Биологическая ценность соевого белка аналогична куриному яйцу, поэтому производство культуры растет одновременно с интересом производителей к биостимуляторам для растений. Помимо селекционной работы для выращивания сои в условиях погодных рисков, международная группа ученых из Польши и Японии оценила влияние экстракта пресноводных макроводорослей на урожайность сои
Команда исследователей из Польши и Японии рассказала о многообещающих перспективах биостимулятора сои из пресноводных водорослей и общих направлениях селекции в статье, опубликованной в журнале Agriculture 2022 на портале MDPI.
«На сегодняшний день соя является самой важной культурой из бобовых и занимает четвертое место в мировом производстве сельхозкультур после риса, пшеницы и кукурузы. - Пишут авторы. - Стремительный рост посевных площадей сои в конце 20-го и начале 21 века обусловлен потребностью в кормовом белке. Для примера. Если в 1961 году мировые посевные площади под соей составляли менее 24 млн га, то в 2018 году уже 126 млн га, при этом производство выросло с 27 до более чем 320 млн т.
Это глобально важная культура, обеспечивающая фиксированный азот (N), а также высококачественный белок и масло. Семена сои содержат в граммах на килограмм: общий белок от 330 до 450, сырой жир от 180 до 240, сырая клетчатка от 55 до 80, лецитин от 15 до 25 и дополнительно изофлавоны от 427 до 2743 микрограмм на грамм, которые являются биологически активными соединениями.
Следует отметить, что биологическая ценность соевого белка аналогична куриному яйцу. Соя используется в питании человека и в качестве корма для скота. Соевый шрот имеет особое значение в животноводстве, и спрос на него неуклонно растет.
Преобладание выращивания сои в трех странах (США, Бразилия, Аргентина) означает, что диверсификация источников растительного белка, включая соевый шрот, входит в одну из целей развития сельского хозяйства в Польше.
Улучшение национальных источников растительного белка, их производства, маркетинга и использования в кормах было одной из программ в польском сельском хозяйстве. Основная идея инициативы заключалась в разработке условий для минимизации импорта кормового протеина (в основном постэкстракционного соевого шрота) примерно на 50%, что позволило бы повысить биологическую и функциональную ценность растительного протеина из отечественного сырья.
В то же время в случае возникновения угрозы продовольственной безопасности современного мира целесообразно создать условия для обеспечения национальной белковой безопасности за счет обилия собственного семенного материала, новых сортов и технологий возделывания, оптимальных рецептов кормов, системы кормления животных, а также системы производства и сбыта семян.
В 2021 году посевная площадь сои в Польше составила 23 000 га. Производственные и экспериментальные результаты, полученные в последние годы на юге Польши, показывают, что соя в настоящее время находится на том же уровне производства, что и кукуруза в середине 1960-х годов.
Основным ограничивающим фактором является низкий прогресс размножения. Согласно американскому исследованию, успех выращивания сои зависит от сочетания погодных условий, типа почвы и генотипа.
Выявление генотипов, хорошо переносящих неблагоприятные погодные условия, необходимо для дальнейшего продвижения селекционной работы.
Селекция должна быть направлена на увеличение высоты и качества семенной продукции, высоты закладки первых бобов, устойчивости растений к полеганию, растрескиванию бобов и осыпанию семян в условиях засухи.
Снижение генетического разнообразия может привести к повышенной восприимчивости к вновь появляющимся болезням или вредителям.
Соя характеризуется широким диапазоном изменчивости, основанной на морфологических и физиологических признаках, которые модифицируются условиями окружающей среды.
Прямое внедрение генотипов сои из других стран в выращивание в Польше рискованно, потому что сорта, перенесенные в польские климатические условия, изменяют ход своих стадий развития, особенно связанных с цветением и завязыванием бобов.
Стоит подчеркнуть, что биологический прогресс у новых генотипов сои включает: (1) снижение реакции растений на фотопериодизм, (2) увеличение силы роста, что приводит к увеличению количества семян, получаемых на 1 м 2, (3) более длительный период вегетации, что положительно коррелирует с увеличением сухой массы семян, (4) более высокая устойчивость к патогенам.
В Японии соевые бобы – важный источник традиционных основных продуктов питания, таких как тофу, натто, мисо и соевый соус.
Уникальная кухня, а также географическая и историческая изоляция Японии, вероятно, сформировали отличительные агроморфологические характеристики японской сои, отличные от характеристик континентальной сои. Поскольку Энрей является основным сортом (9% от общей площади выращивания сои в Японии в 2014 г.) с семенами высокого качества для пищевой промышленности, в предыдущем исследовании был секвенирован весь геном сорта Энрей как репрезентативного японского сорта.
В США возделывание сои сосредоточено между 43° и 45° северной широты, а в Польше - между 49° и 54° северной широты, где климатические условия неблагоприятны для возделывания этого вида. Напротив, в Японии сою выращивают при температуре от 30° до 45°, и для обширных регионов были выведены различные подходящие сорта.
Несомненно, лимитирующими факторами выращивания сои являются температурные требования и ее реакция на длину дня. Большинство сортов сои являются растениями короткого дня и, как правило, являются наиболее урожайными генотипами. У сортов, предназначенных для возделывания в более высоких широтах, показано, что длина дня более 16 ч в начале цветения задерживает следующие этапы развития, и растения могут не созреть до осенних заморозков. Однако известны и фотопериодически устойчивые формы.
Для повышения урожайности сои и улучшения ее хозяйственно-ценных качеств предложено применение водорослевых экстрактов. Эти экстракты известны как биостимуляторы роста растений, функция которых заключается в повышении эффективности питания, повышении устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам и улучшении качественных показателей урожая.
В виде сырья для производства экстракта водорослей можно взять легкодоступную пресноводную макроводоросль Cladophora glomerata, что и было сделано в данном исследовании.
Известно, что эта водоросль богата в основном углеводами, но содержит также белки, микро- и макроэлементы, витамины, фитогормоны, полифенолы и др.. До сих пор мало что известно о сельскохозяйственном использовании пресноводных макроводорослей. Большая часть исследований проводится на экстрактах морских водорослей, используемых в качестве биостимуляторов роста растений.
Цель полевого эксперимента, проведенного в 2019 году на Павловицкой экспериментальной станции недалеко от города Вроцлав (Польша), состояла в том, чтобы оценить реакцию двух сортов сои разного происхождения — японской (сорт Энрей) и польской (сорт Эрика) — на внекорневое применение экстракта водорослей с точки зрения урожайности и других агрономических признаков.
Исследуемые в эксперименте генотипы сои происходили из разных регионов мира. По американской классификации японский сорт Энрей относится к IV группе спелости: относительно поздний, собранный в японских температурных условиях, обычно в октябре. Он имеет очень высокое содержание белка (43%) и высокое содержание жира (19%).
У Энрея желтые семена с бледным отметиной и относительно большой массой (32 г). Этот сорт характеризуется умеренной устойчивостью к болезням, но слабостью к соевой нематоде. Кроме того, он подходит для приготовления тофу. Рекомендуется для выращивания в Японии, особенно на среднем западе страны.
Эрика, согласно польской классификации, является ранним сортом, собираемым в конце августа или начале сентября и равномерно созревающим. Характеризуется высоким содержанием белка (38–40 %) и высоким содержанием жира (20 %). Урожайность семян явно выше средней для сортов аналогичного срока созревания.
У сорта Эрика желтые семена с бледным пятном и высокой устойчивостью к осыпанию семян. Сорт обладает хорошей устойчивостью к болезням, особенно к склеротиниозу стеблевой гнили. Эрика рекомендуется для выращивания в Польше, особенно в северной части страны. Семена, протестированные в настоящем исследовании, были получены из урожая 2018 года и прошли сертификацию. Семенной материал сорта Эрика был получен от DANKO (польская селекционная станция), а для сорта Энрей - от Токийского университета сельского хозяйства и технологий (Япония).
Экстракт получали из пресноводной макроводоросли Cladophora glomerata, собранной с поверхности пруда (Томашувек, Польша, октябрь 2016 г.). После воздушной сушки биомассу измельчали и просеивали для получения фракции размером менее 400 мкм.
Экстракт водорослей изготовили с помощью ультразвуковой экстракции. По этой причине использовали ультразвуковой немецкий гомогенизатор, который работал в следующих условиях: 50 Вт, частота ультразвука 30 кГц, амплитуда 100, 30 мин. Концентрация биомассы в дистиллированной воде составляла 40 г/л. После экстракции смесь центрифугировали при скорости 4000 об/мин в течение 10 мин. Полученный супернатант обрабатывали как 100% экстракт, который затем разбавляли дистиллированной водой до 20% концентрации.
Всего в конце апреля посеяли 60 семян хорошего качества (хорошей всхожести и чистоты) на квадратный метр на глубину 3 см, площадь делянки составила 15 м 2. Расстояние между рядами - 30 см. Предшествующая культура – пшеница.
Опрыскивание листвы применяли один раз в начале цветения сои при одной концентрации (20%) экстракта водорослей. Урожай собирали в сентябре.
По результатам, внекорневая подкормка значительно повысила показатели урожайности. Высота растений, высота первого стручка, количество первых ветвей, масса 1000 семян и урожайность были значительно выше по сравнению с контролем. Экстракция этой макроводоросли с помощью ультразвука позволила извлечь K, Na, Cu, P, S и Mg, которые могут стимулировать рост сои. Кроме того, этот экстракт также содержит полифенолы для повышения устойчивости растений к абиотическому стрессу. Таким образом, опрыскивание листвы экстрактами водорослей может быть многообещающим вариантом для повышения урожайности сои за счет наличия в экстракте естественных стимуляторов роста.
Рост Энрея в группе экстракта оказался на 5,5% выше, чем в контрольной группе, и эта разница была статистически значимой. В случае Эрики эта разница намного меньше - всего 3,4% по сравнению с контролем.
Применение экстракта водорослей существенно повлияло на содержание хлорофилла в проростках обоих сортов сои. В парах «Энрей Контроль» против «Экстракта» и «Эрика Контроль» против «Экстракта» содержание хлорофилла в опытной группе было более чем в два раза больше, чем в контрольной.
Экстракт макроводорослей статистически больше повлиял влиял на урожай сои в группе «Эрика Контроль» по сравнению с парой «Энрей Контроль»: в группе экстракта урожайность была на 8,7% выше, чем в контрольной группе. Для Энрея эта разница составила 5,7%, потому что местный сорт лучше приспособлен к климатическим условиям Польши, чем японский сорт.
Экстракты водорослей приобретают популярность благодаря их потенциальному использованию в органическом и устойчивом сельском хозяйстве. Использование экстракта водорослей увеличило все параметры роста, измеренные для сои».
В проекте принимали участие:
Кафедра генетики, селекции растений и семеноводства, Факультет наук о жизни и технологии, Вроцлавский университет наук об окружающей среде и жизни, Польша Институт агроэкологии и растениеводства, Вроцлавский университет наук об окружающей среде и жизни, Польша Институт сельского хозяйства, Токийский университет сельского хозяйства и технологий, Япония Кафедра механики, материалов и биомедицинской инженерии, Факультет машиностроения, Вроцлавский университет науки и технологий, Польша Кафедра передовых технологий материалов, химический факультет, Вроцлавский университет науки и технологий, Польша.По статье группы авторов (Сильвия Левандовска, Кшиштоф Марчевски, Марчин Козак, Наоко Окама-Оцу, Магдалена Лабовска, Ежи Детина, Изабела Михалак), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Фото: pixabay.com.