CC BY
54УДК 633.63.631.52
Перспективы создания биотехнологических гибридов сахарной свёклы
И.Я. БАЛКОВ, д-р биолог. наук, проф. (е-mail: [email protected])
В.А. ЛОГВИНОВ, канд. биолог. наук
В.Н. МИЩЕНКО, канд. с/хнаук
В.В. МОИСЕЕВ, д-р экон. наук
А.В. ЛОГВИНОВ, канд. с/х наук
Н.В. КАРЕВА, ст. научн. сотр.
ФГБНУ «Первомайская селекционно-опытная станция сахарной свёклы» (е-mail: [email protected])
В комплексе мероприятий, направленных на повышение рентабельности производства сахарной свёклы, особое внимание наряду с совершенствованием приёмов агротехники должно уделяться созданию и внедрению в производство новых высокопродуктивных гибридов, устойчивых к гербицидам и болезням [3 — 5]. Такие гибриды позволят значительно уменьшить гербицидную нагрузку (пул) в процессе вегетации сахарной свёклы, снизить затраты на её выращивание, сократить вредное воздействие пестицидов на окружающую среду и здоровье человека [6 — 12].
В России 24 апреля 2012 г. была принята Комплексная программа исследований по биотехнологии № 1853п — П8. В том же году на Первомайской селекционно-опытной станции сахарной свёклы в связи с отсутствием специальной лаборатории генной инженерии началось изучение возможности получить такие гибриды методами классической селекции, главными из которых являются скрещивание гетерозиготных форм, толерантных к глифосату (образцы неизвестного происхождения) с линиями кубанской селекции [2, 4] с целью получения отечественных доноров гена толерантности EPSPS.
С 2014 г. исследования проводятся по Государственному за-
данию «Создать принципиально новые формы сахарной свёклы, устойчивые к гербицидам, на основе изучения гетерозиготных материалов сахарной свёклы» (Государственное задание № 0693 — 2014 — 0002). Основой данного проекта является улучшение генотипа и создание константных линий — доноров устойчивости к глифосату, с последующим использованием их в качестве компонентов МС-гибридов, обладающих новыми хозяйственно ценными признаками, и производство гибридных семян.
Производству стали нужны новые формы свёклы, позволяющие сократить объёмы применяемых гербицидов, существенно сократить затраты на её защиту и, таким образом, свести к минимуму вред гербицидов для окружающей среды и здоровья человека [6, 7]. Детальное изучение литературы [13, 15, 18] и многолетняя селекционная практика показывают, что только классическими методами селекции нельзя создать устойчивую к гербицидам свёклу [2, 11, 22]. За более чем двухсотлетнюю деятельность селекционерам-свекловодам удалось вывести сначала сорта, а затем и гибриды, достаточно устойчивые (толерантные) к болезням, отзывчивые на удобрения, менее цветушные, решить ряд других сложных селекционно-
генетических проблем (раздельно-плодность, стерильность, содержание гибридной фракции и т.д.). Но при этом никогда не ставилась задача создать формы, устойчивые к гербицидам. Да и методов таких не было. Лишь с разработкой приёмов генной инженерии стало возможным создавать биотехнологические гибриды сахарной свёклы.
Начавшись в 80-х гг. минувшего века, биотехнология быстро развивалась, а к концу второго тысячелетия генная инженерия как инструмент биотехнологии стала наиболее эффективным приёмом создания новых исходных материалов, по сути — надёжным методом селекционеров, пришедшим на смену различным вариантам неуправляемой индуцированной мутации (химической, радиационной и т.п.). Но она никогда не подменяла традиционные (классические) приёмы селекции и явилась лишь дополнительным источником создания новых исходных материалов, практическая ценность которых определяется теми же методами отбора, самоопыления и гибридизации.
Значение биотехнологии многократно подчёркивал в своих трудах старейший учёный, лауреат Нобелевской премии Норман Эрнест Борлоуг [5]. В докладе на Международной конференции «Семена возможностей: перспективы сель-
48 САХАР № 6 • 2017
m Щелково kly агрохим ^
www.betaren.ru
скохозяйственной биотехнологии» (Лондон, 2001 г.) он отмечал: «Почти все наши традиционные продукты питания представляют собой результат естественных мутаций и генетической трансформации, которые служат движущими силами эволюции. Не будь этих основополагающих процессов, мы все ещё барахтались бы в донных осадках первобытного океана».
Он напомнил, что пшеница приобрела свои современные качества в результате необычных, но вполне естественных, природных скрещиваний между различными видами трав, а сегодняшний пшеничный хлеб — результат комбинации трёх растительных геномов. В этом смысле пшеничный хлеб следовало бы отнести к трансгенным, или генетически модифицированным (ГМ), продуктам. Ещё один результат трансгенной гибридизации — современная кукуруза, появившаяся скорее всего благодаря скрещиванию видов Teosinte и Tripsacum (трипсакум — древний аллополиплоид). По мнению Н. Борлоуга, «на протяжении последних ста лет учёные смогли применить свои резко расширившиеся познания в генетике, селекции, физиологии растений и других дисциплинах для того, чтобы ускорить процесс совмещения высокой урожайности с высокой устойчивостью... к различным стрессам».
Потребовалось свыше двухсот лет и несколько поколений селекционеров, чтобы в порядке эстафеты непрерывно совершенствовать и передавать свои знания и опыт с тем, чтобы сначала создавать сорта-популяции, а затем отказаться от них и перейти к межлинейным гибридам, наиболее полно отвечающим требованиям земледельцев-свекловодов.
К этим требованиям, прежде всего, относятся:
— высокая продуктивность, уровень которой зависит от генотипа
компонентов и комплекса внешних факторов;
— высокое качество корнеплодов и семян;
— минимальные затраты на выращивание (услуги, оборудование, транспорт и др.) в сочетании с минимальным риском для экологии и здоровья человека;
— контроль сорных растений, вредителей и болезней, определяющих продуктивность и значительно влияющих на культуру земледелия;
— схема и технология семеноводства, обеспечивающие высокую рентабельность в процессе массового воспроизводства гибридных семян.
Напомним, что всего треть века назад появились первые генетически модифицированные растения, наследственно изменённые с помощью генной инженерии методом целенаправленных индуцированных мутаций, и с этого времени началось всестороннее изучение новых генотипов, прежде всего в отношении их безопасности для экологии и здоровья человека (рентабельность на первых порах во внимание не принималась).
Вместе с тем в СМИ стали множиться и негативные публикации, подобные тем, которые в середине ХХ в. высказывались в адрес генетики. Складывалось представление, что генетикам и селекционерам, всегда создававшим сорта и гибриды с учётом качественных показателей, их безопасности, стали меньше доверять коллеги-растениеводы и некоторые специалисты, работающие в других направлениях, далёких от биологии (экономисты, юристы и др.).
Началась массовая проверка (мониторинг) генетически модифицированных форм растений. В итоге, как отмечалось в докладе Директората Европейской комиссии по науке и информации, тщательными опытами более чем 130 научных учреждений с участием
свыше 500 независимых исследовательских групп было доказано, что биотехнология и её продукты, в частности созданные с использованием генной инженерии сорта и гибриды, рекомендованные для производства и потребления, не более опасны, чем обычные сорта и гибриды, полученные традиционными селекционными методами [9]. Об этом свидетельствуют доклады и решения ВОЗ, ФАО, НАН США и Еврокомиссии.
Пока в нашей стране начиная с 90-х гг. велись подобные дискуссии и издавались законы, регулирующие и лицензирующие генно-инженерную деятельность, в США, Канаде, Китае, ФРГ, Японии и других странах к тому времени уже активно осваивали генную инженерию как метод создания нового исходного материала. Распространение новых трансгенных сортов и гибридов различных культур шло очень быстрыми темпами. Так, в 1998 г. американские селекционеры провели первые полевые опыты с сахарной свёклой, в 2005 г. зарегистрировали, а в 2007 г. в штате Вайоминг для коммерческих целей посеяли на площади 1 000 акров семена рентабельного для выращивания гибрида сахарной свёклы «Событие H7-1 RR», толерантного к обработке «Раундапом» (д.в. глифосат).
Гибриды свёклы позволили разработать и применить рентабельную технологию не только в селекции и семеноводстве, но и на фабричных посевах [20]. В странах, перешедших на использование этих форм в коммерческих посевах, затраты на покупку гербицидов значительно сократились, уменьшилось число обработок и расходы на услуги по их внесению (топливо, заработная плата, амортизация и др.). А главное — биотехнология позволила уменьшить экологические риски по отношению к полезным насекомым и в целом к животному миру, сделать
№ 6 . 2017 САХАР 49
более рентабельным процесс возделывания сахарной свёклы за счёт исключения ряда технологических операций.
В настоящее время в разных странах мира на площади более 200 млн га возделываются биотехнологические гибриды сельскохозяйственных культур: сои, пшеницы, кукурузы, сахарной свёклы, подсолнечника, рапса и других, в основе создания которых лежит сочетание биотехнологических приёмов и классической селекции.
В нашей стране задания по генной инженерии впервые были отражены в 2012 г. в Комплексной программе развития биотехнологий на период до 2020 г. «БИ0-2020», которая была ориентирована на стабильное развитие сельскохозяйственного производства, решение проблемы продовольственной безопасности, получение высококачественных, экологически чистых продуктов питания. В области растениеводства наиболее приоритетным направлением признавалось создание новых гибридов сахарной свёклы, в том числе с использованием генной инженерии.
Программа «БИО-2020» была воспринята как начало реального перехода к новому этапу селекции этой культуры и ликвидации отставания отечественной селекции от мировой науки и практики. Внимание генетиков и селекционеров обращалось на то, что в Российской Федерации практически не создаются сорта и гибриды нового поколения, устойчивые к засухе, болезням, гербицидам, насекомым-вредителям и неблагоприятным условиям среды, с применением постгеномных технологий и генетической инженерии, которые всё шире используются во всём мире. В области растениеводства наиболее приоритетным направлением признавалось создание новых гибридов сахарной
свёклы, в том числе с использованием генной инженерии.
Напоминанием о необходимости выполнения программы стало принятое 18 июля 2013 г. за № 1247-р распоряжение Правительства РФ, которым утверждался план мероприятий («Дорожная карта») под названием «Развитие биотехнологий и генной инженерии» на основе указанной выше программы «БИО-2020». В связи с разработкой «Дорожной карты» в области генной инженерии планировалось подготовить нормативные правовые акты по следующим положениям:
— утверждение порядка государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов и продукции с их применением;
— утверждение общероссийского классификатора генных модификаций;
— утверждение форм свидетельства о государственной регистрации генно-инженерно-модифи-цированных организмов и продукции с их применением;
— создание генетически изменённых организмов с использованием современных методик, что является главной проблемой и наиболее важным пунктом.
Эти положения в полной мере относились и к созданию новых гибридов сахарной свёклы, толерантных к гербицидам, бактериальным и вирусным заболеваниям. Была не забыта и разработка способов для оценки воздействия генно-инженерно-модифициро-ванных организмов и продукции на их основе на здоровье человека и животных.
Во исполнение двух предыдущих постановлений в сентябре 2013 г. Правительством РФ было принято постановление № 839 «О государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов, предназначенных для выпуска в окружающую среду, а
также продукции, полученной с применением таких организмов или содержащей такие организмы».
К постановлению были приложены правила государственной регистрации этих видов продукции, включая сорта и гибриды, обозначены федеральные органы, ответственные за исполнение тех или иных форм регистрации. Так, государственную регистрацию модифицированных сортов и гибридов, предназначенных для разведения и выращивания на территории Российской Федерации, осуществляет Федеральная служба по ветеринарному и фитосанитар-ному надзору (Россельхознадзор). Как известно, эта служба находится в ведении Министерства сельского хозяйства и реализует свои функции в том числе в области карантина и защиты растений, селекционных достижений и др. Можно надеяться, что Россель-хознадзор совместно со специалистами-биотехнологами различных НИУ тщательно проанализирует состояние научных исследований и поможет устранить многолетнее отставание в области генетики, ге-терозисной селекции и научного семеноводства, ускорить процесс создания высокорентабельных гибридов сахарной свёклы на основе приёмов генной инженерии и других альтернативных подходов, использующих методы классической селекции [14, 16, 17, 19].
Как известно, самый большой урон продуктивности большинству полевых культур, в том числе сахарной свёкле, наносят сорняки [20]. Они в конкурентной борьбе за почвенное питание, влагу и свет нередко снижают урожайность и сбор свёклы до 25% и более. Часто сорняки не только приводят к значительным потерям величины и качества урожая, но и создают проблемы в процессе выращивания и уборки корнеплодов, сбора семенных растений и доведения
50 САХАР № 6 • 2017
т Щелково ЫУ агрохим ^
www.betaren.ru
до посевных кондиций семян сахарной свёклы.
Сахарная свёкла по сравнению с другими полевыми культурами особенно восприимчива к конкуренции со стороны сорных растений на начальном этапе развития. Многие виды сорняков превышают по высоте растения сахарной свёклы, затеняют посевы и, таким образом, агрессивно конкурируют за свет, влагу и питательные вещества. Для контроля сорняков в ХУШ—Х1Х вв. был только один способ: ручная прополка. В Х1Х—ХХ вв. стали применять механическую прополку, а со второй половины ХХ в. в дополнение к ней — экономически выгодную, но опасную для экологии химическую «прополку» (гербициды) для более полного уничтожения сорных растений.
В наше время стратегия борьбы с сорняками включает в себя главным образом использование гербицидов, доля которых в ХХ в. возрастала из года в год. К сожалению, их применение неизбежно связано с дополнительными финансовыми расходами, рисками загрязнения окружающей среды, а главное — с причинением вреда здоровью людей и животных. Тем не менее химическая прополка набирает темпы: разрабатываются новые препараты, возрастает число обработок, используются баковые смеси и т.д. При этом количество препаратов порой доходит до 8—10 наименований.
В связи с неизбежным увеличением массы используемых химикатов на единицу площади поля (так называемый гербицидный пул) крайне злободневной стала проблема разработки методов, в том числе генетических и селекционных, которые позволяли бы за счёт изменения сроков внесения не только снизить засорённость, но и сократить объём и кратность внесения химикатов, уменьшить затраты на их приоб-
ретение и внесение, свести к минимуму риски вредного действия и последействия гербицидов.
Решение важной задачи по контролю сорняков селекционеры до последнего времени видели лишь в ускорении энергии всхожести, в процессе роста и увеличения вегетативной и генеративной массы сахарной свёклы. Не многие из них задумывались над возможностью изменить генотип свекловичного растения в направлении устойчивости к тем или иным гербицидам как средства сокращения объёма внесения гербицидов и одновременно повышения эффективности борьбы с сорняками, очищения от них полей на весь период вегетации, снижения риска нанести вред экологии и здоровью человека, пока не стало ясно, что использование химикатов можно изменить в принципе. А между тем сахарная свёкла является идеальным объектом для генетической модификации, поскольку в главном производимом из неё продукте — сахаре — не содержится белка.
Ныне известные учёные-биологи и общественные организации мира рассматривают использование методов генетической инженерии для создания трансгенных гибридов растений, устойчивых к глифосату, как неотъемлемую часть сельскохозяйственной биотехнологии и снижения риска здоровью человека. Прямой перенос генов, отвечающих за полезные признаки, путём индуцированного мутагенеза, является естественным развитием работ по селекции растений. Сюда же можно отнести формирование толерантных к гербицидам и другим абиотическим и биотическим факторам линий (компонентов) отечественных гибридов сахарной свёклы. Всё это расширяет возможности селекционеров по управлению процессом селекции, передачи полезных, но не прису-
щих ранее признаков от одних видов к другим [2, 8, 10].
На протяжении двух веков селекционеры, а затем и генетики совершенствовали свекловичное растение по морфологии, форме корнеплода, урожайности, сахаристости, технологическим качествам, цветушности, иммунитету к болезням и т.д. Начиная с 80-х гг.
XX в. стало развиваться новое научное направление — биотехнология, важнейший раздел современной биологии, один из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике, позволяющий увеличить экономический эффект возделывания полевых культур. По прогнозам, уже в первой половине
XXI в. биотехнологическое сырьё будет составлять четверть мировой продукции [22].
Сегодня особое значение придаётся созданию форм, обладающих толерантностью к конкретному гербициду. За последние два десятилетия важным достижением учёных в области генетики и селекции сахарной свёклы стало создание высокорентабельных гибридов, обладающих толерантностью к глифосату — гербициду сплошного действия, наименее вредоносному для теплокровных и наиболее эффективно контролирующему засорённость посевов. Это событие стало возможным благодаря применению генной инженерии — селекционному инструменту, используемому для переноса фрагмента специфичной Тьплазмиды (кольцевая молекула ДНК), устойчивой к глифосату, из клеток почвенной бактерии — Agrobacterium ШтИяаеш, в растительные клетки сахарной свёклы [9].
Подобные мутационные изменения происходят и в природных условиях, но очень редко и потому не использовались. Генная инженерия позволяет целенаправленно применять эту весьма сложную многоступенчатую и дорогостоящую «операцию». При удачном её
№6.2017 САХАР 51
завершении (что не всегда так происходит) конечным результатом на первом этапе становится создание новых исходных форм, в частности линий сахарной свёклы (компонентов гибридов), обладающих толерантностью к глифосату. Такими формами могут быть многосемян-ные и односемянные линии, в том числе опылители, линии О-типа (закрепители мужской стерильности) и их ЦМС-аналоги [3, 4].
На втором этапе начинается селекционная работа по определению хозяйственно полезной ценности генетически изменённых толерантных линий и формированию с их участием на базе МС-линий комбинационно ценных компонентов гибридов, всестороннее испытание лучших из них. После тщательного изучения количественных и качественных показателей принимается решение об использовании наиболее продуктивных и рентабельных гибридов для коммерческих целей [1, 4]. Главное в селекционном процессе — выбрать правильное направление. Зарубежные компании давно отказались от попыток создавать гибриды на фертильной основе (по сути — популяции) и менее адаптивные двухлинейные МС-гибриды по схеме «МС-линия ММ-опылитель». Ещё с конца ХХ в. они перешли на более гетерозиготные трёх- или четырёхлинейные МС-гибриды по схеме МС-Fl
MM-F1 (МС-синглкросс ММ-синглкросс).
В связи с отсутствием лаборатории генной инженерии на Первомайской СОС в целях создания отечественных толерантных к глифосату линий сахарной свёклы с 2012 г. начали использовать традиционные методы селекции. В исследованиях руководствовались следующими положениями.
1. Сахар (дисахарид), как известно, имеет химическую формулу С12 Н22 О11, не может содержать
белок, а значит, и ДНК, и тем более быть причастным к модификации генов. В этом отношении сахарная свёкла является идеальным объектом для биотехнологии и растиражированные опасения СМИ о «вреде ГМО» по отношению к сахару некорректны.
2. Для изучения использовали гетерозиготные материалы сахарной свёклы неизвестного происхождения, разные биотипы которых частично проявляли признак устойчивости к глифосату и различались по ряду хозяйственно ценных признаков [3, 4].
3. Для ускорения процесса селекции использовали теплицу, где проводили самоопыление и парные скрещивания по схеме «реципиент донор».
Целью исследований было создание толерантных к глифосату форм сахарной свёклы в качестве доноров устойчивости на базе отечественных раздельноплодных линий О-типа и сростноплодных опылителей. В результате работы планировалось получить рентабельные устойчивые к глифосату МС-гибриды.
При подборе материала и методик исследования для определения генотипа сахарной свёклы по признаку толерантности к глифосату были положены мен-делевские представления о доминантности и рецессивности. Условно принималось, что толерантность контролируется доминантным геном устойчивости EPSPS и что RR — гомозигота по доминанте, гг — гомозигота по рецессиву, а Яг - гетерозигота по признаку толерантности. Растения с признаками толерантности к глифосату обозначали как «Т-формы», например ТММ-опылители, ТО-типы, ТМС-формы, ТМС-гибриды.
На первом этапе применяли самоопыление предполагаемых Т-форм, в потомстве которых растения первого и второго года
жизни или погибали, или сохранялись после опрыскивания глифосатом в определённых дозах. При этом исходили из того, что доминантные (ЯЯ) растения можно получить только последовательным (не менее трёх раз) самоопылением и отбором гетерозиготных растений.
В наших опытах с целью получения толерантных селекционных материалов в качестве реципиента мы использовали следующие формы, ранее созданные на Первомайской селекционно-опытной станции сахарной свёклы:
1) многосемянные фертильные линии-опылители (ММ) различного происхождения - отцовские формы для районированных и перспективных гибридов, созданные индивидуальным отбором из популяций в сочетании с последующим инцухтом и оценкой по комбинационной способности;
2) односемянные фертильные линии О-типа (тт), проверенные на закрепительную способность по признаку ЦМС (генотип Nxxzz), используемые в качестве фертильных аналогов для размножения МС-линий различного типа;
3) в качестве МС-тестера и, возможно, будущего материнского компонента Т-гибрида использовали МС-линии, стерильные по пыльце - функционально женские раздельноплодные аналоги линий О-типа с генотипом mmSxxzz (МС). МС-тестеры применяли для принудительных парных скрещиваний в изоляторах с целью уточнения генотипа отцовской Т-формы и на пространственно изолированных участках при свободном перекрёстном опылении, чтобы получить гибридные семена отечественных пробных ТМС-гибридов (толерантных к глифо-сату).
В процессе самоопыления и размножения по типу сибсов применяли индивидуальные и парные
52 САХАР № 6 • 2017
гдо Щелково kly агрохим ^
www.betaren.ru
изоляторы, групповые и вегетационные кабины, а для получения пробных гибридов компоненты скрещивания высаживали на небольших пространственно изолированных участках (на расстоянии 2—3 км друг от друга) для свободного переопыления. Эффективность скрещивания во многом зависела от синхронности (или несинхронности) цветения компонентов скрещивания. Полученные в опытах пробные ТМС-гибриды и отцовские компоненты (ТММ) оценивали по устойчивости к гли-фосату и сравнивали с контрольным гибридом по урожайности, качеству продукции, устойчивости к болезням и цветушности по общепринятым методикам с некоторыми изменениями и дополнениями.
Растения подопытных Т-форм, пробных гибридов и номеров (образцов) от анализирующих и насыщающих скрещиваний обрабатывали глифосатом в фазе первой и (или) второй пары настоящих листьев, а затем в теплице (либо в поле — в зависимости от цели опыта) в фазу розетки семенников на втором году жизни. Погибшие экземпляры причисляли к генотипу «гг». Оставшиеся в живых растения фенотипически не различались и по генотипу были скорее всего типа «Яг» или «ЯЯ». Какие из них преобладали, определить было невозможно, и растения для дальнейших исследований отбирали по фенотипу. Сохранность растений учитывали через 5, 7 и 10 дней после опрыскивания глифосатом. Наблюдение, учёт и анализ цифровых данных проводили по общепринятым методикам [21].
Результаты исследований включают в себя данные учётов и наблюдений отдельных выборочно взятых опытов.
Опрыскивание растений первого и второго года вегетации в полевых условиях проводили дозиро-
Таблица 1. Оценка наиболее ценных толерантных ММ-форм сахарной свёклы
по признаку устойчивости к глифосату
№ п/п Т-форма, ММЯЯ, ММЯг Каталожный номер Устойчивость к глифосату, % Получено
2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. семян, г, шт. корнеплодов, шт.
1 Растение 2-94 301 48 93 97 90 105 г 186
2 -//- 3-99 306 69 99 95 95 75 г 134
3 -//- 3-128 314 — 93 98 95 12 г 66
4 Раст. Кр. 10 281 - — 91 100 900 шт. 9
5 -//- Кр. 12 283 — — -*- 94 600-*- 13
6 -//- Кр. 14 285 — — -*- 90 800-*- 14
7 -//- Кр. 17 287 — — -*- 100 900-*- 13
8 -//- Кр. 24 290 -*- — -*- 97 800-*- 14
9 -//- Кр. 1 316 — — 94 85 20 г 94
10 -//- Кр. 5 322 — — 94 79 45 г 109
11 -//- Кр. 22 323 — — 94 93 23 г 142
12 Контроль, гибрид Кубанский МС 95 - 0 0 0 0 — —
ванно ранцевым опрыскивателем. Контрольным вариантом во всех опытах служил стандарт — гибрид Кубанский МС 95.
В табл. 1 представлены результаты тестирования наиболее ценных толерантных к глифосату форм сахарной свёклы в течение 2012— 2015 гг.
Изучаемые формы в различной степени были толерантны к воздействию глифосата (от 48 до 100%), однако нуждаются в подтверждении своей устойчивости в последующих поколениях, так
как определить среди них генотип ММЯЯ и ММЯг пока не представляется возможным.
В 2016 г. продолжалось самоопыление или скрещивание их с обычными и частично толерантными МС-линиями с каталожными номерами 380 и 384 на пространственно изолированных участках («клумбах»), а отдельные размножали при свободном переопылении в пределах участка («в чистоте»).
Так, на участке («клумбе») № 2 размножали в большом объёме то-
Таблица 2. Толерантность (%) к глифосату фертильных ММ-опылителей и mm МС-линий на пространственно изолированных участках (2016 г.)
№ п/п Т-форма Каталожный номер Толерантность на участках
№ 1 № 2 № 3 № 4
1 ММ ТОп 2-94 301 75 — — —
2 тт ТМС 384 100 100 100 100
3 тт ТМС 380 100 — 100 100
4 ММ ТОп 3-99 306 — — 94 —
5 ММ ТОп Кр. 22 323 — — — 100
6 Контроль, гибрид Кубанский МС 95 0 0 0 0
Примечание: учёт по устойчивости проведён 04.05.2016; ТОп — толерантный к глифосату опылитель ММ; ТМС — толерантная к глифосату МС-линия тт.
№ 6 . 2017 САХАР 53
лерантную к глифосату тт ТМС-линию под № 384 (табл. 2). Гибридизацию с толерантными опылителями на пространственно изолированных участках проводилась и с обычными (не устойчивыми к глифосату) стерильными формами МС 12171, МС 12173, МС 27038 и МС СЭС-1. Всего было получено 27 пробных (экспериментальных) МС-гибридов с разной степенью устойчивости. Наиболее устойчивые из них (по результатам тестирования в лабораторных условиях) показаны в табл. 3.
Все пробные гибриды в 2017 г. будут протестированы в полевых условиях по признакам устойчивости к глифосату и церкоспорозу, а также по урожайности, сахаристости и комбинационной способности.
На отдельных участках в условиях строгой изоляции продолжались исследования по созданию толерантных стерильных линий. Результаты тестирования их на устойчивость к глифосату представлены в табл. 4.
Линии с каталожными номерами 498, 516, 528, 531 и 533 как самые
Таблица 4. Толерантность к глифосату различных МС-линий сахарной
свёклы (2016 г.)
№ п/п Каталожный номер МС-линия Устойчивость, % Коли-чествво корнеплодов, шт.
в поле в лаборатории
1 493 (389) ТМС(1-93/Т12 11301), В5/16 86 96 180
2 498 (148) ТМС(1-93/Т12 11301), р. 6, В4 95 98 44
3 514 (440) ТМС(2-110/Т13 11301), р. 1 74 75 85
4 516 (439) ТМС(3-128/Т13 11301), р. 3,В3 89 94 140
5 518 (179) ТМС(3-93/Т12 4936), р. 5, В4 95 78 165
6 522 (415) ТМС(3-127/Т13 -//-), р. 3, В3 86 95 105
7 524 (417) ТМС(3-127/Т13 -//-), р. 4, В3 82 83 270
8 528 (421) ТМС(3-127/Т13 -//-), р. 6, В3 96 91 128
9 530 (384) ТМС(1-97/Т12 7994), р. 6, В4 88 77 900
10 531 (403) ТМС(1-97/Т12 -//-), р. 1, В4 90 96 140
11 533 (405) ТМС(1-97/Т12 -//-), р. 2, В4 89 97 250
12 Стандарт, гибрид Кубанский МС 95 0 0 0
устойчивые включены в программу дальнейших исследований.
Таблица 3. Устойчивость к глифосату отдельных пробных МС-гибридов.
Семена выращены в 2016 г.
№ п/п Каталожный номер Гибриды (или линия) Устойчивость, % Всхожесть, % Масса семян, г
1 704 МС 12171 ТОп ММ 3-99(к.н. 306) 93 88 478
2 705 МС 12173 -//- 91 85 540
3 708 МС 27038 -//- 90 84 520
4 709 МС СЭС-1 -//- 86 89 717
5 710 ТМС 1-97 (линия) 99 87 407
6 712 МС 12171 ТОп ММ Кр. р. № 2 99 85 530
7 729 ТМС 1-97 Оп ММ 6444 92 89 350
8 Контроль, гибрид Куб. МС 95 (МС Оп ММ) - 0 94 -
Примечание: всхожесть семян пробных Т-гибридов показана после первичной очистки (предварительно).
В мелкоделяночных опытах 2016 г. применяли однократное опрыскивание «Раундапом» 14 мая. Учёт устойчивости проведён 23 мая. На делянках, где не применяли глифосат, пришлось трижды в период вегетации использовать ручную прополку против «нулевой» ручной прополки на делянках с растениями, толерантными к глифосату. Контролем служил стандартный гибрид Кубанский МС 95, неустойчивый к глифосату.
Растения стандарта и сорные растения в зависимости от видового состава погибали на 7-10-й день после опрыскивания глифо-сатом. Наиболее устойчивым оказался горец вьюнковый: погибал на 17-19-й день.
Продуктивность первых ТМС-гибридов сахарной свёклы показана в табл. 5. Достоверных различий по урожайности, сахаристости и технологическим качествам в мел-
54 САХАР № 6 • 2017
m Щелково kly агрохим ^
www.betaren.ru
коделяночных опытах, по сравнению с контролем, не получено.
Наибольшую устойчивость показали гибриды с каталожными номерами 469 и 471. Испытания в 2017 г. будут продолжены.
На основании проведённых исследований можно сделать следующие предварительные выводы.
1. Первые четыре года исследований показали, что в отсутствие оборудования для генной инженерии при создании отечественных исходных форм сахарной свёклы, обладающих толерантностью к глифосату, на первом этапе можно применять традиционные (классические) приёмы генетики и селекции с использованием форм неизвестного происхождения, обладающих признаками устойчивости.
2. В опытах при скрещивании большинства форм неизвестного происхождения и местных селекционных материалов в потом-ствах F1, как и следовало ожидать, наблюдалась гетерозиготность Т-форм сахарной свёклы, используемых в качестве реципиентов для доноров толерантности.
3. При инцухтировании вновь созданных Т-форм в отдельных случаях наблюдалась полная толерантность потомства. Это можно объяснить доминантностью одного из родителей по признаку RR. Достоверность этих предположений будет проверяться в повторных опытах по инцухтированию и скрещиванию с рецессивными по толерантности МС-формами.
4. Проявление признака частичной устойчивости к глифосату наблюдалось не только при скрещивании МС-растений с ТОп, но и в отдельных случаях при скрещивании в изоляторах ТОп с О-типами и с ММ-опылителями без кастрации растений, что свидетельствует о наличии перекрёстной совместимости таких экземпляров. Получены первые в разной степени толерантные к глифосату стерильные и фертильные формы.
5. На первом этапе селекции, когда ещё не созданы линии О-типа, роль отцовского компонента гибрида могут выполнить многосемянные RR-линии (ТОп), способные к перекрёстной совместимости с МС-линиями, а на
перспективу — и с МС-сингл-кроссами. Такие линии следует проверять по признакам толерантности, синхронности цветения, самофертильности и перекрёстной совместимости, а родительские компоненты гибридов анализировать по комбинационной способности (урожайность, сахаристость и другие показатели).
6. На пространственно изолированных участках («клумбах») и в групповых изоляторах получены семена первых 27 пробных МС-гибридов с разной степенью толерантности к глифосату в количестве, достаточном для сравнительного испытания и предварительной оценки по комбинационной способности. Опылителем для них служили многосемянные Т-формы, а в качестве материнского компонента использовали МС-тестер и ТМС-формы.
7. В последующие годы большое внимание будет уделено созданию и поддержанию односемянных закрепителей стерильности (ЗС) с генотипом RR Nxxzz тт, поддерживающих полную стерильность односемянного материнского МС-компонента, толерантного к глифосату (RR Sxxzz тт).
8. На данном этапе исследований крайне важно сосредоточить усилия генетиков и биотехнологов на разработке методов ускорения и достоверного определения (диагностики) результатов генетических изменений у реципиентов и доноров устойчивости к глифоса-ту. Можно надеяться, что когда-либо в научных учреждениях появятся лаборатории генной инженерии и это значительно ускорит создание более ценного исходного материала.
Список литературы
1. Балков, И.Я. Селекция как фактор совершенствования сахарной свёклы / И.Я. Балков [и др.]. В кн.: Научное обеспечение отрасли свекловодства. — Минск, 2013. - С. 18-46.
Таблица 5. Продуктивность пробных ТМС-гибридов по данным
предварительного испытания (2016 г.)
Ката-ложный номер Комбинация скрещивания при создании пробных гибридов Густота, тыс/га Урожайность, т/га Сахаристость, % Сбор сахара, т/га Доброкачественность очищенного сока, Дб ,% Устойчивость к глифосату, %
лабораторная полевая
469 (Д-110) МС(4-100/Т12 11301) В2 ОП 6279 102,7 43,3 14,1 6,1 90,2 98,0 94,0
471 (Д-116) МС(3-127/Т13 р-2 12 4936) В1 ОП 6279 94,4 46,0 14,1 6,5 90,7 92,0 91,0
478 МС(27038 12127№1/08) ОП 3-128/Т13 р-2 13 (Д-18) 93,0 44,9 13,2 5,9 90,1 85,0 75,0
- Кубанский МС-95, стандарт 83,3 41,9 14,0 5,9 90,5 0,0 0,0
- НСР - 5,1 0,6 - - - -
№ б . 2017 САХАР 55
2. Балков, И.Я. «Дорожная карта» биотехнологии - путь к использованию генной инженерии как метода селекции сахарной свёклы / И.Я. Балков, С.Д. Каракотов, В.И. Суслов // Сахарная свёкла. — 2013.
— № 8. — С. 2—6.
3. Балков, И.Я. Производство сахарной свёклы на новом этапе науки / И.Я. Балков [и др.] // Сахар.
— 2014. — № 12. — С. 32—38.
4. Балков, И.Я. Наследование признака толерантности к глифо-сату в процессе создания новых исходных форм сахарной свёклы / И.Я. Балков [и др.] // Труды Куб-ГАУ. — Краснодар, 2015. — № 3 (54). — С. 84—88.
5. Борлоуг, Н.Э. Семена возможностей: перспективы сельскохозяйственной биотехнологии / Н.Э. Борлоуг // Доклад на Междунар. конф. «Семена возможностей: перспективы сельскохозяйственной биотехнологии». — Лондон, 2001.
6. Волгин, В.В. Оценка общей и специфической комбинационной способности линий сахарной свёклы / В.В. Волгин [и др.] // Сельскохозяйственная биология. — 1999. — № 3. — С. 40—44.
7. Волгин, В.В. Сорта и гибриды сахарной свёклы / В.В. Волгин, В.А. Логвинов // Возделывание сахарной свёклы по энергоресурсосберегающей технологии. — Краснодар, 1999. — С. 4—7.
8. Гапоненко, А.К. России нужны отечественные ГМ-культуры: интервью / А.К. Гапоненко // Защита растений. — 2014. — № 8 (225).
9. Генетически модифицированные источники пищи: оценка безопасности и контроль / под ред. В.А. Тутельян. — М. : РАМН, 2007.
— С. 444.
10. Гизбуллин, Н.Г. Использование генно-модифицированных растений: за и против / Н.Г. Гизбуллин // Сахарная свёкла. — 2014.
— № 7. — С. 11—13.
11. Кирпичников, М.П. Принци-
пы создания генно-инженерно-модифицированных растений / М.П. Кирпичников // Генетически модифицированные источники пищи. — М. : РАМН, 2007.
— С. 15—34.
12. Логвинов, А.В. Продуктивность гибридов и рентабельность производства сахарной свёклы по срокам уборки корнеплодов / А.В. Логвинов [и др.] // Успехи современного естествознания. — 2016. — № 8 — С. 110—113.
13. Логвинов, В.А. Перспективы внедрения отечественных гибридов сахарной свёклы / В.А. Логвинов [и др.] // Сахарная свёкла.
— 2005. — № 5. — С. 24—26.
14. Мищенко, В.Н. Теоретические и практические аспекты использования цитоплазматической мужской стерильности сахарной свёклы / В.Н. Мищенко [и др.] // Сахарная свёкла. — 2016. — № 1. — С. 16—19.
15. Суслов, В.И. Теоретические и практические аспекты свекловодства в Краснодарском крае / В.И. Суслов [и др.] // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2010. — № 5 (26).
— С. 62—67.
16. Суслов, В.И. Оценка селекционных материалов сахарной свёклы по признаку цветуш-ности / В.И. Суслов [и др.] //
Сахарная свёкла. — 2012. — № 6.
— С. 12—15.
17. Суслов, В.И. Проблемы и перспективы селекции сахарной свёклы в условиях юга России / В.И. Суслов [и др.] // Инновации в свеклосахарном производстве. Сб. научн. тр., посв. 90-летию ГНУ ВНИИСС Россельхозакадемии. — Воронеж, 2012. — С. 124—134.
18. Суслов, В.И. Теория и практические аспекты селекции сахарной свёклы / В.И. Суслов, В.А. Логвинов, В.Н. Мищенко // Збир-ник науковых працъ. — Ки в. — 2012. — Вип. 13. — С. 126—131.
19. Суслов, В.И. Изучение темпов роста перспективных гибридов сахарной свёклы / В.И. Суслов [и др.] // Земледелие. — 2013. — № 4.
— С. 41—43.
20. Угрюмов, Е.П. Трансгенные гербицидоустойчивые сельскохозяйственные растения: эффективность и условия безопасности применения в практике / Е.П. Угрюмов [и др.] // Материалы международной научно-производственной конференции. — Краснодар, 2003.
21. Урбах, В.Ю. Биометрические методы / В.Ю. Урбах. — М., 1964.
— 415 с.
22. Харченко, П.Н. Биотехнология в растениеводстве / П.Н. Харченко // Вестник РАСХН. — 2011.
— № 11. — С. 30—32.
Аннотация. Показана возможность получения отечественных исходных форм сахарной свёклы, обладающих толерантностью к глифосату, классическими методами генетики и селекции с использованием образцов сахарной свёклы неизвестного происхождения.
Представлены способы создания исходных толерантных к глифосату линий сахарной свёклы устойчивостью 75-100%. Получены пробные толерантные к глифосату МС-гибриды устойчивостью 86-99%. Проведено предварительное испытание первых частично устойчивых к глифосату пробных МС-гибридов. Выращены семена и корнеплоды для дальнейших исследований. Ключевые слова: биотехнология, сахарная свёкла, сахар, устойчивость, гетерозиготность, глифосат, гибридизация, самоопыление, гибрид, испытание. Summary. In the absence of equipment for genetic engineering it is possible to obtain the original forms of sugar beet with tolerance to glyphosate classical methods of genetics and selection of samples of unknown origin.
Presents ways to create original tolerant to glyphosate lines of sugar beet with resistance to 75-100 %. Got a trial of a tolerant to glyphosate MS hybrids with resistance 86-99 %. Pretesting of the first partially resistant to glyphosate trial MS hybrids. Keywords: biotechnology, sugar beet, sugar, stability, heterozygosity, glyphosate, hybridization, self-pollination, hybrid, testing.
56 САХАР № 6 • 2017
Igo ЩЕЛКОВО
kly АГРОХИМ ^
www.betaren.ru
