Влияние биологически активных веществ на формирование урожайности и качества зерна гречихи
Автор: Клыков Алексей Григорьевич, Муругова Галина Александровна, Тимошинова Оксана Анатольевна, Самагина Юлия Викторовна, Чайкина Елена Леонидовна, Закирова Анна Евгеньевна
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Агрономия
Статья в выпуске: 5, 2023 года.
Бесплатный доступ
Цель исследования - изучение влияния биологически активных веществ на рост и развитие растений, урожайность, технологические и биохимические качества зерна гречихи. Исследование проводилось в лаборатории селекции зерновых и крупяных культур ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки» и ФГБУН Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН в 2019-2021 гг. Объект исследования - районированный сорт Изумруд. Наиболее эффективной являлась обработка растений в фазу бутонизации водно-спиртовым экстрактом из красных стеблей гречихи сортов Изумруд и При 7 (концентрация 100 мкг/мл), способствующая увеличению флавоноидов (0,22 мг/100 г), жира (3,6 %), положительно влияющих на урожайность, массу 1000 зерен, количество соцветий с плодами. При использовании препарата «Эхинохромас» концентрацией 10 мкг/мл выявлено повышенное содержание белка в зерне (14,5 %). Максимальная урожайность (2,5 т/га) получена в варианте с обработкой водно-спиртовым экстрактом из красных стеблей При 7 (концентрация 100 мкг/мл). По крупности зерна (35,9 г) и с максимальной прибавкой урожайности по отношению к контролю (на 72 %) выделился вариант при обработке ВСЭ из красных стеблей гречихи сорта При 7 (концентрация 100 мкг/мл). Высокий выход крупы (72,7 %) и низкая пленчатость (27,3 %) выявлены в варианте с применением триметилового эфира «Эхинохрома» (концентрация 10 мкг/мл). С пониженным содержанием флавоноидов были контрольные растения, с зелено-красной и зеленой окраской стеблей (от 0,11 до 0,15 мг/100 г). При опрыскивании растений водно-спиртовым экстрактом из красных стеблей гречихи сорта Изумруд с концентрацией 100 мкг/мл увеличилось количество белка до 13,9 % и жира - до 3,4 %. Применение экстрактов, полученных из растений гречихи с красной и красно-зеленой окраской стебля, в качестве фиторегуляторов культурных растений является перспективным приемом в органическом сельском хозяйстве.
Гречиха, биологически активные вещества, сорт, флавоноиды, урожайность
Короткий адрес: https://sciup.org/140299750
IDR: 140299750 | DOI: 10.36718/1819-4036-2023-5-3-9
Текст научной статьи Влияние биологически активных веществ на формирование урожайности и качества зерна гречихи
Ведение. Гречиха является ценной сельскохозяйственной культурой, возделываемой во многих странах мира [1]. По питательности, вкусовым и диетическим свойствам она является одним из важнейших продовольственных продуктов [2, 3]. Большой интерес гречиха представляет как источник биофлавоноидов. Известно, что флавоноиды принимают активное участие в физиологических процессах растительной клетки и могут оказывать влияние на репродуктивные процессы, способствовать ри-зогенезу, подавлять развитие патогенов, регулировать процессы окислительного фосфорилирования, являются универсальными поли-функциональными адаптогенами к неблагоприятным факторам среды [4–7].
Дальний Восток России характеризуется муссонным климатом с высокой влажностью воздуха, с частыми туманами, способствующими усиленному развитию болезней, снижению качества зерна, устойчивости к полеганию. Одним из перспективных приемов для повышения урожайности, качества зерна, а также устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды (высоким и низким температурам, недостатку влаги, поражению болезнями и вредителями) является использование биопрепаратов [4, 8, 9].
В последние годы отмечается повышенный интерес к изучению возможностей использования растительных экстрактов в сельскохозяйственной практике различных стран мира [10]. Выделяемые из гречихи флавоноиды могут явиться альтернативой использованию синтетических биостимуляторов в сельском хозяйстве, однако этот вопрос практически не изучен. В Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН получена серия биологически активных веществ (БАВ) растительного и химического происхождения, которые могут влиять на процессы роста и развития растений и формирования урожая, биохимический состав зерна этой культуры [7]. Поэтому исследования в направлении изучения новых биопрепаратов представляют несомненную актуальность.
Цель исследования – изучение влияния биологически активных веществ на рост и развитие растений, урожайность, технологические и биохимические качества зерна гречихи.
Задачи: оценить влияние биологически активных веществ на рост и развитие растений гречихи; определить биохимический состав зерна и его технологические качества в зависимости от обработки биопрепаратами.
Объект и методы. Исследование проводилось в полевых и лабораторных условиях лаборатории селекции зерновых и крупяных культур ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки» и ФГБУН Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Еляко-ва ДВО РАН в 20019–2021 гг. Опыты распола- гались в Уссурийском районе Приморского края в окрестностях п. Тимирязевский, на выровненных по рельефу участках. Почвы лугово-бурые отбеленные, с низким содержанием гумуса (2,9 %), азота легкогидролизуемого (71,0 мг/кг); с высоким содержанием подвижного фосфора (19,0 мг/кг) и обменного калия (65,0 мг/кг), по степени кислотности среднекислые, рН солевой вытяжки – 4,7; содержание Са и Mg – 11,4 и 3,3 мг-экв/100 г соответственно; S – 16,0 мг-экв/100 г; Hr – 4,6 мг-экв/100 г. В качестве объекта исследования взят районированный сорт гречихи Изумруд.
В эксперименте были исследованы биологически активные вещества: растительного происхождения – водно-спиртовой экстракт (ВСЭ) из красных, красно-зеленых, зелено-красных и зеленых стеблей сортов Изумруд и При 7 с концентрацией 100; 10 и 1 мкг/мл, – а также химические: эхинохром, нафтопурпурил, триметиловый эфир эхинохрома с концентрацией 100, 10 и 1 мкг/мл, – полученные в Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН.
Площадь опытной делянки – 15,0 м2, повторность четырехкратная, расположение делянок рендомизированное. Растения гречихи обрабатывали в посевах при наступлении фазы бутонизации из расчета 30 мл/м2. Контрольный вариант – без обработки. Содержание флавоноидов определялось спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра Shimadzu UV mini-1240 (Япония) в ТИБОХ ДВО РАН. Статистическая обработка данных проводилась согласно методике Б.А. Доспехова [11].
Результаты и их обсуждение. При использовании влияния разных концентраций БАВ (от 1 до 100 мкг/мл) на рост и развитие растений сорта Изумруд установлено, что происходит изменение хозяйственно ценных, морфологических и биохимических признаков (табл. 1). Наибольшее значение показателей элементов продуктивности (количество соцветий с плодами, масса 1000 зерен), достоверно превышающее контрольные значения, обнаружено в варианте с обработкой посевов экстрактом, полученным из растений гречихи с красными стеблями сорта Изумруд и При 7, в диапазоне всех изучаемых концентраций (1–100 мкг/мл). По мере уменьшения интенсивности антоциановой окраски стеблей гречихи снижалась и эффективность получаемых из них экстрактов.
Использование варианта с обработкой ВСЭ из красных стеблей гречихи сорта Изумруд (100 мкг/мл) привело к увеличению количества соцветий с плодами (25 шт. с растения), массы 1000 зерен (35,8 г) и урожайности (2,4 т/га). По крупности зерна (35,9 г) и с максимальной прибавкой урожайности по отношению к контролю на 72 % выделился вариант при обработке ВСЭ из красных стеблей гречихи сорта При 7 с концентрацией 100 мкг/мл. Среди изученных химических препаратов максимальный стимулирующий эффект влияния на урожайность (2,3 т/га), количество соцветий с плодами (22,7 шт.) и крупность зер- на (35,9 г) показал вариант с обработкой эхинохромом с концентрацией 100 мкг/мл.
Исследования показали, что при применении ВСЭ, полученных из красных стеблей, прослеживается положительная тенденция в повышении технологических и биохимических показателей качеств зерна у растений в зависимости от применяемой концентрации. При применении химического вещества эхинохрома отмечено увеличение белка на 14,5 % при обработке с концентрацией 10 мкг/мл (табл. 2). Высокий выход крупы (72,7 %) и низкая пленчатость (27,3 %) выявлены в варианте с применением триметилового эфира эхинохрома (концентрация 10 мкг/мл).
Таблица 1
Влияние биологически активных веществ на урожайность гречихи (2019–2021 гг.)
Вариант ВСЭ |
Концентрация раствора, мкг/мл |
Высота растения, см |
Кол-во соцветий с плодами, шт. |
Масса 1000 зерен, г |
Урожайность, т/га |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Контроль |
– |
108,7 |
19,2 |
33,4 |
1,8 |
Сорт гречихи Изумруд: |
|||||
из красных стеблей |
100 |
120,7 |
25,0 |
35,8 |
2,4 |
10 |
117,4 |
22,7 |
34,2 |
2,0 |
|
1 |
108,2 |
22,3 |
34,1 |
1,9 |
|
из красно-зеленых стеблей |
100 |
117,4 |
20,3 |
35,3 |
2,1 |
10 |
113,5 |
20,0 |
34,0 |
1,9 |
|
1 |
116,9 |
20,0 |
34,9 |
1,8 |
|
из зелено-красных стеблей |
100 |
108,9 |
21,3 |
34,3 |
1,7 |
10 |
116,2 |
20,3 |
34,4 |
1,6 |
|
1 |
107,9 |
20,7 |
34,5 |
1,6 |
|
из зеленых стеблей |
100 |
109,5 |
24,7 |
34,0 |
1,9 |
10 |
107,2 |
22,7 |
34,2 |
1,7 |
|
1 |
111,5 |
19,7 |
34,5 |
1,6 |
|
Сорт гречихи При 7: |
|||||
из красных стеблей |
100 |
113,3 |
24,8 |
35,9 |
2,5 |
10 |
115,8 |
19,7 |
34,5 |
2,2 |
|
1 |
115,9 |
19,0 |
34,7 |
2,0 |
|
из красно-зеленых стеблей |
100 |
121,0 |
20,7 |
35,1 |
2,2 |
10 |
111,4 |
20,3 |
34,6 |
2,0 |
|
1 |
116,7 |
19,5 |
34,8 |
2,0 |
|
из зелено-красных стеблей |
100 |
108,2 |
19,7 |
34,0 |
2,0 |
10 |
123,3 |
20,3 |
34,0 |
2,0 |
|
1 |
124,4 |
19,7 |
34,0 |
1,9 |
|
из зеленых стеблей |
100 |
118,6 |
19,3 |
34,3 |
2,0 |
10 |
110,5 |
17,7 |
34,5 |
1,7 |
|
1 |
116,7 |
16,3 |
34,6 |
1,5 |
|
Эхинохром |
100 |
109,7 |
22,7 |
35,9 |
2,3 |
10 |
108,2 |
20,7 |
33,6 |
2,1 |
|
1 |
120,0 |
22,3 |
34,0 |
1,7 |
Окончание табл. 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Нафтопурпурил |
100 |
116,6 |
21,3 |
35,2 |
2,1 |
10 |
114,1 |
21,0 |
35,6 |
2,0 |
|
1 |
117,3 |
18,3 |
33,1 |
1,9 |
|
Триметиловый эфир эхинохрома |
100 |
122,8 |
22,3 |
35,5 |
2,2 |
10 |
120,8 |
22,3 |
33,5 |
2,1 |
|
1 |
121,8 |
21,7 |
33,7 |
1,8 |
|
НСР 0,95 |
– |
6,9 |
2,8 |
2,1 |
0,2 |
Здесь и далее : ВСЭ – водно-спиртовой экстракт.
Наибольшее содержание флавоноидов (от 0,14 до 0,22 мг/100 г) отмечено при обработке экстрактом из красностебельной гречихи сортов При 7 и Изумруд при концентрации раствора 1; 10; 100 мкг/мл. С пониженным содержанием флавоноидов были контрольные растения, с зе- лено-красной и зеленой окраской стеблей – от 0,11 до 0,15 мг/100 г.
При опрыскивании растений водно-спиртовым экстрактом из красных стеблей гречихи сорта Изумруд с концентрацией 100 мкг/мл увеличилось количество белка до 13,9 % и жира – до 3,4 %.
Таблица 2
Вариант ВСЭ |
Концентрация раствора, мкг/мл |
Белок, % |
Жир, % |
Содержание флавоноидов, мг/100 г |
Выход крупы, % |
Пленчатость, % |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Контроль |
– |
12,8 |
2,5 |
0,11 |
69,7 |
30,3 |
Сорт гречихи Изумруд: |
||||||
из красных стеблей |
100 |
13,9 |
3,4 |
0,22 |
71,3 |
29,7 |
10 |
13,4 |
3,0 |
0,21 |
69,1 |
30,9 |
|
1 |
13,3 |
3,0 |
0,20 |
68,2 |
31,8 |
|
из красно-зеленых стеблей |
100 |
13,2 |
2,9 |
0,20 |
69,8 |
30,2 |
10 |
13,5 |
2,8 |
0,18 |
69,0 |
31,0 |
|
1 |
13,2 |
3,1 |
0,12 |
68,0 |
32,0 |
|
из зелено-красных стеблей |
100 |
12,5 |
3,3 |
0,15 |
71,8 |
28,2 |
10 |
13,2 |
2,9 |
0,13 |
67,0 |
33,0 |
|
1 |
13,3 |
3,3 |
0,11 |
65,0 |
35,0 |
|
из зеленых стеблей |
100 |
12,5 |
2,4 |
0,13 |
69,3 |
30,7 |
10 |
12,7 |
2,9 |
0,12 |
68,7 |
31,3 |
|
1 |
13,2 |
3,5 |
0,11 |
68,0 |
32,0 |
|
Сорт гречихи При 7: |
||||||
из красных стеблей |
100 |
13,6 |
3,6 |
0,22 |
72,0 |
28,0 |
10 |
13,6 |
3,3 |
0,16 |
67,3 |
32,7 |
|
1 |
13,8 |
3,0 |
0,14 |
70,7 |
29,3 |
|
из красно-зеленых стеблей |
100 |
12,6 |
2,4 |
0,15 |
64,8 |
35,2 |
10 |
12,3 |
2,6 |
0,12 |
69,2 |
30,8 |
|
1 |
12,7 |
2,7 |
0,11 |
63,7 |
36,3 |
|
из зелено-красных стеблей |
100 |
13,2 |
2,9 |
0,14 |
69,8 |
30,2 |
10 |
13,0 |
3,1 |
0,13 |
69,5 |
30,5 |
|
1 |
13,2 |
3,1 |
0,12 |
69,5 |
30,5 |
|
из зеленых стеблей |
100 |
12,4 |
3,3 |
0,12 |
68,5 |
31,5 |
10 |
12,7 |
3,1 |
0,11 |
65,6 |
34,4 |
|
1 |
12,4 |
3,2 |
0,11 |
64,5 |
35,5 |
Окончание табл. 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Эхинохром |
100 |
13,3 |
2,7 |
0,08 |
71,1 |
28,9 |
10 |
14,5 |
2,7 |
0,06 |
65,7 |
34,3 |
|
1 |
13,8 |
3,0 |
0,06 |
67,5 |
32,5 |
|
Нафтопурпурил |
100 |
13,8 |
3,4 |
0,11 |
65,9 |
34,1 |
10 |
13,5 |
2,6 |
0,08 |
64,0 |
36,0 |
|
1 |
13,5 |
2,6 |
0,06 |
65,1 |
34,9 |
|
Триметиловый эфир эхинохрома |
100 |
13,6 |
2,4 |
0,08 |
69,1 |
30,9 |
10 |
13,7 |
2,8 |
0,07 |
72,7 |
27,3 |
|
1 |
14,1 |
2,9 |
0,06 |
68,3 |
31,7 |
|
НСР 0,95 |
0,8 |
0,3 |
0,01 |
3,9 |
2,0 |
Влияние биологически активных веществ на биохимические показатели и технологические качества зерна гречихи сорта Изумруд (2019–2021 гг.)
Заключение. По результатам исследования установлено, что обработка водно-спиртовым экстрактом из красных стеблей сортов Изумруд и При 7 с концентрацией 100 мкг/мл способствует получению высокой урожайности (2,4–2,5 т/га), повышенному содержанию флавоноидов (0,22 мг/100 г) и влияет на другие хозяйственно ценные признаки.
Таким образом, экстракты, полученные из гречихи, заслуживают внимания как потенциальные фиторегуляторы. Включение биологически активных веществ в технологию возделывания гречихи может стать эффективным способом повышения ее продуктивности, важным резервом улучшения качества урожая и повышения устойчивости растительного организма к стрессовым факторам среды.
Список литературы Влияние биологически активных веществ на формирование урожайности и качества зерна гречихи
- Биохимическая характеристика белков семян современных сортов гречихи / С.В. Бобков [и др.] // Земледелие. 2015. № 5. С. 42–43.
- Гагарина И.Н. Изучение влияния биологически активных веществ на иммунитет гречихи // Рациональное использование сырья и создание новых продуктов биотехнологического назначения: мат-лы междунар. науч.-практ. интернет-конф. по актуальным проблемам в области биотехнологии / Ор-ловский ГАУ. Орел, 2020. 458 с.
- Pavlovskay N.E., Gorkov А.А. Effect of new biologies on winter wheat structure and tech-nological properties / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Voronezh State Agrarian University named after Empe-ror Peter the Great. 2020. P. 12–22.
- Никитина В.И., Борцова И.Ю. Оценка образцов гречихи на содержание рутина в лесостепной зоне Красноярского края // Вестник КрасГАУ. 2018. № 5. С. 66–70.
- Кадырова Ф.З. Влияние биологически активных препаратов на продуктивность растений гречихи // Плодородие. 2020. № 3. С. 44–47.
- Makarenko O.A., Levitsky A.P. Physiological functions of flavonoids in plants // Physiology and biochemistry of cultivated plants. 2013. 45 (2): С. 100–12.
- Mierziak J., Kostyn K., Kulma A. Flavonoids as Important Molecules of Plant Interactions with the Environment // Molecules. 2014. 19: P. 16240-65.
- Сравнительное морфологическое и биохимическое изучение сортов гречихи съедобной (Fagopyrum esculentum Moench) различного происхождения / А.Г. Клыков [и др.] // Дальневосточный аграрный вестник. 2018. № 4 (48). С. 75–82.
- The peculiarities of buckwheat growing techno-logy in Primorsky krai / L. Moiseynko [et al.] // In-ternational Symposium on Buckwheat and the Dietary Culture, Xichang, China. 2005. P. 21–25.
- Van Oosten, M. J., О. Pepe, S. De Pascale, S. Silletti, and A. Maggio. 2017. Chemical and Biological Technologies in Agriculture. P. 4–5.
- Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., перераб. и доп. М.: Альянс, 2014. 351 с.