На правах рукописи КОЖЕВНИКОВА Алла Миннуллаевна

На правах рукописи
КОЖЕВНИКОВА Алла Миннуллаевна
ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
СОРТОВ ФУНДУКА (Corylus pontica C. Koch)
В УСЛОВИЯХ ВЛАЖНЫХ СУБТРОПИКОВ
РОССИИ
Специальность 03.01.05 – физиология и биохимия растений
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Краснодар – 2013
Работа выполнена в Государственном научном учреждении
Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и
субтропических культур Россельхозакадемии
Научный руководитель:
доктор биологических наук,
Белоус Оксана Геннадьевна
Официальные оппоненты:
: Матузок Николай Васильевич
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
профессор кафедры виноградарство ФГБОУ ВПО
« КубГАУ»
Скипина Клавдия Петровна
кандидат биологических наук,
доцент кафедры физиология
ФГБОУ ВПО
«Сочинский институт
Российской Дружбы Народов»
Ведущая организация:
ГНУ «Северо-Кавказский
зональный научно-исследовательский институт садоводства и
виноградарства» Россельхозакадемии (СКЗНИИСиВ)
Защита диссертации состоится «10» декабря 2013 года в 12 00 часов на
заседании Диссертационного совета Д 220.038.04 при ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный аграрный университет» по адресу:
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13; тел./факс: 8 (861) 221-58-85.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный аграрный университет», с авторефератом
– на сайтах http://vak.ed.gov.ru/ и http://www/kubsau.ru/
Автореферат разослан «___» ноября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор:
Слюсарев Валерий Никифорович
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Культура фундука (Corylus pontica C.
Koch), является одной из наиболее перспективных промышленных
орехоплодных культур влажных субтропиков Черноморского
побережья России. Исходная ограниченность земельных ресурсов
субтропического земледелия обусловила необходимость возделывания
фундука на менее плодородных почвах, крутых склонах, что в свою
очередь сформировало мнение о том, что это наименее требовательная
культура к почвенно-климатическим ресурсам. Однако практика
возделывания фундука показала, что стабильно высокие урожаи ореха в
зоне влажных субтропиков России возможно получить только в
оптимальных условиях с использованием новых устойчивых сортов. В
этой связи требуется комплексное изучение физиологических
особенностей этих растений в сортовом разрезе, в частности,
касающиеся их адаптивного потенциала. Кроме того, следует провести
более детальное изучение биохимических характеристик плодов
фундука, позволяющее выделить наиболее ценные сорта,
обеспечивающие получение высококачественных липидно-белковых
продуктов с максимальным содержанием биологически активных
веществ. В этом аспекте исследования, направленные на изучение
физиолого-биохимических характеристик перспективных сортов
фундука в условиях влажных субтропиков России, несомненно,
представляют теоретический и практический интерес.
Цель исследований – изучить физиолого-биохимические
характеристики различных сортов фундука на фоне почвенноклиматических факторов влажных субтропиков России.
Задачи исследования:
1.Изучить основные эколого-физиологические показатели растений
фундука, связанные с адаптивным потенциалом: водный статус
растений, активность окислительных ферментов (на примере
каталазы), содержание пигментов в листьях.
2.Установить биохимический состав ядра ореха фундука на фоне
влияния гидротермических условий вегетационного периода.
3.Проанализировать изменение жирно-кислотного состава ядра
фундука, при хранении в естественных условиях.
4. Изучить продуктивность изучаемых сортов фундука.
5.Оценить экологическую пластичность культуры по основным
физиолого-биохимическим показателям.
Научная новизна диссертационной работы заключается в
получении новых научных данных по эколого - физиологической
3
оценке состояния растений в условиях влажных субтропиков
России. А также по общему биохимическому и жирно-кислотному
составу ядра орехов различных сортов фундука.
Практическая
значимость
работы.
Результаты
исследований являются теоретической и практической основой для
рационального подбора сортов фундука в условиях влажных
субтропиков России.
Положения, выносимые на защиту.
1.
Физиологические показатели водного режима, активность
фермента каталазы и пигментный состав листьев как важные
диагностические показатели устойчивости сортов фундука к
неблагоприятным гидротермическим погодным условиям.
2.
На биохимические показатели плодов (масличность,
углеводы, белки, витамин В2) и продуктивность растений фундука.
оказывают существенное влияние гидротермические погодные
условия.
3.
Сортовые особенности динамики жирно-кислотного состава
ядер орехов фундука в процессе хранения.
Апробация
работы.
Основные
положения
диссертационной работы доложены на ежегодных отчетных заседаниях
Ученого совета ГНУ ВНИИЦиСК (2009-2012 гг.), на международных
научных и научно-практических конференциях: «Проблемы
субтропического
сельского
хозяйства
и
перерабатывающей
промышленности» (Грузия, 2010); «Новые и нетрадиционные растения
и перспективы их использования» (Москва, 2011); «Культурные
растения для устойчивого сельского хозяйства в XXI веке» (Мичуринск,
2011); «Современные проблемы биологии, экологии и химии» (Украина,
2012);«Аграрная наука: Современные проблемы и перспективы
развития» (Махачкала 2012).
Публикации результатов исследований. По теме
диссертации опубликовано 11 печатных работ, отражающих основные
положения проведенных исследований (в том числе три в
рецензируемых журналах, определенных ВАК РФ)
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из
введения, 7 глав, выводов, рекомендаций науке и производству
списка использованной литературы, приложений. Общий объем
насчитывает 160 страниц, включая 30 таблиц и 51 рисунок. Список
литературы включает 141 наименование, в том числе 25 на
иностранных языках.
Автор выражает искреннюю благодарность за оказанную
консультативную помощь в выполнении данной работы:
4
соруководителю Бехтереву В.Н., д.х.н. зав кафедрой химии,
химической инженерии и защиты окружающей среды СГУ,
сотрудникам ВНИИЦиСК: Махно В.Г. д.с-х. н. г.н.с.; Бесединой
Т.Д. д.с-х.н. зав аспирантурой; Козловой Н.В. к.б.н. зав отделом
агрохимии и почвоведения; Малюковой В.С. д.б.н. в.н.с. отдела
агрохимии и почвоведения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Современное состояние вопроса и обоснование
исследований В обзоре многочисленных литературных источников
рассмотрены вопросы народно-хозяйственного значения, систематика и
история культуры, биологические особенности вида; приводятся также
сведения о физиолого-биохимических основах адаптивности растений.
Глава 2. Природная характеристика субтропиков
России в связи с возделыванием культуры фундука. В главе
дана характеристика климатических и почвенных условий влажных
субтропиков России, применительно к культуре фундука. Указаны
основные стресс-факторы зоны, имеющие значение для
физиологических и биохимических характеристик культуры
фундука.
Глава 3. Объекты, методы и условия проведения
исследований
3.1. Лабораторные исследования выполнялись с 2010 г. по 2012 г. на
базе лаборатории биотехнологии, физиологии и биохимии растений,
лаборатории агрохимии и почвоведения, а также лаборатории НИЦ
курортологии и реабилитации с применением современного
оборудования. Полевые эксперименты - на участках плантаций
фундука, расположенных в ОАО «Солохаульский чай» п. Солохаул и п.
Дагомыс (Лазаревский район), п. Верхний Юрт и п. Пластунка
(Хостинский район). Площадь основного опытного участка (п.
Солохаул) занимает 0,02 га. Растения расположены по 10 кустов в ряду.
Объекты исследований. Сорта фундука: Черкесский – 2
(контроль), Футкурами, Ломбардский красный, Президент. Для
физиологических исследований отбирали листья по сортам в возрасте
физиологической зрелости с участка Солохаул; для биохимических
анализов – орехи с участка Солохаул в сортовом разрезе и орехи сорта
Черкесский-2 с участков: Дагомыс, Пластунка, Верхний Юрт.
3.2.Методы. Физиологическое состояние изучали по
следующим показателям: водоудерживающую способность растений модифицированным методом «завядания» по Арланду ( Гунар, 1972);
водный дефицит – сравнением содержания воды в отобранных листьях,
с количеством ее в этих же листьях, находящихся в состоянии полного
5
насыщения водой (Починок, 1976); оводнённость листьев высушиванием навесок в термостате при температуре 1050 С до
постоянной массы; определение связанной воды – по методу Ермакова
А.И. (Ермаков, 1987); содержание фотосинтетических пигментов - в
экстракте зеленых листьев, экстрагированных 100 %-ым ацетоном по
методу А.А. Шлыка с использованием расчетных формул Циглера и
Эгле (Шлык ,1971); активность каталазы - газометрическим методом по
Гунару (Гунар, 1972).
Определение биохимических показателей осуществляли
следующими методами: сухое вещество - высушиванием пробы до
постоянной массы при t = 1000С; количество общего жира методом
обезжиренного остатка, разработанного А.Н. Лебедянцевым и С.В.
Рушковским (Петербургский, 1965); качественный и количественный
состав жирных кислот масла фундука с использованием метода,
основанного на химическом превращении жирных кислот в метилаты с
последующим
газохроматографическим
определением
(Масла
растительные. Метод определения жирнокислотного состава (ГОСТ
30418-96. 8с.); содержание сахаров (глюкоза, сахароза, фруктоза) по
Бертрану в модификации Вознесенского (Вознесенский, и др.,1962);
определение общего азота – колориметрическим методом по Куркаеву
(Куркаев, 1958) с последующим вычислением белкового азота,
учитывая белковый коэффициент (Ермаков, 1987); рибофлавин
(витамин В2) спектрофотометрически (Чупахина , 2000).
Площадь листовой пластинки рассчитывали весовым методом
(Марковская, 1988). Выход ядра – путем сбора и взвешивания ядра и
скорлупы.
Мониторинг погодных условий осуществляли на основании
данных суточных температур воздуха и суточного количества осадков
Сочинского специализированного центра по гидрометеорологии и
мониторингу Черного и Азовского морей.
Статистическую обработку результатов исследований проводили
методами корреляционного (Доспехов, 1985) и кластерного анализа,
применяя пакет статистических программ Statgraphics Centurion XV и
MS Excel; экологическую пластичность - методом S.A. Eberhart и B.А.
Rusell (1966).
3.3.
Метеорологические
особенности
в
годы
исследований. Метеорологические условия в годы исследований
имели существенные различия, оказывая влияние на рост, развитие и
адаптивные реакции растений фундука. За период с декабря по февраль
температура держалась в пределах 7,0 - 15,10С. С марта по октябрь было
отмечено варьирование температуры от 3,7 до 24,9 0С, с повышением до
6
35,9 0С (июль 2010 г.). Солнечная инсоляция составляла 6 800 – 10 600
Лк, влажность воздуха изменялась от 53,0 до 86,7%. По итогам
трехлетних исследований отмечены наиболее экстремальные по
гидротермическому режиму годы, а также, годы, оптимальные для
культуры фундука: резко выделялся год 2010 с температурой выше
многолетних, и год, характеризующийся засушливыми периодами 2012; оптимальным по всем показателям был 2011 год (рис. 1).
Рисунок. 1. Гидротермические условия Черноморского побережья
Краснодарского края, за 2010–2012 гг.
В целом же, наиболее экстремальным и по температуре, и по
осадкам являлся 2012 год, в котором засушливый, жаркий период
продолжался около 3 месяцев (с июля по сентябрь), кроме того, с
декабря 2011 г. по февраль 2012 г. - во время цветения - отмечены
отрицательные температуры, что могло повлиять на будущий
урожай 2013г. Объединяло все годы исследований то, что ежегодно в
летние месяцы наблюдался засушливый период до 2 – 3 недель и более,
что позволило на фоне повышенной температуры воздуха и высокой
солнечной инсоляции проводить исследования по изучению влияния
климатических условий на физиолого-биохимические показатели
культуры.
3.4. Почвенные условия опытных участков. Почвы
опытных участков относятся к разным типам и подтипам: на участке в
Солохауле (600 м н.у.м.) - бурые лесные кислые с рН ниже 4,0;
отличаются высокой гидролитической и обменной кислотностью,
относительно невысоким содержанием обменных оснований. На
участке Дагомыс, расположенном в прибрежной зоне, в дельте реки почвы аллювиальные с нейтральной реакцией (рН = 7,0). На участке
Верхний Юрт почвы дерново-карбонатные типичные с рН около 7,0;
участок
Пластунка
характеризуется
дерново-карбонатными
7
выщелоченными или бурыми лесными слабоненасыщенными почвами
с рН 6,5. На участках в Дагомысе, Пластуне и Верхнем Юрте
содержание в почве обменных кальция и магния в 2,5 - 3,0 раза выше, но
гумуса меньше, чем в бурой лесной кислой почве уч. Солохаул.
Почвы
всех
участков
характеризуются
низкой
обеспеченностью минеральных форм азота и высокой - калия;
содержание
подвижного
фосфора
колеблется
от средней
обеспеченности на участке Пластунка до высокой и очень высокой на
остальных. Таким образом, наиболее принципиальные отличия между
почвами опытных участков прослеживаются только по кислотноосновным свойствам.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Глава 4. Физиологическая характеристика культуры фундука
4.1.Водный статус растений фундука. В целом по культуре
оводненность тканей листьев в среднем составила 62,5%; способность
удерживать влагу клетками листьев фундука достаточно высока (от 38
до 56%), что объясняется ксерофитным характером листовых тканей.
Содержание свободной и связанной воды по культуре изменяется
незначительно, но в неблагоприятный по гидротермическим условиям
период широкое варьирование связано с сортовыми различиями.
Зависимость
данных
показателей
от
метеорологических
особенностей
описывается
следующими
уравнениями
множественной линейной регрессии (таблица 1).
Таблица 1- Зависимость физиологических показателей культуры
фундука от гидротермических условий периода вегетации, 2010 – 2012 г
Коэффициент парной
корреляции
Физиологический
Коэффициенты
показатель, %
регрессии
Осадки, Температура
мм
воздуха, С0
2,07*F1 ;0,081*F2,
Оводненность
0,66
- 0,81
R = 0,36
Водный дефицит
1,41* F1 ; 0,15* F2,
R = 0,60
- 0,76
0,72
Водоудерживающая
способность
- 0,66* F1; 0,88*F2,
R = 0,18
0,62
- 0,83
Свободная фракция
воды
2,86* F1; 0,84* F2,
R = 0,23
0,83
0,67
* F1 – температура воздуха в 0С;*F2 – количество осадков в мм
8
Водный дефицит,%
По сравнению с контролем (Черкесский-2) опытные сорта
отличаются несколько пониженной оводненностью листовых тканей,
что связано с более низкой водоудерживающей способностью клеток
Коэффициенты вариации за весь период исследований не превышают в
среднем 12,4 % - 14,5 %, что свидетельствует о стабильности данного
показателя. Отмечено более высокое содержание фракции связанной
воды у сорта Президент, что имеет немаловажное значение в адаптации
растения к воздействию повышенных температур на фоне дефицита
влаги в почве (таблица 2).
Таблица 2 -Показатели водного режима опытных сортов
фундука, уч. Солохаул, (среднее за 2010 – 2012 гг.)
Водоудержи
Оводнен
Свободная
Связанная
вающая
Сорта
ность,
вода,
вода,
способность,
%
%
%
%
Черкес
67,2±5,0
52,6±7,7
21,7±3,6
46,6±6,1
ский-кий 2
Ломбард
62,8±3,1
48,4±7,0
19,3±2,4
48,2±1,5
ский красный
Презид
64,6±3,0
48,0±9,5
24,0±3,2
49,7±2,4
ент
Футкур
65,8±3,0
43,3±7,3
19,0±1,5
39,3±2,4
ами
Анализ данных, проведенных в наиболее стрессовые по
гидротермическим условиям периоды, позволил сделать следующие
выводы: если в мае во все годы у изучаемых растений величина водного
дефицита отличалась незначительно, составляя в среднем 16,1 – 16,9%,
то при наступлении засушливого периода (июнь) четко проявляются
сортовые различия (рисунок 2).
24.0
19.0
14.0
май
июнь
Черкесский-2
июль
август
Ломбардский
Рисунок 2- Водный дефицит сортов фундука, 2010 - 2012 г.г.
9
Минимальный водный дефицит наблюдается у сорта Президент,
а максимальная величина – у сорта Ломбардский красный. Учитывая
полную характеристику водного статуса сортов фундука как в период
стресса, так и в оптимальных метеорологических условиях, можно
заключить, что большей устойчивостью характеризуются сорта
Президент и Черкесский-2.
4.2.Активность фермента каталазы в листьях фундука.
Определение активности фермента каталазы в листьях показало, что в
целом по культуре ферментативная активность колеблется в пределах от
355,6 млО2/г (в июле) до 462,0 млО2/г (в августе), (НСР05 = 43,5).
Причем, резкое понижение или повышение показателя происходит в
ответ на изменение погодных условий, что выражается следующим
уравнением регрессии: Y = 63,35 – 5,66*F1 + 0,10* F2, где R = 0,76.
Зависимость от температуры воздуха сильнее, о чем свидетельствует
соответствующий регрессионный коэффициент (5,66), а коэффициент
детерминации указывает на то, что на 76 % активность фермента
зависит от погодных факторов. На протяжении трехлетних
наблюдений в неблагоприятный период вегетации (июль)
наименьшая активность фермента отмечена у сорта Футкурами
(364,9 мл О2/г, среднее за период вегетации) наибольшая у сорта
Ломбардский красный(420 мл О2/г) и Черкесский-2 (435,5 мл О2/г),
превышая соответствующий показатель у Футкурами в 1,2 раза.
Причем, сорт Футкурами на протяжении всего периода
исследований характеризовался пониженной ферментативной
активностью по сравнению с остальными сортами, что вероятнее
всего, является его сортовой особенностью. Усиление
ферментативной активности в период засухи у сорта Ломбардский
красный свидетельствует об ингибировании каталазы на фоне
высокого водного дефицита.
4.3.Характеристика пигментного аппарата растений
фундука. Максимум зеленых пигментов у растений фундука
приходится на май, затем (к июлю) следует спад, связанный с
наступлением неблагоприятного по водообеспеченности периода,
сопровождаемого повышенными температурами воздуха.
Наименьшее содержание каротиноидов отмечено в мае (0,36 мг/г), в
дальнейшем в августе наблюдается значительное (в 2 раза) увеличение
каротиноидов до 0,60 мг/г, что напрямую связано не только с
ухудшением гидротермических факторов, но и со старением листа.
(рисунок 3).
10
0.70
0.60
2.90
0.50
2.40
0.40
1.90
0.30
май
июнь
июль
август
Каратиноиды,мг/г
Сумма а+в, мг/г
3.40
Сумма а+в мг/г
Рисунок 3-Изменение содержания пигментов в листьях фундука (в
целом по культуре), 2010 – 2012 гг.
Зависимость этой группы пигментов от погодных условий
подтверждается коэффициентами парной корреляции между
суммой хлорофилла а + в и водоудерживающей способностью (r =
1,00), суммой хлорофилла а + в и фракцией свободной воды (r =
0,83). Эти два показателя связаны с развитием водного дефицита,
который в свою очередь, зависит от температуры воздуха (r = 0,72).
В течение исследований не отмечено значимых различий в
содержании фотосинтетических пигментов. Однако, если у таких
сортов, как Ломбардский красный, Черкесский и Президент по мере
оптимизации условий увлажнения синтез зеленых пигментов
восстанавливается до прежнего уровня (в среднем 2,59 мг/г), то у сорта
Футкурами небольшой спад продолжается и далее. Кластерный анализ
показывает, что сорта Черкесский-2 и Футкурами близки по
содержанию в листьях каротиноидов (в среднем 0,53 мг/г),
приближается по данному показателю к этой группе и сорт
Президент. В то же время, сорт Ломбардский красный на
протяжении 3-х летнего периода исследований характеризуется
меньшим содержанием каротиноидов (0,47 мг/г), располагаясь в
отдельном кластере. Как известно, пониженное содержание
каротиноидов свидетельствует о меньшей устойчивости растений, в
нашем случае – сорта Ломбардский красный.
4.4.Биометрическая характеристика листового аппарата фундука.
Наибольшей толщиной листовой пластинки обладают сорта
Футкурами и Черкесский-2, превышая соответствующие параметры
остальных сортов, различия не существенны. С этим фактом
связаны, по нашему мнению, и особенности водного статуса
изучаемых сортов, так как более тонкая листовая пластинка
11
обладает меньшей оводненностью и легче теряет воду, что
приводит к быстрому развитию водного дефицита (Рисунок 4).
толщина листовой пластинки,
мм
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
Черкесский-2 Ломбардский
красный
Президент
Футкурами
Рисунок 4- Толщина листовой пластинки сортов фундука,
2010 – 2012 гг.
По площади листовой пластинкой выделяется сорт
Президент (155,9 см2), превышение относительно остальных сортов
существенное (в среднем в 1,2 – 1,7 раза). Причем, варьирование
биометрических характеристик связано с климатическими факторами
года, с повторением отмеченной тенденции из года в год: большее
варьирование отмечено именно у сорта Президент, у остальных сортов
вариабельность площади листовой пластинки ниже.
Глава 5. Химический состав и биохимические параметры ореха
фундука
5.1.Влияние почвенно-климатических и сортовых
особенностей на качество ореха фундука. В масле фундука
изученных сортов идентифицировано 10 жирных кислот с
преобладающим содержанием ненасыщенных карбоновых кислот. В
зависимости от сорта и климатических условий года их содержание
колебалось в пределах от 88 до 91% .
Отмечено, что среди полиненасыщенных жирных кислот
заметно выделялась олеиновая и линолевая кислоты, относящиеся к
семейству ω-6 кислот. Причем, если содержание олеиновой кислоты
практически не изменяется по годам (76,4 - 84,6 %), то относительное
содержание линолевой кислоты у всех сортов в условиях эксперимента
изменялось почти в два раза, от 5,8 % (среднее по культуре в 2010 году)
12
до 10,9 % (в 2011 году). Проведенный по трехлетним данным анализ
показал зависимость содержания жирных кислот в масле ореха фундука
от гидротермических условий года что выражается следующим
уравнением регрессии Y = 81,82 + 0,27* F1+ 0,84* F2; R=0,59 по
ненасыщенным кислотам и по насыщенным кислотам :Y = 16,91 - 0,26*
F1- 0,91* F2; R=0,59 (* F1 – температура воздуха в 0С, *F2 – количество
осадков в мм).В условиях более сухого лета резко снижается
относительное содержание наиболее ценной линолевой кислоты,
вне зависимости от сорта фундука, что свидетельствует в пользу
преимуществ выращивания изучаемой культуры в условиях
климата с повышенной влажностью.
В зависимости от места произрастания наибольшее количество
насыщенных кислот отмечено в масле фундука на участке Пластунка
(13,33± 3,35), в то же время в масле орехов п. Дагомыс больше более
ценных ненасыщенных кислот (89,10±1,13) .
Соотношение суммы ненасыщенных и насыщенных кислот
(индекс непредельности ненасыщенности - коэффициент К1) служит
показателем качества масла. Отмечены существенные различия между
сортами Футкурами и Ломбардский красный, величина коэффициента у
которых превышает контроль в 1,2 – 1,4 раза. Сорт Президент находится
на границе существенных различий. Соотношение олеиновой и
линолевой кислоты являться дополнительным показателем качества
масла (К2) . Чем больше в масле линолевой кислоты, тем выше его
биологическая ценность. Коэффициент К2 существенно варьировал в
зависимости от погодных условий (коэффициент вариации составляет в
среднем 85 %) и в меньшей степени - от сортовой принадлежности
фундука (таблица 3). С учетом коэффициента К2 более перспективными
являются сорта Черкесский-2 и Футкурами.
Таблица 3. Показатели качества растительных масел фундука
изученных сортов,среднее за 2010-2012 гг.
Сорта
фундука
Черкесский-2
Президент
Футкурами
Ломбардский красный
НСР05
Коэффициент
К1
ХSx
7,60,4
9,11,2
9,41,0
10,60,9
0,7
13
V,%
5,2
13,1
10,6
8,5
К2
ХSx
8,03,1
11,03,4
10,04,8
12,33,9
1,7
V,%
38,9
30,9
48,0
31,7
Выявлено, что содержание общего жира в орехах в среднем
составляло 67,9 %, при этом, максимальное количество отмечено в сорте
Ломбардский красный, минимальное – у сорта Черкесский-2.
Содержание углеводов составляет в среднем 5,2 % и существенных
различий между сортами не выявлено. Незначительные колебания
отмечены между сортами в содержании белка и витамина В2:
наибольшее содержание белка выявлено в орехах сорта Ломбардский
красный, что превышает данный показатель на контроле в 1,1 раза; по
количеству витамина В2 выделяется сорт Президент, у которого
выявлено максимальное содержание данного показателя (62,5мкг/мл).
Сорт Футкурами, характеризуется минимальным количеством витамина
В2 по сравнению с контрольным сортом .
Отмечены более значимые различия в биохимическом составе
орехов сорта Черкесский-2, выращиваемых в различных почвенноклиматических условиях. Так, наибольшее количество общего жира
выявлено в орехах, собранных на участке Солохаул (контроль), в то
время, как в ядрах фундука с участка п. Дагомыс содержание данного
показателя в 1,1 раза ниже. Однако, в фундуке с участка Дагомыс выше
содержание углеводов и белка. На данном участке и содержание сухого
вещества наибольшее по сравнению с остальными участками. По
количеству витамина В2 выделяется сорт Черкесский, выращиваемый на
участке Верхний Юрт, в то время, как на участке Дагомыс количество
витамина В2 в 1,2 раза меньше, чем в ядрах орехов остальных участков
(табл.10). Кластерный анализ позволил разделить сорта на группы по их
основным биохимическим показателям. Так, по содержанию в ядрах
ореха фундука общего жира и белков, в одной группе стоят сорта
Ломбардский красный и Президент, близок к ним сорт Футкурами, а
Черкесский-2 значительно отличается от них.
Проведенный статистический анализ показал, что на
биохимический состав
значительное влияние
оказывают
гидротермические
условия
вегетационного
периода.
Коэффициенты парной корреляции между температурой воздуха и
общим жиром r = - 0,52, между осадками и общим жиром r = 1,0.
По остальным биохимическим параметрам (белок, углеводы,
витамин В2) коэффициенты парной корреляции ниже среднего,
следовательно, накопление этих веществ не зависит от
гидротермических условий вегетационного периода.
5.2. Изменение качества масла фундука в результате
хранения. Содержание общего жира в процессе длительного
хранения (5 лет) уменьшалось в среднем на 2,2%. Этот процесс
протекал плавно, причем, у сортов Президент и Футкурами потеря
14
количества общего жира менее выражена (на 1,4 – 1,6 %), чем у сорта
Черкесский-2 (3,8 %). Выявлено, что динамика изменения
содержания основных насыщенных жирных кислот в целом
подчиняется
общей
закономерности.
Так,
содержание
пальмитиновой и стеариновой кислоты в процессе пятилетнего
хранения увеличивается, причем, количество пальмитиновой
кислоты в масле орехов всех сортов к пятому году увеличивается в
среднем на 2,0 %, вариабельность по сортам составляет 35 – 36%;
содержание стеариновой кислоты изменяется мало (V = 11%).
Количество олеиновой кислоты у сортов Черкесский-2 и Президент
изменяется более плавно (V = 30%), у сорта Футкурами после четырех
лет хранения отмечено резкое падение ее содержания (V = 58 %).
Процесс уменьшения количества линолевой кислоты к пятому году
хранения плавный у всех сортов, вариабельность составляет
соответственно от 31% (сорт Черкесский-2) до 39 % (у сорта
Футкурами). Таким образом, по данным, полученным в процессе 5летнего хранения 3-х сортов фундука, отмечено заметное
перераспределение жирных кислот: ненасыщенных - олеиновой и
линолевой в сторону насыщенных кислот - стеариновой и
пальмитиновой.
В процессе хранения имеет место окислительная порча жиров,
выражающаяся в изменении йодного числа и коэффициента рефракции.
При кратковременном хранении орехов (1год) меньшее значение
йодного числа (не зависимо от сорта) отмечено при хранении орехов
очищенными (в среднем 65,1 % при 74,3 % - хранение в скорлупе), что
свидетельствует о большем прогоркании жиров, содержащихся в масле
при данном способе хранения. Различия составляют в среднем 12,8 %
(хранение в скорлупе) и 22,0 % (хранение очищенными). Наименьшее
значение йодного числа отмечено у орехов сорта Черкесский-2,
наибольшее – у сорта Президент. Изменения в качестве масла
происходят и с орехами сорта Футкурами: 11,0% – 19,5 %,
соответственно. У сорта Ломбардский красный процесс прогоркания
незначителен, о чем свидетельствует небольшая разница исходных и
конечных значений (4,2 % - 16,4 %, соответственно).
На прогоркание орехов оказывают влияние микроклиматические
условия плантаций, на которых возделываются растения наибольшая
исходная величина йодного числа отмечена у орехов сорта Черкесский2 с участка Верхний Юрт, наименьшее – у орехов, собранных на участке
Дагомыс. Величина йодного числа на участке Дагомыс уменьшается в
процессе окислительной порчи жиров всего на 0,28 % (при хранении
очищенных орехов)- 1,92 % (хранение в скорлупе). В то же время орехи
15
того же сорта, собранные с участков Пластунка и Верхний Юрт
претерпевают сильные изменения, связанные с прогорканием масла,
особенно при хранении ядер очищенными (в среднем, на 28,6 %). В ходе
исследований выявлены незначительные изменения коэффициента
рефракции, как в процессе хранения, так и в отношении сортовых
различий.
5.3.Содержание основных элементов питания в ядрах ореха
фундука. Результаты экспериментальных данных констатируют, что
значительная разница прослеживается в содержании азота( от2,25% до
3,58%), что связано с неблагоприятными гидротермическими условиями
периода созревания орехов Незначительное низкое накопление азота в
ядрах ореха сорта Черкесский-2 характерно для участка п. Солохаул.
Это связано даже не столько с более низким содержанием минеральных
форм азота в почве (разница с другими участками здесь не столь
существенна), сколько с местоположением, микроклиматом участка, а
также сильнокислым рН почвы, менее благоприятным для данной
культуры. Наиболее низкое содержание фосфора в плодах сорта
Черкесский-2 на участке п. Пластунка соответствует наименьшему
содержанию подвижных форм этого элемента в почве.
Анализ химического состава сортов, произрастающих на
участке п. Солохаул, выявил заметные отличия по содержанию азота,
причем единой тенденции для двух лет не прослеживается; более
низкое накопление калия в плодах сорта Ломбардский красный
(1,08±0,08) в годы исследования связано с заметно более низким
содержанием калия в почве под его насаждениями (26,8±0,7); по
содержанию фосфора в плодах различий не отмечено.
Глава 6. Показатели продуктивности культуры фундука
Выявлено, что максимальной массой обладают орехи сорта
Президент, у него же на протяжении всего периода исследований и
самый высокий урожай, превышающий контрольный сорт Черкесский-2
в 1,9 раза . У сорта Ломбардский красный - максимальный выход ядра
(51,2%) и по продуктивности он близок к сорту Президент.
На изучаемые нами показатели продуктивности влияние
оказывают почвенно-климатические условия плантаций Наибольшей
массой обладают орехи сорта Черкесский-2 с участка Верхний
Юрт, близкий вес у орехов с участка Солохаул, минимальный - у
орехов, с участка Пластунка. Наибольший урожай отмечен у
растений, расположенных на участке Дагомыс, что превышает
16
данные показатели на плантациях Верхний Юрт и Пластунка, в
среднем в 1,2 - 1,3 раза, соответственно.
По результатам исследований проведен регрессионный анализ,
выявивший влияние гидротермических факторов на показатели
продуктивности Что подтверждает уравнения регрессии: по проценту
выхода ядра - Y = 20,55 + 1,21* F1- 0,39* F2; R=0,48; по урожаю
кг/дерево - Y = 1,21 + 0,15* F1+ 0,47* F2; R=0,35 (*F1 – температура
воздуха в 0С; *F2 – количество осадков в мм).
Гидротермические факторы влияют на урожайность культуры
посредством действия на функциональное состояние растений, что
подтверждается высокими коэффициентами корреляции между
продуктивностью фундука и изучаемыми физиологическими
характеристиками (таблица 4).
Таблица 4- Коэффициенты парной корреляции между
продуктивностью фундука и физиологическими параметрами
Параметр
ы
Сумма
хлорофил
лов, мг/г
Сумма
каротинои
дов, мг/г
Оводненно
сть, %
Водны
й
дефиц
ит, %
Активно
сть
каталазы
, мгО2/г
Урожайно
сть, ц/га
0,64
0,76
0,85
-0,75
0,88
Глава 7. Экологическая пластичность сортов фундука
Все физиологические показателей тесно связаны друг с
другом, а также с воздействием гидротермических факторов. Причем,
зависимость между температурой и физиологическими показателями
выше средней - высокая. Более тесная корреляция отмечена между
температурой и суммой каротиноидов (r = 0,98). Повышение
температуры вызывает снижение синтеза хлорофиллов (r = -0,73) и
показателей, связанных с водным режимом: оводненности (r = -0,81),
водоудерживающей способности (r = -0,83) и количества свободной
воды (r = -0,78). В то же время, практически нет корреляции между
количеством осадков и такими показателями, как содержание
хлорофилла и активностью каталазы.
Расчет экологической пластичности выявил, что коэффициент
линейной регрессии выше единицы по всем анализируемым
показателям, что свидетельствует о большой пластичности культуры по
отношению к гидротермическим факторам. У растений сорта Президент
17
наибольшее значение коэффициента линейной регрессии в отношении к
температурному фактору (2,03 по каталазе и 15,05 по каротиноидам) и
по отношению к количеству осадков (69,54 и 28,80, соответственно). В
то же время, менее пластичным является сорт Черкесский-2.
Выявлена экологическая пластичность таких показателей как
витамин В2 и общий жир у сорта Президент и Ломбардский красный,
что позволяет при любых гидротермических условиях вегетации
получать стабильно качественные орехи. Следовательно, мы можем
рекомендовать данные сорта для выращивания в качестве сырья,
обладающего высоким биологическим потенциалом.
Расчет
экологической
пластичности
по
показателю
продуктивности растений (таблица 5 ) показал, что более пластичен сорт
Черкесский-2, отличающийся стабильным хорошим урожаем вне
зависимости от гидротермических условий вегетации, что дает
возможность рекомендовать данный сорт к выращиванию.
Таблица 5- Параметры экологической пластичности по
показателю урожая опытных сортов фундука, уч. Солохаул
( среднее за 2010 – 2012 гг.)
Урожай, кг/дерева
Сорта
Температура, 0С
Осадки, мм
Коэффициент
линейной
регрессии (вi)
Степень
стабильности
(δ2di)
Коэффициент
линейной
регрессии (вi)
Степень
стабильности
(δ2di)
Черкесский-2
2,31
4,25
12,63
1,52
Ломбардский
красный
1,41
8,19
8,05
4,82
Президент
1,44
8,08
8,79
4,65
Футкурами
1,82
5,68
9,86
2,59
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ
ОРЕХОВ ФУНДУКА
Для определения экономической эффективности возделывания
орехов
фундука,
использовались
данные
урожайности
контрольного сорта (Черкесский-2) и перспективного сорта
Президент, а также показатели, характеризующие уровень
18
использования материальных и трудовых ресурсов. Анализ
показал, что фундук является достаточно пластичной культурой в
отношении условий произрастания, что подтверждается и данными
по экологической пластичности сортов (глава 7) и хорошо растёт
при различных рН почвы. Все отмеченные нами отличия
прослеживались в сортовом разрезе, а также, были связаны с
гидротермическими факторами (количество осадков и температура
воздуха). Сорт Президент по урожайности превышал сорт
Черкесский-2 в среднем, в 2,0 раза. Учитывая полученную выручку
от реализации продукции, даже с увеличением затрат на ее
производство, мы получаем снижение себестоимости в 1,5 раза.
Чистая прибыль от реализации собранного урожая орехов сорта
Президент, в среднем, на 52% выше, чем у сорта Черкесский-2. В
итоге, рентабельность выращивания сорта Президент в среднем в
2,4 раза превышает рентабельность классически выращиваемого
сорта Черкесский-2. Это дает нам возможность, с учетом анализа
экономической эффективности, а также, пластичности биохимических
характеристик ядер орехов, рекомендовать для выращивания в зоне
влажных субтропиков России именно фундук сорта Президент.
ВЫВОДЫ
1.В целом, гидротермические условия зоны влажных
субтропиков России оптимальны для вегетации культуры фундука.
Из неблагоприятных метеорологических явлений для растений
фундука следует отметить засуху и высокие температуры воздуха.
В зоне влажных субтропиков России наиболее критическим по
водообеспеченности для растений фундука являются период с
июня по июль, эти же месяцы характеризуются и повышенными
температурами, что влияет на накопление основных БАВ в орехах
и на физиологические процессы растений.
2.Все физиологические показатели (кроме оводненности
листовых тканей) тесно связаны с воздействием гидротермических
факторов: коэффициенты корреляции находятся в пределах от
средней зависимости до высокой.
3. Установлены основные физиологические показатели
сортов культуры фундука Corylus pontica C. Koch, связанные с
адаптивным потенциалом: общая оводненность - 67,2%, с
наступлением периода засухи незначительно снижается до 62,8%;
водный дефицит в стрессовые периоды составляет в среднем 16,0 20,2%;
19
4. Активность фермента каталаза в листьях достигает
максимума в мае (478,2 млО2/г), а минимума в последней декаде
июля (330,6 млО2/г).
5. Максимальное содержание суммы хлорофиллов в
листовом аппарате зафиксировано в мае (2,9 мг/г); усиленное
накопление каротиноидов отмечено в августе (0,6 мг/г), что
связано с проявлением защитных механизмов у растений фундука.
6. Гидротермические условия оказывают влияние на
биохимический состав ядра ореха сортов фундука Corylus pontica
C. Koch. Коэффициенты регрессии по содержание насыщенных
жирных кислот составляют 0,67, а ненасыщенных 0,59.
7.Определён биохимический состав ядра орехов культуры
Corylus pontica C. Koch: общий жир (масличность) составляет в
среднем – 67,9 %; идентифицировано 10 жирных кислот; углеводы
- 5,2 %, белок – 15,2 %, витамин В2 (рибофлавин) – 58,2 мкг/мл.
8.Отмечены изменения в качестве масла фундука в
результате хранения:происходит перераспределение жирных
кислот: ненасыщенных - олеиновой и линолевой в сторону
насыщенных кислот - стеариновой и пальмитиновой.
9. По физиолого- биохимическим характеристикам сорт
Президент характеризуется оптимальным водным статусом,
качественными орехами, высокой экологической пластичностью и
наибольшей урожайностью (в среднем 16,95 ц/га).
10. Расчет экономической эффективности показал, что
рентабельность выращивания сорта Президент в 2,4 раза
превышает этот показатель у контрольного сорта Черкесский-2.
РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ НАУКИ И
ПРОИЗВОДСТВА
1. В промышленных насаждениях культуры фундука в зоне
влажных субтропиков России использовать достаточно пластичные в
отношении биохимических параметров и урожайности сорта:
Президент и Ломбардский красный, обеспечивающие стабильное
производство качественного сырья.
2.
Результаты работы использовать в учебном процессе при
чтении лекций по дисциплинам: «Биоэкология плодовых культур»
и «Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений».
20
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ:
В научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Кожевникова, А.М. Физические показатели жирного масла
сортов фундука в субтропиках России /А.М. Кожевникова, О.Г. Белоус
// Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук.- 2012.- №
2. –- С. 75-77.
2. Кожевникова, А.М. Лесной орех (фундук) в питании будущих
олимпийских чемпионов /А.М. Кожевникова // Известия Сочинского
государственного университета ( старое название Вестник СГУТиКД.) .2012. - №1. - С. 161-164.
3. Махно, В.Г. Биохимический состав ореха фундука при
хранении в естественных условиях / В.Г. Махно, В.Г. Бехтерев,
А.М. Кожевникова // Садоводство и виноградарство .- 2013. №4.С.32-34.
Статьи в аналитических сборниках и материалах конференций:
4.Кожевникова, А.М. Биохимический состав ореха фундука в
зоне влажных субтропиков России / А.М. Кожевникова, О.Г.
Белоус // Матер. IX межд. симп. «Новые и нетрадиционные
растения и перспективы их использования» – том II. – Пущино,
2011. - С. 73 – 75.
5.Кожевникова, А.М. Жирнокислотный состав масла
ореха
фундука в зоне влажных субтропиков России / А.М.Кожевникова, В.Н.
Бехтерев // Субтропическое и декоративное садоводство. – Науч.тр. –
Сочи, 2012. - Выпуск 47. - С. 183-193.
6.Кожевникова, А.М. Изменение физических показателей масла
ореха фундука в процессе хранения / А.М. Кожевникова // Межд.
науч.- практ. конф. «Аграрная наука: Современные проблемы и
перспективы развития», Махачкала, 2012 . - С. 1881-1884.
7.Кожевникова, А.М. Устойчивость сортов фундука во влажных
субтропиках России / А.М. Кожевникова, О.Г.Белоус // Межд. науч.метод. конф. «Культурные растения для устойчивого сельского
хозяйства в XXI веке», Мичуринск-Наукоград РФ, 2011. - С.205-210.
8.Кожевникова, А.М. Характеристика пигментного аппарата
листьев различных сортов фундука во влажных субтропиках России /
А. М. Кожевникова, О.Г. Белоус // Субтропическое и декоративное
садоводство. – Науч. тр. – Сочи, 2012. Выпуск 47.– С.178-182.
21
Статьи в зарубежных изданиях
9.O. Belous, Quality of oil of a filbert in the conditions of subtropics
of Russia / O. Belous, A. Kozevnicova // Slovak Journal of Food
Sciences. ISSN: 1338-9971 – Nitra. – 2013. – p.273-279.
10. Кожевникова, А.М. Жирно-кислотный состав масел сортов
фундука /А.М.Кожевникова, В.Н.Бехтерев, О.Г.Белоус //
Субтропические культуры: сб.науч.тр. - Анасеули, 2010. - № 1-4. –
С.109-113.
11. Кожевникова, А.М. Физиологическая характеристика и
биохимический состав ореха фундука в зоне влажных субтропиков
России / А.М. Кожевникова, О.Г. Белоус // Сборник трудов III
международной науч.-практ. конференции «Современные проблемы
биологии, экологии и химии». – Запорожье, 2012. – С. 25 – 26.
22