорт Дина, наименьшую -сорт СибНИИСХоз-6. Сорта гороха имели от 8,9 до 16,7 г семян с растения, этот показатель слабо и средне варьировал по годам (V = 9,6 - 15,0 %). По этому показателю выделился сорт Омский-9, наименьшую массу семян с растения формировал сорт Омский-7.

3.4 Пригодность к механизированной уборке

Все сорта фасоли зерновой были детерминантными, а сорт Нерусса отличается нутирующей верхушкой. Все сорта сои имели фасциированный тип роста стебля: после цветения рост останавливался, а стебель заканчивался цветочной кистью. Сорта гороха так же характеризовались фасциированным типом роста стебля, но стоит отметить, что сорта Благовест и Демос имели полубез-листочковый тип листа.

За годы исследований высота растений сортов фасоли зерновой варьировала от 32,5 до 64,3. см. Степень варьирования по годам составила V = 2,5 - 14,7 %. Наибольшей высотой растения обладал сорт Нерусса, наименьшей — сорт Щедрая.

Среди сортов сои не было короткостебельных (менее 60 см) и длинносте-бельных (более 100 см) сортов, показатели анализируемого признака находились в интервале от 74,3 до 84,5 см и имели слабую и среднюю степень варьирования по годам (V = 4,7 - 10,5 %). Наибольшую высоту имел сорт СибНИ-ИСХоз-6, наименьшую - сорт Омская-4.

Среди сортов гороха не было низкорослых (менее 50 см) и высокорослых (150 - 300 см), показатели анализируемого признака находились в интервале от 55,3 до 97,6 см и имели слабую и среднюю степень варьирования по годам (V =

I,4 — 14,2 %). Наибольшую высоту имел сорт Омский-9, наименьшую - сорт Демос.

Высота прикрепления нижнего боба в годы опытов у сортов фасоли зерновой изменялась от 19,4 до 21,8 см, и средне варьировала по годам V = 6,4 -

II,1 %. У сортов сои высота прикрепления нижнего боба изменялась от 16,5 см до 21,8 см, степень варьирования по годам равна V = 1,5 — 10,2 %. У сортов гороха исследуемый показатель находился в интервале от 34,4 до 40,0 см и слабо и средне варьировал V = 0,2 - 11,4 %.

3.5 Клубенькообразукнцая способность

Сорта фасоли зерновой образовывали в среднем 22,7 клубеньков на растение, суммарной массой 0,90 г. Особенно высокими эти показатели были у сорта Нсрусса (рис. 1 а).

Рис. 1. Морфологические различия клубенькообразующей способности у изучаемых сортов: а) Нерусса (фасоль); б) Дина (соя); в) Демос (горох)

Сорта сои имели в среднем 28,4 клубеньков, суммарной массой 1,45 г. Лучшим по этим показателям оказался сорт Дина (рис. 1 б). Сорта гороха образовывали в среднем 35,3 клубеньков, суммарной массой 0,58 г. Наибольшие значения наблюдались у сорта Демос (рис. 1 в).

В заключение можно сказать, что в условиях южной лесостепи Западной Сибири зернобобовые культуры способны формировать до 1,5 г сухой массы клубеньков. Это может способствовать решению проблемы азота в современном земледелии при повышенных требованиях к экологической безопасности.

3.6 Биохимические показатели качества семян зернобобовых культур

В наших исследованиях сорта фасоли показали себя, как среднебелковые, содержание белка в них изменялось от 24,8 до 26,3 % и слабо варьировало в изучаемые годы: V = 2,1 - 6,2 %. Наибольшее количество белка содержал сорт Нерусса, наименьшее - сорт Щедрая.

Исследованные сорта сои также оказались среднебелковыми, доля белка в них составляла от 42,9 до 44,7 %. Изучаемый показатель слабо, средне и сильно варьировал по годам V = 2,3 - 23,0 %. Наибольшим количеством белка обладал сорт СибНИИСХоз-6, наименьшим - сорт Эльдорадо.

Все изученные сорта гороха были среднебелковыми, так как содержание белка изменялось от 24,3 до 25,0 %. Наиболее высокое содержание белка было у сорта Демос, наименьшее — у сорта Омский-7.

Соя является безусловным лидером среди зернобобовых культур по содержанию белка. В то же время, сорта фасоли, селекция которых в обласги только начинается (возделываются в основном инорайонные), содержат больше белка в изучаемых условиях по сравнению с горохом. Что указывает на перспективность возделывания фасоли в условиях Омской области.

Массовая доля сырого жира и зольность - важные показатели, которые также учитывают при расчете энергетической ценности и при сертификации кормов. Данные, полученные за годы исследований, показывают, что эти пока-

затели слабо варьируют по годам (V = 1,2 - 8,9 %) и отвечают требованиям по зольности. Сорта фасоли зерновой в среднем содержали 1,25 % жира и 3,46 % золы. По содержанию жира сорта сои показали себя, как низкомасличные. Содержание жира в них варьировало от 13,5 % (Дина) до 1.6,8 % (Эльдорадо), золы содержалось в среднем 4,68 %. В исследованных сортах гороха в среднем было 1,05 % жира и 3,30 % золы.

Суммарное количество водорастворимых витаминов в изучаемых культурах варьировало но годам слабо (V = 2,1 - 9,8 %). В среднем, в годы проведения экспериментов сорта фасоли зерновой, сои и гороха содержали 3,11 мг/100 г, 3,50 мг/100 г и 3,20 мг/100 г, соответственно.

Зернобобовые культуры - это доступный источник продовольственного и кормового белка, сбалансированного по аминокислотному составу. Полученные данные анализа аминокислотного состава представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Аминокислотный состав фасоли, сои и гороха (2008-2011 гг.), г/100 г

Наиболее ценными для питания человека и животных считаются лизин, метионин, триптофан, цистеин. В наших исследованиях семена содержали в среднем у фасоли 2,46 г/100 г лизина, 1,20 г/100 г метионина, 1,11 г/100 г триптофана, 0,43 г/100 г цистеина; у сои - в среднем 4,20 г/100 г лизина, 1,20 г/100 г метионина, 1,70 г/100 г триптофана, 0,51 г/100 г цистеина; у гороха - в среднем 2,71 г/100 г лизина, 0,90 г/100 г метионина, 1,00 г/100 г триптофана, 0,22 г/100 г цистеина.

Наиболее ценными аминокислотами для прорастания семян считаются аргинин, глутамин и пролин. Содержание их в семенах фасоли составляет в среднем 2,10 г/100 г аргинина, 3,20 г/100 г глутамина, 1,02 г/100 г пролина; у сои - в

среднем 3,90 г/100 г аргинина, 4,20 г/100 г глутамина, 2,10 г/100 г пролина; у гороха - в среднем 1,91 г/100 г аргинина, 3,20 г/100 г глутамина, 0,83 г/100 г пролина.

Массовая доля аминокислот, в том числе незаменимых, в семенах сельскохозяйственных культур является важным показателям качества последних. Исследования показали, что в условия южной лесостепи Западной Сибири семена фасоли в среднем формируют 27,7 г/100 г аминокислот, из них 12,7 г незаменимых. Наиболее высоким содержанием аминокислот характеризуются сорта Нерусса (29,89 г/100 г, из них 14,00 г незаменимых) и Рубин (28,96 г/100 г, из которых 13,40 г/100 г незаменимых).

Семена сои в среднем содержат 45,1 г/100 г аминокислот, из них 19,0 г незаменимых, что намного превышает аналогичные показатели сортов фасоли и гороха. Наиболее высоким содержанием характеризуются сорта Сибниисхоз-6 (46,5 г/100 г всего аминокислот и 18,9 г/100 г незаменимых) и Омская-4 (46,0 г/100 г всего аминокислот и 20,1 г/100 г незаменимых).

Семена гороха в среднем имеют 26,5 г/100 г аминокислот, из них 11,6 г незаменимых. Наиболее высоким содержанием аминокислот характеризуются сорта Демос (28,0 г/100 г, из них 12,9 г незаменимых) и Омский-9 (26,9 г/100 г, из них 11,4 г/100 г незаменимых).

Необходимо отметить, что все изучаемые культуры стабильно формируют высокое содержание белка, в то же время, наблюдается сильное варьирование по годам по аминокислотному составу, что свидетельствует о необходимости проводить ежегодно оценку не только количества белка, но и качества его аминокислотного состава, для установления ценности продовольственного и фуражного зерна бобовых культур.

3.7 Урожайность семян

За годы исследований фасоль зерновая показала себя как более урожайная культура в сравнении с соей и горохом. Урожайность фасоли зерновой за 2009 - 2011 гг. составила 3,03 т/га зерна, что на 0,78 и 0,35 т/га больше урожайности сои и гороха, соответственно. Самым продуктивным сортом фасоли был Нерусса, сои - Дина, гороха - Омский-9.

3.8 Взаимосвязь степени развития органов проростков семян зернобобовых культур с исследуемыми признаками

В ходе наших исследований были выявлены тесные связи многих показателей со степенью развития органов проростков семян зернобобовых культур.

Установлена слабая корреляция урожайности с жизнеспособностью семян и отсутствие корреляции со всхожестью и инфицированностью (табл. 1). Анализируя эти данные, можно отметить, что показатель жизнеспособности ссмян является ориентировочным показателем, указывающим долю живых семян в используемой партии для посева, и не отражает урожайные свойства. Точно так же за счет показателей всхожести и инфицированное™ семян невозможно прогнозировать урожайность.

Таблица 1 - Корреляционная связь урожайности зерна зернобобовых культур ____с посевными качествами семян (2008 - 2011 гг.)_____

Культура Урожайность зерна

всхожесть семян жизнеспособность семян инфицирован-ность семян

Фасоль зерновая 0,22 0,32 -0,08

Соя 0,23 0,31 -0,07

Горох 0,14 0,39 -0,03

Минимальное значение коэффициента корреляции, существенное при данном числе вариантов (п=48), г критическое, равно 0,28. Статистически достоверно при уровне значимости р-0,05.

Таким образом, посевные качества не позволяют оценить урожайность зернобобовых культур.

Обнаружены корреляционные связи урожайности со степенью развития органов проростков исследуемых культур (рис. 3).

Рис. 3. Корреляционная связь урожайности зерна зернобобовых культур со степенью развития органов проростков сортовых семян (2008 - 2011 гг.)

Степень развития органов проростков показывает более тесную связь с урожайностью их посевов: длина корешка г = 0,60 - 0,61, ростка г = 0,41 - 0,56, гипокотиля г = 0,69 - 0,76, эпикотиля г = 0,37 - 0,51, число боковых корней г = 0,62 - 0,66 и длина боковых корней г = 0,39 - 0,44. Необходимо отметить, что наибольшая корреляция с урожайностью выявлена у следующих параметров органов проростков семян: длины корешка, числа боковых корней, длины гипокотиля. Сорта и культуры с хорошо развитыми корневыми системами эффективно поглощают из почвы элементы питания и влагу, к которой так требовательны зернобобовые культуры в периоды всходов и цветения. В то же время, средняя длина гипокотиля у партии сортовых семян является биологическим критерием глубины их заделки, которая тесно коррелирует с полевой всхожестью.

Можно сделать вывод, что оценка степени развития органов проростков семян позволяет предварительно, до посева, уже в лабораторных условиях, установить урожайные свойства сортовых семян и некоторые технологические приемы их возделывания (например, глубину заделки семян). На основании оценки урожайных свойств семян агроном может сделать заключение о целесообразности их использования в практике. Учитывая эти свойства, можно подобрать предшественник или провести предпосевную обработку посевного материала различными препаратами для повышения их урожайных свойств. Оценка урожайных свойств семян позволит агроному наметить комплекс предпосевных мероприятий подготовки семян к посеву и агротехнических приемов возделывания.

В ходе наших исследований выявлены взаимосвязи клубенькообразующей способности со степенью развития корешков у проростков семян (табл. 2).

Таблица 2 - Корреляционная связь массы клубеньков зернобобовых культур со степе-

нью развития корешков у проростков семян (2008 - 2011 гг.)

Культура Масса клубеньков

длина корешка средняя длина боковых корней число боковых корней

Фасоль зерновая 0,07 0,22 0,69

Соя 0,11 0,75 0,69

Горох 0,08 0,26 0,62

У всех исследуемых культур наибольшей массой клубеньков обладали сорта, формирующие наибольшее число боковых корней у проростков. Коэффициент корреляции находился в пределах 0,62 - 0,69. В наших исследованиях число боковых корней оказалось важным показателем клубенькообразующей способности сортов и культур. У сортов сои масса клубеньков находилась в тесной взаимосвязи еще и со средней длиной боковых корней проростков. Это можно объяснить особенностями морфологии сои и тем, что проростки семян этой культуры образовывали на порядок меньше боковых корней.

Связь урожайности семян, массовой доли белка и аминокислот с массой клубеньков отражена в таблице 3. Анализируя данные, можно сделать вывод, что сорта с большей массой клубеньков способны формировать более высокий урожай. В то же время, слабая корреляция массы клубеньков и содержания белка в зерне сои и гороха означает, что переменные, скорее всего, не связаны или роль других факторов значительнее. У фасоли зерновой наблюдается некоторая связь между переменными, что позволяет предположить, что эта культура имеет хорошую адаптивность в условиях южной лесостепи Западной Сибири. У всех культур связь массы клубеньков и массовой доли аминокислот в зерне, в том числе незаменимых оказалась слабой или совсем отсутствовала.

Таблица 3 - Корреляционная связь массы клубеньков с урожайностью, количеством и каче-

сдои белка семян зернобобовых культур (2009 - 2011 гг.)

Культура Масса клубеньков

Урожайность Массовая доля белка Массовая доля аминокислот

всего в том числе незаменимых

Фасоль зерновая 0,48 0,65 0,15 0,13

Соя 0,57 0,11 0,22 0,27

Горох 0,49 0,24 0,07 0,19

Таким образом, целесообразно возделывать сорта и культуры, обладающие усиленным и ускоренным ростом и развитием боковых корешков, к тому же, стоит обратить внимание на этот признак при отборе растений и создании сортов. Это может способствовать увеличению урожайности зернобобовых культур и улучшению роли предшественника в земледелии и растениеводстве.

Наши исследования показали, что высота растения и высота прикрепления нижнего боба зернобобовых культур, скорее всего, не связаны со степенью развития органов проростков сортовых семян или роль других факторов значительнее.

Та же тенденция наблюдалась и у связи вегетационного периода зернобобовых культур со степенью развития органов проростков сортовых семян. Как известно из феногенетики, рост и развитие растений контролируются определенными генами, а развитие органов проростков и их дифференциация другими (Finch-Savage and Leubner-Metzger, 2006).

Известно, что одним из основных биохимических показателей, которые участвуют в прорастании семян, является запасной белок. Рассматривая биохимические факторы, которые могут влиять на развитие органов проростков, мы проанализировали связи массовой доли белка, массовой доли аминокислот и незаменимых аминокислот в семенах со степенью развития органов проростков этих семян. Переменные оказались не связаны друг с другом, а значит, по этим показателям невозможно судить об урожайных свойствах семян зернобобовых культур. Однако проанализировав связь массовой доли аргинина, глутаминовой кислоты и пролина в семенах зернобобовых культур со степенью развития органов проростков мы выявили некоторые корреляции (табл. 4). Массовая доля аргинина, глутаминовой кислоты и пролина в семенах фасоли зерновой и гороха имела среднюю корреляцию с длиной корешка, длиной гипокотиля и числом боковых корней. Доступность этих аминокислот играет значительную роль в процессах развития органов проростка.

У сои такая связь наблюдалась только с длиной корешка, это можно объяснить тем, что семена сои отличаются повышенным содержанием масла. Известно, что при прорастании семян активно происходит мобилизация всех запасных веществ, липиды, содержащиеся в зародыше, эндосперме или семядо-

лях, так же подвергаются гидролитическому расщеплению, поэтому роль запасающего белка несколько уменьшается.

Таблица 4 - Корреляционная связь массовой доли аргинина, глугаминовой кислоты и пролила зернобобовых культур со степенью развития органов проростков сортовых семян (2008 _-2011 гг.)_

Культура Массовая доля аргинина, глугаминовой кислоты и пролина

длина корешка длина ростка длина гипокотиля длина эпикотиля средняя длина боковых корней число боковых корней

Фасоль зерновая 0,50 0,27 0,54 0,42 0,51 0,48

Соя 0,52 0,01 0,46 0,24 -0,10 0,45

Горох 0,52 -0,20 0,58 -0,14 -0,17 0,61

Таким образом, нами были выявлены тесные связи урожайных свойств семян со степенью развития корешка, гипокотиля и числа боковых корешков зернобобовых культур, определена тенденция зависимости клубенькообразующей способности от числа боковых корешков проростков семян, найдена зависимость роста и развития органов проростков с аминокислотным составом семян.

3.9 Доля влияния сортовых факторов и условий вегетации на исследуемые признаки

Установлен вклад генотипической и экологической вариансы и их взаимодействия в общую фенотипическую изменчивость. В результате двухфакторно-го дисперсионного анализа изучаемых нами признаков получены данные, из которых можно сделать вывод, что из всех признаков, отражающих начальный рост (формирование проростков), только длина гипокотиля имеет сортовую специфику (обусловлена на 30 - 34 % генотипом сорта). По остальным биологическим показателям (всхожесть, жизнеспособность, длина корешка, число и средняя длина боковых корешков) преобладает влияние условий вегетации и взаимодействия сорта-«годы».

Продолжительность вегетационного периода, количество семян в бобе, масса 1000 семян и урожайность изучаемых сортов характеризовались высокой долей влияния генотипа сорта (31-39 %). Оценка варианс показывает, что влияние генотипических (сортовых) факторов на количество бобов на растении имеет 25 - 28 %, но условия вегетации имеют решающее значение (40 - 41 %).

Стоит так же отметить слабую долю влияния генотипа на массу клубеньков, содержание белка и аминокислот в семенах зернобобовых культур. Доля влияния сорта на массовую долю белка находилась в интервале 8 - 18 %, а доля изменчивости в зависимости от условий вегетации составляла 46-51 %, на массу клубеньков - 18 - 19 % и 42 - 45 % соответственно, массовую долю аминокислот - 9 - 12 % и 52 - 57 % соответственно, массовую долю незаменимых аминокислот - 18 % и 42 - 44 % соответственно.

Таким образом, можно сделать вывод, что у зернобобовых культур в условиях южной лесостепи Западной Сибири наблюдается сложный характер взаимодействия генотипических факторов и условий вегетации. По многим параметрам наблюдается большой вклад средовой вариансы в изменчивость признаков. Из всех органов проростков семян длина гипокотиля наиболее четко отражает адаптивность сортов и культур. Это указывает на возможность управления данными показателями с помощью различных технологических приемов в процессе роста и развития.

Глава 4. Экономическая и биоэнергетическая оценка

4.1 Экономическая оценка

Оценка эффективности возделывания зернобобовых культур на зерно показала, что их возделывание выгодно в условия южной лесостепи Западной Сибири (табл. 5).

Таблица 5 - Экономическая эф( [¡ективность возделывания зернобобовых культур

Культура Урожайность, т/га Затраты, руб./га Чистый доход, руб./га Рентабельность, %

Фасоль зерновая 3,03 5511,0 14184,0 257,4

Соя 2,25 6174,3 9350,7 151,4

Горох 2,88 5356,1 11923,9 222,6

Возделывание фасоли зерновой в условиях южной лесостепи Омской области более выгодно. Чистый доход от него достигает 14184,0 руб./га. Рентабельность возделывания фасоли зерновой превышала аналогичные показатели сои в 1,7 раза и гороха - в 1,16 раза.

4.2 Биоэнергетическая оценка

Для расчетов биоэнергетической эффективности использовали данные, полученные нами в ходе биохимического анализа семян сортов фасоли зерновой (Щедрая, Рубин, Прибельская, Нерусса), сои (Омская-4, СибНИИСХоз-6, Эльдорадо, Дина), гороха (Омский-7, Омский-9, Благовест, Демос). Полученные результаты показывают, что возделывание зернобобовых культур в южной лесостепи Западной Сибири представляется эффективным (табл. 6).

Таблица 6 - Биоэнергетическая эффективность возделывания зернобобовых культур

Культура Урожайность, т/га Выход валовой энергии, ГДж/га Затраты, совокупной энергии, ГДж/га Приращение валовой энергии, ГДж/га Энергетический коэффициент

Фасоль зерновая 3,03 54,50 4139 13,11 1,32

Соя 2,25 51,59 39,26 12,33 1,31

Горох 2,88 50,18 39,34 10,83 1,28

При сравнении зернобобовых культур видно, что фасоль зерновая не уступает сое и значительно превосходит горох в условиях южной лесостепи по биоэнергетической эффективности. По своему биохимическому составу соя является лидером и, следовательно, имеет более высокую энергетическую ценность, однако при средней урожайности 2,25 т/га приращение валовой энергии ниже, чем у фасоли зерновой. Фасоль зерновая имеет, помимо высокой энергетической ценности, более высокую урожайность по сравнению с горохом. Очевидно, что приращение валовой энергии и энергетический коэффициент для нее также будут выше.

Таким образом, возделывание фасоли зерновой в условиях южной лесостепи Омской области не только экономически более выгодно, но и имеет высокие энергетические показатели.

ВЫВОДЫ:

1. В южной лесостепи Западной Сибири в 2008 - 2011 гг. все сорта фасоли зерновой, сои и гороха формировали кондиционные семена. Сорта гороха формировали гипокотиль в 5 раз меньшей длины, чем у фасоли и сои, эпикотиль большей длинны соответственно в 20 и 7 раз. Соя формировала в 2 раза меньше боковых корешков, чем горох и фасоль.

2. Установлено, что содержание всех аминокислот, белка, жира, золы и водорастворимых витаминов в сое выше, чем в фасоли и горохе. Фасоль по этим показателям превышает горох, незначительно уступая по содержанию водорастворимых витаминов и значительно — серина.

3. Выявлена прямая корреляционная связь урожайности с длиной гипоко-тиля, длиной корешка, числом боковых корней и количеством клубеньков. Степень развития органов проростков (длина гипокотиля, длина корешка, число боковых корней) прямо коррелирует с суммарным содержания аргинина, глу-таминовой кислоты и пролина. Количество клубеньков напрямую связано с числом боковых корней.

4. Выявлен высокий вклад генотипа в формирование признаков: длина гипокотиля, число семян в бобе, масса 1000 семян и урожайность. Наибольший вклад в формирование белка и аминокислот вносят условия вегетации.

5. Рентабельность возделывания зернобобовых культур в условиях южной лесостепи Западной Сибири была на уровне: 151,4% у сои, 222,6% у гороха, 257,4% у фасоли зерновой. Максимальная прибыль на 1 га пашни составила: 9350,7 руб. при возделывании сои, 11923,9 руб. при возделывании гороха, 14184,0 руб. при возделывании фасоли зерновой. Приращение валовой энергии по сое, гороху и фасоли зерновой составило 12,33 ГДж/га, 10,83 ГДж/га, 13,11 ГДж/га, соответственно.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Для увеличения производства высококачественной белкой продукции в условиях южной лесостепи Западной Сибири рекомендуем увеличить площади возделывания сортов фасоли зерновой, отличающейся высокой урожайностью и питательной ценностью.

Для получения высоких урожаев возделываемых зернобобовых культур в условиях южной лесостепи Западной Сибири наряду с традиционной оценкой посевных свойств семян целесообразно проводить оценку и отбор высокоурожайных партий семян по длине гипокотиля, корешка и числу боковых корней.

Рекомендуем проводить оценку и отбор партий семян по наибольшему числу боковых корешков для повышения плодородия почв за счет образования крупного симбиотического аппарата.

Необходимо проводить ежегодно оценку партий по аминокислотному составу, обратив в первую очередь внимание на содержание незаменимых аминокислот, а суммарное содержание массовой доли аргинина, глутаминовой кислоты и пролина можно использовать, как дополнительный критерий оценки урожайных свойств семян.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в издании, включенном в перечень ВАК РФ

1. Степень развития органов проростков семян бобовых культур как показатель их потенциальной продуктивности // Ю.С. Ларионов, А.П. Горбатая II Вестник Алтайского государственного университета. - 2012. - №2 (88). - С. 1718.

2. Горбатая, А.П. Оценка семян сортов сои, фасоли зерновой и гороха по аминокислотному составу в условиях южной лесостепи Западной Сибири / А.П. Горбатая // Вестник Алтайского государственного университета. - 2012. - №5 (91).-С. 10-13.

3. Горбатая, А.П. Хозяйственно-биологическая характеристика фасоли зерновой, сои и гороха в условиях южной лесостепи Западной Сибири / А.П. Горбатая // Вестник БГСХА им В.Р. Филиппова. - 2012. - №2 (27). - С. 85-88.

4. Биохимическая оценка сортов бобовых культур, перспективных для возделывания и селекции в условиях Омской области II Ю.С. Ларионов, А.П. Горбатая // Омский научный вестник. - 2012. -№1 (105). - С. 165-167.

Публикации в других изданиях

5. Повышение качества пищевых продуктов в западно-сибирском регионе за счет фасоли зерновой // А.П. Горбатая, Ю.С. Ларионов // Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов: тезисы докладов II Международной конференции (15-17 ноября 2011 г., г.Тюмень). Тюмень, 2011.-С. 88-89.

6. Горбатая, А.П. Отличие сортов сои, фасоли и гороха по сумме незаменимых аминокислот / А.П. Горбатая // Актуальные проблемы земледелия и растениеводства: сборник статей V Международной конференции молодых ученых (27-28 октября 2011 г., г. Алмалыбак). Алмалыбак, 2011. - С. 53-55.

7. Урожайность и содержание белка бобовых культур в условиях южной лесостепи Западной Сибири // Ю.С. Ларионов, А.П. Горбатая, Н.Г. Казыдуб // Актуальные проблемы земледелия и растениеводства: сборник статей V Международной конференции молодых ученых (27-28 октября 2011 г., г. Алмалыбак). Алмалыбак, 2011.-С. 128-130.

Подписано в печать:

18.11.2013

Заказ № 9151 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 wvw.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Горбатая, Александра Петровна, Красноярск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. П.А.СТОЛЫПИНА»

04201454642

ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР В СВЯЗИ СО СТЕПЕНЬЮ РАЗВИТИЯ ОРГАНОВ ПРОРОСТКОВ СЕМЯН В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

06.01.05 - Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

ГОРБАТАЯ АЛЕКСАНДРА ПЕТРОВНА

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Ю.С.Ларионов

Омск-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...........................................................................................................................4

Глава 1. Хозяйственно-биологические аспекты современного растениеводства и "семеноводства зернобобовых культур (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)..............................9

1.1 Агроэкологические аспекты современного растениеводства и семеноводства бобовых культур...........................................................................................................9

1.1.1 Биологические особенности роста и развития фасоли зерновой................9

1.1.2 Биологические особенности роста и развития сои.....................................16

1.1.3 Биологические особенности роста и развития гороха...............................25

1.2. Оценка биологической полноценности семян, их сортовых и урожайных свойств в растениеводстве и семеноводстве...........................................................31

Глава 2 Материал, методы исследования и условия проведения опытов...............47

2.1 Почвенно-климатическая характеристика Омской области...........................47

2.2 Метеорологические условия Омской области в годы испытания сортов......52

2.3. Материал и методика проведения опытов.......................................................56

Глава 3 Особенности продукционного процесса зернобобовых культур...............65

3.1 Посевные качества и степень развития органов проростков зернобобовых культур........................................................................................................................65

3.2 Продолжительность вегетационного периода изучаемых культур................74

3.3 Компоненты продуктивности растений............................................................77

3.3.1 Число продуктивных узлов на главном стебле...........................................77

3.3.2 Число бобов на растении...............................................................................77

3.3.3 Число семян в бобе........................................................................................78

3.3.4 Масса 1000 семян...........................................................................................79

3.3.5 Масса семян с одного растения....................................................................80

3.4 Пригодность к механизированной уборке........................................................81

3.4.1 Высота растений............................................................................................81

3.4.2 Высота прикрепления нижнего боба...........................................................82

3.5 Клубенькообразующая способность..................................................................83

3.6 Биохимические показатели качества семян зернобобовых культур..............87

3.7 Урожайность семян..............................................................................................94

3.8 Взаимосвязь степени развития органов проростков семян зернобобовых культур с исследуемыми признаками......................................................................95

3.9 Доля влияния сортовых факторов и условий вегетации на исследуемые признаки....................................................................................................................101

Глава 4 Экономическая и биоэнергетическая оценка.............................................104

4.1 Экономическая оценка......................................................................................104

4.2 Биоэнергетическая оценка................................................................................106

Выводы.........................................................................................................................110

Рекомендации производству......................................................................................111

Список лиетратуры.....................................................................................................112

Приложения.................................................................................................................128

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Ежегодно дефицит белка в мире (по данным ФАО) достигнет 10 млн. т. Важнейшим источником растительного белка во всех странах являются зерновые бобовые культуры, продукция которых используется как в питании населения, так и в кормлении сельскохозяйственных животных [1, 2, 3].

Белковая проблема в Западной Сибири может решаться за счет зернобобовых растений. Всё дело в питательности этих культур. В их семенах содержится от 24% до 45% белка, и на 1 к. е. приходится от 160 до 250 г перевариваемого протеина, что на 120-140 г больше, чем в зерне ячменя и овса, а содержание наиболее дефицитной незаменимой аминокислоты - лизина, в 4 раза выше, чем у хлебных злаков [4, 5, 6].

Основной зернобобовой культурой в Западной Сибири является горох, однако в условиях южной лесостепной зоны урожайность его бывает очень низкой.

В настоящее время рост производства зернобобовых культур, в сочетании с улучшением их биохимических показателей и технологических достоинств - одна из сложных и ответственных задач растениеводства. Но известно, что растениеводство в любой агроэкологической зоне без гарантированного стопроцентного производства кондиционных семян не сможет получать высокие и стабильные урожаи зерна. Анализ современного уровня реализации генетического потенциала сорта показывает, что генетический потенциал продуктивности возделывания сортов реализуется на 20-40% [7]. Одной из главных причин этого является низкое качество семенных фондов. При одних и тех же производственных затратах и технологических операциях они обеспечивают большую урожайность, чем семена с низкими урожайными свойствами.

Народно-хозяйственное значение зерновых бобовых культур обусловливается не только их важным вкладом в решение проблемы растительного белка, но и способностью зернобобовых культур использовать азот воздуха, благодаря сим-

биотической азотфиксации [8, 9, 10, 11]. Зернобобовые культуры - важнейшее звено для создания агроэкосистем и биоценозов на основе биоземледелия в Сибири, которое способно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, плодородие почвы при значительном снижении себестоимости и повышении качества экологически чистой продукции растениеводства [12, 13, 14, 15].

Главным резервом увеличения выхода качественного растительного белка с единицы площади в современных условиях южной лесостепной зоны Омской области и Западной Сибири в целом являются не только увеличение площадей зернобобовых культур и эффективные агротехнические мероприятия, но и расширение ассортимента зернобобовых культур, поиск наиболее перспективной зернобобовой культуры для данной зоны, увеличение их урожайности не только за счет интенсивных технологий возделывания, но и оценки качества и урожайных свойств посевного материала.

Однако, исследований по продуктивности зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков в конкретных почвенно-климатических условиях Западной Сибири ранее не проводилось. Поэтому в настоящее время особенно актуальна разработка научно-обоснованной системы применения лабораторной оценки семян зернобобовых культур для получения высоких и качественных урожаев.

Цель исследования: провести сравнительную оценку влияния степени развития органов проростков и биохимического качества семян на урожайность зернобобовых культур (фасоли зерновой, сои и гороха).

Задачи исследований:

3. Оценить вклад генотипа и условий вегетации в изменчивость изучаемых признаков;

Научная новизна работы: Установлена достоверная корреляционная связь степени развития органов проростков семян (длины корешка, длины гипокотиля, числа боковых кор-ней) с урожайностью и качеством зерна, а так же многокорешковости с клубенькообра-зованием у изучаемого набора сортов зернобобовых культур. Выявлено определяющее влияние генотипа на проявленность следующих признаков: длины гипокотиля, числа семян в бобе, массы 1000 семян. На основе комплексной оценки изучаемых сортов зернобобовых культур, установлено преимущество фасоли зерновой в сравнении с горохом и соей по урожайности, экономической и биоэнергетической эффективности в южной лесостепной зоне Западной Сибири.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснована возможность и необходимость предпосевной оценки урожайных свойств зернобобовых культур по степени развития органов проростков их семян. Показана необходимость расширения посевных площадей фасоли зерновой в южной лесостепной зоне Западной Сибири, которая обеспечит получение стабильных урожаев высокобелкового зерна. Зерновая фасоль увеличит выход протеина с гектара посевов в сравнении с горохом. Результаты исследований прошли производственную проверку на полях КФХ А.Г. Говина Марьяновского района Омской области (приложение М).

Методология и методы исследований. При выполнении исследований применяли полевой опыт, лабораторные исследования посевных свойств и степени развития органов проростков семян, биохимические анализы, математический анализ полученных результатов, интерпретацию и их обобщение.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

2. В формирование признаков: длина гипокотиля, число семян в бобе, масса 1 ООО семян и урожайность - наибольший вклад вносит генотип, а содержание белка и аминокислот в большей степени обусловлено условиями вегетации.

Апробация результатов работы. Основные материалы диссертации доложены на VII международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию Омского государственного аграрного университета 180-летию агрономической науки в Западной Сибири (Омск, 2008 г.), на V международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 20-летию Независимости Республики Казахстан (Алмалыбак, 2011 г.), на II международной конференции (Тюмень, 2011 г.), на заседаниях кафедры земледелия ОмГАУ им. П.А. Столыпина (2009, 2010, 2011 гг.) и опубликованы в 7 работах, в том числе четыре в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией. Общий объем работ 1,45 п.л.

Автор выражает глубокую благодарность за огромную помощь, оказанную при выполнении настоящей работы, научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Ю.С. Ларионову.

Автор искренне благодарит коллективы кафедры селекции, генетики и физиологии растений, кафедры земледелия и растениеводства ОмГАУ им. П.А. Столыпина, коллектив Омского филиала ФГБУ «Центр оценки качества зерна и продуктов его переработки» за ценные советы и практическую помощь в проведении исследований по данной теме.

ГЛАВА 1. ХОЗЯЙСТВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВРЕМЕННОГО РАСТЕНИЕВОДСТВА И СЕМЕНОВОДСТВА ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Агроэкологические аспекты современного растениеводства и семеноводства бобовых культур

1.1.1 Биологические особенности роста и развития фасоли зерновой

В связи с повышенным интересом к проблеме растительного белка особое место среди сельскохозяйственных растений принадлежит зерновым бобовым культурам, которые являются источником растительного белка для животных и человека [27, 28, 29].

Наиболее ценной зернобобовой культурой является фасоль обыкновенная. По своим питательным качествам среди продуктов питания растительного происхождения фасоль зерновая занимает одно из первых мест. Наиболее значительной в пищевом отношении составной частью семян фасоли являются белки, которые участвуют в важнейших процессах роста и развития организма человека и животных и не могут быть заменены другими пищевыми веществами. Исследованиями М.И. Смирновой-Икотниковой (1960) установлено, что в семенах фасоли содержится от 17 до 32 % белка, от 0,4 до 3,6 % жира, от 3,6 до 5,2 % золы, от 41,0 % до 56,4 % крахмала, от 2,2 до 6,6 % клетчатки [30]. По количеству содержащихся белков фасоль приближается к мясу и превосходит рыбу. Усвояемость белка фасоли в зависимости от кулинарной обработки достигает 87 % [31].

В состав белков фасоли входит до 30 аминокислот. Аминокислоты, которые не образуются в организме человека и животных, называют биологически незаменимыми, а те, которые могут синтезироваться из других аминокислот - заменимыми. К незаменимым относятся 8 аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, ме-тионин, фенилаланин, триптофан, треонин и валин. Отсутствие в пище незамени-

мых аминокислот, как правило, является причиной нарушения обмена веществ и заболеваний организма. При этом задерживаются его рост и развитие.

По мнению экспертов ФАО для человека оптимальным считается содержание в одном грамме пищевого белка (в мг): изолейцина - 40, лейцина - 70, лизина -55, метионина в сумме с цистеином - 10, треонина - 40, валина - 50. Поэтому семена фасоли являются источником полноценных белков. Белок фасоли по составу аминокислот находится на уровне белка молока и мяса [32]. По данным И.М. Скурихина, М.И. Волнарева (1987) в семенах фасоли содержится 7 980 мг/100 г незаменимых аминокислот, 12 619 мг/100 г заменимых аминокислот, 20 599 мг/100 г общее количество аминокислот. Аминокислотный состав семян фасоли указывает на исключительную биологическую ценность ее, как продовольственной культуры. Белки фасоли могут полностью покрывать потребность организма в аминокислотах. Норма потребления белка для взрослого человека равна 1-1,5 г на 1 кг массы тела [33].

Высокая пищевая ценность фасоли обусловливается наличием в ее семенах и зеленых бобах большого количества витаминов, которые необходимы для нормального функционирования человеческого организма. В семенах и бобах фасоли содержится витамины Е, Вь Вб, каротин, рибофлавин, фолиевая кислота. Наличие разнообразного набора физиологически важных витаминов в сочетании со значительным содержанием белка придает большую ценность фасоли. Семена фасоли богаты минеральными элементами, влияющими на повышение питательной ценности, и могут служить их важным источником для человеческого организма [34, 35].

По назначению различают зерновую и овощную фасоль. У овощной фасоли в пищу используют зеленые бобы (лопатки) или же недозрелые семена. По питательности они стоят выше других видов овощей. В молодых бобах фасоли содержится 8—15 % сухого вещества, которое на 22-30 % состоит из азотистых веществ и на 50-56 % из углеводов [36]. Бобы овощной фасоли содержат 6 % белков, мно-

го витаминов А и С, богаты солями железа и кальция. В 100 г лопатки содержится 0,26-0,45 мг каротина и 23-28 мг аскорбиновой кислоты [31].

Фасоль может найти широкое применение в хлебопекарной и кондитерской промышленности. Так, для лучшего усвоения организмом белка хлеба и повышения его питательных качеств фасолевую муку преимущественно белых сортов в количестве 10-15 % добавляют к пшеничной муке [37]. Такой хлеб, как утверждают врачи, особенно полезен детям, так как содержит на 2-3 % белка больше, чем пшеничный, и обладает высокими вкусовыми и питательными качествами.

В отдельных регионах страны фасоль используют не только для питания человека, но и на корм животным. Скармливают, как правило, больные, дробленые зерна и половинки. В одном килограмме их содержится 1,3 к. е. Зеленые листья и стебли фасоли домашние животные не едят, так как они содержат фазеолюнатин и некоторые другие горькие вещества. Солома фасоли более питательна, чем солома зерновых колосовых культур, она содержит от 3,5 до 7 % белка. Смешанная с сеном и грубыми кормами, она охотно поедается скотом. Фасоль, как и любая бобовая культура, ценна для сельскохозяйственного производства благодаря своей способности связывать атмосферный азот на основе симбиоза с клубеньковыми бактериями. Как пропашная культура, фасоль облегчает борьбу с сорняками и поэтому является хорошим предшественником для многих культур [38].

Для районов Западной Сибири фасоль является важной

Информация о работе

Горбатая, Александра Петровна
кандидата сельскохозяйственных наук
Красноярск, 2013
ВАК 06.01.05

Диссертация

Продуктивность зернобобовых культур в связи со степенью развития органов проростков семян в условиях южной лесостепи Западной Сибири - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы