Полиморфизм морфологических, физиологических и полезно-хозяйственных признаков растений кормовых бобов в связи с селекцией на высокую урожайность семян

Введение. Кормовые бобы (Vicia faba L.) – ценная зерновая бобовая культура, имеющая большое народнохозяйственное значение [14]. По содержанию белка в семенах и его усвояемости в организме человека и животных, бобы превосходят горох [3, 10].

В России кормовые бобы больше известны как зернофуражная, силосная и сидеральная культура, причём доминирующим является первый способ хозяйственного использования [4]. В составе концентратов они эффективно используются в рационе дойных коров, откормочных бычков, свиней и птицы [5].

Некоторые народы Европы, Азии и Северной Африки кормовые бобы используют в пищу. Уникальный биохимический состав семян делает их перспективным источником сырья для пищевой промышленности. Известно, что бобовую муку добавляют к муке зерновых культур для повышения содержания белка в хлебных изделиях [8, 9].

Кормовые бобы, как и многие другие зернобобовые культуры, способствуют увеличению ресурсов азота в земледелии и являются хорошим предшественником для зерновых культур. Так, урожайность озимой пшеницы повышается на 0,5-0,8 т/га [9]. За счёт биологической фиксации атмосферного азота кормовые бобы способны накапливать на 1 га посева от 70 до 100 кг азота, что позволяет значительно снизить потребление азотных удобрений, улучшить состояние окружающей среды и получить экологически чистую продукцию [5].

Кроме того, кормовые бобы обладают высоким потенциалом продуктивности (до 7,0-8,0 т/га семян) и имеют наиболее благоприятное соотношение между массой соломы и зерном 1:1 [2]. В то же время в России, посевы этой культуры по-прежнему остаются незначительными. В последние десятилетия их площади в стране очень сократились: с 684 тыс. га в 1962 году до 20 тыс. га к 2000 году. Основные причины сложившегося положения – нестабильность получаемых урожаев, низкая технологичность и производственная эффективность возделываемых современных сортов типа Мария, Стрелецкие, Орлецкие, продуктивный потенциал которых реализуется всего на 63%.

Совершенно очевидно, что для увеличения производства семян бобов, помимо совершенствования агротехнических и организационных мероприятий, важное значение приобретает создание сортов нового поколения, способных более полно реализовать свой биологический потенциал в разных условиях возделывания. При создании сортов подобного типа главной задачей является оценка генетических ресурсов культуры с целью подбора перспективного исходного материала для селекции. Данная статья и посвящена рассмотрению данных вопросов.

Материал и методы . Объектом научного анализа служили литературные данные и результаты экспериментальных исследований ЦКП «Генетические ресурсы растений и их использование» Орловского ГАУ, проведённые в рамках совместного тематического плана с ФГБНУ ФНЦ зернобобовых и крупяных культур. В ЦКП детально были изучены 13 селекционных сортообразцов, различающиеся по морфотипу и происхождению, адаптированные к условиям Центрально-Чернозёмного региона России.

Опытный материал выращивался в полевом селекционном севообороте на делянках 10м2 в 4-х кратной повторности. Посев проводился селекционной сеялкой ССФК-6-10 в оптимальные для зоны сроки.

При наблюдении за ростом и развитием растений и комплексной оценке образцов применялись общепринятые методики [6, 7].

Анализ морфо-биологических признаков выполнялся на 80-100 растениях каждого сорта, взятых с учетных делянок.

Математическая обработка данных проводилась на персональных компьютерах с использованием дисперсионного и корреляционного анализов [1].

Результаты исследований и их обсуждение. Анализ имеющихся сведений показал, что генофонд кормовых бобов характеризуется широким полиморфизмом морфологических, биологических, фотосинтетических и полезно-хозяйственных признаков. Наиболее сильно варьируют у генотипов культуры урожайность семян (от 2,51 до 5,04 т/га), число продуктивных узлов (от 4,0 до 17,4 шт.), количество листьев на растение (от 9 до 182 шт.) и площадь листьев (от 500 до 1176,4 см²/растение), длина стеблей (от 65 до 120 см), период вегетации (от 80 до 104 суток), УПП листьев (от 0,405 до 0,500 г/дм²). Самой высокой стабильностью характеризуются число узлов до 1 боба (на 1 шт.) и масса 1000 семян (350-464 г) (табл. 1).

Таблица 1 – Интервал генотипического варьирования признаков растений у кормовых бобов

Примечательно, что рост урожайности семян и зеленой массы в результате селекции, пока, не приводит к ухудшению их потребительских качеств. По содержанию сырого протеина, жира, клетчатки и крахмала листья, стебли и семена растений современных сортов культуры не уступают дикорастущим формам. Коэффициент переваримости семян у большинства исследуемых сортообразцов кормовых бобов находится в пределах 85,8…87,7%. Содержание в корме обменной энергии возрастало и снижалось пропорционально коэффициенту переваримости и находилось для семян в пределах 12,9…13,2 МДЖ (табл. 2).

Таблица 2 – Кормовая и энергетическая ценность семян и зеленой массы у групп сортообразцов кормовых бобов, среднее за 2003-2006 гг. [13]

Важно отметить, что рост урожайности семян у культуры в результате селекции тесно связан с развитием фотосинтетической системы растений. По данным Амелина А.В. и др. [12], нарастание фотосинтетического потенциала у новых сортов кормовых бобов, достигалось, преимущественно, за счёт облиственности растений при определенном уплотнении и утолщении их листовых пластинок. У растений современных сортов культуры образовывалось не менее 18-19 листьев, имевших по 45 листочков в каждом, общей площадью 1176,4 см2, что на 39% больше по сравнению с дикорастущими формами.

Современные сорта кормовых бобов отличаются и проявлением активного вегетативного роста в репродуктивный период развития, что приводит к формированию у них не только мощного фотосинтетического потенциала и вегетативной массы, но и большому количеству непродуктивных узлов в генеративной части стебля. В годы исследований у растений образовывались в среднем 17,4 фертильных узлов, из которых только на первых 5-6 формировались бобы с полноценными семенами, а на остальных, хотя плоды и закладывались, но семяпочки не развивались до зрелых семян или вообще редуцировались.

В целом, селекция кормовых бобов пока продолжает быть ориентированной на отбор морфогенотипов экстенсивного типа, в результате чего современные сорта в среднем на растение превосходят дикорастущие формы и низкоурожайные сортообразцы: по продолжительности вегетационного периода – в среднем на 20-30 дней; по длине стебля – в среднем на 25,5 см; количеству листьев – в среднем на 4,4 шт.; по максимальной ассимилирующей поверхности листьев – в среднем на 462,4 см2, по фотосинтетическому потенциалу в фазу налива семян – в среднем в 1,66 раза.

Заключение. Проведенный научный анализ позволил заключить, что получение высокой и качественной урожайности кормовых бобов в перспективе будет определяться созданием сортов, характеризующихся высокой степенью сбалансированности морфофизиологических признаков растений и эффективностью использования их потенциала в каждой природно-климатической зоне возделывания. В селекции данной культуры это должно достигаться, с одной стороны, за счёт сокращения: продолжительности вегетационного периода (в среднем на 20-30 дней) и активности вегетативного роста в период налива семян (до проявления генетической детерминантности); облиственности (на 6-9 шт.) и фотосинтетического потенциала (на 20-30%); длины стебля (на 25-35 см), числа узлов и вегетативной части стебля – на 23, в генеративной – на 9-10. С другой стороны, за счет увеличения уборочного индекса (на 5-10%), удельной поверхности плотности листовых пластинок (в среднем на 20%) и чистой продуктивности их фотосинтеза (на 20-25%), а также хозяйственной эффективности в период налива семян.