Продуктивність біотехнологічних гібридів цукрових буряків

 

Цукровий буряк відноситься до культур інтенсивного землеробства, які потребують значних грошових і матеріальних витрат при вирощуванні. Основним показником інтенсифікації виробництва цукрових буряків залишається рівень урожайності нових гібридів, що відображає не лише вихід продукції з одиниці площі, а й рівень розвитку сільськогосподарської технології. При цьому важливу роль відіграють такі види діяльності, як прискорене виведення нових економічно ефективних гібридів, у тому числі біотехнологічних, отриманих на основі сучасних методів біотехнології та генної інженерії; організація системи первинного та репродуктивного насінництва нових гібридів цукрових буряків; впровадження ресурсозберігаючих сільськогосподарських технологій, що забезпечують зниження матеріальних витрат та пестицидного навантаження на навколишнє середовище.

За матеріалами Міжнародної конференції з досягнень в області агробізнесу та біотехнологічних досліджень 2021 року на тему «Продуктивність біотехнологічних гібридів цукрових буряків» («Productivity of biotechnological sugar beet hybrids»).

Традиційна селекція не вичерпала своїх можливостей підвищення продуктивності цукрових буряків, але вже не може забезпечити докорінну перебудову рослини. Тому використання біотехнологічних методів для створення більшої генетичної різноманітності та відбору форм із цільовими характеристиками та властивостями набуває особливого значення.

Актуальність проведених випробувань полягає в тому, що бур’яни завдають найбільшої шкоди врожайності гібридів буряків. Цукровий буряк, у порівнянні з іншими польовими культурами, чутливий до бур'янів на всіх стадіях росту та розвитку. Гербіциди, як сильні інгібітори обміну речовин, знищуючи бур’яни, є токсичними для цукрових буряків протягом 7-10 днів. Тому одним із пріоритетних завдань є виведення гібридів цукрових буряків, стійких до дії гербіцидів.

Метою сучасних досліджень є виведення стійких до гліфосату ліній цукрових буряків як донорів резистентності на основі попередньо отриманих самоплідних окремих ліній О-типу та самоплідних запилювачів. Практичним результатом є виробництво економічно ефективних, стійких до гліфосату біотехнологічних гібридів, які при вирощуванні значно знижують ризики шкоди цукровим бурякам та навколишньому середовищу за рахунок зменшення гербіцидного навантаження.

Матеріали та методи

У Росії випробування проводилися відповідно до урядового завдання «Створення принципово нових форм цукрових буряків».

На першому етапі випробувань класичними селекційно-генетичними методами було вирішено завдання створити нові окремі лінії mm та спільні лінії MM зі стійкістю до церкоспорозу та гліфосату.

На другому етапі продовжено селекційну роботу з вивчення біологічних та економічних особливостей генетично-модифікованих ліній, їх гібридизації, комплексного тестування та відбору найбільш цінних гібридів. Після ретельного аналізу цифрових даних було прийнято рішення використовувати найбільш продуктивні та рентабельні гібриди.

При підборі матеріалу та методів досліджень для визначення генотипу цукрових буряків на основі стійкості до гліфосату використовувалися Закони Менделя про домінантність та рецесивність. Передбачалося, що стійкість контролюється домінантним геном резистентності і що RR є гомозиготою за домінантою, rr є гомозиготою за рецесивною, а Rr є гетерозиготою за толерантністю. Рослини з ознаками толерантності (стійкості) до гліфосату позначалися як «Т-форми», наприклад, Т-запилювачі, ТО-типи, ТМS-лінії, ТG-гібриди.

На першому етапі випробувань використовувалося самозапилення передбачуваних Т-форм, у насіннєвому матеріалі яких рослини 1-го та 2-го років життя або загинули, або збереглися після обприскування гліфосатом у певних концентраціях. У той же час передбачалося, що постійні лінії домінантних (RR) рослин можна отримати лише шляхом послідовного (не менше трьох разів) самозапилення та відбору в поколіннях для відстеження їх гетерозиготності.

Рослини дослідних Т-форм, дослідних гібридів та номерів (зразків) з аналізу та насиченого схрещування обробляли гліфосатом у фазі першої та/або другої пари справжніх листків, а потім у теплиці (або в полі залежно від мети експерименту) у фазі насінників на 2-му році життя. Загиблі особини були віднесені до генотипу «rr». Рослини, що вижили, не відрізнялися і, швидше за все, були типу «Rr» або «RR» за генотипом. Визначити, які генотипи серед них переважали, не вдалося, тому для подальшого дослідження рослини відбиралися за фенотипом. Безпечність застосування ггліфосату визначалася через 5, 7 та 10 днів після обприскування рослин. Спостереження, облік та аналіз цифрових даних проводилися за загальноприйнятими методиками. Тест-контролем (стандартом) у всіх дослідах був комерційний гібрид Kuban MS 95.

Результати та обговорення

У Таблиці 1 наведено результати порівняльного випробування найбільш гліфосатостійких гібридів цукрових буряків, проведеного в 2019 році. Гібрид із каталожним номером 875 значно перевищив середні показники випробувань, врожайність та вихід цукру з гектару склали 115% та 112%, відповідно.

Таблиця 1. Продуктивність найбільш гліфосатостійких гібридів ТМS цукрових буряків за результатами порівняльного випробування 2019 року

Примітка. У порівняльному випробуванні (серії 5) досліджували 36 гібридів ТМS, повторність була шестиразовою, а розміщення ділянок рандомізованим.

У кліматичному випробуванні досліджувалися чотири біотехнологічні гібриди MS, стійкі до гліфосату, з каталожними номерами TG935 (1382), TG937 (1383), TG944 (1385) та TG946 (1386). Записи проводили у два терміни 10 вересня та 8 жовтня з ручним збиванням (Таблиця 2) та з механізованим збиранням 25 жовтня (Таблиця 3).

Під час збирання 10 вересня гібрид із каталожним номером ТG944 (1385) перевищив середні значення врожайності, цукристості та виходу цукру з гектару.

У перший період збирання врожаю результати серед гібридів були наступними:

  • по врожайності 53,7-88,0 т/га;
  • по цукристості 15,4-17,1%;
  • по виходу цукру 9,9-14,6 т/га.

У другий період збирання гібрид TG944 (1385) підтвердив свої переваги по врожайності, діапазон отриманих результатів був таким:

  • по врожайності 81,6-102,9 т/га;
  • по цукристості 15,6-17,3%;
  • по виходу цукру 12,7-15,9 т/га.

За період із 10 вересня по 8 жовтня середній приріст склав: по врожайності 26,2 т/га (39%), по цукристості 4,2 т/га (38%). Суттєвих змін у якості очищеного соку не було. Стійкість гібридів до гліфосату коливалася від 87 до 96%.

Найбільший вплив на рівень продуктивності гібридів мали материнська форма ТМS 8-93 та батьківська – запилювач TOp Kr-24.

Гібриди з каталожними номерами TG937 (1383) і TG944 (1385), як найбільш стійкі до гліфосату та з високою продуктивністю, планується включити для вивчення в подальших кліматичних та виробничих випробуваннях.

Таблиця 2. Продуктивність гліфосатостійких гібридів цукрових буряків MS за даними кліматичних випробувань 2019 року (біологічна продуктивність, ручне збирання коренеплодів на експериментальних ділянках)

У Таблиці 3 показано продуктивність гліфосатостійких гібридів цукрових буряків під час механізованого збирання.

Таблиця 3. Продуктивність гліфосатостійких гібридів цукрових буряків за даними кліматичних випробувань 2019 року (механізоване збирання)

Випробування проводилися в передгірній зоні Краснодарського краю в Успенському районі на базі ТОВ «Агросахар» на полі № 34. Попередником цукрового буряка була озима пшениця, сівбу проводили 24 квітня з нормою висіву 1,5 одиниць насіння на 1 га. Насіння готували вручну в лабораторних умовах дослідної станції. Обприскування проводилося гербіцидом Тотал 480 у фазі двох пар справжніх листків із розрахунку 2 л/га. Повторне обприскування було не потрібним. Збирання проводилося механізованим збиральним комбайном Greeme 25 жовтня. В лабораторії Успенського цукрового заводу визначалася цукристість 20 проб коренеплодів у 3-кратному повторенні. Результати розрахунків, проведених в автоматизованому режимі, представлені в Таблиці 5. Найбільш повно використаний показник – середня врожайність коренеплодів (зарахованих) гліфосатостійких гібридів була на 11,5 т/га вищою, порівняно з середньою врожайністю буряків у ТОВ «Агросахар».

Висновки

У даній статті наведено короткий огляд селекційних досліджень нових стійких біотехнологічних ліній – донорів стійкості до гліфосату та перспектив створення біотехнологічних гібридів цукрових буряків. Отримано експериментальні дані щодо характеру успадкування стійкості до гліфосату у різних генотипів цукрових буряків (mmSxxzz, mmNxxzz, MMTOp тощо).

Вперше отримано окремі та спільні лінії-донори зі стійкістю до гліфосату 90-100%. У порівняльних та кліматичних випробуваннях перший біотехнологічний гібрид цукрових буряків ТG-944 (1385), стійкий до гліфосату, статистично перевищив стандартну врожайність та вихід цукру з гектару. При механізованому (комбайновому) збиранні середня врожайність гібрида склала 65,5 т/га. При вирощуванні стійких до гліфосату гібридів витрати на закупівлю гербіцидів для захисту 1 га цукрових буряків від бур'янів, порівняно зі звичайними гібридами, в середньому за 2017-2019 рр. склали 31,13 дол. і 112,81 дол. відповідно при економічній ефективності 81,69 дол./га.

Застосовуючи традиційні методи генетики та селекції вдалося отримати обнадійливі результати у створенні принципово нових біотехнологічних ліній та гібридів цукрових буряків. Підвищення економічної ефективності виробництва цукрових буряків можливе за рахунок значного зниження витрат на закупівлю гербіцидів, ефективнішого контролю бур’янів та збільшення продуктивності біотехнологічних гібридів. Результати поетапних досліджень дозволяють розглядати методи класичної селекції в процесі створення біотехнологічних гліфосатостійких гібридів цукрових буряків як один із найефективніших засобів практичної селекції.


751