SPECIFICS OF DISACCHARIDE ACCUMULATION IN THE STEM SAP OF SUGAR SORGHUM SAMPLES, DEPENDING ON THE VEGETATION PHASE
SPECIFICS OF DISACCHARIDE ACCUMULATION IN THE STEM SAP OF SUGAR SORGHUM SAMPLES, DEPENDING ON THE VEGETATION PHASE
Abstract
The sugar content in sorghum is an important factor in the production of bioethanol and food products. This article presents the results of a two-year research into the dynamics of water-soluble sugar accumulation in the stem sap of six promising sugar sorghum varieties under the soil and climatic conditions of the Lower Volga region. The relevance of the work is due to the high bioenergy and food potential of the crop, which is capable of replacing traditional sugar crops in regions with an arid climate. The aim of the study was to conduct a comprehensive evaluation of the breeding material based on the rate of sugar accumulation at various stages of plant development. Field trials were set up in triplicate using zone-specific agronomic practices. The experiments confirmed the general biological pattern of a sequential increase in disaccharide concentration from the flowering stage until full ripeness was reached. It was found that the average total sugar content increased significantly from 14.18% to 19.11%, while the sucrose content rose from 10.94% to 18.06%. The calculation of linear regression equations showed that the total sugar content of stem sap is 76% determined by sucrose accumulation, demonstrating a strong positive correlation (r = 0.87), whilst the relationship with monosaccharides proved to be statistically insignificant. Genotypic differences between samples were identified, as was a strong influence of environmental hydrothermal factors on the rate of sugar accumulation. Based on the obtained data, the following harvest times for processing have been suggested: the Capital variety is best harvested during the milky-wax ripeness stage; the K-164 variety sample during the wax ripeness stage; and the selection lines L-3, L-21 and the K-50 sample during the full ripeness stage. Taking into account the dynamics of sugar accumulation will make it possible to optimise production cycles.
1. Введение
Сахарное сорго можно отнести к биоэнергетическим культурам благодаря способности накапливать большое количество водорастворимых сахаров в стебле и формировать высокий урожай биомассы в различных агроклиматических условиях и производственных системах с минимальными затратами . Растительное сырье из этой культуры может быть переработано как в биотопливо, так и сахаросодержащие продукты. Сахарное сорго может заменить сахарный тростник, сахарную свеклу, кукурузу и пшеницу в регионах с экстремальными климатическими условиями .
В литературе отмечено, что накопление и распределение сахаров в стебле связано с прекращением роста междоузлий, которое совпадает с фазой цветения растений
, . При этом, самая высокая концентрация растворимых сухих веществ, сахаров в соке, урожайности сухой биомассы наблюдалась на стадии полного созревания растений сорго , . Так, у большинства образцов сахарного сорго интенсивное накопление сахаров в соке стебля начинается с фазы цветения и увеличивается до созревания семян: от выхода в трубку до цветения количество сахаров увеличилось на 2,4%; от цветения до молочной спелости — на 3,8%; от молочной спелости до восковой — на 3,6%; от восковой до полной спелости — на 2,7% . Согласно другому источнику литературы, сбор стеблей сахарного сорго в фазе полной спелости зерна позволяет в среднем на 3,2% повысить общее содержание сахаров в соке .Подбор определенной фазы для сбора урожая имеет решающее значение для производственных посевов сахарного сорго и продления периода дальнейшей переработки. Учитывание динамики накопления сахаров и формирования урожая биомассы позволит целесообразно использовать сорта и гибриды в производстве
. Поэтому целью данного исследования было оценка образцов сахарного сорго на основе динамики накопления водорастворимых сахаров и сухой биомассы с учетом различных методов производства и фенологических стадий развития растений.2. Методы и принципы исследования
Объектами исследований являются сортообразцы из коллекции ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (к-164, к-50), селекционные линии (Л-21 и Л-3), сорта Капитал и Волжское 51 (st) селекции ФГБНУ РосНИИСК «Россорго». Так, в течение 2024–2025 гг. изучение динамики накопления сахаров осуществляли у 6 образцов сахарного сорго.
Агротехника выращивания — зональная, разработанная научными учреждениями Нижнего Поволжья. Закладка делянок осуществлена согласно рекомендациям А.Н. Шепеля : площадь делянок составила 7,7 м²; повторность трехкратная, размещение — рандомизированное. Густоту стояния растений корректировали до 100–150 тыс. раст/га. Сок, выделенный из стеблей, анализировали в лаборатории института методом ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием, позволяющим оценить качественный и количественный состав сахаров.
Обработка экспериментальных данных выполнена методом дисперсионного анализа с помощью программы Агрос 2.09.
Климатические условия проведения опыта характеризовались следующими гидротермическими показателями: ГТК составил 0,83 в 2024 г. и 0,61 в 2025 г.
3. Основные результаты и обсуждение
Сахарное сорго генетически очень разнообразно, и его агрономические параметры сильно различаются по сравнению с другими культурами
. В этой связи динамику накопления сахаров изучали на 6 образцах с высоким содержанием сахаров в соке стебля, различающихся по таким селекционно-ценным признакам как продолжительность вегетационного периода, высота растений, облиственность, урожайность стеблей и биомассы, диаметр стебля .В литературе отмечено, что содержание сахарозы в общей доле водорастворимых сахаров возрастает от фазы выметывания до полной спелости зерна . В наших исследованиях эта тенденция сохраняется у всех образцов на протяжении всего опыта. Однако наблюдаются генотипические особенности и влияние средового фактора.
Выявлено, что в течение вегетационного периода у коллекционного сортообразца к-164 и селекционной линии Л-21 последовательное накопление сахаров в соке стебля составило от 12,65–13,03% до 17,66–20,92%; сорт Волжское 51 и линия Л-3 характеризовались более стабильным синтезом водорастворимых сахаров: общее количество сахаров варьировало в интервале 19,18–22,94% и 18,34–20,39%, т.е. амплитуда изменчивости признака составила 3,76 и 2,05%, соответственно; у сортообразца к-50 наибольшая концентрация наблюдалась в фазу молочной спелости — 23,27%. Далее, отмечено резкое снижение синтеза сахаров (17,16–17,77%) и к полной спелости опять увеличение до 20,39%; у сорта Капитал выявлена неравномерность в накоплении общего содержания сахаров: в фазу молочной спелости наблюдалось снижение до 14,18%, а затем опять увеличение до 20,86% в фазу молочно-восковой спелости зерна (рис. 1). Так, в 2024 г. динамика накопления общего содержания водорастворимых сахаров в соке главного стебля шести образцов сорго также показала тенденцию к увеличению показателей к концу вегетации от 16,62 до 20,03%. Однако различия между фазами по синтезу водорастворимых сахаров оказались незначимыми (рис. 1).
Динамика накопления сахаров в соке образцов сахарного сорго, 2024 г
В 2025 г. у коллекционных сортообразцов к-164, к-50 и сорта Капитал наибольшее содержание водорастворимых сахаров синтезировалось в фазы молочно-восковой и восковой спелости — 18,6–20,2%. Причем у коллекционных сортообразцов количество сахаров оказалось постоянным в данные фазы: к-50 — 18,6%, к-164 — 18,7%. В фазу полной спелости содержание сахаров снизилось до 17,3–18,8% (рис. 2). Сорт Волжское 51 и селекционные линии Л-3, Л-21 накапливали сахара в соке стебля постепенно и к концу вегетации их количество составило 16,5–19,3%. Линия Л-3 и сорт Волжское 51 в фазы молочно-восковой и восковой спелости синтезировали практически одинаковое количество сахаров — 16,3––16,6 и 15,7%, соответственно. В среднем по сортообразцам, отмечено увеличение содержание общего количества сахаров от фазы цветение до молочной спелости на 2,22%; от молочной спелости до молочно-восковой — 3,50%; от молочно-восковой о восковой спелости — 0,47%; от восковой до полной спелости — 0,26% (рис. 2).
Сорта Капитал и Волжское 51 выделились максимальным накоплением сахарозы в фазу восковая спелость — 19,79 и 13,97%, соответственно. У коллекционных сортообразцов и селекционных линий высокое количество сахарозы установлено в полную спелость — 16,43–17,93 и 16,44–18,33%, соответственно (рис. 2).
Расчет средних значений по изучаемым образцам сахарного сорго показал увеличение содержания количества сахарозы от 8,92 до 16,82%. Причем, от фазы цветение до молочной спелости прирост сахарозы составил 2,69%; от молочной спелости до молочно-восковой — 3,4%; от молочно-восковой о восковой спелости — 1,13%; от восковой до полной спелости — 0,68% (рис. 2).
Динамика накопления общего содержания сахаров и сахарозы в соке образцов сахарного сорго, 2025
Количество осадков за вегетационный период 2024-2025 гг. в сравнении со среднемноголетними данными
Динамика накопления сахаров в соке образцов сахарного сорго в среднем за 2024-2025 гг
Расчет уравнения линейной регрессии показал, что накопление водорастворимых сахаров на 76% зависит от количества сахарозы в соке стебля, что свидетельствует о тесной корреляционной связи между этими показателями (r=0,87). Так, при увеличении сахарозы на 1% уровень общего содержания сахаров увеличивался на 0,65%. Отрицательная взаимосвязь общего содержания сахаров с синтезом моносахаров оказалась несущественной: коэффициент детерминации составил 0,03–0,08.
4. Заключение
1. Выявлена общая закономерность синтеза водорастворимых сахаров и в том числе сахарозы от фазы цветения до полной спелости. Более интенсивный синтез углеводов установлен в период от цветения до молочно-восковой спелости (амплитуда изменчивости общего количества сахаров составила 1,83–2,15%), сахарозы — от цветения до восковой спелости (амплитуда изменчивости количества сахарозы — 1,36–2,63%).
2. К уборке сырья для переработки на технические и пищевые цели рекомендуется образцы с максимальным накоплением сахаров в определенную фазу: с фазы молочно-восковой спелости — сорт Капитал; с фазы восковой спелости — к-164; с фазы полной спелости — Л-3, Л-21 и к-50, Волжское 51.
3. Согласно уравнению линейной регрессии, накопление водорастворимых сахаров зависит от количества сахарозы в соке стебля: коэффициент корреляции равен 0,87.