БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2023.1.43rus

УДК 633.37:631.52:631.524.6:631.559

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-16-00084).

 

СЕЛЕКЦИЯ ГУАРА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В СВЯЗИ С ПЕРСПЕКТИВОЙ ПРОИЗВОДСТВА ОТЕЧЕСТВЕННОЙ КАМЕДИ (обзор)

Е.А. ДЗЮБЕНКО1 , В.И. САФРОНОВА2, М.А. ВИШНЯКОВА1

Гуар (Cyamopsis tetragonoloba(L.) Taub.) — источник камеди, добываемой из эндосперма семян этого однолетнего бобового растения (D. Mugdil с соавт., 2014; R. Pathak с соавт., 2015). Гуаровая камедь широко применяется как гелеобразующий агент в газонефтяной отрасли, а также как загуститель в пищевой, косметической, текстильной и бумажной отраслях промышленности (R.J. Chudzikowski с соавт., 1971; N.Thombare с соавт., 2016; A.M.A. Hasan с соавт., 2018). Гуар обладает умеренной засухоустойчивостью, толерантен к засолению почв и нетребователен к их плодородию (D.J. Undersander с соавт., 1991; R.K.Bhatt c соавт., 2017). Доместикация гуара произошла в Индии и Пакистане, где его в течение веков выращивали как кормовое растение (N. Thombare с соавт., 2016). Эти страны и в наши дни остаются главными производителями и экспортерами культуры, но уже как продуцента камеди. В рамках импортозамещения гуар был интродуцирован в Российскую Федерацию, где в течение последнего десятилетия в некоторых районах Южного федерального округа и Нижнего Поволжья получают производственные партии кондиционных семян. Экспериментальные партии камеди, извлеченной из отечественных семян, показали, что она по количеству и качеству соответствует нормативам (I.V. Kruchina-Bogdanov с соавт., 2019). Есть все основания предполагать, что в ближайшем будущем гуаровая камедь будет производиться в России. Для интенсификации производства гуара требуется создание новых, адаптированных к условиям РФ сортов. Несколько отечественных сортов уже создано, в том числе четыре сорта выведены в ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова — ВИР (Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, 2022). Поскольку получение камеди зависит от семенной продуктивности культуры, достаточно остро стоит вопрос повышения ее урожайности (A.K. Jukanti с соавт., 2019). Однако в РФ, где главный лимитирующий фактор для гуара — это теплообеспеченность (Д.В. Лебедь с соавт., 2017), приоритетным признаком становится скороспелость, которая, в свою очередь, связана с чувствительностью растения к фотопериоду. Поэтому необходим поиск в генофонде форм с пониженной чувствительностью к фотопериоду, способных в условиях сравнительно короткого лета производить полноценные семена (S.B. Teplyakova с соавт., 2019). При интродукции культуры в более северные широты в условиях длительного вегетационного периода при понижении ночных температур и повышенной влажности у гуара формируются некачественные, темнеющие в бобах семена (T. Hymovitz с соавт., 1963; Д.В. Лебедь с соавт., 2018). В связи с этим в РФ важно использовать максимально скороспелые, ранние сорта гуара. Встает вопрос об оптимальной для условий РФ архитектонике растений, способствующей формированию высокопродуктивных агроценозов (М.И. Волошин с соавт., 2019). Многие исследователи рекомендуют использовать одностебельные и малостебельные сорта гуара как более скороспелые и пригодные к механизированной уборке, они в большей степени соответствуют индустриальной модели сорта (F. Gresta с соавт., 2018; C.M.G. Reis с соавт., 2021). Также к раннеспелым относятся сорта с детерминантным типом роста (Е.А. Дзюбенко с соавт., 2017). Гуар, как и большинство других однолетних бобовых культур, относится к самоопылителям (R.E. Stafford с соавт., 1975), техника его гибридизации сложна, и процент успешно проведенных скрещиваний невысок (R.E. Stafford с соавт., 1980). Основной метод традиционной селекции у гуара — индивидуальный отбор выделившихся растений (A.K. Jukanti с соавт., 2019). Исследователи сходятся во мнении, что для повышения урожайности культуры ключевым индексом для отбора должен быть показатель количества бобов на растении (F. Gresta с соавт., 2013). Наличие генетических и геномных ресурсов вида позволяет вести селекцию гуара как традиционными, так и молекулярными методами (S. Kumar с соавт., 2017). Для гуара идентифицировано несколько типов молекулярных маркеров, однако их не так много, как у других бобовых (W. Ravelombola с соавт., 2021). Необходимо также быть готовыми к воздействию биотических стрессоров — болезней и вредителей, для чего нужно создавать устойчивые сорта с широкой генетической основой (Е.Е. Радченко с соавт., 2018). Весь круг этих вопросов очерчен в представленном обзоре как задачи, стоящие перед отечественными селекционерами гуара при создании сортов — продуцентов камеди. Обсуждаются перспективы использования методов маркер-опосредованной и геномной селекции (S. Kumar с соавт., 2020; E. Gigoreva с соавт., 2021; S. Pareek с соавт., 2022). Созданные отечественные сорта гуара получены методом традиционной селекции, но активное развитие геномных, метаболомных и транскриптомных ресурсов вида дает основание надеяться на скорое практическое применение прорывных методов селекции культуры, которые позволят повысить урожайность и адаптацию гуара в условиях РФ.

Ключевые слова: гуар, гуаровая камедь, интродукция, селекция, семенная продуктивность, скороспелость.

 

 

OBJECTIVES OF GUAR BREEDING IN THE RUSSIAN FEDERATION IN CONNECTION WITH THE PROSPECTS OF DOMESTIC GUAR GUM PRODUCTION (review)

E.A. Dzyubenko1 , V.I. Safronova2, M.A. Vishnyakova1

Guar (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub is a source of guar gum extracted from the endosperm of this annual legume plant (D. Mugdil et al., 2014; R. Pathak et al., 2015). Guar gum has a wide range of applications as gel-forming agent in gas/oil industry and as emulsifier and thickener of substances in food, cosmetic, textile and paper industries (R.J. Chudzikowski et al., 1971; N.Thombare et al., 2016; A.M.A. Hasan et al., 2018). Guar has moderate drought-resistance, it is tolerant to salinized soils and has low demands to soil fertility (D.J. Undersander et al., 1991; R.K. Bhatt et al., 2017). Domestication of guar took place in India and Pakistan where the plant was used as a forage crop (N. Thombare et al., 2016). These countries are the main manufacturers and exporters of Guar gum in the world market today. Guar was introduced into Russian Federation in terms of import submission. Production batches of conditioned seeds were obtained in some regions of South Federal Part and Lower Volga adjacent area last years. Experimental batches of gum extracted from native seeds have demonstrated that guar gum fits the quality standards (I.V. Kruchina-Bogdanov et al., 2019) and in the nearest future guar gum would be produced in Russia. There is a high demand in industrialized-type guar cultivars, well adopted to diverse local conditions in the Russian Federation. Guar was introduced into culture in the Russian Federation, 4 cultivars among 10 registered in the State Register of Breeding achievements were originated by VIR (Vavilov Institute of Plant Genetic Resources). Gum production depends upon guar yield productivity so the problem of high yield is urgent (A.K. Jukanti et al., 2019). However, in the Russian Federation, the most limiting factor for guar production is high temperature demand of the crop (D.V. Lebed et al., 2017), so precocity becomes a priority feature, which, in turn, is associated with the sensitivity of the plant to the photoperiod. Therefore, it is necessary to search in the gene pool for forms with reduced sensitivity to photoperiod, capable for forming full-fledged seeds in a relatively short summer (S.B. Teplyakova et al., 2019). Being introduced to northern altitudes, guar plants may form blackened seeds in pods in conditions of prolonged vegetative period combined with low night temperatures and extra moisture (T. Hymovitz et al., 1963; D.V. Lebed et al., 2018). Due to this fact it is important to use most early guar varieties in Russia. The question arises about the optimal plant architectonics for the conditions of the Russian Federation, contributing to the formation of high productive agrocenosis (M.I. Voloshin et al., 2019). One-stem and few-branched guar plants are recommended as most early and better adopted to mechanized harvesting, such type of plants fit the model of industrial variety (F. Gresta F. et al., 2018; C.M.G. Reis et al., 2021). Plants with determinated type of growth are also early maturing (E.A. Dzyubenko et al., 2017). Guar, like most annual crops, is self-pollinated (R.E. Stafford et al., 1975), its hybridization is a complicated procedure, and the rate оf successful crosses is very low (R.E. Stafford et al., 1980). Main breeding method in guar is selection of outstanding genotypes (A.K. Jukanti et al., 2019). The most effective selection index for breeding for high yield in guar is the number of pods per plant (F. Gresta et al., 2013). The diversity of plant genetic resources and the evolving genomic resources allow the use of traditional, biotechnological and molecular approaches in guar breeding (S. Kumar et al., 2017). Some types of molecular markers are identified but not too much compared to other legume cultures (W. Ravelombola et al., 2021). It is also necessary to be ready to resist to the effects of biotic stressors — diseases and pests, it is urgent to create resistant varieties with a broad genetic basis (E.E. Radchenko et al., 2018). The whole range of these issues is outlined in this review as the objectives that domestic guar breeders face when creating gum-forming varieties. Prospects of marker-assisted selection and genomic breeding are under discussion (S. Kumar et al., 2020; E. Gigoreva et al., 2021; S. Pareek et al., 2022). The created domestic varieties of guar were obtained by traditional breeding, but the active development of genomic, metabolomic and transcriptomic resources of the species allow us to hope for a quick practical application of breakthrough methods of crop breeding that will increase crop yield and adaptation in the conditions of the Russian Federation.

Keywords: guar, guar gum, introduction, breeding, seed yield, early maturation.

 

1ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова,
190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44,
e-mail: elena.dzyubenko@gmail.com ✉, m.vishnyakova.vir@gmail.com;
2ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии,
196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин,
ш. Подбельского, 3,
e-mail: v.safronova@rambler.ru

Поступила в редакцию
23 декабря 2022 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML