CC BY
22УДК 633.174: 631.527
СОЗДАНИЕ ВЫСОКОСАХАРИСТЫХ ГИБРИДОВ F1 СОРГО САХАРНОГО В УСЛОВИЯХ КРЫМА
Болдырева Л. Л., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; Юдина В. Н., аспирант; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»
В данной работе отображены результаты исследований, направленные на создание высокосахаристых гибридов и линий сорго сахарного. В течение 2018-2019гг. были изучены сортообраз-цы сорго сахарного из коллекций АБиП КФУ им. В. И. Вернадского и ВИР им. Н. И. Вавилова. Получены новые гибриды. Наибольший интерес представляют высокосахаристые формы. Сок стеблей сорго содержит сахара, которые по качеству не уступают сахарной свекле, а производимый продукт в два раза дешевле сахара, получаемого из свеклы. Растение можно использовать для производства спирта.
Ключевые слова: сорго сахарное, селекция, сорт, линия, сахарный сироп, гибридизация.
CREATION OF HIGH-SUGAR HYBRIDES F1 OF SWEET SORGHUM IN THE CONDITIONS OF CRIMEA
Boldyrevа L. L., Candidate of Agricultural Science, Associate Professor; Yudina V. N., Ph.D. student; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»
The results of creating highly sugared hybrids and lines of sweet sorghum are presented in this article. We have studied varieties of sweet sorghum from the collections of Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» and N. I. Vavilov All-Russian Institute of Genetic Resources of Plants for 20182019 years. Highly sugar forms of sorghum are the most interesting for research. The price of sorghum syrup is twice as low as that of sugar obtained from sugar beets. Another promising area for using sorghum in modern conditions is the production of bioethanol fuel, the alternative fuel for internal combustion engines.
Keywords: sweet sorghum, selection, variety, line, sugar syrup, hybridization.
Введение. Сорго (Sorghum saccharatum - (J.) Pers.) наиболее адаптированный вид среди злаков, который благоприятно развивается в засушливых условиях [3]. При низкой влажности почвы культура сохраняет свою физиологическую активность, близкую к активности растений с достаточной влажностью, благодаря эффективному использованию воды из-за увеличения длины корневой системы [4]. По сравнению с другими разновидностями сорго, сорго сахарное формирует меньше зерна, но содержит большое количество сахаров в стебле [5]. Сорго сахарное производит на 23 % больше углеводов, и при этом требует на 37 % меньше азотных удобрений и на 17 % меньше поливной воды, чем кукуруза.
57
Из него можно получить больше этанола, чем из кукурузы в засушливые годы [6]. Сладкий сок стебля можно использовать для производства сахара, сиропа и этанола. Силос также используется в качестве корма или сырья для бумажной промышленности. Запасы крахмала в зерне также могут быть использованы для производства этанола. Определение состава крахмала в семенах сорго сахарного важно, потому что некоторые сорта могут иметь потенциал в качестве культур двойного назначения, дающих как обогащенный сахаром сок стеблей, так и зерно [8]. Пригодным для биотоплива сорго сахарное является благодаря: 1) короткому циклу роста (около четырех месяцев); 2) легкому размножению из семян; 3) высокому потенциалу для полностью механизированного производства; 4) использованию стеблевого сахара и зернового крахмала как исходного материала для этанола; 5) высокой эффективности использования воды и питательных веществ; 6) использования побочных продуктов (жома и корма), для производства энергии; 7) широкой адаптивности к различным средам [9].
Сорго сахарное культивируется примерно в 100 странах на более чем 44 миллионах гектаров. При наличии большого количества исследований, направленных на производство биотоплива, выращивается данная культура в основном для получения сиропа, корма и зерна. В США и Европе сорго выращивается в промышленных масштабах для производства этанола, который смешивается с ископаемым топливом [7]. В последнее десятилетие в России вновь возрос интерес к сорго как сахароносу.
Материал и методы исследований. Для проведения исследований нами были отобраны гибриды и линии сорго сахарного, полученные при скрещивании сортообразцов сорго сахарного различного географического происхождения коллекции ВИР им. Н. И. Вавилова и коллекции АБиП КФУ им. В. И. Вернадского. Полевые исследования проводились в течение 2018-2019 гг. на опытном поле академии. Делянки двухрядковые, площадью 14 м2. Опыт проводился в трехкратной повторности. В течение вегетационного периода проводили изучение динамики роста, фенологические наблюдения, перед уборкой - биометрические замеры. В фазу восковой спелости зерна проводили учет урожая и содержание сахаров в соке стеблей. В этот период в растениях накапливается наибольшее количество сахаров. Сок извлекали из стебля на уровне третьего или четвертого междоузлия у пяти растений с изолированной метелкой. Это дало возможность отобрать для размножения в последующие годы растения с самым высоким содержанием сахаров в соке стеблей. Содержание сахаров в соке стеблей сорго определяли с помощью полевого рефрактометра. Полученные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову.
Результаты и обсуждение. Цель нашего исследования состояла в том, чтобы получить новые высокосахаристые гибриды сорго сахарного, а также продолжить изучение сортов с высоким содержанием сахаров в соке стеблей из коллекций Академии биоресурсов и природопользования КФУ им. В. И. Вернадского и Всероссийского института растениеводства им. Н. И. Вавилова. Задачи:
58
продолжить создание методом гибридизации и возвратных скрещиваний новых гибридов F1 и с помощью многократного инцухтирования получить новые самоопыленные лини сорго с высоким содержанием сахаров в соке стеблей.
В течение вегетационного сезона на интенсивность роста и содержание сахаров в соке стеблей сорго влияло количество осадков (рис. 1). Высокий уровень осадков в период молочной и восковой спелости зерна ведет к «разбавлению» сахаров в соке стеблей сорго. В 2018 г., после осадков в сентябре, содержание сахаров у сортообразца Крымское 15 составило 7,3 %, а в сентябре 2019 г., когда среднемесячный уровень осадков составил 14 мм, содержание сахаров увеличилось до 16,0 %.; у Fekete maguar в 2018 г. - 7,0 %, а в 2019 г. - 17,0 %.
апрель май июнь июль август сентябрь
Рисунок 1. Среднемесячное количество осадков (мм) в течение вегетационных
сезонов 2018-2019 гг.
В настоящее время проведены исследования по изучению динамики начального роста сортообразцов, гибридов и линий Sorghum saccharatum. Известно, что наиболее медленный рост у сорго наблюдается в первые 30-35 суток после всходов [1]. Связано это с тем, что в начальный период развития растений сорго идет интенсивное формирование корневой системы, что, в последствии, сказывается на засушливости культуры. Анализ наших образцов по динамике роста показал, что очень низкая интенсивность начального роста на 30 сутки после всходов (менее 30 см) была отмечена у сорго сахарного Сорго (Абхазия), (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Крымский сладкий, Kansas orange, Оранжевое 160. Низкая интенсивность начального роста (30-45 см) характерна для гибридов (Искра 2С х ГОС 11)С х Крымский сладкий 30, Бурана 24С х Просвет 1/1, ГОС 11С х Early Fulgar, ПНС 2-13 х Early Fulgar и др. В наших исследованиях преобладают со-ртообразцы, гибриды и линии со средними (46-60 см) и высокими (61-75 см) показателями интенсивности начального роста: Крымский сладкий 30 - 46,6 см, Зерноградский янтарь (Ростовская обл.) - 49,2 см, Перспектива 80С х Крымский сладкий 30 - 49, 5 см, (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Early Amber - 53,8 см, Перспектива 80С х Kansas orange - 54,0 см, Сарваши С х Просвет 1/1 - 60,5 см и др. Сортообразцы с очень высокой интенсивностью роста (>75 см) отсутствуют.
Результаты изучения показали, что сортообразцы (табл. 1), гибриды Fj и линии в 2018-2019 гг. имели разное содержание Сахаров в соке стеблей. Оно варьировало от 6,5 до 20,6 %. Нами выделены высокосахаристые образцы: Просвет 1/1 (20,6 %), Памяти Шепеля (18,8%), ПНС 2-13 (18,4 %), Крымский сладкий 30 (18,3 %), Kansas orange (17,3%) и др. Получены высокосахаристые трехлинейные гибриды F1: (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Крымский сладкий 30 - 19,3 %, (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Просвет 1/1 - 18,3 %, (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Early Fulgar - 19,0 %, (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Листве-нит - 18,5 %; простые гибриды: ГСК 13 х Крысакор 12/1 - 19,0 %, ПНС 2-13 х Kansas orange - 19 %, Бурана 24С х Early Fulgar - 18,7 %.
Таблица 1. Содержание Сахаров в соке стеблей сортообразцов сорго сахарного в
2018-2019 гг.
Название сортообразца Уровень содержания сахаров в соке стеблей сорго сахарного, %
2018 г. 2019 г. среднее значение
Просвет 1/1 18,5 22,7 20,6
Памяти Шепеля 20,0 17,5 18,8
ПНС 2-13 17,3 19,5 18,4
Крымский сладкий 30 19,0 17,7 18,3
Kansas orange 15,8 18,7 17,3
Сорго, Абхазия 15,5 18,0 16,8
Крысакор 12/1 15,3 17,5 16,4
Питательное 15,2 17,0 16,1
Early Fulgar 16,3 14,7 15,5
Крымский сладкий 12,7 14,5 13,6
НСР05, т/га 1,02 1,73
При проведении возвратных скрещиваний показатели содержания Сахаров в соке стеблей были также различными и зависели от использованных родительских форм [2]. У большинства созданных нами гибридов Fj (табл. 2) содержание сахаров было выше, чем у родительских форм сорго, или же находилось на уровне их среднего значения. Например, у гибрида Szegedi bama х Lango, Olwa содержание сахаров составило 14,5 %, у материнской формы -13,0 % и у отцовской формы - 14,0 %. Однако у гибрида Fekete maguar х Памяти Шепеля этот признак был значительно ниже, чем у родительских форм.
Важным фактором, влияющим на уровень сахаров у гибридов Fj, при возвратных скрещиваниях является выбор сортообразца-опылителя и материнской формы. Так, у гибридов Szegedi barna х Lango, Olwa и Lango, Olwa х Szegedi barna содержание сахаров было одинаковым по 14,5 %, Памяти Шепеля х Fekete maguar и Fekete maguar х Памяти Шепеля - 18,0 и 10,0 % соответственно, Зерноградский янтарь х Лиственит - 9,0 %, а в случае, когда опылителем выступал Зерноградский янтарь, показатель возрос до 15,0 %. У образцов Rox orange х S.sucre и Rox orange х Yrano vestido dl/59/943 было отмечено наи-
60
большее содержание сахаров в соке стеблей - 19,0 и 20,0 %, а наименьшее (6,5 %) - у трехлинейного гибрида F1 (Искра 2С х ГОС 11)х Крымский сладкий.
Таблица 2. Содержание сахаров в соке стеблей у гибридов и их родительских форм сорго сахарного при возвратных скрещиваниях, 2018-2019 гг.
Название гибрида F1 Содержание сахаров в соке стеблей, %
гибрид материнская форма отцовская форма
Зерноградский янтарь х Лиственит 9,0 8,0 10,0
Лиственит х Зерноградский янтарь 15,0 10,0 8,0
Fekete maguar х Памяти Шепеля 10,0 17,0 17,5
Памяти Шепеля х Fekete maguar 18,0 17,5 17,0
Szegedi barna х Lango, Olwa 14,5 13,0 14,0
Lango, Olwa х Szegedi barna 14,5 14,0 13,0
Выводы. Высокое содержание сахаров в соке стеблей выявлено у гибридов, полученных с помощью возвратных скрещиваний: Rox orange х S.sucre и Rox orange х Yrano vestido dl/59/943 - 19,0 и 20,0 %; у трехлинейных гибридов на стерильной основе Fj (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Крымский сладкий 30 - 19,3 %, (Коричневое 11С х ГОС 11)С х Early Fulgar - 19,0 % и др. Работа по созданию и изучению высокосахаристых форм сорго сахарного будет продолжаться.
Таким образом, создание высокосахаристых форм сорго способствует развитию его, как альтернативного источника сахаров, сиропа и этанола. Следует учитывать, что цена производимого продукта из сорго, в два раза ниже, чем у сахара, получаемого из свеклы.
Список использованных источников:
1. Андреев Н. Г. Луговое и полевое кормопроизводство / Н.Г. Андреев. - М.: Колос, 1975.- С. 371-374.
2. Бритвин В. В. Создание новых линий сорго сахарного с высокой продуктивностью и содержанием сахаров / В. В. Бритвин, Л. Л. Болдырева // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 4. - С. 38-41.
3. Applied nitrogen and phosphorus effects on yield and nutrient uptake by high energy sorghum produced for grain and biomass / F. M. Hons, R. F. Moresco, R. P. Wiedenfeld, J. T. Cothen // Agronomy Journal. -1986. - Vol. 76. - Р. 1069 -1078.
4. Zegada-Lizarazu W. Water up-take efficiency and above- and below-ground
References:
1. Andreev N.G. Meadow and field feed production / N.G. Andreev. - M.: Ko-los, 1975. - P. 371-374.
2. Britvin V. V. Creation of new sugar sorghum lines with high productivity and sugar content / V. V. Britvin, L. L. Boldyreva // Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. - 2015.-№4. - P. 38-41.
3. Applied nitrogen and phosphorus effects on yield and nutrient uptake by high energy sorghum produced for grain and biomass / F. M. Hons, R. F. Moresco, R. P. Wiedenfeld, J. T. Cothren // Agronomy Journal. -1986. - Vol. 76. - P. 1069 -1078.
4. Zegada-Lizarazu W. Water up-take efficiency and above- and below-ground
61
biomass development of sweet sorghum and maize under different water regimes / W. Zegada-Lizarazu, A. Zatta, A. Monti // Plant Soil. - 2012. - Vol. 351, № 1-2. - P. 47-60.
5. Morris W. C. Sweet Sorghum culture and syrup production / P. L. Maskand, W. C. Morris // ACES Publications Alabama co-operative extension publications. - 1991. - P. 1-12.
6. Hills F. J. Sweet Sorghum cultivars for alcohol production / F. J. Hills, R. T. Lewellen, I. O. Skoyen // California Agriculture. - 1990. - Vol. 44, № 1. - P. 14-16.
7. Juice, ethanol, and grain yield potential of five sweet sorghum (Sorghum bicolor [L.] Moench) cultivars / Laban K. Rutto, Yixiang Xu, Michael Brandt et al. // Journal of sustainable bioenergy systems. - 2013. - Vol. 3. - P. 113-118.
8. Koeppen S. Assessment of energy and greenhouse gas inventories of sweet sorghum for first and second generation bioethanol / S. Koeppen, G. Reinhardt, S. Gaertner// FAO Environmental and natural resources service series. - 2009. - № 30.
9. Sweet Sorghum - a potential alternate raw material for bioethanol and bioenergy / B. V. S. Reddy, S. Ramesh, P. S. Reddy et al. // International sorghum and millets newsletter. - 2005. - Vol. 46. - P. 79-86.
Сведения об авторах:
Болдырева Любовь Леонидовна -кандидат сельскохозяйственных наук, доцент - доцент кафедры растениеводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: bold. 1958@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».
biomass development of sweet sorghum and maize under different water regimes / W. Zegada-Lizarazu, A. Zatta, A. Monti // Plant Soil. - 2012. - Vol. 351, № 1-2. - P. 47-60.
5. Morris W. C. Sweet Sorghum culture and syrup production / P. L. Maskand, W. C. Morris // ACES Publications Alabama co-operative extension publications. - 1991. - P. 1-12.
6. Hills F. J. Sweet Sorghum cultivars for alcohol production / F. J. Hills, R T. Lewellen, I. O. Skoyen // California Agriculture. - 1990. - Vol. 44, № 1. - P. 14-16.
7. Juice, ethanol, and grain yield potential of five sweet sorghum (Sorghum bicolor [L.] Moench) cultivars / Laban K. Rutto, Yixiang Xu, Michael Brandt et al. // Journal of sustainable bioenergy systems. - 2013. - Vol. 3. - P. 113-118.
8. Koeppen S. Assessment of energy and greenhouse gas inventories of sweet sorghum for first and second generation bioethanol / S. Koeppen, G. Reinhardt, S. Gaertner// FAO Environmental and natural resources service series. - 2009. - № 30.
9. Sweet Sorghum - a potential alternate raw material for bioethanol and bioenergy / B. V. S. Reddy, S. Ramesh, P. S. Reddy et al. // International sorghum and millets newsletter. - 2005. - Vol. 46. - P. 79-86.
Information about authors:
Boldyreva Ljubov Leonidovna -Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, is an Associate Professor of department of plant-grower of Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail bold.1958@ mail.ru, 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.
62
Юдина Виктория Николаевна -аспирант кафедры растениеводства Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail viktoryia93@mail.ru, 295492, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».
Yudina Viktoriya Nikolaevna - Ph.D. student of department of plant-grower of Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail viktoryia93@mail.ru, 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.
63
