Биологические особенности и возделывание арахиса (обзор)

Арахис – важная сельскохозяйственная культура сем. Fabaceae Lindl., или Leguminosae L. (Бобовые). Родиной арахиса считают Южную Америку; сейчас эту культуру возделывают в Америке, Африке, Австралии, Европе и Азии. Современная система рода Arachis L. включает 79 диких видов и один культурный вид: арахис обыкновенный – A. hypogaea L. Диплоидные виды с числом хромосом 2n = 20 имеют геномы А, В или D, тетраплоиды – А и B. Геномы А и В секвенированы. Биологическая особенность всех видов арахиса – наличие хазмогамных и клейстогамных цветков и развитие бобов только в земле (геокарпия). Семена арахиса используют как непосредственно в пищу, так и для производства высококачественного масла, кондитерских изделий, в хлебопекарной, консервной, масложировой и других отраслях пищевой промышленности. Наряду с высокими требованиями к улучшению качества масла и пищевых продуктов, большое внимание уделяется их безопасности: устойчивости к загрязнению афлатоксинами и снижению аллергенности. Описаны сортотипы арахиса, различающиеся по габитусу растения, форме и окраске бобов и семян. Продолжительность вегетационного периода в странах Африки, Латинской Америки и Азии – 160–200 дней, для юга РФ актуален отбор раннеспелых форм. Селекционерами ВНИИ масличных культур были созданы сорта арахиса для Краснодарского края с урожайностью 2,7–3,3 т/га и длиной вегетационного периода 115–120 дней. В настоящее время в РФ нет промышленных посевов арахиса и селекция не ведется. В мире наряду с традиционными методами селекции (индивидуальный отбор и внутри- и межвидовые скрещивания) в настоящее время арахис широко вовлечен в геномные исследования, получены сорта высокоустойчивые к вредителям и болезням, засухе. Свыше 15 тыс. образцов арахиса сосредоточено в генных банках мира, в том числе 1823 образца – в коллекции ВИР. Использование мировых генетических ресурсов арахиса и современных методов исследования будет способствовать возделыванию культуры в России.

1. Badawi F. Sh. F, Biomy A. M. M., Desoky A. H. Peanut plant growth and yield as influenced by co-inoculation with Bradyrhizobium and some rhizo-microorganisms under sandy loam soil conditions. Annals of Agricultural Sciences. 2011;56(1):17-25. DOI: org/10.1016/j.aoas.2011.05.005

2. Бахарева С.Н. Арахис Западной Африки. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1978;61(2):79-108.

3. Barker N.P. A Review and Survey of Basicarpy, Geocarpy, and Amphicarpy in the African and Madagascan Flora Annals of the Missouri Botanical Garden. 2005;92(4):445-462. Available from: https://www.jstor.org/stable/40035737 [accessed Dec. 20, 2019].

4. Bertioli D.J., Seijo G., Freitas F.O., Valls J.F.M., Leal-Bertioli S.C.M., Moretzsohn M.C. An overview of peanut and its wild relatives. Plant Genetic Resources. 2011;9(1):134-149. DOI: 10.1017/S1479262110000444

5. Chen J.H. The combined use of chemical and organic fertilizers and/or biofertilizer for crop growth and soil fertility. In: International Workshop on Sustained Management of the Soil Rhizosphere System for Efficient Crop Production and Fertilizer Use, October 16–26, 2006. Bangkok, Thailand; 2006. p.1-11.

6. Chen X., Li H., Pandey M.K., Yang Q., Wang X., Garg V. et al. Draft genome of the peanut A-genome progenitor (Arachis duranensis) provides insights into geocarpy, oil biosynthesis, and allergens. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2016;113(24):6785-6790. DOI: org/10.1073/pnas.1600899113

7. Chen X., Lu Q., Liu H., Zhang J., Hong Y., Lan H. et al. Sequencing of Cultivated Peanut, Arachis hypogaea, Yields Insights into Genome Evolution and Oil Improvement. Molecular Plant. 2019;12(7):920-934. DOI: 10.1016/j.molp.2019.03.005

8. Chen Z., Wang M.L., Barkley N.A., Pittman R. A Simple AlleleSpecific PCR Assay for Detecting FAD2 Alleles in Both A and B Genomes of the Cultivated Peanut for High-Oleate Trait Selection. Plant Molecular Biology Reporter. 2010;28:542-548. DOI: 10.1007/s11105-010-0181-5

9. Company M., Stalker H.T., Wynne J.C. Cytology and leafspot resistance in Arachis hypogaea × wild species hybrids. Euphytica. 1982;31:885-893. DOI: 10.1007/BF00039228

10. Desmae H., Janila P., Okori P., Pandey M.K., Motagi B.N., Monyo E. et al. Genetics, genomics and breeding of groundnut (Arachis hypogaea L.). Plant Breeding. 2019;138(4):425-444. DOI: 10.1111/pbr.12645

11. Diener U.L., Davis N.D. Aflatoxin formation by Aspergillus flavus. In: L.A. Godblatt (ed.). Aflatoxin: scientific background, control and implications. New York, NY: Academic Press; 1969. p.13-54. DOI: 10.1016/B978-0-12-395513-5.50007-6

12. Du Plessis K., Steinman H. Practical aspects of adverse reactions to peanut. Current Allergy and Clinical Immunology. 2004;17(1):10-14.

13. Ермаков А.И., Давидян Г.Г., Ярош Н.П., Анащенко А.В., Лемешев Н.К, Рыкова Р.П., Мегорская О.М. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 337. Масличные культуры. Характеристика качества масла по содержанию жирных кислот. Ленинград: ВИР; 1982.

14. Ермаков А.И., Ярош Н.П. Особенности и изменчивость качества масла семян масличных культурных растений. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1976;56(3):3-56.

15. FAOSTAT: Food and agriculture data. Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#home [accessed Dec. 13, 2019].

16. Gavrilova V.A., Shelenga T.V., Porokhovinova E.A., Dubovskaya A.G., Konkova N.G., Grigoryev S.V. et al. The diversity of fatty acids composition in traditional and rare oil crops cultivated in Russia. Biological Communications [preprint] 2020.

17. Gowda M.V.C., Arunahalam V., Bandyopadhyay A. Rust resistance and its stability in lines of varying productivity in groundnut (Arachis hypogaea L.) Plant Breeding. 1990;105(3):229-237. DOI: 10.1111/j.1439-1523.1990.tb01200.x

18. Husted L. Cytological studies of the peanut Arachis. I. Chromosome number and morphology. Cytologia. 1933;5(1):109-117. DOI: 10.1508/cytologia.5.109

19. Иваненко Е.Н. Арахис – перспективная масличная культура. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1989;125:31-35.

20. Jones J.B., Provost M., Keaver L., Breen C., Ludy M.-J., Mattes R.D. A randomized trial on the effects of flavorings on the health benefits of daily peanut consumption. The American Journal of Clinical Nutrition. 2014;99(3):490-496. DOI: 10.3945/ajcn.113.069401

21. Jung S., Tate P.L., Horn R., Kochert G., Moore K., Abbott A.G. The Phylogenetic Relationship of Possible Progenitors of the Cultivated Peanut Journal of Heredity. 2003;94(4):334-340. DOI: 10.1093/jhered/esg061

22. Kochert G., Halward T., Branch W.D., Simpson C.E. RFLP variability in peanut (Arachis hypogaea L.) cultivars and wild species. Theoretical and Applied Genetics. 1991;81:565-570. DOI: 10.1007/bf00226719

23. Krapovickas A., Gregory W.C. Taxonomia del género Arachis (Leguminosae). Bonplandia. 1994;8(1-4):1-186. [in Spanish]

24. Kris-Etherton P.M., Yu-Poth S., Sabate J., Ratcliffe H.E., Zhao G., Etherton T.D. Nuts and their bioactive constituents: effects on serum lipids and other factors that affect disease risk. The American Journal of Clinical Nutrition. 1999;70(3):504-511. DOI: 10.1093/ajcn/70.3.504s

25. Лузина З.А. Arachis L. – Арахис. В кн: Культурная флора СССР. Т. 7. Масличные / под ред. Е.В. Вульфа. Москва; Ленинград; 1941. С.136-192.

26. Лузина З.А. Арахис. Москва; Ленинград: Сельхозгиз; 1954.

27. Mathivanan J., Jayaraman P. Enhancement of Growth and Yield of Arachis hypogeae L. Using Different Biofertilizers. International Letters of Natural Sciences. 2019;74:1-9. DOI: 10.18052/www.scipress.com/ilns.74.1

28. Matveeva T.V., Otten L. Widespread occurrence of natural genetic transformation of plants by Agrobacterium. Plant Molecular Biology. 2019;101(4-5):415-437. DOI: 10.1007/s11103-019-00913-y

29. Matveeva T.V., Sokornova S.V. Biological traits of naturally transgenic plants and their evolutional roles. Russian Journal of Plant Physiology. 2017;64(5):635-648.

30. Monyo E.S., Njoroge S.M.C., Coe R., Osiru M., Madinda F., Waliyar F. et al. Occurrence and distribution of afla-toxin contamination in groundnuts (Arachis hypogaea L) and population densities of Aflatoxigenic Aspergilli in Malawi. Crop Protection. 2012;42:149-155. DOI: 10.1016/j.cropro.2012.07.004

31. Monyo E.S., Varshney R.K. Seven seasons of learning and engaging small holder farmers in the drought-prone areas of sub-Saharan Africa and South Asia through Tropical Legumes, 2007-2014. Patancheru: ICRISAT; 2016.

32. Murty U.R., Jahnavi M.R. The ‘A’ genome of Arachis hypogaea L. Cytologia. 1986;51:241-250.

33. Nigam S.N., Waliyar F., Aruna F.R., Reddy S.V., Kumar L.P., Craufurd P.Q. et al. Breeding Peanut for Resistance to Aflatoxin Contamination at ICRISAT. Peanut Science. 2009;36(1): 42-49. DOI: 10.3146/AT07-008

34. Обыдало Д.И., Огарков И.А. Арахис: из тропиков – в умеренные широты. В кн.: История научных исследований во ВНИИМК за 90 лет. Краснодар; 2002. С.88-94.

35. Paik-Ro O.G., Smith R.L., Knauft D.A. Restriction fragment length polymorphism evaluation of six peanut species within the Arachis section. Theoretical and Applied Genetics.1992;84:201-208. DOI: 10.1007/bf00224001

36. Pandey M.K., Monyo E., Ozias-Akins P., Liang X., Guimarães P., Nigam S.N. et al. Advances in Arachis genomics for peanut improvement Biotechnology Advances. 2012;30(3):639-651. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2011.11.001

37. В Украине все большей популярности набирает выращивания арахиса. AgroReview. 2018. URL: https://agroreview.com/ru/news/v-ukrayne-vse-bolshej-populyarnosty-nabyraet-vyrashchyvanyya-ara-hysa [дата обращения: 13.12.2019].

38. Phillips T.D., Wynne J.C., Elkan G.H., Schneeweis T.J. Effect of Bradyrhizobium Strain on Combining Ability for Nitrogen Fixation in Peanut (Arachis hypogaea L.). Plant Breeding. 1989;103(2):141-148. DOI: 10.1111/j.1439-0523.1989.tb00362.x

39. Raina S.N., Mukai Y. Detection of a variable number of 18S-5.8S-26S and 5S ribosomal DNA loci by fluorescent in situ hybridization in diploid and tetraploid Arachis species. Genome. 2011;42(1):52-59. DOI: 10.1139/g98-092

40. Raina S.N., Rani V., Kojima T., Ogihara Y., Singh K.P., Devarumath R.M. RAPD and ISSR fingerprints as useful genetic markers for analysis of genetic diversity, varietal identification, and phylogenetic relationships in peanut (Arachis hypogaea) cultivars and wild species. Genome. 2001;44(5):763-772.

41. Rami J.-F., Leal-Bertioli S.C.M., Foncéka D., Moretzsohn M.C., Bertioli D.J. Groundnut In: A. Pratap, J. Kumar (eds). Alien Gene Transfer in Crop Plants. Vol. 2. Achievements and Impacts. Philadelphia: Springer; 2014. p.253-279. DOI: 10.1007/978-1-4614-9572-7_12

42. Settaluri V.S., Kandala C.V.K., Puppala N., Sundaram J. Peanuts and Their Nutritional Aspects – A Review. Food and Nutrition Sciences. 2012;3(12):1644-1650. DOI: 10.4236/fns.2012.312215

43. Simpson C.E., Nelson S.C., Star J.L., Woodard K.E., Smith O.D. Registration of TxAg-6 and TxAG-7 peanut germplasm lines. Crop Science. 1993;33(6):1418. DOI: 10.2135/cropsci1993.0011183X003300060079x

44. Singh A.K. Putative genome donors of Arachis hypogaea (Fabaceae), evidence from crosses with synthetic amphidiploids. Plant Systematics and Evolution. 1988;160:143-151. DOI: 10.1007/bf00936041

45. Singh A.K., Moss J.P. Utilization of wild relatives in genetic improvement of Arachis hypogaea L.: 5. Genome analysis in section Arachis and its implication in gene transfer. Theoretical and Applied Genetics. 1984;68:355-364. DOI: 10.1007/bf00267889

46. Singh A.K., Moss J.P. Utilization of wild relatives in genetic improvement of Arachis hypogaea L.: Part 2: chromosome complement of species in section Arachis. Theoretical and Applied Genetics. 1982;61:305-314. DOI: 10.1007/bf00272846

47. Singh M.P., Erickson J.E., Boote K.J., Tillman B.J., Jones J.W., van Bruggen A.H.C. Late Leaf Spot Effects on Growth, Photosynthesis, and Yield in Peanut Cultivars of Differing Resistance. Agronomy Journal. 2011;103(1):85-91. DOI: 10.2134/agronj2010.0322

48. Smartt J., Gregory W.C., Pfluge Gregory M. The genomes of Arachis hypogaea L. Cytogenetic studies of putative genome donors. Euphytica. 1978;27:665-675. DOI: 10.1007/bf00023701

49. Smith B.W. Arachis hypogaea. Aerial flower and subterranean fruit. American Journal of Botany 1950;37(10):802-815. DOI: 10.1002/j.1537-2197.1950.tb11073.x

50. Stalker H.T. A new species in section Arachis of peanuts with a D genome. American Journal of Botany. 1991;78(5):630-637. DOI: 10.1002/j.1537-2197.1991.tb12587.x

51. Strebbins G.L. Genetics, evolution and plant breeding. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 1957;17:129-141.

52. Subrahmanyam P., Anaidu R., Reddy L.J., Lava Kumar P., Ferguson M.E. Resistance to groundnut rosette disease in wild Arachis species. Annals of Applied Biology. 2001;139(1):45-50. DOI: 10.1111/j.1744-7348.2001.tb00129.x

53. Subrahmanyam P., Moss J.P., Mcdonald D., Rao P.V.S., Rao V.R. Resistance to leaf spot caused by Cercosporidium personatum in wild Arachis species. Plant Disease. 1985;69:951-954. DOI: 10.1094/PD-69-951

54. Thompson L.K., Burgess C.L., Skinner E.N. Localization of phytochrome during peanut (Arachis hypogaea) gynophore and ovule development. American Journal of Botany 1992;79(7):828-832. DOI: 10.1002/j.1537-2197.1992.tb13660.x

55. Thompson L.K., Ziv M., Deitzer G.F. Photocontrol of Peanut (Arachis hypogaea L.) Embryo and Ovule Development in Vitro. Plant Physiology. 1985;78(2):370-373. DOI: 10.1104/pp.78.2.370

56. Toomsan B., McDonagh J.F., Limpinuntana V., Giller K.E. Nitrogen fixation by groundnut and soyabean and residual nitrogen benefits to rice in farmers’ fields in Northeast Thailand. Plant and Soil. 1995;175(1):45-56. DOI: 10.1007/bf02413009

57. Туз Р.К., Подольная Л.П., Асфандиярова М.Ш., Дубовская А.Г., Еремин В.А., Мигачева Е.О. Изменчивость образцов арахиса селекции ВНИИМК в условиях Астраханской области. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК 2018;4(176):64-67. DOI: 10.25230/2412-608X-2018-3-175-64-67

58. Умен Д.П. Арахис. Руководство по селекции и семеноводству масличных культур. Москва; 1967.

59. Вахрушева Т.Е. Изучение коллекции арахиса (Arachis hipogaea L.). Методические указания. Санкт-Петербург: ВИР; 1995.

60. Вахрушева Т.Е. Арахис. В кн.: Масличные культуры для пищевого использования в России (проблемы селекции, сортимент). Санкт-Петербург: ВИР; 1998. С.20-23.

61. Вахрушева Т.Е., Переверзев Д.С. Использование арахиса в кондитерской про мышленности. АгроНИИТЭИПП. 1993;17(2):30.

62. Valls J.F.M., Simpson C.E. New species of Arachis (Leguminosae) from Brazil, Paraguay and Bolivia. Bonplandia. 2005;14(1-2):35-63. DOI: 10.30972/bon.141-21387

63. Wang M.L., Khera P., Pandey M.K., Wang H., Qiao L., Feng S. et al. Genetic Mapping of QTLs Controlling Fatty Acids Provided Insights into the Genetic Control of Fatty Acid Synthesis Pathway in Peanut (Arachis hypogaea L.). PLOS ONE 2015;10(4):e0119454. DOI: 10.1371/journal.pone.0119454

64. Woodward J.E., Brenneman T.B., Kemerait Jr. R.C., Culbreath A.K., Clark J.R. First Report of Botrytis Blight of Peanut Caused by Botrytis cinerea in Georgia. Plant Disease. 2005;89(8):910. DOI: 10.1094/PD-89-0910C

65. Woodward J.E., Brenneman T.B., Kemerait R.C., Culbreath A.K., Smith N.B. On-Farm Evaluations of Reduced Input Fungicide Programs in Peanut Fields with Low, Moderate, or High Levels of Disease Risk. Peanut Science. 2014;41(1):50-57. DOI: 10.3146/PS11-23R2.1

66. Zaaboul F., Raza H., Chen C., Liu Y. Characterization of Peanut Oil Bodies Integral Proteins, Lipids, and Their Associated Phytochemicals. Journal of Food Science. 2018;83(1):93-100. DOI: 10.1111/1750-3841.13995

67. Zhang Y., Sun J., Xia H., Zhao C., Hou L., Wang B. et al. Characterization of peanut phytochromes and their possible regulating roles in early peanut pod development. PLOS ONE. 2018;13(5):e0198041. DOI: 10.1371/journal.pone.0198041

68. Zharare G.E., Blamey F.P.C., Asher C.J. Initiation and Morphogenesis of Groundnut (Arachis hypogaea L.) Pods in Solution Culture. Annals of Botany. 1998;81(3):391-396. DOI: 10.1006/anbo.1997.0569

69. Жуковский П.М. Культурные растения и их сородичи. Ленинград; 1971.