Фасоль Фаба (Vicia faba L.): агрономия, пищевая ценность и лекарственное применение
Источник: публикуется с сокращениями под лицензией Creative Commons
Авторы: Fatemeh Etemadia, Masoud Hashemia, Allen V.Barker, Omid Reza Zandvakilia (все Университет Массачусетса) и XiaobingLiub (Северовосточный институт географии и агроэкологии, Китай)
Фасоль Фаба (Vicia faba L.) — это одна из бобовых культур, которая потенциально может быть выращена как многоцелевая культура в районах с коротким вегетационным периодом. Фасоль Фаба выращивается во многих регионах мира из-за ее высокой пищевой ценности, лечебного действия и эффективной биологической азотфиксации. От интеграции фасоли в системы земледелия ожидаются разнообразные экосистемные выгоды. В этой статье содержится конкретный обзор опубликованных работ, посвященных агрономическим методам, питательной ценности, лечебным свойствам и способности бобов фиксировать азот.
1. Обзор фасоли Faba
Фасоль Фаба — это зерновая бобовая культура холодного сезона, которая возникла на Ближнем Востоке в доисторические времена и традиционно использовалась в качестве основного источника белка для питания человека и животных. Род Vicia относится к семейству Fabaceae, которое имеет огромное количество видов, распространенных по всему миру. По текущим оценкам, существует 16000–19000 видов примерно 750 родов этого семейства. По экономическому значению Fabaceae уступает только злакам (Poaceae). Различные виды Fabaceae в настоящее время произрастают в районах с умеренным климатом, влажных тропиках, засушливых районах, высокогорье, саваннах и низины, и есть даже несколько водных бобовых.
В оптимальных условиях выращивания прорастание семян бобов занимает 10–14 дней. Однако в сухих условиях или при низкой температуре почвы это займет гораздо больше времени. В среднем на бобах фаба вырастает один узел в неделю. Поскольку стебли фасоли относительно прочные и прямостоячие, растение может вырасти до 90–130 см в высоту, в основном в зависимости от генотипа. На стадии роста 8–10 узлов, когда растение достигает 30 см в высоту, фасоль дает первые цветы. Цветы и стручки появляются на высоте около 20 см над землей. Примерно 25% цветов дают стручки, которые обычно содержат от трех до шести семян. Следовательно, надлежащие методы управления, включая орошение, плодородие почвы и время посадки, могут значительно снизить количество прерванных цветков и, таким образом, улучшить конечный урожай семян/стручков.
Как правило, прорастание семян большинства бобовых культур чувствительно к низкой температуре почвы. Тем не менее, фасоль является одной из немногих зерновых культур холодного сезона, и ее прорастание переносит холодную температуру почвы лучше, чем большинство зерновых бобовых культур.
Благодаря превосходной питательной ценности, включая белок, углеводы, витамины группы B и минералы, фасоль считается одной из самых важных зернобобовых культур в мире. В последние годы выращиванию бобов фаба уделяется большое внимание в США, Канаде и Европе. Как бобовое растение холодного сезона, фасоль может быть включена в различные системы возделывания в регионах с более коротким вегетационным периодом.
Фасоль Фаба используется не только в качестве основного продукта питания, но и встраивается в различные системы севооборота, чтобы свести к минимуму возникновение нематод злаковых цист (Heterdera avenae) и почвенных патогенов. Фасоль Фаба частично является самоопыляющимся растением, однако цветы привлекают различных опылителей, в частности медоносных пчел. Текущие отчеты показывают, что медоносные пчелы и другие естественные опылители могут увеличить количество опылений и, следовательно, урожай фасоли.
Фасоль Фаба была признана за ее эффективную способность к фиксации азота, которая является самой высокой среди бобовых культур прохладного сезона. Отчеты показали, что фасоль может фиксировать 50–330 кг азота на гектар в зависимости от управления выращиванием и условий окружающей среды. Бобовые культуры играют важную роль в поддержании плодородия почвы не только за счет биологической фиксации азота, но и за счет растворения нерастворимого фосфора (P) в почве, улучшения физической среды почвы и повышения микробной активности почвы.
2. Агрономические приемы
Традиционные агрономические методы выращивания бобов фаб включают определенные шаги для наилучшего включения в системы земледелия с целью улучшения качества почвы, увеличения использования воды, управления растительными остатками и улучшения окружающей среды за счет более эффективного использования удобрений. Ниже описаны некоторые из наиболее важных агрономических приемов выращивания фасоли.
2.1. Размер семян фасоли
Фасоль Фаба обычно считается крупносемянной культурой, однако размер ее семян сильно различается в зависимости от сорта и сорта. Внутри каждого сорта размер семян также сильно варьируется в зависимости от местоположения стручка. Семена фасоли Faba подразделяются на большие (> 1,0 г), средние (0,5–1,0 г) и мелкие (<0,5 г). Селекционеры признали важность более крупных семян в производстве продовольственных культур и годами занимались селекцией по этому признаку. Общая концепция заключается в том, что у крупных семян больше запасов пищи, поэтому они прорастают быстрее, имеют лучшую силу роста и более высокую урожайность, чем более мелкие семена того же сорта. Однако использование семян меньшего размера может значительно снизить производственные затраты за счет снижения количества семян, необходимых на единицу площади. Стоимость семян особенно важна, когда фасоль выращивается в качестве покровной культуры или в качестве товарной и покровной культуры двойного назначения. При использовании в качестве покровной культуры настоятельно рекомендуется выбирать мелкосемянные сорта.
2.2. Обработка семян
Ризобии могут жить в почве несколько лет; однако наиболее эффективные N-фиксирующие бактерии могут не оказаться среди выживших. Хотя бактерии ризобий остаются живыми в почве в течение 3-5 лет, рекомендуется инокулировать семена каждый год для достижения максимальной фиксации азота. Семена фасоли фаба следует инокулировать R. Leguminosarum cv. Viciae. Инокулянты должны быть сухими и свежими и храниться надлежащим образом. Семена следует инокулировать непосредственно перед посадкой, так что большое количество ризобий будет готово начать процесс заражения, как только появятся корни. Эти ризобии могут заражать корни быстро и начать процесс клубеньков.
2.3. Норма высева фасоли
Для большинства зернобобовых культур выбор популяции является важной агрономической практикой, которая не только влияет на их конечный урожай, но также влияет на степень биологической фиксации азота. При использовании в качестве покровной культуры бобовые растения должны производить не менее 4 000–4 500 кг/га биомассы, чтобы обеспечить доступный азот в количестве, достаточном для удовлетворения потребности в азоте последующей культуры.
Оптимальная популяция бобов для максимального урожая стручков и зерна, а также фиксации азота не подтверждена документально Обычно используется широкий диапазон плотности фасоли от 45 000 до 60 000 растений на гектар, в зависимости от сорта (размера семян) и региона.
Как и другие зерновые культуры, бобовые реагируют на увеличение плотности посева параболически. Однако из-за высокой стоимости семян следует учитывать экономическую плотность посева для рекомендации производителям. Независимо от размера семян, урожайность фасоли достигает максимального урожая на разных популяциях растений в зависимости от размера семян; чем меньше размер семян, тем больше требуется популяция растений для достижения пика урожая, составляющего около 60 000 растений на гектар. Следует отметить, что бобы фаба имеют тенденцию давать больше боковых ветвей при выращивании с численностью ниже оптимальной. Боковые ветви часто не так продуктивны, как главный стебель, поэтому нормы высева следует скорректировать для уменьшения количества боковых ветвей и ограничить их до 2–3 на растение, чтобы максимизировать урожай. Существует корреляция между высокой нормой высева и высокой влажностью растительного покрова. Учитывая тот факт, что фасоль более чувствительна к болезням при высокой влажности, следует оценивать высокие популяции не только на предмет более высоких урожаев, но и восприимчивости к болезням. Кроме того, когда это возможно, предпочтительна схема посадки с запада на восток для более быстрого высыхания на солнце.
2.4. Разнообразие фасоли
Как и в случае с другими культурами, выбор сорта требует достижения баланса между приспособляемостью к конкретной среде, устойчивостью к болезням, целью выращивания и товарностью. Сорта фасоли Фаба значительно различаются по размеру семян и цвету. Типы с мелкими семенами (Vicia faba L. Subsp. Minor), также называемые клещевой фасолью, обычно используются для кормления животных и покровных культур. Семена среднего и крупного размера (V. Faba subsp. Major Harz) обычно используются как сухая и зеленая фасоль. Хотя современные сорта преобладают в Австралии, Европе и Канаде, традиционные староместные сорта широко выращиваются во многих странах, а в других странах выращивают смесь традиционных и современных сортов. Гермоплазма с лучшей адаптацией в Южной Австралии произошла из Средиземноморского бассейна и послужила основой для коммерческих сортов Fiord и Fiesta. В 2014 году в Судане были выпущены три высокоурожайных сорта фасоли, способные выдерживать температуру до 35°C, включая Hudeiba 93, Basabeer и Ed-Damer. Эти сорта повысили урожайность фасоли в Судане на 40% и в настоящее время доминируют на полях фермеров в стране. Сорт Nubaria 3, выпущенный в Египте в 2011 г., устойчив к засухе. В Новой Англии сорт Виндзор в настоящее время является доминирующим сортом, доступным для производителей. Таким образом, оценка большего количества сортов на предмет высокой потенциальной урожайности и подходящих морфологических характеристик может предоставить ценную информацию исследователям и производителям фасоли. Кроме того, внесение фасоли фаба с меньшим размером семян может привести к принятию фасоли в качестве эффективной покровной культуры, фиксирующей азот.
2.5. Идеальные почвенные условия для фасоли
Бобы Фаба лучше всего растут на почвах с мелким текстурой, но переносят практически любой тип почвы. Идеальный pH почвы для выращивания фасоли ≥ 7. В районах с относительно высоким уровнем осадков, таких как северо-восток США, почвы обычно кислые. Следовательно, известкование необходимо для выращивания фасоли, когда уровень pH почвы ниже 6. Хотя супеси и подходят для выращивания фасоли, но тогда потребуется более частый полив. У фасоли Фаба относительно неглубокие корни, поэтому культура может пострадать от стресса засухи на быстро высыхающих почвах. Фасоль Фаба, по-видимому, толерантна к непродолжительному переувлажнению.
2.6. Плодородие почвы
2.6.1. Азот
В целом, бобовые считаются самоподдерживающимися культурами в отношении азота (N). Однако эффективность и величина биологически фиксированного азота сильно различаются между бобовыми культурами. Виды бобовых, которые удовлетворяют 50–90% своей общей потребности в азоте за счет симбиотической фиксации азота, считаются эффективными фиксаторами азота. Бобы Faba и соя с 75% и 68%, соответственно, относятся к бобовым с высокой способностью связывать азот.
Возможно, наиболее важным вкладом бобов бобов в сельскохозяйственные экосистемы является значительное количество атмосферного азота, которое может быть зафиксировано бобовыми культурами и связанными с ними ризобиями В зависимости от условий выращивания фасоль может фиксировать до 200 кг азота на гектар. Однако степень биологической фиксации азота бобовыми культурами зависит от многих факторов. Вариации pH почвы, наличия воды и питательных веществ, а также температуры почвы являются одними из факторов, сильно влияющих на рост, выживаемость и метаболическую активность биологической фиксации азота. Бобовые растения обычно реагируют на существующий в почве азот и часто отказываются от симбиоза с ризобиями, когда в почве имеется достаточное количество азота. Этот эффект доступного для растений почвенного азота наиболее велик во время раннего вегетативного роста, когда фиксация азота бобами низка.
2.6.2. Фосфор
Фосфор (P) играет важную роль в клубеньках и биологической фиксации азота, фотосинтезе и питательной ценности бобовых, включая фасоль. Внесение фосфора часто приводит к увеличению урожайности и биомассы бобов фаба в почвах с ограниченным содержанием фосфора, что указывает на то, что удобрения P необходимы для производства бобов фаба. В условиях дефицита фосфора бобовые снижают свою N-фиксацию в обмен на большее предпочтение усвоения азота корнями, доступного в почве. Хотя урожай бобов бобов может быть снижен из-за низкой доступности почвенного фосфора, было продемонстрировано, что бобовые обладают способностью мобилизовать почвенный фосфат за счет выделения кислот из свое ризосферы. Когда уровень фосфора в почве высок, фасоль может получить пользу от внесения стартового P-удобрения.
2.6.3. Калий
Калий (K) является важным питательным веществом и участвует в метаболизме растений, активируя многие ферменты, и играет важную роль в управлении водными ресурсами растений. ФасольФаба часто положительно реагирует на внесение K, особенно в засушливые сезоны. Наличие достаточного количества калия для растений бобов оказывает положительное влияние на фиксацию азота. Сообщалось о повышении урожайности биомассы и зерна при внесении калийных удобрений в фасоль. Показано, что симбиотическая система бобов бобов менее устойчива к ограничению поступления калия, чем само растение, но когда происходит клубенькообразование, ассимиляция азота из симбиотического источника не будет подвергаться селективному влиянию калия в отличие от ассимиляции азота из удобрений. Кроме того, внесение органических удобрений, таких как птичий помет и/или сочетание минеральных и органических удобрений, привело к такой же урожайности фасоли, как и полное минеральное удобрение.
2.6.4. Магний
Дефицит магния (Mg) может снизить урожайность фасоли. Доступность Mg для растений зависит от различных факторов, включая дефицит почвенной влаги или высокий уровень других катионов в почве. Хотя влияние Mg на биологическую фиксацию атмосферного N в бобах не очень хорошо документировано, сообщалось, что применение Mg улучшило рост клубеньков и образование крупных клубеньков на сое. Отчеты показали, что существует взаимосвязь между поставкой Mg и эффективностью использования N, поскольку стабилизация РНК зависит от Mg с его основной функцией по активации глутаминсинтетазы. Применение магния часто приводит к более высокой концентрации хлорофилла и, следовательно, к более высокой скорости фотосинтеза, что улучшает урожай стручков.
2.6.5. Сера
Появляется все больше свидетельств того, что применение серы (S) к различным культурам привело к повышению их урожайности за счет сокращения промышленных выбросов и связанного с этим уменьшения осаждения серы в почвах. Другими причинами дефицита серы в почвах могут быть выращивание высокоурожайных сортов и использование удобрений, не содержащих серы. Сера необходима для симбиотической системы бобовых и ризобий, поэтому внесение S-удобрений в почвы с дефицитом может привести к увеличению количества и веса клубеньков, общего сухого вещества, урожайности зерна и общего количества азота, фиксируемого бобами бобами, особенно в почвах с низким содержанием азота. органическое вещество. В целом, бобовые культуры требуют большего количества S по сравнению с зерновыми из-за их большего количества белков и S-содержащих аминокислот, включая метионин и цистеин, в их семенах. Сообщалось, что концентрация S в побегах фасоли была такой же, как у гороха, но ниже, чем у сои, а поглощенная S в основном накапливалась в семенах фасоли. Хотя польза от применения S в повышении урожайности фасоли могла быть обусловлена различными причинами, в целом сообщалось о положительной реакции на урожайность, когда фасоли удобряли S.
2.6.6. Молибден
Фиксация азота бобами тесно связана с молибденовым (Mo) статусом ткани побегов. Доступность Мо в кислых почвах ограничена в основном из-за сорбции оксидами Fe и Al. Следовательно, внесение извести в кислые почвы может значительно повысить доступность Мо в почвах и повысить содержание Мо в семенах бобов бобов.
3. Дата посадки фасоли
В регионах с умеренным климатом фасоль выращивают либо как озимую, либо как яровую культуру, где температура и продолжительность дня значительно отличаются от зимних условий средиземноморского типа. В условиях длительного вегетационного периода растения часто компенсируют низкую плотность популяций, производя большее количество боковых ветвей. Таким образом, цикл посевов, т.е. осенне-зимний посев по сравнению с весенним посевом, сильно влияет на продолжительность вегетационного периода и, следовательно, на конечное количество сухого вещества. Были задокументированы преимущества биомассы и урожайности зерна от ранних посевов зернобобовых. В целом задержка с посевом бобов привела к снижению урожайности семян. В Новой Англии задержка весенней посадки фасоли приводит к совпадению стадии цветения с высокими температурами летом, которые не только увеличивают количество прерванных цветков и стручков, но также усиливают заболеваемость бактериями шоколадной пятнистости.
4. Способ посадки фасоли
Традиционно фасоль засевают прямо в почву. Однако для обеспечения раннего посева на участках с более коротким сезоном фасоли может быть полезнее пересадка по сравнению с прямым посевом. В регионах с более коротким вегетационным периодом, таких как Северо-Восток США, пересадка фасоли дает возможность получить двойной урожай и позволяет избежать некоторых заболеваний, таких как шоколадная пятнистость (Botrytis fabae). Более того, в таких районах погодные условия, включая влажную почву ранней весной, могут не позволить ранний посев, поэтому пересадку фасоли можно рассматривать как альтернативный метод прямому посеву. Пересадка саженцев также дает некоторые другие потенциальные преимущества, включая более высокую урожайность, лучшую выживаемость, раннее цветение и более ранний урожай. Для пересадки фасоли требуется посев в помещении в конце марта и пересадка в основное поле при росте саженцев примерно 15 см. Исследования показали, что оптимальная температура для выращивания фасоли в теплице составляет 15°C, а саженцы будут готовы к пересадке в течение 12–15 дней. Среда Pro-mix в лотке с размером ячеек 3,2 см достаточно для этого короткого периода выращивания в теплице.
В полевых условиях семена фасоли следует сажать на глубину примерно 2,5 см, а расстояние между растениями в посадочных рядах составляет 15 или 23 см, в зависимости от междурядий. Такая посадка дает примерно 48 000–60 000 растений на гектар.
5. Болезни фасоли
5.1. Шоколадная пятнистость (Botrytis fabae)
Шоколадная пятнистость — одно из наиболее серьезных экономических заболеваний, которое повреждает листву, ограничивает фотосинтетическую активность и производство бобов. Длительные периоды высокой влажности и высокой температуры способствуют переходу от неагрессивной фазы к агрессивной фазе заболевания. Агрессивной фазе болезни также способствует низкий уровень K и P в почве и высокая плотность популяции растений, что приводит к более влажным условиям в пологе растений. Симптомы неагрессивного шоколадного пятна включают небольшие красно-коричневые поражения на листьях растения, а иногда и на стеблях и стручках. Профилактика — самая эффективная стратегия управления. Рекомендуется ранняя посадка, чтобы избежать высокой влажности и высоких температур в конце весны и начале лета. Соответствующее расстояние между растениями для поощрения циркуляции воздуха внутри кроны также является эффективным инструментом управления. Внекорневая обработка фунгицидами в течение всего сезона может быть эффективной.
5.2. Фитофтороз (Xanthomonas campestris, syn. Xanthomonas axonopodis)
Фитофтороз — еще одно бактериальное заболевание, которое может быть занесено зараженными семенами и перезимовкой бактерий в растительных остатках. Этому заболеванию способствуют теплые температуры и влажные условия.
Пропитанные водой пятна на листьях, которые увеличиваются и становятся некротизированными, могут быть окружены зоной желтого обесцвечивания, а поражения могут сливаться и придавать растению вид обгоревшего. Мертвые листья остаются прикрепленными к растению, а на стручках могут быть круглые, впалые, красно-коричневые поражения. Поражения на стручке могут протекать во влажных условиях. Использование чистых семян, устойчивых сортов, обработка семян подходящим антибиотиком перед посадкой и опрыскивание растений подходящим защитным фунгицидом на основе меди до появления симптомов используются в качестве эффективных методов лечения.
5.3. Бактериальная коричневая пятнистость (Pseudomonas syringae)
Бактерии перезимовывают в пожнивных остатках и становятся более опасными, когда листва остается влажной в течение длительного периода. Маленькие темно-коричневые некротические пятна на листьях могут быть окружены участком желтых тканей. Пропитанные водой пятна на стручках становятся коричневыми и некротическими, стручки могут скручиваться и деформироваться в области инфекции. Использование чистых семян, правильный севооборот и удаление растительных остатков с поля после уборки урожая считаются превентивными мерами.
5.4. Мучнистая роса (Erysiphe cichoracearum)
Зимует этот гриб на растительных остатках или альтернативных хозяевах. Возникновению болезни способствует теплая и сухая погода с прохладными ночами, которые приводят к образованию росы. Желтые пятна на верхней поверхности листьев и порошкообразные серо-белые участки сливаются, покрывая все растение. Если растение сильно заражено, оно может иметь светло-голубой или серый цвет. Профилактическими методами являются использование устойчивых сортов и, когда это возможно, использование верхнего полива, смывающего грибок с листьев и снижающего его жизнеспособность. Также рекомендуется ранняя посадка, чтобы избежать высокой температуры и влажности воздуха. Для борьбы с сильными заражениями может потребоваться применение пестицидов на основе серы.
5.5. Фузариозная гниль корней (Fusarium solani)
Ущерб, причиненный появлением грибкового заболевания, усугубляется теплыми уплотненными почвами, ограниченной влажностью почвы и низким плодородием почвы. Заболевание проявляется задержкой роста растений и пожелтением, некрозом прикорневых листьев, коричневыми, красными или черными полосами на корнях, которые сливаются по мере созревания. Поражения могут распространяться выше уровня почвы.
6. Насекомые на фасоли
Бобовая тля (Aphis fabae) может серьезно повредить бобы. При использовании рассады проверяйте наличие тли перед пересадкой. Светоотражающие мульчи, такие как серебристый пластик, могут отпугнуть тлю от питания растений, ограничивая высадку вредителя. Крепкие растения можно опрыскать сильной струей воды, чтобы сбить тлю с листьев. Инсектициды обычно требуются только для лечения тлей, если зараженность очень высока, поскольку растения обычно переносят слабое или среднее заражение листьями. Инсектицидное мыло или масла, такие как ним или рапс, обычно являются лучшими инсектицидами для борьбы с ними.
7. Биомасса, семена и урожай стручков
Фасоль Фаба является важным источником растительного белка для потребления людьми и животными, и ее собирают в виде свежих стручков с незрелыми или высушенными семенами. Общая концепция заключается в том, что более крупные семена могут иметь больше пищевых запасов, поэтому прорастают быстрее и дают более мелкие семена одного и того же сорта. У бобовых индукция цветения, сохранение цветков и развитие семян - все это критические процессы, определяющие конечный урожай. Было высказано предположение, что для получения более высокого урожая семян требуется более высокое накопление биомассы. Сообщается о высокой положительной корреляции между урожаем семян и производством биомассы для бобов. Однако фасоль, как зерновой боб холодного сезона, чувствительна к высокой температуре, низкому содержанию влаги и дням до цветения, поэтому более раннее созревание может быть полезным для получения оптимального урожая. Например, сообщалось, что в условиях более короткого сезона такие сорта фасоли, как Aquadulce, с меньшими требованиями к GDD, превосходили по урожайности сорта позднеспелой фасоли. Они пришли к выводу, что количество дней для достижения максимального CGR сильно коррелирует с урожайностью семян. Урожай семян является функцией производства биомассы и ассимилятов, распределенных между семенами.
У большинства зернобобовых культур накопление сухого вещества достигает максимума в начале засыпки семян. У бобов вес корня, черешка, стебля и стручка остается постоянным. Однако в отчете отмечается, что по мере увеличения веса семян масса листьев уменьшалась примерно на 45%. Общее накопление DM в фасоли довольно вариабельно, но в 2003 году сообщалось, что полевые бобы накапливают две трети своего общего DM до конца цветения. В других бобовых культурах соя накапливается на 30–67% до цветения, а в чечевице — на 16–30% до начала цветения, при этом большая часть DM образуется после цветения.
Подход на основе компонентов урожайности широко использовался для изучения физиологии урожайности семян бобовых и других культур. Отношения между компонентами урожая были описаны как компенсаторные или взаимозависимые. Следовательно, значительное изменение одного компонента урожая не обязательно может повлиять на конечный урожай семян. Тем не менее, самые высокие урожаи семян часто достигаются, когда все компоненты урожая максимальны.
Из-за значительных различий в размере семян бобов бобов, отсутствия рекомендованной плотности популяции и того, собираются ли семена для свежих или высушенных целей, результаты урожайности семян значительно различаются. Например, сообщалось о резких различиях в урожайности семян фасоли (4 750–10 950 кг/га) при различной плотности популяции. Урожайность свежих стручков восьми сортов фасоли варьировалось, по другим исследованиями, от 2 052 до 17 038 кг/га.
8. Фасоль Faba в системах земледелия
Севооборот был представлен как диверсификация агроэкосистем «во времени», в то время как системы совмещения культур обеспечивали разнообразие «в пространстве». От интеграции бобовых в системы земледелия ожидается получение разнообразных экосистемных выгод. Традиционно бобовые используются в системах земледелия из-за их вклада в потребность обрабатываемых культур в азоте. Это еще более практикуется в органических предприятиях, которые в значительной степени зависят от неископаемого азота. В последние годы некоторые экономические меры, включая здоровье почвы, а также проблемы окружающей среды из-за применения коммерческих азотных удобрений, привели к переоценке использования азота бобовых в различных системах возделывания. Способность бобов биологически фиксировать N окончательно не определена. Однако фасоль фаба считается высокоэффективным источником азота. Таким образом, будь то товарная культура, покровная культура или посевная культура двойного назначения, фасоль может использоваться в системах севооборота с другими небобовыми культурами. К другим преимуществам использования фасоли в системах земледелия относятся прерывистый урожай в программе севооборота, источник корма для опылителей и полезных насекомых, повышенная микробная активность почвы, борьба с болезнями, передаваемыми через почву, и богатый источник L-ДОФА (L-3,4-дигидроксифенилаланин).
Традиционно фасоль используется в севообороте с зерновыми. Когда бобы выращиваются в основном из-за внесения азота, максимальная польза достигается, когда последующая культура имеет относительно длительный период роста, чтобы наиболее эффективно использовать азотную минерализацию в конце вегетационного периода. Канадское пятицикловое исследование севооборота, в котором сравнивались севооборот фасоль-ячмень-пшеница и ячмень-ячмень-пшеница, показало, что фасоль увеличила средний урожай последующих культур ячменя и пшеницы на 21% и 12%, соответственно, что было эквивалентно для обеспечения зерновых около 120 кг N на гектар. Остатки побегов и корней фасоли обычно имеют низкое отношение C/N, поэтому минерализация азота часто происходит очень быстро. Это быстрое высвобождение азота может не быть хорошо синхронизировано с поглощением азота последующей культурой, что может привести к повышенному риску потери азота в окружающей среде, особенно в традиционной системе обработки почвы. Улучшение синхронизации высвобождения N из остатков бобов может повысить эффективность поглощения/использования N последующими культурами, тем самым снижая потенциальную опасность для окружающей среды. Сочетание посевов фасоли с зерновыми культурами, такими как ячмень, пшеница и кукуруза, может быть продуктивным благодаря их взаимодополняемости в использовании ресурсов азота и других питательных веществ. Сообщалось, что в системе нулевой обработки почвы высвобождение 50% азота из остатков бобов бобов задерживается примерно на один месяц по сравнению с традиционной системой обработки почвы.
9. Диетические питательные вещества в бобах фаба
9.1. Минеральные питательные вещества
Фасоль Фаба богата белками, сложными углеводами, пищевыми волокнами, холином, лецитином, минералами и вторичными метаболитами, включая фенольные соединения. Кроме того, в семенах фасоли низкое содержание жиров, холестерина и натрия. Во всем мире фасоль считается одним из важнейших продуктов питания человека.
Диверсификация использования бобов, например сои и фасоли, может стимулировать рост выращивания и поставки этих культур. Это важно для достижения устойчивой продовольственной безопасности с точки зрения качества питания. Дефицит микронутриентов признан «скрытым голодом» в мире. Семена бобовых обычно богаты питательными микроэлементами, такими как Fe и Zn. Железо и Zn необходимы для поддержания и оптимального физиологического функционирования всех форм жизни на планете.
9.2. Содержание фосфора и калия в фасоли фаба
Среди различных съедобных частей фасоли Фаба содержание фосфора находится в следующем порядке: семя>стенка стручка>лист. Подобно мобилизации азота, P в листьях и стручках мобилизуется в другие стручки и семена. Сорта фасоли Фаба различаются по накоплению питательных веществ. Например, сообщалось о значительных различиях между сортами фасоли с точки зрения содержания фосфора. В отличие от N и P, которые были больше сконцентрированы в семенной части, самая высокая концентрация K была обнаружена в стенке стручка: на 38% и 44% выше, чем в семенах и листьях, соответственно. В средиземноморской диете стручки являются съедобной частью и считаются важным источником питательных веществ при употреблении с незрелыми семенами; следовательно, накопление калия в стручках может быть важным пищевым источником калия.
9.3. Содержание азота или белка в фасоли Фаба
Накопление азота в различных частях фасоли происходит в следующем порядке: семя>стенка стручка>лист. Ожидается более высокое накопление азота в семенах, чем в других частях, поскольку азот мобилизуется от листа и стенки стручка к семенам во время периода заполнения семян. Однако содержание N у разных сортов существенно различается. Например, сравнивались восемь сортов фасоли по содержанию N и сообщалось, что самая высокая концентрация N была измерена в Виндзоре с 3,47%, за ней следует Delle Cascine с 3,43%, тогда как самая низкая концентрация N в семенах была обнаружена в Early Violletto с 2,71%.
9.4. Содержание кальция и магния
В отличие от N, P и K, с наименьшим накоплением в листе, Ca в основном накапливается в листьях фасоли. Концентрация Са в листьях фасоли более чем в три раза превышала его концентрацию в стенке стручка и в восемь раз - в семенах. Подобно Са, самая высокая концентрация Mg была в порядке лист>стенка стручка>семена. Разница между частями растений в отношении накопления Mg была более выраженной, чем разница между сортами. Содержание магния в листе было более чем в 2 раза, чем в семенах. Кальций - неподвижный элемент, а Mg - подвижное питательное вещество; однако подобная картина распределения этих питательных веществ в органах растений может указывать на то, что мобилизация Ca и Mg из вегетирующих частей растения в семена и стручки минимальна. Высокое содержание кальция и магния в тканях листьев может иметь важное значение с точки зрения питания для рациона человека в регионах, где листья также потребляются.
9.5. Содержание железа, меди, цинка и марганца
Исследования показали, что концентрация Fe в разных органах фасоли значительно различалась и в порядке лист>стручок>семя. Накопление Fe в листовой составляющей растений было в 8,7 и 3,2 раза выше, чем в семенах и стенках стручков соответственно. Однако сообщается, что некоторые бобовые, такие как фасоль, могут содержать большое количество Fe-связывающих полифенолов, которые ингибируют абсорбцию Fe. Самая высокая концентрация Fe была обнаружена у Delle Cascine в листьях - 804 мг/кг, а самая низкая концентрация Fe была обнаружена в семенах Early Violletto - 59 мг/кг. Однако в целом семена бобов можно рассматривать как важный источник питания для уменьшения дефицита железа у людей. Точно так же существует разница между органами растений в накоплении Zn и Mn. Концентрация этих двух элементов в различных частях фасоли была в порядке семя>лист>стенка стручка, в то время как распределение Cu было в порядке семя=лист>стручок. Листья фасоли Фаба можно употреблять в качестве хорошего источника меди в рационе человека.
10. Фасоль Фаба как лекарственное растение
10.1. L-ДОФА как основное лекарство от болезни Паркинсона
Бобы Фаба накапливают большое количество леводопы в различных частях. L-ДОФА — предшественник дофамина, который в настоящее время используется в качестве основного ингредиента при лечении болезни Паркинсона и гормонального дисбаланса.
L-ДОФА — это аминокислота, естественно выделенная из различных бобовых и других культур, таких как банан. Леводопа синтезируется из аминокислоты L-тирозина в теле и мозге млекопитающих. В более ранних отчетах указывалось, что L-ДОФА является важным предшественником различных нейротрансмиттеров, таких как дофамин, норадреналин и адреналин, вместе известные как катехоламины. Обычно пациентов с болезнью Паркинсона лечат синтезированной L-ДОФА. Синтезированная леводопа стоит дорого и часто вызывает множество побочных эффектов, включая тошноту, рвоту, низкое кровяное давление, сонливость и беспокойство. Поэтому рекомендуется употреблять натуральные источники L-ДОФЫ для предотвращения потенциальных побочных эффектов.
По оценкам, годовой мировой спрос на леводопу составляет около 250 тонн при рыночной стоимости около 101 млрд долл. США. Таким образом, выращивание культур, богатых натуральной L-ДОФА, для преодоления побочных эффектов и высокой стоимости производства синтетической леводопы кажется оправданным.
10.2. Содержание леводопы в фасоли
Фасоль Фаба занимает первое место после бархатной фасоли (Mucuna Pruriens L.) по содержанию леводопы. Однако количество леводопы в фасоли зависит от генотипа, условий окружающей среды, стадии роста и органов растения. Сообщалось о большом разбросе содержания леводопы среди генотипов фасоли, в том числе в цветках 197 сортов, проростках 32 сортов, семенах 52 сортов с зеленой оболочкой. Аналогичным образом сообщалось о значительном разбросе концентрации L-ДОФЫ среди шести линий фасоли, различающихся по цвету цветков.
Распределение леводопыв различных частях фасоли неоднородно, и разные органы накапливают ее с разной скоростью. Однако во многих более ранних отчетах основное внимание уделялось содержанию леводопы в семенах, и меньше внимания уделялось количеству в других частях растения. Как правило, концентрация леводопы в различных органах бобов достигает пика на ранних стадиях роста. Однако выход L-ДОФА является продуктом концентрации и растительной биомассы, поэтому самый высокий уровень деводопы может быть получен на более поздних стадиях роста, когда биомасса максимальна.
Доступность азота и фосфора для растений бобов может влиять на синтез леводопы. Сообщалось, что дефицит азота и фосфора напрямую влияет на накопление фенилпропаноидов. Хотя фасоль является азотфиксирующим растением, влияние дополнительных азотных удобрений на концентрацию леводопы недостаточно документировано. Некоторые пришли к выводу, что азотный стресс не оказывает значительного влияния на количество накопленной леводопы.
Поскольку свежие бобы фаба всегда доступны не во всех местах, пациенты с болезнью Паркинсона, полагающиеся на свежий природный источник L-ДОФА, должны хранить относительно большие количества растений для употребления. Таким образом, растения с естественным содержанием L-ДОФА можно обрабатывать различными способами, включая измельченные замороженные ткани или высушенные измельченные части растений. Однако обработка частей растений может отрицательно повлиять на концентрацию леводопы. В более ранних отчетах указывалось, что L-ДОФА в бобовых может быть разрушена при варке и замачивании в щелочных растворах. Дахуда и другие пришли к выводу, что L-ДОФА в бархатных бобах испортилась при варке, но не при жарке. Недавно изучали влияние различных методов обработки на содержание леводопы в листьях и семенах фасоли. В этом исследовании содержание L-ДОФА, на которое влияли различные методы обработки, было в следующем порядке: свежий материал>замороженный>высушенный в духовке>высушенный на воздухе (2 дня)>высушенный на воздухе (4 дня)>высушенный на воздухе (7 дней)> сваренный материал.
11. Заключение
Фасоль Фаба — ценная многоцелевая культура, которую можно выращивать из-за ее пищевой и лечебной ценности. Семена, стручки и листья фасоли Фаба богаты белком и почти всеми элементами, необходимыми для питания человека. Биологическая фиксация азота бобами считается высокой среди зернобобовых культур. Включение фасоли в различные системы возделывания культур, такие как севооборот и совместное возделывание культур, улучшает естественное плодородие почвы и снижает потребление товарных азотных удобрений.
12. Будущие исследования
Чтобы получить максимальные экологические преимущества от бобов, необходимы эффективные клубеньки и биологическая фиксация азота. Поэтому одно из важных направлений исследований должно быть сосредоточено на внедрении элитных штаммов N-фиксирующих бактерий, особенно в регионах, где не было культивирования фасоли. В регионах с более коротким сезоном фасоль может использоваться для продления вегетационного периода, поэтому следует изучить возможность интеграции фасоли в различные системы земледелия, включая различные формы совмещения культур и севооборотов. Также внесение генотипов с зимостойкостью пригодится для участков с суровыми зимними условиями. Поскольку бактерии шоколадной пятнистости являются ограничивающим фактором при выращивании фасоли, следует провести дополнительные исследования путем внедрения устойчивых сортов. Поскольку мы обнаружили несколько преимуществ от пересадки фасоли по сравнению с обычным прямым посевом, авторы считают, что пересадка фасоли в качестве альтернативного метода посадки требует дальнейшего изучения.
Подтверждение
Этот проект был частично профинансирован Сельскохозяйственной экспериментальной станцией Массачусетского университета в Амхерсте и Северо-восточным учебным центром по устойчивому сельскому хозяйству и исследованиям (SARE).
Все ссылки на использованную литературу и ее список приведены в источнике.