Evaluation of sweet sorghum for productivity, sugar content and yield in stem juice, and bioethanol output

Svetlana S. Kukoleva; Куколева Светлана Сергеевна; Oksana P. Kibalnik; Кибальник Оксана Павловна; Dmitriy S. Semin; Семин Дмитрий Сергеевич; Irina G. Efremova; Ефремова Ирина Григорьевна; Denis A. Stepanchenko; Степанченко Денис Александрович

doi:10.22363/2312-797X-2026-21-1-84-95

Оценка сахарного сорго по продуктивности, содержанию, сбору сахаров в соке стебля и выходу биоэтанола

Авторы: Куколева С.С.¹, Кибальник О.П.¹, Семин Д.С.¹, Ефремова И.Г.¹, Степанченко Д.А.¹
Учреждения:
1. Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы
Выпуск: Том 21, № 1 (2026)
Страницы: 84-95
Раздел: Генетика и селекция растений
URL: https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/20310
DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2026-21-1-84-95
EDN: https://elibrary.ru/FSWTPR
ID: 20310

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Особенность растений сахарного сорго, заключающаяся в накапливании в соке стеблей до 20 % и более водорастворимых сахаров, ставит культуру в число сахароносов для получения сахаристой продукции, сиропов, патоки, биоэтанола, что способствует расширению технологического и экономического потенциала культуры. В течение 2021–2023 гг. проведены сравнительные исследования 28 перспективных линий сахарного сорго в сравнении с сортами-стандартами на опытном поле Российского научно-исследовательского и проектно-технологического института сорго и кукурузы (ФГБНУ РосНИИСК «Россорго») в г. Саратов. Агротехника выращивания — зональная, разработанная научными учреждениями Нижнего Поволжья. Закладка делянок и оценка урожайности стеблей образцов сахарного сорго проведена согласно методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Сделан вывод: для формирования рабочей коллекции сахарного сорго следует выбирать образцы с высокими показателями урожайности стеблей и содержания в них водорастворимых сахаров. Наибольшие показатели выявлены у селекционных линий Л‑104/14, Л‑16, Л‑10, Л‑6. По результатам исследований в среднем за 2021–2023 гг. наибольший теоретический сбор сахаров установлен у линий: Л‑10 — 2,01, Л‑16 — 2,31, Л‑104/14 — 2,54, Л‑6 — 2,63 т/га, что превышает значение показателя более сахаристого стандарта сорта Флагман на 52,3…99,2 %. Расчетный выход спирта с гектара посевов этих линий равен: Л‑10 — 1027,1, Л‑16 — 1180,4, Л‑104/14 — 1297,9, Л‑6 — 1343,9 л/га, превышение показателя над стандартом у этих селекционных линий составило 52,3…99,2 %.

Ключевые слова

селекционная линия, содержание водорастворимых сахаров, расчетный выход спирта, выход сока

Полный текст

Введение

Уникальная по засухоустойчивости сельскохозяйственная культура — сахарное сорго — широко известна в мировом растениеводстве и используется в производстве зеленых кормов, сена, силоса, сенажа, фуража, монокорма, брикетов [1, 2]. Сахарное сорго формирует в богарных условиях урожайность биомассы до 25,0…30,0 т/га, характеризующейся высокой энергетической и питательной ценностью [3].

Высокая сахаристость (17…22 %) стеблей сахарного сорго способствует расширению технологического и экономического потенциала культуры. Содержание сахаров в соке стеблей — важный показатель, позволяющий использовать эту культуру не только для приготовления силоса, но и для получения сиропов и спирта, что актуально, когда разрабатываются безотходные технологии производства и переработки сорго в кормовую патоку с целью получения сиропа для пищевой промышленности на основе создания высокосахаристых и урожайных сортов и гибридов сорго в различных почвенно-климатических зонах [4–8]. Пищевой глюкозо-фруктозный сироп, получаемый из сорго, представляет собой ценный продукт питания, который хорошо усваивается организмом человека. Особенно важным он может быть для людей, страдающих сахарным диабетом, поскольку является оздоровительным продуктом [7]. Сравнивая сорговый сироп с сахаросодержащими продуктами, получаемыми из сахарной свеклы и тростника, можно отметить, что он не уступает им по питательности. Однако, выращивание сорго имеет ряд преимуществ, таких как экономическая эффективность и стабильность в условиях засухи. Это делает сорговый сироп привлекательным вариантом для производства и потребления (рис. 1).

Рис. 1. Сахаросодержащая продукция из сока сахарного сорго — кормовая патока и сорговый сироп
Источник: составлено О.П. Кибальник, Д.С. Семиным.
Fig. 1. Sugar-containing products from sweet sorghum juice — fodder molasses and sorghum syrup
Source: compiled by O.P. Kibalnik, D.S. Semin.

Исследования крымских селекционеров Л.Л. Болдыревой и В.В. Бритвина свидетельствуют о новых перспективных формах использования сорго сахарного для производства сахарного сиропа, за счет которых значительно может уменьшить дефицит сахара в засушливых регионах РФ [9]. При этом выход спирта зависел от гидротермических условий вегетации сахарного сорго. Согласно литературным данным в опытах отмечена разница выхода биоэтанола по годам, достигающая двукратного изменения показателей [10].

Во многих странах мира сорго выращивается в промышленных масштабах для производства биоэтанола, который смешивается с ископаемым топливом [11, 12]. Агропромышленный комплекс Российской Федерации также развивает производство биоэтанола из сахарного сорго [13–16]. Для эффективного промышленного получения биоэтанола требуются высокоурожайные сорта и гибриды сахарного сорго, характеризующиеся повышенной концентрацией сахаров в стеблевом соке [17]. Следовательно, селекционная работа, направленная на создание новых сортов и гибридов сахарного сорго с заданными агрономическими и биологическими свойствами, приобретает особую актуальность. Данный подход позволит обеспечить сырьем различные отрасли агропромышленного комплекса.

Цель исследований — сравнительная оценка перспективных линий сахарного сорго собственной селекции для выведения наиболее продуктивных образцов с высоким содержанием сахаров в соке стеблей сортов и гибридов, обеспечивающих максимальный выход сахаров и биоэтанола с единицы площади.

Материалы и методы исследования

Объектами исследований служили 21 селекционная линия питомника предварительного сортоизучения сахарного сорго и 8 линий питомника конкурсного сортоизучения.

Исследования проводились в течение 2021–2023 гг. на опытном поле института ФГБНУ РосНИИСК «Россорго». Агротехника выращивания — зональная, разработанная научными учреждениями Нижнего Поволжья. Закладка делянок и оценка урожайности образцов сорго проведена согласно методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур ^[1]. Посев образцов сахарного сорго проводили во второй декаде мая сеялкой СКС‑6–10 (селекционная кассетная сеялка). Площадь делянок в питомниках составила: конкурсного сортоиспытания — 30,8 м², предварительного — 15,4 м². Повторность трехкратная, густота стояния растений скорректирована вручную — 100…150 тыс. раст./га. В качестве стандартов использованы районированные сорта Волжское 51 и Флагман. На опытном поле проведена оценка содержания водорастворимых сахаров в соке стебля экспресс-методом с помощью рефрактометра RL‑2. Полевые и лабораторные эксперименты проводили по методике Б.А. Доспехова ^[2]. Обработка экспериментальных данных выполнена методом дисперсионного анализа с помощью программ Агрос 2.09 и Microsoft Excel. В годы исследований величина гидротермического коэффициента (ГТК) составила: 2021 г. — 0,62; 2022 г. — 0,75; 2023 г. — 0,69.

Результаты исследования и обсуждение

Проведена сравнительная оценка селекционных линий сахарного сорго в питомниках конкурсного (рис. 2) и предварительного сортоизучения (рис. 3) в период 2021–2023 гг. по содержанию суммы водорастворимых сахаров в соке стебля.

Испытанные в течение 2021–2023 гг. линии сахарного сорго питомника конкурсного сортоизучения в среднем показали значительное варьирование содержания сахаров в соке стеблей: от 11,1 % у сорта-стандарта Волжское 51 до 15,7 % у линии Л‑44/13. Среди перспективных линий сахарного сорго наибольшей концентрацией в соке стеблей отличились: Л‑66/13 — 14,4, Л‑52/13 — 15,0, Л‑44/13 — 15,7, Л‑42 — 15,4, Л‑39/12 — 14,0 % сахаров (рис. 2).

В питомнике предварительного сортоизучения в среднем за 2021–2023 гг. содержание водорастворимых сахаров в соке стеблей линий сахарного сорго варьировало в пределах 8,4 (Л‑65/17)…17,9 (Л‑104/14) %. По величине показателя наибольшее существенное превышение, %, обоих стандартов выявлено у селекционных линий: Л‑16 (17,6), Л‑104/14 (17,9), Л‑6 (16,8), Л‑10 (17,1), на уровне стандартов выявлено содержание сахаров в соке стеблей у линий Л‑62/17, Л‑7, Л‑87, Л‑3/14, Л‑5-1, Л‑9/2, Л‑28, Л‑34, Л‑35, Л‑187, Л‑75, Л‑105/14 (12,2…15,2 %). Следует отметить, что высокое количество сахаров ежегодно наблюдалось у Л‑104/14 и Л‑16.

Изучение широкой вариабельности признаков позволило провести определенную выбраковку образцов и по итогам трехлетних наблюдений сформировать рабочую коллекцию образцов, характеризующихся наибольшими показателями сбора сахаров и выхода спирта с единицы площади, превышающих сорта-стандарты (табл.).

Результаты исследования 28 селекционных линий сахарного сорго показали, что для формирования рабочей коллекции образцов с высокой продуктивностью по сбору сахаров и выходу биоспирта следует выбирать формы с высокой урожайностью стеблей и повышенным содержанием водорастворимых сахаров в соке. Выделены 16 линий сахарного сорго, отличающиеся существенным превышением показателей по сравнению со стандартами. Теоретический сбор сахаров с гектара посевной площади у стандарта Волжское 51 составил 1,22 т/га, а выход биоэтанола — 623,4 л, у стандарта сорта Флагман — 1,32 т/га и 674,5 л соответственно. Селекционные линии рабочей коллекции характеризовались значительным превышением обоих стандартов высоким сбором сахаров и выходом биоспирта.

Результаты наших исследований показали, что в условиях Нижневолжского региона сбор сахаров у образцов рабочей коллекции сахарного сорго варьировал в пределах 1,46 (Л‑5-1)…2,63 т/га (Л‑6). Максимальный теоретический сбор сахаров составил 2,01…2,63 т/га у линий Л‑10, Л‑16, Л‑104/14 и Л‑6.

По расчетному выходу биоспирта колебания показателя составили: 746,1 (линия Л‑5-1)…1343,9 л/га (линия Л‑6). В среднем за 2021–2023 гг. наибольших показателей расчетного выхода спирта удалось достичь при возделывании селекционных линий Л‑104/14 — 1297,9, Л‑16 — 1180,4, Л‑10 — 1027,1, Л‑6 — 1343,9 л/га.

Рис. 2. Общее содержание водорастворимых сахаров в соке стеблей линий сахарного сорго собственной селекции (питомник конкурсного сортоизучения), %, среднее за 2021–2023 гг.
Источник: составлено С.С. Куколевой, И.Г. Ефремовой.

Fig. 2. Total cоntent of watеr-sоluble sugars in stem sap of self-bred sweet sorghum lines (nursery of competitive variety research), %, average for 2021–2023
Source: compiled by S.S. Kukoleva, I.G. Efremova.

Рис. 3. Общее содержание водорастворимых сахаров в соке стеблей сортов-стандартов и линий сахарного сорго собственной селекции (питомник предварительного сортоизучения), %, среднее за 2021–2023 гг.
Источник: составлено С.С. Куколевой, Д.А. Степанченко.

Fig. 3. Total content of water-soluble sugars in stem sap of standard varieties and lines of self-bred sweet sorghum (preliminary variety testing nursery), %, average for 2021–2023
Source: compiled by S.S. Kukoleva, D.A. Stepanchenko.

Теоретический сбор сахаров и выход биоэтанола с единицы площади посевов наиболее продуктивных образцов сахарного сорго, 2021–2023 гг.

Сорт, линия	Урожайность стеблей, т/га	Выход сока, т/га	Содержание сахаров в соке стебля, %	Теоретический сбор сахаров, т/га	Расчетный выход спирта, л/га
Волжское 51 (st)	16,37	10,97	11,1	1,22	623,4
Флагман (st)	15,87	10,32	12,8	1,32	674,5
Л‑39/12	19,27	12,72	14,0	1,78	909,6
Л‑42/13	18,08	11,75	15,4	1,81	924,9
Л‑44/13	16,17	11,00	15,7	1,73	884,0
Л‑52/13	18,14	12,34	15,0	1,85	945,4
Л‑80/12	20,17	13,92	13,3	1,85	945,4
Л‑104/14	20,55	14,18	17,9	2,54	1297,9
Л‑62/17	16,13	11,29	15,2	1,72	878,9
Л‑187	18,43	12,72	13,2	1,68	858,5
Л‑5–1	15,78	11,05	13,2	1,46	746,1
Л‑35	17,55	12,11	14,9	1,80	919,8
Л‑75	16,32	11,42	13,8	1,88	960,7
Л‑87/13	19,17	13,23	13,0	1,72	878,9
Л‑9/2	18,35	13,03	14,7	1,92	981,1
Л‑16	19,34	13,15	17,6	2,31	1180,4
Л‑10	16,54	11,74	17,1	2,01	1027,1
Л‑6	22,35	15,65	16,8	2,63	1343,9
НСР₀₅	2,09	1,43	1,33	0,21	101,4

Источник: составлено О.П. Кибальник, И.Г. Ефремовой, Д.С. Семиным.

Theoretical sugar harvest and bioethanol yield per area unit from most productive sugar sorghum genotypes, 2021–2023

Cultivar, line	Stem yield, t/ha	Juice yield, t/ha	Sugar content in stem juice, %	Theoretical sugar yield, t/ha	Calculated alcohol yield, L/ha
Volzhskoe 51 (st)	16.37	10.97	11.1	1.22	623.4
Flagman (st)	15.87	10.32	12.8	1.32	674.5
L‑39/12	19.27	12.72	14.0	1.78	909.6
L‑42/13	18.08	11.75	15.4	1.81	924.9
L‑44/13	16.17	11.00	15.7	1.73	884.0
L‑52/13	18.14	12.34	15.0	1.85	945.4
L‑80/12	20.17	13.92	13.3	1.85	945.4
L‑104/14	20.55	14.18	17.9	2.54	1297.9
L‑62/17	16.13	11.29	15.2	1.72	878.9
L‑187	18.43	12.72	13.2	1.68	858.5
L‑5–1	15.78	11.05	13.2	1.46	746.1
L‑35	17.55	12.11	14.9	1.80	919.8
L‑75	16.32	11.42	13.8	1.88	960.7
L‑87/13	19.17	13.23	13.0	1.72	878.9
L‑9/2	18.35	13.03	14.7	1.92	981.1
L‑16	19.34	13.15	17.6	2.31	1180.4
L‑10	16.54	11.74	17.1	2.01	1027.1
L‑6	22.35	15.65	16.8	2.63	1343.9
LSD₀₅	2.09	1.43	1.33	0.21	101.4

Source: compiled by O.P. Kibalnik, I.G. Efremova, D.S. Semin.

Заключение

Для формирования рабочей коллекции сахарного сорго с высоким расчетным выходом сахаров в соке стеблей и спирта с единицы площади посевов следует выбирать образцы с высокой урожайностью стеблей и высоким содержанием водорастворимых сахаров в соке стеблей. В наших исследованиях наибольшая величина сбора сахаров в условиях вегетации 2021–2023 гг. установлена у линий сахарного сорго Л‑10, Л‑16, Л‑104/14 и Л‑6 (2,01…2,63 т/га), которые отличились также высоким выходом биоспирта с гектара посевной площади — 1027,1…1343,9 л/га.

_{¹ Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 2. Зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры // Госагропром СССР. Государственная комиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. М., 1989. 194 с.}

_{² Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М. : Колос, 2011. 352 с.}

Об авторах

Светлана Сергеевна Куколева

Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы

Автор, ответственный за переписку.
Email: lily74-88@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0582-9024
SPIN-код: 4594-6809

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела селекции и первичного семеноводства