Как создается конкурентоспособный импортозамещающий посадочный материал

Элитный картофель, конкурентоспособная свекла и зимостойкая пшеница: как российские ученые обеспечивают стране стабильный урожай.

В Древней Руси основу экономики составляло сельское хозяйство. Опору на аграрный путь развития переняла и Российская Империя, где на плодородных почвах выращивали рожь, овес, ячмень, картофель, сахарную свеклу и множество других культур. В ХIХ веке наша страна стала лидирующим экспортером пшеницы, а в начале ХХ века поставляла в другие государства больше половины выращенной в мире ржи.

В наше время стабильный рост производства отечественной сельскохозяйственной продукции обеспечивает Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017–2030 годы, утвержденная правительством. Ее цель — сократить импортозависимость России по основным сельскохозяйственным культурам и создать новые конкурентоспособные селекционные сорта. Оператором программы наряду с Минсельхозом России выступает Министерство науки и высшего образования.

Другой важнейший документ — указ президента от 21 января 2020 года, которым утверждена доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации.

Как создают новые гибриды и сорта

Каждый год у сельхозтоваропроизводителей повышаются требования к характеристикам семян, поступающих на рынок. Среди них — урожайность, товарность, содержание питательных веществ, устойчивость к болезням и вредителям и так далее. Чтобы этим требованиям соответствовать, ученые ведут целенаправленную селекцию по улучшению характеристик сельскохозяйственных культур.

Селекция — это наука о методах создания новых или улучшении существующих сортов растений или пород животных. Основные ее методы — отбор и гибридизация (скрещивание). С помощью отбора выделяются генотипы, отличающиеся более ярким проявлением уже имеющихся в популяции характеристик. Для обогащения генофонда и получения новых оптимальных характеристик применяется гибридизация. По словам исследователей, оптимальный метод селекции — это гибридизация с последующим отбором.

Сколько нужно лет, чтобы вырастить сахарную свеклу

На создание одного гибрида сахарной свеклы уходит 10–12 лет в зависимости от направления селекционных исследований. Например, большинство признаков, определяющих хозяйственную ценность гибрида (урожайность корнеплодов, сахаристость, технологичность в уборке и др.), наследуются полигенно.

«Если речь идет о создании нового гибрида сахарной свеклы, то это длительный процесс, который может занимать более десяти лет, в связи с тем, что сахарная свекла — двулетняя перекрестно опыляемая культура, промышленное производство которой основано на использовании гибридов на основе ЦМС (цитоплазматической мужской стерильности — неспособности растения производить жизнеспособную пыльцу), что определяет сложность селекционных и семеноводческих работ. Однако использование современных молекулярно-генетических и биотехнологических методов и подходов позволяет несколько сократить время создания гибридов»,— говорит директор Института общей генетики (ИОГен) им. Н. И. Вавилова РАН, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН Александр Кудрявцев.

ИОГен РАН является участником комплексного научно-технического проекта «Создание высококонкурентных гибридов сахарной свеклы отечественной селекции и организация системы их семеноводства» и тесно сотрудничает с селекционерами компании «СоюзСемСвекла». В создании новых отечественных гибридов сахарной свеклы (в том числе отборе материала для их создания) исследователи используют современные методы маркер-ориентированной и геномной селекции.

Разработанные сотрудниками института молекулярно-генетические маркеры позволяют оценивать однородность растительного материала, идентифицировать гибриды и линии, а также выявлять растения, несущие ценные хозяйственные признаки — например, цитоплазматическую мужскую стерильность, устойчивость к различным болезням, вредителям и цветушности.

«Методы геномной селекции позволяют проводить поиск участков генома, отвечающих за такие сложные признаки, как, например, урожайность, сахаристость, засухо- и морозоустойчивость. В рамках данного направления при участии специалистов ИОГен РАН были впервые секвенированы геномы отечественных гибридов и линий сахарной свеклы и разработан ДНК-чип для селекции, в настоящее время проводится его апробация»,— комментирует Александр Кудрявцев.

Как создать безвирусный картофель

«Для создания нового сорта картофеля ученые сначала изучают его исходный материал, то есть образцы коллекционных сортов. Затем они скрещивают лучшие из них и высаживают полученные саженцы в питомнике. После девяти лет размножения и роста в питомнике саженцы проходят конкурсное испытание, где их ждет оценка по 56 признакам и 20 дополнительных испытаний в течение двух лет. Удачные образцы проверяются на устойчивость к раку и золотистой картофельной нематоде и получают допуск к госсортоиспытаниям. В случае положительной оценки новый сорт заносится в Государственный реестр сортов и может использоваться для продажи. Всего процесс создания занимает около 15 лет»,— рассказывает главный научный сотрудник научного селекционно-технологического центра в области картофелеводства Уральского научно-исследовательского института сельского хозяйства — филиала Уральского федерального аграрного научно-исследовательского центра УрО РАН, доктор сельскохозяйственных наук Елена Шанина.

Помимо селекции немаловажное значение имеют новые подходы к защите растений от биотических факторов — вирусных заболеваний и насекомых-вредителей.

Исследователи Томского государственного университета (ТГУ) получили безвирусный картофель, адаптированный к условиям рискованного земледелия Сибири. Они разработали метод получения безвирусных меристемных (размноженных в лабораторных условиях) растений картофеля с последующим клонированием. Для этого ученые берут незараженные клетки, из которых развиваются растения, и выращивают их в пробирках в специальных средах. Следующий этап — выращивание в гидропонных установках в питательных растворах без использования почвы.

«Почва всегда содержит патогены, поэтому в обычном картофеле с годами может накапливаться до 25 видов вирусов. Это снижает сортовые качества растения и приводит к плохому хранению клубней. Выращивание в гидропонных установках исключает данные факторы риска при получении исходного семенного материала — оздоровленных мини-клубней. Они являются абсолютно чистыми, что подтверждают проверки с помощью молекулярных методов. Этот посадочный материал используется для получения последующих репродукций картофеля в полевых условиях»,— говорит сотрудник кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ, кандидат биологических наук Вячеслав Дорофеев.

Производством безвирусного картофеля занимается и Тюменский научный центр (ТюмНЦ) Сибирского отделения РАН. Вместе с коллегами из Федерального исследовательского центра картофеля им. А. Г. Лорха ученые создают банк здоровых сортов картофеля, выращенного в уникальных условиях Заполярья Тюменской области.

«Технология заключается в поддержании сортообразцов в здоровом фитосанитарном состоянии в полевых условиях, ежегодном пополнении банка новыми высокопродуктивными сортами картофеля, их ускоренном размножении биотехнологическими методами для дальнейшего применения в реализации семеноводческих программ»,— рассказывает исполняющий обязанности директора ТюмНЦ СО РАН, кандидат сельскохозяйственных наук Евгений Ренев.

В 2021 году на опытных полях Ямальской опытной станции (ЯОС), подразделения ТюмНЦ СО РАН в Салехарде, единственном городе России, расположенном на Полярном круге, был заложен первый этап создания банка здоровых сортов картофеля. Как отмечают авторы исследования, к преимуществам региона относится низкий инфекционный фон, позволяющий минимизировать распространение наиболее вредоносных вирусных болезней в период вегетации растений, а глубокое промерзание почвы в зимний период препятствует развитию многих возбудителей болезней и вредителей.

«Благодаря успешным лабораторным испытаниям полученного нами семенного материала картофеля Минобрнауки России в 2022 году приняло решение о выделении госзадания на реализацию этого научного проекта, и теперь проектом в Салехарде занимается молодежная лаборатория "Генетика и селекция", созданная на базе НИИСХ Северного Зауралья — филиала ТюмНЦ СО РАН»,— говорит директор ЯОС Максим Максимчик.

Сколько времени тратят ученые на создание новых сортов пшеницы

Каждый год с полей в нашей стране удается собрать более 120 млн тонн зерна, две трети из которых приходится именно на пшеницу. Российская пшеница составляет 20% мирового экспорта и 78% отечественного зернового экспорта.

«В селекции растений основной метод — это скрещивания определенных родительских пар, обладающих хозяйственно ценными свойствами. В итоге получается потомство, превосходящее родителей по каким-либо показателям. Это крайне долгий путь. Ученому приходится провести тысячи исследований, чтобы получить желаемый результат. Получаемые гибридные растения зачастую оцениваются только визуально. Порой на создание нового сорта уходит до 15 лет»,— говорит заведующая лабораторией геномных исследований в растениеводстве Научно-исследовательского института сельского хозяйства Северного Зауралья — филиала ТюмНЦ СО РАН, кандидат биологических наук Анна Любимова.

Созданием новых сортов зерновых для передачи семеноводческим хозяйствам уже более 50 лет занимается Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции (СибНИИРС) — филиал Федерального исследовательского центра Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН. Недавно ученые института передали на госиспытания новые сорта пшеницы: сорт яровой пшеницы «Суенга» и два сорта озимой пшеницы — «Дар Сибири» и «Обская заря».

«Мы получили эти сорта с помощью методов классической селекции. Например, "Суенга" — устойчивый к полеганию сорт с высотой стебля 85–90 см, что делает его удобным для выращивания в условиях Сибири и ряда других регионов страны. Но главное его преимущество — сочетание ряда важных хозяйственных признаков: ранней спелости, урожайности и высокого содержания клейковины. Именно уровень клейковины позволяет отнести сорт к так называемой сильной пшенице, из которой получают муку высшей категории»,— объясняет заместитель руководителя СибНИИРС по научной работе, кандидат биологических наук Галина Артемова.

По мнению ученых, селекция новых сортов пшеницы — непрерывный процесс, так как условия ее выращивания постоянно меняются: появляются новые штаммы возбудителей заболеваний, внедряется новая сельскохозяйственная техника, происходят климатические изменения, да и требования со стороны хозяйств тоже могут меняться.

Сальма Султанова