Эффективность гибридизации сои в условиях юга европейской части России

Введение. У сои, как и у большинства сельскохозяйственных культур, гибридизация является наиболее широко распространённым и эффективным методом искусственного конструирования генетической изменчивости для целей селекции. Процесс получения гибридных семян посредством принудительного опыления у сои, как облигатной автогамной культуры, представляет собой трудоёмкий и низкопроизводительный процесс. Основной причиной невысокой результативности искусственной гибридизации сои являются мелкий закрытый цветок и склонность культуры к регулированию плодовой нагрузки посредством сбрасывания значительной части генеративных органов. Кроме того, из - за необходимости удерживания цветка при принудительном вскрытии, а также малых размеров его частей, трудноразличимых невооружённым глазом, часто возникают различные травмы, что также приводит к опадению опылённых цветков.

Многочисленные сообщения о результативности искусственных скрещиваний сои в разных географических зонах и условиях вегетации, а также в зависимости от применяемой технологии искусственного опыления свидетельствуют о том, что удача скрещиваний варьирует в широких пределах. По данным Keller E.С с соавторами [1], завязываемость гибридных бобов изменялась от 9,2 % в естественных полевых условиях до 36,3 % в контролируемых условиях климатических камер. В относительно засушливой зоне лесостепи Украины удача скрещиваний в среднем составляла 5–8 % [2], а на юге степной зоны в отдельные годы завязы-ваемость достигала 65,1 % при средней (за 5 лет) результативности около 20 % [3]. В условиях короткого безморозного периода Западной Сибири средний процент завязываемости гибридных бобов за 2004–2007 гг. составил 16,5 % [4]. При изоляции искусственно опылённых цветков пергаментными изоляторами с помещением под них влажного тампона число завязавшихся гибридных бобов от опылённых цветков достигало 42,5–46,8 % [5].

При искусственной гибридизации сои чаще всего применяют полную кастрацию цветков, которую осуществляют путём обрывания всех чашелистиков, удаления венчика и всех пыльников [6; 7; 8]. Существуют методики, в которых удаление пыльников проводится без обрывания венчика цветка – посредством одностороннего его разреза [9; 10] или разреза чашечки с удалением венчика [1 1]. Кастрация может проводиться заблаговременно (в вечерние часы) с опылением в первой половине следующего дня, а также возможно применение кастрации с одновременным нанесением свежей пыльцы на рыльце цветка в утренние часы и до полудня [10].

На начальном этапе селекции во ВНИИ масличных культур применялся способ гибридизации, при котором цветок материнского растения к опылению подготавливали путём обрывания всех чашелистиков, удаления лепестков венчика и полной кастрации, а для лучшей различимости элементов цветка применяли бинокулярную лупу ЛБ -2 [12; 13]. При использовании этого способа, из - за высокой травмируемости цветка, удача скрещиваний не превышала 20 %. В связи с невозможностью чёткого контролирования процесса опыления, часть полученных бобов оказывалась негибридной, т.е. «ложными» гибридами.

С 1991 г. во ВНИИ масличных культур в селекции сои начали применять новую усовершенствованную методику скрещиваний, на которую было получено авторское свидетельство № 1651803 [14; 15]. Предложенная методика предусматривала использование микроскопа МБС-2 и двух типов специально заточенных пинцетов, а также изменённую технологию подготовки цветка к опылению. Переход на новую методику гибридизации обеспечил почти двукратное повышение удачи скрещиваний, а по отдельным комбинациям завя- зываемость гибридных бобов достигала 80-90 %.

Наряду с вышеописанной методикой гибридизации в настоящее время в селекционной работе с соей во ВНИИ масличных культур используется новый способ получения искусственных гибридов, на который выдан патент на изобретение [16]. Результативность искусственной гибридизации при использовании нового способа достигается за счёт снижения травмируемости материнских цветков, улучшения микроклимата в опылённом бутоне и исключения необходимости в дополнительной изоляции бутона ватой или зелёным листом.

Материал и методы. Материалом для написания статьи послужили результаты по гибридизации сои в процессе практической селекционной работы ВНИИ масличных культур в окрестностях г. Крас нодар. В 2007-2011 гг. ежегодно в полевых условиях скрещивания проводили по 15 -24 комбинациям, в 2015 г . выполнены скрещивания по 45 комбинациям в обычных условиях при естественном увлажнении и по 32 комбинациям на поливном участке с капельным орошением. Ежегодно по каждой комбинации принудительно опыляли от 10 до 15 цветков.

Скрещивания проводили в период интенсивного цветения сои , в 3 - й декаде июня - 1 - 2- й декадах июля с использованием способов, разработанных во ВНИИМК (А. с. № 1651803 от 01.02.1991 г. и Патент № 2479990 от 27.04.2013 г.) [14; 16]. Ежедневно по каждой комбинации скрещивания фиксировали время начала и окончания её опыления, а также число опылённых цветков и завязавшихся из них бобов. Удачу скрещиваний (завязы-ваемость) вычисляли как отношение завязавшихся бобов (дошедших до созрева ния) к числу искусственно опылённых цветков.

При анализе использовали данные метеонаблюдений за два летних месяца (июнь и июль), представленные ближайшей метеостанцией «Круглик» (г. Краснодар).

Результаты и обсуждение. Анализ результатов по искусственной гибридизации сои во ВНИИМК за шесть лет показывает, что удача скрещиваний существенно изменялась по годам (табл. 1). Так, если в 2008 г . среднее число завязавшихся бобов на 100 опылённых цветков составило 35,6 штук, то в 2011 г . их было ровно вдвое меньше - 17,9 штук. Высокая для сои завязываемость гибридных бобов (более 30 %) была получена в 2007 и 2015 гг. (32,7 и 33,9 %), средняя - в 2009 и 2010 г . (24,0 и 26,9 %).

Таблица 1

Связь урожайности и удачи скрещиваний у сои с погодными факторами *

г. Краснодар

Год	Сумма осадков, мм		Среднемесячная температура воздуха, °C		Относительная влажность воздуха, %		Урожай-ность, т/га**	Удача скре-щива-ний, %
	июнь	июль	июнь	июль	июнь	июль
2008	51,8	46,7	21,5	24,5	64	62	1,54	35,6
2015	144,7	70,8	23,0	25,2	64	56	1,93	33,9
2007	36,2	4,1	23,4	26,6	60	50	1,41	32,7
2010	93,4	18,8	24,6	26,8	65	65	1,95	26,9
2009	56,9	80,4	23,9	25,6	61	61	2,81	24,0
2011	53,5	3,1	22,6	27,1	64	61	1,28	17,9
Среднее	72,8	37,3	23,2	26,0	63	59	1,82	28,7

* данные ранжированы по снижению удачи скрещиваний

** средняя урожайность семян в конкурсном сортоиспытании

Попытка связать эффективность скрещиваний с погодными условиями показала следующее. Между уровнем общей благоприятности погодных факторов для сои, выразившейся в величине средней урожайности семян в конкурсном сортоиспытании, и результативностью гибридизации чёткой связи не обнаружено. Об этом свидетельствует то, что самая высокая завязываемость гибридных бобов была достигнута в 2008 г . , который характеризовался урожайностью семян ниже среднего уровня (1,54 против 1,82 т/га). Напротив, погодные условия

2009 г . , наиболее благоприятно сложившиеся для формирования высокой урожайности (2,81 т/га), обеспечили удачу скрещиваний ниже средней (24,0 против 28,7 %). Подобное соотношение наблюдается при сравнении данных 2007 и 2011 гг. Так, если по величине урожайности оба года оказались близкими и самыми неудачными среди анализируемых, то по успешности гибридизации различия были существенными, составившими 1,8 раза.

Более детальный анализ погодных факторов, ежегодно складывающихся в период проведения искусственной гибридизации (июнь и июль), также не позволяет сделать однозначный вывод об их влиянии на выход гибридных бобов. Так, например, высокий процент выхода бобов из искусственно опылённых цветков в 2008 г ., вероятнее всего, связан с умеренными среднесуточными температурами воздуха в период цветения при средней обеспеченности осадками. Причиной самой низкой завязываемости в 2011 г . предположительно является неблагоприятное сочетание погодных факторов в июле – практически полное отсутствие осадков (3,1 мм) в сочетании с высокой температурой воздуха (27,1 °C). В то же время даже умеренные температуры воздуха на фоне достаточного увлажнения в 2009 г . не обеспечили хорошей завязы-ваемости гибридных бобов, которая составила всего 24,0 %.

Полученные данные указывают на отсутствие связи между относительной влажностью воздуха в период активного цветения сои и успешностью искусственной гибридизации. В целом в исследуемые периоды среднесуточная влажность воздуха изменялась незначительно и находилась преимущественно в диапазоне 60–65 %. Как показывают данные метеорологических наблюдений, самая низкая влажность в июне и июле (соответственно 60 и 50 %) наблюдалась в 2007 г., а самая высокая (65 % в оба месяца) – в 2010 г. В то же время в первом случае при более низкой влажности воздуха удача скрещиваний была выше на 5,8 абсолютных процентов.

Отсутствие чёткой зависимости завя-зываемости гибридных бобов от погодных условий предполагает наличие других факторов, влияющих на этот процесс. Без сомнения, среди них главным являются генетические особенности родительских форм, проявляющиеся в избирательности оплодотворения, качестве формируемой пыльцы, травмоустойчиво-сти и других. Подтверждением этому является то, что удача скрещиваний значительно изменяется в зависимости от комбинации родительских компонентов. Анализ 6 - летних данных показывает, что при средней удаче скрещиваний 28,7 % по некоторым комбинациям число завязавшихся бобов от числа опылённых цветков было минимальным (менее 10 %) или они полностью отсутствовали, а по другим комбинациям в сравнимых условиях удача достигала 90 %. Примером вышесказанному могут служить результаты искусственных скрещиваний, выполненных в 2015 г . (рис. 1).

Рисунок 1 – Результаты искусственного опыления у сои в 2015 г .

Всего в 2015 г . из выполненных 77 комбинаций скрещиваний по восьми комбинациям получена низкая завязы-ваемость гибридных бобов – 6,7 –9,1 %, в то же время по 16 комбинациям удача скрещиваний составила 53,3–60,0 %, а у 10 комбинаций результативность была ещё выше – 63,6 – 75,0 %.

Успешность гибридизации отмечена в тех комбинациях, где в качестве материнских форм использовали высокоурожайные, хорошо адаптированные к местным условиям сорта с продолжительным вегетационным периодом. Такие сорта характеризуются крупными размерами цветка и чётким прохождением фаз его развития. Напротив, плохо удавались искусственные скрещивания в тех случаях, когда материнской формой служил скороспелый сорт инорайонного происхождения. Главными причинами низкой результативности скрещиваний при использовании таких сортов были мелкие цветки и , соответственно , повышенная их травмируе-мость, короткий период цветения и нечёткое прохождение фаз развития цветка.

Фиксация времени начала и окончания искусственного опыления цветков по каждой комбинации показала достаточно чёткую закономерность, а именно – эффективность принудительной гибридизации снижается от утренних часов к полудню (табл. 2).

Таблица 2

Завязываемость бобов при искусственной гибридизации в зависимости от времени опыления г. Краснодар

Год	Число цветков, шт.		Удача скрещиваний, %					За-тра чено времени, ч	Опылено цветков за 1 ч, шт.
	опы лено	завя-за-лось	сред няя	8-00 – 9-00 ч	9-00 – 10-00 ч	10-00 – 11-00 ч	11-00 – 12-00 ч
2007	211	69	32,7	42,5	36,3	30,9	21,0	20	10,6
2008	250	89	35,6	48,0	38,0	32,4	25,2	20	12,5
2009	366	88	24,0	35,5	23,7	16,6	17,1	28	13,1
2010	223	60	26,9	22,7	17,9	32,8	28,9	21	10,6
2011	312	56	17,9	24,4	20,5	15,4	11,5	24	13,0
2015	560	190	33,9	37,1	34,7	37,6	22,0	39	14,4
∑	1922	552		–	–	–	–	152	–
х	320	92	28,7	35,3	28,8	28,1	20,9	25	12,6

В среднем за шесть лет наибольшее количество гибридных бобов (35,3 %) за- 54

вязывалось при опылении цветков с 8 до 9 ч утра, а уже в следующий час их было на 6,5 абсолютных процентов меньше (28,8 %). В дальнейшем, т.е. с 10 до 11 ч , эффективность гибридизации практически сохранялась на прежнем уровне, но довольно резко снижалась при искусственном опылении с 11 ч до полудня. Число завязавшихся бобов в последний час гибридизации в 1,7 раза меньше по сравнению с опылением с 8 до 9 ч и в 1,3– 1,4 раза меньше, чем при скрещивании с 9 до 11 ч.

Вышеописанная закономерность – сни жение эффективности гибридизации по мере приближения к полудню – наблюдалась не во все годы. Так, например, если в 2007, 2008 и 2011 гг. снижение завязы-ваемости гибридных бобов было постепенным, то в 2010 г . наибольший успех был достигнут при опылении с 10 до 11 ч ., в 2009 г . при опылении с 11 до 12 ч . получен результат, равный с предыдущим часом, а в 2015 г . результативность скрещиваний оставалась практически на одном уровне в течение первых трёх часов. Такие результаты отклонения от общей закономерности в конкретные годы вероятнее всего объясняются тем, что данные получены на разных комбинациях скрещиваний.

Не вызывает сомнения тот факт, что производительность труда гибридизатора зависит от нескольких факторов. Большое значение при этом имеют: насколько удобна для скрещиваний материнская форма, продолжительность её цветения, наличие качественной пыльцы отцовской формы, методика гибридизации, время опыления. Анализ данных показывает, что по годам среднее число цветков сои, опылённых в течение 1 ч , варьировало от 10,6 до 14,4 штук, что соответствует затратам 4–6 мин времени на подготовку одного цветка и его опыление.

Несмотря на отсутствие строгой зависимости эффективности искусственной гибридизации от погодных условий, проведённым анализом установлена возмож- ность увеличения выхода гибридных бобов посредством выращивания родительских форм сои на поливе (табл. 3).

Таблица 3

Эффективность искусственной гибридизации сои в зависимости от обеспеченности влагой г. Краснодар, 2015 г.

Вариант	Число комбинаций скрещивания, шт.	Число опылённых цветков, шт.	Получено, шт.		Удача скрещивания, %
			бобов	семян
Без орошения	45	560	190	429	33,9
На поливе	32	332	147	309	44,3

При средней завязываемости гибридных бобов на растениях, выращенных в полевых условиях с естественным увлажнением, составившей 33,9 %, удача скрещиваний на поливном участке возросла до 44,3 %. Гибридные бобы в орошаемых условиях были получены по всем без исключения комбинациям, при этом минимальная завязываемость превысила 20 %, а у 14 из 32 выполненных комбинаций она составила 53,8–72,7 %. Причина более высокой результативности искусственных скрещиваний , вероятно , заключается в повышенной комфортности условий выращивания растений за счёт равномерного увлажнения в течение всего периода вегетации.

Заключение. Не установлено чёткой зависимости эффективности искусственной гибридизации у сои как от степени благоприятности условий года для формирования урожайности сои, так и комплекса погодных факторов в период активного цветения растений (июнь – июль). При использовании разработанных способов гибридизации сои в течение шести лет число завязавшихся бобов на 100 опылённых цветков варьировало в диапазоне 17,9–35,6 штук.

Эффективность искусственной гибридизации у сои зависела от комбинации скрещиваний: по отдельным комбинациям число завязавшихся бобов от числа опылённых цветков было менее 10 % или они полностью отсутствовали, по другим – достигало 75–90 %. Лучшим временем для проведения искусственной гибридизации у сои были утренние часы – с 8 до 10 ч, обеспечивающие 28,8–35,3 % удачных скрещиваний; при скрещивании в период с 11 до 12 ч завязываемость снижалась до 20,9 %.

Повышение результативности скрещиваний с 33,9 до 44,3 % обеспечивало выращивание родительских форм в условиях равномерного полива. У 44 % комбинаций скрещиваний, проведённых в орошаемых условиях, завязываемость гибридных бобов составила 53,8– 72,7 %.