geolike.ru

Селекция люпина узколистного в Беларуси

Достижения и проблемы селекции люпина узколистного

Селекция люпина начата в глубокой древности, со времени введения его в культуру. С середины ХIX века после научной разработки и опубликования в 1859 году Ч. Дарвином теории эволюции органического мира и обоснования огромной роли искусственного (методического) отбора в создании новых сортов селекция поднялась на новую ступень развития, превратилась в науку и самую интенсивную отрасль производства. Благодаря этому в ведение в культуру и селекционная работа по жёлтому и узколистному люпину проходили более быстрыми темпами. Прошло всего лишь около 160 лет с тех пор, когда стали внедряться первые посевы желтого(1841 г.), а затем и узколистного люпинов, но в настоящее время мировая коллекция уже насчитывает огромное количество разнообразных, ранее не существующих в природе разновидностей, сортов и форм.

В первый период широкого распространения желтого и узколистного люпинов в Германии, Польше, Украине, Беларуси и России размножались и использовались для посева имеющиеся в культуре популяции, характеризующиеся высокой алкалоидностью, способностью наращивать большую массу для запашки на удобрения при освоении песчаных и других менее плодородных земель. Особенно бурное развитие селекционной работы с люпином и повышенный интерес к этой культуре начался в конце 20-х и начале 30-х годов ХХ столетия, когда по идее Т. Рёмера и Д. Н. Прянишникова начались поиски безалкалоидных, пригодных на корм скоту форм. Успеху в разрешении этой идеи способствовали разработанные методы определения степени алкалоидности растений и семян Р. Зенгбушем в 1927 году. Родоначальником кормовых сортов желтого люпина в Германии является штамм №8 (Мюнхебергский сладкий), из которого в 1932 г. Х. Тролль выделил белосемянную форму, ставшую в последствии сортом Вайко 1. Основным недостатком этого сорта является растрескиваемость бобов, который был устранен путем создания нового сорта Вайко 2, полученного из гибридного материала от скрещивания Вайко 1 с алкалоидной нерастрескивающейся линией 3535 А. При скрещивании Вайко 2 с быстрорастущей линией 7844 среди выщепившихся форм выделено растение, ставшее сортом Вайко 3 с быстрыми темпами роста. От скрещивания Вайко 3 с найденной формой с неопушенными семенами выделен сорт Вайко 4. Аналогичным путем в Германии получены и сорта узколистного люпина Мюнхебергский синий сладкий, Мюнхебергский синий сладкий 2, Гюльцевский синий сладкий и линия №2507.[10]

На Новозыбковской опытной станции в Брянской области России селекция кормовых сортов была начата в 1931 г., где М. И. Боженовой найдены малоалкалоидные формы узколистного люпина Синий 418 и Синерозовый 645, которые были использованы для гибридизации с кормовым образцом Л 1 Минской опытной станции. Из гибридного материала ей удалось выделить ценные сорта Синий 1 и Синерозовый 2, которые в настоящее время используются в качестве исходного материала для гибридизации. Методом гибридизации образца 2-1 с Синим 1 на Брянской опытной станции создан сорт Брянский 35 [11].

Значительная работа по селекции узколистного люпина проводилась на Гродненской сельскохозяйственной опытной станции Г. С. Кононковым, где выведены алкалоидные сорта узколистного люпина Беняконский 484 и Беняконский 335, которые находятся в районировании до настоящего времени [7]. селекция люпин посевной качество

В научно-исследовательском институте сельского хозяйства нечерноземной зоны России селекционная работа сосредоточена на узколистном люпине, в результате которой в различные годы Г. А. Дебелым, Л. В. Калининой, А. Г. Быковцом, В. С. Федотовым и др. созданы сорта Немчиновский кормовой, Немчиновский 846. Здесь получен неветвящийся мутант с пазушными цветками, послуживший исходным материалом для создания сорта Ладный эпигонального типа зернового направления [12].

Длительное время селекционная работа с узколистным люпином проводилась А. М. Альфес на Смоленской областной опытной станции, где создан разнообразный исходный материал для селекции узколистного люпина [13].

Польша является страной, где также люпиносеяние начало внедряться более 120 лет тому назад. На территории нынешней Польской Республики начали заниматься селекцией люпина давно. Основоположником селекции люпина является А. Семполовский, который впервые нашел естественный мутант с розовыми цветками среди узколистного люпина и создал из него скороспелый сорт новой разновидности в конце ХХ века. Но интенсивная селекционная работа с этой культурой началась после опубликования Н. Н. Ивановым и М. И. Смирновой (1932) инструкции о проведении массовых анализов растений и семян люпина на алкалоидность. Впервые безалкалоидные формы узколистного люпина были найдены Казановским, Дзековским и Барбацким в Пулавах.

Известными кормовыми сортами узколистного люпина является сорт Оборницкий синий, выведенный в Пшебендове. Методом гибридизации с последующим отбором создан Узколистный быстрорастущий от скрещивания Оборницкого синего с Пулавским розовым. Сорт Мужин с темно-фиолетовыми листьями является также известным сортом польской селекции. Он имеет характерную фиолетовую окраску листьев и стеблей. Узколистному люпину в Польше уделяют большое внимание и в настоящее время. Кроме районированного сорта Оборницкий в испытании находятся перспективные кормовые сорта Куба, Розовый кормовой, Ла I, Ла II, Ла III и горькие Великопольский горький, Б-2, Ла 5. Сорт Туркус является районированным алкалоидным сортом на зеленое удобрение (Nowe rolnictwo, 1974,№8).

В Швеции начали возделывать кормовой желтый и узколистный люпины с 1935 г., но в первый год стало ясно, что завезенные сорта желтого люпина не могут вызревать в условиях Швеции, а узколистные тоже не могут гарантировать обеспечение ежегодных сборов урожая семян. Поэтому на Свалефской опытной станции приступили к созданию своих сортов. Применение метода гибридизации в получении исходного материала увенчалось успехом. Но из-за наличия недостатков полученные образцы не получили широкого распространения (О. Тедин, 1949,1954).

Используют люпин как кормовую и сидеральную культуру в Турции и Японии, Южной и Северной Африке, Австралии и Новой Зеландии, Северной и Южной Америке. Наибольшее распространение получил желтый люпин, поэтому в пределах этого вида создано большинство сортов. Не уменьшается интерес и к узколистному люпину, селекция которого ведется с целью продвижения этой культуры на север и восток.

Особой заслугой селекционеров США является создание доноров и источников устойчивости узколистного люпина к растрескиваемости бобов в виде известных сортов Уникроп, Унивите, Унихарвест, Читик, Дарья и др., которые используются во всем мире для создания исходного материала и сортов с нерастрескивающимися бобами. Благодаря успехам селекции и широкому использованию созданных сортов в производстве Австралия вышла на первое место по люпиносеянию, успешно решает проблему производства кормового белка и экспортирует семена люпина в другие страны Америки, Европы и Азии [4].

В Республике Беларусь наибольшие научные силы по селекции люпина сосредоточены в Белорусском научно-исследовательском институте земледелия и кормов, где ведется селекционная работа и по узколистному люпину для зернового использования. В основу этого направления взяты скороспелые, детерминантные, эпигональные или коронатные формы с высокой плодообразуюшей способностью и нерастрескивающимися бобами. Н. С. Купцовым, Т. П. Мироновой, В. В. Гринь, Е. Н. Гераскиной и другими селекционерами созданы ценные сорта этой культуры Данко, Гелена, Миртан, Ащадны, Першацвет, Митан, Метель. Сорт узколистного люпина такого типа Бисер создан в БСХА, имеется ценный селекционный материал для дальнейшей селекции.

Благодаря определенным усилиям селекционеров по созданию сортов узколистного люпина зернофуражного назначения в последние годы создана серия сортов этого вида, отличающихся более высокой плодообразующей способностью, семенной продуктивностью, нерастрескиваемостью бобов, способных давать урожайность зерна в пределах 30 ц/га и более. В Государственном сортоиспытании проходят оценку около 20 сортов, которые обеспечивают получение от 13,9 до 34,1 ц/га высокобелкового зерна различных ГСС и ГСУ.[14]

Относительно благоприятная ситуация по сортовому и репродукционному составу люпина узколистного сложилась в республике в настоящее время. В производстве 79,2 % посевных площадей занято под сортами люпина, районированными в 1996—2000 гг. (рис. 3). Более того, в репродукционном составе высеваемых семян более 60 % посевов составляют семена не выше третьей репродукции.

Рис. 1. Возрастная структура районированных сортов люпина в РБ, %

Так, в 2006 г. посевы люпина узколистного в республике занимали 61,6 тыс. га. Значительную долю при этом (69 %) составляли такие сорта, как Миртан (33,5 %), Першацвет (15,5 %), Хвалько (7,6 %), Митан (6,3 %) и Владлен (6,1 %). Аналогичная тенденция сохранилась и в 2007 г. (рис. 4). [15]

Рис. 2. Посевные площади люпина в разрезе сортового состава в 2006 г., %

Устаревший сортовой и репродукционный состав зернобобовых культур, используемый в хозяйствах Республики Беларусь, является одной из главных причин, снижающих урожайность их в производстве, что не позволяет в достаточном количестве производить для животноводства высокобелковый корм. Для того чтобы к 2012 г. выйти на оптимальные площади по данным культурам (150 тыс. га гороха, 150 тыс. га люпина и около 50 тыс. га вики яровой), а также для более полного использования потенциала продуктивности этих культур, семеноводческим элитопроизводящим хозяйствам, руководителям и главным агрономам сельскохозяйственных предприятий необходимо:

• организовать производство семян новых сортов зернобобовых культур для обеспечения 100 % потребности хозяйств в семенном материале не ниже третьей репродукции;

• усовершенствовать сортовую структуру посевов зернобобовых культур, увеличив в ней долю новых высокопродуктивных, технологичных сортов;

• согласно специализации сельскохозяйственных предприятий определить сортовой состав зернобобовых культур, оптимальный для конкретных почвенно-климатических, материально-технических, экологических условий и уровня хозяйствования.

Оригинальное семеноводство по сортам зернобобовых культур, созданных в РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» и внесенных в Государственный реестр, ведется в полном объеме. Ежегодно производство оригинальных семян (Р1) вышеуказанных культур выполняется на 100 % в соответствии с заявками Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь, однако они не всегда выкупаются семеноводческими хозяйствами, что сдерживает производство семян в необходимых объемах для сельскохозяйственных предприятий республики. [15]

Селекция люпина узколистного на урожайность, устойчивость к болезням. Модель сорта Першацвет

Благодаря вышеизложенным достижениям селекционеров для условий Беларуси занесено в Государственный реестр на 2001 г. 12 сортов узколистного люпина. Все они в достаточной степени являются пригодными для возделывания в определенных почвенно-климатических условиях зоны районирования.

Однако еще не снимает ряд существенных проблем, требующих от селекционных учреждений в ближайшем будущем всего решения. Большинство сортов, характеризующихся многими ценными свойствами, не обладают комплексом биологических и хозяйственно-полезных признаков, которые в большей степени удовлетворяли бы запросы производства по экологической стабильности; отзывчивости на проводимые технологические приемы возделывания; устойчивости к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам окружающей среды; количеству и качеству получаемой продукции; пригодности к механизированным технологиям выращивания.

Узколистный люпин по сравнению с другими видами имеет значительное преимущество по скороспелости, быстрым темпам первоначального роста и накопления высоких урожаев зеленой массы в короткий период времени. В связи с этим он должен получить широкое распространение при выращивании на зерно, а также в качестве поукосной и пожнивной культуры. С выведением сортов с ограниченным типом ветвления, нерастрескивающимися бобами и повышенной плодообразующей способностью зернофуражное направление использования узколистного люпина в последние годы стало основным.

Селекция на урожайность является самым главным и всеобъемлющим направлением, так как продуктивность сорта зависит не только от генотипа, но и от воздействия окружающей среды. Итоговыми критериями при оценке селекционного материала являются выживаемость растений, их индивидуальная продуктивность, складывающаяся из элементов структуры урожайности. В равных условиях одинаковая урожайность может быть получена у различных сортов и образцов за счет различных элементов ее структуры. У зернобобовых культур основными элементами структуры урожайности являются количество плодоносящих кистей, количество бобов и семян в бобе и на растении, масса 1000 семян.

Урожайность и элементы ее структуры (относительно любой культуры) зависят от генотипа сорта, его устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды, поэтому в селекции на устойчивость к каждому фактору существуют специальные направления.[Таранухо]

Выведение устойчивых к болезням сортов люпина является одной из первоочередных задач. Особенно сильный вред люпиносеянию наносит антракноз, вирусное израстание, фузариоз, цетофороз и другие болезни.

Создавать болезнеустойчивые сорта трудно вследствие полимерного действия генов, определяющих устойчивость и огромного полиморфизма видов и рас ржавчины, а также многих других болезней, большого разнообразия сменяющихся поколений видоспецифических вредителей. Проведенные поиски позволили на провокационном фоне найти источники фузариозоустойчивости, поэтому избавиться от этой болезни можно путем создания ультраскороспелых сортов и уничтожения тли – основного разносчика этой болезни.[16]

Таблица 1. Модель сорта Першацвет на 2020 г

В таблице 1 представлена модель перспективного сорта, где основной упор сделан на такие хозяйственно полезные признаки как: урожайность, масса 1000 семян, количество семян в бобе, вегетативный период, высота растения и содержание белка зерне.

Создание исходного материала для селекции люпина узколистного методом внутрисортового отбора

На протяжении всех этапов развития селекции человек всегда начинал свою селекционную работу со сбора и анализа имеющихся сортов, образцов, местных культурных и дикорастущих популяций растений определенной культуры. На основании всестороннего анализа он приходил к выводу о имеющемся разнообразии в пределах каждого образца и необходимости отбора лучших экземпляров растений для дальнейшего размножения с целью закрепления в потомстве замеченных положительных признаков и получения дополнительного дохода от популяции отобранных родоначальных растений с желаемыми свойствами.

Благодаря такой кропотливой многолетней работе культурные растения совершенствовались, приобретали новые признаки, которые в большей степени соответствовали условиям определенной почвенно-климатической зоны и удовлетворяли потребности человека в повышении количества и улучшении качества продукции.

Так, постепенно десятилетиями, столетиями, тысячелетиями, на основании аналитической селекции осуществлялся процесс окультуривания полезных растений, их совершенствование и дифференциацию на популяции, биоэкологические группы и сорта народной и местной селекции. Все сорта народной селекции и местные сорта являются результатом применения аналитической селекции.

Выведение новых сортов из местного материала, коллекционных образцов ВИРа, районированных и других сортов есть не что иное, как результат аналитической селекции. В настоящее время особенно актуальным является внутрисортовой отбор, который можно считать высшим этапом аналитической селекции.

Аналитическая селекция позволила создать люпин из сидерального растения в высокобелковую кормовую культуру, дикорастущие многолетние бобовые и злаковые травы включила в число интенсивных кормовых культур для получения высокоценных грубых травянистых кормов на сенокосах и организации пастбищного хозяйства для скота.

Большая перспектива внутрисортового отбора имеется по отношению к новым сортам гибридного происхождения и сортам-популяциям, находящимся в государственном испытании на сортоучастках и сортоиспытательных станциях, так как они могут иметь в своем составе ценные генотипы.[16]

Массовый однократный отбор в селекции люпина узколистного

Рис. 3. Классификация методов отбора

Различают два основных вида естественного отбора:

1) движущий — ведет к насыщению популяций новыми наследственными признаками и свойствами, обеспечивающими более высокую жизненность вида в определенных экологических условиях;

2) стабилизирующий — элиминируются неблагоприятные мутации, популяция при этом становится более однородной.

Естественный отбор постоянно оказывает свое влияние на видообразование в природе и всегда присутствует при осуществлении селекционного процесса. В связи с этим при селекции любой культуры необходимо учитывать и рационально использовать его для создания более пластичных форм культурных растений, наилучшим образом соответствующих для произрастания в конкретных почвенно-климатических условиях.

В селекционном процессе, управляемом волей человека, кроме основных факторов эволюции, дополнительно используются различные способы искусственного отбора, являющиеся завершающим этапом при создании новых форм, разновидностей и сортов. В зависимости от особенностей биологии цветения, опыления и способов размножения применяется массовый (однократный и многократный), индивидуальный (однократный и непрерывный), индивидуально-семейный, семейно-групповой, метод половинок или резервов, периодический (рекуррентный) и клоновый отборы (рис. «Классификация методов отбора»).

При использовании различных способов искусственного отбора осуществляется творческая деятельность человека по совершенствованию и созданию новых форм растений, которые лучшим образом отвечают его потребностям, запросам и прихотям.

Эффективность отбора всегда зависит от знаний закономерностей его проявления. Отбор может быть результативным, если объектом селекции является гетерогенная популяция, в составе которой находятся растительные организмы с различной устойчиво передаваемой последующим поколениям наследственной информацией. Продолжительность действия отбора зависит от типа генетической обусловленности признака. Стабилизации признака, который контролируется одной или несколькими парами генов, можно достичь уже в третьем поколении при индивидуальном изучении потомства. Объем получаемых гомозиготных линий будет зависеть от количества генов, обусловливающих изучаемый признак, и их взаимодействия между собой. Действие отбора и его эффективность зависит не только от направленности селекционной работы, но и от условий развития растений, в которых проводится селекционная работа, т. е. когда в соответствии с поставленными целями обеспечивается необходимый фон окружающей среды. Наибольшая результативность отбора достигается в том случае, когда он ведется одновременно не по одному, а по комплексу признаков. Всегда при проведении отбора следует учитывать не только прямые, но и косвенные признаки, которые имеют тесную корреляционную связь с количественными и качественными показателями.

Сущность массового отбора заключается в том, что при создании новых селекционных образцов и другого исходного материала в селекции или поддержании качества районированных сортов в семеноводстве осуществляется выбор многих лучших, характерных для создаваемого или размножаемого сорта растений, обладающих комплексом необходимых желаемых признаков с последующим их совместным обмолотом и объединением семян в одну партию.

При массовом отборе учитываются все фенотипические признаки, которыми должны характеризоваться отбираемые экземпляры, но в связи с их объединением после обмолота утрачивается возможность проследить качество потомства каждого из отобранных растений. В этом заключается основной недостаток этого метода, так как он не позволяет осуществить оценку отобранных экземпляров по генотипу. Главное преимущество массового отбора состоит в его простоте и доступности выполнения при наименьших затратах труда и средств.

При массовом отборе в большинстве случаев осуществляется так называемый позитивный отбор, при котором отбираются растения только с определенными признаками и свойствами, а остальные убираются на хозяйственные нужды. [16]

Позитивный массовый отбор в селекции люпина может эффективно использоваться в том случае, когда исходная популяция имеет в своем составе явно различимые морфотипы, отличающиеся по темпам роста, типам ветвления, окраске вегетативных и генеративных органов, скороспелости, растрескиваемости бобов, устойчивости к болезням и по другим важным хозяйственно полезным признакам.

Исключительно важной вехой в истории селекции этой культуры явилось нахождение практически безалкалоидных форм желтого, узколистного, белого и многолетнего люпинов в Германии, России, Беларуси, Украине, Польше и некоторых других странах. Потомства первых безалкалоидных растений послужили материалом для создания сортов кормового назначения. [17]

Массовый отбор может осуществляться путем отбора лучших растений не только в поле, но и в лаборатории, когда семена отбираются из определенной партии по их форме, крупности, окраске и другим показателям, имеющим важное значение для улучшения существующей популяции.

Селекция на пригодность к механизированному возделыванию сельскохозяйственных культур позволяет создавать сорта, которые требуют минимальных затрат ручного труда или исключают ее полностью.

Сорта пригодные к механизированному возделыванию, должны иметь оптимальную высоту растений, прочный неполегающий стебель, выровненные семена определенной формы и размеров для осуществления пунктирного и точного высева с размещением семян на необходимое расстояние и глубину заделки для получения дружных и равномерных всходов. Во время вегетации растения должны обладать устойчивостью к полеганию, осыпанию, прорастанию на корню, дружностью созревания и хорошей вымолачиваемостью зерна. У зернобобовых и крестоцветных культур большое значение имеет высота расположения нижних бобов и стручков, равномерность созревания, нерастрескиваемость бобов и стручков, неосыпаемость семян. [16]

Оценка селекционного материала люпина узколистного по элементам структуры урожайности, устойчивости к болезням

Отбор лучших форм растений, обладающих комплексом необходимых биологических и хозяйственно полезных признаков, осуществляется на основании всесторонней оценки, проведения необходимых учетов и тщательных анализов. При оценке изучаемых коллекционных образцов, гибридов, мутантов, полиплоидов, естественных и искусственных популяций, создаваемых линий и другого исходного материала используются различные методы полевых, лабораторных и лабораторно-полевых исследований в обычных условиях и на провокационных фонах, по прямым и косвенным признакам. [18]

Оценка исходного селекционного материала к сортов на урожайность и продуктивность растений осуществляется в основном по прямым признакам, которые можно измерить, взвесить, посчитать. К ним относится число сохранившихся растений к уборке на единице площади, их продуктивная кустистость или ветвление, количество соцветий, плодов, семян, масса 1000 зерен. Вместе с тем, продуктивность растений, урожайность сортов и образцов можно определять и по косвенным приз Для создания новых сортов сельскохозяйственных культур, отвечающих современным требованиям, нужно найти необходимых доноров, источники высокой продуктивности, устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды, вредителям и болезням, пригодности к механизированному возделыванию, качества получаемой продукции и отзывчивости на приемы интенсивных технологий выращивания в конкретных почвенно-климатических условиях [ 11 ]. КУРС. ПО СЕЛ.

Устойчивость к вредителям и болезням генетически связана со временем и длительностью происхождения наиболее уязвимых фаз развития растений, способностью синтезировать защитные вещества, особенностями морфологического и анатомического строения органов и тканей, подвергающихся вредоносному воздействию специфических патогенов в наиболее сильной степени.

Косвенными признаками для оценки изучаемых видов, разновидностей и сортов растений могли бы считаться особенности их биохимического состава и наличие определенных веществ, препятствующих развитию болезнетворного начала. Однако в большинстве случаев такие механизмы воздействия патогена и хозяина остаются нераскрытыми или проявляются в качестве реакции на поражение растительного организма. По этой причине при оценке на устойчивость к болезням используются прямые признаки, проявляющиеся у восприимчивых образцов на определенных фазах развития растений.

При селекции на нерастрескиваемость бобов у люпина исключительное значение имеют исследования особенностей анатомического строения стенок перикарпия. Наличие сплошных склеренхимных обкладок со спинной стороны боба (а лучше с обеих сторон) обеспечивает их нерастрескиваемость даже при их созревании и перестое в сухую, жаркую погоду.

Селекция на пригодность к механизированному возделыванию сельскохозяйственных культур позволяет создавать сорта, которые требуют минимальных затрат ручного труда или исключают ее полностью.

Сорта пригодные к механизированному возделыванию, должны иметь оптимальную высоту растений, прочный неполегающий стебель, выровненные семена определенной формы и размеров для осуществления пунктирного и точного высева с размещением семян на необходимое расстояние и глубину заделки для получения дружных и равномерных всходов. Во время вегетации растения должны обладать устойчивостью к полеганию, осыпанию, прорастанию на корню, дружностью созревания и хорошей вымолачиваемостью зерна. У зернобобовых и крестоцветных культур большое значение имеет высота расположения нижних бобов и стручков, равномерность созревания, нерастрескиваемость бобов и стручков, неосыпаемость семян. [16]

Таблица 2. Годовой план учетов и наблюдений при селекции люпина узколистного