Vliv meteorologických podmínek roku na biochemické složení zrna čiroku – Průmyslový portál Agrarian Science, časopis Agriculture of Russia

Četné studie prokázaly, že výnosové a kvalitativní složení zrna a zelené hmoty zemědělských plodin je ovlivněno charakteristikami klimatických a povětrnostních podmínek (především v období tvorby a zrání zrna). Při selekci ke zvýšení nutričních charakteristik zrna zemědělských plodin je proto nutné vzít v úvahu interakci „genotyp × prostředí“.

Je známo, že různé typy genotypů rostlin vykazují různou citlivost na ten či onen stres. Výzkum M. Titisaksakul a spoluautorů naznačuje, že v některých případech může nedostatek vlhkosti během vývoje zrna vést ke snížení obsahu škrobu v důsledku změn v aktivitě enzymů odpovědných za jeho biosyntézu a zkušenosti J. Tucka ukázaly, že ozimá pšenice vykazuje vysokou náchylnost k negativním teplotám na podzim a tepelnému stresu během zrání zrna.

Obsah bílkovin a škrobu také závisí na genotypu, meteorologických podmínkách, úrodnosti půdy a dalších faktorech životního prostředí.

Vědci z Republiky Tatarstán provedli analýzu vlivu povětrnostních podmínek na výnos obilných plodin, který ukázal, že se zvyšuje s dostatkem srážek v první polovině vegetačního období a naopak klesá s vysokými teplotami vzduchu na začátku vegetačního období.

Jednou ze zemědělských plodin, která se snadno přizpůsobuje suchému klimatu a přináší vysoké výnosy, je čirok zrnový. Studium vlivu environmentálních faktorů na nutriční hodnotu obilí je nesmírně důležitým úkolem. Umožňuje nám identifikovat, který ze studovaných hydrotermálních parametrů má největší vliv na kvalitativní složení zrna.

Účel výzkumu — identifikace korelačních vazeb mezi biochemickými parametry zrna čiroku ve fázi plné zralosti a meteorologickými podmínkami (součet teplot, součet srážek, hydrotermální koeficient), jakož i vliv těchto parametrů na výnos zrna.

Materiály a metody výzkumu

Práce posuzovala biochemické složení 15 odrůd čiroku zrna Federálního státního rozpočtového vědeckého ústavu RosNIISK „Rossorghum“ v letech 2020, 2021 a 2022. (za každý rok) (tabulka 1).

Vzorky se od sebe lišily morfometrickými parametry, délkou vegetačního období, ukazateli biochemického složení a výnosem zrna.

Studované odrůdy byly zasety na pokusném poli Federálního státního rozpočtového vědeckého ústavu RosNIISK “Rossorgo” v Saratovské oblasti na Volžské pahorkatině, která se nachází 5 km od města Saratov, v jižní části černozemní zóny. Půdu pokusného pole představuje mírně vyplavená jižní černozem, středně hlinitá v mechanickém složení. Plocha pozemků ve školkách pro soutěžní testování odrůd je 30,8 m².

Pozemky byly vytyčeny a evidován výnos zrna podle metodiky státní odrůdové zkoušky zemědělských plodin v konečné fázi ontogeneze, „plné zralosti“.

Fenologická pozorování byla prováděna podle širokého jednotného klasifikátoru RVHP a mezinárodního klasifikátoru RVHP pěstovaných druhů rodu Sorghum Moench. Hustota rostlin byla upravena ručně (80 tisíc rostlin/ha). Výsev odrůd čiroku na zrno byl proveden ve třetím květnovém desetidenním výběrovém kazetovém secím stroji SKS-6-10, kultivační technika byla zonální.

Povětrnostní podmínky byly následující: v roce 2020 byla průměrná teplota vzduchu na Saratovsku 19,6 °C, množství srážek 19,9 mm. Ve druhé desítce červencových a třetí desítce srpnové srážky nebyly pozorovány žádné srážky. V roce 2021 byla ve vegetačním období průměrná desetidenní teplota v kraji 21,8 °C, úhrn srážek 14,7 mm. Prvních deset srpnových dnů bez srážek. V roce 2022 byla průměrná teplota 16,7 °C a za vegetační období spadlo 43,3 mm srážek.

Ve vegetačním období „sazenice – plná zralost“ byl vypočítán ukazatel vlhkosti území HTC (hydrotermální koeficient), který byl: 0,68–0,76 v roce 2020, 0,56–0,68 v roce 2021, 0,60–0,66 v roce 2022. V průměru 0,64–0,68 za tři roky výzkumu 95 HTC. Tento ukazatel ukazuje, že během sledovaného vegetačního období se stupeň vlhkosti pohyboval od mírně suchého po nedostatečně vlhký. Délka vegetačního období byla 116–XNUMX dní.

Biochemické složení zrna čiroku bylo hodnoceno pomocí infračerveného analyzátoru Spectra Star XT, modifikace 2600XT-1 (Unity Scientific, USA), pomocí spektroskopické metody v triplikátech. Experimentální výsledky byly zpracovány pomocí softwarového balíku Agros 2.09 metodou korelační analýzy.

Výsledky a diskuse

Biochemické složení zrna čiroku vykazovalo značnou variabilitu studovaných charakteristik v závislosti na ročníku studia. Prezentované údaje (obr. 1) charakterizují průměrnou hodnotu biochemického složení za tři roky výzkumu, ze kterého vyplynulo, že obsah bílkovin se pohyboval v rozmezí 9,38–11,48 %, množství tuku 3,04–4,09 %, popelovin – 1,22–1,84 %, vlákniny – 1,64–2,37 %. Množství škrobu a NVE bylo 70,23–72,52 %, respektive 81,29–83,55 %.

Důležitým ukazatelem produktivity odrůdy je výnos zrna. V těchto studiích se průměrný výnos za tři roky pohyboval od 3,03 do 5,02 t/ha.

Získaná data o biochemickém složení zrna čiroku byla použita v korelační analýze. Analýza odhalila silné vztahy mezi studovanými charakteristikami v průměru za roky 2020–2022.

Bylo zjištěno, že obsah bílkovin v zrnu čiroku negativně koreloval s množstvím bezdusíkatých extraktivních látek (r = -0,91) (tab. 2).

Silná korelace byla pozorována také v letech 2021 (-0,93) a 2022 (-0,96). Negativní korelace byla pozorována mezi proteinem a škrobem v roce 2021 (r = -0,76) a pozitivní korelace byla pozorována mezi proteinem a tukem ve stejném roce studie (r = -0,62).

Je třeba poznamenat, že syntéza bílkovin závisí na povětrnostních podmínkách. Mezi obsahem bílkovin a součtem aktivních teplot a množstvím srážek byla zjištěna střední a silná negativní korelace – -0,62 a -0,64. Navíc významné závislosti těchto ukazatelů byly zjištěny až v podmínkách roku 2021 (r = -0,62 a -0,51).

Ve studiích E.A. Semenova odhalila podobné projevy znaku na plodinách sóji: na základě korelační analýzy byl zjištěn silný negativní vztah mezi obsahem bílkovin a množstvím srážek v oblasti Amuru v období „zrání“ (r = -0,749, p < 0,01), stejně jako mezi obsahem bílkovin a průměrnou denní teplotou vzduchu v období „dozrávání-kvetení“ a Orenburgu.

Je pozoruhodné, že byla zjištěna průměrná negativní korelace mezi proteinem a výtěžkem v průměru za tři roky výzkumu (r = -0,60), přičemž v žádném období studie nebyly žádné významné vztahy. Tyto údaje potvrzují skutečnost, že čirok je plodina odolná vůči suchu, ve které obsah a akumulace bílkovin závisí na klimatických podmínkách.

Akumulace škrobu a bezdusíkatých extraktivních látek (NFE) závisela také na součtu aktivních teplot a množství srážek během vegetačního období: v průměru za tři roky studia r = 0,62–0,63, resp. r = 0,58–0,69.

Přitom korelace mezi obsahem škrobu a meteorologickými podmínkami byla pozorována i v letech 2021–2022. (r = 0,52–0,59), zatímco v roce 2020 žádný významný vztah nebyl. Obsah BEV přitom koreloval s povětrnostními podmínkami v průměru za tři roky a činil 0,63 při interakci se součtem teplot, 0,69 při interakci s množstvím srážek. Pozitivní korelace mezi těmito parametry byla nalezena v podmínkách roku 2021 (r = 0,58–0,52, v uvedeném pořadí). Bylo zjištěno, že obsah škrobu pozitivně koreluje s obsahem NVE v průměru za roky 2020–2022. (r = 0,56) a v letech 2020–2021. (r = 0,60-0,74).

V práci F. DuPonta a S. Altenbacha je prezentován významný vliv podmínek prostředí na akumulaci bílkovin a škrobu v zrnu pšenice.

Množství popela bylo nepřímo korelováno s akumulací škrobu, což potvrzují zjištěné korelace jak za celé sledované období (r = -0,66), tak v roce 2020 a 2022 (korelační koeficient byl -0,76, resp. -0,56).

Mezi obsahem minerálních prvků a součtem aktivních teplot byl zjištěn negativní významný vztah: v průměru za roky 2020–2022. r = -0,53, v roce 2021 r = -0,59. Průměrná negativní korelace mezi popelem a výnosem byla pozorována výhradně v roce 2020, která byla -0,56.

Je třeba poznamenat, že v podmínkách roku 2022 byla zjištěna silná korelace mezi ukazateli obsahu tuku a popela: korelační koeficient byl -0,76. Mezi tukem a BEV byly v roce 2021 nalezeny silné korelace – 0,73.

Je známo, že součet aktivních teplot je přímo závislý na součtu srážek a nepřímo závislý na hydrotermálním koeficientu (HTC) a podle toho ovlivňuje výnos.

Silná pozitivní korelace byla zjištěna mezi teplotou a srážkami v průměru za tři roky a v roce 2021 (r = 0,94-0,80), stejně jako v průměru v roce 2020 (r = 0,51). Je třeba poznamenat, že v závislosti na ročním období výzkumu se interakce souvisejících znaků může projevovat různými způsoby. Existuje tedy negativní korelace mezi teplotou a HTC v roce 2020 (r = -1,00) a pozitivní korelace v roce 2021 (r = 0,53). U ukazatelů výnosu zrna byla zjištěna vysoká korelační závislost, která v průměru za roky 0,78–2020 činila 2023, v roce 0,68 studie 2020.

Mezi parametry množství srážek a hydrotermálního koeficientu jsou zaznamenány pozitivní korelace v průměru za tři roky (r = 0,54), v roce 2021 a 2022, které činily 0,93, resp. 0,91. Jedním z důležitých parametrů ovlivňujících výnos zrna čiroku je množství srážek během vegetace.

Tyto studie odhalily pozitivní korelaci mezi těmito charakteristikami, která v letech 0,75–2020 činila 2022. a 0,68 v roce 2020.

Ve studiích N.A. Kovtunová a její kolegové nalezli podobný vztah v korelaci mezi výnosem zelené hmoty sudánské trávy a množstvím srážek (r = 0,79), přičemž autoři zaznamenali průměrnou negativní korelaci s průměrnou teplotou vzduchu během vegetačního období (r = -0,59).

Silná negativní korelace byla zjištěna u ukazatele HTC a výnosu až v roce 2020 (r = -0,67), což ukazuje na vysokou odolnost rostlin čiroku vůči suchu.

Podobné výsledky výzkumu jsou známy i u jiných zemědělských plodin. Například data od V.Yu. Selivanova ukázala, že při provádění korelační-regresní analýzy byla odhalena významná závislost výnosu zrna pšenice na množství srážek v suché stepní zóně oblasti Dolního Volhy. Dalším příkladem je úzká pozitivní korelace mezi výnosem plodin a ukazateli zásobování vláhou (množství srážek a hydrotermální koeficient) plodin sóji pěstovaných v regionu Nečernozemě.

Závěry

Získané výsledky odhalily negativní i pozitivní vztahy mezi biochemickým složením zrna čiroku a podmínkami prostředí. Významné negativní korelace byly zjištěny mezi ukazateli bílkovin, tuků, popela a vlákniny mezi sebou navzájem, dále v závislosti na ukazatelích škrobu, NFE a povětrnostních podmínkách.

Na druhé straně byla zaznamenána střední a vysoká pozitivní korelace mezi charakteristikami škrobu a NVE ze součtu teplot a srážek.

Výnos zrna je v těsné pozitivní korelaci se součtem aktivních teplot a úhrnem srážek za vegetační období. Bylo zjištěno, že v podmínkách nedostatečné vlhkosti (HTC 0,56–0,76) je čirok schopen produkovat vysoké výnosy zrna (až 5,02 t/ha).

O autorech

Věra Valerievna Byčková, Kandidát biologických věd, hlavní vědecký pracovník

Oksana Pavlovna Kibalnik, kandidát biologických věd, hlavní výzkumný pracovník;

Irina Alexandrovna Sazonová, doktor biologických věd, hlavní výzkumný pracovník;

Olga Borisovna Kameneva, Kandidát zemědělských věd, vedoucí výzkumný pracovník

Ruský výzkumný a konstrukční technologický institut čiroku a kukuřice, 1. Institutsky proezd, 4, Saratov, 410050, Rusko

УДК: 633.174: 551.588.6 DOI: 10.32634/0869-8155-2023-377-12-102-107