Использование эколого-географических факторов для повышения результативности селекции картофеля

УДК 635.21:631.52:631.95:581.1.046

использование эколого-географических факторов для повышения результативности селекции картофеля

Е.А. СИМАКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, зав. отделом

A.В. МИТЮШКИН, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией

B.А. ЖАРОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

Г.В. ГРИГОРЬЕВ, старший научный сотрудник

А.А. ЖУРАВЛЕВ, старший научный сотрудник

А.С. ГАЙЗАТУЛИН, аспирант

Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха, ул. Лорха, 23, Красково-1, Люберецкий р-н, Московская обл., 140051, Российская Федерация.

Резюме. Для повышения эффективности селекции сортов картофеля различного целевого назначения, адаптированных к разным почвенно-климатическим условиям, в 2009-2014 гг. проведена экологическая оценка гибридных популяций в рамках географической сети из более чем 20 научно-исследовательских учреждений Сахалина, Камчатки, Дальнего Востока, Сибири, Урала, Поволжья и Северного Кавказа. В качестве исходного селекционного материала использовали одноклубнёвые гибридные популяции, сформированные во ВНИИКХпри выращивании сеянцев в защищённом грунте (более 400 шт., включающие 120 тыс. генотипов) и ботанические семена от гибридизации родительских форм с комплексом хозяйственно-ценных признаков в относительно гомозиготном состоянии (860 популяций - более 480 тыс. генотипов). При передаче материала региональным НИУучитывали особенности почвенно-климатических условий, фитосанитарной ситуации и направления их селекционной работы. Идентичные гибридные популяции оценивали в первой клубневой репродукции (одноклубнёвки) по эффективности селекционного отбора не менее чем в 3-4-х различных эколого-географических условиях. Количество популяций, ежегодно включаемых в эксперимент, варьировало в среднем от 15 до 45-50 шт. В результате совместной селекционной проработки создано 63 новых сорта, из которых 29 внесены в Госреестр РФ, 34 проходят Госиспытания и 22 реально используются в производстве товарного картофеля. Подтверждена возможность отбора сортов картофеля с широким диапазоном адаптивности для возделывания в различных агроэкологических условиях России, обеспечивающих стабильные показатели урожайности и качество клубней с учётом их целевого использования. Ключевые слова: экологическая селекция, сорта, пребридинг, генотипы, исходные родительские формы, беккроссы, доноры, гибридные популяции, ботанические семена, адаптивность. Для цитирования: Использование эколого-географических факторов для повышения результативности селекции картофе-ля/Е.А. Симаков, А.В. Митюшкин, В.А. Жарова, Г.В. Григорьев, А.А. Журавлев, А.С. Газайтулин//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 11. С. 44-46.

Прогресс селекции картофеля во многом определяется наличием объективных методов экспресс-оценки исходного материала по важнейшим хозяйственно-ценным признакам, прежде всего, по уровню адаптивности, как к неконтролируемым факторам внешней среды, так и к широкому разнообразию вредоносных патогенов. Поэтому изучение факторов среды позволяет оценить потенциальные возможности исходного селекционного материала картофеля и выявить амплитуду изменчивости по основным количественным и качественным признакам, среди которых важная роль принадлежит устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам [1, 2, 3].

Необходимо отметить, что уже в поисковых исследованиях по оценке гибридных популяций в контрастных

эколого-географических условиях Московской и Липецкой областей РФ были установлены значительные различия в распределении популяций по частоте селекционного отбора. Причём если большинство из них чётко распределялись по уровню отбора хозяйственно-ценных форм на группы с высоким, средним и низким показателем в нескольких экологических пунктах, то некоторые отличались значительным уровнем отбора в одном пункте и практически полным его отсутствием в другом [4, 5, 6].

Исходя из этого, цель нашего исследования - оценка возможности повышения эффективности селекции сортов картофеля различного целевого использования на основе проведения полевого испытания идентичных гибридных популяций в различных эколого-географических пунктах для идентификации новых перспективных гибридов с высокой адаптивной способностью.

Условия, материалы и методы. В 2009-2014 гг. проведены широкомасштабные исследования по агроэколо-гической оценке и отбору хозяйственно-ценных форм в гибридных популяциях картофеля, созданных в процессе пребридинга во ВНИИКХ, в условиях географической сети НИУ Сахалина, Камчатки, Дальнего Востока, Сибири, Урала, Поволжья и Северного Кавказа. Клубневые наборы гибридных популяций (по 1 клубню от каждого генотипа) формировали во ВНИИКХ в период вегетации и уборки сеянцев в условиях защищённого грунта.

Кроме клубневой генерации, в качестве исходного селекционного материала использовали гибридные ботанические семена, полученные в результате скрещиваний большой группы родительских форм, обладающих комплексом хозяйственно-ценных признаков в относительно гомозиготном состоянии.

Исходный селекционный материал поставляли согласно заявкам региональных учреждений с учётом особенностей почвенно-климатических условий, фитосанитарной ситуации и направления селекционной работы.

Идентичные гибридные популяции оценивали в первой клубневой репродукции (одноклубнёвки) по эффективности селекционного отбора не менее чем в 34-х точках, различающихся по эколого-географическим условиям. Количество популяций, ежегодно включаемых в эксперимент, варьировало в среднем от 15 до 45-50. В завершении селекционного процесса учитывали конечный результат работы - количество новых сортов, переданных на Госиспытания, включённых в Госреестр селекционных достижений РФ, реально используемых в производстве товарного картофеля.

За период исследований более чем 20 научно-исследовательским учреждениям РФ (региональным НИИ и опытным станциям) из селекцентра ВНИИКХ передано свыше 400 одноклубнёвых гибридных популяций, включающих более 120 тыс. генотипов и около 860 популяций (более 480 тыс. генотипов) ботанических семян различного генетического происхождения (табл. 1).

Несколько НИУ организуют селекционную работу с этапа выращивания гибридных сеянцев, поэтому стабильно заказывают ботанические семена картофеля. К примеру, Приморский НИИСХ увеличил объёмы проработки исходного материала в виде ботанических семян с 8 тыс. в 2010 г., до 165 тыс. генотипов в 2014 г. При этом,

Таблица 1. объём одноклубнёвых гибридов и ботанических семян популяций картофеля для оценки

в различных агроэкологических условиях региональных ниУ рФ, 2009-2014 гг.

Учреждение 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. Всего

1* 2** 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Смоленская ГОСХОС 3958 - 3201 - 2948 3205 - 2987 - 2909 - 19208 -

Брянская ОС 11543 - 7809 - 7538 - 3301 - 11569 - 1940 - 43694 -

Приморская ООС 2014 - 2000 8219 - 20154 - 51628 - 79360 - 165639 4014 -

Фаленская ОС - - - - - 10000 - - - 8020 - 19970 - 325000

Коми НИПТИ АПК 1017 37990

Башкирский НИИСХ 1764 - 1874 3903 - 8080 - - - 3000 - 3000 3638 -

Южно-Уральский НИИПОК 550 10128 944 15633 1048 10050 905 - 932 10130 1304 10044 5683 17983

Чувашский НИИСХ - - 856 - 2016 - - - 1927 - 2814 - 7613 55985

ДальНИИСХ 660 - - - 1121 - 1508 - 1416 - 1462 - 6167 -

Самарский НИИСХ 807 - - - 1012 - - - - - 664 - 2483 -

Удмуртский НИИСХ 710 - 700 - 846 - 737 - 748 - 887 - 4618 -

Кабардино-Балкарский ГАУ - - - - - - 500 6485 2000 - 930 - - 6485

СибНИИСХиТ - 2500 - - - - 1880 - 931 1440 413 - 3224 3940

Камчатский НИИСХ - - - - - - 945 - - - - - 945 -

Ингушский НИИСХ - - - - - - - - 1005 - 1479 - 2484 -

Рязанский НИИСХ - - - - - - - - 2738 - 2594 - 5332 -

Северо-Кавказский

НИИГПСХ 1022 - - - - - - - 979 - 897 1500 2898 1500

Магаданский НИИСХ 4396 - 4396

Кемеровский НИИСХ - 2305 - 5559 - - - - - - - - - 7864

Якутский НИИСХ - - - - - 20290 - - - - - - - 20290

Калужский НИИПТИ АПК 4454 4454 -

Итого 28499 14933 17384 33314 17542 6857412981 58113 27226 101950 18293 201549 121925 481433

1* - гибриды, шт.; 2** - семена, шт.

Фаленская ОС в среднем ежегодно прорабатывает до 20 тыс. ботанических семян, Южно-Уральский НИИПОК -до 10 тыс., а Башкирский НИИСХ - до 5 тыс. генотипов. Южно-Уральский НИИПОК - единственное НИУ, которое организует селекционный процесс с использованием на начальном этапе исходного материала как в виде ботанических семян для выращивания гибридных сеянцев, так и одноклубнёвых гибридов для полевого испытания.

Различия в объёмах проработки исходного гибридного материала на начальном этапе селекционного процесса связаны с уровнем развития материально-технической базы региональных учреждений и наличием квалифицированных кадров-селекционеров.

Во ВНИИКХ в программах пребридинга использовали большую группу родительских линий и доноров, сформированную на основе гибридов-беккроссов межвидового происхождения, содержащих в родословной от 2 до 7 различных генов 8-и северо- и южноамериканских видов. Выполнение пребридинга на их основе позволило получить исходный гибридный материал по таким важным направлениям, как полевая устойчивость к фитофто-розу и вирусам, патотипу Rol золотистой картофельной нематоды; повышенная крахмалистость, пригодность к переработке на картофелепродукты и для диетического (здорового) питания [7]. Большинство из генотипов содержат доминантные гены полевой устойчивости к вирусу Y, переданные от разных источников (R^nd, Rchc, R^to). Широкое использование таких родительских линий в скрещиваниях на этапе пребридинга позволило получить ценный генофонд в виде гибридных ботанических семян и одноклубнёвых популяций, характеризующихся наличием полигенов полевой (горизонтальной) устойчивости к фи-тофторозу и доминантных генов резистентности к вирусу Y. Для успешного комбинирования комплекса полигенных и моногенных признаков, определяющих селекционную ценность гибридов с более ранним сроком созревания и высоким потребительским качеством клубней, в гибридизацию вовлекали лучшие коммерческие сорта отечественной и зарубежной селекции.

результаты и обсуждение. Анализ результатов селекционного испытания гибридных популяций одного происхождения в полевых питомниках различных

эколого-географических пунктов. Это свидетельствует, с одной стороны, о наличии тесного взаимодействия генотип х среда при формировании конкретных фенотипов, а с другой - о значительном влиянии разнообразия эколого-географических факторов на степень генетической дивергенции гибридного потомства картофеля. Иными словами, различия факторов внешней среды эколого-географических пунктов в значительной степени детерминируют генотипы в гибридных популяциях картофеля, по сравнению с испытанием в одной экологической нише. В наших исследованиях большинство новых перспективных сортов были выделены из различных гибридных популяций и только в нескольких случаях отмечены сорта-сибсы из одной гибридной популяции

Ранее уже были зафиксированы отдельные факты отбора сортов-сибсов в течение длительного периода совместной селекции ВНИИКХ и региональных учреждений [4]. В частности, по 2 сорта были получены из гибридной популяции Мавка х Пересвет (Никулинский, Бузим), Кардиа х Гранола (Аспия, Марс), Эльвира х Зарево (Антонина, Памяти Рогачева), Резерв х Зарево (Предгорный, Сапрыкинский), Заравшан х Гите (Галактика, Парус), КЕ1001 х 733-65 (Москворецкий, Колобок), Чернский х Толлокан (Тулеевский, Удалец), а также по 3 сорта из популяций Никулинский х 946-3 (Свенский, Брянский юбилейный, Полонез), Никулинский х 807-11 (Болвинский, Престиж, Утро).

В период с 2009 по 2014 гг. этот перечень дополнили сорта-сибсы, внесённые в Госреестр РФ, Дачный из гибридной популяции Чернский х Толлокан, из которой ранее были отобраны Тулеевский и Удалец, а также сорта Купец и Патриот - из популяции 219к-9 х 733-65.

При этом следует подчеркнуть, что даже с учётом возможности появления сортов-сибсов, использование в процессе селекционного отбора разнообразных средовых фонов более перспективно, чем масштабное испытание генотипов на одном фоне и в одной экологической нише.

При многократном испытании идентичных клубневых наборов и ботанических семян гибридных популяций картофеля в различных эколого-географических условиях выявлено заметное повышение результативности селекции, что подтверждают сравнительные

Таблица 2. результативность селекции картофеля при испытании идентичных гибридных популяций в различных эколого-географических условиях, 2009-2014 гг.

Наименование Чмсло созданных сортов, шт. Доля со ртов, %

селекцен-тром ВНИИКХ совместно с региональными НИУ всего селекцентра ВНИИКХ совместных срегиональ-ными НИУ

Проходящие Госиспытание 18 16 34 52,9 47,1 Внесённые в Госреестр РФ 17 12 29 58,6 41,4 Используемые в производстве 13 9 22 59,1 40,9

показатели созданного за обсуждаемый период сортимента во ВНИИКХ и региональных НИУ (табл. 2).

В частности, на Госиспытание за этот период (20092014 гг.) переданы 18 сортов селекции ВНИИКХ и 16 -созданных совместно с региональными научными учреждениями. В Госреестр РФ включены 17 сортов селекции ВНИИКХ (Красавчик, Надежда, Престиж, Брянский юбилейный - в 2009 г.; Призер, Полонез - в 2010 г.; Дебрянск, Красавица, Утро, Фокинский - в 2011 г.; Великан, Метеор -в 2013 г.; Барин, Василек, Купец, Патриот, Фиолетовый - в 2014 г.) и 12 сортов совместной селекции с региональными НИУ: Батя - с Пензенским НИИСХ, Юбиляр - с СибНИИСХ и торфа в 2009 г.; Нальчикский с Кабардино-Балкарским НИИСХ - в 2010 г.; Зольский - с Кабардино-Балкарским НИИСХ, Югана - с СибНИИСХ и торфа в 2011 г.; Мусин-ский - с Кабардино-Балкарским НИИСХ, Матушка - с Пензенским НИИСХ, Забава - со Смоленским ГОСХОС в 2013 г.; Бурновский - с Башкирским НИИСХ, Вектор - с ВНИИ фитопатологии, Дачный - с Приморским НИИСХ, Фаворит - с ООО «МакКейн Агрокультура Рус» - в 2014 г.

Большинство этих сортов в разные годы были включены в программы оригинального семеноводства как во ВНИИКХ, так и в региональных научных учреждениях. Сегодня, несмотря на жесткую конкуренцию с лучшими сортами-аналогами европейских селекционно-семеноводческих компаний, по 13 сортам ВНИИКХ и 9 сортам совместной селекции организовано производство высококачественного семенного материала различных категорий и классов. Среди наиболее востребованных или коммерческих сортов следует выделить Василек, Великан, Вымпел, Дачный, Забава, Красавчик, Крепыш, Метеор, Надежда, Фаворит, Фиолетовый.

выводы. На основе многолетних исследований по экологической оценке идентичных гибридных популяций в условиях широкой географической сети из 20 селекционных учреждений РФ установлено повышение эффективности селекции сортов картофеля различных сроков созревания и целевого использования. В результате совместной селекционной проработки гибридов создано более 60 новых сортов, из которых по 22 сортам организовано производство высококачественного семенного материала. Это подтверждает возможность отбора сортов картофеля с широким диапазоном адаптивности для возделывания в различных агроэкологи-ческих условиях России, обеспечивающих стабильные показатели урожайности и качества клубней.

Литература.

1. Склярова Н.П., Мухамедова А.С. Результаты совместной работы по выведению новых сортов картофеля//Матер. конф. «Перспективы селекции картофеля». Минск: Мерлит, 1993. С.42-46.

2. Яшина И.М., Логунова Н.Н., Кирсанова Л.И. Пути и методы селекции экологически устойчивых сортов картофеля // Агротехника и семеноводство картофеля в условиях юга РСФСР: Науч. тр. ВНИИИОЗ. Волгоград. 1985. С.43-49.

3. Yashina I.M., Sklyarova N.P., Simakov E.A. Results and prospects of potato genetic resources application to breeding in différent ecologicalandgeographicalzones//Breeding research of potatoes: Proc. Inter. Symp., lune 23-26, 1998, Groß Lusewitz, Sahrgang. 1998. H.2. P.85-89.

4 Симаков Е.А., Яшина И.М., Склярова Н.П. Эффективность селекционного отбора при оценке гибридных популяций картофеля в различных эколого-географических условиях// Матер. межд. юбил. науч.-практ. конф., посвящённая 75-летию Института картофелеводства НАН Беларуси. Минск: Мерлит, 2003. Ч.1. С.92-100.

5. Симаков Е.А., Яшина И.М., Склярова Н.П. Селекция картофеля в России: история, общие тенденции и достижения. Картофелеводство в России: актуальные проблемы науки и практики // Матер. межд. конгресса «Картофель. Россия-2007». М., 2007. С.30-40.

6. Склярова Н.П., Яшина И.М., Симаков Е.А. Происхождение сортов картофеля селекции ВНИИКХи совместного авторства // Картофель и овощи. 2008. № 5. С.20-23.

7. Яшина И.М. Доноры и генетические источники для использования в селекционном процессе картофеля (каталог). М.: ВНИИКХ, Россельхозакадемия, 2010. 27с.

use of ecological and geographic factors to improve the efficiency

of potato breeding

E.A. Simakov, V.A. Mityushkin, A.V. Zharova, G.V. Grigoriev, A.A. Zhuravlev, A.S. Gayzatulin

All-Russian research Institute of potato growing, ul. Lorkha, 23, Kraskovo-1, Lyuberetskiy r-n, Moskowskaya obl., 140051, Russian Federation

Summary. In 2009-2014 in order to increase the effectiveness of breeding of potato varieties for different use, adapted for different soil and climatic conditions, the hybrid populations were estimated ecologically. It was carried out in more than 20 research institutes of Sakhalin, Kamchatka, Far East, Siberia, the Urals, the Volga region and Northern Caucasus. As a source breeding material the one-tuber hybrid populations, generated in All-Russian Research Institute of Potato Farming during growing of seedlings in protected ground (more than 400 populations, including 120 thousand of genotypes). Botanical seeds from hybridization of parents forms with a complex of agronomic traits in the homozygous state (860 populations, more than 480thousand genotypes) were also used as source material. At the passing of the material to the regional research institutes we took into account the peculiarities of soil and climatic conditions, the phytosanitary situation and tendency of breeding work. Identical hybrid populations were estimated in the first tuber reproduction according to the efficacy of selection no less than under 3-4 different ecological and geographical conditions. The number of populations, included in the experiment every year, varied from 15 to 45-50. As a result of joint study it was developed 63 new potato varieties, 29 of them were included in the State Register of the Russian Federation, 34 varieties pass the state tests and 22 varieties are used in the industry. It is confirmed the possibility of the selection of potato varieties with wide range of adaptivity for cultivation under different agro-ecological conditions of Russia, which ensure stable harvests and tuber quality taking into account their use. Keywords: ecological breeding, varieties, prebreeding, genotypes, original parent forms, backcrosses, donors, hybrid population, botanical seeds, adaptability.

Author Details: E.A. Simakov, D. Sc. (Agr.), head of division (e-mail: vniikh@mail.ru); V.A. Mityushkin, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory; A.V. Zharova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; G.V. Grigoriev, senior research fellow; A.A. Zhuravlev, senior research fellow; A.S. Gizatulin, post-graduate student.

For citation: Simakov E.A., Mityushkin V.A., Zharova A.V., Grigoriev G.V., Zhuravlev A.A., Gizatulin A.S. Use of Ecological and Geographic Factors to Improve the Efficiency of Potato Breeding. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. Vol. 29. No. 11. Pp. 44-46 (In Russ).