Научная статья на тему 'Создание сортов сои северного экотипа и интродукция ее в Нечерноземную зону России'

Создание сортов сои северного экотипа и интродукция ее в Нечерноземную зону России Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
620
123
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Посыпанов Г. С., Кобозева Т. П., Мухин В. П., Гуреева М. П., Буханова Л. А.

Приведены итоги работы по использованию радиационного мутагенеза в создании сортов сои северного экотипа. Дана оценка сортов по скороспелости, холодостойкости, симбиотичности, продуктивности, показаны возможности производственного их возделывания в Центральном Нечерноземье

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Soybean varieties of northern ecotype development and their introduction in Non-Black-Earth-Zone of Russian Federation

Soyabean is a high-proteined crop. It is important in solution of protein problem. The northern ecotype crops were created. It allows to grow soyabean in the central Region of Russia.

Текст научной работы на тему «Создание сортов сои северного экотипа и интродукция ее в Нечерноземную зону России»

Известия ТСХА, выпуск 1, 2007 год

УДК 633.34:575.224

СОЗДАНИЕ СОРТОВ СОИ СЕВЕРНОГО ЭКОТИПА И ИНТРОДУКЦИЯ ЕЕ В НЕЧЕРНОЗЕМНУЮ ЗОНУ РОССИИ

|Г.С. ЛОСЫПАНОВ, Т.П. КОБОЗЕВА, В.П. МУХИН, М.П. ГУРЕЕВА, Л.А. БУХАНОВА, Н.В. ЗАРЕНКОВА, Е.В. БЕЛЯЕВ, Е.В. ДЕМЬЯНЕНКО

(Кафедра растениеводства, кафедра радиологии)

Приведены итоги работы по использованию радиационного мутагенеза в создании сортов сои северного экотипа. Дана оценка сортов по скороспелости, холодостойкости, симбиотичности, продуктивности, показаны возможности производственного их возделывания в Центральном Нечерноземье

Острый дефицит белка как пищевого, так и кормового ощущается во многих странах мира. Он составляет в России 600 тыс. т в год. Кризисное состояние в экономике в последнее десятилетие привело к тому, что лишь половина населения страны обеспечена минимально необходимой нормой потребления белка, дефицит которого может быть устранен за счет белка растительного происхождения, в т. ч. сои, являющейся важным его источником.

В мировом земледелии соя занимает четвертое место после пшеницы, кукурузы и риса и первое среди зерновых бобовых и масличных культур. Ее площади достигают 90 млн га, валовой сбор — более 200 млн т, а темпы роста производства опережают все другие культуры.

Основными районами соесеяния в России являются Дальний Восток, Северный Кавказ и Поволжье. Соеводство в стране переживает серьезный кризис, к настоящему моменту площади под культурой сократились до 500 тыс. га, валовый сбор — до 300 тыс. т, при средней урожайности 0,6 т/га. Тем не менее в постановлениях Правительства Российской Федерации предусмотрено дальнейшее развитие отрасли, создание инфраструктуры по ее научному обеспечению, переработке продук-

тов соеводства и их реализации, признание сои стратегической культурой, использование новых сортов и технологий их возделывания, увеличение площади под соей до 2,0 млн га, в т. ч. за счет Европейского региона, освоения его более северных районов, включая северную часть Черноземной области, юг и центральную часть Нечерноземной зоны.

Известно, что ни одна культура, возделываемая человеком, не может сравниться с соей по химическому составу семян и его качеству. Суммарное содержание белка и жира в семенах некоторых сортов достигает 70%. Соевый белок превосходит стандарт ФАО/ВОЗ по аминокислотному составу и содержанию незаменимых аминокислот. При этом сбор белка с 1 га сои в 3,0 раза выше, чем с 1 га пшеницы.

Наличие в семенах микроэлементов и 12 витаминов позволяет широко использовать сою в медицине. Клетчатка, пектин, фосфолипиды сои используются как биодобавки к пище.

Уникальный состав органических, минеральных, биологически активных веществ, их функциональные свойства обуславливают многогранность и универсальность использования культуры: ассортимент кормов, приготовленных из сои, продуктов питания, медицинских препаратов, технических средств

насчитывает десятки тысяч наименований.

Велико агротехническое значение культуры, которая почти на 70% способна обеспечить себя азотом за счет симбиотической азотфиксации.

Наличие в семенах сои антипитательных веществ (ингибиторы проте-аз, лектины, уреаза, гликозиды и др.) не позволяет использовать ее в сыром виде, что усложняет технологии по ее переработке и применению, однако эти вещества легко инактивируются термообработкой.

Государственная политика России в области здорового питания предусматривает широкое освоение технологий по переработке сои и включение продуктов из неё в рацион народонаселения страны.

История выращивания сои — это адаптация вида в условиях различной длины дня, температуры, влажности почвы и воздуха и других климатических параметров. Благодаря универсальной экологической пластичности соя возделывается от 46-й параллели в Южном полушарии до 56-й в Северном. Еще несколько десятилетий назад считали, что северная граница возделывания сои проходит по 53-й параллели с. ш. Многие и сейчас считают зону 52-54° с. ш. экспериментальной для ее выращивания. Тем не менее уже получены сорта, вызревающие при сумме активных температур 1700°С, что значительно расширяет ареал промышленного выращивания этой культуры.

Попытки интродукции сои в Европейскую часть России предпринимались еще в начале прошлого столетия. В 60-е гг. под руководством Н. А. Май-суряна на кафедре растениеводства ТСХА были созданы сорта сои для Центрального Черноземья, районированные в Тамбовской обл.: Тимирязевская 1 и Тимирязевская 144. Эти работы были продолжены под руководством Г.С. Посыпанова и тогда же впервые была разработана модель сорта сои се-

верного экотипа — умозрительная концепция, выражающая видение будущего сорта, т. е. совокупность его морфологических, урожайных и технологических свойств для конкретных условий и целей. В соответствии с моделью сорт северного экотипа должен характеризоваться холодостойкостью, детерминантным типом роста, иметь компактный с минимальным ветвлением куст, равномерно расположенные непоникающие листья, короткий вегетационный период на широте Москвы, нерастянутый период цветения и созревания и заканчивать вегетацию при сумме активных температур не более 1700°С.

Предпочтение было отдано детер-минантным формам, рост которых прекращается в период цветения, а на верхушке главного стебля образуется хорошо развитая цветочная кисть. При определенных условиях они могут успешно конкурировать с индетерминан-тными по продуктивности. Создание в Швеции ультраскороспелых сортов сои детерминантного типа серии «Fiskeby» позволило распространиться культуре на широте 54°.

Первым этапом наших исследований явилось проведение агроэкологических испытаний коллекции сои ВИР: более 600 образцов и форм из 14 стран мира: Швеции, Югославии, Чехословакии, Венгрии, Болгарии, Польши, Германии, Румынии, США, Канады, Молдавии, Грузии, Украины, России (ВНИИ масличных культур и ВНИИ сои), в результате которых были выделены сорта, перспективные для дальнейшей работы. Установлено, что лишь незначительная часть коллекции в отдельные годы вызревает в условиях Московской обл. Прежде всего это сорта шведской селекции группы Бра-велла, Фискеби и Шведская 856. Однако их существенным недостатком в наших условиях является низкорос-лость (25~30 см), низкое прикрепление бобов (3-4 см), растрескиваемость бобов при созревании и семян при об-

молоте. При этом основная масса продуктивных бобов (до 70%) у них оказалась ниже 15 см, что при комбайновой уборке ведет к существенной потере урожая [1]. Среди сортов Дальнего Востока наиболее перспективными оказались Северная 5, Северная 2, Аврора, Восток селекции ВНИИ сои и сорт Приморская 494 селекции Приморской государственной селекционной станции, однако они вызревали не во все годы.

До настоящего времени главным ограничивающим признаком продвижения сои в более северные регионы является скороспелость. Была предпринята попытка выделить геноти-пический фактор, контролирующий продолжительность вегетации у сои и установить его связь с другими признаками. Имеются данные о существовании генной пары, контролирующей высоту растений, выявлена ее связь с продолжительностью периода вегетации. Установлено, что раннеспелость растений часто связана с низкоросло-стью и детерминируется рецессивным геном s, который определяет развитие невысокого, компактного, сравнительно раннеспелого растения [2].

В целом же генетика признака продолжительность периода вегетации очень сложна, так как признак существенно зависит от условий, в которых выращивают сорт. Кроме того, у сои, являющейся короткодневной культурой, он регулируется генами чувствительности к длине светового дня. Набор этих генов определяет общую продолжительность и соотношение этапов вегетации того или иного сорта в данной географической точке. Известно не менее 9 локусов, контролирующих период вегетации и реакцию на фотопериодизм у сои. При изучении мировой коллекции ВИР М.А. Вишнякова [2] указывает на наличие у некоторых сортов рецессивных аллелей е1, е2 и е5, которые контролируют раннее цветение и созревание, что, по-видимому, может означать ослабление реакции на длину дня. Аллели еЗ и е4 контро-

лируют отсутствие реакции на длину дня и раннее созревание. По мнению М.А. Вишняковой, многие современные сорта, возделываемые в сравнительно высоких широтах (52—56° с. ш.) несут рецессивные аллели е1, е2, еЗ, е4, е5. При длине дня менее 13,5 ч эти гены не экспрессируются.

Создание форм, превосходящих родительские по скороспелости, становится возможным с использованием радиационного мутагенеза, впервые примененном на сое А.К. Лещенко в 1931 г. В 60-е гг. радиационным мутагенезом широко пользовались селекционеры как наиболее доступным и наименее трудоемким. Облучали семена районированных сортов и перспективных линий однократно или многократно. Скрещивали сорта с мутантами и мутанты между собой. Этот метод в селекции сои занимает особое место еще и потому, что из-за мелких, легко ранимых цветков, искусственная гибридизация у этой культуры сильно затруднена.

Нами были облучены семена и веге-тирующие растения 5 сортов. Облучение семян проводили в институте биофизики М3 СССР на установке ЭГО-4 и в институте микробиологии и эпидемиологии М3 СССР имени Н.Ф. Гамалеи на установке ЭКУ-1, ЭКУ-2 в диапазоне доз от 5 до 500 Гр и диапазоне мощностей-дозы от 0,1 до 10,0 Гр/мин. Источником излучения служил изотоп 60Со. Облучение растений проводили на гамма-поле в МОВИР. При этом проделана большая работа по оценке радиочувствительности семян и вегети-рующих растений. Определены летальные, сублетальные и эффективные дозы гамма-облучения для получения полезных мутаций. Установлены наиболее приемлемые этапы органогенеза при облучении вегетирующей сои.

Было выявлено, что малые дозы до 40 Гр не вызывают видимых изменений в растениях, выросших из облученных семян. Дозы выше 40 Гр приводили к снижению лабораторной и

полевой всхожести, увеличению стерильности растений, замедлению их роста и развития, снижению продуктивности, повышению изреживаемос-ти посева. Дозы более 120 Гр оказывали сильное угнетающее действие, при этом лишь единичные растения сохраняли жизнеспособность, продуктивность их была минимальной.

Наибольший выход мутаций получен в диапазоне доз 40-100 Гр при облучении семян и 10-20 Гр при облучении растений, при этом число и спектр мутаций увеличивался по мере повышения дозы.

В результате отборов, проведенных в М2 и более поздних поколениях, создана коллекция ултраскороспелых форм сои, превосходящих исходные сорта по скороспелости, созревающие в условиях Московской обл. за 80-120 дней при сумме активных температур 1700-2000°С, с потенциалом продуктивности до 3,0 т/га, содержанием белка в семенах до 46,0%, жира — до 20%. Коллекция передана в ВИР и селекционные учреждения, включена в селекционный процесс и положила начало созданию сортов сои северного экотипа.

В период с 1993 по 2006 г. впервые в мире были созданы и районированы в Центральном районе Нечерноземной лоны новые ультраскороспелые, высокотехнологичные сорта сои северного

экотипа зернового направления с потенциальной урожайностью 2,5-3,5 т/га, содержанием белка в семенах до 42%, жира — до 20%, обладающие повышенной симбиотичностью, адаптированные к длинному дню, созревающие за 90-120 дней при сумме активных температур не более 1700-2000°С не позднее 1-й декады сентября (таблица).

Обоснованы северные границы возделывания культуры, изучены ее биологические особенности. Установлено, что северная граница возделывания сортов Касатка и Светлая в любой по метеорологическим условиям год проходит по северной границе Смоленской, Московской и Ивановской обл., сортов Магева и Окская — по северной границе Рязанской, Тульской, Брянской обл.

Уточнены сроки, способы посева и нормы высева, обеспечивающие оптимальную плотность ценоза в посевах сои и в конечном итоге максимальную его продуктивность. Доказано, что сою северного экотипа можно высевать одновременно с горохом, а именно в последнюю пятидневку апреля — первую декаду мая в связи с высокой холодостойкостью всходов и устойчивостью их к кратковременным заморозкам до -6°С.

Изучены особенности азотного питания у сои, доказано преимущество симбиотрофного типа питания над ав-

Характеристика сортов северного экотипа

Показатель Сорта*

Магева Окская Светлая Касатка

Продолжительность вегетационного периода, дни до 115 до 120 до 100 до 100 Сумма активных температур за период всходы —

полная спелость, °С 1800 2000 1750 1700

Холодостойкость всходов, "С до -6 до -4 до -6 до -6

Потенциальная урожайность, т/га 3,1 3,5 3,5 2,8 Содержание в семенах, %:

белка 41 40 42 42

жира 19 20 18 18

Высота растений, см 75 80 70 70

Высота прикрепления нижних бобов, см 14 15 13 13

*Авторы сортов: Г.С. Посыпанов, М.П. Гуреева, Т.А. Фомина, Е.И. Филянова, В.П. Михалева.

тотрофным в условиях, благоприятных для симбиоза.

С применением эксклюзивных методик и сосудов Г.С. Посыпанова [3] изучен начальный рост корней и процесс инфицирования корневых волосков клубеньковыми бактериями, процесс формирования симбиотического аппарата сои на дерново-подзолистых почвах Нечерноземной зоны в зависимости от влагообеспеченности. Определены характер размещения клубеньков по корневой системе, их величина и форма, изучен процесс изменения их активности с учетом окраски и содержания в них леггемоглобина.

Доказана необходимость подбора комплиментарной пары макро- и микросимбионта для максимального использования возможностей симбиоти-ческой азотфиксации. Проведена оценка перспективных штаммов клубеньковых бактерий коллекции ВНИИСХ микробиологии и ВНИИ сои. Установлено, что соя в условиях Нечерноземья при инокуляции активным, вирулентным комплиментарным сорту штаммом клубеньковых бактерий способна на 7080% обеспечивать себя азотом за счет азотфиксации. Определена эффективность применения бактериальных удобрений в зависимости от сорта и метеорологических условий года.

Выявлена роль матрикальной раз-нокачественности семян в формировании урожайности сои и технологических свойств получаемой продукции. Показано, что семена, сформированные на центральных ярусах растений, обладают большим потенциалом качества, а выросшие из них растения характеризуются значительным потенциалом продуктивности и устойчивости к стресс-факторам.

Проведена оценка биологически активных веществ в полевых условиях с целью повышения устойчивости сои к стрессовым факторам, доказана перспективность их применения с целью сокращения вегетационного периода и

повышения устойчивости посевов к стрессовым воздействиям. В частности, использование хлофлорама при нанесении на семена сои позволяет ускорить созревание на 4-6 дней без снижения продуктивности посева; предпосевная обработка семян аллело-стимом и фузикокцином способствует усилению симбиотической и фотосинтетической деятельности посева, увеличивая содержание белка в семенах и его сбор с единицы площади.

Изучены состав, вредоносность и степень распространения вредителей и болезней на посевах сои, разработаны меры борьбы с ними. Установлено, что в новых районах соесеяния наиболее распространенным вредителем сои является клубеньковый долгоносик. В отдельные годы его численность может достигать порога вредоносности и приводит к существенному недобору урожая. В связи с тем, что соя является новой для Нечерноземной зоны культурой поражаемость посевов болезнями невелика. В отдельные годы наблюдается очаговое поражение сои вирусом огуречной мозаики на фоне фузариозного увядания.

Определен видовой состав сорной растительности в посевах сои и подобраны гербициды для максимального уничтожения сорняков.

Изучено влияние водно-воздушного и пищевого режима почвы и метеорологических условий на рост, развитие и продукционный процесс сортов северного экотипа с целью совершенствования технологии их возделывания в Нечерноземной зоне Российской Федерации.

Усовершенствована система удобрения, обработки почвы и уборки сои на семена в условиях Нечерноземной зоны Российской Федерации.

Разработаны инновационные, ресурсосберегающие, экологически безопасные технологии ее возделывания в новом регионе на основе использования биологического азота, позволяющие

получать с единицы площади до 3,5 т зерна, до 1,0 т высокоценного сбалансированного по аминокислотам белка и до 0,4 т жира.

Проведенные исследования свидетельствуют о возможности и необходимости расширения ареала возделывания сои до 56° с.ш. и перспективности использования сортов северного экотипа на зерно с целью решения белковой проблемы, увеличения разнообразия и стабилизации продукционного процесса в растениеводстве.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кобозева Т.П. Использование радиационного мутагенеза в создании исходных форм для селекции сои. Авто-реф. канд. дисс. М., 1990. — 2. Вишнякова М.А. Генетическая коллекция сои ВИР и возможности ее использования в селекции // Итоги исследований по сое за годы реформирования и направления НИР на 2005-2010 гг. Краснодар: ГНУ ВНИИМК имени B.C. Пустовойта, 2004. С 33-45. — 3. Посыпанов Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха. М.: ВО «Агропромиздат», 1991.

SUMMARY

Soyabean is a high-proteined crop. It is important in solution of protein problem. The northern ecotype crops were created. It allows to grow soyabean in the central Region of Russia.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.