Биологические особенности капустных овощных культур вида Brassica rapa L. при выращивании в интенсивной светокультуре

Автор: Артемьева А.М., Синявина Н.Г., Панова Г.Г., Чесноков Ю.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Статья в выпуске: 1 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Одна из основных составляющих успешного производства растительной продукции - выбор культур с высокой реализацией продукционного потенциала в формируемых условиях, в том числе в условиях интенсивной светокультуры. Задача компенсации или ликвидации дефицита зеленных культур в настоящее время в России и мире стоит достаточно остро. Генетическое разнообразие распространенных в использовании в сооружениях защищенного грунта капустных зеленных растений вида репа Brassica rapa L. сложилось в Юго-Восточной Азии и включает многочисленные морфотипы пекинской, китайской, розеточной, пурпурной, японской капусты, листовой репы. В России капустные овощи вида репа используют ограниченно, главным образом в качестве салатных овощей. Основные направления селекции представителей вида B. rapa для светокультуры включают высокую скорость роста (продолжительность одного оборота не более 28-35 сут в зависимости от биологических особенностей культуры), урожайность не менее 3-8 кг/м2 в зависимости от культуры, компактный габитус растения, высокое качество листьев, ценный биохимический состав, устойчивость к раннему стеблеванию, устойчивость к возможной пониженной освещенности и повышенной температуре воздуха, пригодность для выращивания в тонком слое почвенного субстрата или на гидропонике. Биологические особенности разнообразия капустных культур вида репа как источников при селекции для условий светокультуры изучены недостаточно, прежде всего это касается малоизвестных культур (розеточная, пурпурная, японская капусты) и отдельных морфотипов в пределах распространенных культур (пекинская и китайская капусты). В настоящем исследовании мы впервые изучили широкое генетическое разнообразие мировой коллекции культур вида B. rapa Российской Федерации, хранящейся в ВИР, и морфотипов внутри них (72 образца), включая контрастные по морфологическим признакам генотипы, при разной обеспеченности светом с целью развития энергосберегающих агротехнологий в интенсивной светокультуре. Впервые определены поправочные коэффициенты для расчета площади листовой поверхности по легко измеряемым линейным размерам для каждой изученной культуры и типа листьев, что позволит ускорить расчеты фотосинтетических характеристик. Показана различная степень изменчивости размеров и массы растений культур в зависимости от освещенности (наибольшая - у пекинской капусты и листовой репы). Установлено, что интенсивностью светового потока в значительной мере определяется повышение продуктивности растений всех капустных культур вида репа B. rapa , в наиболее значительной степени - пекинской и китайской капусты и листовой репы. Выделены высокоурожайные образцы пекинской и китайской капусты и листовой репы (более 6,3 кг/м2 за 28 сут вегетации). Изученные образцы пурпурной и японской капусты низкоурожайные и имеют более длительный вегетационный период, но представляют интерес в качестве овощей для функционального питания и для декоративных целей. Выявлены полукочанные сортотипы пекинской капусты (Шантунг, Санто, Сяо), представляющие преимущественный интерес для светокультуры. Для загущенного выращивания рекомендованы образцы пекинской капусты вр.к-1375, Бице (вр.к-1376), китайской капусты к-647, для выращивания при малом расстоянии между стеллажами (25 см) - китайской капусты Extra Dwarf Pack Choi (вр.к-1405) и розеточной капусты Xiao Ba Je Ta Cai (к-695). Образцы пекинской капусты Chokurei (к-177), Tokyo Bekana (к-395), Zao Shi № 5 (вр.к-1120), Fun jen F1 (вр.к-1410) показали самые высокие салатные качества листьев. В условиях биополигона нам удалось выделить образцы со стабильным проявлением признаков скороспелости и высокой продуктивности, практически не зависящим от освещенности. Это образцы пекинской капусты Harumaki Shin Santousai (к-270), Tokyo Bekana (к-395), Сяобайкоу (к-74), китайской капусты Kangre 605 (вр.к-1131), Gai Lang Jin Pin 25 F1 (вр.к-1124). Кроме того, показано, что у китайского образца пекинской капусты Zao Shi № 5 (вр.к-1120) и российского сорта листовой репы Селекта (вр.к-1371) повышена активность фотосинтетического аппарата. Полученные данные о культурах в целом и выделившихся образцах B. rapa представляют практический интерес для овощеводства, при разработке элементов сортовой технологии капустных культур в условиях светокультуры и в качестве источников ценных признаков в селекционных программах, в том числе по развитию сити-фермерства.

Еще

Brassica rapa l, листовые капустные культуры, интенсивная светокультура, ценные признаки, генетические источники

Короткий адрес: https://sciup.org/142229456

IDR: 142229456 | DOI: 10.15389/agrobiology.2021.1.103rus

Список литературы Биологические особенности капустных овощных культур вида Brassica rapa L. при выращивании в интенсивной светокультуре

Пивоваров В.Ф., Старцев В.И. Капуста, ее виды и разновидности. М., 2006.
Plant factory: an indoor vertical farming system for efficient quality food production /T. Kozai, G. Niu, M. Takagaki (eds.). Academic Press, 2019.
Beacham A.M., Vickers L.H., Monaghan J.M. Vertical farming: a summary of approaches to growing skywards. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 2019, 94(3): 277 (doi: 10.1080/14620316.2019.1574214).
Dou H., Niu G., Gu M., Masabni J. Morphological and physiological responses in Basil and Brassica species to different proportions of red, blue, and green wavelengths in indoor vertical farming. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2020, 145(4): 267-278 (doi: 10.21273/JASHS04927-20).
Park J.E., Kim J., Purevdorj E., Son Y.J., Nho C.W., Yoo G. Effects of long light exposure and drought stress on plant growth and glucosinolate production in pak choi (Brassica rapa subsp. chinensis). Food Chemistry, 2021, 340: 128167 (doi: 10.1016/j.foodchem.2020.128167).
Baek M.W., Choi H.R., Solomon T., Jeong C.S., Lee O.H., Tilahun S. Preharvest methyl jasmonate treatment increased the antioxidant activity and glucosinolate contents of hydroponi-cally grown pak choi. Antioxidants, 2021, 10(1): 131 (doi: 10.3390/antiox10010131).
Loconsole D., Cocetta G., Santoro P., Ferrante A. Optimization of LED lighting and quality evaluation of romaine lettuce grown in an innovative indoor cultivation system. Sustainability, 2019, 11(3): 841 (doi: 10.3390/su11030841).
Cartea M.E., Francisco M., Soengas P. Phenolic compounds in Brassica vegetables. Molecules, 2010, 16: 251-280 (doi: 10.3390/molecules16010251).
Голубкина Н.А., Сирота С.М., Пивоваров В.Ф., Яшин А.Я., Яшин Я.И. Биологически активные соединения овощей. М., 2010.
Соловьева А.Е., Артемьева А.М. Биохимические исследования коллекции капусты: традиции и перспективы. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 2012, 169: 137-146.
Pods^dek A. Natural antioxidants and antioxidant capacity of Brassica vegetables: A review. LWT-Food Science and Technology, 2007, 40(1): 1-11 (doi: 10.1016/j.lwt.2005.07.023).
Al-Kodmany K. The vertical farm: a review of developments and implications for the vertical city. Buildings, 2018, 8(2): 24 (doi: 10.3390/buildings8020024).
Shamshiri R.R., Kalantari F., Ting K.C., Thorp K.R., Hameed I.A., Weltzien C., Ahmad D., Shad Z.M. Advances in greenhouse automation and controlled environment agriculture: a transition to plant factories and urban agriculture. International Journal of Agricultural and Biological Engineering (Beijing), 2018, 11(1): 1-22 (doi: 10.25165/j.ijabe.20181101.3210).
Alexandratos N., Bruinsma J. World agriculture towards 2030/2050: the 2012 revision. ESA Working Paper No. 12-03. Rome, FAO, 2012 (doi: 10.22004/ag.econ.288998).
FAO. 2019. FAO framework for the Urban Food Agenda. Rome, 2019 (doi: 10.4060/ca3151en).
Колпаков Н.А., Решетникова И.М. Сравнительная оценка сортообразцов салата-латука при разных сроках выращивания на гидропонике. Гавриш, 2012, 6: 10-12.
Колпаков Н.А., Чернышева Н.Н., Федорова М.И., Буркова Е.В., Вол Ю.С. Сравнительная оценка сортов и гибридов овощных культур в защищенном грунте. Вестник Алтайского ГАУ, 2015, 12(134): 5-9.
Полякова М.Н., Мартиросян Ю.Ц., Диловарова Т.А., Кособрюхов А.А. Фотосинтез и продуктивность у растений базилика (Ocimum basilicum L.) при облучении различными источниками света. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(1): 124-130 (doi: 10.15389/agrobiology.2015.1.124rus).
Кулешова Т.Э., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Аникина Л.М., Хомяков Ю.В., Александров А.В., Середин И.С., Феофанов С.В., Щеглов С.А., Галль Н.Р., Панова Г.Г. Влияние спектральных особенностей световой среды на поглощение света листьями салата и его нетто-продуктивность. Биофизика, 2020, 65: 112-124 (doi: 10.31857/S0006302920010147).
Olle M., Virsile A. The effects of light-emitting diode lighting on greenhouse plant growth and quality. Agricultural and Food Science, 2013, 22(2): 223-234 (doi: 10.23986/afsci.7897).
Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D., Hsu M. H., Yang Z. W., Yang, C. M. The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on the growth, development, and edible 224 quality of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L. var. capitata). Scientia Horticulturae, 2013, 150: 86-91 (doi: 10.1016/j.scienta.2012.10.002).
Li H., Tang C., Xu Z., Liu X., Han X. Effects of different light sources on the growth of non-heading Chinese cabbage (Brassica campestris L.). Journal of Agricultural Science, 2012, 4: 262273 (doi: 10.5539/jas.v4n4p262).
Qian H., Liu T., Deng M., Miao H., Cai C., Shen W., Wang Q. Effects of light quality on main health-promoting compounds and antioxidant capacity of Chinese kale sprouts. Food Chemistry, 2016, 196: 1232-1238 (doi: 10.1016/j.foodchem.2015.10.055).
Панова Г.Г., Удалова О.Р., Канаш Е.В., Галушко А.С., Кочетов А.А., Прияткин Н.С., Архипов М.В., Черноусов И.Н. Основы физического моделирования «идеальных» агроэкосистем. Журнал технической физики, 2020, 90(10): 1633-1639 (doi: 10.21883/JTF.2020.10.49792.429-19).
Панова Г.Г., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Александров А.В., Карманов И.В., Аникина Л.М., Судаков В.Л., Якушев В.П. Научно-технические основы круглогодичного получения высоких урожаев качественной растительной продукции при искусственном освещении. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2015, 4: 17-21.
Ермаков Е.И., Желтов Ю.И., Мильто Н.Е., Кучеров В.И. Почвогрунт для выращивания растений «Агрофит». Патент на изобретение РФ 2081555 (РФ) МПК A 01 G 9/10. Заявл. 13.07.1993. Опубл. 20.06.1997. Бюл. № 17.1997.
Боос Г.В., Джохадзе Т.И., Артемьева А.М., Кривченко В.И., Симон А.М., Тимошенко З.В., Петровская Н.Н., Власова Э.А., Барашкова Э.А., Синельникова В.Н., Бараш-кова Э.А., Ивакин А.П., Ермаков А.И., Воскресенская В.В. Методические указания по изучению и поддержанию мировой коллекции капусты. СПб, 1988.
Лутова Л.А., Проворов Н.А., Тиходеев О.Н., Тихонович И.А., Ходжайова Л.Т., Шишкова С.О. Генетика развития растений. СПб, 2000.
Артемьева А.М., Соловьева A.E., Беренсен Ф.А., Кочерина Н.В., Чесноков Ю.В. Эколого-генетическая изучение морфологических и биохимических признаков качества у образцов Brassica rapa L. коллекции ВИР. Сельскохозяйственная биология, 2017, 52(1): 129-142 (doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.129rus).
Доноры и источники для селекции листовых овощных культур вида Brassica rapa L. Каталог мировой коллекции ВИР /Сост. А.М. Артемьева. СПб, 2004.
Ван Ц. Морфофизиологические реакции на световые условия растений разных биоморф из рода Brassica L. Автореф. канд. дис. СПб, 2007.
Коняев Н.Ф. Математический метод определения площади листьев растений. Доклады ВАСХНИЛ, 1970, 9: 43-46.
Коняев Н.Ф. Научные основы высокой продуктивности овощных растений. Новосибирск, 1978.
Николенко В.В., Котов С.Ф. Метод определения площади листовой поверхности декоративных сортов земляники. Экосистемы, их оптимизация и охрана, 2010, 2: 99-105.
Киселева Н.С. Способ вычисления площади листа груши по линейным измерениям с помощью расчетных коэффициентов и методов вариационной статистики. Сельскохозяйственная биология, 2017, 52(2): 211-217 (doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.211rus).
Weiguo F., Pingping L., Yanyou W., Jianjian T. Effects of different light intensities on anti-oxidative enzyme activity, quality and biomass in lettuce. Horticultural Science, 2012, 39(3): 129134 (doi: 10.17221/192/2011-H0RTSCI).
Fu Y., Li H., Yu J., Liu H., Cao Z., Manukovsky N.S., Liu H. Interaction effects of light intensity and nitrogen concentration on growth, photosynthetic characteristics and quality of lettuce (Lactuca sativa L. var. youmaicai). Scientia Horticulturae, 2017, 214: 51-57 (doi: 10.1016/j.sci-enta.2016.11.020).
Virsile A., Brazaityte A., Vastakaite-Kairiene V., Jankauskiene J., Miliauskiene J., Samu-oliene, G., Duchovskis P. Nitrate, nitrite, protein, amino acid contents, and photosynthetic and growth characteristics of tatsoi cultivated under various photon flux densities and spectral light compositions. Scientia Horticulturae, 2019, 258: 108781 (doi: 10.1016/j.scienta.2019.108781).
Hao X., Jia J., Mi J., Yang S., Khattak A. M., Zheng L., Wang M. An optimization model of light intensity and nitrogen concentration coupled with yield and quality. Plant Growth Regulation, 2020, 92(2): 319-331 (doi: 10.1007/s10725-020-00641-0).
Zanewich K.P., Rood S., Southworth C.E., Williams P.H. Dwarf mutants of Brassica: responses to applied gibberellins and gibberellin content. Journal of Plant Growth Regulation, 1991, 10(1): 121-127 (doi: 10.1007/BF02279323).

Еще

Статья научная