Институту сахарной свеклы 90 лет Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

1СТ0Р1Я НАУКИ

М. А. Корнеева,

кандидат биологических наук Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы НААН

УДК 63.631.41

Институту сахарной свеклы 90 лет

У стат1 наведен1 основн1 науков1 напрями досл1джень в 1нститут1 боенергетичних культур I цукрових буряк1в (бувший 1ЦБ), а такожрозвиток селекци буряку цукрового в'д багатонасн-них сорт1в до ЧС-г1брид1в найновшого поколння, метод1в досл1джень, визначен1 завдання на перспективу.

Ключовi слова:

буряк цукровий, сорт, пбрид, методи дослщжень, продуктивысть, селек^я, вихщний матерш, направлення дослщжень.

Свекловодство имеет более чем 200-летнюю историю.

90 лет селекции сахарной свеклы как науки - сравнительно небольшой отрезок времени, однако за этот период произошло немало событий, характеризирующих ее развитие -от случайных опиравшихся на первых порах лишь на безудержную фантазию отдельных исследователей до сознательных шагов по созданию новых форм культуры на основе знаний законов генетики, а ныне - к конструированию новых сортов и гибридов с заданными свойствами, необходимыми современному потребителю.

Как писал Н. И. Вавилов, «Селекция - это эволюция, направляемая волей человека». И это справедливо, ибо именно селекция как наука «...разрабатывает свои методы, устанавливает закономерности, которым подчиняется формообразующий процесс, ведущий к созданию сорта» [1].

В конце 90-х годов 19 века в Украине образовано несколько селекционных учреждений, из которых до настоящего времени успешно занимаются селекцией Уладовская, Ивановская, Ялтуш-ковская и Верхнячская станции. Позже образовались Белоцер-ковская и Весело-подолянская станции, затем Уманский селекционный пункт, преобразованный в филиал Всесоюзного научно-исследовательского института свеклы (ВНИС), которые сыграли большую роль в создании отече-

ственных сортов сахарной свеклы и других полевых культур.

Отечественная селекция сахарной свеклы стремительно начинает развиваться с момента, когда селекционные учреждения, занимавшиеся этой культурой, были объединены в единую сеть под руководством Сортоводно-семеноводческого управления [2]. После второго съезда селекционеров в 1922 г. для разработки теоретических основ селекции и практического внедрения ее результатов - новых отечественных сортов на территории молодой страны был создан Научный Институт Селекции, прошедший 90-летний тернистый путь, выполняя поставленные перед ним многочисленные задачи. Ныне - это Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы НААН.

Институт начал работу 1 апреля 1922 г. Эта дата и является датой его организации.

Сразу же после создания института и в период восстановления народного хозяйства исследования велись по роду направлений, а именно: разработка методики селекции сахарной свеклы, хлебных злаков, зернобобовых культур, изучение имеющихся в производстве сортов, развитие исследований по физиологии сельскохозяйственных растений, разработка лабораторного и полевого методов научного исследования в области селекции, семеноводства и питания растений.

Основателями института были начальник Сортоводно-семеновод-

ческого управления А. К. Запорожец, профессор В. В. Колкунов, научный сотрудник П. В. Ярошевский.

Основной задачей Института на нынешнем этапе является повышение биологического потенциала продуктивности существующих и создания новых (на основе ЦМС) гибридов, устойчивых к комплексу биотических и абиотических факторов, пригодных для выращивания по биоадаптивным и энергосберегающим технологиям, конкурентоспособных на отечественном и мировом рынках. Еще одной важной задачей является изучение и внедрение в производство биоэнергетических культур, которые должны служить альтернативным источником энергии в Украине. В целом селекция сахарной свеклы как наука за время существования прошла ряд этапов: от окультуривания, отбора пригодных для человека форм, селекционного улучшения многосемянной свеклы, экспериментального формообразования (односемянные, стерильные, полиплоидные образцы) до гетерозисной селекции. При этом сахаристость свеклы наряду с повышением урожайности увеличилась втрое - с 6 до 17-18% [4]. Некоторые концептуальные основы сортоводства были заложены во второй половине 19-го и успешно развивались в начале 20 века, когда на смену методам массового отбора (фирма Вильморен, Франция) стали применять индивидуальный отбор, основанный на наследова-

нии признаков в отобранных растений в потомстве.

Работа Института, ее селекционных станций, в этот период имела большое значение, так как были разработаны научно обоснованные методы селекции, а также методика научного исследования в области опытного дела.

Институтом и его опытной сетью решались задачи, касающиеся не только создания новых высокопродуктивных сортов сахарной свеклы, но и разработки научных основ ведения свекловичного производства, приемов повышения урожая и качества сахарной свеклы. Разрабатывались способы окультуривания почв, внесение удобрений и выращивание свеклы, в различных почвенно-климатических условиях, изучались вопросы и разрабатывались рекомендации по механизации возделывания свеклы, борьбы с вредителями и болезнями, организации и экономики свекловичного производства.

Необходимо отметить, что в то время создавались и внедрялись в производство многосемянные сорта-популяции [5]. В середине прошлого века начался этап их селекционного улучшения, когда методами массового, а также индивидуального отбора стали повышать урожайность и сахаристость свеклы, улучшать технологическое качество корнеплодов, а методом гибридизации с материалами иного происхождения насыщали их генами устойчивости к болезням и влиянию негативных абиотических факторов. В результате сформирован богатый генофонд отечественных многосе-мянных сортов-популяций, к созданию которого причастны талантливые селекционеры Л. Л. Семполов-ский, М. Д. Булин, О. К. Коломиец, Г. С. Мокан, Н. В. Роик, С. Т. Береж-ко, Л. М. Чемерис, Г. М. Макогон, А. В. Попов, О. К. Лободин, И. И. Жи-гайло, И. С. Вальський, И. И. Войт-кевич, Э. В. Чарник, Л. И. Федоро-

вич, И. Я. Балыков, В. Г. Перетятько, М. С. Грицик и другие.

«Долгожителями» свекловичных полей стали сорта Уладовский 1030 (был в производстве с 1936 по 1958 г.), Уладовский 1752 (с 1950 по 1967 г.), Уладовский 1752 улучшенный (с 1962 по 1988 г.), Ивановский 1305 (с 1934 по 1956 г.), Ивановский 1745 (с 1946 по 1961 г.), Ивановский 1745 улучшенный (с 1960 по 1978 г.), Верхняцкий 020 (с 1953 по 1978 г.), Верхняцкий 038 (с 1957 по 1987 г.), Верхняцкий 103 (с 1972 по 1989 г. и мн. др. Они и поныне являются источником ценных генов (устойчивости к болезням и вредителям, высокой сахаристости, высокой адаптивной способности), которые используются для создания новых исходных материалов, линий-доноров хозяйственно-ценных свойств, на основе этих материалов с использованием современных селекционных методов формируют компоненты-опылители для стерильных форм при формировании МС-гибридов.

Со временем возростала роль Института и как методического центра исследований по селекции сахарной свеклы и других культур, а также по их агротехнике.

Институт выступил инициатором проведения комплексных исследований специалистами разных профилей знаний.

Оригинальной явилась закладка стационарных опытов по изучению системы свекловичных севооборотов, удобрения сахарной свеклы и других культур, а также обработки почвы. Целью этих исследований было повышение урожаев сахарной свеклы (до 50,0 т/га), ее семян (4,0 т/га), зерновых культур (4,0-5,0 т/га), сена трав (5,0-8,0 т/га) при одновременном повышении плодородия почвы (А. К. Филипповский, П. А. Власюк, В. С. Денисьевский, М. А. Греков, Л. И. Семушкин и др.).

Наряду с исследованиями по биологии, физиологии и биохимии сахарной свеклы, ее происхожде-

нию и разработке новых методов селекции изучались вопросы окультуривания почвы, направленного изменения происходящих в почве процессов, регулирования питания свеклы, особенностей роста и развития ее в разных экологических условиях, закономерности развития вредителей и болезней сахарной свеклы, особенностей проявления и изменчивости иммунитета у сахарной свеклы к различным болезням.

Научные и теоретические поиски в селекции находили практическое применение: были созданы различные формы свеклы - односемянные, самофертильные, тетраплоид-ные, пыльцестерильные. Это был период экспериментального формообразования, когда, основываясь на законе гомологических рядов наследственной изменчивости, открытого Н. И. Вавиловым, активно обогащался генофонд отечественной свеклы новыми образцами с оригинальными свойствами, и привлечено в селекционный процесс исходных материалов других ген-плазм и диких видов. Несмотря на высокую селекционную проработку многосемянных форм, они имели существенный недостаток - много-плодность клубней, что сдерживало внедрение таких элементов прогрессивных технологий выращивания как посев на конечную густоту.

Идея создания односемянных форм была реализована не сразу. Механическое измельчение много-семянных клубней (разработка проф. В. Н. Тищенка) не дало надлежащего результата, да и травмирование семян не способствовало их широкому применению. Со средины 40-х годов прошлого века на Белоцер-ковской ОСС О. К. Коломиец, учитывая генетическую обусловленность признаков односемянности, из мно-госемянной свеклы, выведенной на Верхняцкой ОСС, выделила односемянный самофертильный мутант, на основе которого был создан и в 1956 г. впервые в мире районирован сорт

Белоцерковский односемянный, а позже - Ялтушковский односемянный. Это позволило исключить из технологии выращивания сахарной свеклы такого трудоемкого процесса, как формирование густоты растений и явилось по существу революционным шагом в возделывании свеклы. Создание односемянной формы сахарной свеклы, несмотря на объективные трудности по закреплению и стабилизации этого признака, были и субъективные - идеологические установки псевдоученого Т. Д. Лысенко и его команды. Эта прогрессивная на то время работа была выполнена благодаря объединенным усилиям таких ученых, как О. К. Коломиец, А. В. Попова, Г. С. Мокана, М. Г. Бордонос.

Свой научный и организационный вклад в создание новой формы внесли директор ВНИС академик ВАСХНИЛ И. Ф. Бузанов и член-корреспондент АН УССР В. П. Зоси-мович. Эти ученые за создание односемянной свеклы и доведение ее до производственных форм были удостоены Ленинской премии. Не будет преувеличением отметить, что мировой приоритет создания односемянной свеклы и широкого внедрения ее в производство принадлежит отечественным селекционерам.

Сорта Уладовской односемянной 20, Уладовской односемянной 35, Веселоподольской 29 и др., сочетающие высокие урожайность и сахаристость, адаптированные к различным агроэкологическим зонам и пригодные к выращиванию по украинской интенсивной технологии, широко использовались в производстве в течение длительного времени.

Со временем стало известно, что продуктивность сортов-популяций достигла селекционного «плато». Стало очевидным, что прорыв в этом направлении возможен с применением гетерозисной селекции.

В 60-х годах прошлого века были широко развернуты работы по ис-

пользованию полиплоидии. Путем гибридизации односемянных тетра-плоидных форм с лучшими диплоидными многосемянными сортами (Р06, Первомайский церкоспороу-стойчивый, В031 и др.) были сформированы триплоидные гибриды на фертильной основе, так называемые полигибриды БЦ поли 1, БЦ поли 2, Внисовский поли 5 и др., которые собирали не отдельно, а вместе, что привело как к снижению процента гибридности (вследствие внутренние популяционного переопыления внутри родительских форм), так и к одноростковости, что негативно сказалось на эффекте гетерозиса [6].

Именно поэтому селекционная практика была переориентирована на общепринятые мировые схемы технологии селекционного процесса, а именно - на создание высокопродуктивных гибридов сахарной свеклы на основе цитоплазмати-ческой мужской стерильности, что дало возможность максимально реализовать биологический потенциал этой культуры.

С организацией Селекционного центра ВНИС (1978 г.) и принятием программы селекционных работ по гетерозису (руководитель - проф. И. Я. Балков) началась специализация селекционных учреждений и концентрация совместных усилий селекционеров на формировании комбинационно-ценных линий нулевого типа, МС-аналогов и много-семянных опылителей. Учитывая, что современные МС-гибриды сахарной свеклы имеют значительно более высокий генетически обусловленный потенциал по сравнению с односемянными сортами-популяциями с 1999 г. согласно решению съезда селекционеров Украины было приостановлено первичное семеноводство сортов. И хотя они есть в Государственном реестре сортов растений Украины, все же преимущество МС-гибридов не вызывает сомнений.

Первенцем среди МС-гибридов был Юбилейный, районированный

в 1981 г. Впоследствии были созданы высокопродуктивные односемянные МС-гибриды ди- и триплоидно-го уровня Льговско-Верхняцкий МС 31, Ивановский МС 33, Белоцерков-ский МС 57, Украинский МС 70, Ялтушковский МС 72, Словянский МС 94, Александрия, Каверось, Ярина, Ивановская-Веселоподолянская 84 и др. Они пришли на смену односемянным сортам и полиплоидным гибридам, что позволило значительно повысить продуктивность культуры. Благодаря практически полной гибридизации компонентов и отбора специфических комбинационно-ценных пар существенно возросли показатели урожайности, сахаристости, всхожести семян, и таким образом они составили достойную конкуренцию зарубежным гибридам, а по некоторым показателям превысили их. Урожайность этих МС-гибридов составляла 47,1-60,1 т/га, сахаристость - 16,6-18,1%, а сбор сахара - 76,1-107,0 т/га. Были также гибриды, созданные совместно с ведущими мировыми фирмами, в частности, КВС (Германия): КВ-Десна, КВ-Днепр, КВ-Степ, КВ-Збруч, КВ-Буг, КВ-Винница, а также БЦ-СИД, которые были рекомендованы для выращивания в зонах Полесья, Лесостепи и Степи Украины. Сбор сахара в таких гибридах превышал показатели группового стандарта на 17,0-17,9%, они не уступали лучшим зарубежным образцам, к тому же характеризовались повышенной устойчивостью к листовым болезням, гнили корнеплодов, благодаря чему устранялась проблема снижения урожайности в годы эпи-фитотий.

Среди отечественных гибридов, с такими качествами, созданных на основе селекционных материалов сети учреждений Института, можно назвать Шевченковский, Ивановско-Веселоподольский МС 84, Украинский МС 72, Ворскла, Уманский МС 90 и др. [7].

Именно созданию гибридов устойчивых к болезням, ныне се-

лекционеры уделяют особое внимание, поскольку выращивание таких гибридов на больших площадях позволяет получать высокие и стабильные урожаи с минимальными затратами на защиту растений от болезней. А это, безусловно, удешевляет стоимость сахарного сырья, и, кроме того, снижает химическую нагрузку на почву и грунтовые воды, что отвечает требованиям защиты окружающей среды.

Однако необходимо отметить, что работа селекционеров должна упреждать возможные риски, к которым в первую очередь можно отнести такую вредоносную болезнь, как ризомания. Известны случаи, когда из-за ризомании были закрыты все сахарозаводы (Словакия - конец 80-х годов, Киргизия - начало 90-х годов прошлого века).

В странах Западной Европы до недавнего этой болезнью были поражены 700 тыс. га посевов, при этом урожайность снижалась больше, чем вдвое, а сахаристость на 2% (абс.). И только за счет устойчивых к ризомании гибридов эту опасность удалось значительно ослабить. Выращивание устойчивых к этим заболеваниям гибридов сахарной свеклы (на площади 600 тыс. га) позволило в Европе возобновить выращивание этой культуры на территориях, инфицированных возбудителем вируса. Быстрое распространение ризомании несет реальную угрозу производству сахарной свеклы и в нашей стране. Уже выявлены первые очаги этой болезни (Ровенская область). Поскольку, гибриды и сорта восприимчивы к вирусу некротического пожелтения жилок свеклы, а химические средства борьбы малоэффективны и неэкологичны, недобор урожая может составить до 80%, то наиболее целесообразным является создание гибридов с генетически обусловленной устойчивостью к этой болезни. Уже сегодня в Государственный реестр внесены такие гибриды, как Ризольт, продуктивность которого -

10,6 т/га по сбору сахара (103,2% к стандарту) при высокой урожайности (62 т/га) и достаточной сахаристости (абс. знач. - 17,1%).

Продуктивность МС-гибридов сахарной свеклы отечественной селекции, особенно их новейшее поколение, имеет еще более высокие показатели: потенциал урожайности - около 60,0 т/га, сбор сахара может достигать свыше 10,0 т/га [8]. Начиная с 2000 г. в Государственный реестр сортов растений Украины было внесено 40 гибридов отечественной селекции (27% от общего количества сортов свеклы в Реестре), из них 22 - селекции Института биоэнергетических культур и сахарной свеклы, что составляет 51% от общего числа отечественных сортов. Только на протяжении 2006-2011 гг. в Реестр внесено 13 гибридов селекции ИБКСС из 16 отечественного происхождения [9]. Это такие высокотехнологичные гибриды, как Злука, Кварта, ИСС 05013, Булава и другие, потенциал продуктивности которых находится в пределах 104,2-106,0 т/ га. Они необходимы производителям, поскольку в ближайшие годы площади под посевами возрастут до 1,5 млн га, сбор урожая сахарной свеклы возрастет до 60-65 млн тонн, часть которого пойдет на получение биотоплива.

Необходимо отметить, что созданию таких высокопродуктивных гибридов на МС-основе с генетически обусловленным эффектом гетерозиса в значительной мере способствовали исследования, связанные с изучением генетики количественных признаков, их сложного генетического контроля и прогнозированием перспективных гибридных комбинаций на основе определения генных взаимодействий (М. А. Кор-неева). Если у сортовой селекции основным методом сдвига значения количественного признака был отбор генотипов с преобладающей долей в структуре изменчивости аддитивного компонента, то в селекции на гетерозис - подбор ком-

понентов с растущей долей неаддитивных эффектов генов, контролирующих хозяйственно-ценные признаки с полигенным контролем. В первом случае прогнозирование селекционного успеха основывалось на оценке селекционного дифференциала, во втором - на определении комбинационной способности компонентов скрещивания с применением контролируемой системы гибридизации для идентификации генотипов по генетической ценности.

Немалое значение современные селекционеры придают и методам улучшения компонентов, на основе которых формируют гибриды. Среди них - метод рекуррентного отбора, который успешно применяют на Ялтушковской, Уладово-Люлинецкой ОСС, привлечение к гибридизации доноров ценных генов из признаковых коллекций. Успеху гетерозисной селекции в значительной мере способствовало реформированию системы экологического сортоиспытания. В 90-х годах введена система «Бетаинтер-кросс», которая успешно используется до сих пор. Ее справедливо называют системой конструирования современных гибридов, аналога которой нет в селекции других сельскохозяйственных культур. Именно она объединила глубокую специализацию селекционных учреждений сети в единый интеграционный комплекс, по моделям которой при изучении генетической ценности селекционных номеров формируют перспективные гибридные комбинации и испытывают их в разных эколого-климатических зонах. Ежегодно по системе «Бетаинтеркросс» изучают более пятисот гибридов (Н. В. Роик, А. Г. Кулик).

Современный сортовой ресурс свеклы составляет примерно 150 сортов, преобладающая доля которых создана сотрудниками Института и его опытной сети.

Анализ тенденций развития отечественной и зарубежной селек-

ции сахарной свеклы показал, что и ныне приоритетным направлением остается создание и усовершенствование гибридов на МС-основе, поскольку они еще не исчерпали свой потенциал продуктивности. Однако суровые условия конкуренции на мировом рынке диктуют необходимость их генетической модификации, т.е. интрогрессии в их геном трансгенов, в частности, устойчивости к гербицидам сплошного действия, к болезням и вредоносным насекомым. Это важно, поскольку производству требуются такие формы свеклы, которые позволят уменьшить применение химических веществ, снизив при этом экологическую токсичность. В США, в частности, толерантные к

глифосату гибриды сахарной свеклы возделываются на площадях более 500 тыс. га [10]. В Институте надлежащим образом оценены преимущества трансгенных форм, скорректированы направления и методы исследований, касающихся сахарной свеклы, с использованием современных достижений биотехнологии и генной инженерии.

К перспективным направлениям, которые развиваются в Институте, можно отнести изучение явления апомиксиса и разработку новых подходов к его селекционному воплощению, что позволит пролонгировать гетерозисный эффект в последующих поколениях, а также упростить и удешевить семеноводство. В ближайшем будущем

не утратит своей актуальности и проблема сохранения ресурсов рода Beta и его диких сородичей, формирование сортовых ресурсов сахарной свеклы за счет конкурентоспособных гибридов. Развиваются и направления, связанные с изучением биологических особенностей, селекции и переработки биоэнергетических культур (сахарное сорго, мискантус, виды рода Salex, свитчграс и т.п.), являющиеся сырьем для альтернативных видов топлива.

Научный поиск продолжается. Вектор научных исследований определен, и есть все основания полагать, что он правильный и прогрессивный.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Вавилов, М. I. Селек^я як наука: Генетика i селек^я. / М. I. Вавилов // Вибр. твори. - К.: Урожай, 1970. - С. 146-156.

2. Вавилов, Н. И. Критический обзор современного состояния генетической теории растений и животных. /

Н. И. Вавилов. // Проблемы происхождения, географии, генетики, селекции растений, растениеводства и агрономии. - М., Л.: Наука, 1965. - Избр. тр. в 5-ти томах, т. 5. - С. 406-430.

3. РоТк, М. В. Розвиток селекцшно-генетичних дослщжень по цукрових буряках за 75 рош. / М. В. РоТк, I. Я. Балков, О. Г. Кулк.// Зб. наук. пр., Ювтейний випуск. - К.: Аграр-на наука, 1997. - С. 10-20.

4. Балков, И. Я. Селекция сахарной свеклы на гетерозис. / И. Я. Балков. - М.: Россельхозиздат, 1978. - 167 с.

5. РоТк, М. В. Оцшка генетичного потен^алу вкчизняних цукрових буряш / М. В. РоТк, М. О. Корнеева. // Зб. наук. праць. - К.: ПолiграфКонсалтинг, 2005. - Вип. 8. -С. 17-27.

6. М. В. РоТк, Селек^я цукрових буряш: етапи творення. / М. В. РоТк, М. О. Корнеева, О. Г. Кулк. // Цукровi буряки. -К., 2002. - № 5. - С. 4-5.

7. М. В. РоТк, Продуктивысть гiбридiв нового поколшня. / М. В. РоТк, Е. Р. Ермантраут, Н. М. Мацевецька, М. М. Ро-маненко, [та шш^. // Цукровi буряки. - К., 2002. -

№ 3. - С. 18-19.

8. М. В. РоТк, Пбриди нового поколшня буряку цукрового i Тхня роль у процес штенсифкаци галузЬ /М. В. РоТк, М. О. Корнеева. // Сортовивчення та охорона прав на сорти рослин. - К., 2006. - № 3. - С. 71-81.

9. В. I. Сорока, Стан квалiфiкацiйноТ експертизи сорлв буряш цукрових на придашсть до поширення та аналiз сортових ресурав. / В. I. Сорока, О. I. Рудник^ващенко. // Цукровi буряки. - К., 2011. - № 5. - С. 10-13.

10. И. Я. Балков, Высокорентабельные гибриды - новый етап в свеклосахарном производстве. / И. Я. Балков. // Сахар.- К., 2011. - № 6. - С. 17-19.