Селекция гибридных сортов озимой диплоидной ржи в беларуси

Гордей С.И., канд. биол. наук, *Урбан Э.П., канд. с.-х. наук

Институт генетики и цитологии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь

^*Институт земледелия и селекции НАН Беларуси, г. Жодино, Беларусь

 

В Республике Беларусь рожь является основной продовольственной культурой среди зерновых. Она высокоадаптивна к экологическим условиям республики, менее требовательна к плодородию почвы, обладает высокой зимостойкостью, устойчивостью к основным грибным заболеваниям. Зерно ржи характеризуется высокой питательной ценностью, сбалансированностью по аминокислотному составу и повышенным содержанием лизина [2].

В республике выведен ряд высокопродуктивных популяционных сортов этой культуры, таких как Пуховчанка, Верасень, Спадчына, Сябровка, Завея-2 (тетраплоидные), а также Калинка, Радзима, Ясельда, Зуброўка, Зарница, Талисман (диплоидные). Однако применяемые в практической селекции методы создания популяционных сортов в значительной степени исчерпаны, что является основным препятствием для дальнейшего прогресса в селекции этой культуры. Использование эффекта гетерозиса - наиболее перспективное направление дальнейшего повышения потенциальной и реальной продуктивности озимой ржи. Создание гетерозисных гибридов F₁ позволяет повысить урожайность этой культуры  на 15-20% по сравнению с лучшими популяционными сортами. Гетерозисные гибриды обладают более высоким генетическим потенциалом адаптивности, устойчивости к болезням, качества зерна и стабильной урожайности. Рядом исследователей установлено, что использование гибридных сортов экономически оправдано уже при 10%-ном уровне конкурсного гетерозиса.[4]

В течение последних десятилетий селекция гибридов ржи на основе цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) была включена в программы большинства селекционных учреждений Европы. Более 90% мирового валового сбора зерна ржи сосредоточено именно в этой части света. Лидирующее положение по использованию гетерозиса у ржи занимает Германия. Первый коммерческий гибрид здесь был получен  в 1984 году. В 1995 году гетерозисные гибриды возделывались на 50% площадей, отводимых под озимую рожь в Германии, а в 2003 г. более 20 коммерческих гибридов занимали уже более 60% площадей [3].

Польша является второй страной после ФРГ, начавшей разработку программы по созданию гибридных сортов озимой ржи. В течение 15-ти лет был получен ряд гибридов с высоким уровнем гетерозиса, а с 1999 года гибридные сорта внедрены в с.-х. производство. В настоящее время широко развернута работа по данной проблеме в России и на Украине.

Селекция гибридных сортов ржи актуальна и для Беларуси. Это убедительно показали результаты испытания гибридов Польской и Немецкой селекции в экологических условиях нашей Республики.

С 1994 по 1999 гг. проводились испытания гетерозисных гибридов F₁ польской селекции на опытных полях Института земледелия и селекции. Ежегодно испытывалось от 10 до 25 гибридов F₁ в сравнении с 3-4 лучшими популяционными сортами белорусской селекции. Как показали результаты, гибриды F₁ ежегодно превышали по продуктивности популяционные сорта и средний уровень гетерозиса составил 14-15%. Следует также отметить, что гибриды более выровнены, устойчивы к полеганию и по зимостойкости не уступают сортам местной селекции. По устойчивости к основным болезням  (мучнистая роса, бурая ржавчина, спорынья, снежная плесень) гибриды также не уступают популяционным сортам [1].

Аналогичные результаты получены при испытании двух немецких гибридов (табл.1). Как видно из таблицы, эффект гетерозиса по зерновой продуктивности обусловлен повышенной продуктивной кустистостью, в то время как по массе 1000 зерен превышения над стандартом не наблюдалось. Кроме этого, установлено, что в поколении F₂ происходит существенное снижение урожайности гибридов и выравненности их стеблестоя.

 

Таблица 1 Результаты конкурсного сортоиспытания гибридов озимой ржи (ИЗиС НАНБ, 2003)

Название сорта	Урожайность		Продукт. стеблей, шт/м2	Масса 1000 зерен, г	Перези-мовка, %
	ц/га	± к ст.
Радзима  -  ст.	55,6		450	36,4	97,8
Picasso F1	61,2	5,6	510	33,3	97,5
НВП-3   F1	59,1	3,5	540	29,8	96,9
Picasso F2	50,9	- 10,3	430	29,5	93,8
НСР 05 ц/га		2,6

 

Учитывая то, что испытываемые гибриды созданы для  условий Польши и Германии, где климат более мягкий по сравнению с Беларусью, есть основания считать, что создание гибридных сортов на генетической основе местных популяций будет способствовать ещё более высокому уровню гетерозиса по зерновой продуктивности в связи с более высокой адаптивностью белорусских популяций.

На основании результатов одногодичных исследований установлено, что наибольшая прибавка урожайности гибридных сортов в условиях Беларуси достигается при норме высева 360 зерен/м² (табл.2). Данные исследования продолжаются, так как условия года, несомненно, оказывают влияние на формирование элементов продуктивности растений в зависимости от нормы высева семян.

Таблица 2 Урожайность гибридов F₁ озимой ржи при различных нормах высева, ц/га

№ п/п	Название сорта, гибрида	Норма высева, зерен/м2						Сред-няя ур-ть, ц/га	± к стандарту, %
		200		280		360
		ур-ть	± к ст., %	ур-ть	± к ст., %	ур-ть	± к ст, %
1	Радзима – ст.	33,75		42,50		40,25		38,83
2	ТД	33,50	– 0,74	44,50	+ 4,71	46,00	+14,29	41,30	+ 6,36
3	Седно	36,25	+ 7,41	38,50	– 9,41	45,50	+13,04	40,08	+ 3,22
4	Радко	33,75	0	42,00	– 1,18	44,25	+ 9,94	40,00	+ 3,01
5	ТУР	36,25	+ 7,41	37,75	–11,18	43,00	+ 6,83	39,00	+ 0,44
	Ср. урож-ть, ц/га	34,70		41,05		43,80
	Ср.. урож-ть по гибридам,  ц/га	34,94		40,69		44,69

В настоящее время ведется работа по селекции гибридных сортов ржи на генетической основе белорусских популяций с использованием ЦМС Р- и G-типов. Первоочередной задачей ставится создание селекционно-ценных систем ЦМС (линия – закрепитель стерильности, его мужски стерильный аналог и восстановитель фертильности). Работа проводится совместно двумя научными учреждениями: Институтом генетики и цитологии и Институтом земледелия и селекции НАН Беларуси. На рисунке 1 представлена схема организации работ по селекции гибридной ржи.

Как показали результаты наших исследований, для G-типа практически все инцухт-линии ржи, созданные на основе белорусских популяционных сортов, являются восстановителями фертильности с индексом восстановления от 74,3% до 96,7%, в связи с чем присутствует риск потери МС-форм в поколениях. Существующая в настоящее время G-ЦМС, полученная с использованием западноевропейских популяций, не отвечает требованиям  климатических условий Беларуси, прежде всего из-за низкой морозоустойчивости. В данное время проводится работа по созданию закрепителей стерильности для G-ЦМС, основанной в первую очередь  на интрогрессии генов высокой морозостойкости.

Ситуация с Р-ЦМС складывается иная. На генетической основе местных высокоадаптивных популяций созданы системы ЦМС с высокой комбинационной способностью. Результаты исследований показали, что для Р-ЦМС характерна высокая частота генов закрепления стерильности, в связи с чем не возникает проблем с поддержанием МС-форм в поколениях. Более трудоемким процессом является выделение восстановителей фертильности с высоким индексом восстановления и одновременно с высокой комбинационной способностью. Установлено, что уровень восстановления фертильности пыльцы у гибридов F₁ (для Р-ЦМС) зависит как от материнского, так и от отцовского компонента  (табл. 3). Как видно из таблицы, практически все восстановители фертильности в среднем обеспечили достаточный уровень фертильности гибридов F1. Вместе с тем, в отдельных комбинациях при использовании популяционного сорта Калинка, уровень фертильной пыльцы был низким: 1,5%, 30,6%. При таком уровне фертильности пыльцы пыльники, как правило, не растрескиваются и процесс опыления не происходит.

Среди МС-форм, линии МС-7 и МС-2 являются наиболее подходящими материнскими компонентами гибридов, так как  средний уровень фертильности пыльцы у гибридов F1 с использованием этих линий достаточно высок: 91,5% и 71,0% соответственно. Линия МС-5 характеризовалась самой низкой способностью формировать фертильные гибриды при скрещивании со всеми восстановителями фертильности. Среди наиболее ценных по восстанавливающей способности отцовских форм следует выделить линию 4-1 (табл. 3.).

Таблица 3 Уровень восстановления фертильности пыльцы у гибридов F₁ озимой ржи, %

МС- линия	Восстановитель фертильности				Среднее
	4-1	25-1	17-3	Калинка
МС-7	97,0±1,2	96,3±1,3	81,5±2,5	91,0±1,8	91,5
МС-2	90,2±1,8	87,5±2,3	75,7±3,5	30,6±2,5	71,0
МС-13	76,2±2,7	65,5±2,8	62,6±4,4	68,6±2,7	68,2
МС-24	69,7±3,0	60,7±2,6	63,7±3,5	57,5±2,4	62,9
МС-5	22,4±2,8	24,3±2,3	18,6±2,7	1,5±0,5	16,7
Среднее	71,1	66,9	60,4	49,8	62,1

 

Полученные данные согласуются с результатами других исследователей, использовавших исходный материал из западно-европейских популяций [5].

Анализ литературных данных показывает, что формы с высоким индексом восстановления, как правило, характеризуются недостаточно высокой комбинационной способностью. Используемые в настоящее время восстановители фертильности (сорта-синтетики) для создания коммерческих сортов имеют относительно низкий индекс восстановления, что часто приводит к череззернице и восприимчивости к спорынье, особенно при дождливой погоде во время цветения [3]. Следовательно, актуальным направлением дальнейших исследований является разработка новых методов (включая генную инженерию и биотехнологию) создания восстановителей фертильности с высоким индексом восстановления и высокой комбинационной способностью для Р-ЦМС.

Не менее важным направлением является создание гибридных сортов ржи на генетической основе ЦМС G-типа, где в первую очередь необходимо создание линий закрепителей стерильности. В ряде стран Западной Европы уже возделываются гибридные сорта с использованием данного типа ЦМС [7].

В настоящее время в результате проводимых Беларуси исследований по селекции гибридных сортов ржи создан ряд селекционно-ценных систем Р-ЦМС, на генетической основе которых в ближайшие годы  планируется получение, испытание и внедрение  гибридов F₁.

 

Литература

1.   Гордей С.И.. Селекционно-генетические аспекты  использования   эффекта гетерозиса у озимой ржи (Secale cereale L.).  // Весцi НАНБ, сер.биял.навук. – 2002. - № 1. - С. 103-108

2.   Кобылянский В. Д. Рожь. - М., 1982.

3.   Geiger H.H. & Miedaner T. Hybrid rye and Heterosis // Coors, J.G. and S. Pandey (eds.). Genetics and Exploitation of Heterosis in Crops. Hrsg. : Madison, Wisconsin, USA: Crop Sci. Soc. America. -  1999. - Р. 439-450

4.   Geiger H.H. & Schnell F.W. Cytoplasmic male sterility in rye (Secale cereale L.) // Crop. Sci. - 1970. - Vol.10. - P. 56–60.

5.   Madej L., Osinski R. & Jagodinski J. Ocena plodnosci mieszancow zyta // Biuletyn Inst. Hodowli i Aklimat. Roslin. - 1995. - № 195/196. - P. 283-290.

6.   Madej L.J. Worldwide trends in rye growing and breeding //  Рroc. Int. Symp. on rye breed. and gen. – EUCARPIA, 1996. - P. 11.

7.   Melz Gi., Melz Gu., Hartmann F. Genetics of a male-sterile rye of “G-type” with results of the first F₁ hybrids // Рroc. Int. Symp. on rye breed. and gen. – EUCARPIA, 2001. - P. 43 – 50.