CC BY
72
УДК 631.527:635.65:633.12:633.171 Селекция зернобобовых и крупяных культур - основные направления и перспективы
В.И. Зотиков, д.с.-х.н. (директор ВНИИ ЗБК)
В статье обобщается опыт селекционной работы и достижения ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур.
В настоящее время селекция важнейших зернобобовых и крупяных культур направлена на использование всего генетического потенциала вида. Современная селекция, обусловленная целенаправленным влиянием ученых на эволюцию этих растений, тесно связана с поиском и определением функций конкретных генов, отвечающих за полезные признаки. Объединение традиционных способов селекции растений с генетическими и биоинженерными методами способствовало разработке новых селекционных технологий и созданию сортов новых морфотипов.
Большое разнообразие почвенно-климатических условий в основных земледельческих регионах России требует особых подходов к принципам формирования сортовых ресурсов, обеспечивающих устойчивое производство высокобелкового растительного сырья. В селекции зернобобовых и крупяных культур во ВНИИЗБК используются контрастные по морфологии образцы, как традиционные, так и оригинальные, с уникальным комплексом признаков. целесообразность такого подхода определяется различием адаптивных реакций между группами мор-фотипов. так, у гороха, листочковые формы имеют более высокий потенциал фотосинтеза и накопления питательных веществ, обладают повышенной устойчивостью к абиострессорам; безлисточковые (усатые) генотипы устойчивы к полеганию и формируют наиболее оптимальный по архитектонике агроценоз; наличие антоциана в тканях пелюшек делает их более устойчивыми к пониженным температурам, в связи с чем сорта такого типа распространены в северной части ареала культуры; ограниченное число продуктивных узлов у детерми-нантных форм обеспечивает сжатый период созревания; принципиально новый морфотип с ярусной гетерофилией (хамелеон) совмещает преимущества листочковых и усатых образцов. Использование широкого спектра контрастных по архитектонике и биологическим характеристикам форм, позволило создать серию сортов гороха нового поколения, ареал районирования которых охватывает все 12 регионов РФ Госреестра селекционных достижений, допущенных к использованию.
В последние годы отмечен рост в отечественном сортименте гороха новых морфотипов (рис. 1). так, с момента районирования первого неосыпающегося сорта (1991 г.) возросла до 19 % доля сортов с не-осыпающимися семенами и усатым типом листа (¿в/, а/), хотя доля детерминантных сортов (¿вк, ¿в%), впервые внесённых в Госреестр в 1992 г., остаётся незначительной (6%).
45 40 35
а о
--
1 1 1 1 1 1—II—1
Ш
тЗ
со тЗ
.а
<о тЗ
-С
<о тЗ
Генотипы
СО тЗ
.а
<о ТЗ
го ТЗ
СО ТЗ
Рисунок 1 - Разнообразие сортов гороха, обусловленное наличием рецессивных генов (К - обычный тип, ¿в/ - неосыпаемость, а/ - усатый тип листа, ¿вк - детерминантность самарского типа, ¿в1 - детерминантность луганского типа)
Продуктивность новых сортов определяется морфотипом гороха. В экологическом испытании ВНИИЗБК установлено, что в среднем за 2000...2003 гг. урожайность зерна у сортов разных морфотипов составила:
- обычный тип листа, осыпающиеся семена - 2,53 т/га;
- обычный тип листа, неосыпающиеся семена - 2,67 т/га;
- усатый тип листа, осыпающиеся семена - 2,89 т/га;
- усатый тип листа, неосыпающиеся семена - 2,91 т/га;
- зерноукосный горох, обычный тип листа, осыпающиеся семена 2,36 т/га;
- пелюшки, усатый тип листа, неосыпающиеся семена - 2,92 т/га.
Селекция важнейших зернобобовых и крупяных культур направлена на использование всего генетического потенциала вида и связана с поиском и определением функций генов, отвечающих за продукционный процесс. так, у гороха листочковые формы имеют более высокий потенциал фотосинтеза и накопления питательных веществ, обладают повышенной устойчивостью к абиострессорам; безлисточковые (усатые) генотипы устойчивы к полеганию и формируют наиболее оптимальный по архитектонике агро-ценоз; ограниченное число продуктивных узлов у детерминантных форм обеспечивает сжатый период
0
Селекция и семеноводство. РастениеводствоВестник ОрелГАУ 2-3'06
созревания; принципиально новый морфотип с ярусной гетерофилией (хамелеон) совмещает преимущества листочковых и усатых образцов.
Объединение традиционных способов селекции растений с генетическими и биоинженерными методами способствует разработке таких селекционных технологий, которые быстро ведут к созданию принципиально новых морфотипов и сортов. При этом сорта российской селекции испытывают жесткую конкуренцию со стороны западноевропейских аналогов.
Среди сортов селекции ГНУ ВНИИЗБК можно выделить:
- сорта листочкового типа с неосыпающимися семенами - Орловчанин (6 регионов РФ, национальный стандарт Украины), Визир (2 региона РФ); новый сорт темп, отобранный по интенсивному темпу роста корешков на ранних этапах онтогенеза;
- устойчивые к полеганию сорта с усатым типом - Норд (5 регионов РФ), Орлус (2 региона РФ), раннеспелый (созревает на 7...15 суток быстрее раннеспелых стандартов) сорт Шустрик для северных регионов и занятых паров, мелкосемянный сорт Муль-тик, районированный в 5 регионах РФ и Республике Беларусь, а также новый высокопродуктивный, устойчивый к абиотическим стрессам сорт Фараон;
- сорт Батрак, характеризующийся уникальным комплексом признаков (детерминантный габитус, усатый тип листа и неосыпающиеся семна), который допущен к использованию в 8 регионах РФ;
- новый сорт с ярусной гетерофилией Спартак (морфотип хамелеон) обладает потенциалом продуктивности на уровне лучших листочковых образцов и устойчив к полеганию как усатые генотипы.
Перспективность нового направления селекции -создание сортов гороха полевого (пелюшек) зернофуражного использования для северных регионов подтверждена на примере сортов Орпела (листочковый тип, 4 региона РФ), Алла (усатый тип, 4 региона РФ, Республика Беларусь) и Наташа (усатый тип, успешно проходит Госиспытание в РФ и Республике Беларусь). Сорт пелюшки универсального типа Зарянка, районированный в 7 регионах РФ и Республике Беларусь, совмещает высокую урожайность зеленой массы и зерна при высоких кормовых достоинствах.
Учитывая все возрастающую роль зернобобовых культур в обеспечении животноводства растительным белком, значительно активизировалась работа не только с традиционными зернобобовыми культурами, но и соей. В Госреестр РФ включен раннеспелый сорт Ланцетная, передан на Государственное испытание новый раннеспелый сорт Свапа с высоким прикреплением бобов.
В последние годы во ВНИИЗБК усилены многоплановые исследования по теоретической разработке и селекционному использованию генетических систем крупяных культур, управляющих развитием основных хозяйственно ценных признаков, разработаны новые методы количественной оценки и анализа изменчивости признаков
Изучение ограниченно ветвящегося и детерми-нантного мутантных морфотипов - векторов современных адаптационных процессов у гречихи - выявило наличие тесной связи морфологических и продукционных свойств растений. Это, с одной стороны, подтверждает адаптивную роль данных мутаций, а с другой - показывает, что их адаптивное значение состоит не в изменении габитуса, а в воздействии (через изменение габитуса) на характер донорно-акцепторных отношений.
Анализ продукционных свойств сортов, созданных на основе мутации ограниченного ветвления (сорт Молва) и детерминантности (сорт Дикуль), подтвердили правильность этих предположений (табл. 1). Урожайность сорта Богатырь (традиционный среднерусский морфотип) составила 2,32 т/га, а у мутантных сортов Молва и Дикуль - 2,95 и 2,97 т/га или на 27.28% выше. По урожаю фитомассы сорт Дикуль не отличался от Богатыря, а превосходство сорта Молва было невелико. Повышенные урожайные свойства мутантных сортов в преобладающей мере или полностью обусловлены повышением уборочного коэффициента.
Во ВНИИЗБК создана серия высокоурожайных сортов гречихи, адаптированных к широкому диапазону почвенно-климатических условий. Скороспелые сорта (Скороспелая 86); индетерминантные ограниченно ветвящиеся сорт (Молва), приспособленные к пониженным температурам и невысокому уровню агротехники; детерминантные сорта с повышенной устойчивостью к полеганию - Деметра, Дождик (крупнозерные), Дикуль (короткостебель-ный, отзывчивый на внесение повышенных доз минеральных удобрений, пригодный к уборке прямым комбайнированием), Девятка (крупнозерный, отличается повышенной конкурентоспособностью в условиях пониженных температур и раннего посева). Созданы перспективные сорта Диалог (крупнозерный, короткостебельный, дружносозревающий, превосходит стандарт Дикуль по урожаю зерна при укороченном на 3 суток вегетационном периоде), Дизайн 3 (зеленоцветковый, что обеспечивает повышенную устойчивость плодов к осыпанию и дополнительный потенциал фотосинтеза), детерми-нантные скороспелые сорта, превосходящие стандарт Скороспелая 86 по урожайности и устойчивости к полеганию и отличающиеся более коротким вегетационным периодом.
Таблица 1 - Урожайность мутантных со
ртов гречихи.
Сорт Урожай, т/га Кхоз
фитомассы зерна
Богатырь 8,64 2,32 26,8
Молва 9,12 2,95 32,3
Дикуль 8,69 2,97 34,1
НСР05 1,12 0,35
Использование традиционных способов селекции проса наряду с генетическими и биоинженерными и методами способствовало разработке новых селекци-
онных технологий проса и просовидных культур.
Отдельным направлением в селекции проса можно считать создание иммунных сортов к наиболее вредоностному узкоспециализированному патогену культуры - головне Sporisorium destruens (Schlecht) Yanky В настоящее время на территории СНГ и ЕС идентифицированы 17 рас головни проса и выявлено 8 генов устойчивости Sp к патогену.
Объединение тесно сцепленных генов резистентности Sp в одном генотипе связано с огромными трудностями. Чтобы получить генотип проса, обладающий генетически обусловленной резистентностью ко всем известным расам, потребуется объединить в комплекс 3 гена (Sp1, Sp2, Sp3). Вместе с тем, накопление генов устойчивости в одной линии не является фактором долговременной защиты культуры от патогена, а наоборот, способствует появлению новой более вирулентной расы. В связи с этим, было определено новое направление - создание мультилинейных сортов проса, различающихся по резистентности биологически совместимых и фенотипически выровненных аналогов или изоген-ных линий на основе лучших сортов, перспективных форм и обоснование количества и состава этих компонентов в сорте. Впервые в истории селекции проса во ВНИИЗБК в 1998 г. создан и с 2001 г. включен в Госреестр РФ мультилинейный сорт Квартет, состоящий из 4-х линий-аналогов с эффективными доминантными генами расоспецифической устойчивости к головне Sp1, Sp2, Sp3, Sp4. Использование сорта Квартет при условии пересева семенами своего производства без протравливания в течение нескольких лет гарантирует стабильный урожай, рост полевой устойчивости к патогену и активное подавление местной популяции головни. Сорт Квартет -первый мультилинейный сорт, сочетающий устойчивость к известным расам головни, с урожайностью 4.5 т/га при соблюдении сортовой технологии и максимальной урожайностью более 6 т/га (испытания в РФ, Беларуси, Германии и Швейцарии), ценный по качеству крупы.
В результате использования генофонда проса во ВНИИЗБК и выполнения совместной НИР по экологическому испытанию с НИИ полевых культур «Селекция» (г. Бельцы, Республика Молдова) создан новый среднеспелый сорт проса Союз с эффективной расоспецифической устойчивостью к головне, который признан перспективным в Республике Молдова. В государственный реестр республики Беларусь внесен среднеспелый устойчивый к головне сорт Славянское, который характеризуется отличными технологическими и кулинарными качествами зерна и устойчивостью к наиболее вирулент-
ным расам головни. Максимальный урожайность в испытании - 7,09 т/га (Щучинский ГСУ Гродненской области).
В настоящее время. проходят Государственное испытание 2 новых сорта проса селекции ГНУ ВНИИЗБК: Княжеское и Вельсовское. Среднеспелый сорт Княжеское отличается пластичносью, высокой урожайностью и хорошими технологическими качествами крупы. Среднеранний высокопродуктивный сорт Вельсовское характеризуется высокой крупностью зерна в сочетании повышенным содержанием белка и отдельных незаменимых аминокислот: метионина и триптофана.
В 2005 г. разработана новая селекционная технология проса, которая позволяет сократить селекционный процесс на 3.4 года и включает обязательное использование при гибридизации мутант-ных форм, получение дигаплоидных растений, идентификацию генотипов с помощью электрофореза запасных белков и ПЦР-анализа ДНК, тестирование выделенных генотипов по урожайности, хозяйственно полезным признакам в течение 2.4 лет при испытании в 2.3 пунктах. В результате проведенных исследований установлена конкурентноспоб-ность гомозиготных линий проса, полученных с использованием различных методов биоинженерии. Выделены дигаплоидные линии am219, R2085/26, а также регенерантные линии из гибридной комбинации R-160, полученной при опылении проса чужеродной пыльцой и с применением метода культуры незрелых зародышей, представляющие собой ценный исходный материал для селекции проса.
Использование биоинженерных технологий, ранее разработанных для получения сомаклональных вариантов проса, позволило вывести новый сорт нетрадиционной кормовой культуры - пайзы (Echi-nochloa frumentacea Link.) Красава, существенно превышающий известные сортообразцы культуры по темпу роста и приспособленности к различным климатическим условиям России и СНГ. Вегетационный период которой составляет 96.110 суток.. Облиственность 50.60%. Высота растений 102.120 см. Средняя урожайность сухого вещества 134 ц/га, семян - 2,57 т/га.
Таким образом, управление формообразовательным процессом различных культивируемых видов зернобобовых и крупяных культур на основе оригинальных методик и целенаправленных селекционных программ с использованием генетических методов и биоинженерных технологий дает возможность сократить селекционный процесс и предложить к использованию производстве принципиально новые сорта выше указанных культур.
