Влияние регуляторных факторов на биоморфологическое развитие сортообразцов стевии в условиях Центрально-Черноземного района

В опытах Л.П. Удовидченко, Н.В. Безлер (1995) получено, что препарат Этамон повышает урожайность стевии при выращивании в полевых условиях.

В наших исследованиях на всех вариантах опыта прирост увеличивается до начала августа, а в середине августа идет значительное снижение прироста до 0,51-0,66 см в день. По-видимому, это связано с остановкой роста при переходе растений в генеративное состояние. Наибольшие колебания прироста имел вариант с применением Ретарданта 577. Меньше всего такие динамичные отклонения отмечаются на варианте с применением гиббереллина, 10 мг/л.

Значительное снижение высоты на 4,2 см было отмечено на варианте с использованием гиббереллина, 10 мг/л., а на остальных вариантах уменьшение высоты незначительно и составляет от 0,9 см до 1,6 см.

Применение гиббереллина, 10 мг/л и использование его в высокой концентрации совместное с ретардантом, приводит к уменьшению числа побегов, по сравнению с контролем, на 2,4-3 шт. На остальных вариантах ростовые вещества также снижали количество побегов, но всего на 0,2-0,6 шт.

Увеличение площади листа на 2,2 см ² наблюдается только на варианте с совместным использованием ретарданта, 0,05 мл/л и гиббереллина, 10 мг/л.

В годы проведения опытов метеорологические условия различались и, по всей видимости, это и сказалось, на урожайности стевии. В 2004 г. наибольшее увеличение урожайности сухой массы и массы сухих листьев обеспечивала обработка растений гиббереллином, 10 мг/л совместно с Ретардантом 577, 0,05 мл/л. Прибавка урожайности при этом составила 2,8 ц/га и 0,9 ц/га, соответственно. В 2005 г. для роста стевии складывались более благоприятные метеорологические условия, поэтому совместное использование ретарданта и гиббереллина, 10 мг/л привело к увеличению массы сухих листьев на 1,2 ц/га. В среднем за годы исследований, наибольшую прибавку урожая сухой массы и массы листьев стевии обеспечивает совместная обработка растений гиббереллином, 10 мг/л и Ретардантом 577, 0,05 мл/л. Прибавка урожая при этом составляет 3,2 ц/га и 1,1 ц/га, соответственно. Самая низкая урожайность сухой массы и сухих листьев отмечается на варианте с использованием гиббереллина, 1 мг/л.

Увеличение массы листьев в общем сборе на 3,5 % обеспечивает только обработка гиббереллином, 10 мг/л, а снижение - при повышении или уменьшении его концентрации.

Применение ростовых веществ является фактором, регулирующим ростовые процессы и повышающих продуктивность стевии при возделывании в полевых условиях.

Действие минеральных удобрений на биометрические показатели, урожайность и химический состав стевии. Согласно проведённых ранее опытов (Корниенко А.В. и др., 1995), применение минеральных удобрений в высоких дозах не повышает урожайность, поэтому мы брали низкие дозы N₄₅P₄₅K₄₅ и N₉₀P₉₀K₉₀.

Как показали наши исследования, минеральные удобрения на увеличение высоты, образование побегов и формирование площади листа не оказали существенного влияния. Небольшое снижение высоты на 0,7 см и побегообразовательной способности на 1,8 шт., при одновременном увеличении площади листа на 0,7 см ², наблюдается на варианте с внесением двойной дозы удобрения. Внесение одинарной дозы удобрений практически не оказало влияния на увеличение высоты и площади листа, но увеличивало количество побегов на 1,4 шт.

За годы исследований наибольшее увеличение урожайности, по сравнению с контролем, обеспечивает выращивание растений на фоне N₄₅P₄₅K₄₅. Так, урожайность зелёной массы увеличивается на 7,3 ц/га, урожайность сухой массы на 5,2 ц/га, а сухих листьев на 1,9 ц/га по сравнению с контролем.

Большое значение в показателях урожайности занимает процентное содержание листьев в общем сборе. Этот показатель выше на варианте без удобрений и составляет 53,1 %, а при применении удобрений снижается до 50,5-51,2 %.

При увеличении дозы внесения удобрений повышается содержания элементов питания в листьях, а, следовательно, и вынос элементов питания из почвы. Больше всего стевия выносит на удобренном варианте азота (46,3 кг/га), а меньше всего фосфора (11,5 кг/га) (табл. 3).

Таблица 3 - Расчет выноса элементов питания с урожаем основной продукции, кг/га

На контроле вынос элементов питания самый низкий и растения с урожаем выносят 30,6 кг N, 3,1 кг Р ₂О ₅, 22,5 кг К₂О.

С увеличением дозы вносимых удобрений содержание тяжёлых металлов в растении незначительно повышается. В наших опытах наибольшие количества меди (0,69 мг/кг), цинка (2,37 мг/кг), железа (10,3 мг/кг), кадмия (0,019 мг/кг) и никеля (0,164 мг/кг) выносятся с урожаем стевии на фоне N₉₀P₉₀K₉₀, однако концентрация всех анализируемых элементов в вегетативных органах стевии не превышает ПДК.

Проведённые исследования показали, что сухие листья стевии, полученные на разных фонах минерального питания, характеризуются низким содержанием вредных веществ, токсических элементов и радионуклидов (ГХЦГ, ДДТ, Рb, As, Cd, Cs, Sr), которые в наших растениях отсутствовали или содержались в незначительном количестве, гораздо меньшим допустимого уровня для биологически активных добавок (БАД).

Кроме содержания стевиозида стевия обладает и другими ценными химическими соединениями (кверцитин, рутин и др.), определяющими её антиоксидантную активность. В наших опытах, выполненных совместно с Г.К. Подпориновой (2005), показано, что уровень антиоксидантной активности не зависел от обеспеченности растения элементами минерального питания и составлял 15,6-16,2 мг/г, что, по-видимому, обусловлено генетическими особенностями стевии.

Полученные данные свидетельствуют, что в условиях ЦЧР можно получать экологически чистое растительное сырье стевии, как при возделывании на неудобренном фоне, так и при внесении различных доз минерального питания. Экологическая чистота листьев стевии соответствует требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 п.п.1.6.10.

Значение селекции при интродукции стевии в ЦЧР. Сравнительная биоморфологическая характеристика коллекционных сортообразцов стевии.

В работах по интродукции нередко рассматриваются явления, когда изучаемые растения обнаруживают неспособность адаптироваться к новым условиям существования, если они отличаются значительным образом от первоначальных. Это обусловлено тем, что склонность растений изменяться под влиянием среды ограничивается нормой реакции генотипа. В основном растения могут быстро приспособиться только к сходным климатическим условиям. Поэтому успешная их интродукция связана с выведением новых сортов и гибридов экологически более стойких, чем исходный материал.

Результаты по исследованию коллекционных номеров стевии разной плоидности в условиях ЦЧР, показали, что тетраплоидные сортообразцы превосходят сорта другой плоидности по высоте (табл. 4).

Таблица 4 - Биометрические и продуктивные показатели разных сортообразцов стевии (среднее 2004 - 2005 гг.)

Диплоидные сортообразцы № 11, № 19 выше стандарта (сортообразец № 0) на 1,2-2,3 см. Триплоидный сортообразец № 37 имеет самые низкие растения из всех изучаемых, и его высота составляет 52,2 см.

Наибольшее количество побегов имеет диплоидный сортообразец № 0, а из тетраплоидных - сортообразец № 28. Триплоидный сортообразец № 37 уступает по количеству побегов всем диплоидным и тетраплоидным сортообразцам и превосходит только сортообразец № 35. Таким образом, на образование побегов плоидность существенно не влияет и зависит от особенностей каждого сортообразца.

Все тетраплоидные номера имеют крупные листья площадью 11,8-19,3 см². Диплоидные сортообразцы по площади листьев не превосходили стандарт, и их площадь варьировала в пределах 9,2-9,8 см ². Триплоидный сортообразец № 37 имел площадь листьев меньше, чем на стандарте, и превосходил только сортообразцы № 11 и № 19.

Высокая урожайность зелёной массы из диплоидных номеров получена на сортообразце № 19 и составляет 93,8 ц/га. Самым высокоурожайным является сортообразец № 35, дающий прибавку урожая по сравнению с другими сортами на 22,9-38,9 ц/га зелёной массы.

Из диплоидных сортообразцов урожайность сухой массы высокая на сортообразце № 19, а из тетраплоидных - у сортообразца № 35. Наибольший сбор сухого листа отмечен как на диплоидном, так и на тетраплоидном сорте. Из диплоидных сортов стандарт превосходит сортообразец № 19, обеспечивающий сбор сухих листьев 18,8 ц/га. Сортообразец № 35 имеет высокую урожайность сухих листьев 21,9 ц/га. Содержание листьев в общей сухой массе выше у сортообразца № 35 и у сорта Рамонская сластёна и составляет 57,4 % и 55,5 %, соответственно.

Среди изучаемых сортообразцов устойчивость к фузариозным корневым гнилям отмечена у тетраплоидного сортообразца № 35 (R=20,8 %) и диплоидного сортообразца № 19, (R=24,7 %). Сорт Рамонская сластёна и сортообразец № 11 характеризуются примерно одинаковой интенсивностью развития болезни (25,6-25,7 %), а самым восприимчивым к болезням является триплоидный сортообразец № 37 (26,8 %).

Высокое содержание стевиозида наблюдается на сортообразце № 36 и составляет 8,5 %, что, вероятно, связано с переходом растений этого номера в фазу бутонизации и началом цветения уже во второй половине августа. На сорте Рамонская сластёна отмечено низкое содержание стевиозида (6,1 %). На сортообразцах № 28, № 35, № 37 стевиозида содержится примерно одинаковое количество (6,7-6,9 %). Это свидетельствует об отсутствии прямой зависимости между плоидностью и содержанием стевиозида.

Нами не отмечено также зависимости между плоидностью и содержанием хлорогеновой кислоты, обладающей высокой антиоксидантной активностью. Так, у сорта Рамонская сластёна и сортообразца № 36 содержание кислоты низкое (0,100-0,104 мг/г). Повышенное содержание хлорогеновой кислоты отмечено у сортообразцов № 35 и № 37 (0,150-0,152 мг/г).

Из литературных источников известно, что по результатам кластерного анализа можно установить взаимосвязь между биоморфологическими и продуктивными признаками (И.А. Русанов, 2004; Т.Г. Ващенко). Кластерный анализ, проведенный нами на стевии, выявил сходство между признаками, и позволил выделить отдельные группировки, объединяющие характеристики массы и биоморфологии растений.

Наиболее отдалённый кластер составили признаки - урожайность сухой массы и интенсивность развития болезни (рис. 4).

Рис. 4 - Дендрограмма взаимосвязи биоморфологических и продуктивных признаков стевии

Взаимосвязь между признаками меняется в зависимости от года выращивания, однако между такими признаками как высота растений и содержание листьев в сухой массе, сохраняется. Самая тесная связь отмечена в кластерах между урожайностью сухих листьев и количеством побегов и в кластере площадь листа и урожайность сухих листьев.

В результате проведённого сортоиспытания нами выделены сортообразцы № 35, № 36, отличающиеся от других своей урожайностью и ценными химическими свойствами.

Кластерный анализ как способ группировки сортообразцовпо биоморфологическим и продуктивным признакам. При выборе растений для селекционной работы следует отдавать предпочтение сортам, разновидностям и видам, пространственно отдалённым по происхождению, используя достаточно акклиматизированное растение с хозяйственно ценными признаками в качестве материнского (Шлыков Г.Н., 1963).

Для исследования сходства сортообразцов стевии по совокупности признаков нами был применен кластерный анализ. По его результатам установлено, что наибольшее расстояние отмечается между сортообразцом № 35 и сортообразцами № 0, № 11, № 28, которое составило 41,7, 39,4 и 38,5, соответственно (табл. 5).

Таблица 5 - Матрица расстояний в кластерном анализе профилей (Euclidean distances)

Это свидетельствует о возможности использования евклидового расстояния для подбора родительских пар и проведения скрещивания между данными сортообразцами.

По биоморфологическим признакам и продуктивности наибольшее сходство между собой имеют сортообразцы № 0, № 11 (5,7); сортообразцы № 37, № 11 (евклидова дистанция 3,5). Это позволяет сделать предположение, что между этими сортообразцами существует и генетическая взаимосвязь. В селекционной работе можно рекомендовать использовать в качестве родителей сортообразец № 35 и сортообразцы № 0 (сорт Рамонская сластёна), № 11, № 28.

По результатам проведённых исследований методами массового и индивидуального отбора тетраплоидных форм из коллекционного сортообразца № 35 был создан и представить в Госкомиссию по сортоиспытанию новыйсорт Услада (табл. 6).

Таблица 6 - Основные показатели сортов (по данным сортоиспытания)

Примечание: №1-сорт Рамонская сластёна №2-сорт Услада.

Он характеризуется как высокоурожайный среднеустойчивый к корневым гнилям сорт. В среднем за 3 года урожайность зелёной массы составляет 121,9 ц/га и урожайность сухих листьев 19,4 ц/га и соответствует уровню урожайности при выращивании стевии в других странах.

Экономическая эффективность выращивания стевии. В настоящее время натуральных подсластителей на внутреннем рынке России не имеется. Распространение получили искусственные сластители в виде аспартама, сахарина, цикламата и т.п.

Внедрение стевии в сельскохозяйственное производство и организация производства нового натурального подсластителя - стевиозида и ряда пищевых продуктов с его использованием будет способствовать возникновению и развитию нового направления в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, а также выходу новых продуктов на внутренний рынок.

В Рамонском районе в 2006 году зарегистрировано 543 больных сахарным диабетом, поэтому для удовлетворения даже их потребности в сахарозаменителе площадь посадок стевии должна составлять 0,36 га.

В среднем с одного гектара можно получить сухих листьев 1380 кг (сорт Рамонская сластёна) или 1940 кг (сорт Услада). Количество всхожих семян, полученные с гектара составляет 2430000 шт. Стоимость 1 кг сухих листьев составляет от 236 рублей до 275 рублей. Стоимость 100 семян колеблется от 100 до 302 рублей.

Как показывают наши расчёты, основные затраты при выращивании составляются из поддержания стевии в теплице (170 тыс. руб.), а в полевых условиях на обработку почвы (17,8 тыс. руб.). При выращивании стевии на семена к вышеперечисленным затратам прибавляются затраты на уборку семян (67,2 тыс. руб.).

Самый высокий уровень рентабельности и чистый доход получен при выращивании стевии на семена (уровень рентабельности составил 816,3 % а чистый доход 2164,8 тыс. руб.)._.

Выращивание стевии сорта Рамонская сластёна в полевых условиях также является прибыльным. Чистый доход при этом составляет 117,8 тыс. руб., а уровень рентабельности 56,7 %. Выращивание стевии сорта Услада увеличивает чистый доход до 249,7 тыс. руб. Дополнительный чистый доход при этом составил 131,9 тыс. руб.

Выращивание стевии в полевых условиях имеет высокий уровень рентабельности как при выращивании стевии на сухой лист, так и на семена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что наиболее оптимальная фотопериодическая реакция, индуцирующая переход растений стевии в генеративное возрастное состояние и прекращение вегетативного роста наблюдается при 12-ти часовой длине дня. Цветение на коротком дне наступает на 31-32 день, независимо от плоидности растений.

2. Воздействие на растения суточных циклов (4-6-8-30 дней) 12-ти часового фотопериода вызывает переход растений в генеративное состояние. С увеличением продолжительности циклов дата наступления цветения приближается. У диплоидных растений при четырёх дневной индукции цветение наступает на 53 день, а при 30-ти дневной уже на 36 день; у тетраплоидных - на 65 и 38 день, соответственно. Полученные данные свидетельствуют о возможности использования кратковременных циклов для индуцирования цветения растений.

3. Использование ростовых веществ на растениях, получивших индукцию 12-ти часового фотопериода на протяжении 8-ми дней, влияет на сроки наступления цветения и количество соцветий. Совместное применение Ретарданта 577, 0,05 мл/л и гиббереллина, 100 мг/л ускоряет начало цветения на 8 дней и количество образовавшихся соцветий на 49 %. Ретардант 577 оказал ингибирующее действие на переход растений в генеративное состояние.

4. При выращивании стевии в полевых условиях увеличение площади листа на 2,2 см ², прибавку сухой массы на 3,2 ц/га и массы сухих листьев на 1,1 ц/га обеспечивает совместное использование Ретарданта 577, 0,05 мл/л и гиббереллина, 10 мг/л.

5. Установлено, что основные биоморфологические и продуктивные показатели стевии не определяются уровнем минерального питания. С увеличением дозы внесенных удобрений вынос элементов из почвы повышается. Растения с урожаем выносят больше азота, а меньше всего фосфора. При этом сухие листья стевии характеризуются отсутствием или незначительным накоплением тяжелых металлов, токсических веществ, радионуклидов, содержание которых ниже ПДК. Уровень антиоксидантной активности не зависит от обеспеченности растений элементами питания и составляет 15,6-16,2 мг/г.

6. Высокое содержание стевиозида (8,5 % сухой массы) наблюдается на сортообразце № 36. Создан и передан в Государственную комиссию по сортоиспытанию новый тетраплоидный сорт Услада характеризующийся высокой урожайностью и содержанием хлорогеновой кислоты, и являющийся среднеустойчивым к корневым гнилям. В среднем за 3 года урожайность зеленой массы составляла 121,9 ц/га, урожайность сухих листьев 19,4 ц/га.

7. Методом кластерного анализа установлена взаимосвязь между урожайностью сухих листьев стевии, площадью листа и количеством побегов и позволяет вести подбор исходных селекционных форм по биоморфологическим признакам. Наиболее отдалёнными по евклидовой дистанции являются сорт Услада и сорт Рамонская сластёна (41,7), а схожими сортообразцы № 0 и № 11(5,7); номер 37 и 11 (3,5).

8. Выращивание стевии в полевых условиях позволяет получать высокий уровень рентабельности. При выращивании сорта Услада в полевых условиях уровень рентабельности составляет 120,0 %, а возделывание стевии на семена увеличивает рентабельность до 816,3 %.

Предложения по практическому использованию результатов исследований:

1. Рекомендуется использовать для ускоренного размножения стевии, при выращивании в промышленных масштабах, метод получения жизнеспособных семян, основанный на кратковременной индукции 12-ти часовым фотопериодом на протяжении 8 суток.

2. При выращивании стевии в полевых условиях для повышения урожайности рекомендуется обработка растений Ретардантом 577 совместно с гиббереллином, 10 мг/л, обеспечивающая прибавку урожая сухих листьев на 1,1 ц/га.

3. Рекомендуется для получения высоких урожаев стевии в условиях ЦЧР использовать новый сорт Услада, характеризующийся повышенной урожайностью сухих листьев - 19,4 ц/га, являющийся среднеустойчивым к корневым гнилям и имеющим уровень рентабельности 120,0 %.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Зимин М.В. Влияние ростовых веществ на развитие растений стевии в условиях закрытого грунта / М.В. Зимин, С.Б. Сикорская // Материалы VIII Молодёжной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (17-21 мая 2004 года). - СПб., 2004. - С. 213.

2. Зимин М.В. Влияние ростовых веществ на качество рассады стевии // Вклад молодых учёных в решение проблем аграрной науки: Материалы межрегиональной научно-практической конференции молодых учёных (12-13 мая 2005 года). - Воронеж, ВГАУ, 2005. Ч. II. - С. 42-43.

3. Верзилина Н.Д. Особенности семенного размножения стевии в Центрально-Чернозёмной зоне / Н.Д. Верзилина, Т.П. Жужжалова, В.В. Знаменская, М.В. Зимин // Вестник РАСХН. - 2005. - № 6. - С. 34-35.

4. Зимин М.В. Влияние фотопериода на рост и развитие стевии / М.В. Зимин, Т.П. Жужжалова // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования: Материалы VI международного симпозиума. - Пущино, 2005. - Т.2. - С. 60-62.

5. Жужжалова Т.П. Совместное влияние различных доз удобрений и Ретарданта 577 на урожайность стевии в условиях ЦЧР / Т.П. Жужжалова, Г.К. Подпоринова, М.В. Зимин // Интродукция нетрадиционных и редких растений: Материалы VI международной научно-практической конференции (24-27 мая 2006 года). - Белгород, 2006. - С. - 30-32.

6. Жужжалова Т.П. Изменение химического состава стевии при возделывании в ЦЧР // Т.П. Жужжалова, Г.К. Подпоринова, М.В. Зимин // Интродукция нетрадиционных и редких расте...