Особенности примордиального листа сои в условиях южной лесостепи Западной Сибири

Введение. При появлении всходов сои на поверхность почвы выносятся плотно сомкнутые семядоли. При их раскрытии на верхушке стебелька уже видны сложенные примордиальные листья – это простые, супротивные листья, которые формируются из примордия зародыша. Питание проростка в фазе всходов продолжается еще за счет запасов, имеющихся в семядолях. После развертывания примордиальных листьев растение переходит на аутотрофный способ питания [1; 2].

Предметом исследования являлись примордиальные листья сои. В настоящее время их роль изучена недостаточно. В научной литературе период формирования и развития примордиальных листьев выделяется в отдельную фазу и служит ориентиром для разного рода исследований, таких как оценка на заморозкоустойчивость [3; 4], повреждение вредителями [5], обработка гербицидами [6].

Цель наших исследований: оценить динамику роста примордиальных листьев сои и выявить их роль в процессах развития растения.

В связи с вышеизложенным поставлены следующие задачи:

• 1.    Оценить динамику нарастания площади примордиального листа от фазы первого тройчатого листа до фазы бутонизации.

• 2.    Оценить изменение сухой биомассы и биохимического состава примордиального листа в указанные фазы развития.

• 3.    Сравнить по перечисленным критериям исследуемые сорта.

Материалы и методы. Объектом исследований являлись два сорта сои ( Glycine max (L.) Merr.) Эльдорадо и СибНИИК 315 (стандарт).

Эльдорадо – сорт зернового направления, создан в СибНИИСХ, относится к маньчжурскому подвиду, апробационная группа Фла-вида. Сорт скороспелый, отличается засухоустойчивостью в первую половину ве- гетации. Средняя урожайность семян с 2,86 т/га, имеет повышенное содержание белка в зерне – от 39 до 40,3 %. По содержанию сырого жира сорт находится на уровне стандарта – около 18 %. Более устойчив к поражению бактериозом, чем стандарт. Районирован в 2010 г. и рекомендуется для зон степи и лесостепи Западной Сибири (патент на селекционное достижение № 5343) [11].

Стандартом в течение всего периода исследований выступал сорт СибНИИК 315, полученный в СибНИИ кормов (г. Новосибирск) методом индивидуального отбора в потомстве естественного гибрида из сортооб-разца ВИР (к. 5828). В 1991 г. данный сорт включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Западно-Сибирскому региону [12].

Исследования выполнялись в полевых мел-коделяночных опытах в селекционном севообороте лаборатории селекции зернобобовых культур ФГБНУ СибНИИСХ с 2013 по 2015 гг.

Предшественник – озимые культуры на зерно. Основная обработка почвы – отвальная зябь. Весной проводилось боронование в два следа. Непосредственно перед посевом внесена стартовая доза азотного удобрения (аммиачная селитра – 100 кг/га). Посев проводили 17, 18 мая сеялкой ССФК-7. Норма высева – 0,8 млн всхожих семян на гектар. Повторность опыта 4-кратная.

Отбор проб для анализа динамики развития примордиальных листьев осуществлялся по 10 растений с каждой повторности в фазах первого тройчатого листа и бутонизации [7].

Материал предварительно высушивали в воздушном стерилизаторе “HS 200 А/I” (Chi-rana, Германия) посредством горячего воздуха с принудительнной циркуляцией.

Анализ накопления и распределения биомассы растений по основным органам (лист, стебель, корень) [8] проводили путем взвешивания на электронных весах “EK-400Н” (AND, Япония).

Биохимические показатели определяли в абсолютно сухой навеске примордиального листа [9] после размола листовой массы на лабораторной зерновой мельнице “ЛЗМ-1М” (ИП Седов А.Б., Россия). Содержание сырого жира определяли в аппарате Сокслета по разности обезжиренного и необезжиренного остатка с использованием петролейного эфира.

Определение содержания общего азота включает ряд технологических операций:

• -    сжигание образцов в компактной системе разложения MBC-6/N (Raypa R. Espinar, S.L.,

Испания) при температуре 400 ^оС в течение 40 мин с использованием реактивов селен и серная кислота (H 2 SO 4 );

• -    отгонка аммиака в дистилляторе для перегонки азота DNP-2000 MP (Raypa R. Espinar, S.L., Испания) с автоматической подачей NaOH, H 2 SO 4 и индикатора. Индикатор состоит из спирта, NaOH, бромкрезола зеленого, метила красного;

• -    титрование полученного раствора соляной кислотой (HCl) на титраторе TitroLine Easy (Schott Instruments, Испания).

Окончательное содержание общего азота в образце вычисляли по формуле:

_ а х Т х 0,14 х 100 х 100 Н х 10        , где Х – содержание азота, %;

а – количество 0,01 н. HCl , израсходованной на титрование, мл;

Т – поправка к титру 0,01 н. HCl;

0,14 – количество азота (мг), которое связывается в виде аммиака 1 мл точно 0,01 н. HCl;

• 100 – объем раствора в мерной колбе после сжигания, мл;

• 10 – количество раствора, взятого для отгона аммиака, мл;

• 100 – коэффициент для перевода в проценты;

Н – навеска абсолютно сухого вещества, мг [9].

Математическая обработка данных проведена по пособию Б.А. Доспехова в приложении Exсel для ПК [10].

Результаты и обсуждение. Западная Сибирь традиционно считается зоной рискованного земледелия. Типично континентальный климат южной части Западной Сибири с коротким вегетационным периодом, поздним прекращением заморозков весной и ранним наступлением их осенью, проявлением региональных типов засух и ливневых осадков обусловливают необходимость внедрения в производство сортов зерновых, выносливых к экстремальным условиям возделывания. Климатические условия в годы проведения исследований были достаточно контрастными и довольно полно отражали особенности южной лесостепной зоны Омской области, что повлияло на рост и развитие растений сои (рисунок).

Рисунок – Характеристика климатических условий периодов вегетации 2013–2015 гг.

Достаточным увлажнением отличался период вегетации 2013 г., сумма осадков превышала среднемноголетние данные в мае, июле и августе в 2–3 раза на фоне недостатка тепла (-0,8 ÷ -1,0 °С) с мая по июль.

В 2014 г. наблюдалось неравномерное распределение тепла: жаркая погода мая и июня (+1,3 и +0,5 °С к среднемноголетней соответственно) сменилась холодным июлем с недобором суммы температур в этом месяце (-3,4 °С) и превышением по сумме температур в августе (+3,0 °С). Недобор осадков наблюдался в течение всего периода вегетации (-0,5 … -73,3 % к среднемноголетним данным).

В период вегетации 2015 г. на фоне обильных осадков (+8,2 … +27,8 % к норме в мае, июне и августе) наблюдалось неравномерное распределение тепла: жаркие май и июнь (+2,4 … +3,0 °С) сменились недобором тепла в июле и августе (-1,6 … -0,7 °С). Средняя площадь примордиального листа сои составляла 10,0 см2 в фазе первого тройчатого листа и 11,8 см2 в фазе бутонизации (табл. 1). Несмотря на прирост, доля примордиального листа в общей ассимиляционной поверхности растения (ОАП) снижалась соответственно от 6,2 до 3,6 % на фоне увеличения ОАП (от 162,6 до 328 см2/раст.). Изменчивость признака по сортам сильная (CV = 10,1 … 19,0 %). По годам анализируемый показатель менялся незначительно (в среднем от 9,5 см2 до 10,4 см2 в фазе первого тройчатого листа и от 10,7 см2 до 13,8 см2 в фазе бутонизации), при CV = 6 %. В фазе первого тройчатого листа достоверных различий между стандартом СибНИИК 315 и сортом Эльдорадо по ассимиляционной поверхности примордиальных листьев не наблюдалось. В следующей фазе Эльдорадо имел существенную прибавку по площади примордиального листа (+1,9 см2 к st.), но уступал по ОАП (-51,6 см2/раст. к st.).

Наши исследования показали, что в изменчивость площади примордиального листа равноценный вклад вносили как условия года (42,1 %), так и генотип сорта (45,2 %).

Таблица 1

Динамика развития ассимиляционной поверхности примордиального листа сои

Сорт	Площадь примордиального листа							*ОАП, см2/раст. д	Доля площади римор-иально-го листа в ОАП, %
	2013 г.		2014 г.		2015 г.		x , см2
	Х, см2	CV, %	Х, см2	CV, %	Х, см2	CV, %
Фаза первого тройчатого листа
СибНИИК 315, st.	10,2	21,2	10,2	14,5	10,5	16,0	10,3	162,3	6,3
Эльдорадо	8,8	16,8	10,6	11,0	10,0	15,0	9,8	162,8	6,0
Среднее	9,5	19,0	10,4	12,8	10,3	15,5	10,0	162,6	6,2
Фаза бутонизации
СибНИИК 315, st.	10,4	19,7	9,8	16,5	12,2	19,0	10,8	354,0	3,1
Эльдорадо	11,0	10,1	11,7	14,0	15,4	15,0	12,7	302,4	4,2
Среднее	10,7	14,9	10,8	15,3	13,8	17,0	11,8	328,2	3,6
НСР 05	1,1	-	0,9	-	0,9	-	-	-	-
S x	-	-	-	-	-	-	0,5	37,6	0,6

*ОАП – общая ассимиляционная поверхность растения

Сухая биомасса примордиального листа сои составляла в среднем 0,7 и 0,6 г по фазам развития (табл. 2). Варьирование признака по годам значительное (CV = 20,8 и 36,6 % в фазе первого тройчатого листа и 26,9 % в фазе бутонизации). Данные дисперсионного анализа также подтверждают значительное влияние года на накопление сухой биомассы (68,5 %). В фазе первого тройчатого листа сухая биомасса примордиального листа имеет значительную долю как в листовой (50,7 %), так и в генеративной части растения (28,1 %). В процессе роста растения эта доля снижается до 11,3 и до 5,9 % соответственно (табл. 2).

Одну из проблем кормопроизводства (дефицит белковых компонентов в кормах) планируется решить с помощью зернобобовых культур, в частности сои. Согласно литературным данным, в зеленой массе сои содержится до 20 % белка [13], что составляет порядка 3,5 % общего азота.

В наших исследованиях содержание азота в примордиальном листе в среднем составило 4 % в фазе первого тройчатого листа и 1,9 % в фазе бутонизации (табл. 3).

Таблица 2

Динамика накопления сухой биомассы в примордиальном листе сои

Сорт	Сухая биомасса примордиального листа по годам, г				CV, %	Доля сухой биомассы примордиального листа
	2013	2014	2015	x		в листовой части растения, %	в общей вегетативной части растения, %
	Фаза первого тройчатого листа
СибНИИК 315, st.	0,9	0,7	0,6	0,7	20,8	53,8	30,2
Эльдорадо	0,8	0,5	0,4	0,6	36,6	47,6	26,0
Среднее	0,8	0,6	0,5	0,7	-	50,7	28,1
Фаза бутонизации
СибНИИК 315, st.	0,6	0,4	0,7	0,6	26,9	11,3	5,8
Эльдорадо	0,7	0,6	0,4	0,6	26,9	11,2	6,0
Среднее	0,6	0,5	0,6	0,6	-	11,3	5,9
НСР 05	0,3	0,2	0,2	-	-	-	-
S x	-	-	-	0,02	-	8,9	5,0

Данный признак являлся генетически обусловленным, что подтверждают данные дисперсионного анализа (доля генотипа составила 93,2 %), а также его слабое варьирование по годам (CV = 3,7 … 7,3 %). В начале развития растений содержание азота в примордиальном листе имело значительную долю как в листовой части (50 %), так и в общей генеративной (35,3 %). В последующем доля азота снижалась до 31,3 и 23,2 % соответственно (табл. 3).

Таблица 3

Динамика накопления общего азота в примордиальном листе сои

Сорт	Содержание общего азота в примордиальном листе, по годам, %				CV, %	Доля азота примордиального листа
	2013	2014	2015	x		в листовой части растения, %	в общей вегетативной части растения, %
	Фаза первого т				ройчатого листа
СибНИИК 315, st.	3,8	4,1	4,2	4,0	5,8	53,5	35,0
Эльдорадо	4,0	4,4	3,9	4,0	7,3	46,5	35,7
Среднее	3,9	4,3	4,1	4,0	-	50,0	35,3
Фаза бутонизации
СибНИИК 315, st.	3,0	3,1	2,9	1,9	3,7	30,9	22,4
Эльдорадо	3,0	2,8	3,1	2,0	5,2	31,7	24,0
Среднее	3,0	3,0	3,0	1,9	-	31,3	23,2
НСР 05	0,4	0,2	0,2	-	-	-	-
S x	-	-	-	0,5	-	4,3	2,7

Согласно данным таблицы 4, в процессе роста и развития растений, накопление сыро-87

го жира в примордиальном листе возрастало от 2,9 % в фазе первого тройчатого листа до 3,9 % в фазе бутонизации. Возрастала доля сырого жира примордиального листа в листовой (от 54,6 до 56,8 %) и общей генеративной частях (от 38,8 до 39,2 %). Варьирование признака являлось средним, либо значительным (CV = 16,9 … 26,1 %). Основное влияние на данный признак оказывали условия года (55,8 %), при значительном вкладе как генотипа сорта (25,7 %), так и взаимодействии данных факторов (18,5 %) (табл. 4).

Таблица 4

Динамика накопления сырого жира в примордиальном листе сои

Сорт	Содержание сырого жира в примордиальном листе, по годам,%				CV, %	Доля сырого жира примордиального листа
	2013	2014	2015	x		в листовой части растения, %	в общей вегетативной части растения, %
	Фаза пе			рвого тройчатого листа
СибНИИК 315, st.	3,0	2,2	3,0	2,7	16,9	50,9	36,5
Эльдорадо	4,0	2,6	2,9	3,2	23,0	58,2	41,0
Среднее	3,5	2,4	3,0	2,9	-	54,6	38,8
Фаза бутонизации
СибНИИК 315, st.	4,8	3,3	3,0	4,1	26,1	58,6	41,8
Эльдорадо	3,5	4,3	2,9	3,8	19,7	55,1	36,5
Среднее	4,1	3,8	3,0	3,9	-	56,8	39,2
НСР 05	0,2	0,2	0,1	-	-	-	-
S x	-	-	-	0,2	-	1,2	0,9

Согласно результатам наших исследований, примордиальный лист сои обеспечивал растению успешный старт для дальнейшего роста и развития. Так, в фазе первого тройчатого листа, при незначительной доле его площади в общей ассимиляционной поверхности растения (6,2 %), доля сухой биомассы примордиального листа составила 50,7 % в листовой части растений и 28,1 % в общей генеративной, доля общего азота 50,0 и 35,3 % соответственно, сырого жира – 54,6 и 38,8 %.

В следующей фазе наблюдался незначительный прирост примордиального листа (+1,8 см2 к фазе первого тройчатого листа). Однако на фоне роста и развития растения происходило снижение доли его площади в общей ассимиляционной поверхности растения до 3,6 %, а также доли сухой биомассы в листовой и общей генеративной частях растений до 11,3 и 5,9 % соответственно, доли общего азота – до 31,3 и 23,2 %.

Вместе с ростом примордиального листа продолжалось накопление сырого жира от 2,9 % в фазе первого тройчатого листа до 3,9 % в фазе бутонизации. Соответственно возрастала доля содержания сырого жира примордиального листа в листовой и общей генеративной частях растения на 2,2 и 0,3 % по отношению к фазе первого тройчатого листа.

Таким образом, в примордиальном листе происходил синтез биохимических компонентов, которые растение затем распределяло в иные органы, формирующиеся по мере роста растения. Выполнив свою функцию в начальный период развития растения, лист желтел и отмирал. Согласно литературным данным, скорость отмирания примордиального листа является сортовым признаком. Примордиальные листья сои сохраняются на растении более длительное время, чем семядольные [1]. Данные наших исследований свидетельствуют, что примордиальный лист сои функционировал, начиная со всходов (третья декада мая) до фазы полного цветения (третья декада июля – первая декада августа). В фазе окончания цветения примордиальный лист имел желтый окрас или отсутствовал. Таким образом, в зоне южной лесостепи Западной Сибири примордиальный лист сохранял жизнеспособность 11–12 недель, что по длительности функционирования превышало семядоли на 1–2 недели.

В наших исследованиях фаза первого тройчатого листа отмечалась в третьей декаде июня. Данная декада характеризовалась сухой и жаркой погодой: превышение среднемноголетних температур за весь период исследований составило +1,3 … +2,2 °С. Отсутствие осадков в указанном периоде отмечено в 2013 и 2015 гг. и 30 % от нормы выпало в 2014 г. (см. рисунок).

Фаза бутонизации приходилась на вторую декаду июля. Данная декада, напротив, отличалась недобором температур за весь период исследований (-0,2 … -4,5 °С к среднемноголетним данным) на фоне неравномерного распределения осадков (превышение нормы в 2 раза в 2013 г., соответствие норме в 2014 г. и 4 % от нормы в 2015 г.).

Корреляционный анализ показал, что с повышением суммы температур наблюдалось более интенсивное накопление в примордиальном листе общего азота (r = 0,666) и замедление накопления сырого жира (r = -0,674). С увеличением суммы осадков, напротив, накопление общего азота замедлялось (r = -0,528), а сырого жира увеличивалось (r = 0,693).

При этом указанные качественные показатели примордиального листа находились между собой в отрицательной зависимости (r = -0,692).

Общая биомасса примордиального листа имела сильную сопряженность с сухой биомассой (r = 0,816), но оба показателя слабо зависели как от исследуемых биохимических показателей примордиального листа (r = 0,208), так и от климатических факторов (r = -0,147 … 0,247).

При сравнительном анализе исследуемых сортов видно, что сорт Эльдорадо отличается незначительной прибавкой по площади примордиального листа (+1,9 см2 к st.) и тенденцией более интенсивного накопления сырого жира (+0,5 и +0,3 % к st.). По накоплению сухой биомассы и общего азота исследуемые сорта достоверных различий не имели.