Селекционная ценность линий горчицы сарептской

Горчица сарептская ( Brassica juncea Czern.) или сизая, относится к семейству капустных (крестоцветных) – Brassicaceae ( Cruciferae ). Она является холодостойкой культурой, всходы способны выдерживать кратковременные заморозки до минус

5-6 °С, не требовательна к почвам. Вегетационный период составляет 70-95 дней. В короткие сроки формирует большую вегетативную массу [1].

Её возделывают в основном для получения семян. Масло её широко применяют в пищевых производствах, в парфюмерии, мыловарении и других отраслях промышленности. Порошок используют при изготовлении горчичников, столовой горчицы, майонезов и соусов, а также в консервировании овощей, ягод, фруктов [2]. Исследования в области антиоксидантов показали высокую активность водного раствора клейковины горчицы, превосходящую цитрусовые и ксантановую камедь, применяемые в пищевой промышленности [3].

Растения горчицы оказывают положительное влияние на почву, обогащая ее органическим веществом и дренируя почвенные горизонты. Корневая система подавляет развитие возбудителей различных почвенных болезней, что делает горчицу одним из лучших предшественников зерновых и кормовых культур, а также прекрасным сидератом. Огромный положительный эффект дает совместное выращивание горчицы и многолетних трав, позволяя повысить продуктивность кормовых угодий, продлевая в 2 раза срок использования многолетних трав [4]. Разработанная В.И. Буянкиным [5] технология бинарного посева озимой пшеницы с горчицей дает возможность ремонтировать весной изреженные посевы зерновых культур, получая высокую эффективность поля.

Современное производство предъявляет высокие требования к новым сортам полевых культур. В настоящее время на станции ведется селекция высокоурожайных и высокомасличных сортов с улучшенным жирно-кислотным составом масла, устойчивых к болезням полеганию и осыпанию. Анализ изменения урожайности и масличности семян горчицы с начала селекции демонстрирует постепенное повышение показателей, определяемых генетическими изменениями сортов по урожайности более 200 %, по масличности – на 12-15 % [6]. Вместе с тем, важно определить наиболее эффективные способы отбора с учетом условий проведения исследований. Учреждения, осуществляющие селекционную работу с горчицей, находятся в основной зоне возделывания культуры – Волгоградской, Саратовской, Ростовской областях и Краснодарском крае. В Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию, зарегистрировано 17 сортов горчицы сарептской (Brassica juncea Czern.) [7], девять из которых созданы селекционерами ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК.

Целью настоящего исследования является определение эффективности самоопыления в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения при создании линейного исходного материала горчицы сарептской и выявление лучших линий, сочетающих различные хозяйственно ценные признаки.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили на Донской опытной станции-филиале ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК, Ростовская область, Азовский район в 2011-2017 гг. По климатическим условиям район характеризуется недостаточным и неустойчивым увлажнением в течение года. Среднегодовое количество осадков составляет 430-460 мм, в период вегетации горчицы сарептской (апрель-июль) – 192 мм. Почва экспериментального поля – предкав-казский карбонатный чернозем. В слое 0-40 см содержание гумуса составляет 3,8 %. В пахотном слое подвижных форм фосфора 1,25-1,40 мг, азота 10-12 мг, калия 26,5-28,0 мг на 100 г почвы.

Погодные условия периода исследований отличались сильным варьированием, что позволи-

о

L Jn1, 11 ill

апрель

май

июнь

июль

^^Н осадки 2015 г. ^^Н осадки 2016 г. ^М осадки 2017 г.

многолетние осадки

Рис. 1. Характеристика распределения осадков за вегетационный период горчицы во влагообеспеченные годы (2015, 2016, 2017 гг.)

^^В осадки 2011 г. ^В осадки 2012 г. ^^В осадки 2013 г. ^В осадки 2014 г. ^^—многолетние осадки

Рис. 2. Характеристика распределения осадков за вегетационный период горчицы в засушливые годы (2011, 2012, 2013, 2014 гг.)

ло оценить потенциал и реакцию генотипов на различные условия. Влагообеспеченность контрастировала по годам. На графиках представлено распределение осадков за вегетационный период горчицы сарептской в благоприятные по влагообеспеченности годы (рис. 1) и экстремальные условия (рис. 2) в сравнении со средними многолетними данными за последние 50 лет.

Отмечены 2015, 2016, 2017 гг. с высоким гидротермическим коэффициентом (ГТК = 1,301,53), определенным за период вегетации горчицы. Несмотря на то, что наибольший показатель ГТК (1,53) определен в 2015 г., осадки в основном носили ливневый характер, а растения горчицы испытывали недостаток влаги во время цветения и налива семян, что сказалось неблагоприятно на маслообразовательном процессе.

Засушливые годы (2011, 2013, 2014 гг.) характеризовались низкими показателями ГТК 0,490,74. Умеренно благоприятный 2012 г. по оценке ГТК 1,04 отмечен неравномерным распределением осадков. Большое их количество в конце мая носили ливневый характер, а весь период вегетации отмечен скудными осадками, ниже уровня средних многолетних данных.

Опыты закладывали в 3-кратной повторности на делянках с учетной площадью 3,5 м². Норма высева семян – 600-800 тыс. шт./га. При закладке линий использованы изоляторы из нетканого материала спанбонда плотностью 42 г/ м2 размером 25 х 40 см.

Исходным материалом для работы служили коллекционные образцы, сорта отечественной селекции, а также гибридные популяции, полученные методом внутривидовой гибридизации лучших селекционных образцов горчицы са-рептской.

В работе применена Методика проведения полевых агротехнических опытов с масличными культурами [8]. Определение маслично-сти и влажности семян проводилось на ЯМР-анализаторе АМВ-1006 М, жирнокислотного состава – на хроматографе «Хром-5» методом газожидкостной хроматографии. Статистическую обработку полученных данных проводили по Б.А. Доспехову [9] в Excel и по программе Statistica 6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение обширного коллекционного материала культуры, собранного в ФГБНУ Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова» (более 1000 образцов) выявило полиморфизм вида Brassica juncea Czern. [10]. Вместе с тем, существующий селекционный материал, сформировавшийся в процессе создания современных желтосемянных сортов горчицы, характеризуется ограниченным генетическим разнообразием [11]. Горчица сарептская является факультативным самоопылителем с варьиру- ющим процентом перекрестного опыления от 1,7 до 45 %в зависимости от условий произрастания [12]. Для культур со смешанным опылением используют, как методы линейной селекции, так и популяционной, а также методы для селекции гибридов и все инновационные методы исследований. Получение самоопылённых линий горчицы сизой приобретает важное значение при отборе, поскольку происходит в гетерогенных популяциях и данный вид не проявляет значительной депрессии при инцухтировании [10]. Биологические особенности опыления горчицы позволяют использовать самоопыление растений в селекционной практике в качестве способа генетической дифференциации исходных популяций и метода создания ценного по комплексу хозяйственно полезных признаков.

В наших условиях цветение горчицы начиналось с третьей декады мая – первой декады июня и продолжалось 3 недели. Наибольшее количество семян завязалось при изоляции растений, начиная с 3-5 дней от начала цветения в течение 10 дней. После пасынкования под изолятором остается центральная кисть, 5-6 кистей первого и столько же последующих порядков. Общее количество бутонов составило от 70 до 160 штук. Оценивали линии различного поколения инцухта.

Проявление селекционно ценных признаков признаков зависит как от генотипа, так и от условий выращивания. Изменчивость завязывае-мости семян в различные по погодным условиям годы представлена в таблице 1.

Отмечено высокое варьирование по этому показателю, что отражено при распределении по классам. В годы с низкой влагообеспеченно-стью средний вес семян с растения составил от 2,24 до 3,07 г. Более 50 % линий имели вес от 1,0 до 2,9 г в 2011, 2012, 2013 гг. с ГТК 0,49-1,04. В 2015,2016, 2017 гг. с высоким ГТК (1,30-1,53) происходило лучшая завязываемость семян. При распределении этого показателя по классам, максимальное количество семян (89,1 %) свыше 5 г. получено в 2017 г. Несмотря на высокий показатель ГТК в 2015 г. осадки распределялись крайне неравномерно, носили ливневый харак- тер, их недостаток в период цветения и созревания повлиял на завязываемость семян, которая оказалась наименьшей в сравнении с другими благоприятными годами. Получение большого количества семян под изолятором при самоопылении позволяет определить масличность и другие биохимические параметры линий. Данный признак учитывался в ограниченном количестве образцов, т.к. необходимая проба семян не менее 5 г для определения содержания масла на ЯМР-анализаторе получена у менее 40 % линий с 2011 по 2016 гг.

Варьирование масличности семян в различные по погодным условиям годы в среднем составило 30,6-41,1 %. Содержание масла в семенах распределено по 4 классам (табл. 2).

Минимальный показатель (24,8 %) отмечен в 2013 г. году с ГТК 0,49. Максимальный (49,2 %) – в 2017 г. с ГТК 1,38. Проявление максимальной масличности наблюдалось при наибольшей вла-гообеспеченности во время налива семян в третьей декаде июня (рис. 1).

Получение достаточного количества семян под изоляторами дает возможность провести отбор генотипов по масличности в ранних поколениях инцухта. Проанализировать содержание масла у большинства линий удалось в 2-х из 7 лет. Гарантированное получение наибольшего количества семян для анализа достигнуто за счет увеличения площади питания каждого растения. Участки, на которых закладывались линии горчицы, высевали с междурядьями 35 см, растения в ряду размещали на расстоянии не менее 10 см.

Начиная с 4 поколения инцухта, отмечена стабилизация признака масличности, а также содержания основных жирных кислот в масле. В результате отборов выделены линии горчицы, оцениваемые в селекционных питомниках по типу конкурсного сортоиспытания.

В таблице 3 представлена характеристика лучших линий по результатам их оценки за 3 года. По урожайности семян стандарт Люкс превысили 9 линий, из них выделились 4222 и 4689, отобранные из сорта Люкс. Наибольшую маслич-

Таблица 1. Изменчивость количества семян горчицы сарептской при самоопылении

Год	Количество растений, шт.	ГТК апрель -июль	Масса семян с 1 растения, г		Распределение по классам, %
			X	min – max	<0,9 г	1,0-2,9	3,0-4,9	>5,0 г
2011	504	0,74	2,91	0,3 – 9,4	6,3	55,1	27,0	11,6
2012	358	1,04	2,24	0,3 – 6,0	14,5	59,5	23,5	2,5
2013	278	0,49	2,25	0,5 – 5,4	8,7	56,6	32,8	1,9
2014	302	0,58	3,07	0,4 – 9,2	13,7	38,3	44,3	3,7
2015	273	1,53	4,03	0,3 – 10,5	8,9	29,7	34,2	27,2
2016	446	1,30	4,44	0,8 – 20,2	0,7	29,0	31,3	39,0
2017	377	1,38	8,63	1,5 – 21,0	0	1,1	9,8	89,1

Таблица 2. Показатели изменчивости масличности семян горчицы при самоопылении

Год	Количество растений, шт.	Масличность семян, %			ГТК апрел ь-июль	Распределение по классам, %
		X	min	max		<33,9	34,0-39,5	39,6-44,9	>45,0
2011	61	33,6	26,2	41,2	0,74	56,3	40,8	2,8	0
2012	39	37,4	31,4	42,8	1,04	12,9	64,5	22,6	0
2013	40	30,6	24,8	37,3	0,49	87,5	12,5	0	0
2014	41	36,9	27,9	41,9	0,58	29,3	34,1	36,6	0
2015	30	39,6	33,7	43,8	1,53	15,0	55,0	30,0	0
2016	171	39,1	33,0	45,1	1,30	5,6	47,3	44,9	2,2
2017	335	41,1	32,7	49,2	1,38	2,4	32,7	47,3	17,6

Таблица 3. Характеристика перспективных линий горчицы, 2015-2017 гг.

Линия Урожайность V % Масличность V % Содержание основных жирных кислот, % т/га + к st % + к st олеиновая линолевая эруковая 4222 1,32 + 0,21 10,2 46,2 +0,9 5,4 47,10 39,60 0,00 4689 1,31 + 0,20 12,6 45,8 +0,5 3,9 44,37 35,84 0,02 4407 1,23 + 0,12 21,2 47,0 +1,7 8,2 44,09 34,83 0,04 4067 1,23 + 0,12 24,6 46,9 + 1,6 3,9 47,40 36,90 0,04 5242 1,22 + 0,11 13,3 45,7 + 0,4 3,0 47,33 36,52 0,01 5667 1,21 + 0,10 19,2 46,5 + 1,2 1,7 44,20 35,00 0,01 5560 1,20 + 0,09 23,9 47,8 + 2,5 5,7 44,60 37,70 0,02 4434 1,20 + 0,09 12,6 47,4 + 2,1 3,3 44,75 34,97 0,02 4466 1,20 + 0,09 20,9 46,7 +1,4 3,0 45,47 33,79 0,04 Люкс, st 1,11 – 10,0 45,3 – 2,0 41,55 34,14 0,03 НСР05 0,08 – – 1,78 – – – – – ность семян (выше 47 %) проявили линии 5560, 4434, имеющие гибридное происхождение. Коэффициент вариации, учитывающий степень приспособленности генотипа к различным условиям, имел невысокие показатели. Наибольшее варьирование урожайности семян (20,9-24,6) отмечено у линий 4067, 5560, 4407, 4466. Коэффициент вариации по признаку масличности составил 1,7-8,2 и имел наибольшее значение у линии 4407, отобранной из гибридного материала. Вместе с тем, оценка линий в благоприятных условиях влагообеспеченности не позволила в полной мере оценить их пластичность.

Выделены линии 4222, 4067, 5242 с высоким (более 47 %) содержанием олеиновой кислоты в масле, а также линия 4222, сочетающая высокое содержание олеиновой и линолевой жирных кислот с урожайностью семян. Все отобранные линии характеризуются отсутствием эруковой жирной кислоты в масле семян горчицы. Следует отметить, что, при анализе жирнокислотного состава масла, полученного в годы с низкой вла-гообеспеченностью, сохраняются показатели эруковой кислоты при ее отсутствии.

ВЫВОДЫ

Выделен и оценен перспективный для селекции линейный материал горчицы сарептской по основ -ным хозяйственным признакам, а также их сочетанию. По урожайности семян выявлено 9 линий, достоверно превысившие стандарт на 0,09-0,21 т/га; масличности семян – на 0,4-2,5 %; по содержанию олеиновой кислоты – на 2,5-5,9 %. Отмечены линии 4222, 4067, сочетающие высокую урожайность семян с содержанием олеиновой кислоты в масле.

Максимальное количество семян под изолятором получено при самоопылении горчицы сарептской в первые 2 недели цветения в условиях достаточного влагообеспечения растений при разреженном посеве.

Стабилизация основных хозяйственно ценных признаков линейного материала наступает после четвертого поколения инцухтирования.

Линейный материал горчицы сарептской приобретает важное значение, а инбридинг служит методом получения исходного материала и сортов в селекции по основным хозяйственно ценным признакам в условиях недостаточного и неустойчивого увлажнения.