ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЛЕКЦИИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ

УДК 631.2.524

Основные методы и результаты селекции многолетних трав

В. М. Косолапов, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук

С. В. Пилипко, кандидат сельскохозяйственных наук

ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса»

141055, Россия, Московская обл., г. Лобня, Научный городок, корп. 1

Е-mail: vnii.kormov@yandex.ru

Использование традиционных и современных методов селекции позволяет значительно ускорить создание новых высокопродуктивных, специализированных и устойчивых к экстремальным условиям среды и болезням сортов кормовых культур с высокими качественными показателями. В результате многолетних исследований в ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса» разработаны эффективные селекционные методы: экспериментальная полиплоидия, химический мутагенез, метод поликросса при создании гетерозисных сложногибридных популяций, отдалённая гибридизация, методы биотехнологии, генетики, симбиотической и ризосферной селекции. На основе метода химического мутагенеза создан ультрараннеспелый сорт клевера лугового Ранний 2, формирующий в течение 45‒70 дней 10‒11 т/га сухой кормовой массы при содержании протеина 16‒18%; на основе метода экспериментальной полиплоидии выведен тетраплоидный сорт Марс, который формирует 12 т/га сухого вещества, содержание протеина 17‒19%. На основе метода эдафической селекции созданы сорт клевера лугового Топаз с продуктивностью сухого вещества 8‒13 т/га и содержанием сырого протеина 16‒18% и сорт люцерны Селена, обеспечивающий 11 т/га сухого вещества, произрастающие в условиях повышенной кислотности (рН — 4‒4,5). В настоящее время созданы сортомикробные системы люцерны пяти-шестилетнего срока использования в травосмеси на окультуренных почвах, разработана методика сопряжённой селекции сортов овсяницы красной, обладающих повышенной ассоциативной растительно-микробной азотфиксацией; на клевере луговом применение местных штаммов обеспечило увеличение урожайности сухой массы сорта Тетра ВИК на 10‒18% в сравнении со стандартом ВИК 7. Селекционные исследования с использованием новых методов селекции с кормовыми злаковыми травами привели к созданию ценных сортов. На основе метода экспериментальной полиплоидии созданы тетраплоидные зимостойкие сорта райграса пастбищного ВИК 66, Дуэт, методом сложногибридных популяций — сорт овсяницы луговой Кварта, методом поликросса — сорт костреца безостого Факельный.

Ключевые слова: кормопроизводство, селекция, сорт, методы, продуктивность.

Кормопроизводство является основой развития растениеводства, земледелия и животноводства, обеспечивая эффективность и устойчивость сельского хозяйства.

В последние годы развитие кормопроизводства всё более опирается на биогеоценотический подход и ландшафтное районирование с учётом различных форм хозяйствования. При этом появляются новые требования к создаваемым сортам. Новые сорта должны быть не только специализированными по типу использования, но и устойчивыми к лимитирующим факторам внешней среды. Эти факторы меняются для отдельных культур с учётом условий различных регионов. Поэтому комплексный подход к выведению новых сортов с заданными свойствами включает привлечение генофонда, широкого экологического селекционного материала, применение разработок биотехнологии, генетики, иммунитета с использованием современных методов селекции (Косолапов, Шамсутдинов и др., 2015).

Актуальным при выведении новых сортов является подход, который предполагает адаптивное использование экологического и биологического потенциала видов культурной и природной флоры с целью обеспечения высокой продуктивности и устойчивости растений и создания системы географически и экологически дифференцированных сортов кормовых растений (Косолапов, Пилипко, 2017).

В последние годы широко используются методы симбиотической и ризосферной селекции. Функции азотфиксаторов во взаимодействиях многообразны: фиксация атмосферного азота, улучшение питания растений за счёт повышения коэффициента использования минерального азота почв, синтеза биологически активных веществ, повышение устойчивости растений к действию патогенов и абиотическим стрессам.

Поэтому важнейшей задачей является разработка методов сопряжённой селекции и ризосферных микроорганизмов, направленных на создание новых сортов кормовых культур, обеспечивающих создание сорто-микробных консортивных систем люцерны, клевера лугового, многолетних злаковых трав, обеспечивающих получение 12‒14 т/га сухого вещества, 2,5‒3,0 т/га протеина, накопление в почве 150‒240 кг/га азота и до 90 кг/га фосфора с учётом природной зональности, экологической среды, экстремальных условий (Шамсутдинов, Писковацкий, Новосёлов и др., 2016).

В связи с этим целью научных исследований являлось создание системы перспективных высокопродуктивных, климатически и экологически дифференцированных сортов многолетних трав на основе традиционных и современных методов селекции.

Методика исследований. Сорта многолетних бобовых и злаковых трав созданы по «Методике селекции многолетних трав» (1978), «Методическим указаниям по селекции и первичному семеноводству многолетних трав» (1993), «Методическим указаниям по селекции и первичному семеноводству клевера» (2002), «Методическим указаниям по селекции многолетних злаковых трав» (2012). Определение накопления азота в почве проводилось в соответствии с ГОСТ 26107-84. Объектами исследований были клевер луговой, люцерна, многолетние злаковые травы.

Многолетние селекционно-семеноводческие исследования проводились в Московской области на базе ВНИИ кормов в 1971‒2015 годах в полевых, вегетационных и лабораторных опытах на дерново-подзолистой суглинистой почве с использованием селекционно-тепличного комплекса и имеющегося лабораторного оборудования. Московская область расположена в умеренном широтном поясе, почти в центре Русской равнины. Климат континентальный, характеризуется значительными годовыми и суточными колебаниями температуры воздуха. Сумма положительных температур составляет 1970‒2080°С, среднегодовое количество осадков — 420‒460 мм. К неблагоприятным погодным явлениям относятся поздние весенние и ранние осенние заморозки.

Погодные условия в 2012‒2015 годах определялась повышенной суммой активных температур в период вегетации и меньшим количеством осадков относительно среднемноголетних значений.

Результаты исследований. В селекции кормовых культур большое значение имеет создание фитоценотических сортов клевера, люцерны, многолетних злаковых трав. Именно на принципах фитоценотической селекции создан сорт люцерны Луговская 67, пригодный для создания многокомпонентных люцерно-злаковых агрофитоценозов. Сорт обеспечивает получение в Нечернозёмной зоне 10‒12 т сухого вещества и 2,5 т белка с 1 га. Но главное свойство этого сорта — фитоценотическое долголетие. Бобовый компонент в травосмеси сохраняется на чётвертый-пятый годы пользования на уровне 40‒45 %. Такое долголетие люцерны в травосмеси обеспечивает злаковым травам достаточное количество биологического азота, улучшая пищевой режим почвы и способствуя максимальному проявлению средообразующей функции многолетних трав.

В ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса» развёрнуты исследования по эдафической селекции — созданию системы сортов кормовых культур, устойчивых к избыточно кислым почвам и токсичности алюминия. Создан сорт клевера лугового Топаз с продуктивностью 8‒13 т/га сухого вещества, произрастающий в условиях повышенной кислотности почвы (рН — 4,5‒4,8). Сорт люцерны Селена на кислых почвах (рН ˂ 4) обеспечивает урожайность 9,5‒11 т/га сухого вещества и отличается продуктивным долголетием (4‒5 лет). Сорт люцерны Солеустойчивая, произрастающий на почвах с избыточным засолением, обеспечивает три-четыре укоса зелёной массы в течение 4 лет пользования. В условиях орошения урожайность зелёной массы составляет 80‒90 т/га, сухой — 15‒16 т/га, урожайность семян — 300‒350 кг/га, сбор протеина — 2,8‒3,5 т/га (Писковацкий, 2016).

Большой объём исследований проводится по селекции клевера. На основе генетико-селекционных методов решена сложная проблема в селекции клевера — преодолена отрицательная коррелятивная связь между зимостойкостью и раннеспелостью, что позволило создать ультрараннеспелые сорта клевера лугового Ранний 2, ВИК 77, Трио, которые созревают на семена на 10‒30 дней раньше стандарта ВИК-7, требуют меньше тепла (280‒300°С), чем позднеспелые сорта, обеспечивая высокую семенную продуктивность (250‒400 кг/га), урожайность сухого вещества на уровне 9‒11 т/га, протеина — до 18%, зимостойкость — 85‒95% (Новосёлов, 2007).

Внедрение новых сортов клевера лугового расширило более чем на 300 км биологические границы производства семян клевера. Тетраплоидные сорта клевера лугового Марс, ВИК 84, положительно сочетающие раннеспелость и высокую зимостойкость, обеспечили возможность клеверосеяния на орошаемых землях сухих степей Поволжья.

Для сенокосно-пастбищного использования выведен новый сорт клевера ползучего Луговик, характеризующийся чётко выраженной экологической индивидуальностью, разными сроками созревания, симбиотической активностью, формирующий в условиях Нечерноземья 8‒13 т/га сухого вещества, сбор протеина 2,0‒2,5 т/га и накапливающий 120‒150 кг биологического азота.

В селекции клевера лугового эффективным является метод поликросса при создании гетерозисных сложногибридных популяций, обладающих высокой общей комбинационной способностью по кормовой и семенной продуктивности.

Создание зимостойких сортов клевера для сенокосов и пастбищ остаётся важным направлением в селекции. Зимостойкость клевера повышают в основном методом гибридизации. В результате исследований разработан метод для массовой оценки зимостойкости коллекции и другого селекционного материала. Данный метод отбора морозостойких форм на ранних этапах селекционного процесса может значительно повысить эффективность селекции на устойчивость к стрессам и другим неблагоприятным факторам воздействия на генотип.

Важным направлением селекции клевера является повышение эффективности фиксации молекулярного азота для создания перспективных сортов клевера.

Повышение эффективности симбиоза клевера лугового предусматривает подбор местных штаммов, комплементарных к имеющимся районированным и перспективным сортам.

В результате исследований при применении местных штаммов урожайность клевера увеличилась на 10‒18% (Новосёлов, 2015).

Селекционные исследования с кормовыми злаковыми травами с использованием традиционных и современных методов селекции привели к созданию ценных сортов (Косолапов, Пилипко, Костенко, 2015).

Селекция ранее созданных сортов многолетних злаковых трав базировалась на искусственном отборе, а с развитием генетической науки при выведении перспективных сортов использовали методы отдалённой гибридизации, экспериментальной полиплоидии, химического мутагенеза, цитоплазматической мужской стерильности.

В селекционной работе с кормовыми злаковыми травами метод экспериментальной полиплоидии, особенно в сочетании с межсортовой и отдалённой гибридизацией, имеет большое значение при создании долголетних высокоурожайных сортов кормовых злаковых трав многоукосного и пастбищного типа.

Путем отдалённой гибридизации овсяницы луговой с райграсом итальянским создан межродовой гибрид фестулолиум ВИК 90, особенностями которого является высокая зимостойкость и засухоустойчивость, сбор сухого вещества составляет 14 т/га, урожайность семян — 600‒800 кг/га, содержание сырого протеина — 13,5%, сорт рекомендуется для интенсивного кормопроизводства (Костенко, 2015).

Для пастбищного использования на различных типах почв, включая суходолы, методом сложногибридных популяций создан сорт овсяницы луговой Кварта, обеспечивающий продуктивность сухого вещества 8‒12 т/га, семян — 550 кг/га; при газонном использовании сорт отличается долголетием и хорошим качеством травяного ковра.

При создании сорта костреца безостого Факельный использован метод поликросса. Гибридные растения отличались тонкостебельностью, повышенной кустистостью и продуктивностью и были включены с целью повышения гетерозиготности сложногибридной популяции.

Сорт костреца безостого Факельный обеспечивает урожайность сухой массы 12‒13 т/га, семян — 350‒500 кг/га, быстро отрастает весной и после скашивания, отличается зимостойкостью и долголетием. Рекомендуется для сенокосного и пастбищного использования на суходольных лугах в чистом виде и в травосмеси, а также на осушенных торфяно-болотных почвах.

На основе полиплоидии создан сорт тетраплоидного райграса пастбищного ВИК 66, который позволил продвинуть выращивание этой культуры, по сравнению с традиционным ареалом её возделывания, на 200‒300 км севернее и восточнее. Последние сорта райграса пастбищного Дуэт, Феникс, Карат отличаются ещё большей зимостойкостью и долголетием, обеспечивая урожайность сухого вещества на орошаемых землях более 20,0 т/га за сезон при семенной продуктивности 500‒600 кг/га. Продуктивное долголетие сорта Феникс на севере Московской области при сенокосном режиме использования достигает 6‒8 лет. У сорта Карат, который был выведен как газонно-пастбищный, продуктивность ниже, но он способен выдерживать до 10 стравливаний за сезон. Кроме того, он прекрасно растёт в смеси с клевером ползучим и формирует с бобовыми компонентами до 18,0 т/га сухого вещества.

Новый диплоидный сорт райграса пастбищного ВИК 22 получен на основе скрещивания диплоидных сортов (Цна, Моршанский 1) и дикорастущих популяций (из Прибалтики), он характеризуется продуктивным долголетием (до 6 лет) при четырёх-пятикратном скашивании, урожайность сухого вещества при пятикратном отчуждении — до 10,8 т/га, превышение над стандартом (сорт Цна) составляет 11%. Сорт рекомендуется для пастбищного и газонного использования.

Заключение. Использование эффективных селекционных методов экологической направленности позволило создать перспективные сорта многолетних трав с широкой реакцией на абиотические, биотические факторы среды, обеспечивающие высокую продуктивность агроценозов, а также специализированные сорта пастбищного и газонного назначения с высокой семенной продуктивностью, зимостойкостью, долголетием, обладающие достаточно высокой переваримостью получаемого корма. Внедрение и эффективное использование этих сортов в хозяйствах различных регионов страны обеспечит увеличение производства кормов и создание надёжной кормовой базы для животноводства.

Литература

  1. Основные виды и сорта кормовых культур: итоги научной деятельности селекционного центра. — М.: Наука, 2015. — 545 с.
  2. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. — М., 2016. — 468 с.
  3. Косолапов В. М. Состояние и перспективы селекции многолетних кормовых культур / В. М. Косолапов, С. В. Пилипко // Кормопроизводство. — 2017. — № 7. — С.25‒28.
  4. Косолапов В. М. Новые сорта кормовых культур — залог успешного развития кормопроизводства / В. М. Косолапов, С. В. Пилипко, С. И. Костенко // Достижения науки и техники АПК. — 2015. — № 4. — С.35‒37.
  5. Достижения, приоритетные направления и задачи селекции и семеноводства кормовых культур / З. Ш. Шамсутдинов, Ю. М. Писковацкий, М. Ю. Новосёлов, Ю. С. Тюрин и др. // Кормопроизводство. — 2016. — № 8. — С.27‒34.
  6. Новосёлов М. Ю. Клевер луговой (Trifolium pratense L.). Адаптивная селекция кормовых растений / М. Ю. Новосёлов. — М., 2007. — С.65‒69.
  7. Методические указания по селекции многолетних злаковых трав. — М., 2012. — 51 с.
  8. Пилипко С. В. Актуальные направления в селекции кормовых культур / С. В. Пилипко // В сб. «Актуальные и новые направления в селекции и семеноводстве сельскохозяйственных культур»: материалы Международной научно-практической конференции. — Владикавказ, 2017. — С.100‒103.
  9. Пилипко С. В. Итоги работы по созданию новых сортов кормовых культур / С. В. Пилипко, С. И. Костенко // Адаптивное кормопроизводство. — 2014. — № 1. — С.23‒28.
  10. Методические указания по селекции многолетних трав. — М., 1978. — 132 с.
  11. Методические указания по селекции и первичному семеноводству многолетних трав. — М., 1993. — 112 с.
  12. Методические указания по селекции и первичному семеноводству клевера. — М., 2002. — 71 с.
  13. ГOCT 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота. — М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1984. — 7 с.

Principal methods and results in breeding of perennial grasses

V. M. Kosolapov, academician of Russian Academy of Science, Dr. Agr. Sc.

S. V. Pilipko, PhD Agr. Sc.

Federal Williams Research Center of Fodder Production and Agroecology

141055, Russia, the Moscow region, Lobnya, Science Town, 1

Е-mail: vnii.kormov@yandex.ru

Methods of plant breeding significantly accelerate breeding of highly productive and qualitative forage crop varieties, resistant to abiotic and biotic stresses. FWRC FPA developed effective breeding methods: experimental polyploidy, chemical mutagenesis, polycross in breeding of heterosis complex-hybrid populations, interspecific hybridization and methods of Biotechnology, Genetics and Selection for symbiotic and rhizosphere potential. Ultra-early red clover “Ranniy 2”, obtained via chemical mutagenesis, produces 10‒11 t ha-1 of forage mass for 45‒70 days and contains 16‒18 % of protein. Tetraploid variety “Mars” of experimental polyploidy gives 12 t ha-1 of forage mass and has 17‒19 % of protein. Edaphic selection developed red clover “Topaz”, forming 8‒13 t DM ha-1 and 16‒18 % of protein content and alfalfa “Selena”, producing 11 t DM ha-1 and growing under рН — 4‒4.5. The Center obtained alfalfa-microbial systems, growing for 5‒6 years as grass mixtures on cultivated lands and developed methods of conjugate breeding for red fescue, having effective root-rhizobia symbiosis. Red clover “Tetra VIK”, treated by local strains exceeded standard “VIK 7” in DM productivity by 10‒18 %. Experimental polyploidy gave tetraploid perennial ryegrass “VIK 66” and “Duet”, having high winter hardiness, method for complex-hybrid populations — meadow fescue “Kvarta” and polycross — smooth brome “Fakelnyy”.

Keywords: fodder production, plant breeding, variety, method, productivity.

References

1. Osnovnye vidy i sorta kormovykh kultur: itogi nauchnoy deyatelnosti selektsionnogo tsentra. — Moscow: Nauka, 2015. — 545 p.

2. Gosudarstvennyy reestr selektsionnykh dostizheniy, dopushchennykh k ispolzovaniyu. — Moscow, 2016. — 468 p.

3. Kosolapov V. M. Sostoyanie i perspektivy selektsii mnogoletnikh kormovykh kultur / V. M. Kosolapov, S. V. Pilipko // Kormoproizvodstvo. — 2017. — No. 7. — P.25‒28.

4. Kosolapov V. M. Novye sorta kormovykh kultur — zalog uspeshnogo razvitiya kormoproizvodstva / V. M. Kosolapov, S. V. Pilipko, S. I. Kostenko // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2015. — No. 4. — P.35‒37.

5. Dostizheniya, prioritetnye napravleniya i zadachi selektsii i semenovodstva kormovykh kultur / Z. Sh. Shamsutdinov, Yu. M. Piskovatskiy, M. Yu. Novoselov, Yu. S. Tyurin et al. // Kormoproizvodstvo. — 2016. — No. 8. — P.27‒34.

6. Novoselov M. Yu. Klever lugovoy (Trifolium pratense L.). Adaptivnaya selektsiya kormovykh rasteniy / M. Yu. Novoselov. — Moscow, 2007. — P.65‒69.

7. Metodicheskie ukazaniya po selektsii mnogoletnikh zlakovykh trav. — Moscow, 2012. — 51 p.

8. Pilipko S. V. Aktualnye napravleniya v selektsii kormovykh kultur / S. V. Pilipko // V sb. “Aktualnye i novye napravleniya v selektsii i semenovodstve selskokhozyaystvennykh kultur”: materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. — Vladikavkaz, 2017. — P.100‒103.

9. Pilipko S. V. Itogi raboty po sozdaniyu novykh sortov kormovykh kultur / S. V. Pilipko, S. I. Kostenko // Adaptivnoe kormoproizvodstvo. — 2014. — No. 1. — P.23‒28.

10. Metodicheskie ukazaniya po selektsii mnogoletnikh trav. — Moscow, 1978. — 132 p.

11. Metodicheskie ukazaniya po selektsii i pervichnomu semenovodstvu mnogoletnikh trav. — Moscow, 1993. — 112 p.

12. Metodicheskie ukazaniya po selektsii i pervichnomu semenovodstvu klevera. — Moscow, 2002. — 71 p.

13. GOCT 26107-84. Pochvy. Metody opredeleniya obshchego azota. — Moscow: Gosudarstvennyy komitet SSSR po standartam, 1984. — 7 p.

Комментарии запрещены.