Влияние погодно-климатических условий на содержание белка и масла в семенах сои на Северном Кавказе

Для адресного подбора исходного материала в селекции на качество семян сои необходимо знание зависимости соответствующих характеристик семян от погодно-климатических условий в конкретном регионе. Определенное влияние на качество семян оказывает и глобальное изменение климата. Поэтому целью данной работы было выявление связи изменчивости содержания белка и масла в семенах сои с климатическими параметрами на Северном Кавказе, а также трендов этой изменчивости за длительный временной период. На основе изучения 1 442 образцов сои из коллекции ВИР оценены тенденции изменчивости содержания белка и масла в семенах в условиях Краснодарского края за период 1987–2015 гг. Методом регрессионного анализа в разностях с последовательным включением переменных построены модели зависимости содержания белка и масла от обобщенных агрометеорологических показателей. В течение 1987–2015 гг. для периода с температурами выше 10 °С наблюдался рост сумм активных температур на 218 °С/10 лет и недостоверное уменьшение осадков на 20.9 мм/10 лет. В динамике содержания белка выявлен тренд к росту на 2.5 % за 10 лет, по содержанию масла достоверной тенденции нет. Наибольшее среднее содержание масла и наименьшее белка было у среднеспелых образцов (22.2 и 38.8 %), а относительно высоким содержанием белка характеризовались ранние (21.6 и 40.0 %) и поздние (20.2 и 39.9 %) образцы. Содержание белка росло с увеличением продолжительности периода с температурами выше 22 °С и уменьшалось с ростом осадков за период с температурами выше 18 °С. Накоплению масла в семенах способствовало увеличение гидротермического коэффициента за период с температурами выше 19 °С, у поздних сортов этому препятствовал длительный осенний период с температурами ниже 15 °С. Многолетний рост содержания белка обусловлен как изменением климата, так и генетическим улучшением сортов.

соя, белок, масло, изменения климата, Северный Кавказ

1. Andresen J.A., Alagarswamy G., Rotz C.A., Ritchie J.T., LeBaron A.W. Weather impacts on maize, soybean, and alfalfa production in the great lakes region. 1895-1996.

2. Agron. J. 2001;93:1059-1070. https://doi.org/10.2134/agronj2001.9351059x.

3. Baranov V.F., Lukomec V.M. (Ed.). Soybean: Biology and Technology of Cultivation. Krasnodar: Sovetskaya Kuban’ Publ., 2005. (in Russian)

4. Bellaloui N., Bruns H.A., Abbas H.K., Mengistu A., Fisher D.K., Reddy K.N. Agricultural practices altered soybean seed protein, oil, fatty acids, sugars, and minerals in the Midsouth USA. Front. Plant Sci. 2015;6:31. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00031.

5. Belolyubcev A.I., Senni kov V.A. Bioclimatic Potential of Ecosystems: Manual. Moscow: Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, 2012. (in Russian)

6. Dardanelli J.L., Balzarini M., Martinez M.J., Cuniberti M., Resnik S., Ramunda S.F., Herrero R., Baigorri H. Soybean maturity groups, environments, and their interaction define mega-environments for seed composition in Argentina. Crop Sci. 2006;46(5):1939-1947. https://doi.org/10.2135/cropsci2005.12-0480.

7. Dornbos D.L., Mullen R.E. Soybean seed protein and oil contents and fatty acid composition adjustments by drought and temperature. J. Am. Oil Chem. Soc. 1992;69:228-231. https://doi.org/10.1007/BF02635891.

8. Eliseeva I.I. (Ed.). Econometrics. Moscow: Finansy i Statistika Publ., 2007. (in Russian) Enken V.B. Soybean. Economic value. In: Grain Legumes. Moscow; Leningrad: Sel’khozgiz Publ., 1953;174-220. (in Russian)

9. Ermakov A.I. (Ed.). Methods of Biochemical Evaluation of Plants. Leningrad, 1987. (in Russian)

10. Ermolina O.V., Antonov S.I., Korotkova O.V. Change of soybean seed quality during breeding in the Don region. Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2011;6:20-28. (in Russian)

11. Gibson L.R., Mullen R.E. Soybean seed composition under high day and night growth temperatures. J. Am. Oil Chem. Soc. 1996;73:733737. https://doi.org/10.1007/BF02517949.

12. Iler A.M., Inouye D.W., Schmidt N.M., Høye T.T. Detrending phenological time series improves climate-phenology analyses and reveals evidence of plasticity. Ecology. 2017;98(3):647-655. https://doi.org/10.1002/ecy.1690.

13. Kaukoranta T., Hakala K. Impact of spring warming on sowing times of cereal, potato and sugar beet in Finland. Agric. Food Sci. 2008; 17:165-176. https://doi.org/10.2137/145960608785328198.

14. Kochegura A.V., Zelen tsov S.V., Moshnenko E.V., Petibskaya V.S. Breeding and genetic improvement of biochemical parameters in soybean. Maslichnye Kultury. Nauchno-Tekhnicheskiy Byulleten VNIIMK = Oil Crops. Scientific and Technical Bulletin of the AllRussian Research Institute of Oil Crops. 2005;2(133):24-35. (in Russian)

15. Korsakov N.I., Adamova O.P., Budanova V.I. Methodical Guidelines on the Study of the Collection of Grain Legumes. Leningrad: VIR Publ., 1975. (in Russian)

16. Leshchenko A.K., Mikhailov V.G., Sichkar V.I. Soybean Breeding, Seed Studies, and Seed Industry. Kiev: Urozhaj Publ., 1985. (in Russian)

17. Myakushko Yu.P., Baranov V.F. Soybean. Moscow: Kolos Publ., 1984. (in Russian)

18. Ojo D.K., Adebisi M.A., Tijani B.O. Influence of environment on protein and oil contents of soybeans seed (Glycine max (L.) Merril). Global J. Agric. Sci. 2002;1(1):27-32. https://doi.org/10.4314/gjass.v1i1.2199.

19. Petibskaya V.S. Soy: Chemical Composition and Use. Krasnodar, 2012. (in Russian)

20. Piper E., Boote K.I. Temperature and cultivar effects on soybean seed oil and protein concentrations. J. Am. Oil Chem. Soc. 1999;76(10): 1233-1241. https://doi.org/10.1007/s11746-999-0099-y.

21. Sato K., Ikeda Т. The growth responses of soybean to photoperiod and temperature. IV. The effect of temperature during the ripening period on the yield and characters of seeds. Jpn J. Crop. Sci. 1979;48:283290. https://doi.org/10.1626/jcs.48.283.

22. Seferova I.V., Novikova L. Yu., Nekrasov A.Yu. Assessment of the response of soybean cv. Komsomolka to climate changes in the Krasnodar region. Maslichnye Kultury. Nauchno-Tekhnicheskiy Byulleten VNIIMK = Oil Crops. Scientific and Technical Bulletin of the All-Russian Research Institute of Oil Crops. 2011;1(146-147):7277. (in Russian)

23. Shchelko L., Sedova T., Kornej chuk V., Pastukha L., Sinskiy T., Gof irek P., Baresh I., Segnalova I. The International Comecon List of Descriptors for the Genus Glycine Willd. Leningrad, 1990. (in Russian)

24. Sirotenko O.D. Basis of Agricultural Meteorology. Vol. 2: Methods of Calculations and Forecasts in Agricultural Meteorology. Book 1: Mathematical Models in Agricultural Meteorology. Obninsk, 2012. (in Russian)

25. Song W., Yang R., Wu T., Wu C., Sun S., Zhang S., Jiang B., Tian S., Liu X., Han T. Analyzing the effects of climate factors on soybean protein, oil contents, and composition by extensive and high-density sampling in China. J. Agric. Food Chem. 2016;64(20):4121-4130. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b00008.

26. Stepanova V.M. Climate and Variety: Soybean. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1985. (in Russian)

27. Sudaric A., Simic D., Vrataric M. Characterization of genotype by environment interactions in soybean breeding programmes of Southeast Europe. Plant Breed. 2006;125:191-194. https://doi.org/10.1111/j.14390523.2006.01185.x.

28. USDA (United States Department of Agriculture). Agricultural Research Service. https://www.ars-grin.gov/npgs/index.html. Available 08.02.2018.

29. Usual Planting and Harvesting Dates for U.S. field crops. Agricultural Statistics Board December. National Agricultural Statistic Service, USDA. 1997. Agricultural Handbook.

30. Vishnyakova M.A. (Ed.). Collection of World Genetic Resources of Grain Legumes in VIR: Enlargement, Preservation, and Investigation. St. Petersburg: VIR Publ., 2010. (in Russian)

31. Vrochinskij I.D. Breeding works of the Harbin experimental field of CER. Work of the Agronomical Branch of the Land Department of CER over 12 years (1922-1933). Harbin, 1935;251-299. (in Russian)

32. Wolf R.B., Cavins J.F., Kleiman R., Black L.T. Effect of temperature on soybean seed constituents: oil, protein, moisture, fatty acids, amino acids, and sugars. J. Am. Oil Chem. Soc. 1982;59:230-232. https://doi.org/10.1007/BF02582182.

33. Yaklich E.W., Vinyard B., Camp M., Douglass S. Analysis of seed protein and oil from soybean Northern and Southern Region Uniform Tests. Crop. Sci. 2002;42:1504-1515. https://doi.org/10.2135/cropsci2002.1504.

34. Zelentsov S.V., Moshnenko E.V. Ways of adaptation of Russian agriculture to global climatic changes by the example of soybean ecological breeding. Nauchnyi Dialog = Scientific Dialogue. 2012; 7:40-59. (in Russian)

35. Zelentsov S.V., Moshnenko E.V. Prospects of the breeding of highprotein soybean varieties: modeling of mechanisms increasing protein content in seeds: Report 1. Maslichnye Kultury. Nauchno-Tekhnicheskiy Byulleten VNIIMK = Oil Crops. Scientific and Technical Bulletin of the All-Russian Research Institute of Oil Crops. 2016;2(166):34-41. (in Russian)