The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center " Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Senior Researcher)
33 Central Research Institute Ministry of Defence of the Russian Federation (Senior Researcher)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (Senior Researcher)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (Senior Researcher)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (Senior Researcher)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (Senior Researcher)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (Senior Researcher)
Abakan, Abakan, Russian Federation
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (junior research assistant)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (junior research assistant)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (junior research assistant)
Abakan, Abakan, Russian Federation
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (junior research assistant)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (junior research assistant)
The Scientific Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia is a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (junior research assistant)
Abakan, Abakan, Russian Federation
The aim of the study is to identify the influence of agrometeorological conditions on the structure and biological yield of aniseed lofanthus (Lophantus anisatus Benth.) seeds in the dry steppe part of the Republic of Khakassia. The studies were conducted in the introduction nursery of the botanical garden of the Research Institute of Agronomy of Khakassia – a branch of the Federal Research Center of Agricultural Sciences of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences in 2021–2023. The object of the study was first-year aniseed lofanthus plants grown by seedlings. Observations and records complied with the accepted methods. According to the results of the correlation analysis, it was established that temperature conditions have a strong influence on the elements of seed productivity of lophanthus (r = 0.78–0.99), while precipitation has a weak to moderate effect. Seed productivity was strongly correlated with the structural elements of the yield: the number of cymoids and flowers in a cymoid, the length of the thyrsus (r = 0.84; 0.99; 0.94); potential (PSP) and real (RSP) seed productivity (r = 0.99); weight of 1000 seeds (r = 0.95). The sum of active air temperatures during the entire vegetation period had a positive effect on the seed yield (r = 0.72). Excessive moisture in the initial period of growth and development of the aniseed lophanthus had a weak negative effect on seed productivity (r = –0.23). A strong correlation dependence of seed productivity on the amount of precipitation during the flowering period of the aniseed lophanthus (r = 0.99) was revealed; the combined effect of hydrothermal conditions during this period was also manifested to a greater extent compared to other periods of growth and development. To obtain a potential seed yield, it is necessary to maintain an optimal moisture regime from the beginning of flowering until the ripening of the aniseed lophanthus seeds.
aniseed lophanthus, seed productivity, sum of active temperatures, precipitation, hydrothermal coefficient, correlation analysis
Введение. Лекарственные препараты, созданные на основе растений, занимают важное место в современной медицине. Во всех регионах России отмечается резкое увеличение спроса на отечественные лекарственные средства, среди которых ведущее место по объему продаж занимают препараты растительного происхождения. Химический состав растений чрезвычайно разнообразен, в него входят важнейшие биологически активные вещества: алкалоиды, сапонины, флавоноиды, органические кислоты, эфирные масла и т. д. Все эти вещества обладают разными лечебными свойствами, а при комплексном их применении значительно усиливается терапевтический эффект [1]. Многие фитопрепараты, в отличие от синтетических, характеризуются возможностью длительного применения, проявляя широкий спектр действия на организм человека. Решить потребность фармацевтической промышленности в лекарственном растительном сырье можно путем возделывания перспективных лекарственных культур. Значительный научный и практический интерес представляет изучение особенностей развития и плодоношения наиболее распространенных интродуцированных видов, являющихся природными источниками биологически активных соединений. Перспектива интродукции пряно-ароматических и эфирномасличных растений объясняется присутствием в них фитокомплексов, обеспечивающих организм человека необходимыми нутриентами [2, 3]. Возрастающий интерес к эфирномасличным растениям связан с их чрезвычайно широким применением во многих отраслях промышленности, в официальной и народной медицине, в сельском хозяйстве и быту. В последние годы ассортимент эфирномасличных растений расширился за счет внедрения в культуру новых, весьма перспективных растений, таких как лофант анисовый (Lophanthus anisatus Benth.) [4]. Вид завоевывает популярность как лекарственное, пряное и декоративное растение. В диком виде произрастает в Северной Америке. Растение засухоустойчивое, хорошо растет на легких плодородных почвах, подходят суховатые почвы степной зоны [5, 6].
Лофант анисовый находит широкое применение в медицинской практике: регулирует обмен веществ, нормализует артериальное давление, очищает кровь, выводит из организма тяжелые металлы, что очень важно для крупных промышленных городов и зон с неблагоприятной радиационной обстановкой. Считается сильным иммуностимулятором, подобным женьшеню. Экстракты обладают противоопухолевой активностью. В тибетской медицине надземную часть растения применяют внутрь и наружно при параличах (в частности лицевого нерва), гастрите, расстройствах желудочно-кишечного тракта, гепатите, а также как средство, предупреждающее старение организма. Применение лофанта в косметике способствует устранению морщин, сохраняет тургор и молодость кожи, укрепляет рост волос [7]. Молодые листья используются как приправа к салату, для ароматизации соков, чая; при изготовлении хлебобулочных и кондитерских изделий; применяются в пищевой, консервной, промышленности как пряность при консервировании [8]. Экспериментально на животных было подтверждено иммуномоделирующее и гиперхолестеринемическое действие травы лофанта анисового [9, 10].
Лофант обладает высокой декоративностью: красивый габитус, эффектные, колосовидные соцветия различных окрасок (от белой до лиловато-сиреневой), обильное и продолжительное цветение. Эти декоративные особенности позволяют с успехом использовать лофант в садово-парковом строительстве – в оформлении цветочных композиций (клумб, рабаток, миксбордеров и т. д.), в групповых посадках в садах и парках, выполненных как в регулярном, так и в пейзажном стилях [6]. Лофант является хорошим медоносом [11].
В Ставропольском НИИСХ создан сорт лофанта «Премьер». Определено, что в его траве из основных групп биологически активных веществ (БАВ) эфирное масло составляет 2,15 %, дубильные вещества – 8,30, флавоноиды – 2,06 %. В состав флавоноидов входит рутин, лютеолин, кверцетин, кемпферол, апигенин и шесть фенолкарбоновых кислот [12].
Исследования, проведенные в Ленинградской области, посвящены изучению онтогенеза и антэкологии вида. Установлено, что начало отрастания лофанта зависит от температурного режима и количества осадков в апреле и мае. Отмечено, что высокие среднесуточные температуры способствовали более раннему отрастанию, вид способен к возобновлению самосевом. Семенная продуктивность составляет 13,8 г на 1 растение у средневозрастных генеративных растений [13]. Выявлены особенности семенной продуктивности и влияние метеорологических условий на фазы развития лофанта анисового в степной зоне Хакасии. Весеннее отрастание и начало цветения в сильной степени зависит от количества осадков (r = 0,84 и 0,82). Продолжительность вегетационного периода тесно взаимосвязана с температурой воздуха (r = 0,79) и количеством осадков (r = 0,95) [14, 15].
Цель исследований – выявить влияние агрометеорологических условий на структуру и биологический урожай семян лофанта анисового (Lophantus anisatus Benth.) в сухостепной части Республики Хакасия.
Объекты и методы. Исследования проводились в 2021–2023 гг. в интродукционном питомнике ботанического сада НИИАП Хакасии – филиале ФИЦ КНЦ СО РАН, на каштановой среднесуглинистой почве. Климат степной части республики характеризуется резкой континентальностью и засушливостью. За последние два десятилетия годовое количество осадков составило 332 мм, из них – 42,3 % выпадает в июле и августе. Средняя температура января – минус 18,4 °С, июля – 20,0 °С [16]. Объектом исследования являлись растения лофанта анисового первого года жизни, выращенные рассадным способом. Посев семян на рассаду проводили в первой декаде апреля. Посадка рассады в открытый грунт – в третьей декаде мая, плотность посадки – 8 растений на м2.
Семенная продуктивность изучалась по методике И.В. Вайнагия [17]. Репродуктивный побег лофанта анисового представляет собой систему соцветий тирсоидного типа. Соцветие состоит из главной оси (центральный тирс) и боковых ответвлений или паракладиев (боковые тирсы). Тирс состоит из элементарных соцветий (цимоидов) – дихазиев в ложных мутовках. Плод у лофанта – ценобий, распадающийся на четыре односемянные доли (эремы). Для определения семенной продуктивности подсчитывали потенциальную семенную продуктивность (ПСП) – количество семязачатков (для L. anisatus число цветков, умноженное на 4), реальную семенную продуктивность (РСП) – количество созревших, морфологически полноценных семян (эремов). За элементарную единицу счета семенной продуктивности была принята особь. Объем выборки составлял 25 растений. При определении семенной продуктивности учитывали число центральных и боковых тирсов на растении. Расчет семенной продуктивности проводили путем перемножения среднего числа цветков в цимоидах центрального и бокового соцветий на число цимоидов, а затем полученной величины на число семяпочек и на число тирсов на особь [14]. Цифровой материал обработан методами вариационной статистики [18]. Величину гидротермического коэффициента определяли по методике Г.Т. Селянинова [19]. Корреляционная зависимость семенной продуктивности от метеоусловий рассчитана по Б.А. Доспехову [20]: r < 0,3 – слабая, r = 0,3–0,7 – средняя, r > 0,7 – сильная.
Результаты и их обсуждение. Погодные условия в годы исследований отличались разнообразием. Благоприятным для роста и развития растений лофанта по температурному режиму оказался 2023 г. (табл. 1).
Таблица 1
Гидротермические условия и урожайность лофанта
Hydrothermal conditions and lofant yields
|
Год |
Сумма активных температур, °С |
Сумма осадков, мм |
ГТК |
Средняя температура за вегетацию, °С |
Семенная продуктивность, г/особь |
Урожай семян, г/м2 |
|
2021 |
1878,9 |
236,0 |
1,2 |
15,5 |
4,85 |
57,1 |
|
2022 |
1796,3 |
157,5 |
0,9 |
17,1 |
2,45 |
17,4 |
|
2023 |
2019,4 |
207,6 |
1,0 |
18,2 |
18,2 |
146,6 |
Самая высокая среднесуточная температура воздуха и сумма активных температур вегетационного периода позволили растениям сформировать наибольший урожай семян (146,6 г/м2). Это подтверждается и высокими показателями массы семян с одного растения, элементами структуры урожая и массой 1000 семян. Наиболее сухим с наименьшим количеством осадков и ГТК, равным 0,9 оказался 2022 г., характеризующийся как засушливый. Осадки в июне составили 65,6 % от многолетнего количества, в августе – 60,4 %. Недостаток осадков снижает развитие репродуктивных органов. В этих условиях урожай семян составил лишь 17,4 г/м2. Характерной особенностью данного года можно считать то, что за вегетационный период количество дней с температурой выше 10 °С было минимальным (101 день) в сравнении с 2021 и 2023 гг. – 110 и 109 дней соответственно.
По сумме активных температур 2021 г. занимал промежуточное положение. Пониженные значения показателя среднесуточной температуры усугублялись большим количеством осадков, выпавших в текущем году (236 мм), что на 78,5 мм больше, чем в 2022 г. и на 28,4 мм – чем в 2023 г. Распределение их было неравномерным. В июне сумма осадков превысила многолетнюю норму в 1,5 раза, а температура воздуха оказалась ниже на 3,0 °С. При таких условиях гидротермический коэффициент вегетационного сезона 2021 г. составлял 1,2 и характеризовался как умеренно увлажненный.
Наиболее значимым показателем, характеризующим приспособленность лофанта анисового к условиям произрастания, является семенная продуктивность. Важными элементами структуры урожая являются количество тирсов на особи, цимоидов в тирсе, цветков в цимоиде, масса 1 000 семян (табл. 2).
Таблица 2
Элементы структуры семенной продуктивности лофанта анисового
Elements of the structure of seed productivity of aniseed lofanthus
|
Год |
Порядок ветвления побегов |
Количество на особь |
|||||
|
длина соцветия, см |
цимидов, шт. |
цветков в цимоиде, шт. |
ПСП, шт. |
РСП, шт. |
масса 1 000 семян, мг |
||
|
2021 |
I |
11,2±0,80 |
11,4±0,90 |
503,1±47,0 |
2012,3±188,0 |
1223,5±144,9 |
292±8,0 |
|
II |
12,7±2,15 |
15,2±0,86 |
436,8±36,7 |
1720,8±146,2 |
903,7±163,7 |
292±13,0 |
|
|
2022 |
I |
10,5±1,15 |
17,1±1,10 |
563,6±24,3 |
2254,4±197,4 |
1279,7±275,2 |
292±6,3 |
|
II |
8,2±0,37 |
14,1±0,66 |
328,4±24,7 |
1313,6±98,8 |
847,1±124,4 |
314±9,7 |
|
|
2023 |
I |
17,5±0,99 |
18,6±1,09 |
926,8±75,9 |
3707,2±303,4 |
2650,5±200,5 |
339±11,0 |
|
II |
15,4±0,82 |
19,2±0,63 |
914,1±52,0 |
3706,4±209,7 |
3097,8±156,2 |
363±9,2 |
|
Температурный фактор оказывает сильное влияние на формирование элементов структуры урожая, коэффициент корреляции находился в пределах 0,78–0,99, лишь число цимоидов на побегах первого порядка в средней степени зависело от температуры (r = 0,34). Осадки оказывают меньшее влияние на элементы семенной продукции. Следует отметить, что значимой корреляционной связи не было отмечено между суммой осадков и числом цветков в цимоиде, ПСП и длиной соцветий первого порядка (табл. 3).
Таблица 3
Зависимость элементов структуры семенной продуктивности лофанта
от гидротермических условий
Dependence of the structural elements of lofant seed productivity on hydrothermal conditions
|
Элемент семенной продуктивности |
Порядок ветвления побегов |
Коэффициенты корреляции, r |
|
|
с суммой температур |
с суммой осадков |
||
|
Длина соцветия, см |
I |
0,90 |
0,04 |
|
II |
0,96 |
0,73 |
|
|
Число цимоидов в соцветии |
I |
0,34 |
0,64 |
|
II |
0,99 |
0,36 |
|
|
Цветков в цимоиде, шт. |
I |
0,87 |
0,02 |
|
II |
0,98 |
0,33 |
|
|
Число семязачатков, шт. на особь |
I |
0,79 |
0,02 |
|
II |
0,98 |
0,31 |
|
|
Число семян, шт. на особь |
I |
0,92 |
0,12 |
|
II |
0,94 |
0,18 |
|
|
Масса 1000 семян, мг |
I |
0,93 |
0,13 |
|
II |
0,78 |
0,15 |
|
Для установления зависимости между элементами структуры урожая и семенной продуктивностью проведен корреляционный анализ. Обнаружена тесная связь биологической урожайности с числом цимоидов (r = 0,84), цветков в цимоиде (r = 0,99). При этом ПСП и РСП, а также масса 1000 семян имеют сильную связь с семенной продуктивностью, формируемой одним растением (r = 0,99–0,95). Кроме того, установлена связь между длиной соцветия и семенной продуктивностью (r = 0,94). Высота растения в средней степени оказывает влияние на количество семенной продукции (r = 0,48).
Расчет взаимосвязи между семенной продукцией и климатическими показателями вегетационного периода указывает на различную реакцию растений лофанта на погодные условия (табл. 4).
Таблица 4
Влияние погодных условий на продуктивность лофанта
Influence of weather conditions on lofant productivity
|
Межфазный период |
Коэффициент корреляции семенной продуктивности |
||
|
с суммой активных температур |
с суммой осадков |
с ГТК |
|
|
От посадки до бутонизации |
0,33 |
–0,23 |
–0,38 |
|
От бутонизации до цветения |
0,21 |
0,63 |
0,06 |
|
От цветения до созревания |
0,40 |
0,99 |
0,64 |
|
Вегетационный период |
0,72 |
0,24 |
–0,05 |
Анализ зависимости семенной продуктивности от суммы активных температур по периодам развития растений показал, что в период от бутонизации до цветения лофанта существует слабая корреляционная связь. От посадки до бутонизации и от цветения до созревания семян температурные условия влияют в средней степени (r = 0,33 и 0,40). В целом, только оптимальная температура всего вегетационного периода благоприятно отражается на урожае семян.
Наиболее чувствительным для закладки генеративных органов и формирования семян является период «бутонизация – цветение». При этом неблагоприятен как недостаток, так и избыток осадков. От бутонизации до цветения количество осадков в средней степени воздействует на формирование семенной продуктивности (r = 0,63) и от начала цветения до созревания – в сильной степени (r = 0,99). До начала бутонизации отмечается слабая обратная зависимость – избыточное увлажнение отрицательно влияет на семенную продуктивность (r = –0,23). За весь вегетационный период семенная продуктивность лофанта анисового менее зависима от осадков в сравнении с температурным режимом.
Анализ зависимости урожая семян от гидротермического коэффициента указывает на наличие сложной взаимосвязи между этими величинами (таблица 4). Так в период от бутонизации до начала цветения влияние погодных условий на формирование урожая семян – слабое положительное. Более тесная связь отмечается в период цветения и до созревания семян. Это указывает на то, что для реализации потенциала семенной продуктивности в период цветения необходимы оптимальные погодные условия.
Заключение. Метеорологические условия вегетационного периода оказывают существенное влияние на структуру урожая и семенную продуктивность лофанта анисового. Формирование элементов семенной продуктивности в сильной степени зависит от температуры воздуха, осадки проявляют меньшее воздействие.
Рассчитана сила связи между семенной продуктивностью и погодными факторами и их сочетаниями. Установлена тесная связь между семенной продуктивностью и суммой активных температур вегетационного периода. Особенно чувствительны растения к влаге в период от начала цветения до созревания семян. В сухостепной зоне Хакасии для снижения влияния гидротермических условий на репродуктивный потенциал в период цветения необходимо проводить полив лофанта.
1. Abramchuk AV, Mingalev SK, Karpukhin MYu. Efficiency of precise treatment of lofant seeds tibetan by regulators of growth. Agrarnyj vestnik Urala. 2018;(06):5-10. EDN: https://elibrary.ru/XRSJLN.
2. Dubrovnaya SA, Husnetdinova LZ. Fundamentals of medicinal crop production. Kazan': Izd-vo Kazanskogo universiteta, 2022. 96 p.
3. Makhmudov RR, Abdulladjanova NG, Yunuskhojaeva NA, et al. Polyphenolic compounds from Plantago major L. and Plantago lanceolata. Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2023;(1):6115-126. https://doi.org/10.14258/jcprm.20230111523. EDN: https://elibrary.ru/AVBOOS.
4. Saparklycheva SE. The plant assortment for the creating aromatic gardens. Vestnik biotekhnologii. 2018;(1):15. EDN: https://elibrary.ru/XRYYJV.
5. Abramchuk AV, Karphukhin MYu. Morphological features of species Agastache clayton ex Gronov. in the Middle Urals. Agrarnyj vestnik Urala. 2016;(11):4-7. EDN: https://elibrary.ru/XXQCCX.
6. Abramchuk AV, Karphukhin MYu. Relative assessment of efficiency of species and varieties of giant hyssop (Lofanthus adans.) under the introduction. Agrarnyj vestnik Urala. 2016;(12):4-7. EDN: https://elibrary.ru/XWQVNT.
7. Abramchuk AV, Karphukhin MYu. The effect of feeding area on the formation of aboveground biomass of lophantus anisic (Lophanthus anisatus Benth.). Agrarnyj vestnik Urala. 2017;(02):6-9.
8. Abramchuk AV, Kartasheva GG, Mingalev KS, et al. Medicinal flora of the Urals: textbook for universities. Ekaterinburg, 2014. 738 p.
9. Khlebtsova EB, Turchenkov SS; Baisultanov IKh, et al. Effect of giant hyssop (Lophanthus anisatus) on hypercholesterolemia. Farmaciya. 2014;(8):23-26. EDN: https://elibrary.ru/TCXAWD.
10. Khlebtsova EB, Sorokina AA. Giant hyssop (Lophanthus anisatus) flavonoids: immunomodulatory effect. Farmaciya. 2014;(4):45-48.
11. Spicy garden – lofant. URL: https://semenagavrish.ru/articles/pryanaya-gryadka-lofant (accessed: 04.12.2024).
12. Popov IV, Chumakova VV, Popova OI, et al. BIOLOGICALLY Active substances exhibiting antioxidant activity some representatives of the Lamiaceae family cultivated in the Stavropol Region. Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2019;(4):163-172. https://doi.org/10.14258/jcprm.2019045200. EDN: https://elibrary.ru/ULYWBC.
13. Najda NM. Ontogenetic and antecological study of fennel mulberry in the Leningrad region. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018;(52):11-17. EDN: https://elibrary.ru/VLMXUA.
14. Kravtsova LP, Borgoyakova EYu. Seed productivity features of Lophanthus anisatus (Benth.) (Lamiceae) under introduction. Bulletin of KSAU. 2021;(12):25-31. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-12-25-31. EDN: https://elibrary.ru/LSTBYF.
15. Kravtsova LP, Borgoyakova EYu. The impact of weather conditions on Lophantus anisatus (Benth.) introduced into Khakassia. Kormoproizvodstvo. 2022;(5):27-31. https://doi.org/10.25685/KRM.2022. 10.82.001. EDN: https://elibrary.ru/BFIJEU.
16. Temperatura vozduha i osadki po mesyacam i godam: Hakasskaya (Hakasiya, Rossiya). URL: http://pogodaiklimat.ru/history/29862.htm (accessed: 18.02.2024).
17. Vajnagij IV. On the methodology of studying the seed productivity of plants. Botanicheskij zhurnal. 1974;59(6):826-831.
18. Sorokin OD. Prikladnaya statistika na komp'yutere. Krasnoobsk: GUP RPO SO RASHN, 2004. 162 p.
19. Selyaninov GT. Metodika sel'skohozyajstvennoj harakteristiki klimata. Moscow: Gidrometeoizdat. 1977. 220 p.
20. Dospekhov BA. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij). 5th ed. Moscow: Al'yans; 2014. 351 p.
