CC BY
34
ISSN 2412-608Х. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (170), 2017
УДК 635 132.631.811
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДУКТИВНОСТИ КОРИАНДРА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
С.С. Бабанина,
кандидат сельскохозяйственных наук
Л.С. Мемишева,
научный сотрудник
Н.С. Бабанов,
младший научный сотрудник
Г.Д. Кравченко,
младший научный сотрудник
ФГБУН «Научно-исследовательский институт
сельского хозяйства Крыма»
295453, РФ, Республика Крым, г. Симферополь,
ул. Киевская, 150
Тел.: (0652) 56-00-07
E-mail: [email protected]
Для цитирования: Бабанина С.С., Мемишева Л.С., Бабанов Н.С., Кравченко Г.Д. Формирование структурных элементов продуктивности кориандра в зависимости от метеорологических условий // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. - 2017. -Вып. 2 (170). - С. 70-75.
Ключевые слова: кориандр, продуктивность, массовая доля эфирного масла, сбор эфирного масла, метод k-средних, кластер.
Исследования проведены в 2015-2016 гг. в НИИСХ Крыма на 127 образцах кориандра посевного с целью определения формирования структурных элементов сбора эфирного масла в зависимости от условий выращивания. Выделено три кластера: высоко-, средне- и низкопродуктивный по сбору эфирного масла. Установлено, что сбор масла зависит в большей мере от урожайности (r = 0,90) и в меньшей - от массовой доли эфирного масла (r = 0,25). Выделены образцы как со стабильным типом формирования сбора эфирного масла, так и те, которые в неблагоприятных условиях могут сохранять принадлежность к высокопродуктивному кластеру за счет изменения типа формирования, - это образцы 30031, 30051, 30052, 30065, 30067, 30097, 30098, 10139, 30425, 30439, 30508, 30558, 30577, 30580, 30618, 30650. Также выделены образцы (30606, 30615, 30628, 30629,
30647, 30653, 330655), которые отзываются на улучшения условий окружающей среды (при улучшении погодных условий переходят в 1 -й кластер). Сделано заключение о необходимости создания сортов нового поколения, которые в разные погодные условия смогут обеспечить стабильно высокий сбор масла.
UDC 635 132.631.811
Formation of structural elements of coriander
productivity under different weather conditions.
Babanina S.S., PhD in agriculture
Memisheva L.S., researcher
Babanov N.S., junior researcher
Kravchenko G.D., junior researcher
Research Institute of Agriculture of Crimea 150, Kievskaya str., Simferopol, 295493, Russia Tel.: (0652) 560-007 E-mail: [email protected]
Key words: coriander, productivity, weight fraction of essential oil, yield of essential oil, k-means cluster.
The researches were conducted in 2015-2016 in Research Institute of Agriculture of Crimea. The purpose of the researches was to determine the formation of structural elements of the essential oil yield depending on the cultivation conditions. There were used 127 samples of coriander. There were allocated three clusters on essential oil yield: high-, medium-, and low productive. It was found out that the oil yield depended largely on the yield (r = 0.90) and a less -on weight fraction of essential oil (r = 0.25). The samples both with a stable type of formation of essential oil yield and samples which can keep their high productivity by changing their type of formation under the adverse conditions were selected, they are: 30031, 30051, 30052, 30065, 30067, 30097, 30098, 10139, 30425, 30439, 30508, 30558, 30577, 30580, 30618, and 30650. Also there were allocated samples (30606, 30615, 30628, 30629, 30647, 30653, and 330655) which are responsive to the improvement of environmental conditions (under improved weather conditions they increased to the first cluster). The researches proved the necessity of development of new varieties which under the different weather conditions will be able to provide a stable yield of oil.
Введение. Кориандр посевной (Coriand-rum sativum L.) - одно из наиболее распространенных эфиромасличных растений. Эфирное масло кориандра и особенно его основной компонент лина-лоол - чрезвычайно важное сырье для парфюмерно-косметического производст-
ва. Линалоол обладает бактерицидными и фунгицидными свойствами, поэтому эфирное масло кориандра используется в производстве пищевых и фармацевтических продуктов в качестве консерванта [1].
Содержание эфирного масла в плодах кориандра варьирует от очень низкого до высокого - от 0,03 до 2,70 % [1]. В отделе эфиромасличных и лекарственных культур ФГБУН «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма» (НИИСХ Крыма) созданы сорта кориандра, у которых массовая доля эфирного масла достигает 2,64-2,73 %: Силач, Янтарь, Медун и др. [2].
В начале селекционной работы с любой сельскохозяйственной культурой, в том числе и кориандром, необходимо собрать информацию о генетической изменчивости признаков исходного материала, на которые ведется селекция, с целью возможности проводить дальнейший отбор и создавать конкурентоспособные сорта [3; 4].
Неустойчивые погодные условия, наблюдаемые в последние годы в Крыму, влияют на нестабильность получения урожаев. Поэтому актуальным остается вопрос идентификации исходного селекционного материала с разными типами формирования продуктивности, результатом которой будет создание сортов, адаптированных к неблагоприятным погодным условиям региона.
Формирование продуктивности растений кориандра состоит из нескольких этапов, так называемых критических периодов развития растений. Реализация каждого из этих этапов требует оптимальных условий роста растений. В зависимости от того, на каком из этапов действует стрессовый фактор, запускаются различные механизмы противодействия стрессу, могут приводиться в действие компенсаторные механизмы, что приводит к изменению пути формирования продуктивности, что было показано на других культурах [5]. Поэтому разнообразие типов формирования про-
дуктивности и создает многообразие исходного материала для селекции.
Цель исследования - определение формирования структурных элементов продуктивности кориандра в зависимости от условий выращивания.
Материалы и методы. Исследования проводили в 2015-2016 гг. на опытных полях ФГБУН «НИИСХ Крыма» в рамках научного севооборота института в с. Крымская роза Белогорского района Республики Крым.
Материалом для исследований были 127 образцов коллекции кориандра посевного института.
Почва опытной делянки - предгорный карбонатный чернозем, тяжело-суглинистый по механическому составу, на делювиальных глинах, с содержанием гумуса в пахотном горизонте до 3,4 % [6].
Климат зоны исследований умеренно-континентальный. Опытный участок расположен в четвертом верхнем предгорном, теплом, недостаточно влажном агроклиматическом районе Крыма [7] .
Погодные условия 2015 г. для развития растений кориандра в весенний период в целом были благоприятными, с умеренным температурным режимом и регулярными осадками. Апрель характеризовался пониженным температурным режимом -8,9 °С, количеством осадков 37 мм, или 109 % от месячной нормы. Дефицит осадков в первой половине мая был компенсирован обильными осадками в третьей декаде (сумма осадков за месяц 122 мм, или 359 % от нормы). Значительные осадки конца весны - начала лета были неблагоприятными для накопления эфирного масла в плодах кориандра, что привело к снижению его сбора (табл. 1).
Таблица 1
Термические условия и режим осадков в период вегетации кориандра в 2015-2016 гг.
Месяц Температура, °С Осадки, мм
средне-многолетняя 2015 г. 2016 г. среднемноголетние 2015 г. 2016 г.
Апрель 9,9 8,9 12,9 34 37 58
Май 15,1 15,5 15,3 34 122 100
Июнь 19,5 19,6 21,4 58 127 68
Июль 22,3 22,1 23,4 47 38 38
Август 22,0 23,4 24,7 52 15 26
В 2016 г. погодные условия в весенний период для развития кориандра также были благоприятными, с оптимальным температурным режимом и регулярными осадками. Апрель характеризовался повышенным температурным режимом (отклонение от среднемноголетних величин +3 °С), с количеством осадков 58 мм, или 171 % от месячной нормы. В мае также было значительное превышение нормы -100 мм, или 294 %.
Посев ярового кориандра в оба года исследования был проведен в оптимальные для культуры сроки (в 2015 г. - 13 апреля, в 2016 г. - 29 марта). Площадь учетной делянки 0,72 м , повторность - трехкратная.
Определение урожайности и составляющих продуктивности проводили согласно методическим указаниям, разработанным во ВНИИЭМК [8].
Оценивали количество плодов в центральном зонтике, в зонтике первого порядка, массу 1000 плодов, продуктивность (масса плодов с растения), урожайность, массовую долю эфирного масла, сбор эфирного масла. Содержание эфирного масла в сырье определяли методом гидродистилляции [9].
Результаты оценивали с помощью дисперсионного анализа [10] и кластерного анализа методом к-средних (стандартизированные данные) [11].
Результаты и обсуждение. В результате исследований установлено, что выборка образцов кориандра коллекции НИИСХ Крыма представлена образцами с достаточно широким диапазоном изменчивости основных биологических и хозяйственных признаков и различными вариантами их сочетания (табл. 2).
Выпадение 68 мм осадков (или 117 % от среднемноголетнего показателя) в конце весны - начале лета (табл. 1) негативно отразилось на накоплении эфирного масла. Последовавшее в июле повышение температуры и установившаяся сухая погода несколько улучшили ситуацию (табл. 2). 72
Изучение изменчивости признаков с помощью коэффициента вариации показало, что статистически значимых различий по норме реакции изучаемых признаков в зависимости от года испытания не выявлено. Однако фактические значения всех признаков были выше в более благоприятных условиях 2016 г. по сравнению с 2015 г.
Коэффициент вариации - это показатель изменчивости признака, который не зависит от единиц измерения, поэтому удобен для сравнительной оценки различных статистических совокупностей. При величине коэффициента вариации до 10 % изменчивость оценивается как слабая, 11-25 % - средняя, более 25 % -сильная [12].
Таблица 2
Основные структурные элементы продуктивности образцов кориандра
НИ ИСХ Срыма
Количество Мас-
плодов Масса Про- совая
Признак в зонтике, шт. 1000 дук- доля Сбор
Год централь-ном первого порядка плодов, г тив-ность, г/раст. эфирного масла, % масла, г/м2
2015 39,86 34,06 6,68 1,19 1,20 0,42
2016 43,58 32,37 5,38 2,07 1,29 1,08
min 2015 21,00 15,25 3,52 0,02 0,89 0,02
2016 24,20 14,00 3,77 0,30 0,90 0,04
max 2015 64,31 52,95 9,27 4,92 2,20 1,16
2016 70,00 49,80 8,10 6,10 2,60 2,26
V, % 2015 15,68 19,82 15,19 67,41 13,26 55,47
2016 19,44 20,37 12,99 43,01 27,23 41,71
НСР05 2015 1,52 1,65 0,25 0,20 0,03 0,06
2016 13,70 10,45 0,30 1,69 0,22 0,76
Изменчивость по массе 1000 плодов, количеству плодов в центральном и зонтиках первого порядка в оба года изучения определена как средняя. Для наиболее интересующих селекционеров признаков - продуктивность и сбор масла -изменчивость определена как сильная. По массовой доле эфирного масла в 2015 г. установлена средняя изменчивость, а в 2016 г. - сильная. Такие высокие коэффициенты вариации мы объясняем разнообразием образцов коллекции кориандра, их генетическими особенностями, кото-
рые детерминируют механизмы, влияющие на адаптивный потенциал образцов.
Для определения механизмов формирования продуктивности коллекционных образцов кориандра проведена кластеризация методом к-средних по признаку сбор эфирного масла и его составляющих за два года испытания. Выделено три кластера в зависимости от уровня сбора эфирного масла образцов кориандра: высоко- (кластер 1), средне- (кластер 2) и низкопродуктивный (кластер 3) (рис. 1, 2).
£
---------
1 1 | 3 1 1 1 2 6 г. „ г >■ а ^ * Я & = ; -е-£ —
- Кластер 1 - -о-- Кластер 2
Рисунок 1 - Типы формирования сбора эфирного масла в разрезе компонентных признаков, 2015 г.
Рисунок 2 - Типы формирования сбора эфирного масла в разрезе компонентных признаков, 2016 г.
Сбор эфирного масла в большей мере определялся урожайностью образцов (ко-
эффициент корреляции г = 0,97 в условиях 2015 г. и г = 0,85 в условиях 2016 г.). Зависимость сбора эфирного масла от массовой доли эфирного масла была слабая в оба года исследования (г = 0,20 в условиях 2015 г. и г = 0,29 в условиях 2016 г.). Тем не менее наблюдалась тенденция к усилению влияния массовой доли эфирного масла на сбор эфирного масла в условиях, способствующих его накоплению: жаркая и сухая погода в период формирования плодов. Подобные погодные условия сложились и в 2016 г.
Высокая продуктивность, в свою очередь, в 2016 г. сформировалась за счет большего количества плодов на растении на фоне низкой массы 1000 плодов. Это связано с жаркими погодными условиями во время формирования плодов, которые благоприятно повлияли на увеличение массовой доли эфирного масла, но в тоже время отрицательно сказались на массе 1000 плодов. В 2015 г. оба эти признака имели средний уровень проявления (рис. 1 и 2).
Анализ разных типов формирования сбора эфирного масла показал соответствие кластеров 1, 2, 3, в 2015 г. кластерам 2, 3, 1 в 2016 г.
За два года испытания 38, или 30 % образцов сохранили принадлежность к кластеру (типу).
По сбору эфирного масла 16 образцов, или 13 %, сохранили принадлежность к первому высокоурожайному кластеру -30031, 30051, 30052, 30065, 30067, 30097, 30098, 10139, 30425, 30439, 30508, 30558, 30577, 30580, 30618, 30650. Показатели продуктивности и массовой доли эфирного масла у перечисленных образцов были на среднем уровне. 42 образца, или 33 %, изменили кластер, но при этом сохранили тип формирования сбора эфирного масла (кривая на графиках имеет одинаковую по двум годам форму).
Наибольшая массовая доля эфирного масла (более 2 %) в благоприятных условиях 2016 г. отмечена у сортов, занесенных в Государственный реестр селек-
ционных достижений, допущенных к использованию - это сорта Ранний (2,13 %), Янтарь (2,18 %), Силач (2,37 %). Однако по сбору эфирного масла эти сорта вошли в основном во второй кластер, так как ранее мы уже отмечали наибольший вклад в проявление этого признака именно продуктивности, которая у этих сортов находилась на среднем уровне, а не массовой доли эфирного масла. В экстремальных дождливых условиях 2015 г. массовая доля эфирного масла у всех сортов составила 1,18 % на фоне средней или даже низкой продуктивности.
Таким образом, интересными для селекции могут быть как образцы со стабильным типом формирования сбора эфирного масла, так и те, которые в различных погодных условиях сохраняли принадлежность к высокопродуктивному кластеру, но изменяли тип его формирования - это 16 образцов, перечисленные выше. Наряду с этим интересны образцы, которые отзываются на улучшение условий окружающей среды (при благоприятных погодных условиях переходят в 1 кластер) - это образцы 30606, 30615, 30628, 30629, 30647, 30653, 330655. У перечисленных образцов средняя за два года продуктивность составила 2,11 г/раст., средняя массовая доля эфирного масла -1,40 %.
Выводы. Сделано предположение, что высокие коэффициенты вариации изученных признаков связаны с разнообразием образцов коллекции кориандра, их генетическими особенностями, которые детерминируют типы формирования этих признаков.
Выделено три кластера в зависимости от уровня сбора эфирного масла образцов кориандра - высоко- (кластер 1), средне-(кластер 2) и низкопродуктивный. Установлено, что сбор масла зависит в большей мере от урожайности (г = 0,90, в среднем за два года испытания) и в меньшей - от массовой доли эфирного масла (г = 0,25), поэтому необходимо вести параллельную селекцию на оба при-
знака. Показана тенденция к усилению влияния массовой доли эфирного масла на сбор эфирного масла в условиях, способствующих накоплению масла.
Установлено, что продуктивность кориандра достаточно полно определяется двумя ее составляющими - массой 1000 плодов и количеством плодов на растении. В благоприятных условиях (2016 г.) продуктивность формировалась за счет большого количества плодов на растении на фоне низкой массы 1000 плодов, что связано с жаркими погодными условиями во время формирования плодов. В 2015 г. оба эти признака имели средний уровень проявления по сравнению с 2016 г.
Показано, что интересными для селекции могут быть как образцы со стабильным типом формирования сбора эфирного масла, так и те, которые в благоприятные погодные условия могут сохранять принадлежность к высокопродуктивному (1) кластеру за счет изменения типа ее формирования - образцы 30031, 30051, 30052, 30065, 30067, 30097, 30098, 10139, 30425, 30439, 30508, 30558, 30577, 30580, 30618, 30650. Наряду с этим в селекционную работу также целесообразно включать образцы, которые отзываются на улучшение условий окружающей среды (при улучшении погодных условий переходят в 1 кластер) - это образцы 30606, 30615, 30628, 30629, 30647, 30653, 330655.
Список литературы
1. Shahwar M.K., A.H. El-Ghorab, F.M. Anjum, M.S. Butt, S. Hussain, M. Nadeem. Characterization of coriander (Coriandrum sativum L.) seeds and leaves: volatile and non volatile extracts // International Journal of Food Properties. - 2012. - No 15. - P. 736-747.
2. Невкрытая Н.В., Мишнев А.В. Современное состояние селекции и семеноводства эфиромасличных культур в Крыму // Труды Кубанского государст-
венного аграрного университета. - 2016. -№ 2 (59). - С. 287-296.
3. Dubley J.W., Moll R.H. Interpretation and use of estimates of heritability and genetic variances in plant breeding // Crop Science Journal. - 1969. - No 9. - P. 257-262.
4. Diederichsen A. Coriander (Coriandrum sativum L.). Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. 3. - Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben / International Plant Genetic Resources Institute. - Rome, 1996. - 83 р.
5. Китаёва С.С., Кириченко В.В., Чер-нобай Л.Н. Генетический анализ современных инбредных линий кукурузы харьковской селекции в системе топ-кроссных скрещиваний // Вестник Белорусской сельскохозяйственной академии. -2014. - № 3. - С. 98-101.
6. Половицкий И.Я., Половицкий И.Я., Гусев П.Г. Почвы Крыма и повышение их плодородия. - Симферополь: «Таврия», 1987. - 151 с.
7. Савчук Л.П. Климат предгорья Крыма и эфироносы. - Симферополь, 2006. - 76 с.
8. Селекция эфиромасличных культур: методические указания / Под ред. А.И. Аринштейн. - Симферополь, 1977. - 151 с.
9. Биохимические методы анализа эфирномасличных растений и эфирных масел / Под ред. А.Н. Карпачёвой. -Симферополь: ВНИЭМК, 1972. - 107 с.
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований): учебное пособие. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
11. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. - М.: Компьютер-пресс, 1998. - 276 с.
12. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: «Высшая школа», 1990. - 350 с.
References
1. Shahwar M.K., A.H. El-Ghorab, F.M. Anjum, M.S. Butt, S. Hussain, M. Nadeem.
Characterization of coriander (Coriandrum sativum L.) seeds and leaves: volatile and non volatile extracts // International Journal of Food Properties. - 2012. - No 15. - P. 736-747.
2. Nevkrytaya N.V., Mishnev A.V. Sovremennoe sostoyanie selektsii i semenovodstva efiromaslichnykh kul'tur v Krymu // Trudy Kubanskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta. - 2016. - № 2 (59). - S. 287-296.
3. Dubley J.W., Moll R.H. Interpretation and use of estimates of heritability and genetic variances in plant breeding // Crop Science Journal. - 1969. - No 9. - P. 257-262.
4. Diederichsen A. Coriander (Coriandrum sativum L.). Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. 3. - Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben / International Plant Genetic Resources Institute. -Rome, 1996. - 83 r.
5. Kitaeva S.S., Kirichenko V.V., Chernobay L.N. Geneticheskiy analiz sovre-mennykh inbrednykh liniy kukuruzy khar'-kovskoy selektsii v sisteme topkrossnykh skreshchivaniy // Vestnik Belorusskoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. - 2014. -№ 3. - S. 98-101.
6. Polovitskiy I.Ya., Polovitskiy I.Ya., Gusev P.G. Pochvy Kryma i povyshenie ikh plodorodiya. - Simferopol': «Tavriya», 1987. - 151 s.
7. Savchuk L.P. Klimat predgor'ya Kryma i efironosy. - Simferopol', 2006. - 76 s.
8. Selektsiya efiromaslichnykh kul'tur: metodicheskie ukazaniya / Pod red. A.I. Arinshteyn. - Simferopol', 1977. - 151 s.
9. Biokhimicheskie metody analiza efirnomaslichnykh rasteniy i efirnykh masel / Pod red. A.N. Karpachevoy. - Simferopol': VNIEMK, 1972. - 107 s.
10. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy): uchebnoe posobie. - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 s.
11. Borovikov V.P. Populyarnoe vvedenie v programmu STATISTICA. - M.: Komp'yuter-press, 1998. - 276 s.
12. Lakin G.F. Biometriya. - M.: «Vysshaya shkola», 1990. - 350 s.
