CC BY
54
DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10211 УДК 633.174.1
Использование многокритериальной оценки в селекции сорго сахарного
А. В. АЛАБУШЕВ, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, директор (e-mail: vniizk30@mail.ru)
A. Е. РОМАНЮКИН, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Н. А. КОВТУНОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: n-beseda@mail.ru)
Е. А. ШИШОВА, аспирант
B. В. КОВТУНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Аграрный научный центр «Донской», пос. Научный городок, 3, Зерноград, 347740, Российская Федерация
Цель работы - анализ селекционного материала сорго сахарного по ряду хозяйственных признаков с использованием многокритериальной оценки для выделения сортов, отвечающих требованиям модели сорта. Исследования проводили в 2016-2018 гг. в Аграрном научном центре «Донской» (Ростовская область). Почвенный покров опытного участка представлен обыкновенным карбонатным черноземом. Объект исследований - 13 сортообраз-цов сорго сахарного селекции центра, вовлеченные в конкурсное сортоиспытание. Опыты выполняли в соответствии с методическими указаниями по изучению коллекционных образцов кукурузы, сорго и крупяных культур, методикой Гэсудар-ственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. По урожайности зеленой массы 5 сортообразцов находились на уровне модельного сорта (более 45 т/га) -Д-3868, КД-388, Сахарное 105/3, Феникс, Лиственит. Для основных хозяйственных признаков, по которым вели селекционную работу (урожайность зеленой массы, продолжительность вегетационного периода, высота растений, размеры листа и их количество, содержание Сахаров в соке стеблей), с использование программ Excel и Statistica 10.0 были рассчитаны стандартные отклонения, весовые коэффициенты, интегральные оценки сортообразцов. По результатам многокритериального анализа, выполненного по С. П. Мартынову, установлены критерии оценки (основные хозяйственные признаки) и их вклад в формирование перспективности образцов, а также величины этих показателей, которые должны быть характерны для модели сорта. Самую высокую интегральную оценку получили сортообразцы Феникс (2,67), Южное (3,80) и сорт Дебют (4,29). Образцы Южное и Феникс по результатам многолетних исследований в
2019 г. были переданы на государственное сортоиспытание, сорт Дебют внесен в Государственный реестр селекционных достижений с 2003 г. Таким образом, многокритериальную оценку можно использовать в селекционном процессе для выделения образцов, отвечающих требованиям селекционных программ.
Ключевые слова: сорго, урожайность, зеленая масса, модель сорта, критерии оценки, хозяйственно-ценные признаки.
Для цитирования: Использование многокритериальной оценки в селекции сахарного сорго/А. В. Алабушев, А. Е. Рома-нюкин, Н. А. Ковтунова и др. //Земледелие. 2019. № 2. С. 39-41. ЭО!: 10.24411/00443913-2018-10211.
В засушливых районах Северного Кавказа часто повторяющиеся засухи резко снижают производство зелёных и сочных кормов. В таких климатических условиях перспективно выращивание сорго сахарного, отличающегося засухоустойчивостью и стабильностью урожаев по годам [1, 2]. Исключительная засухоустойчивость, неприхотливость к почвам, высокая продуктивность, хорошее качество зеленной массы - все это делает его незаменимым в зеленом конвейере. Распространение этой культуры сдерживает отсутствие широкого набора новых сортов, хорошо адаптированных к местным условиями, пригодных для рентабельного семеноводства [3]. Современные сорта должны отвечать многим требованиям, в том числе обладать высокой и устойчивой по годам урожайностью в заданных почвенно-климатических условиях, пригодностью к комплексной механизации возделывания и уборке, высоким качеством продукции, атакже обеспечивать экономическую эффективность возделывания [4,5,6]. Поэтому оценка новых сортов по основным хозяйственно-ценным признакам -обязательное условиеуспешной селекционной работы. В этом может помочь метод многокритериальной оценки, который используют в селекционной работе со многими сельскохозяйственными культурами [7].
Цель работы - анализ селекционного материала сорго сахарного по ряду хозяйственных признаков с использованием многокритериальной оценки для выделения генотипов, отвечающих требованиям модели сорта.
Эксперименты выполняли в 20162018 гг в АНЦ«Донской», расположенном в зоне неустойчивого увлажнения (г. Зерноград Ростовской области). Почвенный покров опытного участка-чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый со следующими агрохимическими показателями пахотного слоя: рН-7,1; СаС03 - 2,2 %, гумус - 3,2...3,4 %; Р205- 18...25 мг/ кг; К20 - 320...360 мг/кг. Почва имеет мелкозернистую структуру, рыхлое сложение, обладаетхорошей влагоем-костью и воздухопроницаемостью [8, 9]. Отбор проб почвы осуществляли по ГОСТ-28168-89, азот в почве определяли по ГОСТ-26951-86, подвижные формы фосфора и калия - по ГОСТ-26205-91.
Объект для исследований - 10 новых сортообразцов сорго сахарного, селекции центра, вовлеченные в конкурсное сортоиспытание - ЭР-454/32, Костер, Южное, КД-388, ДК-3868, Феникс, ЗСР-441, Сахарное 105/3, ОК-1798, СК-44/1634, и три сорта -Зерноградский янтарь (стандарт), Дебют, Лиственит.
Опыты проводили в соответствии с методическими указаниями по изучению коллекционных образцов кукурузы, сорго и крупяных культур, методикой Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур и методикой полевого опыта [10, 11, 12]. Посев осуществляли в I декаде мая широкорядным способом с междурядьем 70 см, учетная площадь делянок25 м2, повторность 4-кратная. Норма высева - 200 тыс. всхожих семян на 1 га.
Многокритериальный анализ выполняли по С. П. Мартынову [13]. Согласно этому методу выделяли критерии оценки (в наших исследованиях это продолжительность вегетационного периода, высота растений, длина и ширина листа, содержание Сахаров в соке стеблей, урожайность зеленой массы) и их вклад в интегральную оценку образцов (рк), а также определяли величины этих показателей, которые должны быть характерны для модели сорта. Затем составляли матрицу, в которой рассчитывали стандартное отклонение (э) и разницу каждого сортообразца от параметров модели по каждому критерию (признаку). После этого определяли интегральную оценку ы сортов: о
и/, = рк * А/; |
где - весовой коэффициент; |
рк - заданный вклад в интегральную 2
оценку сортообразца; N - количество ™
признаков; ЭО - значение интеграль- м ной оценки; хт -желательный уровень ® признака; - фактическое значение <о
Сорт Продолжительность Высота растений, см Длина листа, см Ширина Количество Содержание Сахаров, % Сбор зеленой Интегральная
вегетационного периода, дни листа, см листьев, шт. массы, т/ га оценка (БР)
Зерноградский янтарь (э1:.) 113 171 63,7 6,2 9 12,6 34 8,94
Дебют 109 201 67,0 7,3 9 15,0 37 4,29
ЭР-454/32 117 216 60,7 6,0 9 9,6 39 9,53
Костер 107 157 54,7 4,8 9 11,6 32 9,80
Южное 108 199 63,0 7,8 9 11,6 38 3,80
КД-388 115 210 61,0 6,6 10 11,9 41 6,31
ДК-3868 120 228 68,0 6,8 12 8,2 41 8,04
Феникс 115 203 68,0 7,3 11 10,6 44 2,67
ЗСР-441 115 220 61,3 7,3 10 8,2 36 9,09
Сахарное 105/3 117 209 60,7 6,2 10 7,7 42 7,25
ОК-1798 114 208 57,7 7,7 10 8,7 38 7,68
Лиственит 123 214 63,7 6,8 12 9,7 46 5,39
СК-44/1634 113 191 54,0 6,2 11 9,4 35 9,07
Среднее по питомнику 114 202 60,9 6,7 10 10,4 38,8 7,10
НСР05 - - - - - - 2,7 -
Стандартное отклонение (э) 4,6 19,6 3,8 0,8 1 2,1 3,4 -
Модель сорта 110 200 65 7 11 10 40 -
Заданный вклад в интегральную оценку, рк 0,30 0,05 0,05 0,10 0,10 0,05 0,35 -
Весовой коэффициент (ч/) -2,1 -0,35 0,35 0,70 0,70 0,35 2,45 -
признака у сортообразца; в,. - стандартное отклонение.
Чем ниже интегральная оценка, тем ближе образец к модельному сорту.
Метеорологические условия в 2016-2018 гг. сложились не вполне благоприятно для роста и развития растений сорго. Осадки в период вегетации выпадали неравномерно. Так, в 2016 г. ихсуммавмае составила 156,8 мм, что выше среднемноголет-ний нормы на 105,5 мм, или 205,6 %. Это привело к задержке с посевом на 10... 15 дней. Условия летнего периода были засушливыми и жаркими. Высокая температура воздуха привела к сокращению периода выход в трубку-цветение на5...10дней. В2017г сумма температур за период всходы-полная спелость составила 2816,0 °С при норме 2583,5 "С, осадков - 258,4 мм при среднемноголетнем количестве 267,8 мм. Распределение осадков по месяцам было приближено к средне-многолетнему. В 2018 г. температура воздуха в течение всей вегетации была выше среднемноголетней на 2,7...3,4 °С. Особенность 2018 г заключалась в том, что осадки выпали к концу периода всходы-выметывание, что сильно отклоняется от многолетнего распределения, когда большая часть осадков выпадает в мае-июне. Дожди в июле привели к формированию подгонов, ветвистости растений.
Для снижения сроков селекционного процесса и создания сорта с желаемыми признаками сучетом осо-2 бенностей почвенно-климатических ° условий региона на основании много-сд летнего изучения (2006-2018 гг) была разработана модель сорта сахарного о сорго, включающая следующие пара-| метры:
урожайность зеленной массы - бо-® лее45 т/га,
5 продолжительность вегетационного $ периода-доНОдней,
высота растения - до 200 см, количество листьев -9.. ,12 шт., длиналиста - 65 см, шириналиста- 7 см, содержание сахара в соке стеблей (для сортов силосного направления) -от 10%.
Изученные в конкурсном испытании сорта сорго сахарного относятся к раннеспелой (до 110 дней) и среднеспелой (111...123 дней) группам спелости (табл. 1). Самыми раннеспелыми и подходящими под модель сорта по этому признаку были образцы Костер, Южное и сорт Дебют, позволяющие производить уборку зеленной массы на силос через 92...Э5 дней после посева на семена - через 107...109 дней.
Высота растений в фазе полной спелости варьировала от 157 см (Костер) до 228 см (ДК-3868). Корреляционный анализ указывает на то, что чем выше растение, тем больше сбор зеленой массы (г=0,62±0,05) [13]. Однако у форм с высотой более 200 см затруднена уборка семян, что учтено в модели сорта.
Лист - это наиболее питательный элемент зеленной массы сорго, размеры которого имеют тесную положительную связь с ее урожайностью (г=0,45-0,52±0,12) [13]. У изученных сортообразцов длина листа варьировала от 54 см (СК-44/1634) до 67 см (Дебют) при средней величине этого показателя у всех генотипов 61 см. Шириналиста варьировала от 4,8 см (Костер) до 7,8 см (Южное), при средней величине этого показателя 6,7 см. Количество листьев составляло 9.. .12 шт, то есть в целом все образцы соответствовали по параметрам об-лиственности модельномусорту.
Требование к содержанию Сахаров в соке стеблей зависитот направления использования сорта. Так, у сортов силосного направления оно должно на-
ходиться в пределах 8.. .12 %; у сортов, предназначенных для переработки на спирт, сироп - более 15 % [14]. У сортообразцов конкурсного испытания величины этого показателя варьировали вдиапазоне 8...15 %.
Сбор зеленной массы - главный показатель, по которому проводят отбор генотипов, составлял от 32 т/га (Костер) до 44т/га (Феникс). Значительно превысили стандарт Зерноградский янтарь (34 т/га) 10 сортообразцов. Наиболее близкими по величине этого показателя к модели сорта были Феникс (44т/га) и Лиственит(46т/га).
Результаты многокритериальной оценки образцов сорго, суть которой заключается в анализе отклонений изучаемых генотипов от параметров модели сорта, показали, что наиболее перспективны образцы с наименьшими отклонениями. Они имели самые низкие интегральные оценки - это сортообразцы Феникс (2,67) и Южное (3,80), а также сорт Дебют (4,29).
Сорт Дебют с 2003 г. внесен в Государственный реестр селекционных достижений. Он создан методом самоопыления и отборов скороспелых и высокопродуктивных линий из среднеспелого сорта сорго сахарного Зерноградский янтарь. Сорт сочно-стебельный, раннеспелый, средней кустистости (2.. .3 стебля на растении), хорошо облиственный (30 %). Семена темно-коричневые, масса 1000 штук-21...23Г.
Сортообразцы Южное и Феникс переданы на государственное сортоиспытание с 2019 г. (табл. 2).
Сортообразец сорго сахарного Южное создан в результате отбора раннеспелых, устойчивых к полеганию, сочностебельных форм из гибридной популяции, полученной от скрещивания образца коллекции К-388 и сорта Дебют. Он раннеспелый (период всходы-полная спелость - 108 дней,
2. Сравнительная характеристика сортообразцов Южное и Феникс (2016-2018 гг.)
Признак Зерноград-ский янтарь, стандарт Южное Феникс
Урожайность зеленой массы на силос, т/га (НСР05=2,7) Урожайность абсолютно-сухого вещества, т/га(НСР05=1,7) 34,0 38 44,0
10,3 12,5 14,1
Урожайность зерна, т/га(НСР05=0,4) Продолжительность периода «всходы - полная спелость», дней 2,3 2,8 2,8
113 108 115
Продолжительность периода «всходы -молочно-восковая спелость», дней 100 95 101
Содержание в зеленой массе сырого протеина, % Содержание Сахаров в соке стеблей, % 6,7 13,2 7,8 11,6 7,4 10,6
период всходы-молочно-восковая спелость - 95 дней), урожайность зелёной массы на силос - 38 т/га, абсолютно сухого вещества - 12,5 т/ га, семян - 2,8 т/га, превышение над стандартом 4,0; 2,2; 0,5 т/га соответственно.
Сортообразец сорго сахарного Феникс выделен в результате отбора раннеспелых растений с высокой продуктивностью, интенсивностью начального роста и устойчивых к полеганию из гибридной популяции, полученной в результате естественного переопыления сорта Северное 44 смесью пыльцы. Он среднеспелый (период всходы-полная спелость -115 дней, период всходы-молочно-восковая спелость - 101 день). Семена округлые, полупленчатые, светло-коричневые, масса 1000 шт. -17,0 г. Урожайность зелёной массы на силос - 47,1 т/га, абсолютно сухого вещества - 14,1 т/га, семян - 2,8 т/га, превышение над стандартом 10,0; 3,8 и 0,5 т/га соответственно.
Южное и Феникс отличаются повышенной облиственностью (35...40 %), устойчивостью к поражению пыльной головней, бактериозом, к повреждению тлей. Рекомендуются для использования на зеленый корм и силос в Центрально-Черноземном, СевероКавказском и Нижне-Волжском регионах России.
Таким образом, многокритериальную оценку можно использовать в селекционном процессе для выделения сортов, отвечающихтребованиям селекционных программ. Результаты проведенных исследований показали, что переданные на государственное сортоиспытание сортообразцы Южное и Феникс в наибольшей степени приближены к параметрам модели сорта и имеют наименьшие величины интегральной оценки (3,80 и 2,67 соответственно).
Литература.
1. Роль новых сортов сахарного сорго в укреплении кормовой базы в засушливых условиях Среднего Поволжья и Урала/В. В. Глуховцев, Л. Ф. Сыркина, А. К. Антимонов и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. №3 (47). С. 37-39.
2. Володин А. Б., Капустин С. И., Ко-лодкин А. В. Комплексная оценка новых
и перспективных сортов в условиях Ставропольского края // Бюллетень Ставропольского научно-исследовательского института сельского хозяйства. 2015. №7. С. 32-39.
3. Капустин С. И., Володин А. Б., Капустин А. С. Кормовой потенциал гибридов сахарного сорго в засушливых условиях Центрального Предкавказья // Известия Оренбургского ГАУ. 2018. № 4. С. 109-111.
4. Региональные особенности селекции суданской травы / Г. М. Ермолина, H.A. Ков-тунова, А. Е. Романюкин и др. // Аграрный вестник Урала. 2017.№ 4(158).С.16-20.
5. Капустин С. И., Володин А. Б., Капустин А. С. Создание исходного материала сорго для селекции в условиях Ставропольского края // Генофонд и селекция растений: тезисы докладов. Новосибирск: СибНИИРС - филиал ИЦиГ СО РАН, 2017. С. 12-13.
6. Ковтунов В. В. Посевная площадь и урожайность сорго зернового // Зерновое хозяйство России. 2018. № 3 (57). С. 47-49.
7. Бутовец Е. С. Многокритериальная оценка сортов сои на заключительном этапе селекции // Дальневосточный аграрный вестник. 2015. №2(34). С. 13-16.
8. Южно-Российские технологии ячменя / А. В. Алабушев, Н. Н. Коломийцев, И. Н. Лысенко и др. Ростов н/Д: ООО «Терра Принт», 2008. 272 с.
9. Ковтунова H.A. Биологические особенности роста и развития суданской травы // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 6. С. 48-51.
10. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск второй. Зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры. М.: Госагропром СССР, 1989. 194с.
11. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Альянс, 2014. 308 с.
12. Методические указания по изучению коллекционных образцов кукурузы, сорго и крупяныхкультур. Л.: ВИР, 1968. 51 с.
13. Мартынов С. П. Метод многокритериального выбора на заключительном этапе селекции растений (методика) // Сельскохозяйственная биология. 1987. №6.С. 122-124.
14. БеседаН.А.,ЕрмолинаГ.М.,Горпини-ченко С.И. Закономерности наследования содержания Сахаров в соке стеблей сорго сахарного // Труды КубГАУ. 2011. №3(30). С.145-147.
15.Алабушев А. В., Ковтунова Н. А., Романюкин А. Е. и др. Основные факторы повышения урожайности и качества зеленой массы сорго // Успехи современного естествознания. 2017. № 6. С. 50-55.
Use of Multi-Criteria Estimation in Sweet Sorghum Breeding
A. V. Alabushev, A. E. Romanyukin, N. A. Kovtunova, E. A. Shishova, V. V. Kovtunov
Agrarian Scientific Center "Donskoj", pos. Nauchnyi gorodok, 3, Zernograd, 347740, Russian Federation
Abstract. The aim of the work was to analyze the breeding material of sweet sorghum according to a number of economic traits using a multi-criteria assessment to identify varieties that meet the requirements of the variety model. The study was carried out in the Agricultural Research Center "Donskoy" (Rostov region) in 2016-2018. The soil ofthe experimental plotwas represented by ordinary carbonate chernozem. The objects of the study were 13 sweet sorghum variety samples developed in the Center and involved in the Competitive Variety Testing. The experiments were carried out in accordance with the methodical recommendations for the study of collection samples of corn, sorghum and groat crops and with the methods ofthe State Commission on Variety Testing. Five variety samples ■D-3868', ■KD-388', 'Sakharnoe 105/3', 'Fe-niks', 'Listvenit' had green mass productivity at the level of the model variety (more than 45 t/ ha). There were identified the main economic characteristics for which breeding work was carried out (the green mass productivity, the duration of a vegetation period, plant height, leaf size and quantity, sugar percentage in the stem sap). Using the Excel and Statistica 10.0 programs, we calculated the standard deviation, weight coefficient and integrated assessment of the varieties. The multi-criteria analysis was performed by Martynov's, according to which there were identified the estimation criteria ( main economic traits) and their contribution to the variety samples formation, as well as the values of these indicators, which should be characteristic ofthe variety model. The multi-criteria assessment ofthe sorghum varieties allowed identifying variety samples 'Feniks' (2.67), 'Yuzhnoe' (3.8) and variety 'Debyut' (4.29) with the best integral estimation. According to the study results variety samples 'Feniks ' and 'Yuzhnoe ' were sent to the State VarietyTestingsince2019. Variety'Debyut' was included into the State Register of Breeding Achievements in 2003. Thus, the multi-criteria assessment can be used in the breeding process to identify the varieties that meet the requirements ofthe breeding programs.
Keywords: sorghum; productivity; green mass; varietal model; criteria of estimation; economic traits.
Author Details: A. V. Alabushev, D. Sc. (Agr.), prof., member of the RAS (e-mail: vniizk30@mail.ru); A. E. Romanyukin, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; N. A. Kov- W tunova,; E.A. Shishova, post graduate student; 2 V. V. Kovtunov, Cand. Sc. (Agr.), leading ^ research fellow. fc
For citation: Alabushev A. V., Romanyukin § A. E., Kovtunova N. A., Shishova E. A., Kov-
CD
tunov V. V. Use of Multi-Criteria Estimation z in Sweet Sorghum Breeding. Zemledelije. 10 2019. No. 2. Pp. 39-41 (in Russ.). DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10211.
■ ®
