Создание новых линий сорго сахарного с высокой продуктивностью и содержанием сахаров

Создание новых линий сорго сахарного с высокой продуктивностью и содержанием сахаров

В.В. Бритвин, к.с.-х.н., Л.Л. Болдырева, к.с.-х.н., АБиП ФГАОУ ВО Крымский ФУ

Для Крыма одной из наиболее перспективных и высокоурожайных культур является сорго, в том числе и сахарное. Эта культура обладает исключительной засухоустойчивостью, жаровыносливостью, и, следовательно, стабильностью по продуктивности. Биологические особенности сорго сахарного позволяют получать хороший урожай зелёной массы даже на очень бедных почвах и солончаках в условиях выпадения около 200 мм осадков в год [1, 2].

В настоящее время сорго сахарное выращивается в основном на зелёный корм и силос, однако эта культура очень перспективна для переработки на мёд, патоку, сироп. При содержании в соке 18 — 20% сахара с 1 га можно получить 2,5 — 3,0 т сахарного мёда, 2,0 — 2,5 т зерна и 13,0 — 17,0 т отжимов стеблей и листьев одновременно [2].

Удовлетворить потребность населения в сахаре можно за счёт расширения посадок сахарного тростника, но в перспективе более рентабельно возделывать сорго сахарное. По содержанию сахаров сок стеблей сорго сахарного не уступает соку сахарного тростника, а вот по составу существенно отличается. Если в соке сахарного тростника содержится только сахароза (кристаллизирующийся сахар), то в соке сорго сахарного кроме сахарозы есть много глюкозы и растворимого крахмала, препятствующего кристаллизации сахара. Поэтому из сока сорго производят не кристаллический сухой сахар, а сорговый мёд и патоку, обладающие высокой питательной ценностью благодаря повышенному содержанию глюкозы [3].

Сахар из сорго, в отличие от свекольного, является диетическим продуктом, который можно употреблять больным сахарным диабетом. В состав сладких сорговых сиропов входят легкоусвояемые микроэлементы и витамины, которых нет в сахаре свёклы и тростника. Эти факторы делают сахар из сорго уникальным и напоминают по своему действию на организм человека биологически

активные добавки или мёд. Кроме того, при выращивании сорго используется в 3 — 4 раза меньше пестицидов, чем при выращивании сахарной свёклы. Экономическим рычагом внедрения в производство сорговых сиропов является и тот факт, что себестоимость сахара из сорго почти в два раза ниже себестоимости сахарной свёклы [2, 4].

В связи с этим в лаборатории селекции сорго Академии биоресурсов и природопользования Крымского федерального университета проводятся работы по созданию новых форм сорго сахарного, которые выгодно бы отличались высокой продуктивностью зелёной массы и давали большой выход сахара с 1 га.

Материалы и методы исследования. Полевые исследования проводили в специальном питомнике создания новых высокосахаристых форм сорго в течение 2011 — 2014 гг. на опытном поле Академии биоресурсов и природопользования. Делянки однорядковые, площадью 7 м2.

При закладке опытов руководствовались методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (2000), методикой по селекции и семеноводству гибридного сорго [2].

В качестве стандартов использовали районированные сорта сорго сахарного Крымское 15 и Памяти Шепеля.

В течение вегетационного периода проводили фенологические наблюдения, перед уборкой — биометрические замеры. Учёт урожая и содержания сахаров в соке стеблей проводили в фазу полной спелости зерна. Выход сахара с гектара и спирта находили расчётным путём.

Полученные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову.

Объектом исследований служили линии и сорта сорго сахарного селекции Академии биоресурсов и природопользования. Предмет исследований составляла оценка линий и сортов сорго сахарного на продуктивность и содержание сахаров.

Результаты исследования. Селекционный питомник создания высокосахаристых форм был открыт

в 2011 г. с целью создания форм сорго для производства сахарного сиропа, этанола и биотоплива. В этот питомник мы отбираем образцы сорго сахарного характеризующиеся высоким содержанием сахаров в соке стеблей из питомников исходного материала (питомник самоопылённых линий и гибридный).

Каждый год на каждой делянке в этом питомнике мы изолируем несколько метёлок (5 — 7 шт.) и на момент полной спелости зерна у сорго сахарного на каждом изолированном растении определяем содержание сахаров в соке стеблей. Это позволяет выбрать из группы растений образцы с наиболее высоким показателем содержания сахаров, и именно с этих растений мы используем семена для посева делянок на следующий год. Таким образом, путём отбора не только выделяются лучшие растения, но и в некоторой степени улучшается этот признак.

В 2014 г. в этом питомнике уже находилось 23 линии, характеризующиеся высоким содержанием сахаров в соке стеблей.

Анализ содержания сахаров в соке стеблей в течение 2011 — 2014 гг. показал эффективность целенаправленного отбора на сахаристость. Так, если сорго линии Силосное 3 в 2011 г. содержало в соке стеблей 15,7% сахаров, то в 2014 г. этот показатель уже вырос до 20,0%. Такая тенденция прослеживается у большинства изучаемых форм (табл. 1).

Например, сорт Силосное 3 в 2011 г. содержал среднее количество сахаров на уровне 15,7%, а наибольшее значение было 17,0% (семенами именно этого растения закладывалась делянка в 2012 г.); в 2012 г. среднее значение было на уровне 15,3%, наибольшее — 17,0%; в 2013 г. наблюдали содержание сахаров среднее — 18,6%, а наибольшее — 19,0% и в 2014 г. — 20,0 и 20,0% соответственно. Таким образом, мы не только сохраняем высокое содержание сахаров при пересеве, но и улучшаем этот показатель.

По результатам 2014 г. выделены формы, у которых среднее значение содержания сахаров приближается к 20% и выше — это Силосное 3 (20%), Кормовой 220 (19,2%), Питательное (21,0%).

Однако показатель «содержание сахаров в соке стеблей» не даёт нам полной картины о целесообразности использования выбранного образца для дальнейшей селекционной работы. Поэтому, кроме учёта биометрии растений и учёта содержания сахаров, мы на каждой делянке проводили уборку надземной массы и разбор полученной массы для предварительной оценки образцов на урожайность и др. интересующие нас признаки. Такие учёты дают возможность провести расчёты по выходу сахара с 1 га.

Анализ урожайности надземной массы сортов и гибридов сорго сахарного показал, что не все образцы формируют высокий урожай надземной массы (табл. 2).

2. Продуктивность сорго сахарного, 2014 г.

1. Содержание сахаров в соке стеблей сорго сахарного, %

Линия Год

2011 2012 2013 2014

Крымское 15 15,0/

Силосное 3 15,7/

Крымское 30/3 16,0/

Памяти Шепеля 16,5/

Крымский сладкий 17,7/

Крымское 15/1 19,0/

Крысакор 9/2 17,3/

Кормовой 220 17,9/

Крымский сладкий 30 18,0/

Новинка 2 19,7/

Питательное 19,3/

БО 2 - 13 18,0/

ГСН 2- 13 19,3/

Сорт, гибрид Урожайность надземной массы, т/га Структура урожая, %

стебли метёлки листья

Памяти Шепеля 28,0 70 20 10

Крысакор 9/2 42,4 70 19 11

ГОР 2-13 27,0 68 24 8

Новинка 2 31,4 68 23 9

Крымское 15 29,0 71 21 8

Крысакор 12/1 24,2 67 22 11

ПКС 2-13 29,2 67 23 10

ИСН 2-12 22,6 70 19 11

Крымское 30/3 24,6 70 23 7

Крымский сладкий 23 24,8 67 20 13

Примечание: в числителе — среднее содержание сахаров по всем растениям, в знаменателе — наибольшее содержание среди всех растений

По таблице также можно проследить среднее значение содержания сахаров в соке стеблей и наибольшее, семенами растений которых закладывался питомник следующего года.

Наиболее высокоурожайными были сорта Крысакор 9/2 (42,4 т/га), Крымское 15 (29,0 т/га), Новинка 2 (31,4 т/га).

При создании новых форм сорго сахарного для получения сахарного сиропа важным будет повышенное содержание стеблей в структуре урожая, так как именно из стеблей мы получаем сок. Наибольшее содержание стеблей в структуре урожая отмечено у сортов Крымское 15 (71%), Памяти Шепеля, Крысакор 9/2, ИСН 2-12 и Крымское 30/3 по 70%.

В таблице 3 показан расчётный выход сахара из наиболее перспективных сортов сорго сахарного, выделившихся в 2013 и 2014 гг. Самым лучшим на

3. Урожайность и расчётный выход сахара с посевов сорго сахарного

Показатель Сорт

Крымское 15 Крысакор 9/2 Питательное Крымский сладкий 30 Новинка 2

2013 г

Урожайность надземной массы, т/га 61,0 54,0 50,0 48,0 48,5

Выход зерна в метёлках, т/га 12,8 11,8 10,0 10,0 9,2

Выход стеблей, т/га 42,1 37,8 35,0 35,5 34,4

Содержание сока, т/га 31,6 28,3 26,2 26,6 25,8

Выход сока после отжима (80 % от содержания), т/га 25,2 22,6 21,0 21,3 20,6

Содержание сахара в соке стеблей, % 17,3 18,7 19,6 18,0 18,5

Выход сахара, т/га 4,3 4,2 4,1 3,8 3,8

2014 г.

Урожайность надземной массы, т/га 29,0 43,4 23,0 24,8 31,4

Выход зерна в метёлках, т/га 6,1 8,2 5,1 5,0 7,2

Выход стеблей, т/га 20,6 30,4 15,6 16,6 21,3

Содержание сока, т/га 15,4 22,8 11,7 12,4 15,9

Выход сока после отжима (80% от содержания), т/га 12,3 18,2 9,4 9,9 12,7

Содержание сахара в соке стеблей, % 15,0 16,0 16,6 17,0 17,7

Выход сахара, т/га 1,8 2,9 1,6 1,7 2,2

фоне других сортов в 2013 г. был сорт Крымское 15, сформировавший урожайность надземной массы 61,0 т/га, из которой 12,8 т — зерно в метёлках и 42,1 т — масса стеблей. В результате переработки такого количества стеблей можно получить 4,3 т/га сахара, или 5,6 т/га сахарного сиропа.

Также следует отметить сорта Крысакор 9/2 и Питательное, которые сформировали урожай надземной массы 54,0 и 50,0 т/га, а расчётный выход сухого сахара составил 4,2 и 4,1 т/га соответственно. Несколько ниже выход сахара показали сорта Крымский сладкий 30 и Новинка 2 — по 3,8 т/га.

В 2014 г. из представленных в таблице сортов, наиболее существенно отличался сорт Крысакор 9/2, который к моменту укоса сформировал 43,4 т/ га надземной массы, в т.ч. 8,2 т/га зерна в метёлках и 30,4 т/га выход стеблей. При переработке такого количества стеблей данного сорта можно получить 2,9 т/га сахара. Остальные сорта показали расчётный выход сахара на уровне от 1,6 (Питательное) до 2,2 т/га (Новинка 2).

Таким образом, по итогам четырёхлетней селекционной работы по созданию высокосахаристых форм сорго сахарного следует выделить сорта: Крысакор 9/2, Питательное, Крымский сладкий 30 и Новинка 2, которые характеризуются высокими показателями продуктивности и выхода полученного сахара из их сырья.

Для дальнейшей селекции в этом направлении стоит уделить внимание сортам Силосное 3, Кормовой 220 и БО 2 -13, которые показали высокое содержание сахаров в соке стеблей растений.

В 2013 г. была проведена гибридизация высокосахаристых форм сорго сахарного между собой для выявления закономерностей наследования этого

признака гибридами первого поколения. В 2014 г. гибриды были высеяны рядом с родительскими формами и в фазе полной спелости зерна проведены учёты содержания сахаров. При анализе полученных данных выявили некоторую закономерность в наследовании содержания сахаров полученных гибридов (табл. 4). У большинства созданных нами гибридов первого поколения сорго сахарного содержание сахаров в соке стеблей было выше, чем у сорго родительских форм, или же находилось на уровне их среднего значения. Например, у гибрида Крымский сладкий х Крысакор 12/1 содержание сахаров составило 19,8%, у материнской формы — 17,0% и у отцовской формы — 15,0%. Однако у гибрида БО 2-13 х Питательное этот признак был значительно ниже, чем у родительских форм (15,7% против 18,3 и 21,0%).

4. Содержание сахаров в соке стеблей у гибридов и их родительских форм сорго сахарного, 2014 г.

Название гибрида И Содержание сахаров в соке стеблей, %

гибрид материнская форма отцовская форма

Крымский сладкий х Крысакор 12/1 19,8 17,0 15,0

Памяти Шепеля х ИСН 2-12 21,3 16,7 10,7

ПКС 2-13 х Крысакор 12/1 15,3 17,7 15,0

БО -13 х Питательное 15,7 18,3 21,0

ГС 2-12 х ГСН 2-13 18,3 16,5 15,8

Питательное х ГС 2-12 20,0 21,0 16,5

ПС 2-13 х ГСН 2-13 18,7 23,2 15,8

Несмотря на это, гибридизация форм с высоким содержанием сахаров довольно эффективна и этот метод может дать ценный материал для создания новых высокосахаристых форм сорго сахарного. Целесообразно также вести поиск закрепителей стерильности с высоким значением этого признака для создания стерильных линий. Именно использование стерильных линий облегчит работу по получению семян нужных гибридов сорго в промышленных объёмах.

Выводы. В результате четырёхлетней селекционной работы по созданию высокосахаристых форм сорго сахарного, выделяем такие формы, как Крысакор 9/2, Питательное, Крымский сладкий 30 и Новинка 2, которые характеризуются высокими показателями продуктивности и выхода полученного сахара из их сырья. Также для дальнейшей селекции в этом направлении стоит уделить внимание линиям Силосное 3, Кормовой 220 и БО 2-13, которые показали высокое содержание сахаров

в соке стеблей растений.

Гибридизация высокосахаристых форм сорго сахарного между собой показала достаточно высокую эффективность. Применение этого метода в селекции при создании исходного материала с высоким содержанием сахаров в соке стеблей растений даст не только ценный материал, но и важную информацию для дальнейшей работы в этом направлении.

Литература

1. Бритвин В.В., Болдырева Л. Л. Сорго как сырьё для производства биоэтанола // Науковi пращ П1вденного фталу Национального ушверситету бюресурив i природокористу-вання Украши «Кримський агротехнолопчний университет». Ольськогосподарсьш науки. Симферополь, 2013. Вип.154. С. 69 - 73.

2. Кадыров С.В., В. А. Федотов, А. З. Большаков и др. Сорго в ЦЧР (научное издание). Ростов-на-Дону: ЗАО «Ростиздат», 2008. 80 с.

3. Шепель Н. А. Селекция и семеноводство гибридного сорго. Ростов: Изд-во Ростовского ун-та, 1985. 256 с.

4. Corn R. J. Heterosis and composition of sweet sorghum: dissertation. Kansas state Univesity, 2009. 103 p.