УДК 633.15:577.161.1.017.22
Сергей Анатольевич ХОРОШИЛОВ1, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией селекции и семеноводства кукурузы
Александр Николаевич ВОРОНИН1, доктор сельскохозяйственных наук, заместитель директора по научной работе
Михаил Юрьевич ТРЕТЬЯКОВ2, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией селекции декоративных культур
Марина Васильевна КЛИМЕНКО1, научный сотрудник
Татьяна Владимировна БИРЮКОВА1, младший научный сотрудник
1Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Белгородский федеральный аграрный научный центр Российской академии наук»; 308001, г. Белгород, ул. Октябрьская, д. 58
E—mail: zeamaize@yandex.ru; тел. (4722)27-89-73
2Научно-образовательный центр «Ботанический сад научно-исследовательский университет «Белгородский государственный университет»; 308015, г. Белгород, ул. Победы, д. 85
E—mail: tretyakov_m@bsu.edu.ru
Статья информирует о регулировании с помощью применения классических селекционно-генетических методов питательной ценности зерна кукурузы за счёт обогащения его пигментного комплекса каротиноидами. Охарактеризованы климатические условия в период проведения эксперимента. Приведены результаты исследования по содержанию каротиноидных пигментов в зерне новых районированных гибридов кукурузы, созданных в ФГБНУ «Белгородский ФАНЦ РАН» по сравнению с местным стандартным гибридом и набором известных гибридов иностранной селекции, распространённых в регионе. Указан сбор каротиноидов с единицы площади с учётом зерновой продуктивности гибридов кукурузы. Выделены наиболее ценные гибриды – Ресурсный СВ, Радужный СВ и Достойный СВ, способные формировать повышенную концентрацию каротиноидных пигментов в пересчёте на лютеин (98,4; 98,1 и 104,0% соответственно) в зерновом комплексе по отношению к стандарту.
Ключевые слова: каротиноиды, гибриды кукурузы, зерновой комплекс, самоопылённая линия, компонент скрещивания.
Кормовая ценность кукурузы как зернофуражной, так и силосной очень высока. Не случайно, что кормосмеси, включающие в состав данную культуру, являются высокоэнергетическим продуктом, который пользуется значительным спросом в животноводческой и птицеводческой отраслях сельского хозяйства. Наряду с этим, потенциал кукурузы как высококачественного натурального корма не исчерпан и постоянно совершенствуется с помощью различных селекционно-генетических программ исследований в отечественных и зарубежных научных центрах.
Из набора современных гибридов кукурузы, используемых на кормовые нужды, особую ценность имеют такие гибриды, которые обладают улучшенными характеристиками качества зерна [3].
Известны различные селекционные направления, ориентированные на повышение качества зерна кукурузы — увеличение количества сахаров, белка, крахмала, жира, каротиноидов. Последний показатель представляет особый интерес, так как играет важную роль в метаболизме не только животных, но и человека.
Ещё в 20-е годы XX-го века учёными-животноводами в США при откорме свиней было отмечено, что использования желтозёрной кукурузы более ценно по сравнению с белозёрной, что обусловливалось большими прибавками в весе [8]. Окраска зерна кукурузы зависит от наличия пигментов жёлтого, оранжевого или красного цвета, которые собственно и являются каротиноидами [5]. Современные исследования подтверждают высокий эффект влияния кормов, обогащенных провитамином А, на сохранность и продуктивность птицы, увеличение средней массы яйца, интенсивность яйцекладки, а так же насыщенность цвета желтка яйца [4].
Концентрация каротиноидных пигментов у кукурузы в значительной степени зависит от генетических особенностей родительских компонентов гибрида [9].
Материалы и методы
Научные исследования проводили на базе лаборатории селекции и семеноводства кукурузы в селекционном севообороте с использованием полевых и статистических методик оценки селекционного материала для Государственного испытания сельскохозяйственных культур [2]. Расположение делянок систематическое. Повторность в питомниках предварительного испытания 2-х кратная, делянка двухрядковая площадью 9,8 м2.
Почва опытного участка – чернозём типичный, среднемощный, малогумусный, тяжелосуглинистый на лёссовидном суглинке с содержанием гумуса (по Тюрину) 4,7-5,6%, рН солевой вытяжки 5,8-6,3, содержание подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) соответственно 67-78 и 88-112 мг/кг почвы, степень насыщенности основаниями около 90%.
При проведении эксперимента применяли следующие агротехнические приемы: предшественник – озимая пшеница, осенью провели обработку дисковым мульчировщиком ДМ — 3,2 и вспашку плугом ПЛН 5-35 на глубину 22-24 см. Весной при достижении физической спелости почвы для закрытия влаги провели боронование лёгкими боронами БЗСС — 1; внесение удобрения Азофоска (16:16:16) в дозе 400 кг/га, в физическом весе, сеялкой СЗ — 3,6; предпосевная культивация на глубину 5 – 7 см культиватором АКШ – 6. Посев (5 мая) проводили специальной селекционной сеялкой с шестью порционными конусными высевающими аппаратами. Сразу после посева внесён почвенный гербицид Дифилайн в дозе 1,6 л/га. В фазе 5 листьев применили в комплексе страховые гербициды Дублон – 1,5 л/га и Балерина — 0,4 л/га. После 2-х недельного периода выдержки провели однократную междурядную культивацию без окучивания КРН – 5,6.
С целью борьбы с Европейским кукурузным мотыльком (Ostrinia nubilaris) проводили двукратное расселение естественного энтомофага из рода трихограммы (T. еuproctidis) в дозе 1 г/га в 2-х кратной повторности.
В период вегетации кукурузы проводили фенологические наблюдения за начальными темпами роста растений, датой цветения и общим состоянием растений, устойчивостью растений к полеганию и поражению болезнями.
Уборку учётных делянок кукурузы проводили вручную с определением массы початков на делянке. Влажность зерна определяли по среднему образцу из трёх початков влагомером «Wile – 65».
Содержание каротиноидов в семенах кукурузы определяли по разработанной методике в пересчёте на лютеин [7].
Полученные экспериментальные данные статистически обрабатывали методом однофакторного дисперсионного анализа на персональном компьютере с использованием программы Statistica — 6.0 [1].
В целом рост и развитие кукурузы проходили на фоне повышенной (123%) суммы эффективных температур = 1723,70С (рис. 1) и обилии (138%) осадков = 362,8 мм (рис. 2) в сравнении со среднемноголетними показателями – 1400,50С и 262,2 мм соответственно.
Хорошая термо- и влагообеспеченность I и II декады мая позволили получить всходы в оптимальные (8-10 сут.) сроки. В период от всходов до цветения климатические показатели колебались незначительно, не вызывая стресса у растений кукурузы.
Цветение растений (I – II декада июля) проходило на фоне сочетания очень большого количества осадков (515,5% к среднемноголетнему) при показателе эффективных температур близких к среднемноголетним. Сложившиеся благоприятные условия на данном этапе развития кукурузы способствовали закладке высокого потенциала зерновой продуктивности.
Наряду с этим, последние этапы налива зерна (II — III декада августа) и весь период созревания зерна (I — II декада сентября), проходили на фоне температур выше среднего уровня и практически полном отсутствии осадков. Это способствовало сбросу заложенного потенциала урожая у чувствительных форм, но одновременно благоприятно отразилось на формировании низкой влажности зерна кукурузы к уборке.
Таким образом, в целом климатические условия вегетационного периода сложились благоприятно для роста и развития растений кукурузы. Особенностью года явилась возможность отбора генотипов кукурузы, способных переносить засушливые условия на конечном этапе налива зерна.
Результаты исследований
С целью создания гибридов кукурузы с повышенным содержанием каротиноидов в лаборатории селекции и семеноводства кукурузы ФГБНУ «Белгородский ФАНЦ РАН» в 2010 г. был создан ряд оригинальных самоопылённых линий рабочей коллекции для выявления перспективных образцов [6].
На основании полученных результатов лучшие самоопылённые линии кукурузы были вовлечены в целенаправленные скрещивания в качестве материнских и отцовских компонентов трёхлинейных гибридов. Лучшие из полученных гибридов кукурузы (Эффектный СВ, Ресурсный СВ, Стабильный СВ и Достойный СВ) успешно прошли Государственное испытание (2013-2017 гг.) и включены в реестр селекционных достижений РФ на допуск к использованию по Центрально-Чернозёмному региону. Кроме этого гибрид кукурузы Ресурсный СВ с 2017 г. допущен к использованию по Средне-Волжскому региону, а новый гибрид Радужный СВ проходит Государственное испытание.
Зерно данных гибридов в 2018 г. изучено по количественному содержанию каротиноидов в сравнении с местным стандартным гибридом Белкорн 250 МВ и некоторыми распространёнными в нашем регионе гибридами иностранной селекции (ГИС).
Полученные результаты количественного содержания каротиноидов зернового комплекса новых гибридов кукурузы, показали существенное превышение над стандартным гибридом Белкорн 250 МВ, а так же над большинством гибридов иностранной селекции (табл. 1). Это свидетельствует о правильно определённых критериях подбора компонентов скрещивания для достижения повышенной концентрации каротиноидных пигментов.
Необходимо отметить, что материнской формой у гибридов Эффектный СВ, Ресурсный СВ, Стабильный СВ и Радужный СВ является высокопродуктивный стерильный простой гибрид Сириус С. Но данный факт не помешал наличию существенных различий даже между этими гибридами кукурузы, следовательно, значительный вклад в формирование повышенного количества каротиноидов вносит и отцовский компонент скрещивания.
Таблица 1. Содержание каротиноидов в зерне отечественных и иностранных гибридов кукурузы (в пересчёте на лютеин), 2018 г.
|
№ п/п |
Гибрид |
Количество каротиноидов, мг/кг |
± к St. |
|
1 |
Белкорн 250 МВ (St) |
9,7 |
— |
|
2 |
Эффектный СВ |
14,0 |
4,3 |
|
3 |
Ресурсный СВ |
18,4 |
8,7 |
|
4 |
Стабильный СВ |
15,0 |
5,3 |
|
5 |
Достойный СВ |
19,8 |
10,1 |
|
6 |
Радужный СВ |
19,0 |
9,3 |
|
7 |
ГИС 1 (Майсадур) |
11,9 |
2,2 |
|
8 |
ГИС 2 (Майсадур) |
13,5 |
3,8 |
|
9 |
ГИС 3 (Майсадур) |
10,0 |
0,3 |
|
10 |
ГИС 4 (Сингента) |
16,9 |
7,2 |
|
11 |
ГИС 5 (Сингента) |
16,6 |
6,9 |
|
12 |
ГИС 6 (Монсанто) |
13,5 |
3,8 |
|
13 |
ГИС 7 (Вудсток) |
16,9 |
7,2 |
|
Среднее |
15,4 |
||
|
НСР0,05 |
3,29 |
||
Из набора представленных гибридов кукурузы, наибольшей концентрацией каротиноидных пигментов в зерновом комплексе отличаются гибриды Радужный СВ и Достойный СВ с содержанием 19,0 и 19,8 мг/кг, соответственно. Данные гибриды в качестве отцовского компонента имеют оригинальную самоопылённую линию кукурузы SB 5-1, являющуюся естественным восстановителем «С»-типа ЦМС, которая, по нашему мнению, вносит значительный вклад в формирование повышенной величины концентрации каротиноидов зернового комплекса указанных гибридов. Такое предположение требует дальнейшего изучения закономерностей наследования данного признака и публикации результатов в научных изданиях.
Наряду с изучением количества каротиноидов в зерне исследуемых гибридов кукурузы, интерес представляет их сбор с единицы площади в зависимости от величины урожайности зерна данных гибридов (табл. 2).
Таблица 2. Урожай зерна гибридов кукурузы и сбор каротиноидов с единицы площади (в пересчёте на лютеин), 2018 г.
|
№ п/п |
Гибрид |
Урожай зерна, т/га |
Количество каротиноидов, г/га |
± к St., г/га |
|
1 |
Белкорн 250 МВ (St) |
8,5 |
82,5 |
— |
|
2 |
Эффектный СВ |
8,3 |
116,2 |
33,7 |
|
3 |
Ресурсный СВ |
8,9 |
163,7 |
81,2 |
|
4 |
Стабильный СВ |
7,8 |
117,0 |
34,5 |
|
5 |
Достойный СВ |
8,5 |
168,3 |
85,8 |
|
6 |
Радужный СВ |
8,6 |
163,4 |
80,9 |
|
Среднее |
8,4 |
135,2 |
||
|
НСР 0,05 |
0,78 |
|||
|
V, % |
4,4 |
26,0 |
||
Из данных таблицы 2 видно, что при отсутствии существенных различий по зерновой продуктивности, среди указанных гибридов кукурузы, количественный сбор каротиноидов с единицы площади значительно варьирует (V = 26,0%). Так гибриды Эффектный СВ и Стабильный СВ обеспечивают увеличение сбора каротиноидов на 40,9 и 41,8% соответственно, Ресурсный СВ и Радужный СВ стремятся к удвоению (98,4 и 98,1% соответственно), а Достойный СВ удваивает (104,0%) сбор с единицы площади по отношению к стандарту.
Выводы
Таким образом, в результате проведённых исследований показана возможность генетического контроля качества зернового комплекса кукурузы по содержанию каротиноидов.
Внесенные в Госреестр РФ гибриды кукурузы Белгородского научного центра являются ценными натуральными источниками повышения качества кормов и, как следствие, продукции, производимой животноводческой и особенно птицеводческой отраслями нашего региона.
Особенное внимание заслуживает гибрид кукурузы Достойный СВ, так как имеет наибольшую концентрацию каротиноидов в зерновом комплексе, тем самым существенно превышая по этому показателю стандарт и известные иностранные гибриды кукурузы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
- Методические рекомендации по проведению полевых опытов с кукурузой / Д.С. Филев, В.С. Циков, В.И. Золотов, Н.И. Логачев, Н.Я. Телятников, А.К. Пономаренко. Днепропетровск: ВНИИ кукурузы, 1980. – 54 с.
- Радочинская Л.В. Гибриды кукурузы с высокими показателями качества зерна — надёжная основа кормовой базы в животноводстве южных регионов // Селекция гибридов кукурузы для современного семеноводства: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства 24-25 августа 2016г. – ИП Каверин И.С. – Тамбов, 2016. – С. 313.
- Резниченко Л.В. Эффективность применения в рационах кур бета-каротина разного происхождения \ Л.В. Резниченко // Зоотехния. — 2004. — №1. — С. 18-19.
- Смоликова Н.Г., Медведев С.С. Каротиноиды семян: синтез, разнообразие и функции \ Н.Г. Смоликова, С.С. Медведев // Физиология растений. – 2015. – Т.62. — №1. – С. 3-16.
- Третьяков М.Ю., Хорошилов С.А., Подкопайло Р.В., Дейнека В.И. Определение каротиноидов зерна некоторых сортов и самоопыленных линий кукурузы // Управление продукционным процессом в агротехнологиях 21 века: реальность и перспективы: Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 35-летию образования Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства. 15-16 июля 2010 г. – Белгород: «Отчий край», 2010 – С. 332-335.
- Третьяков М.Ю., Дейнека В.И., Подкопайло Р.В. Особенности экстрагирования ксантофиллов из зерна Zea mays L. // Каталог докладов IV Международной конференции «Экстракция органических соединений» [Текст] / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж: ВГТА, 2010. – C. 225.
- Югенхеймер Р.У. Кукуруза: улучшение сортов, производство семян, использование / Пер. с англ. Г.В. Дерягина, Н.А. Емельяновой; Под ред. И с предисл. Г.Е. Шмараева. – М.: Колос, 1979. – 519с., ил.
- Brunson A.N., Quackenmush F.M. Breeding corn with high provitamin A in the grain \ A.N. Brunson, F.M. Quackenmush // Crop Sci. – 1962. – 2 (4). – C. 344-347.
THE CONTENT OF CAROTENOIDS IN THE GRAIN COMPLEX OF CORN HYBRIDS
Khoroshilov Sergey Anatolyevich, Voronin Alexander Nikolaevich, Tretyakov Mikhail Yuryevich, Klimenko Marina Vasilevna, Biryukova Tatyana Vladimirovna
1Federal state budgetary scientific institution «Belgorod Federal agrarian scientific center of the Russian Academy of Sciences»
2Scientific and educational center «Botanical garden research University» Belgorod state University»
The article informs about the regulation through the use of classical breeding and genetic methods of the nutritional value of corn grain due to the enrichment of its pigment complex with carotenoids. The climatic conditions during the experiment are characterized. The results of the study on the content of carotenoid pigments in grain of new released maize hybrids created in FEDERAL state budgetary scientific institution «Belgorod FANS ran» compared to the standard hybrid and a set of known hybrids of foreign breeding, common in the region. The collection of carotenoids per unit area, taking into account the grain productivity of corn hybrids. The most valuable hybrids – the Resource CB, rainbow CB and Worthy CB, capable to form the increased concentration of carotenoid pigments in terms of lutein (98,4; 98,1 and 104,0% respectively) in a grain complex in relation to the standard are allocated.
Keywords: carotenoids, maize hybrids, grain complex, self-pollinated line, crossbreeding component.