Дополнительные критерии оценки типичности сортов подсолнечника в звеньях первичного и промышленного семеноводства

Введение. Подсолнечник – главная масличная культура в Российской Федерации и третья по значимости масличная культура в мире после сои и арахиса. В настоящее время посевные площади под подсолнечником в мире достигли 25,6 млн га, возделывается он в 40 странах. Россия является главным производителем подсолнечника в мире, занимая ежегодно под посев этой культуры более 7 млн га посевных площадей.

Подсолнечник во многих странах выращивается в так называемых маргинальных (предельно возможных) условиях, где абиотические стрессы в той или иной форме действуют почти каждый год [1]. Среди всех полевых культур подсолнечник в наибольшей степени способен противостоять неблагоприятным условиям внешней среды за счет особенностей строения своих органов [2].

На территории России проходят абсолютные биологические границы возможного географического распространения важнейших сельскохозяйственных культур. В этих условиях именно селекция и семеноводство являются наиболее доступными, экономически оправданными и социально приемлемыми средствами как при выводе сельского хозяйства из кризисной ситуации, так и в достижении его процветания [3]. По мнению академика А.А. Жученко [4], «семеноводство как система целенаправленного тиражирования агроэкологического и генетического разнообразия культивируемых видов растений будет и в будущем занимать цен- тральное место в повышении продуктивности и надежности функционирования агроценозов». И чем хуже почвенноклиматические и погодные условия, чем ниже уровень техногенной оснащенности и дотационности сельскохозяйственного производства, тем значительнее действие этого фактора интенсификации [3].

Подсолнечник является уникальной культурой в том смысле, что в производстве могут использоваться как сорта-популяции, так и межлинейные гибриды [5]. Для России, страны с огромным разнообразием почвенно-климатических зон и частым проявлением экстремальных факторов внешней среды, оптимальным соотношением сортов и гибридов является, по нашему мнению, соотношение 50 : 50. Примерно такая ситуация и сложилась в России в настоящее время.

Переход экономики Российской Федерации к рыночным отношениям негативно повлиял на состояние системы семеноводства подсолнечника [6]. Отсутствие государственной поддержки при создании современной материальнотехнической базы семеноводства в сочетании с низкой платежеспособностью большинства сельхозтоваропроизводителей привели к широкому распространению семян подсолнечника массовых репродукций и даже несортовых посевов.

По этой причине значительные средства, вложенные в селекционный процесс отечественными учреждениями-оригина-торами, не окупаются в должной мере, что резко снижает их конкурентоспособность по сравнению с зарубежными селекционно-семеноводческими фирмами. Немаловажное значение имеет также ограниченность финансовых, трудовых и земельных ресурсов у органов по сертификации семян в России, являющихся основным инструментом обеспечения контроля качества семян, защиты прав потребителей и патентообладателей на сорта и гибриды подсолнечника.

При семеноводстве сортов-популяций основные трудности в процессе сертификации возникают в результате невозмож- ности точной идентификации примесных растений (off-type) вследствие большой изменчивости в популяции сорта [7]. По свидетельству академика В.С. Пустовой-та, любой сорт подсолнечника имеет значительную амплитуду колебаний по всем основным хозяйственно полезным признакам [8; 9]. Подтверждения данного тезиса приводятся также в работах многих зарубежных авторов [10; 11; 12].

Для достижения необходимого уровня стабильности сортовой популяции в процессе семеноводства учитываются такие признаки как выровненность по высоте растений и наклону корзинки, дружность цветения и созревания, проводится оценка типичности и панцирности [13]. Зачастую используются полевые и лабораторные методы [8]. В частности, проводится описание сортообразцов подсолнечника (сорта-популяции, межлинейные гибриды и самоопыленные линии) по комплексу морфологических и биологических признаков в соответствии с методикой UPOV/RTG/0081/2.

Проблемой в идентификации сортов подсолнечника является не только их повышенная внутрисортовая изменчивость, но и затруднения в определении выраженности морфологических признаков в различных условиях внешней среды [14].

Традиционный метод грунтконтроля, используемый для оценки генетической чистоты семенного материала самоопы-ленных линий и основанный на использовании морфологических признаков, является затратным по времени, а также зависит от условий внешней среды. По этой причине в сертификации сортов-популяций он не нашел своего применения.

Биохимические маркеры, такие как изоферменты или спектр белка, в наименьшей степени подвержены влиянию условий внешней среды, однако демонстрируют ограниченный полиморфизм и вследствие этого часто не позволяют установить различия между близкородственными линиями [15]. ДНК-маркеры лишены большинства ограничений, связанных с морфологическими признаками и биохимическими маркерами, и являются наиболее перспективными для анализа генетической чистоты самоопыленных линий и гибридов подсолнечника [16].

К сожалению, как биохимические, так и ДНК-маркеры оказались практически непригодными для сертификации сортов-популяций подсолнечника вследствие их огромного полиморфизма.

В то же время необходимость контроля за изменением структуры сортовых популяций подсолнечника в звеньях первичного и промышленного семеноводства на всех этапах выращивания от оригинальных до репродукционных семян (РС1) с каждым годом приобретает все большее значение [17]. Это вынуждает искать новые подходы к совершенствованию методики определения типичности сортов-популяции на различных этапах их репродуцирования.

Развитие селекционно-семеноводческой работы с подсолнечником в мире стимулировало, по мнению многих зарубежных ученых, два существенных по своему значению фактора. Первый (и основной) был связан с интродукцией высокомасличных советских сортов подсолнечника, созданных во ВНИИМК под руководством академика В.С. Пустовой-та. Высокая масличность таких сортов, как правило, превышавших существующие на тот момент в мире лучшие сорто-образцы на 10 и более процентов, оказала революционное влияние на эффективность переработки подсолнечника. Эта интродукция ознаменовала начало формирования масложировой промышленности в США и других странах мира и внедрения, по существу, новой масличной культуры [18; 19].

Вторым существенным фактором явилось открытие П. Леклерком источника ЦМС [20]. Характерной особенностью этого периода селекционных работ была трудность обнаружения доноров генов восстановления фертильности пыльцы в популяциях существующих селекционных образцов подсолнечника [21; 22; 23; 24].

Подавляющее большинство селекционных и местных сортов, самоопыленных линий, а также коллекционных образцов оказались закрепителями стерильности. Так, например, после опыления источника ЦМС смесью пыльцы при открытом цветении на экспериментальном поле, включающем обширный селекционный материал, восстановление фертильности в P i было отмечено в потомстве только одного растения [22]. Основная же пропорция образцов с доминантным геном Rf была обнаружена в популяциях дикорастущего однолетнего подсолнечника H. an-nuus [21].

По мере выведения гибридов подсолнечника и внедрения их в производство пропорция биотипов, несущих доминантные гены восстановления фертильности пыльцы, в сортовых популяциях начала нарастать [25; 26]. Возможной причиной этому послужил генетический дрейф данного признака в популяции сортов подсолнечника как результат расширения посевов межлинейных гибридов в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации.

Изучение концентрации доминантных генов Rf в популяциях отечественных сортов показало, что за время использования в производстве структура сорта по данному показателю изменяется, иногда довольно значительно [25].

В то же время анализ характера изменчивости данного признака у сортов-популяций подсолнечника на различных этапах их размножения от оригинальных до репродукционных семян (РС1) не проводился, что и явилось предметом данного исследования. С этой же целью нами изучена возможность оценки эффективности работы в звеньях первичного и промышленного семеноводства посредством изучения поражения растений подсолнечника заразихой.

Материалы и методы. Опыты проводили на центральной экспериментальной базе ФГБНУ ВНИИМК, г. Краснодар. Использовали оригинальные семена (ОС) из питомников размножения, ОС (суперэлиту), элиту и репродукционные (РС1) масличных сортов подсолнечника Бузулук, СУР и крупноплодных - Лакомка, Орешек. Семенной материал был выращен в центральной зоне Краснодарского края. Исследования проводили в 2012– 2016 гг. Масличность семянок определяли методом ядерно-магнитного резонанса на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М по ГОСТ 8.620-2006, массу 1000 семянок -по ГОСТ 12042-80. Жирно-кислотный состав масла определяли методом газожидкостной хроматографии. Оценку урожайных свойств семян различных репродукций в потомстве проводили на делянках общей площадью 24,5 м2, учетной - 12,2 м2, в трехкратной повторности.

Для получения данных о концентрации доминантных генов Rf составляли смешанный образец пыльцы, собранной со 100 растений каждого варианта (репродукции) и наносили на изолированные растения источника ЦМС. В потомстве подсчитывали количество стерильных и фертильных растений и по их соотношению вычисляли пропорцию биотипов, способных восстанавливать фертильность пыльцы у источника ЦМС на базе цитоплазмы H. petiolaris .

Анализ заразихоустойчивости проводили в лаборатории иммунитета и мо-лекулярного маркирования отдела подсолнечника ФГБНУ ВНИИМК с использованием смеси семян заразихи рас А-Е. По результатам оценки вычисляли показатели: процент поражения - количество растений с проростками заразихи на корнях по отношению к общему количеству растений в опыте, и степень поражения - количество проростков заразихи в среднем на каждом пораженном растении [27].

Результаты и обсуждение. Полученные в результате наших исследований экспериментальные данные (табл. 1) по- казывают, что у сорта подсолнечника Бузулук потомства семян различных репродукций не отличались между собой по основным хозяйственно ценным признакам. При этом стабильно сохранялась продолжительность периода всходы – цветение, высота растений, урожайность, масличность, сбор масла и масса 1000 семян. Об этом свидетельствуют весьма незначительные значения коэффициента вариации, составляющие от 0 для периода всходы – цветение до 4,6 % для массы 1000 семян. На основании этого можно было бы сделать вывод о высокой однородности сорта Бузулук на всех этапах его размножения от оригинальных до репродукционных семян (РС1).

Однако данные, полученные посредством изучения концентрации доминантных генов Rf и поражения заразихой, показывают, что на этапе перехода от элитных к репродукционным семенам (РС1) стабильность данной популяции нарушается. Именно при выращивании семян сорта Бузулук в звеньях промышленного семеноводства происходит существенное увеличение концентрации доминантных генов Rf с 7,4–7,5 % у оригинальных до 14,9 % у репродукционных семян (РС1). Аналогичная закономерность отмечена и для степени поражения заразихой (с 3,7 у оригинальных до 14,2 шт./раст. у репродукционных (РС1). Значение коэффициента вариации составило при этом 46,9 % для концентрации доминантных генов Rf и 65,3 % для степени поражения заразихой.

Таким образом, использование дополнительных критериев оценки типичности сортовых популяций, в частности сопоставление пропорции биотипов, способных восстанавливать фертильность пыльцы, и степени поражения заразихой, позволяет обнаружить скрытую изменчивость сорта Бузулук на разных этапах его размножения.

Таблица 1

Качество исходных партий семян различных репродукций сорта Бузулук урожая 2012 г. и их урожайные свойства в потомстве

Показатель	Репродукция					Коэф-фици-ент вариации, %
	ОС (пит. размн.)	ОС (с/эли-та)	элита	РС1
Качество исходных партий семян
Концентрация доминантных генов Rf, %	7,4	7,5	5,6	14,9*		46,9*
Степень поражения заразихой, шт./раст.	3,7	7,6	4,3	14,2*		65,3*
Процент поражения заразихой	75	83	69	93		13,0
Масса 1000 семян, г	72	73	69	69		3,0
Масличность, %	49,3	50,4	48,5	49,6		1,6
Содержание линолевой кислоты, %	41	45	50	57*		14,6
Содержание олеиновой кислоты, %	48	42	39	32*		16,5
Урожайные свойства потомства семян (2014-2016 гг.)
Период всходы – цветение, суток	60	60	60	60	0,0
Высота растения, см	176	178	182	183	1,8
Урожайность, т/га	2,81	2,67	2,85	2,91	1,2
Масличность, %	50,2	50,0	51,1	51,1	1,1
Сбор масла, т/га	1,27	1,20	1,31	1,34	3,5
Масса 1000 семян, г	60	59	59	54	4,6

Примечание: * – достоверно на 95 %-ном уровне вероятности

В некоторой степени этому может служить и динамика содержания линолевой и олеиновой кислот, также отличающаяся повышенной изменчивостью.

Особенностью реакции сорта СУР (табл. 2) явилось существенное изменение пропорции биотипов, способных восстанавливать фертильность пыльцы, уже на этапе выращивания суперэлитных семян и сохранение такой тенденции вплоть до получения репродукционных семян (РС1). Значительное изменение степени поражения заразихой отмечено лишь на этапе перехода от элитных к репродукционным семенам РС1.

Это указывает на взаимное дополнение этих оценок при изучении эффективности семеноводства сортов подсолнечника и необходимость их комплексного использования.

Как и у сорта Бузулук, изучение урожайных свойств потомства семян сорта СУР по основным хозяйственно полезным признакам не позволило обнаружить скрытую изменчивость сорта в питомниках первичного и промышленного семеноводства.

Таблица 2

Качество исходных партий семян различных репродукций сорта СУР урожая 2012 г. и их урожайные свойства в потомстве

Показатель	Репродукция				Ко-эффи-циент вариации, %
	ОС (пит. размн.)	ОС (с/эли-та)	элита	РС1
Качество исходных партий семян
Концентрация доминантных генов Rf, %	43,4	27,7*	23,3*	34,3*	27,1*
Степень поражения заразихой, шт./раст.	7,4	6,1	3,7	13,2*	53,0*
Процент поражения заразихой	79	80	71	96	12,9
Масса 1000 семян, г	83	84	77	76	5,1
Масличность, %	48,6	46,8	45,8	45,4	3,1
Содержание линолевой кислоты, %	36	38	46	44	11,7
Содержание олеиновой кислоты, %	53	52	43	46	10,0
Урожайные свойства потомства семян (2014-2016 гг.)
Период всходы – цветение, суток	53	54	54	54	1,1
Высота растения, см	162	163	161	164	0,9
Урожайность, т/га	2,25	2,19	2,14	2,15	2,3
Масличность, %	49,0	49,1	49,1	49,0	0,1
Сбор масла, т/га	0,99	0,97	0,94	0,95	2,3
Масса 1000 семян, г	57	56	58	59	2,4

Примечание: * – достоверно на 95 %-ном уровне вероятности

Среди изученных крупноплодных сортов подсолнечника сорт Лакомка (табл. 3) показал наибольшую изменчивость в процессе размножения. Нестабильность основных хозяйственно полезных признаков отмечена у него в потомстве семян различных репродукций по продолжительности периода всходы – цветение (на этапе размножения семян элиты), а также по масличности и сбору масла с гектара (на этапе выращивания репродукционных семян (РС1).

Использование дополнительных критериев оценки различных репродукций сорта Лакомка (по концентрации доми- нантных генов Rf и степени поражения заразихой) позволило прояснить природу источников генетического (или механического) засорения в процессе семеноводства, так как наблюдалось существенное снижение концентрации доминантных генов Rf у репродукционных семян (РС1) и повышение степени поражения заразихой.

Таблица 3

Качество исходных партий семян различных репродукций сорта Лакомка урожая 2012 г. и их урожайные свойства в потомстве

Показатель	Репродукция				Коэф-фици-ент вариации, %
	ОС (пит. размн.)	ОС (с/эли-та)	элита	РС1
Качество исходных партий семян
Концентрация доминантных генов Rf, %	21,1	16,2	18,8	7,0*	61,8*
Степень поражения заразихой, шт./раст.	3,4	2,9	3,6	9,8*	32,6*
Процент поражения заразихой	86	73	65	78	8,8
Масса 1000 семян, г	146	160	112	132	15,0
Масличность, %	40,8	38,3	42,9	45,0	6,9
Содержание линолевой кислоты, %	52	44	52	51	7,8
Содержание олеиновой кислоты, %	38	44	37	38	8,2
Урожайные свойства потомства семян (2014-2016 гг.)
Период всходы – цветение, сутки	64	64	61*	65	2,9
Высота растения, см	209	207	203	216	2,6
Урожайность, т/га	2,61	2,60	2,49	2,45	3,1
Масличность, %	46,9	46,6	46,2	44,6*	2,2
Сбор масла, т/га	1,10	1,09	1,04	0,98*	5,2
Масса 1000 семян, г	90	87	81	92	5,5

Примечание: * – достоверно на 95 %-ном уровне вероятности

Семена различных репродукций крупноплодного сорта Орешек были стабильными в потомстве по основным хозяйственно полезным признакам (табл. 4). Однако изучение динамики концентрации доминантных генов Rf показало, что уже на этапе выращивания семян суперэлиты пропорция биотипов, способных восстанавливать фертильность пыльцы, составила 17,8 % по сравнению с 7,2 % у оригинальных семян из питомника размножения. В последующем отмеченная тенденция продолжала нарастать по этапам размножения и достигла уров- ня 28,6 % у репродукционных семян

(РС1).

Что касается степени поражения растений заразихой, то она также существенно изменялась на этапе перехода от элитных к репродукционным семенам с 2,7 до 7,5 шт./раст. Таким образом, комплексное использование этих показателей значительно дополняет информацию о характере процессов изменения структуры популяции сорта Орешек при его размножении.

Таблица 4

Качество исходных партий семян различных репродукций сорта Орешек урожая 2012 г. и их урожайные свойства в потомстве

Показатель	Репродукция				Коэф-фици-ент вариации, %
	ОС (пит. размн.)	ОС (с/эли-та)	элита	РС1
Качество исходных партий семян
Концентрация доминантных генов Rf, %	7,2	17,8*	26,2*	28,6*	48,4*
Степень поражения заразихой, шт./раст.	1,4	2,1	2,7	7,5*	81,5*
Процент поражения заразихой	42	33	30	67	39,0
Масса 1000 семян, г	159	189	118	120	23,3
Масличность, %	37,2	39,7	45,8	43,9	9,2
Содержание линолевой кислоты, %	47	45	50	46	4,7
Содержание олеиновой кислоты, %	41	44	38	44	6,9
Урожайные свойства потомства семян (2014-2016 гг.)
Период всходы – цветение, суток	60	60	61	60	1,0
Высота растений, см	187	176	185	184	2,6
Урожайность, т/га	2,29	2,30	2,27	2,21	1,8
Масличность, %	45,5	45,0	45,7	45,6	0,7
Сбор масла, т/га	0,94	0,93	0,93	0,91	1,4
Масса 1000 семян, г	99	92	85	87	6,9

Примечание: * – достоверно на 95 %-ном уровне вероятности

Выводы. Использование дополнительных критериев оценки типичности сортовых популяций в виде пропорции биотипов, способных восстанавливать фертильность пыльцы, и степени поражения заразихой позволяет обнаружить скрытую изменчивость сорта на разных этапах его размножения. Это также способствует прояснению природы источни- ков засорения материала в процессе семеноводства. Комплексное использование предложенных критериев значительно дополняет информацию о характере процессов изменения структуры популяций сортов подсолнечника при их репродуцировании в звеньях первичного и промышленного семеноводства.