Оценка образцов сорго зернового, сахарного и травянистого на устойчивость к низким положительным температурам
Ростиразвитие растений в естественных природных условиях часто проходят при неблагоприятных условиях окружающей среды, а именно под воздействием температурных колебаний. Климатические условия, вызывающие абиотические стрессы, — основные факторы, способствующие снижению стабильности производства продукции растениеводства. В связи с этим применение в селекции различных способов повышения устойчивости растений к стрессу (засуха, низкая и высокая температура, засоление и закисление почв и др.) является важной задачей. Одно из наиболее эффективных решений — это использование в производстве устойчивых (адаптивных) сортов. А.А. Жученко и ряд зарубежных ученых высказывают мнение о существовании различий общей и специфической адаптации. Прямая реакция растений, направленная на обеспечение более высокой продуктивности при варьирующих условиях внешней среды, является специфической, а общая — это генотипическая способность вновь образованных фенотипов адаптироваться к различным агроклиматическим условиям.
Способность растения к адаптации в большей степени обусловливается его генотипом. Свойство растения изменять метаболизм в соответствии с условиями окружающей среды говорит о его лучшей способности к адаптации.
Сорго относится к семейству мятликовых (Poaceae), род Sorghum Moench, и насчитывает до 70 видов возделываемого сорго и группу полудиких и диких растений. Культура сорго обладает большой пластичностью, хорошо приспосабливается к почвенно-климатическим условиям выращивания и имеет широкий ареал распространения. Сорго (по происхождению) — тропическое теплолюбивое растение, оптимальные условия для прорастания семян, их роста и развития наступают при температуре 25–30 °С. Посев семян в непрогретую почву (7–8 °С) (или понижение температуры в послепосевной период) отражается на снижении полевой всхожести (семена покрываются плесенью, долго не прорастают), посевы изреженные, зарастают сорняками, снижается урожайность. Сорго очень чувствительно к относительно низким температурам почвы и воздуха, особенно к заморозкам. Воздействие минусовой температуры (в 2–3 °С) вызывает гибель всходов, а всего растения — понижение в фазу «цветение» до +1 °С.
На сегодняшний день остается актуальным вопрос изучения устойчивости растений к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, а именно исследования по выявлению холодоустойчивых сортов, источников и доноров с хозяйственно ценными признаками. Использование этих перспективных генотипов в селекционном процессе внесет положительный вклад в решение проблемы холодоустойчивости сорго.
Цель исследования — выявить источники устойчивости к низким положительным температурам селекционного материала сорго зернового, сахарного и травянистого.
Материалы и методы исследования
Исследования были проведены в лаборатории физиологии растений ФГБНУ «АНЦ “Донской” с 2019 по 2022 год. В лабораторных исследованиях изучались 424 образца разных видов сорго (зерновое, сахарное, травянистое). Диагностику холодоустойчивости проводили на начальном этапе развития растений сорго в условиях пониженных температур. Для исследования были отобраны здоровые и неповрежденные семена, которые обеззараживали 0,5%-ным раствором марганцовокислого калия, затем промывали под проточной водой. Семена опытного варианта проращивали в термостате Binder при постоянной температуре (+8 °С), подсчет проводили на 15-е сутки и удаляли проросшие семена, а оставшиеся доращивали еще четыре дня при температуре +25 °С. На 19-й день опыта проводили окончательный учет результатов. В контрольном варианте семена проращивали на дистиллированной воде при температуре 25 °С. Параллельно с учетом данных количества проросших семян на 15-й и 19-й день устанавливалась величина морфометрических показателей (длина ростка, длина корешка и количество корешков).
Холодоустойчивость определяли по формуле:
ХУ = а/б×100%,
где: ХУ— холодоустойчивость, %; а — количество проростков при t = +8 °С; б — количество растений, проросших при t = +8 °С и +25 °С.
В зависимости от прорастания семян (холодоустойчивость) образцы разделяли по группам:
І. Прорастание более 80% — высокохолодоустойчивые.
ІІ. 61–80% — устойчивость выше среднего.
ІІІ. 41–60% — среднеустойчивые.
ІV. 21–40% — устойчивость ниже среднего.
V. 0–20% — неустойчивые.
Варьирование признаков определяли по методике Б.А. Доспехова: изменчивость принято считать незначительной или слабой (V% ≤ 10,0%), средней (V% = 10,0–20,0%), значительной или высокой (V% > 20,0%).
Результаты и обсуждение
Несмотря на то что сорго теплолюбивая культура, его растения способны прорастать и давать всходы при пониженных положительных температурах. Холодоустойчивость растений сорго зернового, сахарного и травянистого оценивали по способности семян прорастать в условиях низких положительных температур. Генотипы, характеризующиеся высокими значениями потенциальной холодоустойчивости и сохранением всхожести, являются толерантными к холоду. Сорта разных видов сорго неодинаково реагировали на действие низкотемпературного стресса, который оказал негативное действие на всхожесть семян.
Лабораторная оценка всхожести семян при проращивании в холоде выявила, что наиболее высокие значения холодоустойчивости отмечены у сортов травянистого и сахарного сорго (средние данные всхожести по образцам составили 93,4% и 91,4 % соответственно) (табл. 1).
Образцы сорго зернового реагировали на низкие температуры снижением этого показателя, всхожесть составила 79,1%, что на 14,3% и 12,3 % ниже по сравнению со всхожестью семян сорго травянистого и сахарного соответственно. Получены экспериментальные результаты, на основании которых изучаемые генотипы были ранжированы на группы устойчивости. Среди видов сорго группу «высокоустойчивые» (всхожесть семян при низких положительных температурах 81–100%) составили 48% сорго зернового, 53% — сахарного, 68% — травянистого. Устойчивость выше средней отмечена у 27% сорго зернового, 19% — сахарного, 14% — травянистого. Среднеустойчивые образцы составляют 16%, 12% и 14% сорго зернового, сахарного и травянистого соответственно. Устойчивость ниже средней выявлена у сорго зернового, сахарного и травянистого — 6%, 9% и 1% соответственно. В группе «неустойчивые к низким температурам» по 3% составляют образцы сорго зернового и травянистого, а 7% — сахарного (рис. 1).
Среди изученных 299 гибридов и линий сорго зернового группу с высокой холодоустойчивостью составляют 48% (143 образца) со всхожестью от 84,8% (Джетта х Уч. 10/21) до 97,7% (Деметра х Уч. 42/20, Деметра х ЗСК 20/10). Максимальные значения всхожести семян от 97,0% (ЗСК 444/16 х Уч. 27/18) до 97,7% (Деметра х Уч. 42/20, Деметра х ЗСК 20/10) отмечены у 10 образцов.
В период прорастания семян сорго сахарного из 43 изучаемых генотипов 53% (23 образца) составляют высокохолодоустойчивые со всхожестью семян от 81,4% (А-63 х ЗР 454/32) до 97,9% (Деметра х КД-388, Деметра х Южное, АПВ-1115 х КЛ-12198). Наибольшие значения данного признака в условиях проращивания в холоде зафиксированы у 10 образцов — от 96,6% (АПВ-1115 х ЗР-454/442) до 97,9% (Деметра х КД-388).
При изучении сорго травянистого (82 образца) было выявлено 56 шт. (68%), относящихся к группе высокохолодоустойчивых, всхожесть которых варьировала от 82,4% (ФП-1541) до 99,0% (АПВ-1115 х Св. 4). Наиболее высокие значения признака находились в пределах от 97,6% (АПВ-1115 х АЛК-149/1) до 99,0% (АПВ-1115 х Св. 4).
Толерантность к холоду влияла на активность роста и развития проростков. Определяли изменение линейных параметров растений (длина проростка, корня и количество зародышевых корешков), отклонение этих значений при низких положительных температурах от параметров при оптимальных условиях. Изучаемые образцы разных видов сорго значительно различались по длине ростка, которая при оптимальной температуре варьировала от 9,8 до 10,5 см, а при проращивании в холоде — от 1,9 до 2,5 см (табл. 2).
В зависимости от температурного режима проращивания изменялась длина ростка: при оптимальных условиях (25 °С) средние значения по всем видам сорго составили 10,2 см, а при 8 °С — 2,1 см. Аналогичная реакция на изменение температурных режимов наблюдается по интенсивности роста корешков у всех видов сорго. Средние значения длины корешков по всем видам сорго при холодном проращивании составили 7,1 см, а при оптимальных условиях выращивания — 13,5 см. Количество корешков у семян, проросших на 15-й день, — 1 шт., а у проросших на 19-й день — 3 шт. Холодостойкие образцы отличались наибольшей длиной ростков и корешков.
Коэффициенты вариации длины ростка и корешка при проращивании в холоде были средними: у зернового сорго — 11,6% и 17,7%, сахарного — 12,3% и 19,2%, травянистого — 10,1% и 16,6% соответственно. При доращивании всходов и на контроле коэффициенты вариации были высокими — от 20,1 до 29,7%, что свидетельствует о значительной изменчивости признака.
По результатам лабораторных исследований оценки холодоустойчивости разных видов сорго на ранних стадиях развития растений выявлены генотипы, которые могут быть использованы в селекционных программах по созданию сортов, устойчивых к действию пониженных положительных температур воздуха и почвы.
Выводы
Получены экспериментальные данные по изучению холодоустойчивых образцов сорго зернового, сахарного и травянистого. Выявлены сорта травянистого и сахарного сорго с наибольшей лабораторной всхожестью семян (средние данные всхожести составили 93,4% и 91,4% соответственно), а сорго зерновое реагировало на температурный стресс снижением этого показателя (79,1%).
Первую группу «высокоустойчивые» и вторую группу «устойчивость выше средней» (со всхожестью семян при низких положительных температурах от 61 до 100%) составляют: сорго зерновое — 75%, сахарное — 72%, травянистое — 82%.
Выделены сортообразцы среди трех видов сорго, имеющие максимальные значения всхожести и обладающие наибольшей интенсивностью начального роста семян при температурном стрессе: зерновое (Деметра х ЗСК 404/17, Деметра х Уч. 42/20, Деметра х ЗСК 20/10), сахарное (Деметра х КД-388, Деметра х Южное, АПВ-1115 х КЛ-12198), травянистое (АПВ-1115 х Ч 4, Деметра х ЛИК-2011, АПВ 1115 х Св. 4). Они могут быть использованы в селекционных программах при создании сортов, устойчивых к действию пониженных положительных температур воздуха и почвы на ранних стадиях развития растений, а также для расширения ареала возделывания этой культуры в более северные регионы России.
Об авторах
Валентина Леонидовна Газе, младший научный сотрудник лаборатории физиологии растений, Аграрный научный центр «Донской», Научный городок, 3, г. Зерноград, Ростовская обл., 347740, Россия
valentinagaze@yandex.ru; ORCID ID: 0000-0002-4618-6125
Ирина Алексеевна Лобунская, агроном лаборатории физиологии растений, Аграрный научный центр «Донской», Научный городок, 3, г. Зерноград, Ростовская обл., 347740, Россия
lobunskaya95@mail.ru; ORCID ID: 0000-0003-1537-8498
Павел Иванович Костылев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства риса, Аграрный научный центр «Донской», Научный городок, 3, г. Зерноград, Ростовская обл., 347740, Россия
p-kostylev@mail.ru; ORCID ID: 0000-0002-4371-6848
Владимир Викторович Ковтунов, кандидат сельскохозяйственных наук,ведущий научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства сорго зернового, Аграрный научный центр «Донской», Научный городок, 3, г. Зерноград, Ростовская обл., 347740, Россия
kowtunow85@mail.ru; ORCID ID: 0000-0002-7510-7705
УДК 633.174+633.62+633.282:632.111 DOI: 10.32634/0869-8155-2023-373-8-115-119
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
