УДК 635.1/.8:631.52
К 90-ЛЕТИЮ ВСЕРОССИЙСКОГО НИИ СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВА ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР: ИСТОРИЯ, ДОСТИЖЕНИЯ, ПРИОРИТЕТЫ
В.Ф. ПИВОВАРОВ
Представлена краткая история создания ВНИИССОК как ведущего научного учреждения, научно-методического и селекционного центра для Нечерноземной зоны России, координатора по селекции, семеноводству овощных культур, новых нетрадиционных растений, биотехнологии. Описаны научные и селекционные достижения института. Обсуждаются перспективы развития селекции и семеноводства и приоритетные направления научных исследований.
Ключевые слова: ВНИИССОК, селекция и семеноводство, сорта, гибриды, овощные культуры.
Первый период опытнической работы по селекции и семеноводству овощных культур в СССР и история Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) начались с организации в 1920 году питомника сортовых семян — Грибовского селекционного отдела Осорьинского куста огородно-семенных хозяйств, где было развернуто значительное для того времени направление исследований — завоз и испытание лучших сортов огородных культур.
В стране придавалось особое значение развитию семеноводства: в 1921 году выходит декрет «О семеноводстве», который послужил основой для плановой работы по селекции всех сельскохозяйственных культур, в том числе овощных. К концу 1921 года Грибовский селекционный отдел, переименованный в Грибовскую овощную селекционную опытную станцию, вошел в состав селекционного отдела Московской областной сельскохозяйственной опытной станции (МОСХОС). Первым директором и научным руководителем этой станции стал профессор Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева Сергей Иванович Жегалов. Перед возглавляемой им небольшой группой молодых исследователей-селекционеров (среди них — В.В. Ордынский, Е.М. Попова, В.К. Соловьева и др.) была поставлена непростая задача: в кратчайший срок улучшить сорта и обеспечить получение элитных семян по основным овощным культурам.
В первые же годы благодаря упорному труду коллектива удалось выделить лучшие местные и иностранные сорта овощных культур, провести поисковые исследования исходного материала, разработать эффективные методы улучшения имеющихся и создания новых отечественных сортов, началось выращивание семенного материала, вовлечение в селекцию нетрадиционных для средней полосы России овощных растений. В 1930 году станция выпустила селекционные семена 45 сортов по 14 культурам, в 1935-1940 годах — 64 сортов по 24 культурам, а в 1936 году импорт семян овощных был прекращен.
Селекционная работа на Грибовской станции не прерывалась и в годы Великой Отечественной войны, когда основной задачей было сохранение генофонда и снабжение семенами хозяйств, производящих овощи для фронта и тыла. Значительная часть мужчин (не только рабочие, но и ученые) были мобилизованы, все тяготы военного времени легли на плечи женщин. В этот период станцию возглавляла Елизавета Ивановна Ушакова, ставшая позднее первой женщиной-академиком ВАСХНИЛ.
Е.И. Ушакова всегда уделяла большое внимание организации семеноводства овощных и бахчевых культур, получению высококачественной семенной элиты, считая производство семян любого сорта завершающим этапом селекционного процесса. Селекционеры, внесшие основной вклад в создание сортов овощных культур, — А.И. Каменская, Т.В. Смолина, А.Д. Плинка, И.И. Ершов, О.В. Юрина, Н.А. Рабунец, Ю.И. Муханова, И.Е. Китаева и многие другие. В 1946 году за высокие достижения в области селекции и семеноводства академикам Е.И. Ушаковой, А.В. Алпатьеву, селекционерам С.П. Агапову и Е.М. Поповой присвоили звание лауреатов Государственной премии СССР.
В основу научной и практической деятельности плеяды великих ученых того времени была положена задача разрабатывать и применять более совершенные и эффективные методы селекции для создания сортов и гетерозисных гибридов с измененными биологическими свойствами — более скороспелых, холодостойких, урожайных, обладающих высокими вкусовыми и пищевыми качествами, приспособленных к механизированной уборке урожая. Характерно, что первые в России исследования по гетерозису овощных культур также начаты на Грибовской станции Г.В. Тотмаковым, Р.Е. Химичем и др. В результате усилиями селекционеров созданы сорта, составляющие «золотой фонд России» и широко распространенные до настоящего времени: капусты белокочанной — Номер Первый 147, Амагер 611, Слава Грибовская 231, моркови — Нантская 4, свеклы столовой — Бордо 237, репы — Петровская 1, огурца — Муромские 36, Вязниковские 37, редиса — Розово-красный с белым кончиком, кабачка — Грибовские 37, томата — Грунтовый Грибовский 1180, Штамбовый Алпатьева 905-А и др.
Указанные выше задачи селекции не утратили актуальности до настоящего времени и решаются на более высоком методическом уровне с использованием современных методов и оборудования. Во ВНИИССОК особое внимание уделяется проблемам генетики, экологии, иммунитету, физиологии и биохимии растений, разработке современных технологий возделывания, вопросам адаптивного растениеводства с рациональным размещением овощных культур применительно к агроэкологическим условиям. В последние годы возрастает значимость таких перспективных направлений, как молекулярная генетика (выявление и картирование генов хозяйственно ценных признаков), биотехнологические исследования (создание и размножение ценных растений). Наиболее важным остается расширение спектра генетической изменчивости, поиск и сохранение биоразнообразия генофонда как источника генов и генных сочетаний. В связи с этим очевидна необходимость развития исследований по межвидовой гибридизации. Более 100 лет для улучшения сортов по ряду признаков (устойчивость к вредителям и болезням, к неблагоприятному воздействию абиотических факторов, цитоплазматическая мужская стерильность и восстановление фертильности при получении гибридов, качественные характеристики сортов, более стабильная урожайность) в селекционный процесс широко вовлекаются дикие виды. В настоящее время в мире на основе межвидовых гибридов получены ценные коммерческие сорта основных овощных культур.
В 1930-е годы на Грибовской станции А.А. Кривенко провел первые эксперименты по отдаленной гибридизации лука, которые в дальнейшем были продолжены: под руководством Н.И. Тимина в лаборатории генетики и цитологии разработаны методы межвидовой гибридизации и совместно с лабораторией селекции и семеноводства луковых культур созданы формы лука Alliumcepa x A. fistulosum, A. cepa x A. оschaninii, A. cepa x A. vavilovii,на основе которыхполучены сорта Изумрудный, Сигма, Золотые купола с высокой устойчивостью к пероноспорозу и стабильно высокой урожайностью (1). Установлена возможность получения апомиктичных семян у лука репчатого посредством опыления растений пыльцой тетраплоидного вида A. nutans. Методом эмбриокультуры in vitro получены растения-апомикты матроклинного типа, изучается природа этого апомиксиса.
В роде Lactuca применение межвидовой гибридизации позволило выделить оригинальные формы — генетические источники разной продолжительности вегетационного периода, рассеченности и окраски листьев, высокой теневыносливости растений в условиях теплицы, повышенного содержания витамина С, низкого содержания нитратов. На их основе созданы сорта Новогодний, Изумрудный, Творец, Алекс, Коралл, Малахит. С использованием межвидового гибрида физалиса овощного создан сорт Десертный, характеризующийся повышенной урожайностью и устойчивостью к болезням, высоким содержанием сахаров, пектина, отсутствием горечи, что позволяет использовать плоды в свежем виде (2). Начаты исследования по вовлечению диких видов баклажана (Solanumsisimbrifolium, S. integrifolium и S. aethiopicum)в селекционный процесс с целью передачи признаков устойчивости к абиотическим стрессорам.
На основе межвидовой гибридизации разработана технология создания исходного материала перца, устойчивого к вирусным заболеваниям, включающая проведение межвидовой гибридизации с применением методики преодоления спорофитной несовместимости, культивирование in vitro изолированных зародышей для преодоления гаметофитной несовместимости, молекулярный контроль наличия генов резистентности (R-генов) у диких видов и межвидовых гибридов RGA-маркированием (resistance gene analogs), оценку межвидовых гибридов разных поколений на инфекционном фоне для выделения устойчивых генотипов. В результате созданы линии перца сладкого, толерантные к вирусу бронзовости томата (TSWV): Л-(Здоровье x Capsicumfrutescens), Л-(Здоровье x C. chinense), Л-[Чаймс x (C. annuum x С. frutescens)], Л-(C. annuum x C. chinense), Л-[C. an-nuum x C. frutescens) x Здоровье] (3).
С использованием различных типов генотипической изменчивости разработаны методы выведения форм и линий овощных растений и в результате созданы линии моркови — генетические источники высокой комбинационной способности по продуктивности, раннеспелости, устойчивости к альтернариозу, с интенсивно-оранжевой окраской корнеплода и высоким содержанием каротина, линии А с цитоплазматической мужской стерильностью двух типов (браун и петалоид), а также фертильные инбредные линии В и С, на основе которых получены гетерозисные гибриды F1 (Грибовчанин, Дарунок и др.).
В последние годы в институте усилены исследования по разработке современных инновационных методов и методов экспресс-оценки для ускорения селекционного процесса и повышения эффективности отбора. Активно совершенствуются традиционные и предлагаются новые технологии селекции: индукция рекомбиногенеза, комбинационная и экотипическая селекция по микрогаметофиту, селекция репродуктивных структур, гаплоидия, андро- и гиногенез в культуре in vitro, хромосомная инженерия, трансгеноз, применение молекулярных, экологических методов и др. Так, в лаборатории биотехнологии разработана технология культивирования пыльников моркови in vitro. Методика апробирована на ряде сортообразцов моркови европейского происхождения — НИИОХ 336, Витаминная, Московская зимняя А-515, Лосиноостровская 13, Леандр, Шантанэ 2461, сортотип Амстердамская, Напе, Рондо, а также на гибридах F1 Каратан, Калисто. Среди растений-регенерантов прослеживалась гаметоклональная изменчивость, что визуально проявляется в окраске и форме листовой пластинки и корнеплодов, а также подтверждается результатами RAPD-анализа (random amplified polymorphic DNA) (4). Предложена методика получения дигаплоидных растений в культуре неопыленных семяпочек моркови, лука, огурца (5, 6). По эффективности выхода дигаплоидных растений огурца эта методика превосходит зарубежные аналоги в несколько раз. Разработаны методы клонального микроразмножения основных овощных и цветочных культур: моркови, чеснока, лука, свеклы, различных видов капусты, огурца, салата листового, перца сладкого, ревеня, якона и др.
В сотрудничестве c учеными ФИБХ РАН (г. Пущино, Московская обл.) получены трансгенные растения моркови с генами GUS, дефензина Rs и тауматина II и выявлена экспрессия гена тауматина II в листьях и корнеплодах. Проростки из семян, полученных от самоопыления трансгенных растений, на искусственном инфекционном фоне обладали устойчивостью к возбудителю альтернариоза. Растения семей RТ2-Т4 проявляли устойчивость к Fusarium avenaceum (4).
Благодаря значительному прогрессу в молекулярной генетике технология молекулярного маркирования превратились в одно из важнейших научных направлений, призванных ускорить и усовершенствовать селекционный процесс. Во ВНИИССОК используются современные молекулярные методы и подходы, позволяющие идентифицировать гены или локусы, отвечающие за устойчивость растений к заболеваниям, и разрабатывать SCAR (sequence-characterized amplified region), CAPS (сleaved amplified polymorphic sequences) и другие молекулярные маркеры, которые широко применяются в маркер-ассоциированной селекции (MAS). Так, для выявления полиморфизма по локусу pvr4 гена устойчивости к Y-вирусу картофеля у родительских форм C. annuum и C. chinense был проведенмолекулярный анализ растений из расщепляющихся популяций, позволивший выявить как гомозиготные, так и гетерозиготные генотипы. Таким образом, использование полученного кодоминантного аллель-специфического CAPS-маркера позволит ускорить селекционный процесс, поскольку уже на раннем этапе (на стадии проростка) возможен отбор генотипов, несущих аллель pvr4 гена, отвечающий за устойчивость к Y-вирусу картофеля. Проведено исследование генетической изменчивости капустных культур с использованием ДНК-маркеров. RAPD-тех-нология была применена для анализа образцов с геномом С и А (7, 8).
С помощью cDNA-AFLP (amplified fragment length polymorphism) было показано, что холодостойкость у томата контролируется полигенно и экспрессия генов устойчивости к холоду у резистентного образца при холодовом стрессе выше, чем у восприимчивого (7).
В 1937 году впервые в стране на Грибовской станции академик А.В. Алпатьев использовал методы гаметной селекции для отбора холодоустойчивых форм пасленовых культур, что позволило выращивать их в более северных районах. В институте и в настоящее время широко применяются методы гаметной селекции для получения форм овощных культур, устойчивых к различным неблагоприятным абиотическим и биотическим стрессорам. Успешно апробированы экспресс-оценка на уровне микрогаметофита и гаметный отбор на устойчивость к фитопатогенам и абиотическим факторам среды — температурным и водным стрессорам (9). В результате массового отбора по комплексу хозяйственно ценных признаков и анализа пыльцы из сортопопуляции репы сорта Гейша выделена холодостойкая форма, ставшая исходной при создании сорта Снегурочка (10). На основе селекции по спорофиту и микрогаметофиту разработана методология отбора перца сладкого на холодостойкость и получен сорт Памяти Жегалова для открытого грунта с урожайностью 5,6 кг/м2 (10). С применением гаметных методов селекции при искусственном моделировании стрессовых условий в фитопатологическом боксе на томате показано, что холодостойкие генотипы могут обладать устойчивостью к вирусной инфекции и, наоборот, генотипы, устойчивые к вирусам, — холодостойкостью (9).
На Грибовской станции и во ВНИИССОК исключительно большое внимание уделяется иммунитету растений. Ежегодно проводится фитопатологический мониторинг и скрининг, а также оценка устойчивости овощных культур к фитопатогенам (капусты белокочанной — к киле, фузариозному увяданию, сосудистому и слизистому бактериозу, альтернариозу и вредителям; моркови, пастернака, гороха, фасоли — к группе патогенов; лука — к пероноспорозу; перца сладкого — к вирусной инфекции) и выделяются эффективные источники устойчивости. Изучается внутривидовая дифференциация возбудителей наиболее вредоносных болезней на уровне штаммов и рас по признаку патогенности. Идентифицирован видовой состав патогенов, ранее не зафиксированных на овощных культурах в условиях Московской области: на корнеплодах моркови — Sclerotinia nivalis, Pseudocer cosporidium carotae; на листьях и бобах фасоли — Fusarium proliferatum, F. subglutinans;на листьях бобов овощных — Gliocladium roseum; выделен возбудитель тифулеза Tiphula ishikariensis, ранее не зарегистрированный в России на корнеплодах свеклы (11).Выявлены основные болезни чеснока озимого Allium sativum L. в различных областях возделывания и проведена видовая идентификация возбудителей (12). С использованием недавно предложенной тест-системы экспресс-анализа Agdia (Франция) подтвержден ранее идентифицированный состав вирусных патогенов на перце, а также показана устойчивость выделенных образцов.
Ежегодный скрининг селекционного материала на наличие источников устойчивости и толерантности способствовал созданию ряда сортов и гибридов овощных культур с групповой устойчивостью к болезням: огурца — F1 Катюша, F1 Дебют, F1 Кумир, F1 Крепыш, F1 Брюнет, Коротышка и др.; бахчевых культур — тыквы Россиянка, Улыбка, Веснушка, Конфетка, Ольга; кабачка — Фараон, Русские спагетти, Уголек и др.; томата — Дубрава, Челнок, Отрадный, Патрис, Гранд, Тотошка, Светлячок и др.; перца сладкого — F1 Адепт, F1 Сибиряк, F1 Княжич, Желтый букет, Памяти Жегалова, Казачок, Сластена; лука репчатого — Ботерус, Золотничок, Спутник, Тэрвин, Сигма, Золотые купола и др.; моркови — F1 Грибовчанин, Супернант и др.; капусты белокочанной — Парус, F1 Снежинка; капусты китайской — Веснянка, Ласточка и др.
Успешно ведется селекция на высокое содержание биологически активных веществ (БАВ) и микронутриентов, на антиоксидантную (АО) активность. В основе исследований лежит так называемая антиоксидантная концепция, согласно которой овощные растения с высокоэффективной антиоксидантной системой — это пища и лекарство. Разработаны системы оценки и отбора овощных культур с высокоэффективной антиоксидантной системой, базирующиеся на использовании инновационных технологий. Цель этих исследований — повышение качества и урожайности овощей и семян для создания социально и экономически значимых пищевых продуктов. Впервые установлены физиолого-биохимические закономерности формирования высокоэффективной антиоксидантной системы в овощных растениях, определен состав и содержание антиоксидантов — биофлавоноидов, бетацианинов, аскорбиновой кислоты, их физико-химические свойства, активность и молекулярные механизмы протекторного действия. Отобраны формы с высоким содержанием кверцетина, рутина, кемпферола для получения функциональной овощной продукции, а также высококачественного сырья, используемого при создании продуктов функционального назначения на основе традиционных (капустные, луковые) и нетрадиционных (амарант, якон, дайкон и др.) овощных культур. Результатам этой работы была дана высокая оценка: коллектив сотрудников ВНИИССОК и Всероссийского НИИ овощеводства (ВНИИО, Раменский р-н, Московская обл.) (П.Ф. Кононков, В.Ф. Пивоваров, В.К. Гинс, М.С. Гинс, С.С. Литвинов и др.) в 2004 году получил Государственную премию в области науки и техники.
Итак, за годы существования Грибовской станции, а затем Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур получены выдающиеся результаты: создано более 750 сортов и гибридов, из которых 486 включены в Государственный реестр селекционных достижений на 2010 год. Это стало возможным благодаря использованию разработок классиков отечественной селекции и современного мирового научного опыта, тесному сотрудничеству специалистов разных направлений — биологов, генетиков, биохимиков, молекулярных биологов. В связи с 90-летним юбилеем хочется пожелать замечательному коллективу института дальнейших успехов в решении научных и практических задач селекции сортов и гибридов овощных культур.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Т и м и н Н.И., А г а ф о н о в А.Ф., Ш м ы к о в а Н.И., Т и т о в а И.В. и др. Межвидовая гибридизация в роде Allium L. и ее использование в селекции: Метод. реком. М., 2007.
2. П и в о в а р о в В.Ф., С к в о р ц о в а Р.В., К о н д р а т ь е в а И.Ю. Частная генетика пасленовых культур (томат и физалис). М., 2002.
3. Б у н и н М.С., М а м е д о в М.И., Ш м ы к о в а Н.А., С у п р у но в а Т.П., Е н
г а л ы ч е в а И.А., К о ч и е в а Е.З., Р ы ж о в а Н.Н. Межвидовая гибридизация в роде Capsicum L. и ее использование в селекции (методика). М., 2008.
4. Т ю к а в и н Г.Б. Основы биотехнологии моркови. М., 2007.
5. Т ю к а в и н Г.Б., Ш м ы к о в а Н.А. Разработка методов биотехнологии растений для создания исходного материала в селекции овощных, малораспространенных и цветочных культур во ВНИИССОК. Мат. Межд. симп. по селекции и семеноводству овощных культур. М., 1999: 362-371.
6. Ш м ы к о в а Н.А., С у п р у н о в а Т.П. Индукция гиногенеза в культуре in vitro неопыленных семяпочек Cucumis sativus L. Гавриш, 2009, 4: 40-44.
7. Б а л а ш о в а И.Т., У р с у л Н.А., С у п р у н о в а Т.П., К о з а р ь Е.Г., П и в о
в а р о в В.Ф., В е д а д е в а г е С у н и л а П р а д и п а
К у м а р и, Г у ж о в Ю.Л. Предбридинговая селекция томата на основе отбора по спорофиту и микрогаметофиту. Картофель и овощи, 2007, 5: 30.
8. D o m b l i d e s E., D o m b l i d e s A., S t a r t s e v V.,
B o n d a r e v a L. Revealing of genetic polymorphism among breeding accessions of the Brassica rapa L. and Brassica oleraceae L. by RAPD markers. In: Book of Abstracts, Plant Genetic Resources. EUCARPIA, May 26-29. Slovenia, 2009.
9. П и в о в а р о в В.Ф., Б а л а ш о в а И.Т, М а м е д о в М.И. Селекционные технологии, созданные во ВНИИССОК на основе методов молекулярного анализа и селекции по микрогаметофиту. С.-х. биол., 2005, 3: 91-100.
10. С т е п а н о в В.А., Б у н и н М.С., Б а л а ш о в а Н.Н. Методические указания по селекции репы японской на холодостойкость с использованием микрогаметофита. М., 2000.
11. Т к а ч е н к о О.Б., Н о в о ж и л о в а О.А., Т и м и н а Л.Т. Возбудители низкотемпературных склероциальных гнилей моркови при хранении. Иммунопатология, 2009, 1: 107-108.
12. П и в о в а р о в В.Ф., Т и м и н а Л.Т., Н и к у л ь ш и н В.П.,
Ш е с т а к о в а К.С. Методика заражения и оценка чеснока на устойчивость к фузариозной гнили. М., 2009.
TO 90-ANNIVERSARY OF ALL-RUSSIAN SCIENTIFIC RESEARCH INSTITUTE OF SELECTION AND SEED PRODUCTION OF VEGETABLE CROPS (VNIISSOK): HYSTORY, ACHIEVEMENTS, PRIORITIES
V.F. Pivovarov
The short history of creation of VNIISSOK as leading scientific institute, scientific-methodological and selection centre for Russian Nechernozem’e, coordinator on selection, vegetable seed farming, biotechnology and new non-traditional plants were presented. The scientific and selective achievements of the VNIISSOK were described. The priority directions of scientific investigations and outlooks of selection and seed production were discussed.
Key words: All-Russian Research Institute of vegetable breeding and seed production, breeding, seed production, varieties, hybrids, vegetable crops.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции и семеноводства
овощных культур Россельхозакадемии, |
Поступила в редакцию |
