ИЗУЧЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ГИБРИДОВ НА СТЕРИЛЬНОЙ ОСНОВЕ ЗЕРНОВОГО БЕЛОЗЕРНОГО СОРГО

ИЗУЧЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ГИБРИДОВ НА СТЕРИЛЬНОЙ ОСНОВЕ ЗЕРНОВОГО БЕЛОЗЕРНОГО СОРГО

Научная статья

Костылев П.И.^1, *, Костылева Л.М.²

¹ ORCID: 0000-0002-4371-6848;

² ORCID: 0000-0003-3078-2296;

^{1, 2} Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ, Зерноград, Россия

* Корреспондирующий автор (p-kostylev[at]mail.ru)

Аннотация

В статье представлены результаты изучения гибридов зернового сорго. В полевых условиях в контрольном питомнике изучены гибриды первого поколения от скрещивания стерильных линий сорго с отечественными сортами и образцами. Установлено, что гибриды сформировали урожайность зерна 7,45-8,35 т/га, превысив стандарт Зерноградское 53 на 1,75-2,65 т/га. По высоте растений гибриды незначительно отличались от стандарта, от 103 до 130 см. Гетерозис по листостебельной массе был более существенным, чем по массе метелок и зерна. Среди изученных гибридов первого поколения особенно выделилась гибридная комбинация А-36ТХ х Перспективное 1, которая оказалась наиболее скороспелой (54 дня) и самой урожайной (8,35 т/га).

Ключевые слова: сорго, сорт, линия, гибрид, гетерозис, урожайность.

STUDY OF HYBRID PRODUCTIVITY ON STERILE BASIS OF WHITE-GRAIN SORGHUM

Research article

Kostylev P.I.^1, *, Kostyleva L.M.²

¹ ORCID: 0000-0002-4371-6848;

² ORCID:0000-0003-3078-2296;

^{1, 2} Azov-Black Sea Engineering Institute FSBEI HE Don State Agrarian University, Zernograd, Russia

* Corresponding author (p-kostylev[at]mail.ru)

Abstract

The article presents the results of the study of hybrids of grain sorghum. Hybrids of the first generation emerged from crossing sterile sorghum lines with domestic varieties and samples were studied under field conditions in the control nursery. It was found that hybrids formed a grain yield of 7.45-8.35 t/ha, exceeding the Zernogradskoye 53 standard by 1.75-2.65 t/ha. In terms of plant height, hybrids differed slightly from the standard, from 103 to 130 cm. Heterosis in leaf-stem mass was more significant than in mass of panicles and grain. Among the studied hybrids of the first generation, the A-36TX x Perspective 1 hybrid combination was especially distinguished, which turned out to be the earliest (54 days) and the most fruitful (8.35 t/ha).

Keywords: sorghum, variety, line, hybrid, heterosis, productivity.

Введение

Сорго (Sorghum bicolor L. Moench) является важной зерновой культурой мира, особенно в Азии и Африке, где оно является основным продуктом питания, особенно в полузасушливых агроценозах [1, С.10]. В России площадь под зерновым сорго невелика, его основными производителями являются Приволжский (28,5–141,6 тыс. га) и Южный (23,8–94,0 тыс. га) федеральные округа, причем в последнем 46–69% площади посева сорго приходится на Ростовскую область. Большая часть площадей возделывания сорго в Ростовской области размещается в засушливых районах (восточная, северо-восточная и северо-западная части области) [2, С.48].

Урожайность сорго осталась низкой из-за постоянного использования малоурожайных сортов. Идентификация и использование высокопродуктивных гибридов могут значительно увеличить производство и улучшить качество зерна сорго. Использование гибридного сорго может значительно увеличить урожайность зерна на 20-60% [3, С. 217].

Использование гетерозиса у гибридов первого поколения в настоящее время является одним из наиболее эффективных способов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе и сорго.

Потенциал гибридов сорго оценивается по проценту увеличения или уменьшения их продуктивности по сравнению со средним родителем (средний гетерозис), лучшим родителем (истинный гетерозис) или стандартным сортом или гибридом (конкурсный гетерозис) [4, С. 427].

При этом проявление гетерозиса по признакам продуктивности должно быть максимальным, а по высоте растений я продолжительности вегетационного периода – минимальным.

Основным направлением работы при создании гибридов зернового сорго являются раннеспелость, высокая урожайность, низкорослость, холодостойкость, особенно в начальный период развития, пригодность к механизированной уборке, устойчивость к болезням и вредителям.

Для успешного осуществления программы селекции на гетерозис необходимо наличие ценных стерильных линий, используемых в качестве материнских форм при получении гибридов.

Цель исследований – изучение урожайности и проявления некоторых хозяйственно-ценных признаков у гибридов первого поколения от скрещивания стерильных линий зернового сорго с отечественными сортами и образцами. 

Материалы и методы

В качестве исходного материала были использованы стерильные линии белозерного сорго из Молдавии (МСЛ-21С), Индии (А-1202 А-1258 и А-10240) и США (А-36ТХ), а также в качестве опылителей – фертильный селекционный материал, созданный во ВНИИ сорго, ГУНПП «Сорс» и других учреждениях России: продуктивные образцы (Зерноградское 83, ГСИ-1695, ГСИ-1702, ГСИ-1705, ЗСК-204, ГСИ-1790, ГСИ-1711), устойчивые к тле (ГСИ-1676, ГСИ-1681, ГСИ-1718), скороспелые (ГСИ-1480, ГСИ-1560, Перспективное 1) [5, С.130-132].

В качестве стандарта использовали районированный сорт Зерноградское 53. Растения сорго выращивали согласно Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985)  [6, С.17]. Площадь делянок составляла 10 м² в трехкратной повторности. Сев проводили 11-15 мая сеялкой СПЧ-6 с междурядьями 70 см на глубину 4-5 см. В фазу полных всходов проводили проверку их густоты стояния и при необходимости прореживание. Для борьбы с сорной растительностью использовали междурядную культивацию и ручную прополку.

Уборку сорго проводили при достижении полной спелости зерна вручную, срезая серпами метелки. Обмолот метёлок производили на лабораторной молотилке при влажности зерна 13-14%. В лабораторных условиях проводили структурный анализ.

Математическую обработку полученных данных исследования проводили  по  Б.А. Доспехову (1985) [7]. Для статистической обработки данных использовали программы Excel и Statistica 8.

Результаты исследований

В 2015-2017 гг. нами в контрольном питомнике были изучены гибриды от более 40 комбинаций скрещивания. Оценка реакции на ЦМС показала, что все использованные нами опылители, за исключением Зерноградского 83, ГСИ-1790, ГСИ-1711, являются восстановителями фертильности, что делает их пригодными для создания зерновых гибридов.

По результатам анализа роста и развития гибридов первого поколения установлено, что у части из них проявляется гетерозис по высоте и размерам метелок. Гибридные растения были развиты мощнее и имели большую высоту, чем исходные родительские формы. Так, например, средняя высота растений F₁ А-1202 х ЗСК 204 была 137,5 см, тогда как у родительских форм 120 и 106 см соответственно, F₁ МСЛ-21с х Перспективное 1 – 112 см, а у родительских форм – 81 и 97см, F₁ А-36ТХ х Перспективное 1 – 130 см, а у родительских форм – 107 и 97 см. Величина истинного гетерозиса составила у них 14,2, 15,5, 21,5%, соответственно.

По длине метелки положительный истинный гетерозис варьировал от 10,6 до 17,1%, тогда как диапазон величин гетерозиса по ширине метелки составлял от 17,9 до 21,0%.

По срокам созревания наблюдались отклонения от исходных форм, как в сторону скороспелости, так и в сторону позднеспелости. Самыми ранними оказались гибриды на основе скороспелых родительских форм: МСЛ-21С х ГСИ-1480 (58 дней до цветения), МСЛ-21С х ГСИ-1560 (61 день) и А-36ТХ х Перспективное 1 (54 дня). Все гибриды F₁ показали высокую устойчивость к бактериозу, тле и полеганию.

Делянки гибридов в контрольном питомнике были оценены по зерновой продуктивности и другим признакам. В результате эксперимента выделены лучшие гибриды, отличающиеся по комплексу хозяйственно-ценных признаков. Эти гибриды F₁ представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Характеристика лучших гибридов F₁ зернового сорго в контрольном питомнике в 2015-2017 гг.

Комбинации	Вегетаци­онный период всходы-цветение, дней	Высота растений, см	Урожай­ность зерна, т/га	Отклонение от стандарта, т/га	% метелок от биомассы
Зерноградское 53, стандарт	70	115,0	5,70	-	43,2
А-1202 х ГСИ-1695	78	103,0	7,75	2,05	29,3
А-1202 х ГСИ-1702	80	113,5	7,80	2,10	31,3
А-1202 х ГСИ-1705	102	153,0	7,45	1,75	31,6
А 1202 х ЗСК-204	83	137,5	8,00	2,30	32,0
А-1258 х ГСИ-1676	89	103,5	8,10	2,40	39,1
А-1258 х ГСИ-1681	69	157,5	7,80	2,10	28,6
А-10240 х ГСИ-1718	69	127,5	7,50	1,80	38,5
МСЛ-21С х ГСИ-1480	58	101,0	7,60	1,90	33,8
МСЛ-21С х ГСИ-1560	61	112,0	8,30	2,60	36,9
А-36ТХ х Перспективное 1	54	130,0	8,35	2,65	40,7
НСР 05			1,49

 

По продолжительности вегетационного периода «всходы-цветение» гибриды варьировали от 54 до 102 дней, т.е. они зацветали и раньше, и позже стандарта  Зерноградское 53 (70 дней).

По высоте растений гибриды незначительно отличались от стандарта, кроме А-1202 х ГСИ-1705 и А-1258 х ГСИ-1681, у которых она превышала 150 см. Гетерозис по таким признакам листостебельной массы, как диаметр стебля, длина и ширина листа, был значительнее, чем по массе зерна с метелок, поэтому доля продуктивной части в общей биомассе, согласно данным структурного анализа, меньше, чем у Зерноградского 53.

В среднем, за годы изучения гибриды сформировали урожайность зерна 7,45-8,35 т/га, превысив стандарт Зерноградское 53 на 1,75-2,65 т/га. Величина конкурсного гетерозиса по урожайности зерна значительно варьировала по комбинациям скрещивания, от 30,2 до 46,5%.

В исследованиях Haussmann et al. (2000) сообщалось о гетерозисе 88% по урожайности зерна с делянки [8, C.319], а у Hemlata et al. (2006) – до 69,5% по урожайности семян с метелки [9, C.245]. Это подтверждает необходимость использования гетерозиса на основе разнообразной зародышевой плазмы, использованной в нашем исследовании для создания гибридного сорго. Выявленные линии, использованные в скрещиваниях, являются потенциальными источниками новых гибридов и могут быть включены в селекционную программу.

Некоторые из родителей, участвующих в комбинациях скрещивания, имеют превосходство по нескольким признакам. Например, A-36TX дает в результате скрещивания гибрид с ранним созреванием и высокой урожайностью, в то время как МСЛ-21 произвел гибриды с ранним созреванием и низким ростом. Линия A-1202 была невысокого роста, но формировала длинные метелки. Это исследование показало, что гетерозисный урожай и его компоненты предпочтительным образом были выражены лишь в некоторых комбинациях скрещивания, демонстрирующих преобладающую роль случайных взаимодействий генов [10, С. 9].

Среди отобранных гибридов первого поколения особенно выделилась гибридная комбинация А-36ТХ х Перспективное 1. Она оказалась самой скороспелой (54 дня) и самой урожайной (8,35 т/га). У нее был самый высокий гетерозис, который составил 46,5%. Положительный значительный гетерозис по урожайности зерна у этого гибрида обусловлен высоким гетерозисом для числа продуктивных побегов и длины метелки.

Стерильная линия А-36ТХ зацветает на 7-10 дней позже сорта-опылителя Перспективное 1, однако высокая степень кустистости отцовской формы значительно продлевает период его цветения и способствует успешному опылению и завязыванию гибридных семян.

Раннее созревание гибрида позволяет провести уборку в августе, в жарких сухих условиях, и не тратить энергию на сушку зерна. В публикации Bantilan et al. (2004), сообщалось, что сорго раннего созревания может избежать негативного влияния засухи в богарном земледелии, преобладающей во многих районах [3, С. 202].

Поэтому данный гибрид рекомендуется для размножения, передачи на ГСИ и широкого испытания в производственных условиях.

Выводы

1. Продолжительность периода вегетации от всходов до цветения у гибридов колебался от 54 до 102 дней, т.е. меньше и больше стандарта Зерноградское 53.
2. По высоте растений почти все гибриды незначительно отличались от стандарта, от 103 до 130 см. Гетерозис по листостебельной массе был более существенным, чем по массе метелок и зерна.
3. В среднем за годы изучения лучшие гибриды сформировали урожайность зерна в пределах 7,45-8,35 т/га, превысив стандарт Зерноградское 53 на 1,75-2,65 т/га. Величина конкурсного гетерозиса по урожайности зерна значительно варьировала по комбинациям скрещивания, от 30,2 до 46,5%.
4. Среди изученных гибридов выделилась гибридная комбинация А-36ТХ х Перспективное 1, которая была наиболее скороспелой (54 дня) и самой урожайной (8,35 т/га). Гибрид сорго раннего созревания может избежать негативного влияния засухи, поэтому рекомендуется для передачи на ГСИ.

Конфликт интересов Не указан

Conflict of Interest None declared

Список литературы / References

1. Doggett H. Sorghum. 2nd edition / H. Doggett // New York, USA: John Wiley and Sons. Inc., NY, 1988. – P. 512.
2. Ковтунов В.В. Посевная площадь и урожайность сорго зернового / В.В. Ковтунов // Зерновое хозяйство России, 2018. – №3(57). – С.47-49. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2018-57-3-47-49
3. Bantilan M.C.S. Sorghum genetic enhancement: Research process, dissemination and impacts / M.C.S. Bantilan, U.K. Deb, C.L.L. Gowda, B.V.S. Reddy, A.B. Obilama, R.E. Evenson // ICRISAT, 2004. – P.201-221.
4. Hochholdinger F. Towards the molecular basis of heterosis / F. Hochholdinger, N. Hoeckenger // Trends Plant Sci., 2007. – 12. – P. 427-432.
5. Костылев П.И. Оценка на продуктивность гибридов F₁ на стерильной основе зернового белозерного сорго / П.И. Костылев, Л.М. Костылева // Зерновые и кормовые культуры России: Сборник научных трудов ВНИИСЗК, Зерноград, 2002. – С.130-132.
6. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 1 / под общ. ред. М. А. Федина. – Москва, 1985. – 269 с.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Доспехов Б.А. // М.: Колос, 1988. – 351 с.
8. Haussmann B.I. Yield and yield stability of four population types of grain sorghum in a semi-arid area of Kenya / B.I. Haussmann, A.B. Obilana, P.O. Ayiecho, A.A. Blum, W. Schipprack, H.H. Geiger // Crop Sci., 2000. – 40. – P. 319-329.
9. Hemlata S. Heterosis in Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench.) / S. Hemlata, S. Vithal // Agr. Sci. Digest., 2006. – 26(4). – P. 245-248.
10. Ringo J. Heterosis for yield and its components in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench.) hybrids in dry lands and sub-humid environments of East Africa / J. Ringo, A. Onkware, M. Mgonja, S. Deshpande, A. Rathore, E. Mneney, S. Gudu // Australian Journal of Crop Science, 2015. – 9(1). – P. 9-13.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Doggett H. Sorghum. 2nd edition / H. Doggett // New York, USA: John Wiley and Sons. Inc., NY, 1988. – P. 512.
2. Kovtunov V.V. Posevnaya ploshchad' i urozhaynost' sorgo zernovogo [Sown area and productivity of grain sorghum] / Kovtunov V.V // Zernovoye khozyaystvo Rossii [Grain Economy of Russia], 2018. – 3(57). – P. 47-49. [in Russian] https://doi.org/10.31367/2079-8725-2018-57-3-47-49
3. Bantilan M.C.S. Sorghum genetic enhancement: Research process, dissemination and impacts / M.C.S. Bantilan, U.K. Deb, C.L.L. Gowda, B.V.S. Reddy, A.B. Obilama, R.E. Evenson // ICRISAT, 2004. – P.201-221.
4. Hochholdinger F. Towards the molecular basis of heterosis / F. Hochholdinger, N. Hoeckenger // Trends Plant Sci., 2007. – 12. – P. 427-432.
5. Kostylev P.I. Otsenka na produktivnost' gibridov F1 na steril'noy osnove zernovogo belozernogo sorgo [Evaluation of the productivity of F₁ hybrids on a sterile basis of white-grain sorghum grain] / Kostylev P.I., Kostyleva L.M. // Zernovyye i kormovyye kul'tury Rossii: Sbornik nauchnykh trudov VNIISZK [Cereals and feed crops of Russia: Collection of scientific works of VNIISZK], Zernograd, 2002. – P. 130-132. [in Russian]
6. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur, Vyp. 1 [Methodology of state variety testing of crops]. Vol. 1 // Under total. ed. M.A. Fedin, Moscow, 1985. – 269 p.
7. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta [Methodology of field experience] / Dospehov B.A. – M.: Kolos, 1988. – 351 p. [in Russian]
8. Haussmann B.I. Yield and yield stability of four population types of grain sorghum in a semi-arid area of Kenya / B.I. Haussmann, A.B. Obilana, P.O. Ayiecho, A.A. Blum, W. Schipprack, H.H. Geiger // Crop Sci., 2000. – 40. – P. 319-329.
9. Hemlata S. Heterosis in Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench.) / S. Hemlata, S. Vithal // Agr. Sci. Digest., 2006. – 26(4). – P. 245-248.
10. Ringo J. Heterosis for yield and its components in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench.) hybrids in dry lands and sub-humid environments of East Africa / J. Ringo, A. Onkware, M. Mgonja, S. Deshpande, A. Rathore, E. Mneney, S. Gudu // Australian Journal of Crop Science, 2015. – 9(1). – P. 9-13.