CC BY
173
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10207 УДК 631.52:633.367
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ СЕЛЕКЦИИ ЛЮПИНА
М.И. ЛУКАШЕВИЧ, доктор сельскохозяйственных наук, руководитель направления (e-mail: lupin.albus@ mail.ru)
П.А. АГЕЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, руководитель направления
Н.В. НОВИК, кандидат сельскохозяйственных наук, руководитель направления
М.В. ЗАХАРОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
Всероссийский научно-исследовательский институт люпина - филиал Федерального научного центра кормопроизводства и агроэкологии имени В.Р. Вильямса, ул. Березовая, 2, п. Мичуринский, Брянский р-н, Брянская обл., 241524, Российская Федерация
Резюме. Показаны значение, направления, основные результаты и перспективы селекционной работы по белому, узколистному и желтому люпину во Всероссийском научно-исследовательском институте люпина. Дана хозяйственно-биологическая характеристика новых районированных сортов. Сорта белого люпина Дега, Алый парус, Мичуринский и сорт узколистного люпина Витязь могут конкурировать с другими зернобобовыми культурами. В экологическом испытании на Шатиловской опытной станции в Орловской области, в сравнении с лучшими сортами сои и гороха, в среднем за 2015-2017 гг. они заняли первые места по урожайности семян и сбору белка. Корреляционный анализ элементов семенной продуктивности у разных сортов люпина белого показал достоверно высокую связь массы семян с растения с массой бобов и биомассой растения (r = 0,95-0,98); среднюю связь массы семян с растения и уборочным индексом (r = 0,44-0,57). В связи с этим, условие дальнейшего повышения урожайности новых сортов люпина белого - увеличение общей биомассы растения при сохранении уборочного индекса на уровне 45-50 %. За последние годы созданы формы этого вида, которые по продуктивности биомассы и потенциально возможной урожайности превосходят стандарт Дега в 1,5-2 раза. Узколистный люпин - самый скороспелый среди возделываемых видов. Его селекция ведется в направлении создания кормовых и сидеральных сортов. В Госреестр с 2012 г. включен кормовой сорт Витязь, с 2015 г. сидеральный сорт Сидерат 46. Люпин желтый - культура легких супесчаных и песчаных почв. С 2017 г. в Госреестр включен кормовой сорт желтого люпина универсального использования Булат. Ключевые слова: люпин, селекция, сорт, урожайность, устойчивость к болезням, засухоустойчивость, алкалоид-ность, белок.
Для цитирования: Достижения и перспективы селекции люпина / М.И. Лукашевич, П.А. Агеева, Н.В. Новик и др. // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 2. С. 29-32. D0I:10.24411/0235-2451-2018-10207.
В решении проблемы дефицита кормового белка в условиях России и стран СНГ важное место занимает люпин. Его кормовая ценность обусловлена не только высоким содержанием белка в семенах (35-48 %) и зеленой массе (18-22 % сухого вещества), но и благоприятным соотношением аминокислот, а также практически полным отсутствием ингибиторов трипсина. Люпин - активный азотфиксатор. Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями он связывает от 100 до 400 кг молекулярного азота на 1 га посева. Поэтому он прекрасный предшественник для всех
небобовых видов. Люпин - хорошая средообразую-щая культура. Совместные его посевы с зерновыми и кормовыми позволяют не только выращивать сбалансированные по протеину непосредственно в поле концентрированные и травянистые корма, но и значительно повышать продуктивность пашни [1].
В сельскохозяйственном производстве страны используют три однолетних вида люпина: белый (Lupinusalbus), узколистный (L. angustifolius), желтый (L. luteus). Каждый из них имеет свои биологические особенности, отличается по качеству семян, приспособлен к определенным почвенно-климатическим условиям и не замещает один другой. За период работы ВНИИ люпина селекционеры создали 38 оригинальных сортов возделываемых видов люпина разного типахозяйственного использования, 28 из которых включены в Госреестр селекционных достижений. Адаптационные свойства каждого вида и сорта люпина позволяют выращивать его практически на всей Европейской части России. В 2016 г. люпин возделывали на площади 135 тыс. га, из них 103 тыс. га люпина белого и 32 тыс. га узколистного [2].
Исследования проводили с целью оценки сортов и селекционных номеров белого, узколистного и желтого люпина Всероссийского НИИ люпина по основным хозяйственно и биологически ценным признакам, а также определения наиболее перспективных направлений селекции культивируемых видов люпина для создания адаптивных, конкурентоспособных c другими зернобобовым культурам сортов разного направления использования, пригодных к широкому распространению в агроландшафтах России для решения проблемы дефицита кормового белка и улучшения почвенного плодородия.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на опытных полях ВНИИ люпина. Почва экспериментальных участков серая лесная легкосуглинистая. Содержание гумуса в пахотном слое
почвы составляло 2,9-3,3 %, Р2О5 - 16-22, К2О - 15' ' '25 '2
18 мг/100 г почвы, рН - 5,5-6,2. В качестве исходного материала для создания сортов люпина с комплексом хозяйственно ценных признаков использовали образцы коллекции ВИР, а также собственный селекционный материал, созданный различными методами. В селекционных питомниках ежегодно изучали 15002000 номеров люпина белого, 1500 узколистного, до 1000 желтого.
Наряду с гибридизацией, новый исходный материал белого люпина создавали методом физического мутагенеза. В качестве мутагенного фактора использовали гамма-лучи 60Со и 137Cs.
Селекцию на устойчивость к антракнозу и фуза-риозу вели на специализированных инфекционных фонах. Посев полевых питомников, учеты, наблюдения и статистическую обработку осуществляли согласно общепринятым методикам.
Результаты и обсуждение. Белый люпин среди зернобобовых культур отличается наиболее высоким потенциалом семенной продуктивности (4-5 т/га) и по качеству семян приближается к сое (содержит
Таблица 1. Продуктивность лучших сортов зернобобовых культур в экологическом испытании Ша-тиловской СХОС, 2015-2017 гг.
Сорт Учреждение оригинатор 2015 г. 2016 г. 2017 г. Среднее
Семена, т/ га Белок, т/ га Семена, т/га Белок, т/ га Семена, т/ га Белок, т/ га Семена, т/ га Белок, т/ га
Люпин
Дега ВНИИ люпина, ТСХА 4,5 1,66 4,5 1,66 4,6 1,70 4,5 1,66
Алый парус ВНИИ люпина 4,4 1,62 4,5 1,66 4,6 1,70 4,5 1,66
Мичуринский -//- 4,6 1,70 4,1 1,51 3,2 1,18 3,9 1,44
Витязь 4,0 1,40 4,4 1,54 4,6 1,61 4,3 1,50
Соя
Свапа ВНИИЗБК 3,8 1,25 3,2 1,05 3,7 1,22 3,5 1,15
Зуша -//- 4,0 1,36 3,8 1,29 3,9 1,32 3,9 1,32
Горох
Софья ВНИИЗБК 3,0 0,72 3,0 0,72 2,8 0,67 2,9 0,69
Флора Немчиновка 2,4 0,53 2,5 0,55 2,4 0,53 2,4 0,53
36-40 % белка и 10-12 % жира). Кроме того, он более скороспелый, урожайный и технологичный, чем соя [3].
Анализ многолетних данных экологического изучения новых сортов люпина на черноземах Ша-тиловской опытной станции Орловской области, где проходит ежегодная Всероссийская ярмарка сортов, показал значительное их преимущество перед другими зернобобовыми культурами. Районированные сорта белого люпина Дега, Мичуринский, Алый парус и узколистного люпина Витязь, в сравнении с лучшими сортами сои и гороха, за 2015-2017 гг. заняли первые места по урожайности семян и сбору белка (табл. 1).
Содержание белка в семенах районированных на сегодняшний день сортов белого люпина составляет 36-38 %, жира - 8-10 %, алкалоидов - 0,05-0,08 %. В селекционных питомниках выделены номера с содержанием белка 39-40 % и алкалоидов - 0,02-0,03 %. На их основе разворачивается селекция на качество.
Селекция белого люпина ведется по следующим основным направлениям: оптимальный вегетационный период (110-120 дней), повышение потенциала семенной продуктивности, комплексная устойчивость к антракнозу и фузариозу, засухоустойчивость, пониженное содержание алкалоидов и клетчатки в семенах, повышенное содержание белка, жира, лизина.
Для создания нового исходного материала с комплексом хозяйственно-ценных признаков ежегодно проводится 20-25 комбинаций скрещивания с участием лучших сортов, коллекционных и селекционных образцов. От скрещивания польских детерминантных форм с источниками устойчивости к фузариозу получены различающиеся по степени ветвления, высоте растений, устойчивости к полеганию и болезням, уровню продуктивности и продолжительности вегетационного периода (ультраскороспелые, скороспелые, среднеспелые, позднеспелые) образцы разных морфотипов. Наиболее широким формообразовательным процессом отличаются гибридные комбинации от эколого-отдаленных скрещиваний чилийского озимого детерминантного сорта Тип-Топ х Детер 1 и образца ЮАР Тр1/1исг х Детер 1. В этих комбинациях выявлены трансгрессивные формы по высоте растений и продуктивности. В институте впервые начато использование в селекции ярового люпина озимых форм. Самые скороспелые в условиях проведения исследований колосовидный и метельчатый
морфотипы, а более продуктивные - среднеспелый щитковый и позднеспелый с обычным ветвлением.
На инфекционных фонах выделены формы белого люпина гибридного и мутантного происхождения с повышенной устойчивостью к таким весьма опасным заболеваниям, как антракноз и фузариоз. При поражении стандарта Дега на фузариозном фоне до 20 %, у перспективных сортообразцов сн 15-15, сн 38-15, сн 94-15 и др. величина этого показателя не превышает 10 %. Антракнозом стандарт на инфекционном фоне поражается до 70 %, номер сн 25-11 показывает среднюю устойчивость и поражается по бобам до 45 %.
Корреляционный анализ элементов продуктивности у обычных и детерминантных форм люпина белого показал высокую положительную связь между семенной продуктивностью и биомассой растения (г = 0,90-0,95), а также среднюю связь массы семян с растения и коэффициента хозяйственной ценности (г = 0,44-0,57) [4]. В связи с этим, условие дальнейшего повышения потенциала урожайности новых сортов люпина белого - увеличение общей биомассы растения при сохранении упомянутого коэффициента на уровне 45-50 %. Получены мутанты и трансгрессивные формы, превышающие по биомассе стандарт Дега в 1,5-2 раза, с потенциальной урожайностью семян 6-7 т/га.
Для формирования стабильных и высоких урожаев семян и зеленой массы белого люпина в засушливых условиях Центрально-Черноземного и других регионов важное значение имеет признак засухоустойчивости растений. В этом направлении создан и с 2016 г. включен в Госреестр новый кормовой сорт Мичуринский, с 2018 г. передан на госсортоиспытание сорт Пилигрим. Они отличаются скороспелостью, высокой урожайностью семян и повышенной засухоустойчивостью, в сравнении с ранее районированными сортами Дега и Алый парус. При лабораторной оценке на засухоустойчивость методом проращивания в растворе осмотика - сахарозы в среднем за 2014-2016 гг. сорта Мичуринский и Пилигрим показали устойчивость соответственно 71,5 и 73,9 %, а Дега и Алый парус - 44,3 и 40,8 %, по отношению к контролю (вода).
Сорта белого люпина, созданные в институте, обладают комплексом хозяйственно-биологических свойств и, кроме того, имеют четкие маркерные апро-бационные признаки: Алый парус - светло-розовые цветки, Мичуринский и Пилигрим - сине-цветковые
Таблица 2. Результаты Госсортоиспытания сорта узколистного люпина Витязь
Область, республика Госсортоучасток Урожайность зерна, т/га Урожайность сухого вещества вегетативной массы, т/га Масса 1000 семян, г Вегетационный период, сутки
сорта % к St
Калининградская Зеленоградский 3,60 - 7,22 138,0 105
Брянская Выгонический 3,35 20,2 8,32 149,3 86
-//- Стародубский 3,01 28,0 8,09 197,5 106
Владимирская Вязниковский 3,48 23,0 4,13 172,8 94
Рязанская Рыбновский 2,44 18,8 7,01 134,2 97
Смоленская Починковский 3,64 19,0 8,28 177,7 -
Липецкая Липецкая ГСС 2,18 - 10,68 120,2 80
Орловская Володарский 3,10 - 4,30 139,3 77
Республика Мордовия Старосиндровский 4,11 2,0 5,26 123,2 87
Кемеровская Яшкинский 2,71 14,4 8,12 129,9 76
щитковидные. Это позволяет правильно вести первичное семеноводство и апробацию их сортовых посевов.
Люпин узколистный отличается скороспелостью, толерантностью к антракнозу, положительным отношением к кислотности почвы, невысокой требовательностью к её плодородию и хорошими урожаями семян и зеленой массы. Фактически - это «северная соя». В семенах люпина узколистного содержится 32-36 % сырого протеина, в сухом веществе зеленой массы - 16-22 %. Оптимальная сумма активных температур для формирования укосного урожая 1280-1300 °С, созревания семян - 1600-1650 °С. В производственных условиях узколистный люпин пригоден для возделывания на корм вплоть до северных границ возможного земледелия Российской Федерации [5].
В результате многолетней селекционной работы во Всероссийском НИИ люпина созданы сорта узколистного люпина кормового и сидерального типов использования: 15 из них включены в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в сельскохозяйственном производстве. Среди кормовых сортов распространение в хозяйствах получили Кристалл, Снежеть, Смена, Белозерный 110 и Витязь.
Сегодня в производство внедряется сорт узколистного кормового люпина Витязь универсального типа использования, допущенный к использованию с 2012 г. в семи регионах страны. Он имеет довольно высокий потенциал адаптивности, о чем свидетельствуют результаты, полученные на госсор-тучастках в областях, значительно различающихся
по почвенно-климатическим условиям (табл. 2). Наибольшая семенная продуктивность (3,0-4,1 т/га) сорта отмечена в Калининградской, Орловской, Владимирской, Брянской, Смоленской областях и в Республике Мордовия.
Так как люпин узколистный - кормовая зеленоу-косная культура, то одно из перспективных направлений его селекции - создание высокорослых форм, способных в короткий срок накапливать большое количество биомассы. В селекционном материале выявлены сортообразцы с интенсивным начальным ростом, превышающие стандарт по высоте, массе растений и облиственности. Например, СН 78-07 превосходит стандарт по высоте на 19 см, по массе растений - на 13,2 %, но уступает ему по облиственности. Сортообразец СН 144-13 высокорослый и характеризуется хорошей облиственностью. Под названием Белорозовый 144 он передан в 2018 г. в госсортоиспытание.
Люпин узколистный издавна использовали в качестве сидеральной культуры. Эту роль он сохраняет до сих пор. В зависимости от развития биомассы сидерат оставляет в почве 200-300 кг азота на 1 га, что равноценно нескольким центнерам аммиачной селитры [6]. Сорт селекции ВНИИ люпина Сидерат 46 предназначен для выращивания зелёной массы и запашки её в качестве органического удобрения. В 2015 г. он внесен в Госреестр по всем регионам страны. Сорт относится к скороспелому биотипу; продолжительность вегетационного периода варьирует от 76 до 90 дней. За годы конкурсного испытания средняя урожайность семян составила 3,18 т/га, максимальная -4,38; урожайность зелёной массы - 37,0-42,5 т/га.
Таблица 3. Характеристика сортов люпина желтого, среднее 2013-2017 гг.
Показатель Бригантина ^) Надежный Новозыбковский 100 Булат
Вегетационный период, сутки 98 98 98 98
Урожайность семян, т/га 1,67 1,78 1,83 1,79
Сбор белка с урожаем семян, т/га 0,67 0,75 0,79 0,75
Урожайность зелёной массы, т/га 55,41 56,46 62,38 64,76
Урожайность сухого вещества, т/га 11,24 8,94 11,00 12,37
Сбор белка с сухим веществом, т/га 2,01 1,42 1,90 2,12
Содержание в семенах, %:
белка 40,1 42,2 42,9 41,7
алкалоидов 0,076 0,072 0,081 0,061
Содержание в сухом веществе зелёной массы:
белка, % 17,9 15,9 17,3 17,1
жира, % 2,34 2,16 2,54 2,61
алкалоидов, % 0,032 0,030 0,041 0,031
каротина, г/1000 г 24,47 23,68 28,07 28,85
В экологическом сортоиспытании семенная продуктивность сорта достигала 5,0 т/га. Максимальный урожай зелёной массы сорт накапливает в фазе сизо-блестящего боба за 45-55 дней после всходов.
Люпин жёлтый был основным возделываемым видом люпина в СССР, его посевы занимали площадь около 2 млн га. Однако именно желтый люпин впоследствии оказался наиболее восприимчивым к грибным и вирусным болезням и по этой причине сегодня практически исключён из реестра возделываемых культур. В то же время его значение для кормопроизводства трудно переоценить. И если в зернофураже и комбикормах желтый люпин в значительной степени могут заменить узколистный и белый виды, то в производстве травянистых кормов их роль ограничена из-за меньшей массы листьев узколистного люпина и быстро одревесневающего стебля, как у белого, так и узколистного люпинов. Из всех возделываемых видов желтый люпин наиболее пригоден для проблемных дерново-подзолистых почв, песчаных и супесчаных почв со слабокислой реакцией.
В среднем за 2013-2017 гг. в питомнике конкурсного сортоиспытания у сортов люпина желтого местной селекции урожайность семян составила 1,76 т/га, зеленой массы - 59,47 т/га, сухого вещества -10,46 т/га (табл. 3). Сбор белка с единицы площади с урожаем семян желтого люпина был равен 0,73 т/га, зеленой массы - 1,79 т/га.
Лучшими показателями урожайности и качества зеленой массы характеризуется новый сорт Булат, включенный в Государственный реестр селекционных достижений в 2017 г. Он выведен методом индивидуального отбора в условиях жесткой эпифитотии антракноза 2009 г. Сорт универсального типа использования, пригоден для выращивания на семена и зеленую массу. Отличается быстрым темпом роста.
Разновидность maculosus. Устойчив к растрескиванию бобов и осыпанию семян на корню. Масса 1000 семян 114 г. Продолжительность вегетационного периода 98 дней. Максимальное содержание сырого протеина в семенах 43 %, в сухом веществе вегетативной массы - 20 %. Концентрация алкалоидов в семенах 0,06 %, в зелёной массе - 0,03 %. Устойчив к фузариозу и толерантен к антракнозу.
Для более полной реализации биологического потенциала видов люпина разработана долгосрочная целевая селекционная программа, которая предусматривает создание сортов разного хозяйственного использования: универсальных, зернофуражных, зеленоукосных и сидеральных. Определены соответствующие морфо- и сортотипы, разрабатываются модели сортов с конкретными параметрами селектируемых признаков.
Выводы. Районированные и перспективные сорта люпина отличаются скороспелостью, высоким потенциалом продуктивности, технологичны, способны конкурировать с лучшими сортами сои и гороха. Научно-исследовательская работа ВНИИ люпина будет направлена на создание на основе новых морфотипов с ограниченным ростом (эпигональных, метельчатых, щитковидных) скороспелых и среднеспелых сортов разного направления использования, характеризующихся высокой стабильной продуктивностью, комплексной устойчивостью к антракнозу, фузариозу, засухе и адаптированных к различным почвенно-климатическим условиям РФ. Создание и распространение в сельскохозяйственном производстве таких сортов позволит внести весомый вклад в решение проблемы производства кормового белка для животноводства, импортозамещения дорогостоящей генномодифицированной сои, сохранения и улучшения почвенного плодородия.
Литература.
1. Такунов И.П., Слесарева Т.Н. Безгербицидная ресурсоэнергосберегающая технология возделывания люпина и злаковых культур в смешанных посевах: научно-практические рекомендации. Брянск. Издательство «Читай-город», 2007. 59 с.
2. Люпин - селекция и адаптация в агроладшафты России /А.И. Артюхов, М.И. Лукашевич, П.А. Агеева и др. // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 2 (59). С. 51-60.
3. Гатаулина Г.Г. За белым люпином будущее // Белый люпин. 2014. № 1. С. 2-6.
4. Захарова М.В., Лукашевич М.И., Свириденко Т.В. Изменчивость и взаимосвязь элементов продуктивности у сортов люпина белого // Зернобобовые и крупяные культуры. 2014. № 2. С. 81-83.
5. Новиков М.Н., Тужилин В.М., Самохина О.А. Система биологизации земледелия в Нечерноземной зоне (научно-практ. рекоменд.). М.: «Росинформагротех», 2007. 296 с.
6. Алексеев Е.К. Зеленое удобрение в нечерноземной полосе. М.: Сельхозгиз, 1959. 278 с.
ACHIEVEMENTS AND PROSPECTS OF LUPINE BREEDING
M.I. Lukashevich, P.A. Ageeva, N.V. Novik, M.V. Zakharova
All-Russian Lupine Research Institute - the branch of the V.R. Williams Federal Scientific Center of Fodder Production and Agroecology, ul. Berezovaya, 2, p. Michurinskii, Bryanskii r-n, Bryanskaya obl., 241524, Russian Federation Abstract. The article presents the importance, trends, the main results and prospects of breeding work with white, narrow-leaved and yellow lupine in All-Russian Lupine Research Institute. Economic and biological description of new adapted varieties is given. White lupine varieties 'Dega', 'Aly Parus', 'Michurinsky' and narrow-leaved lupine 'Vityaz' are competitive with other legume crops. They took the first place in grain and protein yield compared to the best soybean and pea varieties in the ecological test in Shatilov Agricultural Experimental Station (Orel region) in 2015-2017. The correlation analysis of the elements of seed productivity in different white lupine varieties showed a reliably high correlation between the mass of seeds from the plant and the mass of the beans and the biomass of the plant (r = 0.95-0.98); the average correlation between the weight of the seeds from the plant and the harvest index (r = 0.44-0.57). In this connection, the condition for further yield increase in new white lupine varieties is an increase in the total biomass of the plant while maintaining the harvest index at the level of 45-50%. During the last years, the forms of this species were developed, which exceed the standard 'Dega' in biological weight productivity and potential yield 1.5-2.0 times. Narrow-leaved lupine is the earliest species among the cultivated ones. Its breeding is aimed to develop varieties for forage and green manure. The forage variety 'Vityaz' has been listed in the State Register since 2012; the green manure variety 'Siderat 46' was included in the State Register in 2015. Yellow lupine is a crop for sabulous and sandy soils. Since 2017, the State Register included a forage variety of yellow lupine of universal use 'Bulat'.
Keywords: lupine; breeding; variety; yield; resistance to diseases; drought resistance; alkaloid content; protein.
Author Details: M.I. Lukashevich, D. Sc. (Agr.), manager (e-mail: lupin.albus@mail.ru); P.A. Ageeva, Cand. Sc. (Agr.), manager;
N.V. Novik, Cand. Sc. (Agr.), manager; M.V. Zakharova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow.
For citation: Lukashevich M.I., Ageeva P. A., Novik N.V., Zakharova M.V. Achievements and Prospects of Lupine Breeding. Dosti-zheniya nauki i tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 2. Pp. 29-32 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10207.
