УДК 633.15: 632.1/7
Владимир Семёнович СОТЧЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН, главный научный сотрудник отдела селекции
Елена Фёдоровна СОТЧЕНКО, кандидат биологических наук, заведующая отделом селекции кукурузы на иммунитет
Елена Анатольевна КОНАРЕВА, старший научный сотрудник отдела селекции на иммунитет
ФГБНУ ВНИИ кукурузы; 357528, Ставропольский край, г. Пятигорск, ул. Ермолова, 14 б
E—mail: 976067@mail.ru; тел. 8(8793)97-60-67
Приводится анализ селекционного материала сахарной кукурузы по основным хозяйственно полезным признакам в зоне достаточного увлажнения Ставропольского края за 2011-2016 гг. Отмечена нестабильность и значительная вариация сумм осадков по годам, как за весь период вегетации кукурузы, так и по месяцам. Вегетационный период (от всходов до цветения метёлки) рабочей коллекции линий сахарной кукурузы варьировал от 44 до 66 дн, ультрараннеспелые – 46-53, раннеспелые – 54-58, среднеранние–59-63, среднеспелые – 64-68 дн. В результате изучения устойчивости линий сахарной кукурузы к болезням и вредителям на естественном фоне позволило выявить устойчивые формы к различным болезням и вредителям. В рабочей коллекции самоопылённых линий выделены генетические источники основных хозяйственно полезных признаков, что позволяет оптимизировать селекционный процесс по созданию новых высокопродуктивных гибридов сахарной кукурузы. Изучена 61 самоопылённая линия, из них выделено: устойчивого материала к пузырчатой головне 29 линий, к прикорневому полеганию – 61, к ломкости стебля ниже початка — 27, по высоте растений — 3, высоте прикрепления початка – 2, длиннопочатковых – 7, многорядных – 6, раннеспелых – 14.
Ключевые слова: самоопылённые линии сахарной кукурузы, погодные условия, вегетационный период, селекция кукурузы, пузырчатая головня, стеблевые гнили, генетические источники.
Кукуруза одна из самых распространённых и ценных зерновых культур в мировом земледелии. Среди злаков по универсальности использования эта культура не имеет себе равных.
Значимость исходного материала в селекции любой культуры общеизвестна. Особую роль он имеет в селекции пищевой кукурузы, так как наряду с общепринятыми для сельскохозяйственных культур требованиями (урожайность, соответствующая продолжительность вегетационного периода и других), предъявляются дополнительные – это создание форм с лучшими вкусовыми и технологическими качествами.
Сахарная кукуруза является одним из подвидов, и её возделывают как ценную овощную культуру. Среди возделываемых овощных растений сахарная кукуруза по питательности занимает одно из ведущих мест, а высокое содержание легкоусвояемых форм углеводов и белка делает её диетическим продуктом. По содержанию сухого вещества, жиров и углеводов по калорийности сахарная кукуруза превосходит цветную капусту и зелёный горошек [1].
Важнейшая задача увеличения производства продуктов питания побуждает уделять все большее внимание выращиванию таких высокопродуктивных овощных культур как сахарная кукуруза.
По количеству протеинов, в частности по общему содержанию незаменимых аминокислот зерно сахарной кукурузы близко зерну пшеницы и значительно превосходит полированный рис. Особенно богат этими аминокислотами зародыш кукурузы. По содержанию витаминов группы В зерно кукурузы значительно превосходит рожь, однако уступает по некоторым из них зерну пшеницы. Основное количество всех витаминов группы В содержится в зародыше, оболочке и алейроновом слое.
Сахарная кукуруза является ценным пищевым продуктом, по питательности превосходящая зерновую кукурузу. Процесс превращения сахара в крахмал контролируется рецессивными генами Su1и Su2, локализованными в четвертой хромосоме. Гены sh1, sh2, sh4 (shrunken endosperm) локализованы в 3 и 5 хромосомах. В практическом отношении наибольший интерес представляет ген sh2. Его биохимическое действие проявляется в значительном увеличении содержания сахаров (до 20%) при резком уменьшении содержания крахмала. Мутация sh2 используется в сочетании с геном su1 для создания так называемой сверхсахарной кукурузы. Эндосперм у гомозигот sh сморщивается в период созревания семян. Зерно стандартной сахарной кукурузы (sugary или su) аккумулирует вдвое больше сахара, чем обычной. Доминантный сахар в зерне в фазе молочной спелости представлен в виде сахарозы, частично мальтозы, глюкозы и фруктозы. Один из важных компонентов в зерне сахарной кукурузы фитогликоген. Sugary (su) ген вызывает аккумуляцию фитогликогена до 25% и выше общей массы сухого вещества зерна. Содержание крахмала в зерне сахарной кукурузы ниже, чем в зерне обычной [3].
Для сахарной кукурузы одним из наиболее хозяйственно-ценных признаков является содержание сахаров в зерне, и проводя селекционную работу с этой культурой следует учитывать этот параметр у родительских форм.
В процессе селекционной работы, когда при отборе приходится иметь дело с большим количеством образцов, совершенно не обязательно делать заключения о качестве зерна сахарной кукурузы на основании анализа початков в технической спелости. Анализ зерна в технической спелости целесообразно проводить на заключительных этапах селекционного процесса [5].
В последние годы интерес к сахарной кукурузе значительно вырос. Сельскохозяйственное производство, фермеры и огородники в различных зонах России испытывают недостаток в качественных семенах урожайных сортов и гибридов, различающихся по срокам созревания, имеющих продолжительный период технической спелости зерна.
Существенным свойством сахарной кукурузы является её вкусовые качества, которые мы определяли органолептическим методом. Вкусовые качества у сахарной кукурузы обусловлены плотностью эндосперма и толщиной перикарпия. Поэтому отбор на величину перикарпия или толщину оболочки – одна из основных задач селекции. В селекционном питомнике о толщине перикарпия судили по степени морщинистости оболочки при полном созревании зерна [6].
Сахарная кукуруза повреждается теми же вредителями, что и другие виды кукурузы, но обычно на сахарной кукурузе повреждения выражены в значительно большей степени и распространение вредителей более массовое. Поражение болезнями также сильнее.
Из-за своих биохимических особенностей сахарная кукуруза является очень восприимчивой к болезням и вредителям. Устойчивость к вредителям и болезням в большей степени определяется генотипом родительских линий и доноров. Различия по степени поражения, характеру наследования устойчивости к различным вредителям и болезням позволяет выделять устойчивые формы. В селекции сахарной кукурузы рекомендуется использовать только устойчивые образцы.
Перед отечественными селекционерами стоит ряд проблем при создании новых сортов и гибридов. Консервные заводы по переработке сахарной кукурузы выдвигают перед селекционерами требование, чтобы поступление початков на переработку было, по возможности, продолжительным и равномерным. В связи с этим необходимо в каждой сырьевой зоне высевать ряд сортов и гибридов с различной длиной вегетационного периода. Кроме этого для консервной промышленности необходимо иметь крупные цилиндрические или слабоконусовидные початки с длинным зерном и большим выходом его с початка.
Таким образом, вопрос о создании новых гибридов сахарной кукурузы отвечающих требованиям сельскохозяйственного производства, консервной промышленности, торгующих организаций и потребителей актуален.
В связи с этим основной целью настоящей работы являлась выделение источников, устойчивых к различным болезням и вредителям для селекции сахарной кукурузы в условиях предгорной зоны Ставропольского края.
Материал и методика
Исследования проводили на опытном поле ВНИИ кукурузы в период с 2011 по 2016 гг. Агротехника в опыте аналогичная технологии выращивания зерновой кукурузы. Методика исследований соответствовала требованиям государственного сортоиспытания. Семена образцов высевали в оптимальные сроки на делянках – 7,84 м2 . Густоту стояния 50-60 тыс/га формировали ручной прорывкой растений в фазе 3-5 листьев.
Климат предгорной зоны Ставропольского края относится к зоне достаточного увлажнения. В целом климатические условия этой зоны считаются благоприятными для возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе и сахарной кукурузы. Гидротермический коэффициент равен 1,3-1,4. Среднегодовая сумма осадков составляет 600-750 мм, а сумма активных температур 2800-30000 С. Безморозный период составляет 180-190 дн. Среднегодовая температура за вегетационный период (апрель-октябрь) составляет 15,40С, а сумма осадков 429,1 мм. Дожди имеют преимущественно ливневый характер, что значительно снижает их эффективность.
Стабильный температурный режим во время вегетации способствует реализации полного потенциала продуктивности кукурузы. Повышение температуры воздуха с одновременным снижением количества выпавших осадков и их неравномерным выпадением (а зачастую непредсказуемости) в течение вегетационного периода повышает влияние засухи, особенно во второй половине лета, тем самым создавая риски для выращивания початков сахарной кукурузы в технической спелости.
Наиболее высокая среднегодовая температура воздуха за вегетационный период (17,20С, 16,10С и 19,20С) отмечена в 2012, 2014 и 2016 гг. На уровне среднемноголетних данных (15,40С) в 2015 г., ниже среднемноголетних данных — в 2011 и 2013 гг. (14,10С и 14,20С соответственно).
Дефицит влаги во время вегетационного периода кукурузы наблюдался за все годы исследований. Самым благоприятным по влагообеспеченности растений кукурузы был 2013 г. (+184,1 мм), наибольшее количество осадков наблюдалось в июле и сентябре, что существенно повлияло на развитие различных грибковых заболеваний кукурузы. Увеличению поражённости инфекционными заболеваниями не малую роль играют благоприятные погодные условия. Разнообразие сложившихся погодных условий 2011-2016 гг. позволило сделать оценку имеющего селекционного материала на устойчивость к болезням и вредителям.
Работу проводили с учётом методических указаний по оценке кукурузы на комплексную устойчивость к вредителям и болезням [2]. С целью выявления лучших образцов использовали широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ видов Zea mays L [7].
Результаты исследований
Вегетационный период (от всходов до цветения метёлки) рабочей коллекции линий сахарной кукурузы варьировал от 44 до 68 дн. В опытах выделено ультрараннеспелых образцов (44-53 дн) – 14, раннеспелых (54-58 дн) – 21, среднеранних (59-63 дн) – 19 и среднеспелых (64-68 дн) – 5. Наибольшее количество исходного материала сахарной кукурузы находится в раннеспелой группе (21 образец). Для условий предгорной зоны Ставропольского края предлагаем разделить самоопылённые линии кукурузы по продолжительности периода от всходов до цветения початка на группы: ультрараннеспелые – 46-53 дн, раннеспелые – 54-58, среднеранние–59-63, среднеспелые – 64-68, среднепоздние – 69-73, позднеспелые – 74-78 и очень позднеспелые – 79 дн и выше.
В нашей стране наиболее вредоносной и широко распространённой болезнью кукурузы, в том числе и сахарной, является пузырчатая головня, она поражает все надземные части растения, при сильном поражении потери урожая могут быть значительными.
За годы исследований (2011-2016 гг.) выделено 29 линий устойчивых к пузырчатой головне. Поражение болезнью было очень слабое (<1%). Особый интерес для селекции представляют линии, обладающие 9-ти балльной устойчивостью на протяжении 2011-2016 гг. В эту группу входят: РМ 422, РМ 423, РМ 427, РМ 428, РМ 461, РМ 479, РМ 480, РМ 482 и др.
Выделено 27 линий устойчивых к ломкости стебля ниже початка (менее 10%). Порядка 10-25% устойчивы 24 линии. Особый интерес для селекции представляют линии, обладающие устойчивостью к ломкости стебля в полной спелости ниже початка. В эту группу входят: РМ 445, РМ 479, РМ 450, РМ 448, РМ 414 и др.
При оценке исходного материала к кукурузному мотыльку необходимо выбирать наиболее устойчивые линии, среди которых предпочтительны более устойчивые антибиотически, как подавляющие численность вредителя. Наряду с необходимостью расширения генетического разнообразия исходного материала по устойчивости к вредным объектам не менее важной является проблема выявления источников групповой устойчивости и адаптивности среди ранее созданного исходного материала, отобранного к узкому спектру патогенов, поскольку количество доноров к одному-двум патогенам не решает даже проблемы групповой устойчивости вследствие промежуточного характера наследования. Продолжает оставаться острой проблема групповой устойчивости к основным фитофагам – хлопковой совке и кукурузному мотыльку [6].
Благодаря целенаправленной селекции, созданные линии не подвержены полеганию. Чаще всего полегание наблюдается в конце вегетационного периода. Причиной полегания чаще всего бывает поражение корневой системы растений болезнями и вредителями, сильный ветер, способствующий проявлению генетической уязвимости, низкая прочность стебля и недостаточно развитая корневая система. За годы наблюдений устойчивость к прикорневому полеганию наблюдалось у 61 линии.
Основными признаками, определяющими пригодность сахарной кукурузы к механизированной уборке, являются высота прикрепления стандартных початков и дружность их созревания. Минимальной высотой считают расстояние от почвы до початка 30 см. Высота растений не имеет решающего значения, однако наблюдаемая тесная корреляция между высотой растений и высотой прикрепления початка, обязывает отбирать растения и по этому показателю (Васильченко А.А.).
Высота растений играет немаловажную роль в создании линий сахарной кукурузы. У исходного материала высота изменялась от 98 см у линии РМ 418 до 180 см у линии РМ 491. Изученные образцы распределяли по группам: низкорослые (76-125 см) – 18 (29,5%), среднерослые (126-175 см) – 41 (67,2%) и высокорослые (176-225 см) – 3 (4,9%).
Высота прикрепления початка у различных линий сахарной кукурузы изменялась в очень больших пределах – от 16 см до 71 см. У раннеспелых линий прикрепление початка ниже, чем у позднеспелых. Початки, расположенные низко над землёй (ниже 35 см) чаще, чем выше расположенные, повреждаются вредителями, поражаются болезнями, хуже подсыхают и трудно поддаются уборке, вследствие чего значительная часть урожая теряется, а технологические качества зерна снижаются. При высоком, свыше 100 см, расположении початка отмечается высокая ломкость и полегание растений.
По высоте прикрепления початка: очень низкое прикрепление початка (20-30 см) отмечено у 18 линий (29,5%), низкое (31-50 см) — 37 (60,6%), среднее (51-70 см) — 4 (6,6%) и высокое прикрепление початка (71-100 см) — 2 (3,3%) линий.
По высоте растений и высоте прикрепления початка кукурузы по международной классификации СЭВ преобладающее количество линий находится в среднерослой группе – 41 и высоте прикрепления початка — 37 линий соответственно.
Длина початка варьировала от 8,0 до 15,5 см, а масса 1000 зёрен от 100 до 250 г. Очень короткий початок (8,0-9,0 см) – отмечен у 2 линий (3,3%), короткий (9,0-11,0 см) – 9 линий (14,8%), средний (11,1-14,0 см) – 43 линий (70,5%), длинный (14,1-18,0 см) – 7 линий (11,5%).
Число рядов зёрен на початке колеблется от 8 до 22. Раннеспелые мелкопочатковые линии имеют от 8 до 16 рядов зёрен, позднеспелые крупнопочатковые – от 14 до 22. Каждому образцу свойственны свои пределы варьирования числа рядов зёрен. Этот признак под воздействием внешних условий несколько изменяется: у наиболее угнетённых растений сокращается число рядов зёрен. Многорядность отмечена у 6 линий.
Наряду с необходимостью расширения генетического разнообразия исходного материала сахарной кукурузы по устойчивости к вредным объектам не менее важной является проблема выявления источников групповой устойчивости. Продолжает оставаться острой проблема групповой устойчивости к основным вредителям – хлопковой совке и кукурузному мотыльку [4].
В результате изучения устойчивости линий сахарной кукурузы к болезням и вредителям на естественном фоне позволило выявить устойчивые формы к различным болезням и вредителям. В рабочей коллекции самоопылённых линий выделены генетические источники хозяйственно полезных признаков (таблица).
Таблица. Генетические источники ценных признаков самоопылённых линий сахарной кукурузы, 2011-2016 гг.
Выводы
Проведённые исследования позволили выделить лучший исходный материал сахарной кукурузы с хозяйственно полезными признаками, устойчивыми к вредителям и болезням.
Таким образом, определены ценные самоопылённые линии сахарной кукурузы по хозяйственно биологическим свойствам, что обусловливает их вовлечение в практическую работу по созданию новых высокопродуктивных гибридов кукурузы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Конарев В.Г. Накопление питательных веществ растением кукурузы /В.Г.Конарев и др.- Уфа.: 1973. – С. 63-69.
- Методические рекомендации по оценке кукурузы на комплексную устойчивость к вредителям и болезням, Москва. 1989.
- Парамонов Ф.Ф. Некоторые биохимические особенности сортов, гибридов и линий мировой коллекции сахарной кукурузы. – Автореф. Кандид. Диссерт. Л. – 1965.
- Сотченко Е.Ф. Исходный материал и проблемы селекции кукурузы на устойчивость к вредным организмам /Е.Ф.Сотченко, В.Г.Иващенко, Ю.В.Сотченко //В сб. Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам. Вторая Всероссийская конференция. – С.- Пб., 2002. – с. 22.
- Ткаченко Н.Н. Сахарная и лопающаяся кукуруза/ Н.Н.Ткаченко, Ф.Ф.Сидоров. — М.: КАС, 1963. – с. 21.
- Шмараев Г.Е. Кукуруза / Г.Е. Шмараев // М.: Колос, 1975. – 303 с.
Широкий унифицированный классификатор СЭВ и международный классификатор СЭВ видов Zea Mays L., Ленинград, 1977.
STUDY OF THE BASIC MATERIAL FOR SWEET CORN BREEDING IN THE PREDGORNII DISTRICT OF STAVROPOL REGION
Sotchenko Vladimir Semenovich, Sotchenko Elena Fedorovna, Konareva Elena Anatolyevna
FSBSI ARRSI of corn
An analysis of the breeding material on the main economically useful traits of sweet corn in the zone of sufficient moistening of the Stavropol region for 2011-2016. Instability and a significant variation in the amount of precipitation over the years were noted, both for the entire period of vegetation of corn, and for months. The vegetation period (from germination to the tassel flowering) of the working collection of lines of sweet corn varied from 44 up to 66 days, the ultra-early ripening – 46-53 days, the early-ripening – 54-58, the mid-early ripening – 59-63, the mid-ripening – 64-68 days. As a result of studying the stability of sweet corn lines to diseases and pests against under the natural background, it was possible to identify resistant forms to various diseases and pests. In the working collection of self-pollinated lines, genetic sources of the main economically useful traits were marked out, which makes it possible to optimize the breeding process for the creation of new highly productive hybrids of sweet corn. 61 self-pollinated lines were studied, among them was marked: stable material to the corn smut – 29 lines, to lodging – 61, to the stalk fragility below the cob – 27, to plants height – 3, cob attachment height – 2, with long cob – 7, polystichous – 6, early maturing – 14.
Keywords: self-pollinated sweet corn lines, weather conditions, vegetation period, corn breeding, corn smut, stalk rot, genetic sources.