Создание и изучение исходного материала для селекции зернокормовых культур в условиях Нижнего Поволжья Вертикова Елена Александровна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Основы селекции зернокормовых культур в Нижнем Поволжье 14

1.1 Происхождение, систематика и распространение Sorghum Moensh 14

1.2 Ботанические особенности сорговых культур 19

1.3 Биологические особенности сорговых культур 24

1.4 Основные направления использования сорговых культур 28

1.4.1 Основные направления использования зернового сорго 28

1.4.2 Основные направления использования сахарного сорго 32

1.4.3 Основные направления использования суданской травы 37

1.5 Основные направления и методы селекции сорговых культур 38

1.6 Морфологические и биологические особенности чумизы 46

1.7 Селекционная работа с зернокормовыми культурами 49

Глава 2 Агроклиматические условия проведения научных исследований 58

2.1 Климат Саратовской области 58

2.2 Почвы Нижнего Поволжья и агрохимическая характеристика опытных участков 63

2.3 Погодные условия в годы проведения научных исследований 68

Глава 3 Методика и материал исследований 72

3.1. Методы научных исследований 72

3.2 Изучаемый исходный материал для селекции зернокормовых культур 75

3.2.1 Характеристика рабочей коллекции для селекции зернового сорго. 75

3.2.2 Характеристика рабочей коллекции для селекции сахарного сорго 78

3.2.3 Характеристика рабочей коллекции для селекции суданской травы и сорго-суданковых гибридов 79

3.2.4 Характеристика рабочей коллекции чумизы 81

Глава 4 Селекционная оценка исходного материала зернового сорго 83

4.1 Параметры модели сорта зернового сорго для условий Нижнего Поволжья 83

4.2 Оценка селекционных линий и гибридов в контрольном питомнике 84

4.2.1 Изучение элементов структуры урожая сортов, селекционных линий и гибридов зернового сорго 84

4.2.2 Изучение динамики площади листовой поверхности сортов, селекционных линий и гибридов зернового сорго 94

4.3 Изучение селекционных линий зернового сорго в предварительном сортоиспытании 114

4.3.1 Оценка селекционных линий зернового сорго по фенологическим и морфологическим признакам 114

4.3.2 Урожайность зерна и зеленой массы селекционных линий зернового сорго 118

4.4 Изучение селекционных линий зернового сорго в конкурсном сортоиспытании 122

4.5 Производственные испытания селекционной линии Л-МЕВ-1/16 128

4.6 Практические результаты селекции зернового сорго 131

4.6.1 Характеристика сорта зернового сорго Гарант и его родительских форм синтетической популяции 131

4.6.2 Характеристика сорта зернового сорго Альмарин 134

4.6.3 Характеристика нового сорта зернового сорго Метеор 136

4.7 Экономическая эффективность возделывания селекционных линий зернового сорго 139

Глава 5 Оценка исходного материала для селекции сахарного сорго 141

5.1 Параметры модели сорта сахарного сорго для условий Нижнего Поволжья 141

5.2 Изучение селекционных линий сахарного сорго в контрольном питомнике 143

5.2.1 Оценка селекционных линий сахарного сорго по фенологическим и морфологическим признакам 143

5.2.2 Урожайность зерна и зеленой массы селекционных линий сахарного сорго 147

5.2.3 Качество и питательная ценность селекционных линий сахарного сорго 149

5.3 Изучение селекционных линий и гибридов сахарного сорго в питомнике гибридизации 150

5.3.1 Изучение гетерозиса вегетативных органов сортов, селекционных линий и гибридов 150

5.3.2 Изучение гетерозиса генеративных органов сортов, селекционных линий и гибридов 165

5.3.3 Изучение гетерозиса по содержанию биохимических компонентов в надземной биомассе 172

5.3.4 Изучение гетерозиса по содержанию биохимических компонентов в зерне 174

5.4 Конкурсное сортоиспытание перспективных селекционных линий сахарного сорго 176

5.5 Производственные испытания селекционной линии Л 109 178

5.6 Экономическая эффективность возделывания сахарного сорго в условиях Нижнего Поволжья 181

5.6.1 Обоснование расширения посевных площадей сахарного сорго в Саратовской области 181

5.6.2 Экономическая эффективность возделывания перспективных линий сахарного сорго 184

Глава 6 Оценка исходного материала для селекции суданской травы и сорго-суданковых гибридов 188

6.1 Параметры модели сорта суданской травы для условий Нижнего Поволжья 189

6.2 Изучение селекционных линий суданской травы в контрольном питомнике 196

6.3 Оценка селекционных линий суданской травы в предварительном сортоиспытании (ПСИ 2009-2012 гг.) 202

6.4 Оценка селекционных линий суданской травы в конкурсном сортоиспытании (КСИ 2013-2017 гг.) 202

6.4.1 Изучение селекционных линий по морфологическим признакам и продолжительности фенологических фаз 204

6.4.2 Урожайность зерна и зеленой массы селекционных линий суданской травы 207

6.4.3 Качество и питательная ценность селекционных линий суданской травы 210

6.5 Изучение перспективных селекционных линий суданской травы в предварительном сортоиспытании (ПСИ 2014-2016 гг.) 214

6.6 Изучение сорго-суданковых гибридов в предварительном сортоиспытании 223

6.7 Экономическая оценка селекционных линий суданской травы и сорго-суданковых гибридов

6.8 Практические результаты селекции суданской травы 225

6.8.1 Характеристика нового сорта суданской травы Евгения 225

6.8.2 Экономическая оценка возделывания сорта суданской травы Евгения в условиях Нижнего Поволжья 228

Глава 7 Изучение исходного материала для селекции чумизы 230

7.1 Параметры модели сорта чумизы для условий Нижнего Поволжья 230

7.2 Изучение и селекционная оценка сортообразцов чумизы 231

7.3 Конкурсное сортоиспытание сортообразцов чумизы 238

7.4 Практические результаты селекции чумизы 253

7.4.1 Характеристика сорта чумизы Анастасия 253

7.4.2 Внедрение в сельскохозяйственное производство Саратовской области сорта чумизы Анастасия 256

Заключение 260

Рекомендации производству и селекции 264

Список литературы 265

Приложения 320

• Ботанические особенности сорговых культур
• Изучение элементов структуры урожая сортов, селекционных линий и гибридов зернового сорго
• Параметры модели сорта суданской травы для условий Нижнего Поволжья
• Внедрение в сельскохозяйственное производство Саратовской области сорта чумизы Анастасия

Введение к работе

Актуальность. Сельскохозяйственное производство в экономике Приволжского Федерального округа занимает основополагающие позиции. Однако практически все области региона, включая и Саратовскую, находятся в зоне рискованного земледелия. Периодически повторяющиеся засухи разных типов вносят свои коррективы в развитие данной отрасли. Для стабильного функционирования важное значение имеет подбор полевых культур, который зависит, прежде всего, от почвенно-климатических условий. Мощным резервом, в частности для производства качественных кормов в Нижнем Поволжье являются засухоустойчивые зернокормовые культуры, способные формировать стабильно высокие урожаи, сочетающие в себе высокое качество. К числу таких культур относится зерновое, сахарное сорго, суданская трава, чумиза.

Однако, в настоящее время условием расширения посевных площадей зер-нокормовых культур является увеличение разнообразия создаваемых гибридов и сортов. В связи с этим, возрастает значение сорта в сельскохозяйственном производстве. Селекция позволяет повысить урожайность и питательную ценность культуры в соответствии с запросами потребителей и производителей продукции сельского хозяйства. В настоящее время именно селекция, а также семеноводство являются средствами биологической интенсификации, которые наиболее доступны и мало затратны. Роль их возрастает в условиях экономического кризиса, когда другие факторы интенсификации используются не в полной мере по причине относительно высокой стоимости.

Совершенствование существующих, научное обоснование и разработка новых технологий селекционного процесса с использованием традиционных и современных методов с целью создания принципиально новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, отличающихся повышенной устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессорам представляется весьма актуальным.

Следовательно, остро стоит проблема создания и изучения исходного материала для селекции сорговых культур, сорго-суданковых гибридов и чумизы, характеризующихся лучшей приспособленностью к погодно-климатическим условиям региона.

Степень разработанности темы. Вопросам селекции и семеноводства зернокормовых культур посвящены научные работы многих ученых. К их числу можно отнести работы по зерновому сорго: Морозова Е.В. (2005, 2007, 2010, 2014, 2015, 2016), Волкова Д.П. (2005, 2009), Гусева В.В. (2016), Заварзина А.И. (1989), Якушевского Е.С. (1974), Кибальник О.П. (2009, 2010, 2014, 2016), Эль-конина Л.А. (2009, 2010, 2014, 2016), Ковтунова В.В (2011, 2012, 2016), Костиной Г.И. (1995, 2000, 2004, 2009, 2010), Ковтуновой Н.А. (2016), Костенковой Е.В. (2017), Рухлевича Н.В. (2017), Царева А.П. (1989, 1990, 1996), Шепеля Н.А. (2004), Лобачева Ю.В. (2016), Труновой В.М. (1992); по сахарному сорго: Якушевского Е.С. (1971, 1974), Алабушева А.В. (1990, 1995), Исакова Я.И. (1974, 1982, 2003), Метлина (1987, 1989), Малиновского Б.Н (1986, 1988, 1999), Буенкова А.Ю. (2010), Шепеля Н.А. (2004) Морозова Е.В. (1980, 1987, 1990, 1996, 2012, 2013), Горпиниченко С.И. (2005, 2006), Каменевой О.Б. (2011), Костиной Г.И. (1995, 2009), Нагорного С.А. (1997), Гамандий В.Л. (1986, 1987, 1988), Гаршина А.Ю. (2014), Ишина А.Г. (1968, 1970, 2008), Хуснетдиновой Т.Г. (1985, 1999); по суданской траве: Морозова Е.В. (1998, 1996, 1999, 2005, 2010, 2012, 2013, 2015, 2017), Ващенко Т.Г. (2004), Горпиниченко С.И. (2005), Карпенко Е.Г. (2006), Шелухиной В.В. (2009), Сидорова Ю.Н. (2014), Гришкова М.Т. (2008), Дедовой Э.Б. (2012), Дронова А.В. (2009), Лящевой С.В. (2005), Жерукова Б.Х. (2005), Шарко Н.С. (2015), Шапсовича С.Н. (2013); по сорго-суданковым гибридам: Морозова Е.В. (1983, 1985, 1996, 2012), Огурцова В.Н. (1982), Горпиниченко С.И. (2005, 2014), Ионова В.Б. (1988), Шепеля Н.А. (1967, 1978, 1983), Никитина Т.Ю. (2014), Исакова Я.И. (1974), Малиновского Б.Н. (1977, 1988, 1990), Цыгановой О.П. (2003), Царева А.П. (1989); по чумизе: Шлапунова В.Н. (2005), Якушевского Е.С. (1953), Шевцовой Л.П. (2005), Вах-

5 лопского Е.К. (2002, 2003), Шор М.Ф. (2008), Гулюшина С.Ю. (2000, 2002), Ефимова Ф.Ф. (2000), Костиной Т.И. (2007).

Цель и задачи исследований. Создание, изучение и научное обоснование использования нового исходного материала зернового, сахарного сорго, суданской травы, сорго-суданковых гибридов и чумизы по комплексу признаков для дальнейшей селекции и внедрения высокупродуктивных, конкурентноспособ-ных сортов в сельскохозяйственное производство в условиях Нижнего Поволжья.

В соответствии с указанной целью научных исследований решались следующие задачи:

1. Разработать и научно обосновать параметры основных хозяйственно-ценных признаков и биологических свойств модели сортов зернового, сахарного сорго, суданской травы и чумизы;

1. Создать рабочие коллекции сорговых культур и чумизы;

2. Изучить исходный материал и выделить перспективные линии для селекции зернокормовых культур в условиях Нижнего Поволжья;

3. Оценить эффективность гетерозиса хозяйственно-цененых признаков у зернового и сахарного сорго;

5. Изучить проявление селекционно-ценных признаков у ЦМС-линий
сорго, созданных на основе разных типов стерильных цитоплазм.

6. Изучить влияние генетически различных типов стерильных цитоплазм на морфо-биологические признаки гибридов F₁ зернового и сахарного сорго.

7. Выделить перспективные гибридные комбинации с целью последующего изучения в контрольных питомниках и в конкурсном сортоиспытании.

8. Получить гибриды зернового, сахарного сорго и сорго-суданковые гибриды;

9. Создать сорта и гибриды зернокормовых культур, передать их на Государственное сортоиспытание и внедрить в производство.

10. Обосновать рекомендации по внедрению в производство новых сортов и гибридов кормовых культур.

Научная новизна. На основе многолетних научных исследований селекционный материал выделен в разные годы из гибридных потомств, полученных в результате внутривидовых, межсортовых и межвидовых скрещиваний. На основе изучения целого комплекса хозяйственно ценных признаков создан новый исходный материал для селекции зернового, сахарного сорго, суданской травы, сорго-суданковых гибридов и чумизы.

Разработаны модели сортов зернового, сахарного сорго, суданской травы, чумизы для современных условий Нижнего Поволжья. Разработаны методические подходы к использованию приемов синтетической селекции в создании сортов-синтетиков зернового сорго и суданской травы. Созданные сорта зернового сорго (Гарант и Альмарин), суданской травы (Евгения) и чумизы (Анастасия) внедряются в сельскохозяйственное производство различных регионов Российской Федерации.

Практическая значимость. Создан и внедрён в сельскохозяйственное производство сорт чумизы Анастасия (патент № 8170), включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию и охраняемых селекционных достижений в 2014 году по Нижневолжскому региону. Сорт зернового сорго Гарант (патент № 8505), включён в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию и охраняемых селекционных достижений в 2016 году по Средневолжкому (7), Нижневолжко-му (8) и Уральскому (9) регионам для выращивания на зерно, зернофураж, а также для производства крупы. Получены патенты и включены в Государственный реестр охраняемых селекционных достижений 4 лучшие родительские формы синтетической популяции зернового сорго сорта Гарант: ЖВИ 25 (патент № 9232), ЖВИ 32 (патент № 9233), МЕВ 89/2 (патент № 9221), МЕВ 93/2 (патент № 9222). Сорт зернового сорго Альмарин (патент № 9560) с 2018 года включен в Государственный реестр охраняемых селекционных достижений. Сорт суданской травы Евгения (патент № 9740) включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию с 2018

7 года по Уральскому (9) региону. На государственное сортоиспытание в 2016 году передан сорт зернового сорго Метеор (заявка №71204/835615).

Методология и методы исследований. Методологическое обоснование научных исследований основано на анализе фондовых материалов, патентов и селекционных достижений, научных статей зарубежных и отечественных авторов, информационных изданий, изданий научной и производственной направленности. В работе использованы теоретические методы: селекционный анализ, системный анализ, математическая статистика; экспериментальные – полевые и лабораторные опыты.

Работа выполнена в соответствии с современными методами селекции и семеноводства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты сортоиспытания зернового сорго.

2. Результаты сортоиспытания сахарного сорго.

3. Результаты сортоиспытания суданской травы.

4. Результаты сортоиспытания сорго-суданковых гибридов.

5. Результаты сортоиспытания чумизы.

6. Производственное испытание линий зернового и сахарного сорго в
условиях Нижнего Поволжья.

7. Селекционная оценка сортов и линий зернового, сахарного сорго и суданской травы селекции ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ;

8. Характеристика основных селекционно-ценных признаков ЦМС-линий сорго, созданных на основе А₂ стерильной цитоплазмы зернового и сахарного сорго.

9. Обоснование внедрения в сельскохозяйственное производство перспективных линий зернового и сахарного сорго.

10. Селекционные достижения по зерновому сорго, суданской траве и чумизе.

11. Экономическая эффективность возделывания сортов зернового сорго, суданской травы, сорго-суданковых гибридов и чумизы.

Степень достоверности. Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются многолетними экспериментами, корректностью используемых методик, необходимым объёмом проведенных полевых и лабораторных анализов, замеров, наблюдений, обработкой полученных данных математическими методами однофакторного и двухфакторного дисперсионного и корреляционного анализа, апробацией результатов исследований.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на международных (Марокко, 2014; Париж, 2016), всероссийских и региональных (Москва, 2010, 2013-2017; Санкт-Петербург, 2017) научных и научно-практических конференциях в Ижевске (2015 г.), Красноярске (2016, 2018), Саратове (2005-2018), на совещаниях и семинарах специалистов сельского хозяйства Саратовской области и Поволжья (2005-2017 гг.) на выставках и конкурсах (18-я Российская агропромышленная выставка «Золотая осень», 2016 г.), на заседаниях кафедры (2005-2017), научно-технического совета агрономического факультета (2014-2018), научно-технического совета университета (2010-2017), ВОГиС (2013-2017).

Реализация результатов исследований. Сорта зернового сорго Гарант и Альмарин и сорт чумизы Анастасия выращиваются в хозяйствах Саратовского, Балашовского, Калининского, Екатериновского, Татищевского, Петровского и Самойловского районов Саратовской области.

Научный проект на тему: «Новый сорт чумизы Анастасия» получил диплом и бронзовую медаль за третье место в номинации: «Селекция и семеноводство кормовых культур» в рамках 18-й Российской агропромышленной выставки «Золотая осень», 2016 г.

Родительские формы синтетической популяции зернового сорго сорта Гарант: ЖВИ 25, ЖВИ 32, МЕВ 89/2, МЕВ 93/2 вовлечены в селекционные программы учеными ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» и ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ для получения конкурентноспособных высокопродуктивных сортов зернового сорго.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 62 научных работах, 11 из которых – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ (из них 3 статьи – в журналах, входящих в международные базы Agris и Chemical Abstracts), 8 патентов на селекционное достижение РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методики исследований, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов, предложений для практической селекции и производства, списка литературы. Материалы диссертации изложены на 419 страницах компьютерного текста, содержат 80 таблиц, 50 рисунков, 115 приложений. Список литературы включает 485 источников, в том числе 80 – иностранных авторов.

Личное участие соискателя. Соискателю принадлежит идея теоретического обоснования, создания и экспериментальной оценки селекционного материала, направленной на создание конкурентноспособных сортов и гибридов зернового, сахарного сорго, суданской травы, сорго-суданковых гибридов и чумизы.

Результаты, представленные в работе, получены автором в период с 2005 по 2017 годы. Соискателем осуществлялась постановка задач, разработка программы исследований, проведение полевых опытов и наблюдений, анализ полученных результатов и литературных материалов, ежегодная научная подготовка научных отчётов, формирование основных положений и выводов работы.

Экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно, а также в составе творческого коллектива сотрудников ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ.

Ботанические особенности сорговых культур

Сорговые культуры – это однолетние высокорослые прямостоячие растения, которые хорошо кустятся [11, 13, 334].

Корневая система. Корневая система мочковатая. Нет хорошо выраженного главного стержня. От узла кущения корни тонкими, длинными нитями расходятся на расстояние 61-129 см во все стороны, на глубину до 251-299 см. Растения сорговых культур прорастают одним корешком, который образует боковые корешки, покрытые волосками. До образования 3-4-го листа корешок сильно ветвится и до появления вторичных корней выполняет функции основного органа почвенного питания. Придаточные корни и выраженный узел кущения обозначаются на 5-7 сутки после появления всходов. Вторичные корни, отходящие от узла кущения, образуются при появлении 3-4-го листочка. Интенсивность образования вторичных корней зависит от условий выращивания и различна для видов сорговых культур. В фазу выхода растений в трубку, в нижних узлах стебля прослеживается образование воздушных или опорных корней, которые углубляясь в почву, укрепляют устойчивость растения против полегания и обеспечивают дополнительное питание [477].

Корневая система сорговых культур интенсивно наращивает корневую массу в течение 29-39 суток после появления всходов. В это время наблюдается замедленный рост надземной части растения. Образованная мощная корневая система даёт начало интенсивному развитию надземной части растения. Корни в фазу цветения растения размещаются в почве: в пахотном горизонте – на 44 %, подпахотном – 35 %, в материнской породе – 22 % [178]. Доказано, что отмирание корневой системы у сорговых культур наступает значительно позже, чем у других культур и только после созревания семян [16, 19, 145]. Хорошо развитая и глубоко уходящая корневая система сорговых культур, позволяет растениям получать питательные вещества и влагу из слоев почвы, не доступных для других растений, чем и объясняется исключительная их засухоустойчивость и выносливость [25, 29, 37, 55, 57, 64, 82, 241, 382].

На корнях сорго и в его клетках обнаружено присутствие микоризы. Это обстоятельство привело ученых к выводу, что растения сорговых культур могут питаться как автотрофным, так и микотрофным способом. В результате последних научных исследований на корнях растений сорговых культур обнаружены азотофиксирующие клубеньковые бактерии [213, 472].

Стебель. Стебель сорговых культур прямостоячий. Суданская трава и высокорослые сорта сорго имеют высоту 2-3 м, в условиях орошения 3-5 м, карликовые сорта 0,6-0,8 м [382, 32]. Стебли бледно-зеленые, гладкие, тонкие с заполненной сердцевиной, толщиной 25-30 мм. Сердцевина стебля сахарного сорго заполнена соком различной степени сахаристости [23, 52].

О сочности стебля сорговых культур свидетельствует центральная жилка листа. Серо-зелёный цвет жилки указывает на то, что сердцевина заполнена сладким соком. По этому признаку сахарное сорго отличают от других видов сорго [23, 24, 43].

Стебель сорговых культур состоит из отдельных междоузлий. Их число различно и зависит от вида и сорта. Устойчивым и генотипически обусловленным признаком является число междоузлий на главном стебле. Вариабельность числа междоузлий следующая: у ранних сортов – 7-11, у среднеспелых сортов – 11-16 и у позднеспелых – 16-24. Длина нижних междоузлий составляет 0,6-2,1 см, верхних – увеличивается до 41 см. В начале вегетации сорго отличается медленным темпом роста, а начиная с 6-7 листа, темпы роста увеличиваются. Стебли образуются из узлов кущения. Энергия кущения зависит от сорта и условий выращивания. Если посевы сорго загущены, то у сорговых культур в разы снижается процесс кущения [372, 382].

Важным признаком, который способствует увеличению урожайности зерна и питательной ценности корма сорговых культур является кустистость и ветвистость стеблей. Если стебель срезан, то сорговые культуры способны вновь отрастать (давать отаву). Особенно это характеризует суданскую траву. Этот процесс зависит от метеорологических условий и высоты среза [32, 40, 60, 71, 382].

Лист: При использовании сорговых культур на силос, зеленый корм и сено наиболее ценной частью растения являются листья. Кормовые достоинства сорта характеризует именно облиственность растения. Большинство сортов отличается медленным ростом в начале вегетации, зато в последующем, начиная с 6-7 листа, характеризуются интенсивным нарастанием [13, 126, 367, 382].

Лист сорговых культур состоит из листовой пластинки и влагалища. Влагалищная часть, плотно охватывая часть междоузлия, придаёт прочность стеблю и защищает от неблагоприятных условий вегетации [382].

Вариабельность площади листовой поверхности растения изменяется в интервале 200-395 см. Покрывающие внешнюю сторону листа клетки кожицы располагаются параллельными рядами и их длина в 4-5 раз больше ширины. У сорговых культур хорошо выраженная ксероморфная структура покровных тканей листьев. Ряды клеток без устьиц чередуются с рядами клеток с устьицами, которые открываются то больше, то меньше в зависимости от температуры воздуха, почвы и увлажнения. У сорговых культур на единице площади листа размещено на 50 % больше устьиц, чем у кукурузы, и они на 2/3 длиннее устьиц кукурузного листа [177, 473]. Лист испаряет существенно меньше влаги по причине своей ксерофитной структуры и при сухости воздуха и высоких температурах растение защищено от перегрева. Ряд клеток устьичного аппарата сорговых культур отличается плотной оболочкой, при недостатке влаги они замыкаются, но восстанавливают свою жизнедеятельность при улучшении агроклиматических условий. При повышении температуры до 38С и более лист сорговых культур, и непосредственно влагалище, покрывается восковым налетом, что служит барьером от излишнего испарения [110, 136, 138, 215, 382, 482].

Соцветие. У сорговых культур соцветие метелка и её длина изменяется в диапазоне от 11 до 71 см. Форма метелки различна: овальная, яйцевидная, цилиндрическая, веретеновидная, пирамидальная, округлая и др. Сорговые культуры имеют окраску метелки: белую, черную, коричневую, оранжевую и др. Главная ось метелки стержневая. Форма и окраска метелки зависит от вида и сорта [110, 136, 138, 215].

Метёлку растения сорговых культур формируют в зависимости от продолжительности вегетационного периода: раннеспелые через 44-55 суток, среднеспелые – 61-65 суток, позднеспелые – 75-101 суток после всходов. Выметывание зависит также от условий вегетации. В сухую и жаркую погоду появление метелок наблюдается раньше, чем в прохладную и влажную. Форма, величина и плотность метелки зависят от длины боковых веточек и их расположения относительно главной оси [136, 231, 382].

На каждой веточке метелки сидят по два цветка. Один из колосков плодущий обоеполый сидячий, а другой бесплодный мужской, на короткой ножке. На концах веточки сидят три колоска – два мужских бесплодных на коротких ножках, и один плодущий обоеполый. Плодущий колосок состоит из двух колосковых и двух цветковых чешуй, трех пыльников и пестика с двумя перистыми рыльцами. Бесплодный колосок имеет две колосковые и две цветковые чешуи и три пыльника [231, 334].

Сорго – факультативное перекрестноопыляющееся растение, но оно может быть и самоопылителем, так как пыльники цветка сорго начинают лопаться еще до раскрытия цветка, в результате чего пыльца оплодотворяет завязь. В последствии пыльники высовываются из колосковых чешуек, высыпавшись наружу пыльца подхватывается ветром, и попадая на клейкое решетчатое рыльце соседних растений, оплодотворяет чужую завязь. Раскрытие цветков в основном происходит рано утром [334, 349, 382].

Плод. Плодом сорговых культур является зерновка. Строение зерновки сорговых культур практически не отличается от анатомического строения зерен других злаков. Наружная оболочка зерновки образуется из сетки завязи [231, 334].

Из стенок яйцеклетки формируется внутренняя оболочка зерновки. Стекловидный роговой алейроновый слой, который богат белком, располагается под внутренней оболочкой. Мучнистый белый эндосперм, являющийся преимущественно зернами крахмала и выполняющий функции запасных питательных веществ, заполняет основную часть зерновки. В нижней части зерновки располагается широкий и длинный зародыш со стебельком и зародышевым корешком. От эндосперма зародыш отделяется щитком. Соотношение между частями зерновки следующее: оболочка составляет – 8,5 %, алейроновый слой и мучнистый эндосперм – 82,6 %, зародыш – 9,5 %. Количество зерен на одной метелке определяется видом, сортом, гибридом и условиями выращивания – от 1850-2195 у сортов, до 3120-5580 – у гибридов. Существенное увеличение количества зерен с одной метелки у гибридов – это проявление высокой степени гетерозиса. Увеличение числа зерен в одной метелке определяет в большей степени общую урожайность зерна у гибридов в сравнении с их родительскими формами [372, 382].

Форма зерна сорговых культур может быть следующая: овальная, яйцевидная, бочковидная, округлая, удлиненная и т.д. Масса 1000 зерен варьирует в диапазоне от 20 до 30 г. Окраска оболочки сорговых культур: белая, оранжевая, коричневая, бурая, кремовая и других различных оттенков и цветов. Наличие пленок позволяет классифицировать зерно на пленчатое и голозерное. Окраска пленок различная и зависит от вида и сорта [372, 382].

Окрашенная в различные цвета оболочка зерна сорговых культур указывает на содержание в их составе глюкозид танина. Танин придаёт вяжущий привкус зерну и снижает его кормовые качества, а также затрудняет процесс переработки его на спирт и крахмал. Однако для семян сорговых культур танин очень важен. Гибриды и сорта, содержащие в семенах данный глюкозид, имеют повышенную холодостойкость. При прорастании семян в неблагоприятных условиях он предохраняет от порчи и плесневения [79, 97, 137, 316, 364, 465, 485].

Период покоя семян сорговых культур составляет 30-45 дней. Раннеспелые сорта характеризуются коротким периодом покоя, а иногда и его отсутствием, что приводит к прорастанию сразу после уборки [143, 340, 344].

Изучение элементов структуры урожая сортов, селекционных линий и гибридов зернового сорго

Полевые исследования проводили на опытном поле ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2006-2008 годах. В контрольном питомнике изучали 79 сортообраз-цов: сорта, гибриды и селекционные линии зернового сорго. В данном разделе представлены результаты анализа наиболее перспективных образцов (таблица 4.2).

Изучаемый материал разделили по продолжительности вегетационного периода на следующие группы: раннеспелые, среднеранние, среднеспелые, средне-поздние.

В группе раннеспелых образцов продолжительность периода «посев-всходы» изменялась от 7,3 до 9 суток, в группе среднеранних – от 7,0 до 9,3 суток, в группе среднеспелых от 7,3 до 8,0 суток, в группе среднепоздних – от 6,3 до 8,3 суток. Продолжительность периода «всходы-выметывание» у раннеспелых образцов варьировала в диапазоне 45,7-51,7 суток, у среднеранних – 43,0-60,3 суток, у среднеспелых – 51,7-67,0 суток, у среднепоздних – 53,7-59,3 суток. В группе раннеспелых образцов продолжительность фенофазы «выметывание-цветение» изменялась от 6,7 до 8,7 суток, в группе среднеранних – от 6,3 до 9,7 суток, в группе среднеспелых от 5,3 до 8,3 суток, в группе среднепоздних – от 5,3 до 7,7 суток.

Анализ высоты растений через 30 суток у селекционных линий и образцов позволяет косвенно оценить холодостойкость изучаемого материала (таблица 4.3).

В среднем за три года в группе раннеспелых образцов «высота растений через 30 суток после всходов» изменялась от 40,2 до 47,4 см, в группе среднеранних – от 39,0 до 47,0 см, в группе среднеспелых – от 41,0 до 45,6 см, в группе средне-поздних – от 38,3 до 45,8 см. Статистически достоверно большую высоту растения по сравнению с изучаемыми линиями и сортами сформировал гибрид СГАУ/25 F1 и селекционная линия Л-292.

По высоте растения вариабельность составила: в группе раннеспелых образцов от 111,9 до 130,4 см, в группе среднеранних – от 106,3 до 187,7 см, в группе среднеспелых от 116,0 до 150,4 см, в группе среднепоздних – от 125,1 до 165,2 см (таблица 4.3). Селекционная линия Л-ЖВИ-32 из среднеранней группы статистически достоверно превысила по высоте растений изучаемые образцы и сорта на 24,2-76,6 % (таблица 4.3).

Общая кустистость изменялась у сортообразцов от 1,0 до 3,0 шт. Статистически достоверно выше всех образцов значение признака отмечено у селекционной линии А2 ЖВИ 22.

Продуктивная кустистость у сортов линий и гибридов изменялась в диапазоне от 1,0 шт. до 2,2 шт. Самые высокие показатели отмечены у селекционных линий А2 ЖВИ 22 и А2 ЖВИ 22 раннеспелой группы (таблица 4.3).

В среднем за три года изучаемые сортообразцы статистически существенно не различались по признаку «масса 1000 зерен» (таблица 4.4).

Признак «количество зерен в метелке» изменялся в интервале: в группе раннеспелых образцов – от 354 до 1529 шт., в группе среднеранних – от 608 до 1855 шт., в группе среднеспелых – от 700 до 1630 шт., в группе среднепоздних – от 877 до 1403 шт. (таблица 4.4).

Селекционная линия Л-МЕВ-1/16 имела статистически достоверно большее количество зёрен в метелке (1855 шт.), чем остальные образцы. Линия на основе стерильной цитоплазмы А2 ЖВИ 22 характеризовалась достоверно меньшим количеством зёрен в метелке (354 шт.).

Признак «урожайность надземной биомассы» у изучаемых сортообразцов изменялся в диапазоне: в раннеспелой группе – от 11,30 т/га до 21,50 т/га, в среднеранней – от 13,69 т/га до 25,69 т/га, в среднеспелой – от 14,06 т/га до 26,67 т/га, в среднепоздней – от 19,74 т/га до 24,00 т/га (таблица 4.4).

Селекционная линия Л-355 из среднеспелой группы сформировала урожайность надземной биомассы статистически достоверно выше в сравнении с другими сортообразцами. Сорт Старт из группы раннеспелых образцов имел значение признака существенно ниже, чем другие сорта, линии и гибриды (таблица 4.4). Признак «урожайность зерна» варьировал у раннеспелых образцов от 3,74 до 6,73 т/га; у среднеранних – от 13,69 до 25,69 т/га; у среднеспелых – от 3,33 до 5,62 т/га; у среднепоздних – от 4,98 до 5,26 т/га. Наибольшая урожайность зерна зафиксирована у гибридов и селекционных линий раннеспелой группы: СГАУ/50 F1 – 6,25 т/га и Л-458 – 6,73 т/га (таблица 4.4).

Питательная ценность зеленой массы характеризует кормовые достоинства кормов. Биохимическая оценка изучаемого материала показала, что по признаку «содержание сырого протеина» можно выделить селекционную линию А2 ЖВИ 22, которая имела 13,95 % в зерне, что статистически достоверно превышает все остальные сортообразцы (таблица 4.5).

Изучаемый признак изменялся у сортов, линий и гибридов следующим образом: в группе раннеспелых образцов – от 10,09 до 13,95 %, в группе среднеран-них – от 10,06 до 13,25 %, в группе среднеспелых от 11,73 до 12,96 %, в группе среднепоздних – от 10,22 до 11,92 % (таблица 4.5). По процентному содержанию жира, клетчатки и крахмала в зерне статистически достоверных различий между сортами, селекционными линиями и гибридами не выявлено (таблица 4.5).

Вариабельность признака «содержание золы в зерне» составила: в раннеспелой группе – от 1,52 до 2,20 %, в среднеранней – от 1,36 до 1,82 %, в среднеспелой – от 1,40 до 1,69 %, в среднепоздней – от 1,36 до 1,64 % (таблица 4.5). Наибольшее значение признака выявлено у гибрида СГАУ/46 F1, что статистически достоверно превышает остальные сортообразцы.

Содержание биологически активных веществ в зерне изменялось в пределах: в раннеспелой группе – от 77,35 до 81,01%, в среднеранней – от 79,13 до 82,05 %, в среднеспелой – от 77,82 до 81,02 %, в среднепоздней – от 80,12 до 82,82 %. Статистически достоверное превышение по изучаемому признаку отметили у селекционной линии Л-51 (82,82).

Биохимическая оценка зерна сортообразцов в пересчете кг/га показала статистически достоверную вариабельность всех показателей (таблица 4.6). По признаку «содержание сырого протеина» можно выделить селекционную линию Л 90, у которой сбор с одного гектара составил 723,08 кг, что статистически достоверно превышает все остальные сортообразцы (таблица 4.6).

Изучаемый признак изменялся у сортов, линий и гибридов следующим образом: в группе раннеспелых образцов – от 472,57 до 684,68 кг/га, в группе среднеранних – от 431,37 до 672,62 кг/га, в группе среднеспелых от 419,36 до 723,08 кг/га, в группе среднепоздних – от 522,10 до 625,02 кг/га (таблица 4.6).

Параметры модели сорта суданской травы для условий Нижнего Поволжья

В контрольном питомнике в 2005-2008 гг. изучили 120 селекционных линий суданской травы по элементам продуктивности.

По отношению к другим видам сорго суданская трава обладает самыми быстрыми темпами начального роста [128, 296, 298, 299]. Высота растений через 30 суток по всем линиям суданской травы варьировала от 51,9 см (линия Л-39/ЕВ) до 109,8 см (районированный сорт-стандарт Юбилейная 20). Статистически достоверно не имела отличий по величине данного признака селекционная линия суданской травы МЕВ 23 – 105,1 см (таблица 6.2).

Высота растений в фазу начала выметывания среди всех линий суданской травы в среднем составила: в 1 укосе – 134,4 см, во втором укосе – 106,1 см и в третьем укосе – 67,0 см. Самой высокой величиной показателя выделился стандарт сухостебельный сорт суданской травы Юбилейная 20.

У сочностебельного стандарта сорта суданской травы Зональская 6 суммарная высота растений по укосам составила 315 см. Большинство изучаемых линий суданской травы превзошли сочностебельный стандарт, их суммарная высота по укосам варьировала от 195 см у линии суданской травы Л-62/ЕВ до 350 см у МЕВ 21.

Общая кустистость в среднем по всем линиям суданской травы составила в 1 укосе – 1,74, во втором – 2,95, в третьем – 2,81. Значение признака выше среднего отмечено: в первом укосе – у линий: МЕВ 21, Л-40/ЕВ, Л-39/ЕВ, МЕВ 31, МЕВ 117 и Л-62/ЕВ; во втором укосе – у линий: МЕВ 23, МЕВ 27, Л-65/ЕВ, МЕВ 29, Л 190 40/ЕВ, МЕВ 17/ЕВ, Л-45/ЕВ и Л-62/ЕВ; в третьем укосе – у линий: МЕВ 23, МЕВ 27, МЕВ 29, Л-40 и Л-45.

Максимальная выдвинутость ножки метелки отмечена у линий суданской травы МЕВ 19 – 29,0 см и перспективной линии МЕВ 25 – 25,5 см. Варьирование по всем изучаемым линиям суданской травы составило от 3,5 см до 29,0 см.

По длине метелки выделили селекционные линии, которые превзошли соч-ностебельный сорт-стандарт Зональская 6 (32,1 см). Это селекционная линия МЕВ 23 – 37,3 см, МЕВ 19/ЕВ – 37,2 см, МЕВ 27/ЕВ – 36,7 см, МЕВ 29/ЕВ – 35,7 см и МЕВ 21/ЕВ – 35,3 см. Они уступили сухостебельному сорту-стандарту Юбилейная 20, длина метелки которого составила 39,5 см.

По ширине метелки выделились селекционные линии МЕВ 29 – 26,0 см и МЕВ 17 – 28,7 см, что выше, чем величина этого показателя у стандарта-сорта суданской травы Юбилейная 20 (25,6 см).

Максимальная длина наибольшего листа у линий суданской травы составила 62,5 см (МЕВ 23). Стандарты Зональская 6 и Юбилейная 20 сформировали наибольший лист длиной 38,2 см. Большинство изучаемых линий суданской травы по этому показателю превзошли стандарты на 0,4-24,0 см за исключением двух селекционных линий: МЕВ 17 и Л-62/ЕВ – 35,2 см (таблица 6.3).

Ширина наибольшего листа варьировала в меньших пределах от 2,0 см до 3,3 см. Максимальная величина этого признака отмечена у сорта-стандарта Зональская 6 и селекционной линии Л-62/ЕВ по 3,3 см, соответственно. Близки к ним по величине признака линии: МЕВ 27, Л-39/ЕВ, МЕВ 21 и МЕВ 25.

Различия по площади наибольшего листа в изучаемом наборе селекционных линий суданской травы составили от 72,6 (Юбилейная 20) до 115,7 см2 – у Л-45/ЕВ. Несколько линий суданской травы сформировали площадь наибольшего листа более 100,00 см2: Л-39/ЕВ – 108,5 см2, МЕВ 27 – 112,1 см2, МЕВ 23 – 114,0 см2.

Продуктивность биомассы селекционных линий суданской травы стабильно снижалась от первого к третьему укосу. В первом укосе в среднем по линиям она составила 12,1 т/ га, во втором – 6,5 т/га, в третьем – 2,7 т/га (таблица 6.4).

В сумме за три укоса урожайность зелёной массы у линий суданской травы варьировала от 12,0 т/га до 26,0 т/га. Продуктивность биомассы стандарта сорта суданской травы Зональская 6 составила 25,5 т/га. Превысила сочностебельный стандарт по урожайности зеленой массы только одна линия МЕВ 117 – 26,0 т/га. Немного уступали стандарту Зональская 6 по величине биомассы селекционные линии МЕВ 21 – 24,1 т/га, МЕВ 19 – 24,1 т/га, МЕВ 27 – 24,0 т/га и МЕВ 31 – 23,7 т/га.

Продуктивная кустистость суданской травы варьировала от 1,7 до 3,0 продуктивных стеблей на одно растение у линии МЕВ 25, Л-65 и МЕВ 17. (таблица 6.5).

По признаку «урожайность зерна» статистически значимо превысили сорт-стандарт Юбилейная 20 селекционные линии: МЕВ 19 и МЕВ 23. Сорт Зональ-ская 6, также являющийся стандартом, статистически существенно не превысила ни одна из селекционных линий.

По сбору сухого вещества с гектара в сумме за 2-3 укоса почти все линии суданской травы, оцениваемые в контрольном питомнике, уступали стандартам. Исключение составила линия МЕВ 117. Селекционные линии МЕВ 19 и МЕВ 21 имели значение признака достоверно на уровне сортов-стандартов (таблица 6.6). Максимальное количество сухого вещества у большинства линий получено в первый укос. Во втором и третьем укосах наблюдалось снижение массы сухого вещества.

По содержанию сырого протеина выделились в первом укосе линии: МЕВ 25, МЕВ 27, Л-65/ЕВ, Л-62/ЕВ, во втором – Л-39/ЕВ, Л-62/ЕВ, в третьем – МЕВ 23, Л-40/ЕВ и Л-39/ЕВ. Максимальное количество протеина растения суданской травы накапливали в третьем укосе (таблица 6.7).

От содержания каротина в зеленой массе в значительной степени зависит питательная ценность сочных кормов, так как каротин является источником витамина А, играющего важную роль в обмене веществ животных. Варьирование содержания каротина в зеленой массе зависело от генетической детерминации признака и срока укоса (от 19,7 до 97,5 мг/кг).

Внедрение в сельскохозяйственное производство Саратовской области сорта чумизы Анастасия

Сравнительное изучение продуктивности разных видов кормовых культур позволило выявить значительное преимущество чумизы перед традиционными культурами: урожайность ее зеленой массы и сена в среднем за три года составила 35,9 и 4,9 т/га, соответственно.

Кормовые достоинства культуры наилучшим образом характеризуют данные о химическом составе кормовых продуктов чумизы на фоне таких же данных по традиционным культурам (таблица 7.22).

Результаты исследований показали, что сорт чумизы Анастасия содержит витамина В2 в два раза больше, чем в зерне риса первого сорта, витамина В1 примерно в три раза больше, чем в 85%-ной пшеничной муке, больше азотистых веществ и жира и, чем в семенах гречихи, ячменя и проса.

Содержание провитамина А в крупе чумизы больше, чем в пшене, поэтому она легко усваивается организмом человека. Крупа чумизы – это растительный продукт с высоким содержанием витаминов В1; В2; Е.

Зеленая масса и сено чумизы характеризуются высокими биохимическими показателями по сравнению с другими кормовыми культурами. Содержание сырого протеина в сене чумизы при уборке в абсолютно сухом веществе составило 13-15 % (в среднем), что существенно превышает его содержание в сене многолетних трав (7-11 %). Хорошая облиственность чумизы оказывает определенное влияние на общую характеристику зеленой массы и сена. В общей массе доля листьев и метелок составляет практически 73 %. Чумизная солома также представляет значительную хозяйственную ценность. Солома чумизы лучше и дольше хранится, а по содержанию белковых веществ превосходит солому проса и овса. Чумизная солома содержит 8,5-9,0 % белка и 2,5 % жира.

Чумизная дерть при скармливании повышает молочную продуктивность коров, на 12,4 % повышается убойный вес животных, в среднем 430-440 г составляет среднесуточный привес крупного рогатого скота. Объяснить это можно тем, что питательность чумизы характеризуется отличной усвояемостью организмом животных в сравнении с другими кормами. Скармливание зерна чумизы сорта Анастасия дойным коровам позволило увеличить на 1,2 кг среднесуточный удой на 1 корову, при этом жирность молока повысилась на 0,36 %. При этом на получение 1 кг молока затрачено 0,52 кормовых единицы и 83 г перевариваемого белка.

Согласно Концепции развития агропромышленного комплекса Саратовской области до 2020 года: «Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности страны, сохранения ее государственности и суверенитета, важнейшей составляющей демографической политики, необходимым условием реализации стратегического национального приоритета – повышения качества жизни граждан на основе международных стандартов жизнеобеспечения» [208].

Выведенный и внедренный в сельскохозяйственное производство новый сорт чумизы Анастасия обладает рядом преимуществ. Стимулирующим фактором для производства его является высокая технологичность зерна и культуры в целом (таблица 7.22)

Анализируя формирование и тенденции рынка сельскохозяйственных продуктов следует сделать вывод, что производство чумизы выгодно для тех, кто ее будет не только выращивать, но и перерабатывать и использовать.

Сорт чумизы Анастасия характеризуется уникальным содержанием биологически активных веществ, что позволяет рассматривать его как источник сырья для производства детских, диетических, лечебно-профилактических продуктов питания. Выращивание сорта практически безотходное, не требует применения специального оборудования и техники, в том числе и для переработки. Сорт чумизы Анастасия обладает высоким коэффициентом размножения и поэтому внедрение его в сельскохозяйственное производство позволит существенно увеличить отдачу с гектара. Сорт, возможно, использовать как весьма благоприятный объект для работы в направлении наиболее полного использования его полезных свойств и качеств с целью удовлетворения растущих потребностей населения в продуктах питания и нужд животноводства.

При выращивании сорта на семена уровень рентабельности составил 10,01 %, что на 7,5 % выше, чем при возделывании районированного сорта Розанна (рисунок 7.1).

Сорт выращивается в хозяйствах Саратовского, Балашовского, Калининского, Екатериновского и Самойловского района (приложение 7.17 – 7.19).