УДК 633.15: 631.53.011-2
ОЦЕНКА СОРТОВ И ГИБРИДОВ КУКУРУЗЫ МЕТОДОМ ХОЛОДНОГО ПРОРАЩИВАНИЯ (СOLD TEST)
Людмила Александровна ГУДОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Сергей Александрович ЗАЙЦЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Алексей Владимирович ПОМИНОВ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Альбина Юрьевна ЛЕВКИНА, младший научный сотрудник
Юрий Александрович КАЛИНИН, научный сотрудник
ФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы»; 410050, г. Саратов, 1-й Институтский проезд, 4
E-mail: [email protected] [email protected]; тел. 8(452)79-49-69
Представлена оценка холодостойкости сортов и гибридов селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» (9 шт.) и гибридов селекции других научных учреждений России (13 шт.) методом холодного проращивания «сold test». В результате выделены толерантные образцы с активным типом устойчивости к низким положительным температурам (первая группа холодостойкости): РНИИСК 1, Радуга, ЮВ 100-39, ЮВ 100-40 селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго», Ик 100-6, Ик 100-4, Ик 100-5, Ик 100-7, Ик 100-8, Кр 100-9, Кр 100-10, Ом 100-30, Ом 100-31 — гибриды селекции других научных учреждений России. Критериями оценки являлись лабораторная всхожесть, длина проростка, длина главного зародышевого корешка, содержание сухого вещества в проростках и корешка.
Ключевые слова: кукуруза, гибрид, сорт, холодостойкость, всхо-жесть, проросток, главный зародышевый корень, всхожесть.
Возделывание кукурузы в северных регионах всегда сопряжено с действием низких положительных температур на появление и развитие всходов, что в дальнейшем оказывает негативное влияние на формирование урожая.
По литературным данным известно, что температурные минимумы у разных генотипов неодинаковы [2]. Некоторые генотипы кукурузы способны прорастать при +60С и сохранять жизнеспособность семян и проростков при +40С. Также существует мнение, что воздействие на всходы температуры +40С более чем шесть суток приводит к необратимым повреждениям [5]. В исследованиях С.И. Тарасова (1983), полное подавление ростовых процессов наблюдается уже через 18 часов. Отмечается, что при низкой положительной температуре снижается интенсивность ростовых процессов [9, 10], наблюдаются угнетение гидролиза жиров в зародыше прорастающих семян [12] и наступает замедление роста корней [7]. Между интенсивностью роста корней и надземных органов кукурузы отмечается прямая корреляция. Оптимальная температура воздуха для роста корней кукурузы составляет — +240С, для роста надземных органов — +20…+280С, генеративных органов – +28…+320С [11].
Известно, что при селекции кукурузы на холодостойкость желательно определять реакцию исходного материала кукурузы на низкие положительные температуры хотя бы в начале вегетации. Для ускорения процесса отбора генотипов предварительную оценку можно проводить лабораторным методом холодного проращивания.
Материал и методика
Исследования проводили в лабораторных условиях на базе института ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» с использованием рулонного метода холодного проращивания семян кукурузы (cold test) в модификации Н. И. Кияшко [4]. Холодное проращивание осуществляли при температуре +100С в течение 20 суток с дальнейшим доращиванием при температуре +250С в течение 3-х дней (условное обозначение — вариант опыта). Контрольное проращивание семян кукурузы выполняли в термостате при температуре +250С в течение 7 дней.
Материалом для изучения послужили сорта и гибриды кукурузы селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» (РНИИСК 1, Радуга, РСК Заря, Цукерка, Забава, Грасскорн, Стимул, ЮВ 100-39, ЮВ 100-40) используемых в селекционных программах института. А также экспериментальные гибриды других научных учреждений (ФГБНУ ВНИИ кукурузы — Ик 100-4, Ик100-5, Ик 100-6, Ик 100-7, Ик 100-8; ФГБНУ «НЦЗ им. П.П. Лукьяненко — Кр 100-9, Кр 100-11, Кр 100-12, Кр 100-13; Сибирский филиал ФГБНУ ВНИИ кукурузы — Ом 100-29,Ом 100-30,Ом 100-31), оценка на холодостойкость которых позволит выделить формы адаптированные к действию низких положительных температур с целью дальнейшего включения в селекционный процесс.
Для опыта использовали семена кукурузы сортов местной селекции урожая 2018 г. Семена экспериментальных гибридов были получены в 2019 г. в рамках проведения экологического сортоиспытания.
Действие низких положительных температур на параметры длины проростка и зародышевого корешка, содержание сухого вещества в проростках и корешках оценивали в сравнении с контролем.
Для анализа полученных данных использовали принцип интегральной оценки холодостойкости Н.И. Кияшко [4].
Потенциальную холодостойкость (ПХ) и сохранение всхожести (СВ) рассчитывали по формулам: , Вхп – всхожесть семян после холодного проращивания (%), Вк- всхожесть контроля (%);
, где Вд – всхожесть после доращивания (%), Вк – всхожесть контроля (%).
Для обработки полученных результатов использовали статистический пакет AGROS — 2.0.
Результаты исследований
По результатам лабораторных исследований установлено, что прорастание сортов и гибридов при пониженных положительных температурах происходит по разному. Лабораторная всхожесть на контроле у сортов местной селекции варьировала в пределах 80,0 – 100,0% (табл. 1). При проращивании семян при +100С наблюдалось значительное снижение всхожести у сортов Стимул (до 10,0%), РСК Грасскорн и РСК Заря (до 30,0%). У сортов Забава и Цукерка проросших семян при субоптимальной температуре не наблюдалось.
Низкие положительные температуры не оказали негативного влияния на прорастание семян сорт-популяции РНИИСК 1 и гибридов Радуга, ЮВ 100-39, ЮВ 100-40, всхожесть составила 85,0% и выше.
Таблица 1. Лабораторная всхожесть сортов и гибридов кукурузы
№ п/п Сорт
(гибрид) Лабораторная всхожесть, % Потенциаль-ная холодо-стойкость, % Сохране-ние всхо-жести, %
кон-троль при +100С после до-ращивания
Сорта и гибриды селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго»
1. РНИИСК 1 100 98 96 98,0 96,0
2. Радуга 96 94 94 97,9 97,9
3. ЮВ 100-39 95 85 90 89,0 94,0
4. ЮВ 100-40 97 90 91 93,0 93,0
5. Стимул 88 10 82 11,36 93,18
6. РСК Заря 84 30 78 35,71 92,85
7. РСК Грас-скорн 98 30 76 30,6 77,55
8. Забава 87 0 58 0 61,78
9. Цукерка 82 0 60 0 73,17
Гибриды селекции других научных учреждений России
10. Ик 100-4 80,0 70 76 87,5 95
11. Ик100-5 100 85 100 85,0 100
12. Ик 100-6 100 92 100 92,0 100
13. Ик 100-7 100 71 92 71 92,0
14. Ик 100-8 100 76 92 76 96,0
15. Кр 100-9 90 80 86 88,8 95,5
16. Кр 100-10 80 58 80 72,5 100
17. Ом 100-30 100 83 85 83 85,0
18. Ом 100-31 100 98 98 98 98,0
19. Кр 100-11 100 54 84 54 84,0
20. Кр 100-12 100 67 88 67 88,0
21. Кр 100-13 100 62 78 62 78,0
22. Ом 100-29 100 56 71 56 71,0
Высокий показатель потенциальной холодостойкости установлен у генотипов РНИИСК 1, Радуга, ЮВ 100-39, ЮВ 100-40; высокие показатели сохранения всхожести отмечены у форм: Стимул, РСК Заря, РНИИСК 1, Радуга, ЮВ 100-39, ЮВ 100-40. С учетом этих показателей сорт-популяция РНИИСК 1, гибриды Радуга, ЮВ-100-39, ЮВ 100-40 являются толерантными формами, обладающие активным типом устойчивости к холоду. Они характеризуются индексом 1.1 и относятся к первой группе холодостойкости (табл. 2).
У сортов Стимул, РСК Грасскорн, Забава, Цукерка, активное прорастание отмечается только при увеличении температуры, то есть при доращивании. Они характеризуются низкой потенциальной холодостойкостью и невысоким сохранением всхожести и относятся к 4-й (Стимул) и 5-ой группам (Грасскорн, Забава, Цукерка) холодостойкости и считаются резистентными к холоду. Сорт кукурузы РСК Заря входит во вторую группу холодостойкости с индексом 2.1.
Таблица 2. Холодостойкость сортов и гибридов кукурузы, определенная методом холодного проращивания по Н.И. Кияшко
Потенциальная холодостой-кость, % Сохранение всхожести, %
70-100 Г>80
Л≥70 Г ≥70
Л ≥50 Г < 70
Л <50
I (1.1)
РНИИСК 1, Радуга, ЮВ 100-39, ЮВ 100-40,
Ик 100-4, Ик 1005, Ик 100-6, Ик 100-7, Ик 100-8, Кр 100-9, Кр 100-10, Ом 100-30, Ом 100-31 III (1.2) V (1.3)
35-69 II (2.1)
РСК Заря, Кр 100-11,
Кр 100-12 V (2.2)
Кр 100-13,
Ом 100-29 VI (2.3)
<35 IV (3.1)
Стимул V (3.2)
Забава,
Цукерка,
РСК Грасскорн VI (3.3)
Примечание: Г – сорта и гибриды кукурузы; Л – линии кукурузы.
Высокая лабораторная всхожесть на контрольном варианте зафиксирована у всех экспериментальных гибридов (80-100%). Отмечается снижение всхожести семян при проращивании в условиях низкой положительной температуры, размах варьирования составляет 54-98%. Практически все гибриды, за исключением Кр 100-11, Кр 100-12, Кр 100-13, Ом 100-29, характеризуются высокой потенциальной холодостойкостью (более 70,0%). У гибридов Кр 100-13 и Ом 100-29 низкий показатель сохранения всхожести (менее 80,0%).
Таким образом, гибриды Ик 100-4, Ик 100-5, Ик 100-6, Ик 100-7, Ик 100-8, Кр 100-9, Кр 100-10, Ом 100-30, Ом 100-31 — толерантные к холоду, а Кр 100-11, Кр 100-12, Кр 100-13, Ом 100-29 – резистентные.
Важный показатель, характеризующий холодостойкость генотипа — способность проростка и главного зародышевого корешка функционировать при низких положительных температурах [6]. По данным Горбачевой А.Г., Ветошкиной И.А. (2018) наблюдается прямая зависимость холодостойкости от длины ростков и корешков проростков и содержания в них сухого вещества.
В наших исследованиях длина проростков в контрольной группе изменялась от 11,73 до 22,94 см, причем у местных форм размах варьирования был менее выражен (13,45-17,8 см), чем у гибридов других селекцентров (11,73-22,04 см) (табл. 3). Среди сортов и гибридов селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» выделились ЮВ 100-39, ЮВ 100-40 с длиной проростка 17,8 и 17,4 см соответственно. У гибридов Ик 100-5, Ик 100-6, Ик 100-7, Кр 100-9, Кр 100-10, Кр 100-12, Ом 100 – 31 отмечена длина проростка более 17,0 см.
При холодном проращивании семян кукурузы наблюдалось снижение длины проростков. Так у сортов местной селекции длина проростков снизилась на 1,32-9,24 см по вариантам, а у экспериментальных гибридов на 2,15-13,7 см. Низкие положительные температуры не повлияли на длину проростка у сорта РНИИСК 1, а наоборот наблюдалось незначительное превышение — на 0,24 см (1,64%). Наибольшее снижение длины проростка отмечено у ЮВ 100-40 – на 9,24 см (46,9%), ЮВ 100-39 – на 8,29 см (53,4%).
Длина проростков у экспериментальных гибридов уменьшилась в аналогичных условиях на 40,3-73,6%, что соответствует 3,38-13,7 см. Меньше всего низкая положительная температура повлияла на развитие проростков гибрида Ик 100-8. Более заметная реакция выявлена у гибридов Кр 100-9, Ик 100-5, Кр 100-10. Снижение длины проростка составило 11,57 см и 13, 70 см соответственно.
Содержание сухого вещества в проростках сортов и гибридов селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» на контрольном варианте изменялось в пределах 6,65 – 7,50% в зависимости от варианта. На опытных вариантах (при холодном проращивании) варьирование признака составляло 5,49 — 8,36%. При холодном проращивании наблюдается некоторое снижение сухого вещества относительно контроля на 0,03-1,75%. Исключение составляют гибриды ЮВ 100-39 и ЮВ 100-40, содержание сухого вещества, в проростках которых увеличилось на 1,05% и 1,03%.
Содержания сухого вещества в проростках гибридов из научных учреждений на контроле изменялось в интервале 6,70-8,07%. При проращивании в условиях +100С отмечается увеличение содержания сухого вещества на 0,35-2,83%. Исключение составляет гибрид Ик 100-4, при холодном проращивание накопление сухого вещества на 0,35% ниже относительно контроля.
Таблица 3. Длина и содержание сухого вещества в проростках ку-курузы
№ п/п Сорт (гибрид) Длина проростков, см Содержание сухого вещества в проростках, %
контроль опыт контроль опыт
Сорта и гибриды селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго»
1. РНИИСК 1 14,58 14,82 6,89 6,73
2. Радуга 14,99 8,71 7,50 7,24
3. ЮВ 100-39 17,80 9,51 7,15 8,20
4. ЮВ 100-40 17,40 8,16 6,99 8,36
5. РСК Заря 14,13 12,81 6,95 6,78
6. Стимул 15,54 14,03 6,85 6,89
7. РСК Грасскорн 16,33 12,39 7,20 7,17
8. Забава 13,45 7,85 6,65 6,51
9. Цукерка 13,47 9,25 7,24 5,49
Гибриды селекции других научных учреждений
10. Ик 100-4 11,73 9,58 7,88 7,53
11. Ик 100-5 20,87 9,30 7,47 8,45
12. Ик 100-6 17,36 9,77 6,89 7,25
13. Ик 100-7 17,10 8,93 6,84 8,03
14. Ик 100-8 12,79 9,41 7,37 8,52
15. Кр 100-9 22,94 9,24 7,29 9,63
16. Кр 100-10 21,09 10,18 7,36 7,81
17. Ом 100-30 13,76 8,30 7,09 8,70
18. Ом 100-31 17,37 8,71 6,70 9,53
19. Кр 100-11 15,98 9,88 7,20 7,55
20. Кр 100-12 18,27 9,32 8,07 9,10
21. Кр 100-13 15,38 9,33 6,86 9,09
22. Ом 100-29 15,03 8,13 7,28 9,32
НСР05 2,63 1,84 0,84 0,93
При оценке холодостойкости сортов и гибридов первостепенную роль играет длина главного зародышевого корешка, так как на начальных этапах корешок имеет более быстрые темпы развития в сравнении с проростком [6].
Длина зародышевого корешка при проращивании в оптимальных условиях у сортов селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго» изменялась от 12,55 до 18,65 см (табл. 3). Максимальная длина зародышевого корешка среди местных генотипов выявлена у ЮВ 100-39 (18,65 см), минимальная у сорта Забава. Действие суботпимальных температур привело к снижению длины зародышевого корешка на 1,04-9,88 см у сортов и гибридов местной селекции. Исключение составляют сорта-популяции Стимул и РНИИСК 1, длина их зародышевых корешков увеличивается при холодном проращивании на 1,1 и 2,17 см соответственно. Максимальное снижение выявлено у гибрида Радуга.
Следует отметить, что практически все гибриды селекции других научных учреждений отличались более длинным зародышевым корешком (более 17,0 см), чем сорта и гибриды института. Размах варьирования составляет 15,11-21,35 см. При холодном проращивании наблюдается снижение длины главного зародышевого корня на 1,69-11,13 см. В процентном отношении это снижение варьировало от 11,10% до 44,56%. Меньше всего снижение длины зародышевого корешка наблюдалось у гибрида Ик 100-4.
Содержание сухого вещества в корешках при оптимальной температуре проращивания варьирует в интервале 7,74-11,58 у сортов селекции нашего института и 7,69-12,97 у экспериментальных гибридов. То есть в среднем в гибридах содержание сухого вещества выше на 1,03%.
При проращивании в условиях низких положительных температур получены противоречивые данные. Так у сортов РНИИСК 1, Стимул, РСК Заря, РСК Грасскорн, Цукерка наблюдается повышение содержания сухого вещества относительно контроля на 0,52-2,84%, а у гибридов Радуга ЮВ 100-39 и ЮВ 100-40 снижение на 0,32-1,08%.
Варьирование содержания сухого вещества в корешках у гибридов, полученных из других учреждений, находилось в интервале 7,69 – 13,53%. Субоптимальные температуры в период прорастания привели к снижению показателя на 0,05-2,89%. Наименьшее снижение установлено у гибрида Ом 100-31.
Таблица 4. Длина и содержание сухого вещества в корешках кукурузы
№ п/п Сорт (гиб-рид) Длина главного зародышевого корешка, см Содержание сухого вещества в корешках, %
контроль опыт контроль опыт
Сорта и гибриды селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго»
1. РНИИСК 1 17,89 20,06 9,55 10,07
2. Радуга 17,99 8,11 10,55 9,47
3. ЮВ 100-39 18,65 10,16 11,33 11,01
4. ЮВ 100-40 17,60 9,13 11,58 11,22
5. РСК Заря 15,12 13,93 7,52 10,17
6. Стимул 15,12 16,22 8,45 10,0
7. РСК Грас-скорн 15,80 14,76 8,27 11,11
8. Забава 12,55 8,63 7,74 7,07
9. Цукерка 15,50 10,59 8,44 9,45
Гибриды селекции других научных учреждений
10. Ик 100-4 15,11 13,42 8,56 7,27
11. Ик100-5 25,04 12,63 10,21 7,32
12. Ик 100-6 19,25 11,92 11,63 8,07
13. Ик 100-7 16,29 10,48 9,29 8,63
14. Ик 100-8 20,78 13,41 8,66 8,39
15. Кр 100-9 17,00 12,21 13,53 8,79
16. Кр 100-10 19,95 10,60 12,12 9,49
17. Ом 100-30 19,21 10,44 12,97 11,0
18. Ом 100-31 18,88 14,91 12,10 12,05
19. Кр 100-11 21,35 10,22 7,69 6,89
20. Кр 100-12 18,06 10,05 11,21 11,06
21. Кр 100-13 21,02 11,28 8,67 7,70
22. Ом 100-29 17,17 11,58 11,29 9,35
НСР05 3,74 2,87 2,39 1,61
В селекционных исследованиях, как правило, приходится иметь дело с признаками растений, на которые значительное влияние оказывают изменяющиеся условия среды. Последние могут в свою очередь вызывать вариабельность не только признаков, но и связей между ними, поэтому важна характеристика генотипов не по отдельным признакам, а по их сопряженному комплексу. В связи с этим возникает задача поиска закономерностей изменчивости связей между признаками при смене условий среды, характера проявления корреляций в конкретных условиях опыта по годам [3, 8, 13, 14].
В результате корреляционного анализа между признаками выявлена положительная корреляция между длиной проростка и длиной зародышевого корешка +0,80; между содержанием сухого вещества в проростках и потенциальной холодостойкостью + 0,56; между содержанием сухого вещества в проростках сохранением всхожести + 0,49.
Выводы
В результате рекогносцировочного опыта выявлены сорта и гибриды с активным типом устойчивости к низким положительным температурам (толерантные). К ним следует отнести РНИИСК 1, Радуга, Юв 100-39, Юв 100-40 — селекции ФГБНУ РосНИИСК Россорго и Ик100-4, Ик 100-6, Ик 100-4, Ик 100-5, Ик 100-7, Ик 100-8, Кр 100-9, Кр 100-10, Ом 100-30, ЮВ 100-39 — селекции других научных учреждений России. Перечисленные генотипы следует включать в селекционный процесс с целью создания сортов и гибридов, адаптированных к низким положительным температурам на ранних периодах развития.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горбачева А.Г., Ветошкина И.А. Диагностика холодостойкости линий кукурузы // Кукуруза и сорго. – 2018. – С. 21-26.
2. Дженеше Ж.Х., Заборски Ш., Берзи Т. Появление всходов куку-рузы в холодной почве // Кукуруза и сорго. – 2003. — №1. – с. 19-20.
3. Долотовский И.М., Никонов В.И. Генотипические корреляции хозяйственно-ценных признаков яровой пшеницы // Селекция и семеноводство. — М., 1989. — № 4. — С. 19-21
4. Кияшко Н. И. Физиологические особенности холодоустойчиво-сти линий и гибридов кукурузы (Zea mays L.): Автореф. дис… канд. биол. наук- СПб., 1992. – С.19.
5. Кравченко Р.В. Агробиологическое обоснование получения стабильных урожаев зерна кукурузы в условиях Степной зоны Центрального Предкавказья. – Ставрополь, 2010. – 208 с.
6. Красновский С.А., Жемойда В.Л. Отбор холодостойких геноти-пов кукурузы методом холодного проращивания (GOLD TEST) // Земледелие и селекция в Беларуси. – 2016. – С. 274-280.
7. Маричева Э.Л. Особенности роста и обмена веществ в клетках корня кукурузы при пониженной температуре: Автореф. дис… канд. биол. наук – Л., 1977. – 18 с.
8. Мухордова М.Е., Калашник Н.А. О корреляционном и путевом анализе элементов продуктивности гибридов F1 яровой мягкой пшеницы // Сельскохозяйственная биология. — 2010. — № 3. — С. 54-59.
9. Руденко А.И. Определение фаз развития сельскохозяйственных растений — М.: Из-во МОИП, 1950. – 150 с.
10. Тарасов С.И. Влияние температуры на активность фитогормонов и рост проростков кукурузы: Автореф. дис. канд. биол. наук. – М., 1983. – 16 с. 7
11. Физиология сельскохозяйственных растений. Физиология куку-рузы и риса / отв. Ред. Б.А. Рубин. – М.: Из-во МГУ, 1969. – Т.V/ — 416 c.
12. Шмараев Г.Е. Генофонд и селекция кукурузы. – Спб.: ВИР, 1999. – 390 с.
13. Das P.K. Studies on selection for yield in wheat. An application of genotypic and phenotypic correlations, path-coefficient analysis and discriminant functions // J. of Agric. Sci. — 1972 — V. 79 — Issue 3 — P. 447-453.
14. Paroda R.S., Joshi A.B. Correlation, pathcoefficients and their implication of discriminan function for selection in wheat (Triticum aestivu L.) // Heredity. — 1970 — V. 25 — No. 3 — P. 382-392.
EVALUATION OF VARIETIES AND HYBRIDES OF CORN BY THE METHOD OF COLD CULTIVATION (COLD TEST)
Gudova Lyudmila Aleksandrovna, Zaitsev Sergey Aleksandrovich, Pominov Alexey Vladimirovich, Levkina Albina Yuryevna, Kalinin Yuriy Aleksandrovich
Russian Research Design and Technology Institute for Sorghum and Maize “Rossorgo” in Saratov
An assessment of the cold resistance of breeding varieties and hybrids of the Federal State Budget Scientific Research Institution of RosNIISK Rossorgo (9 pcs.) And hybrids of selection of other scientific institutions of Russia (13 pcs.) By the cold test “cold test” method is presented. As a result, tolerant samples with an active type of resistance to low positive temperatures (the first group of cold resistance) were identified: RNIISK 1, Rainbow, SE 100-39, SE 100-40 of selection of the Federal State Budget Scientific Research Institution RosNIISK Rossorg, Ik 100-6, Ik 100-4, Ik 100-5, Ik 100-7, Ik 100-8, Kr 100-9, Kr 100-10, Ohms 100-30, Ohms 100-31 — selection hybrids of other scientific institutions of Russia. Assessment criteria were laboratory germination, the length of the seedling, the length of the main germinal root, the dry matter content in the seedlings and the root.
Keywords: corn, hybrid, variety, cold hardiness, germination, seedling, main germinal root, germination.