Селекционное улучшение сортов сои на короткостебельность

Размещено на http://allbest.ru

СЕЛЕКЦИОННОЕ УЛУЧШЕНИЕ СОРТОВ СОИ НА КОРОТКОСТЕБЕЛЬНОСТЬ

Т.С. Кошкарова¹, В.В. Толоконников², Л.В. Вронская²

BREEDING IMPROVEMENT OF SOYBEAN VARIETIES FOR SHORT STEMS

T.S. Koshkarova¹, V.V. Tolokonnikov², L.V. Vronskaya²

Abstract

Introduction. Domestic co-production, located in more Northern latitudes and arid climatic conditions, especially needs to rationalize the introduction of strictly adapted to a specific area of varieties with different maturation periods and improve methods of their seed production. In agricultural production, it is important to use the most responsive soybean varieties to improve methods for increasing the yield and seeding quality of seeds, including the treatment of seeds with biorational means and the selection of a large fraction of seeds from the total grain hopper mass. Object. The object of study is soybean variety selection of Federal State Budget Scientific Institution «All-Russian Scientific Research Institute of Irrigated Agriculture» and methods of seed production. Materials and methods. It is proved that the use of biorational means increases the yield of varieties Volgogradka 2 (precocious) and «VNIIOZ 86» (ultra-precocious) by 11.6-29.1 % compared to the yield of these varieties obtained without their use. This technique also increases the energy of germination of seeds of these varieties by 7.6-14.8% and their reproduction coefficient by 15.6-29.1% relative to the values of these indicators for seeds grown without pre-sowing treatment with biostimulators. Results and conclusions. Varieties with longer maturation periods - «VNIIOZ 76» and Volgogradka 1-are less susceptible to pre - sowing seed treatment with biorational means: the energy of germination of their seeds increases significantly less-by 7.2 - 11.9%, and the Volgogradka 1 variety, in addition, is characterized by the smallest increase in the seed propagation coefficient-by 11.4-18.9% relative to the values of these indicators for seeds obtained without using this technique. It was found that the calibration of seeds contributes to the growth of yield only of the ultra-ripe variety «VNIIOZ 86» and increases the seeding quality of its seeds. Other varieties under study are poorly responsive to this agricultural approach, which is important to consider when preparing seeds for sowing. The most significant effect for all classes gives the joint application of presowing treatment of seeds rizotorfina nikiana and.

Key words: soybean, cultivar, VNIIOZ 31, Volgogradka 2, selection, selection, hybridization, irrigation, yield, short-stemmed.

Актуальность. Усиление аридизации климата существенно увеличивает риски агропроизводства ценнейшей сельскохозяйственной культуры сои. Отечественное соепроизводство значительно более, чем в южных странах, основных лидеров производства сои, является природно-зависимым, поэтому для достижения урожайности российской сои до среднемирового уровня - 2,8 т/га, важно интенсифицировать её производство на орошаемых землях. Специфика биологических особенностей этой культуры - формировать избыточную биомассу, усиливающую взаимную конкуренцию растений, - требует особого подхода к селекционному улучшению её орошаемых посевов, тем более в условиях ужесточения засушливых явлений. Объект. Объектом исследования являются сорта сои селекции ФГБНУ ВНИИОЗ. Цель исследований - выведение короткостебельных сортов сои, хорошо отзывчивых на орошение и пригодных для высокорентабельного возделывания в основных зонах отечественного соепроизводства. Материалы и методы. Исследования проводили в период 4-го (2001-2010 гг.) и 5-го этапов селекции (2011-2020 гг.) - не-ГМО методами селекции - гибридизацией и отбором на основе использования рабочей коллекции ФГБНУ ВНИИОЗ, включающую 300 сортолиний различного эколого-географического происхождения, в том числе собственной селекции. Тестирование популяционных агрофитоценозов по высоко-наследуемым хозяйственно-ценным признакам (высота растений, масса 1000 зерен, длина междоузлий) при ориентации отбора на растения с короткими междоузлиями (0,04 м) по сравнению с высокостебельными сортами, такими как Волгоградка 1 и ВНИИОЗ 76 (0,06-0,07 м), привело к получению спектра короткостебельных линий. Одна из них под номером 31 послужила основой для выведения сорта ВНИИОЗ 31. Для него характерно формирование более высокой урожайности - 3,01 т/га зерна, чем у стандарта Волгоградка 1 - 2,73 т/га, короткостебельных растений (0,68 м), уменьшенной доли зерна в приземной (0,15 м) зоне стеблестоя - 7,3 % от биологического урожая, крупных семян (174,6 г/1000 зерен), высокой доли зерна в общей биомассе (45 %) и сбора сырого протеина и жира в урожае (1,45 т/га). Сорт ВНИИОЗ 31 внесён в Госсортреестр с 2011 года по Нижневолжскому региону и защищён патентом РФ №6209 от 24.11.2011 г. Результаты и выводы. Предшествующее десятилетие ознаменовалось резким увеличением площади посева отечественной сои - с 1,2 до 3 млн га. Однако значительное ужесточение аридизации климата с возрастанием суховейных дней с относительной влажностью воздуха менее 30 % на 63,8 % по сравнению со среднемноголетним показателем (47 дней) потребовало нового подхода к конструированию сортов этой культуры Нижневолжского агроэкотипа. На основе сорта ВНИИОЗ 31 был создан гибридный материал, при многолетней селекционной проработке которого выделен ряд морґфобиотипов с детерминантным типом роста. Линия под номером 2 прошла комплексное тестирование в питомниках сортоиспытания и стала родоначальной сорту Волгоградка 2. Сорт по сравнению со стандартом ВНИИОЗ 76 выделяется получением высокого уровня урожайности - 3,15 т/га, скороспелостью - 109 дней, среднерослостью растений - 0,76 м, низкой долей зерна в приземной (0,15 м) зоне - 7,1 %, крупностью семян - 173,4 г/1000 зерен, высокой долей зерна в общей биомассе - 34,5 %, повышенным содержанием высокого протеина - 38,9 %, его валовым выходом в урожае - 1,05 т/га и в сумме с жиром - 1,56 т/га. Новый сорт внесен в Госсортреестр по Нижневолжскому региону и защищён патентом РФ №11288 от 20.10.2020 г.

сорт соя высокорентабельный короткостебельный агрофитоценоз

Введение

Высоковостребованная белково-масличная культура «соя» возделывается в мировом земледелии в основном без орошения. Существенные риски неполивного возделывания этой культуры частично сглаживаются преимущественным её производством в странах с относительно благоприятными природно-климатическими условиями - США, Бразилии, Аргентине, а также с использованием в основном в посевах ГМО сортов [5, 12].

Ежегодное ужесточение аридизации климата вносит свои коррективы в прогнозы производства сои и получаемую рентабельность. Несмотря на относительно высокую урожайность сои в среднемировом масштабе (2,8 т/га), концентрация белка в семенах находится на среднем уровне - 35-36 %. Следует отметить, что всего 1012 % произведённой сои в мире напрямую используется в пищу, и это не ГМО сорта, поэтому они должны характеризоваться высоким содержанием белка в зерне около - 40 % [9] и более.

Высокорентабельное производство сои в условиях орошения, наряду с ростом урожайности, сопровождается получением высокобелковых семян [5] на основе селекционного улучшения этой культуры и совершенствования приёмов агротехники и мелиорации [6, 8]. Соя, как очень отзывчивая на условия произрастания в орошаемом агрофитоценозе культура, формирует более значительный объём биомассы, усиливающей конкуренцию растений за комфортное жизнеобеспечение и в первую очередь - за поступление света, чем при возделывании без полива [8, 13]. Это ориентирует на выведение среднерослых и даже короткостебельных сортов при соответствующем усовершенствовании конструкции архитектоники растений.

Цель исследований - выведение короткостебельных сортов сои, высоко отзывчивых на орошение и пригодных для высокорентабельного возделывания в основных зонах производства сои Российской Федерации.

Материалы и методы. Исследования проводили в период 4-го (2001-2010 гг.) и 5-го (2011-2020 гг.) этапов селекции с проведением конкурсных испытаний в 20062008 гг. и 2018-2020 гг. Классическими не ГМО методами селекции - сложной ступенчатой гибридизацией, популяционным и индивидуальным отбором, выведены средне - короткостебельные сорта сои ВНИИОЗ 31 (в Госсортреестре с 2011 года) и Волгоградка 2 (в Госсортреестре с 2020 года).

В селекционной работе использовалась рабочая коллекция ФГБНУ ВНИИОЗ (300 наименований), где имеется 8 % короткостебельных форм, таких как линия 233, 12 % детерминантных сортообразцов, таких как Белоснежка, и 15 % продуктивных, достаточно скороспелых и высокобелковых генотипов, таких как сорт Находка, ВНИИОЗ 11, Волжана, Славия.

Результаты и обсуждение. В Российской Федерации основные посевы сои сосредоточены на неорошаемых землях, поэтому селекция ориентирована на выведение высокорослых сортов с линейным стеблестоем до 1 м и более [2, 11], способных формировать мощную и глубоко проникающую в почву корневую систему и обеспечивать себя влагой из нижних её горизонтов. Значительная высота агрофитоценоза желательна и в условиях сравнительно благоприятных для роста и развития этой культуры, что характерно для сортов, возделываемых в США и Бразилии [10].

Высокорентабельное производство сои в посевах с орошением связано с определёнными трудностями при выведении или подборе сортов для таких условий [3, 7]. Отзывчивость сортов на оросительную воду, удобрения и другие агрохимикаты часто сопровождается быстрым нарастанием биомассы, приводящим к взаимозатеняемости растений и снижению продуктивности фотосинтеза и формированию хозяйственно ценной части урожая. В условиях орошения у растений проявляется более высокая нагрузка на стебли и ветви, оказывающая отрицательное влияние на устойчивость стеблестоя к полеганию и способствующая увеличению уборочных потерь зерна.

Нами установлено [13], что линейный рост растений орошаемой сои не имеет постоянной тесной связи с урожайностью зерна (r=0,09-0,72). В селекции на зерновую продуктивность агрофитоценозов особое влияние оказывает использование необходимого критерия при отборе хозяйственно-ценных генотипов [1, 2, 10].

Методика отбора лучших растений из различных популяций орошаемой сои была ориентирована на тестирование агрофитоценозов по высоко наследуемым хозяйственно-ценным признакам с долей генетического компонента в изменчивости - 71...81 %. К ним относятся высота растений, вегетационный период и масса 1000 зерен, количество бобов в узле главного стебля, количество узлов на главном стебле, а также длина междоузлий. Отбор на количество бобов и узлов часто сопровождается увеличением линейного роста растений. Эти признаки связаны с продуктивностью растений тесными корреляционными связями, однако существенного снижения линейного роста растений в потомстве не происходит. Ориентация на отбор растений с короткими междоузлиями - в среднем 0,04 м по сравнению с высокорослыми сортами, такими как Волгоградка 1 и ВНИИОЗ 76, (0,06-0,07 м) способствовала получению короткостебельных линий, поскольку этот признак связан с зерновой продуктивностью растений тесной отрицательной связью (r= -0,48--0,76). Одна из таких линий под номером 31 послужила основой для выведения первого короткостебельного сорта сои (таблица 1).

Таблица 1 - Результаты тестирования короткостебельного сорта сои ВНИИОЗ 31 и стандарта Волгоградка 1 в условиях орошения (средние данные за 2006-2008 гг.).

Новый сорт характеризуется формированием более высокой урожайности по сравнению со стандартом - на 0,26 т/га или 9,5 %. Он отличается скороспелостью, коротким линейным ростом растений - на -0,16 м или на -19 %. Заявленный сорт выделяется меньшими уборочными потерями зерна за жаткой комбайна - на -11 %, значительно высокой массой 1000 зерен - на 31,7 г или 22,2 %, а также хозяйственной продуктивностью фотосинтеза, выражающейся в формировании высокой доли зерна в общей биомассе - на 22 %.

Выведенный сорт, несмотря на практически такие же, как у стандарта, показатели качества зерна, существенно выигрывает в сборе сырого протеина и жира с гектара - на 13,6-15,8 %. Новый сорт ВНИИОЗ 31 внесен в Госсортреестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Нижневолжском регионе, и защищён патентом Российской Федерации №6209 от 24.11.2011 г.

Таблица 2 - Основные показатели характеристики высокопродуктивного в условиях орошения среднестебельного сорта сои Волгоградка 2 (средние данные за 2018...2020 гг.)

За предшествующие 10 лет площади посева сои в нашей стране увеличились более чем в 2,5 раза по сравнению с 2010 годом (1,2 млн га). Однако урожайность возросла всего на 0,4-0,5 т/га, достигнув в 2020 году 1,55 т/га. Одной из причин этого является значительное усиление аридизации сельскохозяйственных территорий, и особенно в таком южном регионе, как Нижнее Поволжье. Даже в условиях орошения прогрессирование суховейных явлений - более 55 за вегетацию сои, может снизить урожайность до уровня 2 т/га зерна, чем в годы с меньшей атмосферной засухой (47 дней - около 2,5 т/га, 39 дней - 3 т/га). К настоящему времени количество суховейных дней с относительной влажностью воздуха менее 30 % возросло на 63,8 % по сравнению со среднемноголетними показателями (47 дней), что потребовало нового подхода к конструированию сортов этой культуры Нижневолжского экотипа [4, 8, 13].

Стратегия селекционного улучшения сортов на данном этапе селекции основывалась на небольшом уменьшении линейного роста растений, но с существенным ограничением его интенсивности, начиная с генеративного периода развития. Применяя в скрещивании сорт ВНИИОЗ 31 и сортообразцы с детерминантным (ограниченным) типом роста был создан ряд морфобиотипов с менее выраженной взаимозатеняемостью в орошаемом агроценозе, повышенной продуктивностью фотосинтеза, устойчивостью к полеганию и отзывчивостью на высокий удобренный агрофон. Линия под номером 2 прошла комплексное тестирование в питомниках сортоиспытания и стала родоначальным сорта сои Волгоградка 2 растением.

Для нового сорта характерно формирование высокого уровня урожайности - 3,15 т/га по сравнению со стандартным сортом - 2,92 т/га. Среди показателей характеристики заявленного сорта относительно стандарта важно отметить, что он созревает на 6 дней раньше, создаёт невысокий стеблестой, и при этом с небольшой долей зерна в его приземной (0,15 м) зоне, существенно ограничивая уборочные потери.

Особыми достоинствами выведенного сорта является формирование очень крупных семян - 173,4 г 1000 зерен, что сопровождается повышенной долей зерна в общей биомассе, а также увеличенное содержание сырого протеина в семенах его валовый выход с урожаем - 1,05 т/га и в сумме с жиром - 1,56 т/га (таблица 2).

Новый сорт Волгоградка 2 внесен в Госсортреестр по Нижневолжскому региону с 2020 года. Право интеллектуальной собственности на этот сорт защищено патентом №11288 от 20.10.2020 г.

Выводы. На фоне мировой интенсификации соеводства при относительно благоприятном климате и основанной преимущественно на ГМО сортах Российское агропроизводство этой культуры в определённой степени зависит от метеорологических условий, ограничивающих рост урожайности. Однако использование в производстве не ГМО сортов существенно повышает конкурентоспособность отечественной сои на мировом рынке. С учётом этого важно мобилизировать возможности традиционной не ГМО селекции для выведения адаптированных к атмосферной засухе и отзывчивых на орошение сортов сои. С учетом особенностей засушливого климата Нижнего Поволжья, особенно в предшествующее десятилетие в ФГБНУ ВНИИОЗ было обосновано направление селекции средне-короткостебельных сортов с детерминируемым ростом стеблестоя как более устойчивых к суховейным явлениям и в то же время отзывчивых на оросительную воду по сравнению с обычными сортами. На 4-м этапе исследований (2001 - 2010 гг.) выведен новый короткостебельный сорт ВНИИОЗ 31, зарегистрированный в Госсорткомиссии по Нижневолжскому региону в 2011 году (Патент №6209; 24.11.2011). В период 5-го этапа селекции создан среднестебельный с ограниченным типом роста сорт Волгоградка 2, внесённый в Госсортреестр по Нижневолжскому региону в 2020 г. с охраной интеллектуальной собственности (Патент №11288; 20.10.2020). Методы селекции - гибридизация и отбор. Рабочая коллекция представлена по различному эколого-географическому происхождению сортообразцами, в том числе генофондом своей селекции (300 наименований): детерми- нантными (12 %), короткостебельными (8 %), продуктивными (15 %) с различными сроками гарантированного созревания.

Агрофитоценоз орошаемой сои имеет существенные отличия от возделывания без орошения. На основе невысоких корреляционных связей продуктивности с линейным ростом растений (r=0,09-0,72) и использованием при отборе высоконаследуемых хозяйственно-ценных признаков (71-81 % генетического компонента в изменчивости): высота растений, масса 1000 зерен, вегетационный период, длина междоузлий и их количество на главном стебле (последние два признака характеризуются сравнительно высокой корреляцией с зерновой продуктивностью растений, особенно длина междоузлий - r=0,48-0,76 создан спектр короткостебельных линий, одна из них (№ 31) послужила основой для создания сорта ВНИИОЗ 31. Он имеет существенные преимущества перед стандартным сортом Волгоградка 1 по высокой урожайности (3,01 т/га), короткосте- бельности (0,68 м), невысокой доле зерна в приземной зоне (0,15 м) стеблестоя (7,3 %), крупности семян (174,6 г/1000 зерен), доле зерна в общей биомассе (45 %) и валовому выходу сырого протеина и жира (в сумме 1,45 т/га).

В связи с резким усилением аридизации климата и суховейных явлений селекционное улучшение сортов сои Нижневолжского агроэкотипа было направлено на выведение среднестебельных генотипов, характеризующихся детерминантным (ограниченным) ростом стебля с повышенной адаптированностью к воздушной засухе и продуктивностью фотосинтеза. Линия под номером 2 успешно прошла конкурсное сортоиспытание и стала родоначальным сорту Волгоградка 2 растением. Новый сорт по сравнению со стандартом ВНИИОЗ 76 характеризуется более высокой урожайностью (3,15 т/га), скороспелостью (109 дней), средне-стебельностью агрофитоценоза перед уборкой (0,76 м), уменьшенной долей зерна в зоне 0,15 м стеблестоя (7,1 %), крупностью семян (173,4 г/1000 зерен), долей зерна в общей биомассе (34,5 %), содержанием белка в семенах (38,9 %) и его сбором в урожае (1,05 т/га), а также в суммарном сочетании с жиром (1,56 т/га).

Внедрение новых сортов сои ВНИИОЗ 31 и Волгоградка 2 в орошаемом земледелии будет способствовать повышению рентабельности отечественного соепроизводства.

Библиографический список

1. Бурляева М.О., Ростова Н.С. Изменчивость структуры корреляций морфологических и хозяйственных признаков у сои с разным типом роста и ветвления // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. Т. 23. № 6. С. 78-86.

2. Зеленцов С.В. О новых методах селекции сои за рубежом и о возможности их использования в селекции сои во ВНИИМКе // ВНИИМК - Конференции и семинары. 9.11.2017. Сайт ВНИИМК e-mail: vniimk.ru

3. Кружилин И.П., Толоконников В.В., Вишнякова М.А. Каталог Мировой коллекцииВИР. Соя - исходный материал для селекции в богарных и орошаемых условиях Нижнего Поволжья. Санкт-Петербург, 2000. Вып. 706. 56 с.

4. Тарчоков Х.Ш., Тутукова Д.А. Соя различных групп спелости в условиях предгорной зоны Кабардино-Балкарии // Аграрная Россия. 2020. № 6. С. 27-32.

5. Толоконников В.В. Селекция отзывчивых на орошение сортов сои с обоснованием экологической значимости для национальной экономики // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука в высшее профессиональное образование. 2020. № 4 (60). С. 69-78.

6. Толоконников В.В. Основные направления и результаты селекции сои и люцерны в условиях орошения Нижнего Поволжья // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 3 (43). С. 55-60.

7. Тренд современной селекции - соя на орошении // Агробизнес. Щёлково - Агрохим, 2020. 25 с.

8. Шабалкин А.В., Дубинкина Е.А. Соя - экономически выгодная культура // Аграрная Россия. 2022. № 1. С. 17-21.

9. Miladinovic J. Allelic variation and distribution of the major maturity genes in different soybean collections // Frontiers in Plant Science. 2018. V. 9. С. 1286.

10. Montoya F. Effects of irrigation regime on the growth and yield of irrigated soybean in temperate humid climatic conditions // Agricultural Water Management. 2017. V. 193. P. 30-45.

11. Nekrasov A.Y. Soybean: Sources from the VIR collection of genetic resources // Proc. on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2020. № 181(1). Р. 48-52.

12. Robison J. D., Yamasaki Y., Randall S. K. The ethylene signaling pathway negatively impacts cbf/dreb-regulated cold response in soybean (glycine max) // Frontiers in Plant Science. 2019. V. 10. P. 121.

13. Stobaugh B. Agronomic evalnation of high - protein and high oil soybean genotypes for specialyty markets // Grop improvement. 2017. V. 31 (2). P. 247-260.

Размещено на Allbest.ru