Плоды кивано (Cucumis metuliferus E. Mey ex Naudin) – растения родом из Африки [7] – начали активно ввозить в Европу в качестве декоративных с 90-х годов прошлого века [6, 10]. К настоящему времени кивано активно выращивают в Австралии, Новой Зеландии, Чили, США (Калифорнии), Португалии и других странах, и география возделывания этого растения все больше расширяется в связи с его растущей популярностью, и, соответственно, ростом спроса на семена и технологии возделывания в разных регионах мира [3, 7]. Кивано является перспективным овощным интродуцентом и для России [4], где его выдающаяся способность к продолжительному хранению плодов и многообразие способов использования от пищевого до лекарственного и декоративного могут быть реализованы при разных масштабах производства – от приусадебных участков до агропромышленной культуры.
Плоды кивано содержат разнообразные биоактивные вещества [5, 8], оказывающие оздоравливающее действие на организм человека и животных, и, как было показано ранее, характеризуются повышенным содержанием K, Ca, Mg, Zn, Fe, Cu и Ni, являясь ценным источником этих элементов [1, 5]. Плоды кивано имеют более высокую питательную ценность по сравнению с плодами огурца обыкновенного (Cucumis sativus L.), так как содержат значительно больше питательных веществ [9].
Потенциал кивано в плане производства новых продуктов и напитков изучен далеко не полностью, в особенности в случаях интродукции в новые регионы выращивания.
Как мы писали ранее [2], кивано заслуживает усилий по распространению в нашей стране. В связи с этим ведутся работы по селекции его сортов и гибридов для российских условий. Так, в 2006 г в Центральном cибирском ботаническом саду СО РАН (г. Новосибирск) был селектирован первый в России сорт кивано Зеленый дракон, рекомендуемый для выращивания в открытом и защищенном грунте [4]. Работы по селекции продолжаются. Для изучения продукционных особенностей разных форм этой интересной овощной культуры в условиях открытого грунта России в данной работе была проведена сравнительная оценка роста и развития растений кивано разных форм и продукции их плодов в условиях микроделяночных полевых опытов в открытом грунте на юге Западной Сибири, а также изучена взаимосвязь этих показателей с почвенно-экологическими условиями выращивания.
Материалы и методы исследования
В качестве объекта исследования использовали растения кивано сорта Зеленый дракон (P1), новозеландской формы 513 (P2) и их F1 гибрида (P2 x P1), селектированные в Центральном Сибирском ботаническом саду СО РАН (г. Новосибирск). Семена на рассаду высевали 24 апреля 2015 г. Рассаду, выращенную в кассетах (с размером ячейки 6,5 х 7,5 х 5,5 см) в возрасте 35-38 дней высадили в открытый грунт 10–13 июня 2015 г. на нескольких опытных участках в окрестностях города Новосибирска (табл. 1) на высоте от 100 до 230 м над уровнем моря в лесостепной зоне юга Западной Сибири. На каждом участке высаживали по 3 растения, т.е. всего по одному растению каждой формы, из расчета 0,25 м2 на одно растение. Растения не пасынковали и направляли на вертикальные опоры. Корневую подкормку растений провели один раз за сезон через 30 дней после высадки рассады в грунт полным минеральным удобрением «Нитрофоска» (БиомастерТМ) в дозе, эквивалентной 3,9 г N на одно растение, или 154 кг N га-1 [6].
Образцы почвы отбирали из слоя 0-20 см одновременно с отбором образцов надземной и подземной фитомассы по окончании вегетации растений и, соответственно, по окончании опыта 10–13 сентября 2015 года. Сбор плодов проводили в ходе вегетации начиная с конца июля по мере прекращения их роста, а в конце вегетации учитывали все плоды в технической спелости, т.е. зеленоспелые и корнишоны массой не менее 10 г.
Содержание Сорг определяли по потере массы почвенным образцом при прокаливании в течение 12 часов при 500 °С, содержание общего азота (Nобщ) в почве проводили по Къельдалю; содержание подвижных форм питательных элементов (NO3-, NH4+, P2O5,) и рН (Н2О) измеряли стандартными агрохимическими методами. Содержание подвижных K, Na, Ca и Mg определяли атомно-адсорбционным методом в аммонийно-ацетатной вытяжке.
На каждом участке вели наблюдения за температурой воздуха и почвы с помощью автономных регистраторов температуры DS 1921G «Thermochron», измерявших температуру каждые 2 часа. Для регистрации температуры воздуха автономный регистратор устанавливался на высоте 2 м над поверхностью почвы. Чтобы исключить воздействие прямых солнечных лучей прибор специально затеняли. Для регистрации температуры почвы терморегистраторы устанавливали на поверхности почвы и в корнеобитаемом слое (на глубине 10 см) на каждой делянке на расстоянии 10 см от центрального стебля растения и тоже затеняли. Сумму дневных температур рассчитывали как среднюю температуру за дневное время суток, т.е. от восхода до захода, умноженную на долю дня в сутках, и суммировали по всему периоду регистрации (88 дней). Сумму ночных температур рассчитывали как среднюю температуру за ночное время суток, т.е. от захода до восхода, умноженную, соответственно, на долю ночи в сутках, и также суммировали по всему периоду регистрации. Общую сумму температур рассчитывали как сумму среднесуточных за тот же период (табл. 2).
Таблица 1
Расположение опытных участков и некоторые агрохимические свойства их почв по окончании вегетации растений кивано в микроделяночном опыте в открытом грунте на юге Западной Сибири
|
№ участка |
Географические координаты |
рН (Н2О) |
Сорг, % |
Nорг, % |
Nмин, мг/кг |
P2O5, мг/кг |
K2O, мг/кг |
Na, мг/кг |
Ca, г/кг |
Mg, мг/кг |
|
|
с.ш. |
в.д. |
||||||||||
|
1 |
54,96476 |
83,17553 |
7,4 ± 0,1 |
5,3 ± 0,1 |
0,41 ± 0,01 |
30 ± 1 |
1 ± 0 |
192 ± 14 |
146 ± 11 |
5,2 ± 2,4 |
661 ± 11 |
|
2 |
55,153971 |
83,31421 |
7,0 ± 0,1 |
7,9 ± 0,3 |
0,58 ± 0,03 |
109 ± 21 |
2 ± 0 |
307 ± 16 |
175 ± 5 |
6,5 ± 0,6 |
696 ± 39 |
|
3 |
55,0062 |
83,30279 |
7,3 ± 0,1 |
2,3 ± 0,2 |
0,13 ± 0,01 |
20 ± 0 |
2 ± 0 |
317 ± 13 |
101 ± 3 |
1,2 ± 0,0 |
334 ± 9 |
|
4 |
55,01279 |
82,95766 |
7,2 ± 0,2 |
3,9 ± 0,2 |
0,24 ± 0,01 |
27 ± 7 |
32 ± 4 |
430 ± 18 |
29 ± 0 |
1,5 ± 0,4 |
258 ± 15 |
|
5 |
55,09157 |
83,02094 |
7,5 ± 0,2 |
4,3 ± 0,3 |
0,30 ± 0,02 |
20 ± 1 |
5 ± 1 |
232 ± 7 |
108 ± 7 |
4,0 ± 0,1 |
508 ± 12 |
|
6 |
54,96787 |
83,25436 |
7,1 ± 0,0 |
3,4 ± 0,1 |
0,24 ± 0,01 |
16 ± 1 |
26 ± 2 |
159 ± 16 |
50 ± 4 |
3,8 ± 0,1 |
542 ± 29 |
|
7 |
54,422106 |
83,160257 |
7,5 ± 0,0 |
3,0 ± 0, 0 |
0,19 ± 0,01 |
23 ± 3 |
4 ± 0 |
136 ± 4 |
74 ± 3 |
5,4 ± 0,0 |
344 ± 3 |
Таблица 2
Суммы положительных температур воздуха и почвы за период вегетации растений кивано в микроделяночном опыте в открытом грунте на юге Западной Сибири ( °C·сутки) [2]
|
№ участка |
Сумма температур воздуха |
Сумма температур почвы, 0 см |
Сумма температур почвы, 10 см |
||||||
|
Дневные |
Ночные |
Суточные* |
Дневные |
Ночные |
Суточные |
Дневные |
Ночные |
Суточные |
|
|
1 |
1138 |
649 |
1664 |
1316 |
638 |
1954 |
1235 |
704 |
1938 |
|
2 |
1331 |
525 |
1856 |
1221 |
636 |
1857 |
1182 |
683 |
1866 |
|
3 |
1437 |
465 |
1902 |
1290 |
616 |
1906 |
1171 |
678 |
1850 |
|
4 |
1493 |
561 |
2054 |
1295 |
655 |
1950 |
1212 |
719 |
1931 |
|
5 |
1399 |
497 |
1896 |
1253 |
603 |
1856 |
1183 |
692 |
1875 |
|
6 |
1394 |
499 |
1893 |
1234 |
642 |
1876 |
1178 |
705 |
1884 |
|
7 |
1500 |
502 |
2001 |
1241 |
652 |
1894 |
1211 |
635 |
1847 |
Прмимечание. * Разница между суммой среднесуточных температур и величиной, получаемой суммированием сумм дневных и ночных температур, объясняется выбранным методом оценки.
Таблица 3
Структура урожая различных форм кивано (сырая масса на одно растение) при выращивании в микроделяночных опытах в открытом грунте на юге Западной Сибири
|
Показатель |
Сорт Зеленый дракон |
Новозеландская форма |
Гибрид F1 |
|
Надземная фитомасса, кг (Н) |
1,196 ± 0,245 |
3,119 ± 1,178 |
2,003 ± 0,650 |
|
Подземная фитомасса, кг (К) |
0,017 ± 0,001 |
0,028 ± 0,004 |
0,031 ± 0,003 |
|
Плоды, кг (П) |
0,489 ± 0,217 |
1,258 ± 0,744 |
0,702 ± 0,170 |
|
Общая фитомасса, кг |
1,702 ± 0,432 |
4,404 ± 1,483 |
2,727 ± 0,605 |
|
Отношение Н/К |
70 ± 12 |
96 ± 23 |
86 ± 15 |
|
Отношение Н/П |
4,7 ± 1,4 |
10,9 ± 3,2 |
6,4 ± 4,2 |
|
Число плодов, шт |
11 ± 2 |
16 ± 8 |
9 ± 1 |
|
Средняя масса плода, г |
36,5 ± 9,9 |
57,6 ± 12,1 |
75,7 ± 10,6 |
|
Максимальная масса плода, г |
79,3 ± 18,2 |
131,9 ± 43,6 |
137,0 ± 26,3 |
Таблица 4
Результаты дисперсионного анализа: вклад и уровень значимости влияния разных факторов (месторасположения опытного участка и формы растения) в изменчивость фитомассы растений кивано
|
Показатель |
Фактор |
|||
|
месторасположение опытного участка |
форма растения |
|||
|
доля |
p |
доля |
p |
|
|
Надземная фитомасса, кг (Н) |
0,67 |
0,01* |
0,11 |
0,10** |
|
Подземная фитомасса, кг (К) |
0,59 |
0,01 |
0,19 |
0,02 |
|
Плоды, кг (П) |
0,54 |
0,16 |
0,07 |
0,44 |
|
Общая фитомасса, кг |
0,60 |
0,03 |
0,12 |
0,13 |
|
Отношение Н/К |
0,65 |
0,05 |
0,07 |
0,36 |
|
Отношение Н/П |
0,69 |
0,02 |
0,07 |
0,29 |
|
Число плодов, шт |
0,57 |
0,15 |
0,03 |
0,67 |
|
Средняя масса плода, г |
0,41 |
0,21 |
0,23 |
0,07 |
|
Наибольшая масса плода, г |
0,37 |
0,50 |
0,07 |
0,53 |
|
Многомерный критерий |
0,002 |
0,08 |
||
Примечания. * Жирным шрифтом выделены значения на уровне значимости p ≤ 0,05. ** Подчеркнуты значения на уровне значимости p ≤ 0,10.
Расположение различных форм кивано в плоскости канонических функций: 1 – сорт Зеленый дракон (P1), 2 – новозеландская форма 513 (P2) и 3 –F1 гибридная форма (P1 х P2)
Полученные данные анализировали методами описательной статистики, дисперсионного анализа и анализа дискриминантных функций с помощью статистического пакета Statistica 6.1.
Результаты исследования и их обсуждение
Растения кивано на всех опытных участках развивались хорошо (рисунок), сформировав к концу вегетации мощную надземную фитомассу (табл. 3), особенно растения гибридной и новозеландской форм.
Хотя по продукционным свойствам новозеландская форма кивано лидировала в условиях проведенного опыта, по свойствам собственно товарной продукции (средний и максимальный размер плодов) гибридная форма оказалась впереди (табл. 3). Полученный в нашем опыте урожай плодов форм кивано оказался ниже 3,2 кг/м2, или 1,7 кг/растение, зарегистрированных за 2006–2009 гг. в ЦСБС СО РАН [3], вероятнее всего, из-за различий в технологии выращивания и формирования растений: в данном опыте растения не пасынковали, чтобы исключить отчуждение надземной фитомассы.
Анализ дисперсии показателей роста и развития растений кивано, результаты которого представлены в табл. 4, выявил достоверное влияние фактора месторасположения участка (включающего, в частности, почвенно-агрохимические свойства и тепловой режим) на развитие надземной, подземной и общей фитомассы, а также и на отношение надземной фитомассы к подземной и к массе плодов. Вклад этого фактора в дисперсию изученных характеристик, испытавших его достоверное влияние, составил в среднем 64 %. Вклад фактора формы растения варьировал по всем показателям от 3 до 23 %, будучи статистически значимым на уровне 0,05 для подземной фитомассы (табл. 4). Если принять уровень значимости равным P ≤ 0,10, как это все чаще предлагают делать для экологических исследований, то и различия по надземной фитомассе и средней массе плодов кивано тоже будут близки к статистически значимым.
Тот факт, что практически две трети дисперсии изученных показателей роста и развития кивано определяются месторасположением опытных делянок, а не генотипическим различием растений, хорошо согласуется с представлением о кивано как о растении, способном интенсивно расти в разнообразных экосистемах с широким варьированием почвенно-экологических условий и чутко реагирующим на это варьирование даже в пределах тех небольших градиентов, наблюдавшихся в нашем опыте (табл. 1, 2).
По основным продукционным характеристикам растений (продукция надземной и общей фитомассы, плодов), а также по изученным структурным характеристикам фитомассы (отношение надземной к подземной фитомассе, отношение надземной фитомассы к массе плодов) растения кивано гибридной формы находились между родительскими формами (табл. 3).
Соотношение надземной к подземной фитомассе у новозеландской и гибридной формы было в 1,4 и 1,2 раза выше, соответственно, чем у растений сорта Зеленый дракон. Как мы отмечали ранее [2], преимущественное развитие надземной части растений свидетельствует, в частности, о благоприятной почвенно-агрохимической обстановке для роста и развития растений, и в данном случае о лучшем самочувствии растений новозеландской и гибридной формы в конкретно-экологической обстановке опыта. Но это также свидетельствует и о большем выносе питательных элементов из почвы растениями этих форм, что следует компенсировать надлежащей агротехникой (заделыванием фитомассы в почву, компостированием, внесением удобрений и т.п.).
Соотношение надземной фитомассы к массе плодов, характеризующее количество фотосинтезирующей массы на выход единицы товарной продукции, у растений новозеландской и гибридной форм было выше по сравнению с растениями сорта Зеленый дракон в 2,3 и 1,4 раза, соответственно (табл. 3).
Для того, чтобы определить, какие показатели роста и развития растений кивано лучше отличают изученные формы, мы провели анализ дискриминантных функций по матрице данных с изученными характеристиками фитомассы растений кивано в качестве переменных анализа, и разными формами растений на разных опытных делянках в качестве объектов (наблюдений). В модель дискриминации форм кивано оказались включены средний размер плодов (p = 0,02), который делает основной вклад в первую каноническую функцию; отношение надземной фитомассы к их массе (p = 0,05) и масса плодов (p = 0,21), которая делает основной вклад во вторую каноническую функцию. Расположение форм кивано в плоскости канонических функций представлено на рисунке, где хорошо видно, что растения новозеландской и гибридной форм группируются ближе друг к другу, и, за исключением двух точек, обособленно от растений сорта Зеленый дракон.
Неприхотливость кивано делает эту культуру весьма привлекательной для выращивания в условиях открытого грунта. Селекционные усилия в направлении создания новых сортов кивано для выращивания в условиях юга Западной Сибири (и схожих с ними), наряду с учетом раннеспелости и продуктивности, должны быть направлены на селекцию признаков, связанных с органолептическими и биохимическими свойствами плодов, их лежкостью и декоративностью.
Необходимо заметить, что вегетационный сезон 2015 года на юге Западной Сибири был очень теплый, особенно в плане ночных температур, что, очевидно, способствовало росту и плодоношению растений кивано в условиях открытого грунта, особенно новозеландской формы. Ожидаемое потепление климата, особенно в евроазиатской части России, несомненно, будет способствовать распространению этой культуры.
Выводы
Наиболее продукционно-способной в плане биологической продукции в условиях открытого грунта вегетационного сезона 2015 года на юге Западной Сибири оказалась новозеландская форма кивано по сравнению с сортом Зеленый дракон и гибридом между ними. В связи с повышенной по сравнению с другими формами продукцией новозеландская форма выносит больше питательных элементов из почвы, что следует компенсировать надлежащей агротехникой.
Значения средней и максимальной массы плода были более высокие у гибридной формы кивано, что свидетельствует о ее перспективности.
Дискриминантный анализ позволяет хорошо визуализировать расстояние между разными формами растений по совокупности нескольких переменных, будучи полезным для селекционных исследований: так, по совокупности изученных показателей гибридная форма оказалась ближе к новозеландской.
Селекционные усилия в направлении создания новых сортов кивано для выращивания в условиях приусадебных хозяйств в основном должны быть направлены на малорослость растений и лежкость, декоративность и органолептические свойства плодов.
Исследования выполнены при финансовой поддержке проекта VI.54.1.4. «Биологические и биогеохимические функции почв как компонента наземных экосистем Сибири» (государственная регистрация № 01201350243, ИСГЗ № 0313-2014-0002).