doi: 10.15389/agrobiology.2022.1.44rus
УДК 633.39:581.1
Работа проведена при финансовой поддержке Департамента образования и молодежной политики Ханты-Мансийского автономного округа—Югры, в рамках проекта «Технологии выращивания и извлечения биологически активных соединений северных ягодных культур и лекарственных трав (ЮграБиоФарм)» Сургутского государственного университета и в рамках Госзадания № 0721-2020-0019.
НАКОПЛЕНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ
И ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ В ЛИСТЬЯХ ГАЛЕГИ (Galega
orientalis Lam.) СОРТА ГАЛЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА
ТРАВОСТОЯ И АГРОТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИНТРОДУКЦИИ
В ЗОНЕ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Е.А. МОИСЕЕВА1 ✉, И.В. КРАВЧЕНКО1, Л.Ф. ШЕПЕЛЕВА2,
Р.Х. БОРДЕЙ1
Продуктивность растений и накопление биологически активных веществе определяются комплексом сложных взаимодействий физиолого-биохимических процессов, экологических факторов и применяемых агротехнологий. Возможности широкого использования галеги восточной во многом обусловлены ее исключительной приспособляемостью к различным условиям окружающей среды и большим потенциалом урожайности. Несмотря на достаточно длительную историю интродукции G. orientalisкак кормовой культуры в разных регионах мира и в России, сведения об аккумуляции в ее зеленой массе фотосинтетических пигментов, витамина С и флавоноидов при адаптации к новым условиям произрастания немногочисленны, а для севера России полностью отсутствуют. Ранее мы впервые описали фенологические, эко-морфологические особенности и оценили фотосинтетический потенциал, продуктивность зеленой массы и семян у галеги восточной при выращивании в зоне Средней тайги Западной Сибири. В настоящей работе систематизированы полученные нами впервые данные о накоплении фотосинтетических пигментов, витамина С и флавоноидов в растениях галеги восточной в пункте интродукции. Цель исследования — охарактеризовать содержание этих соединений при адаптации к новым экологическим условиям при разных агротехнических приемах и в зависимости от возраста травостоя. Интродукционные исследования проводили в 2013-2015 годах на экспериментальном участке в поселке Барсово (Ханты-Мансийский автономный округ — Югра, Сургутский р-н, 61°15′00″ с.ш., 73°25′00″ в.д.) на сорте Гале. Растения выращивали с использованием гороха в качестве покровной культуры, в монокультуре с предпосевной обработкой семян микробиологическим препаратом Байкал-ЭМ1 (ООО НПО «ЭМ-Центр», Россия) и в монокультуре без обработки. Эффект сравниваемых агротехнических приемов (монокультура, монокультура с предпосевной обработкой семян микробиопрепаратом Байкал-ЭМ1, смешанный посев с горохом) при сравнении суммарного содержания хлорофиллов (Chl a + Chl b) в листьях проявился со 2-го года жизни растений. При обработке микробиопрепаратом в течение 2-го и 3-го года этот показатель был выше, чем в контроле (по фазам развития на 19-22 % и на 16-18 %), в смешанном посеве — снижался в конце 2-го года, но к концу 3-го года превысил контрольные значения на 33 %. В контроле содержание Chl a в листьях галеги восточной в год посева, на 2-й и 3-й годы жизни в среднем за вегетационный сезон составило 1,23±0,10; 1,29±0,12 и 1,32±0,14 мг/г сухой массы. В среднем за 2-й год при применении удобрения Байкал-ЭМ1 содержание Chl aв листьях возросло на 15 % в сравнении с контролем, при совместном посеве с горохом — оставалось в пределах контрольных значений (1,20±0,23 мг/г) (р≤≤ 0,05). В среднем за 3 года при применении микробиологического препарата значение Chl a/Chl b в листьях достоверно (р≤≤ 0,05) снизилось, что может указывать на повышение адаптивного потенциала растений, в бинарных посевах — осталось в пределах контрольных значений. Доля хлорофиллов (Chl a + Chl b), локализованных в светособирающих комплексах листьев, варьировала от 20 до 90 % от фенологи-ческой фазы, возраста травостоя и варианта опыта. В контроле, при инокуляии микробиопре-паратом и в смешанном посеве корреляция между Chl a/Chl b и долей хлорофиллов (Chl a + Chl b), локализованных в ССК, составила соответственно r= -0,83; r= -0,93 и r = -0,65. Сравниваемые агротехнические приемы не привели к статистически значимому изменению показателя Chl/Car у интродуцента. Тем не менее при инокуляции препаратом Байкал-ЭМ1 и в смешанном посеве с горохом накопление каротиноидов в листьях галеги восточной превышало таковое в контроле. В среднем за годы исследования по всем вариантам опыта накопление всех пигментов в листьях прямо коррелировало с ГТК. Содержание Chl b и каротиноидов оказалось слабее связано с температурным режимом региона, при этом первый показатель прямо коррелировал с количеством осадков за сезон, а для второго отмечали отрицательную корреляцию. При инокуляции препаратом Байкал-ЭМ1 содержание витамина С в листьях в 1-й и 2-й год жизни растений повышалось относительно контроля, к 3-му году — практически сравнялось с контрольными значениями, в бинарном посеве на 3-й год снижалось относительно контроля. Содержание флавоноидов в листьях при при-менении микробиопрепарата и в контроле на 3-й год (когда растения перешли к генеративному развитию) резко снизилось, тогда как в посеве с покровной культурой, где продолжалась виргинильная стадия — резкое возросло (в 1,6 раза по сравнению с предыдущими годами). В целом полученные данные свидетельствуют, что применение микробиологического препарата Байкал-ЭМ1 в большей степени способствовало адаптации растений галеги восточной 2-го и 3-го годов жизни к новым экологическим условиям.
Ключевые слова: пигменты фотосинтеза, витамин С, флавоноиды, Galega orientalis Lam., галега восточная, сорт Гале, интродукция, Байкал-ЭМ1.
E.A. Moiseeva1 ✉, I.V. Kravchenko1, L.F. Shepeleva2, R.Kh. Bordey1
Plant biomass production and accumulation of bioactive substances are determined by a complex of physiological and biochemical mechanisms, environmental factors and agrotechnologies. The use of Galega orientalis as a forage crop throughout the world is largely due to its unique environmental adaptability and a large yield potential. Despite the widespread use of forage G. orientalis around the world, research data on photosynthetic pigments, vitamin C and flavonoids in green mass of the plants under a new environment are scarce, and for the north of Russia, it is completely absent. Earlier, we were the first to describe the phenological, eco-morphological features and photosynthetic potential, the productivity of green mass and seeds of G. orientalis for the zone of the Middle taiga of Western Siberia. This paper systematizes our first data on the accumulation of photosynthetic pigments, vitamin C, and flavonoids in G. orientalis plants at the site of introduction. The study aimed to characterize the content of these compounds during adaptation to new environment, depending on cropping practices and the age of the herbage. Introductory studies were carried out on the cv. Gale (an experimental plot, the village of Barsovo, Khanty-Mansi Autonomous Okrug — Yugra, Surgut district, 61°15′00″ N, 73°25′00″ E. 2013-2015). Plants were grown using peas as a cover crop, in monoculture with pre-sowing treatment of seeds with the Baikal-EM1 microbiological preparation (OOO NPO EM-Center, Russia), and in monoculture without treatment. The effects of the cropping practices on the total chlorophylls (Chl a + Chl b) in the leaves appeared in the 2nd year plants. Upon seed pre-sowing treatment with the Baikal-EM1 preparation, in the 2nd and 3rd year plants, the level of total chlorophylls by plant development phases was 19-22 % and 16-18 % higher than in the control). In mixed sowing total chlorophylls decreased at the end of the 2nd year but exceeded the control (by 33 %) by the end of the 3rd year. In the control, the Chl a level in the leaves of the 1st, 2nd and 3rd year plants averaged 1.23±0.10, 1.29±0.12 and 1.32±0.14 mg/g dry weight over the growing season. Over the 2nd year of growth, the content of Chl a in the leaves increased by 15 % on average upon the Baikal-EM1 application compared to the control and remained within the control values (1.20±0.23 mg/g) (р ≤ 0.05) in the mixed stands with pea plants. For the microbiological preparation, the average Chl a/Chl b ratio significantly (p ≤ 0.05) decreased over 3 years, which may indicate an increase in the adaptive potential of plants, and for the mixed crops, it remained within the control values. The proportion of chlorophylls (Chl a + Chl b) localized in the light-harvesting complexes (LHC) varied from 20 to 90 % depending on the plant phenophase, stand age, and the agrotechnology. In the control and two treatments, the correlation coefficients between Chl a/Chl b and the proportion of chlorophylls (Chl a + Chl b) localized in the LHC were r = -0.83, r = -0.93, and r = -0.65, respectively. Treatments did not lead to a statistically significant change in the Chl/Car index. Nevertheless, after inoculation with the Baikal-EM1 biological and in mixed sowing with peas, the accumulation of carotenoids exceeded the control. For all treatments over the years, the accumulation of all pigments in the leaves directly correlated with the hydrothermal coefficient (HTC). The content of Chl b and carotenoids turned out to be weaker associated with the temperature regime, while the first parameter directly correlated with precipitation during the season, and a negative correlation occurred for the second parameter. When inoculated with Baikal-EM1, the leaf level of vitamin C in the 1st and 2nd year plants increased compared to the control and was almost equal to the control in the 3rd year plants. In the 3rd year mixed sowing, the vitamin C content decreased compared to control. After application of the microbiological preparation and in the control, the content of flavonoids in the 3rd year plants switched to generative development sharply decreased, while in the sowing with the cover crop, where the virginal stage continued, it sharply increased (1.6 times compared to previous years). In general, our findings indicate that the biological Baikal-EM1 largely contributed to the adaptation of the 2nd and 3rd year plantsof G. orientalis cv. Gale to a new environment.
Keywords: photosynthesis pigments, vitamin C, flavonoids, Galega orientalis Lam., cv. Gale, introduction, Baikal-EM1.
1БУ ВО Сургутский государственный университет, |
Поступила в редакцию |
