Патриарху отечественного овощеводства - вековой юбилей

В сероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур (ныне головное учреждение ФГБНУ ФНЦО) – старейшее селекционное учреждение России, которое в 2020 году отмечает свое столетие. В 1920 году по распоряжению Наркомзема РСФСР была создана Грибовская овощная селекционная опытная станция. В годы становления коллектив насчитывал 14 человек, преимущественно из выпускниц Голицынских Высших сельскохозяйственных курсов. Под руководством профессора Московской с.-х. академии имени К.А.Тимирязева С.И. Жегалова была заложена теоретическая и практическая база для развития отечественной генетики, селекции и семеноводства, разработаны новые методы селекции, созданы сорта, которые стали основой отечественного сортимента овощных культур.

Дело, начатое С.И. Жегаловым, было успешно продолжено Е.И. Ушаковой, возглавлявшей станцию с 1937 по 1966 год. Серьезное внимание она уделяла выращиванию высококачественной элиты, считая производство семян завершающим этапом селекционного процесса. В 1946 году, почти сразу после окончания Великой Отечественной войны, за высокие достижения в области селекции и семеноводства овощных культур группа сотрудников Грибовской овощной селекционной опытной станции – Е.И. Ушакова, А.В. Алпатьев, С.П. Агапов и Е.М. Попова – были удостоены Государственной премии СССР.

На Грибовской овощной селекционной опытной станции были созданы сорта, составляющие «золотой фонд» России. С 1920 по 1970 год на Грибовской овощной селекционной опытной станции было создано и улучшено 240 новых сортов овощных и бахчевых культур, 20 сортов горошка душистого. Лучшие из них на международных выставках были отмечены 18 золотыми, 13 серебряными и 2 бронзовыми медалями.

В 1970 году за достигнутые успехи в области селекции и семеноводства и в связи с 50-летием Грибовская овощная селекционная опытная станция была награждена орденом Трудового Красного Знамени и Решением Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике от 28 октября 1970 года и приказа Министерства сельского хозяйства СССР от 23 ноября 1970 года была преобразована во Всесоюзный НИИ селекции и семеноводства овощных культур. В 1992 году он получил статус Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур.

В 2017 году на базе ФГБНУ «Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур» создан ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства», куда вошли в статусе филиалов: Всероссийский НИИ овощеводства, Западно-Сибирская овощная опытная станция, Приморская овощная опытная станция, Ростовская станция по цикорию, Воронежская овощная опытная станция, Бирючекутская овощная селекционная опытная станция, Быковская бахчевая селекционная опытная станция, Северо-Кавказский филиал ВНИИССОК.

В формировании научного потенциала, создании научнопроизводственной и социально-бытовой базы коллектив института во многом обязан своим директорам, работавшим в разные годы: профессору С.И. Жегалову (1920-1927 годы), профессору В.В. Ордынскому (1929-1930 годы), академику ВАСХНИЛ Д.Д. Брежневу (1934-1936 годы), академику ВАСХНИЛ Е.И. Ушаковой (1937-1966 годы), к.б.н. И.И. Ершову (1966-1971 годы), академику ВАСХНИЛ П.Ф. Соколу (1971-1983 годы), к.с.-х.н. С.И. Сычеву (1983-1992 годы), академику РАН В.Ф. Пивоварову (1992-2017 годы), чл.-корр. РАН Солдатенко А.В. (с 2017 по настоящее время).

За годы существования учреждения в нем сформировались научные школы и выросла плеяда известных ученых -селекционеров, семеноводов, овощеводов, цветоводов. Научные школы, созданные известными учеными: Е.М. Поповой, А.В. Алпатьевым, О.В. Юриной, В.К. Соловьевой, С.П. Агаповым, И.И. Ершовым, И.В. Дрягиной, П.Ф. Соколом, Н.И. Тиминым, Е.Г. Добруцкой, В.Ф. Пивоваровым сложились по направлениям селекционно-генетических, экологических исследований по овощебахчевым культурам и до настоящего времени ставят перспективные исследовательские цели, решение которых обещает серьезный прорыв в конкретном научном изыскании.

На современном этапе развитие селекционной работе возможно благодаря использованию инновационных методов селекции, отдаленных скрещиваний, генной и клеточной инженерии, методов биотехнологии, молекулярных методов идентификации и др.

Одним из приоритетов в современной селекции является управление наследственной изменчивостью и расширение спектра генетической изменчивости культурных растений. Межвидовая гибридизация остается основным способом расширения спектра генетической изменчивости и дает возможность получения рекомбинантных форм с хозяйственно ценными признаками и устойчивостью к био- и абиострессо-рам. Первые межвидовые скрещивания были проведены на Грибовской станции в 1936 году [1]. В центре разработаны и усовершенствованы методики получения межвидовых гибридов: лука, моркови и перца [2, 3]. Созданные межвидовые

гибриды моркови, лука, капусты, перца, физалиса овощного отличаются комплексом хозяйственно-ценных признаков и устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессорам.

Получены новые рекомбинантные формы межвидовых гибридов моркови, которые сочетают высокую устойчивость к альтернариозу и наличие признаков корнеплода культурного вида. Выделенные формы межвидовых гибридов моркови могут служить исходным материалом для селекции на устойчивость к болезням [4].

Разработанная технология создания исходного материала перца, устойчивого к вирусным заболеваниям, включающая использование межвидовой гибридизации и методов молекулярного маркирования позволила создать линии перца толерантные к вирусу бронзовости томата (TSWV) [5].

На основе межвидового гибрида физалиса овощного, полученного от скрещивания Physalis ixocarpa и Physalis angulata , созданы сорта Десертный, Лакомка, отличающиеся повышенной урожайностью и устойчивостью к болезням, высоким содержанием сахаров, пектина, отсутствием горечи, что позволяет использовать плоды в свежем виде [6].

Для создания исходного материала баклажана с высоким содержанием фенольных соединений в мякоти плодов и передачи признаков устойчивости к абиотическим стрессорам, в селекционной работе были использованы дикие виды Solanum aethiopicum и S.makrokarpon . Полученные межвидовые гибридные комбинации по содержанию флавоноидов оказались в 1,3 раза, а фенолкарбоновых кислот – в 1,6-1,7 раза выше, чем у культурного вида S. melangena [7]. С целью создания устойчивых к болезням форм томата проводили скрещивания с дикими видами и полукультурными разновидностями [8].

Установлена возможность получения апомиктичных семян у лука репчатого путем опыления растений пыльцой тетра-плоидного вида A. nutans [9]. Методом эмбриокультуры in vitro получены растения-апомикты матроклинного типа, которые необходимо изучить для определения природы апомиксиса. В комбинациях скрещивания видов (A.cepa x A.vavilovii) и (A.cepa x A.fistulosum) выделены константные инбредные потомства (I2-6) как генетические источники высокой устойчивости к пероноспорозу, образующие вызревающую луковицу c белой и красной окраской сухих чешуй. Установлено, что желто-коричневая окраска сухих чешуй луковицы проявляется при комплементарном взаимодействии двух доминантных генов G и B, а также установлены разные типы наследования белой окраски, что в свою очередь дает возможность вести направленный отбор по данно- му признаку [10]. На основе созданных межвидовых форм A. cepa x A. fistulosum, A. cepa x A. оschanini, A. cepa x A. vavilo, получены новые сорта лука: Изумрудный, Сигма, Золотые Купола, Цепариус с низким баллом поражения пероноспорозом и высокой урожайностью.

Использование молекулярного маркирования является приоритетным направлением как для видовой и сортовой идентификации овощных культур, так и для изучения и идентификации генов, отвечающих за определенные хозяйственно ценные признаки. Одним из основных признаков при создании коммерческих гибридов является стерильность. Для создания гибридов лука репчатого на стерильной основе идентифицированы три гена цитоплазмы orf725, 5’cob и orfA501 и определены гомо- и гетерозиготное состояние генов (Ms) ядра, восстанавливающих фертильность. Выявлены образцы лука репчатого с митохондриальными генами orfА501 и cob и определен тип стерильной цитоплазмы (S- или T-плазмотип) [11]. В дальнейшем были использованы дополнительные маркеры для гена цитоплазмы orf725 и ядерных генов с целью более полной оценки исходного материала лука репчатого, что позволило выявить необходимые селекционные образцы для получения гибридов [12].

Разработана система ДНК идентификации различных типов стерильной цитоплазмы у капустных культур, позволяющая определять все типы цитоплазмы, где найден новый аллельный вариант локуса orf138, отвечающего за проявление стерильной цитоплазмы типа Ogura у образцов капусты белокочанной [13].

Идентифицированы митохондриальные гены coxII и atp6, отвечающие за признак ЦМС, у образцов перца сладкого и межвидовых гибридов Capsicum frutescens и C. сhinense , что позволяет определить образцы со стерильной и фертильной цитоплазмой [14].

Применение ДНК-маркеров открывает новые перспективы в селекции овощебахчевых культур и по другим хозяйственно ценным признакам. Использование полученного кодоминантного аллель-специфического CAPS маркера уже на раннем этапе (на стадии проростка) позволяет проводить отбор генотипов, несущих аллель гена, отвечающую за устойчивость перца сладкого к Y вирусу картофеля [15].

Изучение межсортового полиморфизма капусты белокочанной, выраженного в аллельном разнообразии изученных SSR локусов, позволил провести сортовую идентификацию, что явилось основой для селекционного отбора генетически выровненного материала [16].

Значительно ускорить процесс создания исходного материала и получения гомозиготных линий позволяют технологии культивирования тканей и клеток in vitro. В конце 1980-х годов во ВНИИССОК проведены успешные биотехнологические исследования по получению безвирусного посадочного материала чеснока в меристемной культуре [17], которые в дальнейшем получили развитие группой ученых во главе с А.В. Поляковым [18]. В 90-е годы проведены первые исследования по получению DH-растений овощных культур [19, 20], на основе которых в дальнейшем были получены удвоенные гаплоидные растения сортооб-разцов моркови различного происхождения – НИИОХ 336, Витаминная, Московская зимняя А-515, Лосиноостровская 13, Леандр, Шантанэ 2461, Напе, Рондо, гибриды F 1 Каратан, Калисто и другие [21]. В настоящее время разработаны технологии получения удвоенных гаплоидов через культуру микроспор in vitro для семейства капустные [22], включая капусту белокочанную [23, 24], брокколи [25], репу [26], капусту пурпурную [27], горчицу сарептскую, индау посевной [28], редис европейский [29, 30]. Разработан базовый протокол культуры микроспор in vitro для сортов салата ( Lactuca sativa L.) [31]. Технология получения удвоенных гаплоидов моркови столовой разработана, как в культуре пыльников, в культуре неопыленных семяпочек [32] так и в культуре микроспор in vitro [33].

На основе методики получения удвоенных гаплоидов в культуре неопыленных семяпочек для тыквенных культур получены DH-растения тыквы крупноплодной [34], гомозиготные линии кабачка [35, 36] и огурца [37, 38). Среди потомства DH-линий впервые обнаружено образование уродливых аномальных цветков, среди которых были гаплоиды, миксо-плоиды и удвоенные гаплоиды. [39].

С использованием биотехнологических, наравне с классическими, методами селекции созданы гетерозисные гибриды перца F 1 Натали, F 1 Гусар [14], капусты белокочанной среднепозднего срока созревания F 1 Натали [40], тыквы крупноплодной F 1 Вега [41], капусты брокколи F 1 Спарта [25] и другие.

В результате проведенных расчетов было показано, что биотехнологические методы с точки зрения стоимости продукции и значительного сокращения времени на создание линий являются наиболее экономически выгодными. Они позволяют сократить продолжительность селекционного процесса в 2 раза. Для создания новых конкурентоспособных отечественных гибридов моркови столовой методы биотехнологии необходимо внедрять в традиционные селекционные схемы [42].

Путем расчета затрат на создание чистых линий капусты белокочанной доказана экономическая выгода использования современного биотехнологического метода культуры изолированных микроспор in vitro при создании гибридов F 1 . При этом сокращается время производства гибридов с 12 до 6 лет, а финансовые затраты – в 2 раза [43].

Параллельно с этим направлением развивалось другое – клональное микроразмножение для получения исходного материала. В результате данных исследований разработана технология микроразмножения капусты белокочанной, позволяющая получать растения с мужской стерильностью в неограниченных количествах [44], баклажана и перца [45]. В целом, разработаны оригинальные методики клонального микроразмножения ряда овощных и цветочных культур: моркови, чеснока, лука, свеклы, различных видов капусты, огурца, салата листового и других.

Иммунитет и защита растений также является экономически важным направлением исследований. В 40-е годы прошлого столетия проводили изучение вредоносных патогенов и разрабатывали методики оценки и отбора растений на устойчивость к ним [46, 47]. В связи с ухудшением фитосанитарной обстановки, связанной с расширением ареалов новых вредоносных возбудителей, это направление приобретает особую актуальность. Регулярно проводимый фитомониторинг позволил обнаружить патогены, ранее не зарегистрированные в условиях Центрального региона РФ. Проведена идентификация возбудителей, ранее не описанных на моркови: Sclerotinia nevales, Gleocladium roseum, Verticillium spp., Trichotecium roseum, Streptomyces scabies, F. nivale, F. chlamidosporum, F. equiseti, F. prolifera-tum, F. Subglutinans, Chaetomium spp., Erysiphe umbelliferum, Pseudocercosporidium carotae, фитопатогенная бактерия Erwinia carotovora [48, 49]. На луке обнаружен и идентифицирован новый для Центрального региона РФ патоген Aspergillus niger, вызывающий чёрную плесень к концу вегетации и в период хранения [50]. На корнеплодах свёклы столовой выделены Typhula ishikariensis, на семенах редиса – Drechslera Бондарцева [48], на листьях бобов овощных – Gliocladium roseum. Методом электронной микрографии и данными иммуноферментного анализа на салате обнаружены 2 вредоносных вируса Lettuce mosaic virus – LMV и Tomato aspermy cucumovirus – AsTV [51], на горошке душистом - вирус обыкновенной мозаики гороха (PMV) [52]. В условиях Московской области в период вегетации растения чеснока озимого преимущественно поражаются грибными болезнями, среди которых доминирующую позицию занимает мик-ромицеты рода Fusarium spp. Регистрируются виды, ранее не отмеченные на культуре чеснока (с 2009 года – F. avenacium, F. proliferatum, F. subglutinans и F. semitectum; с 2017 года – F. gibbosum и F. nivale). Грибы рода Alternaria и другие микромицеты родов Stemfillium, Pythium, Embilisia, Verticillum, Cladosporium встречаются преимущественно в комплексе с Fusarium. Серая гниль (возбудитель – Botrytis allii L.) чаще проявляется во время хранения и транспортировки луковиц чеснока [53].

На основе иммунологической, молекулярно-генетической, морфофизиологической оценки коллекционного и селекционного материала овощных культур в условиях искусственного заражения, провокационного и естественного инфекционного фонов выделены источники резистентности основных овощных культур к экономически значимым болезням: капусты – к киле [54], свеклы столовой – церкоспорозу [55], фасоли овощной – к вирусным болезням [56], лука – к пероноспорозу [57] и другие.

Скрининг селекционного материала, проводимый с целью выделения источников устойчивости и толерантности способствовал созданию целого ряда сортов и гибридов овощных культур с групповой устойчивостью к болезням: огурца – F 1 Катюша, F 1 Дебют, F 1 Кумир, F 1 Крепыш, F 1 Брюнет, F 1 Лель и др.; бахчевых культур – тыквы Россиянка, Улыбка, Веснушка, Конфетка, Ольга, Москвичка, F 1 Вега, F 1 Первенец ВНИИССОК; кабачка Фараон, Русские спагетти, Уголек, Погребок и др.; томата – Дубрава, Челнок, Отрадный, Патрис, Гранд, Тотошка, Светлячок, Содружество, Благодатный и др.; перца сладкого – F 1 Адепт, F 1 Сибиряк , F 1 Княжич, Желтый букет, Памяти Жегалова, Казачок, Сластена; лука репчатого – Ботерус, Золотничок, Спутник, Тэрвин, Сигма, Золотые купола, Цепариус и др.; моркови – F 1 Надежда, F 1 Риф и др.; капусты белокочанной – F 1 Снежинка, F 1 Северянка, F 1 Мечта; капусты китайской – Веснянка, Ласточка и др.

Для снижения химической нагрузки на среду обитания и частичной замены биологическими ростостимулирующими препаратами в ФГБНУ ФНЦО разработаны и запатентованы средства природного происхождения – Амир и Амиросел [58].

Еще одним актуальным направлением с момента основания учреждения стала селекция на качество. В селекционной работе применялись физиологические и биохимические методы по изучению не только содержания биохимических показателей, но и динамики изменений химического состава, например, углеводов в зеленом горошке, белка в фасоли овощной, аскорбиновой кислоты у щавеля крупнолистного, кресс-салата, в листьях капусты брюссельской и савойской [59].

На настоящем этапе селекционная работа на высокое содержание биологически активных соединений, в том числе на антиоксидантную активность и повышенное содержание микронутриентов приобретает особую актуальность. Высокое качество получаемой продукции достигается путем регулярной оценки биохимических показателей на всех этапах селекционного процесса [60-62]. Благодаря гибридизации и направленному отбору на высокое содержание сахаров создан гибрид капусты белокочанной Снежинка F 1 с содержанием сахара более 7%, а клетчатки – 0,54%; сорт перца сортотипа паприка Удалец с высоким качеством плодов и содержанием витамина С в пределах 280-300 мг%; сорт тыквы крупноплодной Конфетка, содержащий более 25 мг% каротина; сорт лука косого Геркулес с высоким содержанием флавоноидов и селена. У изученных видов многолетних луков отмечены оптимально высокие коэффициенты биологического накопления цинка, меди и селена [63], у капусты японской выделены сортообразцы с высоким содержанием витамина С, белков, флавоноидов, селена, калия, микроэлементов (медь, цинк, марганец, магний и кобальт) [64].

На основе созданных сортов овощебахчевых культур создаются продукты функционального назначения, направленные на повышение иммунитета и увеличение продолжительности жизни человека [65-68]. Большое внимание уделяется разработке технологий обогащения овощебахчевых культур микронутриентами для дальнейшего использования продукции в качестве лечебно-профилактического действия и как сырье для функциональных продуктов [69-71].

В Центре разработана технология выделения водорастворимого пектина и протопектина из плодов физалиса овощного сортов Десертный, Королек, использование которой позволяет обеспечить в полном объеме потребность пищевой промышленности России отечественным сырьем взамен импортируемого [72].

Натуральный красный краситель «Амфикра», полученный из листьев амаранта сорта Валентина используется для сохранения структурно-механических свойств массы и органолептических показателей качества помадных кондитерских изделий, которые по содержанию антиоксидантов (бетацианинов и растительных полифенолов, в том числе флавоноидов) относятся к продуктам функционального назначения. Разработаны рецептура, технологическая инструкция и Технические условия на продукт нового поколения из якона для функционального питания больных сахарным диабетом [73].

В Центре разработана селекционная программа по созданию конкурентоспособных, высокопродуктивных сортов и гибридов овощебахчевых культур с устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессорам, а также высокой технологичностью. Для ее реализации селекционеры используют инновационные фундаментальные разработки, УНУ «Генетическая коллекция растительных ресурсов ВНИИССОК», современное лабораторное оборудование и материально-техническую базу.

Созданные в ФГБНУ ФНЦО сорта и гибриды овощебахчевых культур отличаются высокой специфической адаптивностью, максимально реализуют свой биологический потенциал в Нечерноземной зоне, Центрально-Черноземном, СевероКавказском, Нижневолжском, Дальневосточном регионах, в земледельческих районах Сибири и Южного Урала и обеспечивают высокорентабельное овощеводство. За столетний период учеными Центра выведено и включено в Государственный

Реестр селекционных достижений более 1270 сортов и гибридов овощебахчевых и цветочных культур.

На протяжении векового периода развития учреждения в области семеноводства основные усилия были сосредоточены на развитии научно-обоснованных систем семеноводства, заключающихся в создании технологий производства семян овощных культур; выявлении роли экологических фонов в формировании сортовых свойств семян для определения принципов прецизионного адаптивного сортового семеноводства.

С целью ускорения внедрения в производство достижений науки и развития первичного семеноводства, по согласованию с Советом Министров РСФСР 30 декабря 1987 года было создано Научно-производственное объединение по селекции и семеноводству овощных культур «Грибовское» (НПО «Грибовское»). В его состав включены ВНИИССОК, Грибовское экспериментальное хозяйство и ряд опытных станций (Туркменская опытная станция овощеводства, Одесская овощная опытная станция, Опытная селекционная станция «Маяк», Туркменская опытная станция бахчеводства, СевероКавказская овощная опытная станция), экспериментальные и опытно-производственные хозяйства. А со времени образования ФГБНУ ФНЦО эта функция возложена на филиалы Центра, находящиеся в различных регионах России.

Для получения высококачественных семян и продукции учеными учреждения разрабатываются технологии семеноводства и возделывания овощебахчевых культур с применением минеральных, органических, инновационных видов и форм удобрений, сидератов и биологически активных препаратов в сочетании с ресурсосберегающими технологиями обработки почвы.

С 1983 года в учреждении действует Международный технический комитет № 124 в АПК РФ, который сотрудничает с 19 организациями России, других стран СНГ по реализации долгосрочного прогноза развития стандартизации в семеноводстве овощных и бахчевых культур. В последние годы разработаны 16 ГОСТов, один стандарт ЕЭК ООН, 37 отраслевых стандартов, 6 технических условий и 5 руководящих документов. Разработан и утвержден Национальный стандарт РФ «Семена овощных, бахчевых культур, кормовых корнеплодов и кормовой капусты» (ГОСТ Р 52171-2003), который унифицирован с международными нормативными актами.

Все отмеченные достижения Центра стали возможными благодаря сохранению традиций и поддержке научного потенциала. ФГБНУ ФНЦО был и остается школой по подготовке ученых высшей квалификации по основным отраслям аграрной науки. С 1962 года в учреждении действует аспирантура и докторантура, в которой прошли подготовку свыше 500 аспирантов. Ежегодно проводятся курсы по подготовке апробаторов овощебахчевых и цветочных культур.

Международное научно-техническое сотрудничество осуществляется в рамках межведомственных соглашений и двухсторонних договоров по созданию генетических ресурсов и гибридов овощных растений с научно-исследовательскими учреждениями и фирмами стран дальнего зарубежья (Австрия, Италия, Болгария, Япония, Китай, Южная Корея, Монголия, Ирак, Сербия, Франция, Королевство Бруней) и стран СНГ (Белоруссия, Украина, Азербайджан, Казахстан, Молдова, Узбекистан).

Результаты работы ФГБНУ ФНЦО широко освещаются в научных публикациях, представляются на выставках и ярмарках различного уровня, где не раз отмечались дипломами и медалями.

Все достижения института – это самоотверженный каждодневный труд ученых, творческие идеи и поиск их решения, а также кропотливая работа агрономов и лаборантов, механизаторов и работников технического обслуживания. В свой 100летний юбилей коллектив ФГБНУ ФНЦО полон энергии, творческих сил, научных и производственных замыслов и уверенно смотрит в завтрашний день.

Об авторах:

Alexey V. Soldatenko – Dc. Sci. (Agriculture), corresponding member RAS, chief scientist,

Victor F. Pivovarov – Dc. Sci. (Agriculture), academician of the Russian Academy of Sciences,

Olga N. Pyshnaya – Doc. Sci. (Agriculture),

Lyubov K. Gurkina – Cand. Sci. (Agriculture),