CC BY
116
ssp. elatius - его концентрация превышает 30 %. Поэтому Выводы. Оценка современных сортов гороха, гре-
приоритетным направлением селекции следует считать чихи и проса по признакам качества зерна показала
создание высокобелковых сортов гороха. что, высоким содержанием белка отличаются сорта
Целенаправленная селекция гречихи на высокое гороха Спартак (24,9 %) и Мультик (24,1 %). Наиболее
содержание белка также не проводится хотя у со- крупные семена имеют сорта Темп (264 г), Фараон
временных сортов оно находится на уровне (261 г), Спартак (248 г) и Батрак (233 г).
14,5...16,0 %. Поэтому изучение полиморфизма гре- Современные сорта гречихи отличаются высокой
чихи по содержанию белка для ведения селекцион- крупностью крупы (до 80,7 %) и характеризуются высо-
ной работы также актуально. ким содержанием белка (14,5.16,0 %).
Концентрация белка в просе меньше, чем в горохе. Масса1000 зерен современных сортов проса
Однако по содержанию метионина (3,3 %) и триптофана равна 6,7...8,9 г, содержанием белка в крупе -
(1,5 %) крупа проса богаче зерна гороха в 5,5 и 1,5 раза 11,5.13,6 %. Лептодермальный сорт проса Альба
соответственно [6]. В сравнении с белком гречихи проте- вместе с низкой пленчатостью (7,2 %) отличается
ин проса содержит больше лейцина, треонина и метио- наибольшим выходом пшена (84,0 %).
нина. Крупа сортов проса, внесенных в реестр в 1992- Приоритетным направлением селекции гороха и
2009 гг. и проходящих государственное испытание, со- гречихи следует считать создание сортов с высоким
держит 11,5.13,6 % белка (см. табл. 3). содержанием белка.
Литература.
1. Вишнякова МЛ. Коллекция зерновьх бобовых культур ВИР как источник исходного материала для актуальных и перспективных направлений селекции// Селекція і насінництво. Міжвідомчий тематичный науковый збірник. Харків. - 2005. - С.75-83.
2. Ермаков A.И. Методы биохимических исследований растений. - Л.: 1987. - 553с.
3. Методика оценки технологических свойств гречихи в процессе селекции. - Орел, 1979. - 32с.
4. Методические материалы Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. Вып. 3-4. - М.: 1972. - 55с.
5. Метод определения сырого белка в зерне и зернопродуктах пищевого и кормового назначения. Стандарт ICC №105/1. Утвержден: 1980 г. // Стандартные методы. Международное общество по химии зерна (ICC). -Вена. -Издательство Moritz Schcifer.
6. Задорин A.M., Шелепина Н.В., Шумилин П.И. биохимическая оценка сортов зернобобовых и крупяных культур нового поколения // Материалы докладов 1-ой Российской научно-практической конференции “Aктуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов". Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. - 2001. - №5. - Регистрационный код публикации 1vr50.
7. Burstin J., Duc G. Protein content and protein composition of pea seeds. The relationship between protein content and protein composition of pea seeds // Grain Legumes. - 2007.
GRAIN QUALITY OF LEGUMES AND GROAT CROPS VARIETIES PRODUCED BY VNIIZBK V.I. Zotikov, S.V. Bobkov, L.N. Varlakhova
Summary. New cultivars of pea, buckwheat, proso millet were characterized on grain quality. New varieties of soybean obtained in GNU VNIIZBK have 37-39,3% protein content in seeds. Selection of new varieties of pea has a high yield as the main priority. Obtaining of new varieties with high protein content is main direction of pea selection. Groat of modern buckwheat varieties is characterized by relatively high (14,5-16,0%) protein content. Attention should be paid on protein content polymorphism in buckwheat and selection of buckwheat varieties with high level of protein. New varieties of proso millet have in groat 11,5-13,6% protein.
Key words: pea, soybean, buckwheat, proso millet, grain quality, protein.
УДК 635.21:635.073: 631.81.033
УПРАВЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЕМ КРАХМАЛА В КАРТОФЕЛЕ
A.В. КОРШУНОВ, член-корреспондент PACХН, главный научный сотрудник
Г.И. ФИЛИППОВA, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
H.A. ГAИТОВA, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ВНИИ картофельного хозяйства Л.Н. КУТОВЕНКО, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Р^ЗУ
E-mail: [email protected]
Резюме. Показаны физиолого-биохимические изменения и связи, определяющие накопление крах-Достижения науки и техники АПК, №11-2010 __
мала в клубнях картофеля. С использованием радиоизотопа С14О2 проанализированны данные по накоплению углеводов в листьях, скорости их оттока в клубни, синтетической и расщепляющей деятельности ферментов в органах растений, содержанию крахмала в клубнях в зависимости от сочетаний удобрений. Обоснованно положение о необходимости внесения доз фосфора на уровне не ниже азота. Даны рекомендации по оптимальным сочетаниям макроудобрений, обеспечивающим компромиссное решение между величиной урожая и крахмалитос-тью клубней для дерново-подзолистых супесчаных и суглинистых почв, серых лесных, тофяников, черноземов на богаре и при орошении.
Ключевые слова: удобрения, сорт, орошение, ас------------------------------------------- 19
симиляты, синтетическая и расщепляющая деятельность ферментов, отток углеводов, радиоизотопы, крахмал.
Среди пищевых веществ клубней картофеля крахмал занимает ведущую роль. Он составляет 70.80 % сухой массы клубня или 95.99 % всего количества накапливаемых углеводов [1]. Однако согласно данным бывшего Министерства пищевой промышленности, если прежде для получения 1 т крахмала использовали 6,5 т картофеля, то теперь - 8 т. Среди причин такой ситуации можно назвать организационные и финансовые упущения; использование высокоурожайных сортов, с низкой крахмалистостью; грубые нарушения в использовании органических и минеральных удобрений; недостаточное применение микроэлементов и др. В постперестроечные годы сырьевые зоны заводов по переработке картофеля на крахмал оказались разрушенными. Раньше для этих предприятий выращивали сорта с крахмалистостью 20.22 % (Вольтман, Темп и др.), затем большее распространение получили высокоурожайные сорта среднеранней и среднеспелой групп спелости с содержанием крахмала 12.14 %. К тому же прекратила существование и система государственной поддержки производства высококрахмалистого сырья, когда за каждый тонно-процент крахмала сверх базисной величины поставщику доплачивали 7 руб. СССР (более 1 долл. США).
Не менее остро стоит вопрос рационального применения минеральных удобрений. Нередко в первую очередь в личных подсобных хозяйствах имеют место случаи азотного перекорма в результате внесения, как органических (птичий помет, неперепревший навоз), так и минеральных удобрений; несбалансированного применения основных элементов питания, особенно азота и калия без достаточного фосфорного удобрения. Кроме того, практически полностью отсутствуют микроудобрения.
При систематическом удобрении происходят изменения свойств почвы как в положительную, так и в отрицательную стороны [2]. А это прямо влияет на физиолого-биохимические изменения в растении, ферментативную деятельность, накопление углеводов, распределение и отток их в различные органы, в том числе и в запасающие. Выявление при этом эффектов отдельных элементов питания, их взаимодействия между собой, а также с другими приемами на динамику крахмалонакопления подводит исследователей и агрономов к более осознанному подбору сочетаний макро- и микроудобрений, наиболее положительно влияющих на урожайность и крахмалонакопление. Агроному, фермеру и крестьянину при выборе тех или иных приемов следует обеспечивать компромисс между достижением наибольшего урожая и получением лучшей крахмалистости клубней с сопряженным с нею - более низким содержанием нитратов [9, 13].
В связи с тем, что качество клубней сильно изменяется в зависимости от доз и сочетания удобрений, а требования к нему определяются целями, для которых выращивают картофель, во многих странах разрабатываются специальные рекомендации. Например, в ГДР под столовый и семенной картофель бесподстилочный навоз использовали в количестве, покрывающем 50 % общей потребности в азоте (под
столовый - около 70 кг/га, под семенной 50.60 кг/ га), а под кормовой и технический - 100 % [4].
В Центральной Европе с более продолжительным периодом вегетации, чем в России, используют нормы удобрений, в которых дозы фосфора равны или заметно превосходят таковые для азота:
под ранний - М140.160Р120.160К160.240;
под столовый - ^80.140Р120.160К160.240;
под семенной - ^0.120Р120.160К160.240 [5].
Цель нашей работы - на основе анализа и обобщения результатов многолетних исследований в длительном и серии краткосрочных опытов подготовить научно-обоснованные рекомендации по управлению содержанием крахмала в клубнях, обеспечивающие компромиссное решение с величиной урожайности.
Для достижения поставленой цели решали следующие задачи:
проанализировать изменения в образовании первичного крахмала в листьях;
проследить соотношения гидролизирующей и синтетической деятельности а-глюканфосфорила-зы и фосфорилазы;
с помощью радиоактивной метки С14О2 выявить различия по скорости оттока ассимилятов из листьев, распределение их по органам растений и в особенности выявить интенсивность поступления в клубни;
установить изменения крахмалистости клубней в динамике;
вычленить роль отдельных элементов питания в крахмалонакоплении и на этой основе дать теоретическое обоснование для установления оптимальных сочетаний удобрений.
Условия, материалы и методы. В длительном опыте на дерново-подзолистой суглинистой почве (Московская область) удобрения вносили в 8-иполь-ном севообороте ежегодно N (по вариантам) - от 50 до 100 кг, Р2О5 - от 75 до 150 кг, К2О - от 60 до 120 кг д.в. на 1 га; навоз из расчета 10 т/га пашни севооборота (сорт Любимец).
Серию краткосрочных опытов на богаре и при орошении проводили на дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почвах, торфяниках, выщелоченных черноземах Среднего Поволжья и ЦЧП (сорта - Лорх, Любимец, Волжанин, Гатчинский). Их осуществляли по полной и сокращенной схемам факториального эксперимента с широким размахом доз [7, 10].
Содержание крахмала в клубнях определяли по методу Эверса; сахаров и их состав в листьях и клубнях - по методу Починка.
Об активности синтезирующей а-глюканфосфо-рилазы и гидролитической фосфорилазы судили по содержанию органического фосфора [3].
Определение интенсивности фотосинтеза и оттока ассимилятов из листьев проводили с помощью радиоактивного С14 по методу Жолкевича модифицированному в НИИ картофельного хозяйства [6].
Действие различных систем минеральных удобрений на накопление крахмала и их влияние на передвижение ассимилятов в растениях картофеля, а также на физиолого-биохимические показатели, связанные с направленностью ферментативных превращений крахмала в листьях и клубнях, мы определяли параллельно. Это дает возможность установить связь биохимических показателей с изме-__ Достижения науки и техники АПК, №11-2010
нениями интенсивности и направленности передвижения органических веществ, а также воздействие систем удобрений на отток ассимилятов.
Интенсивность оттока ассимилятов из листьев в клубни определяли по радиоактивности органов растений спустя 24 и 72 ч после метки листьев изотопом С1402. За это время часть ассимилированного радиоуглерода С14 успевала переместиться и в клубни, что дало возможность делать определенные заключения об интенсивности и направленности передвижения ассимилятов.
Результаты и обсуждение. Полученные данные свидетельствуют о том, что наивысшая радиоактивность клубней отмечена при усиленном фосфорном
Таблица 1. Крахмалистость картофеля, процессы накопления углеводов и интенсивности их оттока из листьев в клубни в зависимости от систем удобрений, длительный (с 1959 г.) опыт
Вариант Интенсивность передвижения меченных С1402ассимилятов Соотношения Содержание крахмала в клубнях (уборочная проба), %
оттока углеводов из листьев через сутки поступления углеводов в клубни от оттекших синтез/гидр олиз (в листьях) крахмал/гидролиз в клубнях
начало усыхания листьев при уборке
Nl0oP75Keo 32,3 50,7 1,35 12,6 38,3 15,32
NsoPisoKeo 28,7 86,3 1,62 18,1 64,6 17,61
N50P75K120 26,4 56,2 1,48 13,7 58,4 16,41
N5OP75K0O
(контроль) 30,3 75,2 1,57 16,9 59,8 17,29
NiooPisoKeo - - - 15,8 50,4 16,60
N100P75K120 30,6 59,3 1,28 12,9 34,8 15,70
N50P150K120 - - - 17,1 60,6 16,55
Навоз+
N100P1C0K120 33,8 56,7 1.4 14,2 40,3 16,13
N1C0P150K120 - - - 13,2 40,6 15,97
Навоз*
N6OP75K0O - - - 14,0 48,1 16,24
НСР<* 0,35...0,48
100' УбКео) “ 1049 тыс.имп./г. В 75Кво) она составила 2830 тыс.имп.— повышенном полном удобрении
удобрении (^Р^Кад) - 3436 тыс.имп.-мин/1 г сухого вещества, а наименьшая в варианте с усиленным азотным питанием (М4ЛЛР. контроле (МмР мин, а при (М1ооР15оК12о +навоз) - 2657 тыс.имп. мин.
Увеличенные нормы удобрений в целом усиливали интенсивность оттока ассимилятов из листьев. Так, на фоне ^^Р^К^ + навоз через 24 ч после метки он составил 33,8 %, а через 72 часа - 83,9 %; М^Кво - 32,3 и 82,2 % соответственно, в контроле - 30,3 и 78,0 % (табл. 1).
Однако главным в накоплении крахмала картофелем была не столько способность листьев образовывать органическое вещество, а то в какой степени клубни смогли поглощать поступающие углеводы и откладывать их в форме крахмала. Поэтому особую значимость представляет изучение влияния удобрений на указанные процессы. По нашим данным, увеличение дозы азота в системе полного удобрения замедляет интенсивность поступления ассимилятов в клубни, на которые в этом случае приходится лишь 50,7 % от общего оттока из листьев. В варианте с усиленным азот-но-калийным питанием (М^Р^К^) интенсивность поступления ассимилятов также была невысокой (59,3%), а при удвоенной дозе всех видов удобрений (N100^50*120) она составляла 56,7 %. Иными словами, значительная часть углеводов, оттекающих из листьев, шла на новообразования надземной части. Достижения науки и техники АПК, №11-2010 —
В контроле интенсивность поступления ассимилятов в клубни была выше (75,2 %), а самой высокой среди изученных вариантов (86,3 %) она оказалась при усиленной дозе фосоора (М^Р^К^). В итоге содержание крахмала в клубнях в двух последних случаях составило 17,3...17,6 %, против 15,3...16,4 % при других дозах.
Накопление простых углеводов и крахмала определяется направленностью ферментативных процессов. Поскольку каждый фермент находится в живой клетке в гидролизирующем и синтезирующем состоянии, их соотношение определяет направленность ферментативного состояния ткани или органа, которое можно сместить с помощью ряда агроприемов.
По нашим данным, направленность ферментативного действия зависит от вида удобрений. Так, в фазе начала отмирания листьев, когда наблюдается усиленный отток ассимилятов в клубни, синтезирующая активность остается на том же уровне, как и в фазе цветения, а гидролитическая заметно снижается. Таким образом, создаются благоприятные условия для накопления крахмала в клубнях и соотношение синтез/ гидролиз возрастало в контроле с 1,28 до 1,57, а при усиленном фосфорном питании - до 1,62. При этом в случае усиленного азотном или азотно-ка-лийного питания оно находилось на уровне соответственно 1,35 и 1,28 в основном из-за уменьшения синтезирующей активности а-глюканфосфорилазы. При удвоенной дозе минеральных удобрений совместно с навозом (М100Р150К120+навоз) отрицательное действие азота на ферментативную деятельность несколько сглаживалось в результате превышения доли фосфора в удобрении над азотом, а соотношение синтез/гидролиз составляло 1,40.
Таким образом, фосфорные удобрения, изменяя активность ферментов способствуют образованию транспортабельных форм углеводов в листьях и синтезу крахмала в клубнях. При усиленном же азотном или азотно-калийном питании наблюдается противоположная картина.
Увеличение нормы азота в системе полного удоб-
Таблица 2. Эффективность Ы, в пол-
ном удобрении (по разности) на накопление крахмала в клубнях (% от сырой массы), длительный с 1959 г.) опыт
Время взятия пробы ±к фону
от азота (фон-РК) от фосфо-pa®on-NK) II si от NPK
Бугснизация -0,59 40,42 40,18 -0,47
Цветение -0,84 40,42 40,08 4<*18
Начато оти-
рания ботвы -1,36 +1,45 -Q40 -1,09
Vtjopra -1,64 4-1,43 -0,30 -0,59
рения (^00Р75К60) приводило к снижению крахмалистости клубней в течение всей вегетации, причем отрицательное влияние возрастало по мере развития растения и роста клубней. Если в фазе бутонизации снижение крахмалистости составляло 0,59 %, в фазе цветения — 0,84 %, то в фазе начала отмирания ботвы - 1,36 %, а к моменту полной зрелости клубней - 1,64 % (табл. 2).
Отрицательное действие азотных удобрений проявляется и на фоне повышенных доз калия, при низкой норме фосфора (вариант ^00Р75К120). Содержание крахмала в этом случае было меньше, чем в контроле и близко к варианту М100Р75К60.
Усиленное фосфорное питание положительно влияло на накопление крахмала. Превышение нормы этого элемента в системе полного удобрения увеличивало содержание крахмала в клубнях уже в фазе бутонизации (+0,42 %), а по мере роста и развития картофеля его положительное действие возрастало. В фазе начала отмирания ботвы эффект от фосфора составил +1,45 %, а ко времени полной зрелости клубней - +1,43 %.
Положительное влияние фосфора на крахмалистость клубней отмечается на фоне повышенных доз азота (Ы100Р150К60, по сравнению с ^00Р75К40) - в фазе бутонизации +0,38 %, в фазе цветения +0,30 %, в начале отмирания ботвы +0,75 % и во время уборки клубней +1,28 %; калия ^50Р150К120, по сравнению с М50Р75К120) - в фазе цветения +0,18 %, в период начала отмирания ботвы +0,38 %, а также азота и калия
(^100Р150К120’ по сравнениЮ С Ию0Р75К60) - в° время
уборки клубней +0,65 %.
В накоплении крахмала клубнями картофеля, несомненно, высока и значительна роль влагообес-печенности почвы. По результатам исследований,
проведенных во ВНИИКХ с различными уровнями влажности почвы и внесенных удобрений применительно к дерново-подзолистой супесчаной почве, выявлено, что при поддержании влажности на уровне 75.85 % от ППВ содержание крахмала в клубнях оказалось выше, чем при 35.45 % от ППВ, на
0,52.2,48 % (в зависимости от уровня минерального питания).
Выводы. Таким образом, целью снижения негативного действия возрастающих доз удобрений необходимо строго соблюдать оптимальные соотношения минеральных элементов, не допуская уси-ленния одностороннего азотного или азотно-калийного питания; доля фосфора в полном удобрении должна быть выше уровня азота, который в свою очередь не должен превышать установленных предельных величин. В частности, можно рекомендовать следующие дозы и соотношения:
на дерново-подзолистой суглинистой почве на фоне торфо-перегнойного компоса - Ы30 (соотношение Ы:Р:К = 1:5:5), при орошении и без навоза -N90.135 (1:1,3...2:1,3...1,5);
на дерново-подзолистой, окультуренной супесчаной почве при орошении без навоза -^50(1:1,2:1.1,2), на фоне бесподстилочного навоза- ^5.90 (1:2,5:1,5);
на торфяно-болотной почве с регулируемым уровнем грунтовых вод - ^0 (1:2...5:4);
на выщелоченных черноземах Среднего Поволжья на фоне навоза - ^0 (1:1,33.2,33:1.1,8), при
орошении - N„
5(1:1,3.1,6:1,2.1,3);
на выщелоченных черноземах ЦЧЗ на богаре в сочетании с бесподстилочным навозом - ^0 60 (1:3...6:1,5...2); при орошении без навоза - ^0 (1:2,3:1,3).
Литература.
1. Прокошев С.М. Биохимия картофеля. - М.: Изд-во АН СССР. - 1947. - С. 10-45
2. Авдонин Н.С. Почвы, качество растениеводческой продукции. - М.: Колос. - 302 с.
3. Ярош Н.П., Ермаков А.И., Арасимович В.В. Определение активности ферментов. - В кн. Методы биологического исследования растений. Под ред. Ермакова А.И. - Л.: Колос, 1972, изд. 2-е. - С. 41-85.
4. Duben J., Yangerfeld E. // Kartoffelbau. - 1972. - 23 p.
5. Die Qualitatsbetonte Dungund der Kartoffel fur die industrielle Verwertung // Der kartoffelbau (BAD). - B. 34. - № 3. - 1983.
- S. 105-106.
6. Бацанов Н.С. Методика исследований по культуре картофеля. - М., 1967. - С.45-128.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: - Колос, 1979. 416 с.
8. Коршунов А.В. Картофель России. - М.: - Достижения науки и техники АПК, 2003. - Т.2. - С.137-189.
9. Коршунов А.В., Митюшкин А.В., Гаитова Н.А., Климанов В.К., Митюшкин А.В., Рахимов Р.Л. Эффективность лигно-гуматов и комплексного удобрения акварин-12 на культуре картофеля // Достижения науки и техники в АПК. - 2009. - №11.
- с.17-19.
10. Перегудов В.Н., Иванова Т.И. Проведение многофакторных опытов с удобрениями и математический анализ их результатов. - М. - 1976. 112 с.
11. ПочинокХ.Н. Методы биохимического анализа растений. - Киев: Наук. Думка, 1976. - С.116-121.
12. Сельское хозяйство России-М.: «Росинформагротех», 2009. - С.14-15.
13. Тагиров М.Ш. Хелаты - перспективный вид удобрений в картофелеводстве // Достижения науки и техники АПК. -2009. - №5 - с.33-36.
14. Успенский Е.М. Оценка качества картофеля на крупность зерна крахмала // Вестник с.-х. науки: Овощеводство и картофелеводство.- 1940. - Вып.5.
CONTROL OF STARCH CONTENT IN POTATO A.V. Korshunov, G.I. Filippova, N.A. Gaitova, L.N. Kutovenko
Summary. The physiological and biochemical changes and connections defining the starch accumulation in potato tubers are showed. Using the radioisotope С14О2 are analysed data on carbohydrates accumulation in leaves, speed of their movement in tubers, synthetic and decomposing enzyme activities in plant organs, the content of starch in tubers depending on the combination of fertilizers. The necessity for dose phosphorus application level not lower than nitrogen is reasoned. Recommendations on the optimal combination of macrofertilizers, ensuring compromise between yield and tuber starchiness for sod-podzoil sandy-loam and loamy, grey forest, peat, chernozem soils in dry-farming and irrigation, are given.
Key words: fertilizers, irrigation, assimilates, synthetic and decomposing enzyme activity, outflow of carbohydrates, radioisotopes, starch.
22 ________________________________________________________ Достижения науки и техники АПК, №11-2010
