CC BY
19Научная статья УДК 631.527:633.34
СОЗДАНИЕ СКОРОСПЕЛЫХ ЛИНИЙ СОИ (GLYCINE MAX (L.) MERR.) В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Дмитрий Анатольевич Потапов1, Роман Николаевич Перфильев2, Константин Викторович Максименко1, Андрей Борисович Щербань2, Ревмира Ивановна Полюдина1, Елена Артёмовна Салина2
1 Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий российской академии наук, Новосибирская область, Новосибирский район, р.п. Краснообск, Россия;
2 Федеральный исследовательский центр институт цитологии и генетики сибирского отделения российской академии наук, г. Новосибирск, Россия, [email protected]
Аннотация. Проведена селекционно-генетическая оценка рабочей коллекции 185 образцов сои (образцы коллекции ВИР, учреждений-оригинаторов и собственный селекционный материал, созданный с использованием методов гибридизации, мутагенеза и индивидуального отбора) для выведения новых сортов в условиях Новосибирской области. Определены гены контролирующие время созревания у сои. Установлено, что для условий Западной Сибири предпочтительным является генотип e1-nl/e2/e3/e4. Урожайность семян у двенадцати сортообразцов сои в питомнике конкурсного сортоиспытания в 2013-2022 гг. изменялась в пределах 13,5...30,6 ц/га, при вариации продолжительности вегетационного периода от 81 до 119 дней. Среди них выделено три скороспелых образца, с урожайностью семян 21,4...22,7 ц/га, превышающих стандарт СибНИИК-315 в среднем на 7...13% (в отдельные годы на 36%). Продолжительность вегетационного периода у 185 линий из рабочей коллекции в полевых питомниках в 2020-2021 гг. варьировала от 84 до более 121 дня. Семенная продуктивность изменялась от 3,0 до 32,9 г и в среднем составила 17,5 г. с растения. В зависимости от времени созревания образцов сои средняя семенная продуктивность варьировала от 15,0 у очень скороспелых номеров до 20,2 г/раст. у среднескороспелых. Наиболее продуктивные линии встречались среди скороспелых образцов. Среди них для дальнейшей селекционной работы отобраны растения с массой семян 20,1...25,0 г, почти в два раза превышающей стандартную, продолжительность вегетационного периода которых составляла от 98 до 110 дней. Растения этих линий были выше стандартных, отличались более крупными семенами, но почти все, за исключением №186 (14,6 см), имели меньшую высоту заложения нижнего боба (9,8...12,6 см). В результате изучения образцов сои выделен скороспелый, высокопродуктивный материал, для создания сортов пригодных для возделывания в суровых условиях Западной Сибири.
Ключевые слова: соя (Glycine max), селекция, сорт, скороспелость.
Для цитирования: Потапов Д. А., Перфильев Р. Н., Максименко К. В., Щербань А. Б., Полюдина Р. И., Салина Е. А. Создание скороспелых линий сои (glycine max (l.) Merr.) в условиях Западной Сибири // Агронаука. 2023. Том 1. № 1. C.23-27.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-76-30003) UDC 631.527:633.34
CREATION OF EARLY SOYBEAN (GLYCINE MAX (L.) MERR.) LINES IN THE CONDITIONS OF WESTERN SIBERIA
Dmitrij A. Potapov1, Roman N. PeifN'iev2, Konstantin V. Maksimenko1, Andrej B. Shcherban2, Revmira I. Polyudina1, Elena A. Salina2
1 Siberian Federal Research Center for Agrobiotechnologies, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk region, Novosibirsk district, Krasnoobsk, Russia;
2 Federal Research Center Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia, [email protected]
Abstract. A breeding and genetic evaluation of the working collection of 185 soybean samples (samples from the collection of VIR, originating institutions and own breeding material created using hybridization,
© Потапов Д. А., Перфильев Р. Н., Максименко К. В., Щербань А. Б., Полюдина Р. И., Салина Е. А., 2023
mutagenesis and individual selection methods) was carried out to breed new varieties in the conditions of the Novosibirsk region. The genes controlling the ripening time in soybeans have been identified. It has been established that the e1-nl/e2/e3/e4 genotype is preferable for the conditions of Western Siberia. Seed yield in twelve soybean varieties in the nursery of competitive variety testing in 2013-2022. varied in the range of 13.5...30.6 c/ha, with a variation in the duration of the growing season from 81 to 119 days. Among them, three early-maturing samples were identified, with a seed yield of 21.4...22.7 c/ha, exceeding the SibNIIK-315 standard by an average of 7...13% (in some years by 36%). The duration of the growing season for 185 lines from the working collection in field nurseries in 2020-2021 ranged from 84 to more than 121 days. Seed productivity varied from 3.0 to 32.9 g and averaged 17.5 g per plant. Depending on the maturation time of soybean samples, the average seed productivity varied from 15.0 in very early numbers to 20.2 g/plant. in the middle-aged. The most productive lines were found among early maturing samples. Among them, plants with a seed weight of 20.1...25.0 g, almost twice the standard, were selected for further breeding work, the duration of the growing season of which ranged from 98 to 110 days. The plants of these lines were taller than the standard ones, differed in larger seeds, but almost all of them, with the exception of No. 186 (14.6 cm), had a lower height of the lower bean (9.8-12.6 cm). As a result of the study of soybean samples, an early maturing, highly productive material was selected to create varieties suitable for cultivation in the harsh conditions of Western Siberia
Keywords: soybean (Glycine max), selection, variety, early maturity.
For citation: Potapov D. A., Perfil'iev R. N., Maksimenko K. V., Shcherban A. B., Polyudina R. I., Salina E. A. Sozdanie skorospelyh linij soi (Glycine max (l.) Merr.) v usloviyah Zapadnoj Sibiri [Creation of early soybean (Glycine max (l.) Merr.) Lines in the conditions of Western Siberia]. Agronauka. - Agroscience. 2023; 1; 1: 23-27. (in Russ.)
Введение
Соя (Glycine max (L.) Merrill) одна из основных зернобобовых культур, возделываемых в мировом сельскохозяйственном производстве. Благодаря высокому содержанию жира и белка в семенах она с успехом используется в питании человека и кормлении сельскохозяйственных животных [1-3].
В России сою возделывают преимущественно на Дальнем Востоке, Поволжье и Кубани. Попытки её интродукции в Сибири предпринимались с конца 1920-х годов. Климат Сибири не способен обеспечить надежное созревание среднеспелых и тем более позднеспелых форм сои. По данным В.Б. Ен-кена [4], биологический минимум температуры для прорастания семян сои составляет 6...7°С, для роста и развития 10°С, оптимальная температура для любой фазы развития не должна опускаться ниже 20°С. Всходы выдерживают кратковременные понижения температуры до -3°С. Осенние заморозки ниже -2°С нарушают развитие семян, вызывают подмерзание листьев, гибель цветков и зеленых бобов. Учитывая, что в Западной Сибири май и сентябрь часто имеют среднесуточную температуру ниже 10°С, с начала сентября случаются заморозки, основным требованием для сибирской сои является короткий период вегетации. Скороспелые сорта сибирского экотипа сои имеют иные экологические свойства и ритмы развития по сравнению с дальневосточными и европейскими формами [3].
Цель работы - провести селекционно-генетическую оценку созданного нами материала, выявить перспективные формы для выведения новых сортов, пригодных для возделывания в Западной Сибири.
Материалы и методы
Работу проводили на центральной экспериментальной базе Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий Российской академии наук, расположенной в лесостепной зоне Новосибирской области (пос. Краснообск) в 2014-2022 гг. Почва опытных участков - чернозем выщелоченный среднесуглинистый, рНводн. - 6,6 ед, содержание гумуса в почве (по Тюрину) 5,2%, легкогидролизуемого азота (по Тюрину и Кононовой) - 7,7 мг/100 г почвы, подвижного фосфора и калия (по Мачигину) - 15,0 и 16,0 мг/10о г почвы соответственно. Климат континентальный, умеренно прохладный, умеренно засушливый: среднемноголетний гидротермический коэффициент по Селяни-нову не превышает 0,9 в мае и июне, достигает 1,3 в конце июля и 1,7 в начале августа.
Материалом для исследования служили образцы коллекции генетических ресурсов растений ВИР, учреждений-оригинаторов, и собственный селекционный материал, созданный с использованием методов гибридизации, мутагенеза и индивидуального отбора.
Закладку питомников проводили по общепринятой методике. В селекционных питомниках посев и уборка растений про-
водилась вручную, учитывалось количество растений на делянке. В лабораторных условиях по семенной продуктивности и ее составляющим элементам анализировали 10 растений каждого образца. По каждому растению учитывали следующие признаки: семенная продуктивность, масса 1000 семян, число семян, число ветвей, число бобов, число узлов, число семян на боб, высота растения, высота прикрепления нижнего боба. В питомниках конкурсного сортоиспытания площадь делянки составляла 25 м2, расположение систематическое, повторность четырехкратная. Посев проводили сеялкой СН-16. Высевали 700 тыс. всхожих семян на гектар широкорядным способом. Уборка растений проводилась комбайном Sampo Ростов. Перед уборкой с пробных площадок брали сноповые образцы с 1 м2. Определяли семенную продуктивность и ее элементы с каждого растения. В качестве стандарта использовали сорт СибНИИК-315.
Для статистической обработки данных использовали пакет прикладных программ "Снедекор" [5].
Результаты и обсуждение
Локусы Е1-Е4 играют ключевую роль в адаптации сортов сои к различным широтам и обеспечивают сильную вариацию в продолжительности различных фаз развития [6]. Для этих локусов определены кодируемые ими гены и аллель-определяющие нуклеотидные последовательности [7-10]. В условиях длинного дня, доминантные аллели удлиняют вегетационный период сои, а рецессивные аллели наоборот укорачивают. Данная коллекция со-ртообразцов сои была генотипирована по генам Е1-Е4 с помощью раннее разработанных ДНК-маркеров. В результате, в данной коллекции установлена
высокая частота рецессивных аллелей Е1-Е4. Среди 11 установленных Е-генотипов, два: е1-п1/е2/е3/е4 и е1^/е2/е3/е4 имели самый короткий вегетационный период в условиях 2020 и 2021 года. Сорта СибНИИК-315, Сиб-НИИК-9 и Горинская также несут е1-п1/е2/е3/ е4 генотип. Таким образом, мы считаем, что для условий Западной Сибири наиболее оптимальным является генотип е1-п1/е2/е3/е4.
Изучение созданного нами перспективного селекционного материала в питомниках конкурсного сортоиспытания в 2013-2022 гг. показало, что урожайность семян у этих образцов изменялась в пределах 13,5...30,6 ц/га, при вариации продолжительности вегетационного периода от 81 до 119 дней (рисунок).
Условия выращивания оказывали сильное влияние на величину изучаемых признаков.
Наиболее продуктивными оказались образцы СНК-282, СНК-146, СНК-673, они в среднем на 7-12% (в отдельные годы на 36%) превышали стандартный сорт СибНИИК-315,
Рисунок - Урожайность семян (а) и продолжительность вегетационного периода (б) линий сои в питомнике конкурсного сортоиспытания
среди них СНК-673 созревал на 2 дня раньше стандарта.
Как видно из таблицы 1, семенная продуктивность возрастала с увеличением продолжительности вегетационного периода, снижаясь у среднеспелых линий. В зависимости от времени созревания образцов сои средняя семенная продуктивность варьировала от 15,0 у очень скороспелых номеров до 20,2 г/раст. у среднескороспелых и в среднем составила 17,5 г. Наиболее продуктивные линии встречались среди скороспелых образ-
цов.
Среди линий скороспелой группы для дальнейшей селекционной работы отобраны растения с массой семян почти в два раза превышающей стандартную, продолжительность вегетационного периода которых составляла от 98 до 110 дней. Растения этих линий были выше стандартных, отличались более крупными семенами, но почти все, за исключением №186, имели меньшую высоту заложения нижнего боба (таблица 2).
Таблица 1 - Семенная продуктивность линий сои
Всходы - созревание, дни Семенная продуктивность, г От-до Число линий
2020 2021 Среднее
84-90 (очень скороспелые) 12,9 17,1 15,0±0,4 5,6-20,6 29
91-110 (скороспелые) 14.0 19,5 16,8±0,3 3,0-32,9 115
111-120 (среднескороспелые) 18,9 21,5 20,2±0,4 10,3-29,9 35
>121 (среднеспелые) 17,9 17,6 17,8±0,2 17,7-20,6 6
Таблица 2 - Характеристика скороспелых линий сои с высокой семенной продуктивностью, 2020-2021 гг.
Линия (происхождение) Всходы -созревание, дни Семенная продуктивность, г Масса 1000 семян, г Высота растения, см Высота нижнего боба, см
№164 (Semu-8001) 108 25,0 174,1 83,1 10,2
№379 105 24,7 155,0 73,5 10,3
№136 (Рассвет) 98 23,2 178,7 86,0 10,2
№152 (Maple Amber) 106 22,6 186,1 83,5 12,6
№186 (Semu-315) 110 22,2 197,3 92,9 14,6
№199 (Maple Presto) 100 21,4 178,4 73,7 11,1
№209 (л. 7 ВИР) 101 21,3 209,5 67,2 9,8
№165 (Эльдорадо) 104 20,1 192,6 78,8 9,8
СибНИИК-315* 93 12,4 130,4 64,1 13,5
Примечание: - * СибНИИК-315 - стандартный сорт
Заключение
В результате изучения образцов сои рабочей коллекции выделен скороспелый, высокопродуктивный материал, пригодный для возделывания в суровых условиях Западной
Сибири. Получены линии с семенной продуктивностью 20,1...25,0 г зерна с растения (на 62...101% превышающие стандарт) и продолжительностью вегетационного периода 98-110 дней.
Список источников
1. Seek, W., Torkamaneh, D., and Belzile, F. Comprehensive genome-wide association analysis reveals the genetic basis of root system architecture in soybean. Front. Plant Sci. 2020. 11:590740. doi: 10.3389/ fpls.2020.590740
2. Tamagno S, Aznar-Moreno J.A., Durrett T.P., Vara Prasad P.V., Rotundo J.L., Ciampitti I.A. Dynamics of oil and fatty acid accumulation during seed development in historical soybean varieties. Field Crops Research. 2020. 248. 107719. https://doi.org/10.10167j.fcr.2020.107719
3. Кашеваров Н.И., Солошенко В.А., Васякин Н.И., Лях А.А. Соя в Западной Сибири. - Новосибирск: Юпитер, 2004. - 256 с.
4. Енкен В. Б. Соя. М.: Сельхозгиз, 1959. 619 с.
5. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. 2-е изд. Краснообск, ГУП РПО СО РАС-ХН, 2010 - 282 с.
6. Liu B, Kanazawa A, Matsumura H, Takahashi R, Harada K, Abe J. 2008. Genetic redundancy in soybean photoresponses associated with duplication of phytochrome A gene. Genetics 180: 995-1007
7. Liu L., Song W., Wang L., et al. Allele combinations of maturity genes E1-E4 affect adaptation of soybean to diverse geographic regions and farming systems in China // PloS ONE. — 2020. — V. 15 — № 7. — P. E0235397.
8. Watanabe S, Hideshima R, Xia Z, et al. 2009. Map-based cloning of the gene associated with the soybean maturity locus E3. Genetics 182: 1251-1262.
9. Watanabe S, Xia Z, Hideshima R, et al. 2011. A map-based cloning strategy employing a residual heterozygous line reveals that the GIGANTEA gene is involved in soybean maturity and flowering. Genetics 188: 395-407.
10. Xia, Z., Watanabe, S., Yamada, T., Tsubokura, Y., Nakashima, H., Zhai, H., et al. (2012). Positional cloning and characterization reveal the molecular basis for soybean maturity locus E1 that regulates photoperiodic flowering. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 109, E2155-E2164.
1. Seek, W., Torkamaneh, D., and Belzile, F. Comprehensive genome-wide association analysis reveals the genetic basis of root system architecture in soybean. Front. Plant Sci. 2020. 11:590740. doi: 10.3389/ fpls.2020.590740
2. Tamagno S, Aznar-Moreno J.A., Durrett T.P., Vara Prasad P.V., Rotundo J.L., Ciampitti I.A. Dynamics of oil and fatty acid accumulation during seed development in historical soybean varieties. Field Crops Research. 2020. 248. 107719. https://doi.org/10.10167j.fcr.2020.107719
3. Kashevarov N.I., Soloshenko V.A., Vasyakin N.I., Lyax A.A. Soya v Zapadnoj Sibiri. - Novosibirsk: Yupiter, 2004. - 256 s.
4. Enken V. B. Soya. M.: Selxozgiz, 1959. 619 s.
5. Sorokin O.D. Prikladnaya statistika na kompyutere. 2-e izd. Krasnoobsk, GUP RPO SO RASXN, 2010 - 282 s.
6. Liu B, Kanazawa A, Matsumura H, Takahashi R, Harada K, Abe J. 2008. Genetic redundancy in soybean photoresponses associated with duplication of phytochrome A gene. Genetics 180: 995-1007
7. Liu L., Song W., Wang L., et al. Allele combinations of maturity genes E1-E4 affect adaptation of soybean to diverse geographic regions and farming systems in China // PloS ONE. — 2020. — V. 15 — № 7. — P. E0235397.
8. Watanabe S, Hideshima R, Xia Z, et al. 2009. Map-based cloning of the gene associated with the soybean maturity locus E3. Genetics 182: 1251-1262.
9. Watanabe S, Xia Z, Hideshima R, et al. 2011. A map-based cloning strategy employing a residual heterozygous line reveals that the GIGANTEA gene is involved in soybean maturity and flowering. Genetics 188: 395-407.
10. Xia, Z., Watanabe, S., Yamada, T., Tsubokura, Y., Nakashima, H., Zhai, H., et al. (2012). Positional cloning and characterization reveal the molecular basis for soybean maturity locus E1 that regulates photoperiodic flowering. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 109, E2155-E2164.
References
Информация об авторах
Information about the authors
Д.А. Потапов - канд. с.-х. наук; Р.Н. Перфильев - аспирант;
К.В. Максименко - мл. науч. сотр.;
D.A. Potapov - Cand. Ag. Sci.; R.N. Perfiliev - Graduate Student; K.V. Maksimenko - Junior Reasercher;
А.Б. Щербань - д-р биол. наук; Р.И. Полюдина - д-р с.-х.наук; Е.А. Салина - д-р биол. наук
A.B. Shcherban - Dr Biol. Sci.; R.I. Polyudina - Dr Agr. Sci.; E.A. Salina - Dr Biol. Sci.
Статья поступила в редакцию 02.02.2023; одобрена после рецензирования 28.02.2023; принята к публикации 15.03.2023
The article was submitted 02.02.2023; approved aftee reviewing 28.02.2023; accepted for publication 15.03.2023
