AN EVALUATION OF RELATIVE DROUGHT TOLERANCE OF SUGAR MAIZE VARIETIES UNDER LABORATORY CONDITIONS

При подборе гибридов и сортов любой культуры необходимо учитывать все стрессовые факторы для конкретной зоны, в том числе и водный режим. Кукуруза экономнее других растений расходует влагу. Коэффициент транспирации составляет 230-250, в то время как у пшеницы он колеблется в пределах 430, у овса – 430, у ячменя – 382, проса – 266. При прорастании потребность зерновок кукурузы во влаге составляет 44% от собственной массы, в то время как у пшеницы она составляет 55%, ячменю – 50, овсу – 65%. Оптимальное количество осадков для вегетации кукурузы принято считать 450-600 мм, а влажность почвы – 60-75%

Наибольшая потребность во влаге – во время всходов, за десять дней до выметывания и спустя 15-20 дней после выметывания (когда формируется пыльца и начинается формирование семян). Недостаток воды в эти периоды приводит в итоге к снижению урожая

Так как окружающая среда оказывает значимое влияние на онтогенез растений, требования к сорту или гибриду должны зависеть от зоны возделывания. Также должны быть определены признаки и свойства, необходимые для большинства природных зон

Погодные условия Нижневолжского региона, в частности Саратовской области, в период вегетации характеризуются высокой температурой воздуха, недостаточным количеством осадков и неравномерным их распределением. Вопрос о получении исходного материала для селекции новых сортов и гибридов сахарной кукурузы, устойчивого к засушливым условиям, остается актуальным.

Для изучения засухоустойчивости сахарной кукурузы были отобраны наиболее перспективные сортообразцы коллекции ВИР, Российской селекции, а также тестерные гибриды F1: к-3151, к-1585, Алина, к-4475, Услада, Краснодарский сахарный 250, к-103, к-4444, к-4456, к-13807, Цукерка, к-103, к-291, к-4840, Забава, Цукерка/к-103, Забава/ к-4452, Цукерка I2.

Один из методов оценки относительной засухоустойчивости основан на лабораторном мониторинге процесса прорастания семян и формирования проростков на растворах осмотиков, имитирующих недостаток влаги

Исследования проводились в 2023 г., двукратно, в трех повторностях. При рассмотрении результатов использовали средние данные. Были отобраны здоровые, выполненные зерна в количестве 50 штук. В контрольном варианте семена проращивали в дистиллированной воде, а в опытном – в растворе сахарозы с осмотическим давлением 9 и 12 атм. (концентрация: 124 г, 165 г сахарозы на 1 л соответственно). Объем дистиллированной воды и раствора сахарозы одинаков как в контрольном варианте, так и в опытных вариантах. Учет всхожести семян, проросших в растворах сахарозы (и соответствующего контроля), проводился на 6 день (более длительное время приводит к развитию плесени). Проросшими считают семена, имеющие корешок не менее 1 см.

Доля прорастания зерновок в опыте по отношению к контролю являлась критерием засухоустойчивости, а для углубленной оценки выделившихся образцов, согласно вышеуказанным методикам, использовали критерий накопления сухой массы проростками

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена методом дисперсионного, корреляционного анализов с использованием пакета программ Excel, AGRОS2.07, а также методом обработки данных при альтернативной изменчивости

Исследования выполнены в 2023 году по государственному заданию Министерства сельского хозяйства РФ.

Определение всхожести семян гибридов кукурузы на растворах с различной степенью осмотического давления позволило выявить различия исследуемых образцов (таблица 1). Отмечено снижение всхожести семян при повышении осмотического давления с 94,7% до 67,07и 51,06% (в среднем). Снижение суммы сухой массы по сравнению с контролем составило: 72% – на растворе осмотика 9 атмосфер и 83% – 12 атмосфер.

По проценту прорастания зерновок в осмотических растворах изучаемые формы условно распределили на четыре группы: слабоустойчивые (всхожесть семян ≤ 25 %), среднеустойчивые (25…50 %), устойчивость вышесредней – (50…75%) и высокоустойчивые (≥75%). На растворе сахарозы с осмотическим давлением 9 атмосфер высокую степень относительной засухоустойчивости демонстрировали образцы: к-3151, Алина, к-4444, к-13807, Забава/к-4452, Цукерка/к-103. Генотипы с низкой устойчивостью – к-1585, к-103.

В качестве дополнительных диагностических признаков были использованы критерий накопления сухой массы проростками сахарной кукурузы: чем меньше масса сухого вещества, тем выше степень депрессии и тем менее устойчив образец. Высокую устойчивость к фактору стресса (степень депрессии<25%) по данному критерию не проявил ни один генотип. Наименьшую депрессию ростовых процессов на растворе 9 атмосфер отметили у сортообразцовк-3151 и к-291.

 Доля зерновок, проросших в осмотическом растворе 12 атмосфер варьировала от 32,29 до 70,08% (таблица 2). Высокий процент всхожести был зафиксирован у генотипов Забава/к-4452 (тестерный гибрид) и ЦукеркаI2. Тем не менее доля накопления сухой массы у большинства образцов – низкая (не превышала 32,44%). Наименьшая степень депрессии была выявлена у образца к-3151 и самоопыленной формы (I2) сорта Цукерка.

 Изучение относительной засухоустойчивости генотипов сахарной кукурузы по критерию накопления проростками сухой массы показало, что ни один образец урожая 2022 года, пророщенные в растворах осмотиков, не приблизился по значениям к контролю, а на представленной ниже диаграмме видно значительное уменьшение значений сухой массы (рисунок 1).

Рисунок 1 - Оценка относительной засухоустойчивости образцов сахарной кукурузы по критерию накопления сухой массы проростками в растворах 9 и 12 атмосфер

DOI:10.23649/JAE.2023.33.4.1

В лабораторных условиях проведена оценка интенсивности начального роста ростков и корешков сортообразцов сахарной кукурузы в условиях дефицита воды, вызванного увеличением концентрации раствора сахарозы (таблица 3). При расчете данных по каждому признаку выявили, что Fфакт>Fтеор., F-критерий значим, нулевая гипотеза отвергается, и, следовательно, имеет смысл проводить дальнейшие исследования.

 Экстремумы средних линейных значений длины корня составили: контроль – 4,23…10,81 см, раствор 9 атмосфер – 1,56…5,53 см, 12 атмосфер – 0,51…5,53 см; длины ростка: 3,86…10,18 см, 0,83…2,61 см, 0,00…1,55 см соответственно. В ходе исследования отмечено снижение средних значений длины корешка (от 7,64 см до 3,54 и 2,92 см) и длины проростка (6,07 см до 1,25 и 0,93 см). На рисунках 4, 5 наглядно отражены особенности начального роста проростков на контроле и разных концентрациях раствора сахарозы (рисунки 2, 3). Отмечено, что с увеличением концентрации осмотика уменьшается линейная величина проростков, по сравнению с контрольным вариантом, а изменение показателей размера корней оказалось менее значительным чем ростков. Стоит выделить генотипы к-3151, Цукерка I2, у которых длина корней, относительно контрольного варианта, снизилась незначительно. У образцов Алина, к-4444 и к-13807 наблюдалась стимуляция роста проростков с увеличением концентрации раствора осмотика.

Рисунок 2 - Длина корешков сортообразцов сахарной кукурузы

DOI:10.23649/JAE.2023.33.4.3

Рисунок 3 - Длина ростков сортоообразцов сахарной кукурузы

DOI:10.23649/JAE.2023.33.4.4

Большинство биологических процессов находятся в тесной зависимости, при этом преобладают стохастические взаимосвязи, когда результативный признак зависит от значений признаков-факторов. Связи между ними обычно носят корреляционный характер, т.е. одному значению изучаемого признака-фактора может соответствовать много значений результативного признака, изменяющихся в различных направлениях.

При помощи анализа коэффициента корреляции можно оценить закономерности передачи признаков родителей своему потомству, взаимосвязи между разнообразными параметрами на генетическом и фенотипическом уровнях, их связи с окружающей средой и т.д. Наиболее значимая взаимосвязь выявлена между суммой сухой массы проростков, выращенных на растворе 12 атмосфер и их степенью депрессии (r= -0,96) (коэффициент детерминации R2=0,91). Отрицательный коэффициент корреляции (обратная взаимосвязь) подтверждает результаты нашего исследования (чем меньше сумма накопленного сухого вещества, тем выше степень депрессии) (рисунок 4). Подобная картина наблюдалась у этих же параметров на 9 атмосферах (r= -0,77). Более слабая взаимосвязь, скорее всего, являлась следствием меньшей реакции образцов на концентрацию раствора. Также значимая, но положительная корреляционная связь была отмечена между длиной корня и длиной ростка на растворе 12 атмосфер (r=0,74), длиной корня (9 атм.) и суммой сухой массы (9 атм.) (рисунок 5) (r=0,78), доли проросших зерновок и суммы массы на растворе 9 атм. (r=0,69).

Рисунок 4 - Взаимосвязь суммы сухой массы и степени депрессии на растворе 12 атмосфер, 2023 г.

Примечание: ось Х – сумма сухой массы проростков, г, ось Y – степень депрессии, %

DOI:10.23649/JAE.2023.33.4.5

Рисунок 5 - Взаимосвязь суммы сухой массы и длины корня на растворе 9 атмосфер, 2023 г.

Примечание: ось Х – сумма сухой массы проростков, г, ось Y – степень депрессии, %

DOI:10.23649/JAE.2023.33.4.1

По проценту прорастания семян на растворе сахарозы с осмотическим давлением 9 атмосфер относительную засухоустойчивость демонстрировали образцы: к-3151, Алина, к-4444, к-13807, Забава/к-4452, Цукерка/к-103. Высокий процент всхожести на осмотическом растворе 12 атмосфер  был зафиксирован у генотипов Забава/к-4452 (тестерный гибрид) и Цукерка I2.

Высокую устойчивость к засухе по критерию накопления сухой массы (степень депрессии<25%) на осмотических растворах не проявил ни один генотип. Наиболее слабую депрессию ростовых процессов у проростков, выращенных на растворе 9 атмосфер отметили у сортообразцовк-3151 и к-291 (средняя степень депрессии). На растворе 12 атмосфер доля накопления сухой массы – низкая или ниже средней и не превышала 32,44% относительно контроля. Наименьшую степень депрессии выявили у образца к-3151 и самоопыленной формы (I2) сорта Цукерка. Отметили, что растворы сахарозы в концентрациях 9 и 12 атмосфер оказывали достоверный ингибирующий эффект на накопление сухого вещества проростками изучаемых форм сахарной кукурузы по сравнению с контролем.

По результатам изучения корреляционных связей между изучаемыми признаками наиболее значимая взаимосвязь выявлена между накоплением сухой массы проростками, выращенных на растворе 12 атм. и их степенью депрессии (r= -0,96) (коэффициент детерминации R2=0,91). Подобная картина наблюдалась у этих же параметров на 9 атмосферах (r= -0,77). Также значимая, но положительная корреляционная связь была отмечена между длиной корня и длиной ростка на растворе 12 атмосфер (r=0,74), длиной корня (9 атм.) и суммой сухой массы (9 атм.) (r=0,78), доли проросших зерновок и суммы массы на растворе 9 атм. (r=0,69).