CC BY
17
УДК 633.14 «324»
о развитии селекционного фактора для адаптивного растениеводства в ниисх
юго-воСТоКА (к 105-летию селекционных работ)
А.И. ПРЯНИШНИКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, директор (e-mail: [email protected])
Р.Г. САЙФУЛЛИН, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Т.Б. КУЛЕВАТОВА, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
С.В. ЛЯЩЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, руководитель селекцентра
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока, ул. Тулайкова, 7, Саратов, 410010, Российская Федерация
Резюме. Исторически деятельность НИИСХ Юго-Востока ориентирована на создание сортов с высокими адаптивными свойствами. Этому способствует широта направлений реализуемых селекционных программ. По результатам мультилокационных испытаний выделен сорт яровой мягкой пшеницы с широкой экологической пластичностью - Саратовская 74. Систематизация главных лимитирующих факторов на основе анализа генотип-средовых взаимодействий за 50-летний период позволила типизировать «сценарии» погодной обстановки и выявить различия продуктивных свойств у озимой пшеницы. В благоприятные годы главенствующими показателями структуры урожая становятся признаки на уровне биоценоза (число стеблей и масса зерна с 1 м2), в неблагоприятные - растения (число зерен и масса зерна с главного колоса и растения). Отбор перспективного материала на урожайность в контрастных условиях с использованием тестер-ныхобразцов позволил сформировать систему взаимодополняющих сортов озимой пшеницы (Жемчужина Поволжья, Калач 60, Созвездие, Эльвира и др.). Селекция на целевое использование сортов, востребованныхдля улучшения качества питания, диетического и кондитерского использования, реализована созданием сортов сорго (Белочка), подсолнечника (Сластена, ВОЛ) и белозерной ржи (Памяти Бамбышева, Солнышко). Для использования зерна сорта сорго Белочка в НИИСХ Юго-Востока разработана рецептура приготовления безглютенной каши и малоглютенного хлеба для диетического питания. Актуализация гетерозисной селекции реализована созданием новых гибридов подсолнечника - Континент, Дуэт и Эверест, внесенных в Госреестр с 2015 г. Поэтапное аккумулирование положительных свойств новыми сортами и гибридами, в том числе путем расширения сортимента, позволяет полнее использовать биоклиматический потенциал Поволжского региона и на основе этого стабилизировать валовые сборы высококачественного зерна.
Ключевые слова: селекция, экологическая пластичность, вертикальная селекция, структура продуктивности, изменчивость, внутривидовая гибридизация, челночная селекция, гетерозисная селекция.
Для цитирования: О развитии селекционного фактора для адаптивного растениеводства в НИИСХ Юго-Востока (к 105-летию селекционных работ) / А.И. Прянишников, Р.Г. Сай-фуллин, Т.Б. Кулеватова, С.В. Лящева//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №12. С. 13-15.
Значительные территории страны, используемые в аграрном секторе, периодически подвергаются воздействию засух различной интенсивности. Так, в 2009 г. ее отмечали в 16 регионах России, в 2010 г. - в 43, в 2012 г. -в 20, в 2015 г. - в 8 регионах. Согласно исследованиям академика А.А. Никонова, засуха чаще всего поражает Среднее и Нижнее Поволжье, бассейн реки Урал [1]. По данным НИИСХ Юго-Востока, с 1891 г. по 2015 г. в регионе отмечено 70 засух различного типа и интенсивности с частотой в 56% [2]. В последние 35 лет их повторяемость увеличилась до 70%, при этом заметно повысилась доля весенне-летних (на 30%) и устойчивых (на 43%) засух.
Приоритетом стабилизации растениеводства считается создание сортов с высоким уровнем адаптивности. Классический пример - селекционное улучшение яровой пшеницы, в результате которого за прошедшее столетие удалось сформировать целое направление по выведению сортов, обладающих повышенной сосущей силой корней (25-32 атм.). Благодаря этому растения эффективнее используют почвенную и атмосферную влагу, что обеспечивает увеличение урожайности, по сравнению с первыми селекционными сортами, в 2 раза, а в острозасушливые годы - в 3 раза и более [3, 4].
Улучшение адаптивности растений связано с постепенным накоплением положительных свойств и сопряжено с развитием методологических подходов, которые за 105 лет в НИИСХ Юго-Востока прошли длительный эволюционный путь - от индивидуального отбора из местных сортов до использования современных методов биотехнологии (табл. 1).
Таблица 1. Методы создания исходного материала в селекции зерновых культур нииСх Юго-востока и выведенные на их основе сорта
Метод
Индивидуальный отбор из местных сортов-популяций Внутривидовая гибридизация
Отдаленная гибридизация
Сложно ступенчатая гибридизация
Метод сложных гибридных популяций Метод насыщающих скрещиваний Челночная селекция Биотехнологические методы (клеточная селекция)_
Сорта
Лютесценс 329, Лютесценс 1060/10, Лютесценс 62, Го-стианум 237
Лютесценс 230, Эритроспер-мум 118
Лютесценс 434/154, Сарубра, Л 503, Белянка, Фаворит Саратовская 29, Саратовская 42, Саратовская 8, Саратовская 90
Саратовская 4, Саратовская 5, Саратовская 6 Губерния, АС 29
Красар, Касар, Курьер Смуглянка, Рубин 96, Саратовская 64, Святозар
Создание и распространение высокоадаптивных сортов - одно из главных направлений повышения адаптивности регионального производства в связи с изменяющейся погодной обстановкой. Однако устойчивое развитие сельского хозяйства в свете современных требований значительно шире и связано с задачами импор-тозамещения, придания производству экономической независимости, решения вопросов его экологизации, улучшения среды обитания и здоровья человека. Все эти вопросы находят отражение при реализации Институтом селекционных программ, основные направления которых вместе с демонстрацией последних результатов изложены в представленной работе.
Селекция на широкую экологическую пластичность. Саратовская селекция базируется на использовании мировой и региональной коллекции генетических ресурсов пшеницы и её сородичей, глубоком изучении собственного селекционного материала, применении различных методов и схем создания изменчивости и отборов новых рекомбинантов. Выведению сортов с широкой экологической пластичностью, адаптированных к различным типам засух и почв, характерных для аридных регионов страны,
Таблица 2. Урожайность зерна яровой мягкой пшеницы в мультилокаци онных опытах «Географическое испытание» в 2009 г., ц/га
Наименование Саратовская область* Самарский НИИСХ
Саратов Семхоз Красный Кут Ершов ОПХ Солянское
КСИ | ГИ
Саратовская 74 25,1 18,7 6,8 2,8 14,2 8,2 24,3
Саратовская 55, 12,8 12,2 1,0 2,4 8,7 4,2 -
Саратовская 73 17,9 14,4 2,7 3,6 12,4 5,4 21,1
Р 16,19 6,01 28,59 6,20 4,03
НСР 3,3 3,3 2,2 0,9 3,1 2,9
*Саратов - ФГБНУ НИИСХ Юго-Востока, Семхоз - ОПХ «Центральное», Красный Кут -Краснокутская опытная станция, Ершов - Ершовская опытная станция, КСИ - конкурсное сортоиспытание, ГИ - экологическое сортоиспытание.
способствует и местоположение института, который находится на стыке лесостепной, степной и полупустынной зон [4]. Проведение широкомасштабных мультилокационных испытаний в их различных точках обеспечивает выделение перспективного материала. Примером реализации такого подхода в селекции можно считать новый сорт яровой мягкой пшеницы Саратовская 74, который был отобран по результатам широкого экологического испытания в Нижнем и Среднем Поволжье (табл. 2). Он получил допуск к использованию в 8 и 9 регионах страны.
Результатами реализации этого направления стали сорта, созданные в рамках совместных программ по испытанию экспериментального материала с другими се-лекцентрами Российской Федерации: с Краснодарским НИИСХ - яровой твердой пшеницы Красар, Лилек, Никола-ша; с Калужским НИИСХ - озимой пшеницы Касар.
Селекция на типизированные условия вегетации. В институте ведется анализ результатов селекционной оценки по структуре урожая и другим количественным признакам, результаты которого свидетельствуют о сложной природе реализации генетической информации растениями в онтогенезе, требующей детальной проработки генотип-средовых эффектов на возможную временную глубину этапа научной селекции («вертикальная селекция»). Изучение структуры продуктивности, формировавшейся сортами озимой пшеницы в различные годы, дает возможность не только констатировать результат взаимодействия «генотип-среда», но и глубже проникать в суть динамичного процесса формирования признака.
Систематизация главных лимитирующих факторов на основе анализа генотип-средовых взаимодействий позволила типизировать «сценарии» развития погодной обстановки, сопутствующие формированию продуктивности растений озимой пшеницы. Для эффективного отбора в типизированные годы выявлены различия в структуре хозяйственно-ценных признаков (рис. 1). Так, в благоприятные годы на первый план выступают показатели, характеризующие продуктивные свойства сортов на уровне биоценоза (число стеблей и масса зерна с 1 м2), в неблагоприятные - растения (число зерен и масса зерна с главного колоса и растения).
В связи с меняющейся погодной обстановкой определена частота типизированных лет, а конкретика в оценке позволила сформировать систему тестерных образцов, способствовавших отбору перспективного материала по элементам продуктивности, и
систему взаимодополняющих сортов [5]. В рамках реализации такого подхода выделены перспективные для производства сорта Жемчужина Поволжья, Калач 60, Саратовская 17, Созвездие, Эльвира и др.
Производство зерна озимой пшеницы в Саратовской области в период с 1991 по 2000 г. на 90% определялось сортами Мироновская 808 и Донская безостая. Разнообразие условий территории региона, а также их контрастность по годам, определяли высокую вариабельность продуктивности культуры в природно-экономических микрозонах области (до 53% в 7-ой микрозоне). В последующее десятилетие благодаря распространению системы сортов местной селекции (Саратовская 90, Саратовская остистая, Ершовская 10 и др.), значительно расширившей сортимент производства, колебания урожаев по микрозонам снизились в среднем на 12% (рис. 2). Одновременно был достигнут устойчивый ежегодный рост урожайности на 1,1%.
Селекция сортов на целевое использование. С 2012 г. получил допуск к использованию первый в России сорт белозёрной ржи Памяти Бамбышева. Сегодня в Гос-сортсети проходит испытания другой сорт светлозерной озимой ржи - Солнышко. Их отличительная черта - высокие показатели содержания (на 1% и более выше, чем у зерна традиционных сортов ржи) и переваримости белка, что открывает перспективы для использования зерна ржи в приготовлении диетических хлебцев и при производстве комбикормов [6]. Диетическую ценность светлого зерна ржи обеспечивает меньшее содержание ингибитора трипсина. Такое направление селекции для целевого использование продуктов питания важно не только в связи с развитием рынка, но и с необходимостью решения проблемы здоровья населения.
В этом направлении необходимо отметить и новый сорт зернового сорго Белочка. Он отличается белым зерном, пригодным не только для кормовых, но и для пищевых целей. На его основе разработана рецептура приготовления безглютенной каши и малоглютенного хлеба для диетического питания людей, не переносящих клейковинные белки пшеничных продуктов [7]. Сорт Белочка внесен в Госреестр с 2015 г.
С 2013 г. допущен к использованию крупноплодный сорт подсолнечника кондитерского назначения Сластена. В последние годы для повышения технологичности возделы-
140 —
120 --
100---
80 -
60 -
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
Тип лет
1 2 3 4 5 6 7 8
рис. 1. Структура продуктивности озимой пшеницы по типам лет: 1 - продуктивная кустистость, 2 - масса 1000 зерен, 3 - число зерен в колосе, 4 - масса зерна с колоса, 5 - масса зерна с растения, 6 -масса зерна с 1 м2, 7 - доля главного колоса в продуктивности растения, 8 - число стеблей на 1 м2.
Коэффициент дифференциации, %, i 2 3 4 5 6 О О О О О О О • 1 1 1 1 III 1 2 3 Микроз ш 4 5 ЙН01 Саратовской йбл i 6 7 сти
Рис. 2. Изменчивость урожайности озимой пшеницы по микрозонам Саратовской области по периодам лет: | - 19912000 гг.; ■ - 2001-2010 гг.
вания культуры, улучшения семян и качественного состава масла отобраны и включены в селекционный процесс: синтетик с повышенным до 80-90% содержанием олеиновой кислоты в масле; высокоолеиновые самоопыленные линии; линии с массой 1000 семян 120-160 г [8].
Селекция на иммунитет - одно из важнейших направлений современного этапа исследований в институте, которое становится все актуальнее в связи с ухудшением фитосани-тарной обстановки, более быстрой эволюцией патогенов и др. [9]. Для решения этой задачи перспективным считается привлечение генов устойчивости от диких сородичей культурных растений, что реализовано при создании сортов
яровой мягкой пшеницы Белянка, Лебедушка, Фаворит, Воевода, а также перспективного материала, устойчивого к различным расам бурой и стеблевой ржавчины, в том числе угандийской расе ид99. Селекция устойчивости на расовом уровне патогена успешно реализована и при создании сортов проса Саратовское 10, Саратовское 12, Саратовское желтое, несущих эффективный ген устойчивости к головне.
Гетерозисная селекция. В 2015 г. получили допуск к использованию три гибрида подсолнечника - Континент, Дуэт и Эверест, которые характеризуются эффективным семеноводством на основе автофертильных высокопродуктивных родительскихлиний с использованием генетических маркеров морфологических признаков [10]. Так, гибрид Континент отличается маркированной белоцветковой материнской линией, что существенно облегчает технологию прочисток на участках гибридизации и улучшает качество выращиваемых семян. Гибрид Эверест характеризуется повышенной урожайностью семян на участках гибридизации, что достигается в результате использования в качестве материнской линии простого стерильного гибрида.
Выводы. Таким образом, отмечая достижения Саратовской селекционной школы последних лет, можно подчеркнуть, что широкий спектр направлений, реализуемых в НИИСХ Юго-Востока на современном этапе, способствует не только повышению адаптивности сельскохозяйственного производства, но и благодаря увеличению сортимента и адресности использования обеспечивает возможность улучшения экономической устойчивости предприятий.
Литература.
1. Устойчивость земледелия и риски в условиях изменения климата: монография / ред. А.Л. Иванов, И.Б. Усков. СПб.: 2009. - 95 с.
2. Левицкая Н. Г., Шаталова О.В., Иванова Г. Ф. Засухи в Поволжье и их влияние на производство зерна //Аграрный вестник Юго-Востока. 2010. №3-4. С.71-74.
3. Васильчук Н.С. Селекция яровой твердой пшеницы. Саратов, 2001. 123 с.
4. Бебякин В.М., Бекетова Г.А., Сайфуллин Р.Г. Адаптивность сортов яровой мягкой пшеницы Саратовской селекции// Вестник СГАУим. Н.И. Вавилова. №12. 2011. С. 6-7.
5. Прянишников А.И. Методологические особенности адаптивной селекции озимой пшеницы на урожайность и качество в Нижнем Поволжье: автореф. дисс. ... доктора с.-х. наук. Немчиновка, 2006. 48 с.
6. Кулеватова Т.Б., Бебякин В.М., Осипова С.О., Ермолаева Т.Я. К оценке качества зерна озимой ржи //Аграрный вестник Юго-Востока. 2010. № 1(4). с. 24-25.
7. Прянишников А.И. Андреева Л.В., Кулеватова Т.Б. и др. Качество зерна - источник здоровья нации //Достижения науки и техники АПК. 2010. №11. С. 16-17.
8. Изменение климата и стратегия селекции подсолнечника в Поволжье / В.М. Лекарев, В.Ф. Пимахин, В.П. Графов, А.В. Коваленко //Достижения науки и техники АПК. 2010. №5. С. 20-21.
9. Крупнов В.А. Стратегия генетической защиты пшеницы от листовой ржавчины в Поволжье / Вестник российской академии сельскохозяйственных наук.1997. № 6. С. 12.
10. Прянишников А.И., Пимахин В.Ф., Лекарев В.М. Результаты селекции скороспелых, засухоустойчивых гибридов и сортов подсолнечника в Поволжье // Масличные культуры. №2. 2012. С. 19-24.
ABOUT DEVELOPMENT OF BREEDING FACTOR IN ADAPTIVE CROP PRODUCTION IN RESEARCH INSTITUTE OF AGRICULTURE OF SOUTH-EAST REGION (to the 105th anniversary of breedng works)
A.I. Pryanishnikov, R.G. Sayfullin, T.B. Kulevatova, S.V. Lyasheva
Agricultural Research Institute of South-East Region, ul. Tulaykova, 7, Saratov, 410010, Russian Federation
Summary. Historically the work of the institute was oriented on development of varieties with high adaptive characteristics. The diversity of realizing breeding programs contributes to it. A new variety of spring soft wheat with wide ecological plasticity, Saratovskaya 74, was selected on the results of multilocation tests. Systematization of the main limiting factors on the basis of the analysis of genotype-environmental interactions over 50-year period enabled to typify the "scripts" for weather situation and to determine the differences of productive properties of winter wheat. In favorable years the main indices of yield structure are characteristics of biocoenosis (number of stems and grain mass from 1 m2), in unfavorable years-of plants (number of grains and grain mass from main spike and plant). The selection of promising for yield material under contrast conditions with the use of test samples allows forming of a system of complementary varieties of winter wheat (Zhemchuzhina Povolzhiya, Kalach 60, Sozvezdiye, Elvira, etc.). Breeding for intended use of varieties, which are high demand for quality improvement of food, dietary and confectionary use, was realized with development of varieties of white-grain rye (Pamyaty Bambisheva, Solnyshko), sorghum (Belochka), sunflower (Slastena, VOL). Formulation of gluten-free cereal preparation and low-gluten bread for dietary nutrition was worked out for grain use of sorghum variety (Belochka) in Research Institute of Agriculture of South-East Region. The actualization of heterotic breeding was realized with development of new hybrids of sunflower Kontinent, Duet, Everest, which were listed in State Register of Selection Achievements since 2015. Step-by-step accumulation of positive properties allows new varieties and hybrids better using of use of bioclimatic potential of Volga Region, including expansion of the assortment, and based on this to stabilize the gross harvest of high quality grain. Key words: breeding, ecological plasticity, vertical breeding, structure of productivity, variability, intravariety hybridization, shuttle breeding, heterotic breeding.
Author Details: A.I. Pryanishnikov, D.Sc. (Agr.), director (e-mail: [email protected]); R.G. Sayfullin, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory; T.B. Kulevatova, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; S.V. Lyasheva, Cand. Sc. (Agr.), director of breeding center. For citation: Pryanishnikov A.I., Sayfullin R.G., Kulevatova T.B., Lyasheva S.V. About Development of Breeding Factor in Adaptive Crop Production in Research Institute of Agriculture of South-East Region (to the 105th anniversary of breedng works). Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 12. Pp. 13-15 (In Russ.).
