Некоторые физиолого-биохимические особенности сортов сои при интенсивной технологии возделывания
Прудникова Е.Г., Лысенко Н.Н., Матвейчук П.Н.
Аннотация
Объект исследования - сорта сои Зуша, Ланцетная, Мезенка, Свапа. Цель работы - установить влияние средств защиты сои и удобрений на биохимические показатели, урожайность и качество зерна. У растений сорта Ланцетная в фазу бутонизации наблюдалось усиление активности пероксидазы на 62%, а уровень процессов перекисного окисления липидов уменьшился на 20%. В фазу налива семян усилились ростовые показатели, содержание малонового диальдегида уменьшилось на 24%, при этом отмечена высокая активность пероксидазы, т.е. наблюдалось усиление интенсивности физиолого-биохимических процессов, что и обеспечило получение урожайности зерна 2,10 т/га.
У сорта Мезенка в фазу бутонизации произошло усиление ростовых показателей, что, однако, не привело к усилению процессов липопероксидации, возможно, связанных с высокой активностью ферментов, утилизирующих перекись водорода. Отмечено снижение активности малонового диальдегида на 37% и увеличение активности пероксидазы на 13%, по сравнению с контролем. Урожайность зерна этого сорта составила 1,50 т/га. У сорта Свапа во время фазы бутонизации обнаружено 22%-ное снижение интенсивности утилизации перекиси и более низкое содержание малонового диальдегида. Проведенный анализ установил снижение активности фермента в опыте на 34%, по сравнению с контролем, а уровня малонового диальдегида - на 46%. Урожайность зерна этого сорта составила 1,83 т/га. При незначительном снижении свободно-радикальных процессов, в частности, перекисного окисления мембранных липидов у сорта Зуша, отмечено увеличение активности пероксидазы по сравнению с контролем на 27%. В последующие дни тенденция к увеличению активности пероксидазы и уменьшению содержания малонового диальдегида сохранялась. Урожайность сорта составила 1,60 т/га. Неоднозначный ответ окислительно-восстановительных процессов у сортов сои может быть связан как с индивидуальной чувствительностью сортов к обработкам при экстремально засушливых погодных условиях весны-начала лета, так и различным физиолого-биохимическим состоянием до обработок.
Ключевые слова: соя, средства защиты, удобрения, биохимические исследования, пероксидаза, малоновый альдегид, урожайность, качество зерна.
Введение
биологический возделывание растительный
Проблема производства растительного белка постоянно является актуальной как в мировом, так и в отечественном растениеводстве. От её решения зависит обеспеченность населения полноценными продуктами питания, а животноводства ? высококачественными кормами. 2017 год стал рекордным по валовому урожаю зерновых (более 130 млн. т) и сбору зернобобовых культур.
Соя (Glycine max Merrill) - это бобовая культура не только по ботанической, но и биологической классификации. Но в России основными поставщиками белка по-прежнему являются зерновые культуры. В общем сборе белка, который составил в 2016 году 17,8 млн. тонн, основная доля приходится на пшеницу: 8,8 млн. тонн, или 50%. Вместе с тем за 10 лет в структуре производства растительного белка произошли значительные изменения : возросла доля зерна кукурузы (с 3,2 до 7,8 %) и зернобобовых культур, включая сою (с 4,3 до 9,2 %).
По коэффициенту переваримости белок семян сои и других зернобобовых культур близок к белку куриного яйца и молока. Если ценность белка пшеницы оценивается в 5 усл. единиц, ячменя ? 20, то сои ? 43. Кроме того, белок зернобобовых культур содержит от 30 до 60 % высокоамилозного крахмала, который легко усваивается животным организмом. Это позволяет зерну сои быть полноценным для покрытия энергетических и белковых потребностей человека и животных. Кроме этого, белок зернобобовых, в отличие от белка зерновых культур, содержит в 1,5 раза больше незаменимых аминокислот, в числе которых треонин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, фенилаланин, лизин, триптофан. Зерно бобовых культур является источником полноценных белковых добавок в комбикорма, так как ни одна зерновая культура не сбалансирована по протеину и, особенно, лизину. Наибольшую ценность в этом отношении представляют соя, горох, вика.
Результаты аналитических материалов показывают, что производство зернобобовых культур и сои стабильно увеличивается, начиная с 2001 года, но наиболее существенный рост наблюдается с 2011 года, когда посевная площадь зернобобовых культур ежегодно увеличивалась на 300 тыс. га, а сои - почти на 400 тыс. га. К 2016 году она составила по зернобобовым 1778 тыс. га, по сое - 2184 тыс. га. Линия тренда площадей посева в течение 2001-2016 гг. стабильно растёт, причём в 2016 году впервые площади посева сои превысили посевную площадь зернобобовых культур на 400 тыс. га. Ежегодный прирост посевной площади по линиям тренда составил у сои 125 тыс. га, у зернобобовых - 68 тыс. га в год, т.е. темпы роста площади посевов сои в два раза выше, чем зернобобовых культур.
За последние годы отмечается положительная динамика по валовому производству соевых бобов. Впервые более 1 млн. т сои было получено в 2010 г., в 2017 г. намолочены рекордные 3,6 млн. тонн. Ежегодный прирост валового сбора, начиная с 2010 г., составляет в среднем 330 тыс. т. Эта тенденция может сохраниться за счет расширения площадей под культурой в европейской части России и постепенного роста урожайности на 5-10 %. Следует отметить, что валовой сбор зернобобовых в большей мере зависит от урожайности и погодных условий [1-4].
В Орловской области также происходит расширение посевов сои. Если 10 лет назад сою только начинали высевать, то в 2011 году площади достигли 12 тыс. гаё а в 2018 году - 96 тыс. га. Учеными Всероссийского НИИ зернобобовых культур, Орловского ГАУ разработана технология возделывания, выведены сорта, имеющие спрос далеко за пределами области, используются сорта других регионов и зарубежные (всего в «Государственном реестре…» на 2017 год для пятого региона разрешено использовать более 60 сортов сои) [5].
Фитосанитарная оценка состояния посевов сои в Орловской области свидетельствует о том, что защита растений имеет достаточно большой потенциал повышения урожайности и качества зерна культуры.
Рациональное сочетание всех методов и средств защиты сои от комплекса вредных организмов основывается на высокой культуре земледелия, использовании устойчивых сортов, современной техники, соблюдении севооборотов и всей технологии возделывания культуры.
Управление агробиоценозом связано с направленным воздействием на его основные биологические компоненты с использованием различных подходов: экономического, хозяйственного, агрономического и комплексного. Ранее в наших исследованиях было рассмотрено использование агрономического подхода в управлении посевами сои, целью которого является повышение урожайности и качества зерна [6]. Однако исследований по изучению влияния биологически активных веществ на физиологические и биохимические показатели растений и зерна сои проводится недостаточно, что и определило выбор цели данных исследований [7].
Общеизвестно, что наличие в тканях растений неблагоприятных изменений индуцирует формирование ответных реакций. Одним из таких ответов растительного организма может являться повышенное образование активных форм кислорода (АФК), способствующих противодействию патогенезу. Однако тут же возникает проблема утилизации избыточного количества АФК, которые, развивая свободно-радикальные процессы окисления, приносят вред и самому растению за счет развития перекисного окисления мембранных липидов. В нейтрализации избыточных АФК и вызванных ими процессов участвует антиоксидантная система защиты.
Поэтому, изучая физиолого-биохимическое действие средств защиты, представлялось важным исследовать и состояние окислительно-восстановительных процессов в растениях и зерне сои.
Важную роль в формировании устойчивости растений к неблагоприятным факторам играет антиоксидантный фермент пероксидаза. Пероксидаза - гемсодержащий фермент, катализирующий процессы окисления различных неорганических и органических соединений перекисью водорода. Широкая субстратная специфичность позволяет этому ферменту участвовать в различных физиолого-биохимических процессах. Активность этого фермента в растительном организме, как правило, повышается при инфицировании фитопатогенами, обработке биологически активными препаратами, при поранении, при изменении температурного режима. По предположениям И.А. Грасковой и др., пероксидаза может участвовать в регуляции уровня и активности эндогенных и экзогенных сигнальных молекул в растении, например, через механизмы синтеза и деградации некоторых фитогормонов, перекисных соединений и соединений фенольной природы [8].
Немаловажное значение для характеристики функциональной активности имеет и интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ), т.к. известно: чем интенсивней протекают физиологические процессы, тем выше вероятность образования активных форм кислорода (АФК) и, как следствие, развития ПОЛ. Наряду с этим важно исследовать активность компонентов антиоксидантной системы защиты, нейтрализующей АФК.
Цель исследования - изучение некоторых биохимических показателей растений и зерна сои, возделываемой по интенсивной технологии с использованием комплекса средств защиты от вредных организмов (протравители семян, гербициды, фунгициды, инсектициды, десиканты при вегетации) и макро- и микроудобрений, а также биостимуляторов.
Условия, материалы и методы
Исследования проводили в ООО «Дубовицкое» Малоархангельского района Орловской области на производственных посевах сои сортов местной Орловской селекции.
Соя сорта Ланцетная. Оригинаторы: ФГБНУ Всероссийский НИИ зернобобовых и крупяных культур и ФГБУ ВО Белгородский ГАУ. Включен в Госреестр по Центральному (3) и Центрально-Черноземному (5) регионам с 2005 года. Получен методом индивидуального отбора из гибридной популяции (F2) от скрещивания сортов Белгородская 48 x Грибская 12. Раннеспелый. Масса 1000 семян средняя (118,6 г). Средняя урожайность в Центрально-Черноземном регионе - 15,4 ц/га. Содержание белка в семенах - 29,9-36,8 %, жира - 21,8-24,4 %.
Соя сорта Свапа. Оригинатор: ФГБНУ Всероссийский НИИ зернобобовых и крупяных культур. Получен методом индивидуального отбора из гибридной популяции F2 от скрещивания линий Л-98-92 x Л-282-1-90. Разновидность albo-sublutea glauca Kors., подвид manshurica Enk. Включён в Госреестр по Центрально-Чернозёмному (5) региону. Раннеспелый. Содержание белка в семенах до 38,9%, жира - до 22,4%. Средняя урожайность в регионе - 14,9 ц/га.
Соя сорта Мезенка. Оригинатор: ФГБНУ Всероссийский НИИ зернобобовых и крупяных культур. Включён в Госреестр по Центрально-Чернозёмному (5) региону. Рекомендован для возделывания в Курской, Липецкой и Тамбовской областях. Раннеспелый. Растение индетерминантного типа развития. Масса 1000 семян - 142,1 г. Содержание белка в семенах - 36,4%, жира - 23,2%. Средняя урожайность в регионе - 21,4 ц/га.
Соя сорта Зуша. Оригинатор: ФГБНУ Всероссийский НИИ зернобобовых и крупяных культур. Включён в Госреестр по Центрально-Черноземному (5) региону. Среднеранний. Растение полудетерминантного типа развития. Масса 1000 семян - 159,3 г. Содержание белка в семенах - 33,6%, жира - 24,4%. Средняя урожайность в ЦЧР регионе - 18,8 ц/га.
Метеорологические условия возделывания сои в ООО «Дубовицкое» в 2018 году отличались сухим вегетационным периодом, хотя выпало осадков 103,4 мм, но половина выпала в июле, в остальные месяцы выпадало всего 9,4-23,4 мм. По сравнению со среднемноголетними показателями осадков выпало в 1,9 раза меньше, причем критически меньшее количество осадков выпало в мае и июне, когда соя страдала от недостатка влаги. Среднемесячная температура была выше среднемноголетней на 30С, и особенно теплыми были май, июль и август.
Технология возделывания сортов сои в ООО «Дубовицкое» включала использование комплекса фунгицидных и инсектицидных протравителей семян, гербицидов, фунгицидов и инсектицидов при вегетации, а также макро- и микроудобрений и биостимуляторов.
Биохимические исследования проведены в лабораториях ИНИИЦКП ФГБОУ ВО Орловского ГАУ. Активность пероксидазы определяли методом Бояркина [9]. В качестве субстрата использовали бензидин, который при окислении образует соединение синего цвета. Оптическую плотность раствора измеряли на ФЭКе (КФК-2, Россия). Непосредственно для определения в две кюветы толщиной в 2 см наливали по 0,5 мл вытяжки фермента, 3,5 мл буферного раствора, 2 мл раствора бензидина. Кюветы помещали в фотоэлектроколориметр. Затем в кюветы приливали по 2 мл 0,3% перекиси водорода. Расчет вели по формуле:
A= D(б в г )/td,
где: D - оптическая плотность, равная 0,250;