Селекция зерновых культур на повышение продуктивности и устойчивости к абиотическим факторам и вредным организмам

Идея  создания гибридной пшеницы разрабатывалась  в основном селекционерами США, в  результате чего ими было передано в производство значительное число  гибридов. Однако сложное семеноводство  с использованием ЦМС и высокая  стоимость семян препятствовали распространению этих гибридных форм.

С созданием эффективных химических гаметоцидов начался новый этап в их селекции и производственном использовании. В США компанией Rohm and Haas и в Великобритании компанией Shell синтезированы химические гаметоциды (WL 84811 и PH 0007), подавляющие развитие только мужских гамет. С их помощью в США, Великобритании, Франции, Италии и ряде других стран получено большое количество гибридов пшеницы, дающих устойчивую прибавку урожая (15—20%) по сравнению с современными высокопродуктивными сортами. При биологической стерилизации пыльцы на основе ЦМС период создания гибридов пшеницы сокращается с 10—12 до 3—4 лет. Гаметоциды перспективны также для ячменя, риса, ржи и других культур (Carver, 1984).

Исследования, проведенные по данной проблеме, позволили установить изменения метаболических процессов, происходящих в растительном организме в результате воздействия растворов химических соединений, обладающих гаметоцидной активностью. Было показано, что эффект гаметоцидов по своему действию на проницаемость клеточных мембран аналогичен эффекту стерилизующей цитоплазмы при перемещении в нее ядра. Иными словами, применение этих препаратов вызывает мужскую, а порой — и частично женскую стерильность.

Для создания мужских стерильных растений пшеницы и других культур в нашей стране были испытаны некоторые химические соединения — этрел, гидразид малеиновой кислоты, нафти-луксусная кислота и др. (Федин, Кузнецова, 1977). В реализации эффекта гетерозиса у зерновых, особенно пшеницы и других культур, важным является поиск эффективных гаметоцидов, обеспечивающих 100%-ю стерильность мужского гаметофита при обработке посевов и не проявляющих отрицательных побочных действий (задержка прохождения фенологических фаз у растений и др.). Применение гаметоцидов позволяет снизить затраты, сократить сроки, упростить схемы производства семян гибридов и в конечном счете обеспечивает рост продуктивности и стабильности урожая зерновых культур (благодаря более широкому использованию гетерозиса).

Во  ВНИИСБ, по сообщению Г.С. Муромцева (1996), ведутся исследования цитоплазматической мужской стерильности с помощью методов генной инженерии. Генетически обусловленная мужская стерильность позволяет исключить ручную кастрацию при скрещивании, что значительно облегчает и удешевляет селекционную работу и массовое производство гетерозисных гибридных семян. Изучаются молекулярные основы ЦМС кукурузы S(M) — типа, широко используемого селекционерами России, Украины, Молдавии. Показано, что стерильность обусловлена экспрессией плазмы — автономного генетического элемента митохондрий кукурузы S-типа. Установлено строение участка ДНК, ключевого для развития ЦМС. Исследуется особенность экспрессии этого фрагмента и его взаимодействие с другими элементами, необходимыми для ЦМС. Полагают, что генно-инженерную мужскую стерильность можно будет вызывать не только у растений кукурузы, но и у представителей многих других сельскохозяйственных культур, для которых актуальна задача получения гетерозисных гибридов.

По  прогнозам экспертов, дальнейшее развитие производства зерна в наибольшей мере будет связано с повышением стабильности урожаев возделываемых сортов. Например, в Канаде фунгициды на посевах пшеницы практически не используются, поскольку возделываемые сорта устойчивы к наиболее вредоносным грибам (различные виды ржавчины, головня). Селекция здесь в большей степени ориентирована на болезнеустойчивость, чем на урожайность (Касаева, Ковалев, 1989). В Белоруссии вклад сорта в увеличение производства зерна неуклонно возрастает. Если в настоящее время прибавка урожая от селещии и семеноводства оценивается в 15— 20%, то в перспективе, по прогнозам ученых, она достигнет 50—80% (Гриб, 1998). Академик H.И. Вавилов (1987) отмечал, что новые проблемы будут ставить перед селекцией и новые цели.