izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2023-3-62-72izvestiiatimacad-376Research ArticleГЕНЕТИКА, БИОТЕХНОЛОГИЯ, СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВОGENETICS, BIOTECHNOLOGY, BREEDING AND SEED PRODUCTIONВлияние типа стерильной цитоплазмы на селекционно-ценные признаки гибридов F1 сорго в различных по влагообеспеченности условияхEffect of sterile cytoplasm type on valuable breeding traits of F1 sorghum hybrids under diff erent moisture conditionshttps://orcid.org/0000-0002-1808-8974КибальникО. П.Kibal’nikO. P.

Кибальник Оксана Павловна, канд. биол. наук, главный научный сотрудник отдела сорговых культур

410050, г. Саратов, 1-й Институтский пр-д, 4

тел.: (845) 279–49–69

Oksana P. Kibal’nik, CSc (Bio), Chief Research Associate, Department of Sorghum Crops

4, 1-iy Institutskiy Passage, Saratov, 410050

phone: (8452) 79–49–69

kibalnik79@yandex.ruФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы»РоссияRussian Research and Design-Technological Institute of Sorghum and CornRussian Federation202321082023036272Copyright © Кибальник О.П., 20232023Кибальник О.П.Kibal’nik O.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiia.timacad.ru/jour/article/view/376

Некоторыми исследователями у сорго обнаружено влияние стерильной цитоплазмы на проявление биологических и селекционно-ценных признаков. При этом одни авторы обнаруживают влияние стерильной цитоплазмы, другие описывают отсутствие различий между гибридами F1, полученными на основе ЦМС-линий с одним и тем же ядерным геномом и различающимися только типом стерильной цитоплазмы. В этой связи целью исследований являлось определение эффекта стерильных цитоплазм А1, А2, А3, А4, А5, А6 и метеорологических условий выращивания гибридов F1 зернового сорго на основные селекционно-ценные признаки. В данных исследованиях гибриды F1 получены на основе ЦМС-линий с геномом Карлика 4в и 6 типами стерильных цитоплазм, а в качестве опылителя использовали линию Восторг. Исследования проводились в течение 2016–2018 гг., различающихся по гидротермическому режиму периодов вегетации растений (ГТК = 0,51–1,01). В результате эксперимента впервые установлено: увеличение высоты растений при созревании у гибрида А5 Карлик 4в/Восторг (123,3 см) в сравнении с гибридами на цитоплазмах А1, А2, А3, А4, А6 (118,0 см); уменьшение площади флагового листа у гибрида А3 Карлик 4в/Восторг (104,4 см2) в сравнении с гибридами на цитоплазмах А2, А4, А5 и А6 (130,3–136,3 см2). В среднем за период испытаний гибриды на цитоплазмах А1 и А5 формировали более высокую урожайность биомассы (18,53–18,57 т/га) в сравнении с гибридами на цитоплазмах А4 и А6 (13,76–15,91 т/га), однако различия оказались незначимыми. При этом вклад факторов «Тип ЦМС» в общую изменчивость селекционных признаков составил от 1,4 до 14,0%, «Метеорологические условия года» – 24,0–58,9%. В селекции гибридов сорго с использованием генетически различных типов стерильных цитоплазм по комплексу селекционных признаков в скрещивания целесообразно включать ЦМС-линию на цитоплазме А5.

Some researchers have found the influence of sterile cytoplasm on the manifestation of biological and valuable breeding traits in sorghum. In addition, some authors detect the influence of sterile cytoplasm, while others describe the absence of differences between F1 hybrids obtained from CMS lines with the same nuclear genome and differing only in the type of sterile cytoplasm. In this context, the aim of the research was to determine the effect of sterile cytoplasms A1, A2, A3, A4, A5, A6 and meteorological conditions of growing F1 hybrids of grain sorghum on the main valuable breeding traits. In this work, F1 hybrids were obtained on the basis of CMS lines with the Karlik 4v genome and six types of sterile cytoplasm, and the Vostorg line was used as a pollinator. The studies were carried out in 2016–2018, with different hydrothermal regimes of plant growing seasons (GTK=0.51–1.01). As a result of the experiment, for the first time an increase in plant height during maturation was found in the A5 Karlik 4v/Vostorg hybrid (123.3 cm) compared to hybrids on cytoplasms A1, A2, A3, A4, A6 (118.0 cm); a decrease in the flag leaf area was found in the A3 Karlik 4v/ hybrid (104.4 cm2) compared to hybrids on cytoplasms A2, A4, A5 and A6 (130.3–136.3 cm2). On average, during the test period, hybrids on A1 and A5 cytoplasms produced a higher biomass yield (18.53–18.57 t/ha) than hybrids on A4 and A6 cytoplasms (13.76–15.91 t/ha), but the differences were not significant. At the same time, the contribution of the factor “CMS type” to the totalvariability of breeding traits ranged from 1.4 to 14.0%; “meteorological conditions” of the year – 24.0–58.9%. When breeding sorghum hybrids using genetically different types of sterile cytoplasm, it is advisable to include a CMS line on the A5 cytoplasm in the crossing according to the complex of breeding characteristics.

соргогибриды F1ЦМС-линиитипы стерильных цитоплазмселекционные признакиурожайностьsorghumF1 hybridsCMS linestypes of sterile cytoplasmasbreeding characteristicsyieldРабота выполнена в рамках Государственного задания Министерства сельского хозяйства РФ и тематического плана ФГБНУ РосНИИСК «Россорго».ReferencesAruna C., Shrotria P.K., Pahuja S.K. et al. Fodder yield and quality in forage sorghum: scope for improvement though diverse male sterile cytoplasms // Crop&Pasture Science. 2013. – № 63 (12). – Рр. 1114–1123. DOI: 10.1071/cp12215.Aruna C., Shrotria P.K., Pahuja S.K. et al. Fodder yield and quality in forage sorghum: scope for improvement though diverse male sterile cytoplasms. Crop&Pasture Science. 2013; 63(12): 1114–1123. DOI: 10.1071/cp12215Hoffmann L., Rooney W.L. Cytoplasm Has No Effect on the Yield and Quality of Biomass Sorghum Hybrids // Journal of Sustainable Bioenergy Systems. – 2013. – № 2. – Рр. 129–134. DOI: 10.4236/JSBS.2013.32018.Hoffmann L., Rooney W.L. Cytoplasm Has No Effect on the Yield and Quality of Biomass Sorghum Hybrids. Journal of Sustainable Bioenergy Systems. 2013; 2: 129–134. DOI: 10.4236/JSBS.2013.32018Hossian Md.S., Islam Md.N., Rahman Md.M. et al. Sorghum: A prospective crop for climatic vulnerability, food and nutritional security // Journal of Agriculture and Food Research. – 2022. – № 8. – Рр. 100300. DOI: 10.1016/j.jafr.2022.100300.Hossian Md.S., Islam Md.N., Rahman Md.M. et al. Sorghum: A prospective crop for climatic vulnerability, food and nutritional security. Journal of Agriculture and Food Research. 2022; 8: 100300. DOI: 10.1016/j.jafr.2022.100300Jabereldar A.A., Naim A.M., Abdalla A.A. et al. Effect of Water Stress on Yield and Water Use Effeciency of Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) in Semi-Arid Environment // International Journal of Agriculture and Forestry. – 2017. – 7 (1). Рр. 1–6.Jabereldar A.A., Naim A.M., Abdalla A.A. et al. Effect of Water Stress on Yield and Water Use Effeciency of Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) in Semi-Arid Environment. International Journal of Agriculture and Forestry. 2017; 7(1): 1–6.Khaton M.A., Sagar A., Tajkia J.E. Effect of moisture stress on morphological and yield attributes of four sorghum varieties // Progressive Agriculture. – 2016. – № 27 (3). – Рр. 265–271. DOI: 10.3329/pa.v27i3.30806.Khaton M.A., Sagar A., Tajkia J.E. Effect of moisture stress on morphological and yield attributes of four sorghum varieties. Progressive Agriculture. 2016; 27(3): 265–271. DOI: 10.3329/pa.v27i3.30806Vacek L.A., Rooney W.L. Effects of cytoplasm, male and female parents on biomass productivity in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) // Journal of Crop Improvement. – 2018. – № 32 (5). – Рр. 635–647. DOI: 10.1080/15427528.2018.1483458.Vacek L.A., Rooney W.L. Effects of cytoplasm, male and female parents on biomass productivity in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). Journal of Crop Improvement. 2018; 32(5): 635–647. DOI: 10.1080/15427528.2018.1483458Reddy B.V.S., Ramesh S., Ortiz R. Genetic and Cytoplasmic-Nuclear Male sterility in Sorghum // Plant Breed. Reviews / J. Janik. Hoboken (еd.). – New Jersy, Willey & Sons, Inc. – 2005. – № 25. – Рр. 139–169.Reddy B.V.S., Ramesh S., Ortiz R. Genetic and Cytoplasmic-Nuclear Male sterility in Sorghum.Plant Breed. Reviews. J. Janik. Hoboken (еd.). New Jersy, Willey & Sons, Inc. 2005; 25: 139–169.Salas Fernandez M.G., Strand K., Hamblin M.T. et al. Genetic analysis and phenotypic characterization of leaf photosynthetic capacity in a sorghum (Sorghum spp.) diversity panel // Genetic Resources and Crop Evolution. – 2015. – № 62. – Рр. 939–950. DOI: 10.1007/s10722–014–0202–6.Salas Fernandez M.G., Strand K., Hamblin M.T. et al. Genetic analysis and phenotypic characterization of leaf photosynthetic capacity in a sorghum (Sorghum spp.) diversity panel. Genetic Resources and Crop Evolution. 2015; 62: 939–950. DOI: 10.1007/s10722–014–0202–6Stephens J.C., Holland R.F. Cytoplasmic Male-Sterility For Hybrid Sorghum Seed Production // Agronomy Journal. – 1954. – № 44. – Рр. 369–373. DOI:10.2134/agronj1952.00021962004400070008x.Stephens J.C., Holland R.F. Cytoplasmic Male-Sterility For Hybrid Sorghum Seed Production. Agronomy Journal. 1954; 44: 369–373. DOI: 10.2134/agronj1952.00021962004400070008xZhang H., Xu N., Wu X. et al. Effects of four types of sodium salt stress on plant growth and photosynthetic apparatus in sorghum leaves // Journal of Plant Interactions. – 2018. – № 13 (1). – Рр. 506–513. DOI: org/10.1080/17429145.2018.1526978.Zhang H., Xu N., Wu X. et al. Effects of four types of sodium salt stress on plant growth and photosynthetic apparatus in sorghum leaves. Journal of Plant Interactions. 2018; 13(1): 506–513. DOI: org/10.1080/17429145.2018.1526978Бычкова В.В., Эльконин Л.А. Влияние типа стерильной цитоплазмы на фотосинтетические параметры гибридов зернового сорго // Зерновое хозяйство России. – 2016. № 4. – С. 5–8.Bychkova V.V., El‘konin L.A. Effect of the Type of Sterile Cytoplasm on Photosynthetic Parameters of Grain Sorghum Hybrids. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2016; 4: 5–8. (In Rus.)Бычкова В.В., Эльконин Л.А. Влияние стерильных цитоплазм на фотосинтетическую активность и урожайность биомассы у гибридов F1 сорго // Российская сельскохозяйственная наука. – 2017. – № 2. – С. 10–15.Bychkova V.V., El‘konin L.A. Effect of Sterile Cytoplasmas on Photosynthetic Activity and Biomass Yield in F1 Sorghum Hybrids. Rossiyskaya sel‘skokhozyaystvennaya nauka. 2017; 2: 10–15. (In Rus.)Вертикова Е.А., Ермолаева Г.И. Результаты селекции зернового сорго и рекомендации к внедрению в условиях Нижнего Поволжья // Аграрный научный журнал. – 2018. – № 5. – С. 5–10. DOI: 10.28983/asj.v0i5.466.Vertikova Е.А., Ermolaeva G.I. Results of the selection of grain sorghum and recommendations for implementation in the conditions of the Lower Volga region. Agrarniy nauchniy zhurnal. 2018; 5: 5–10. DOI: 10.28983/asj.v0i5.466 (In Rus.)Володин А.Б., Капустин С.И., Капустин А.С. Селекция гибридного сорго в Ставропольском крае // Таврический вестник аграрной науки. – 2017. – № 4 (12). – С. 50–56.Volodin A.B., Kapustin S.I., Kapustin A.S. Breeding of Hybrid Sorghum in the Stavropol Territory. Tavricheskiy vestnik agrarnoy nauki. 2017; 4(12): 50–56. (In Rus.)Кибальник О.П., Эльконин Л.А., Кожемякин В.В. Влияние разных типов стерильных цитоплазм на морфобиологические и селекционно-ценные признаки гибридов F1 зернового сорго // Кукуруза и сорго. – 2009. – № 4. – С. 19–22.Kibal‘nik O.P., El‘konin L.A., Kozhemyakin V.V. Effect of Different Types of Sterile Cytoplasmas on Morphobiological and Valuable Breeding Traits of F1 Hybrids of Grain Sorghum. Kukuruza i sorgo. 2009; 4: 19–22. (In Rus.)Кибальник О.П., Эльконин Л.А. Влияние типа стерильной цитоплазмы на проявление хозяйственно-полезных признаков у сорго-суданковых гибридов // Доклады РАСХН. – 2012. – № 1. – С. 12–15.Kibal‘nik O.P., El‘konin L.A. Effect of the Type of Sterile Cytoplasm on the Manifestation of Economically Useful Traits in Sorghum-Sudankovyh Hybrids. Doklady RASKhN. 2012; 1: 12–15. (In Rus.)Кибальник О.П., Семин Д.С. Использование А3, А4 И 9Е типов ЦМС в селекции гибридов зернового сорго // Российская сельскохозяйственная наука. – 2018. – № 5. – С. 22–25. DOI: 10.31857/S250026270000640–9.Kibal‘nik O.P., Semin D.S. Use of A3, A4 and 9E Types of CMS in the Breeding of Grain Sorghum Hybrids. Rossiyskaya sel‘skokhozyaystvennaya nauka. 2018; 5: 22–25. DOI: 10.31857/S250026270000640–9 (In Rus.)Ковтунов В.В., Сухенко Н.Н., Лушпина О.А. и др. Оценка коллекционных образцов сорго зернового для селекции новых сортов // Зерновое хозяйство России. – 2022. – № 14 (4). – Рр. 46–51. DOI: 10.31367/2079–8725–2022–82–4–46–51.Kovtunov V.V., Sukhenko N.N., Lushpina O.A. et al. Evaluation of Collection Samples of Grain Sorghum for Breeding New Varieties. Zernovoe khozyaystvo Rossii. 2022; 14(4): 46–51. DOI: 10.31367/2079–8725–2022–82–4–46–51 (In Rus.)Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. – М.: Госагропром, 1989. – Вып. 2. – 194 с.Methods of State Variety Testing of Agricultural Crops. 2d ed. M.: Gosagroprom, 1989: 194. (In Rus.)Радченко Е.Е., Алпатьева Н.В., Карабицина Ю.И. и др. Разработка и валидация CAPS-маркера, Ассоциированного с геном Rf2 у сорго (Sorghum bicolor (L.) Moench) // Биотехнология и селекция растений. – 2021. – № 4 (2). – С. 38–47. DOI: 10.30901/2658–6266–2021–2-o4.Radchenko E.E., Alpat‘yeva N.V., Korobitsyna Yu.I. et al. Development and Validation of CAPS Marker Associated with Rf2 Gene in Sorghum (Sorghum Bicolor (L.) Moench). Biotekhnologiya i selektsiya rasteniy. 2021; 4(2):38–47. DOI: 10.30901/2658–6266–2021–2-o4 (In Rus.)Эльконин Л.А., Геращенков Г.А., Доманина И.В. и др. Наследование реверсий к мужской фертильности у стерильных гибридов сорго с ЦМС типа 9Е, индуцированных условиями внешней среды // Генетика. – 2015. – № 51 (3). – С. 312–323.El‘konin L.A., Gerashchenkov G.A., Domanina I.V. et al. Inheritance of Reversions to Male Fertility in Sterile Sorghum Hybrids with CMS Type 9E Induced by Environmental Conditions. Genetika. 2015; 51(3): 312–323. (In Rus.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.