УДК 631.527 Селекция растений
УДК 57.04 Факторы. Воздействия
В статье рассмотрены результаты трехлетних испытаний сортов картофеля из коллекции Института агробиотехнологий. Полученные данные свидетельствуют о большей пластичности сортов картофеля местной селекции и сорта, допущенного к использованию в северном регионе. При оценке качества сортов для последующего районирования в условиях Республики Коми следует уделять внимание на показатели приспособленности к условиям Cевера.
картофель, сорта, урожайность, экологическая пластичность, успешность выращивания
Основы научной селекции картофеля в нашей стране заложили Н.И. Вавилов, С.М. Букасов и А.Л. Камераз [1, 2]. Основная цель современной селекции картофеля – создание генотипов, обладающих более высокой продуктивностью, качеством и другими хозяйственно полезными признаками в сочетании с устойчивостью к наиболее вредоносным патогенам: грибным, бактериальным и вирусным болезням, нематоде и колорадскому жуку [3–6]. С учетом наблюдающихся изменений климата, нарушения экологического равновесия все более актуальной становится необходимость создания сортов картофеля, устойчивых к биотическим и абиотическим факторам среды, адаптированных к условиям возделывания, экологически пластичных [7]. Сорта картофеля максимально реализуют свой генетический потенциал, как правило, в определенных экологических нишах, характеризующихся своеобразным сочетанием почвенно-климатических условий, что обуславливает необходимость зональной организации селекционных программ [8].
Роль сорта в урожае трудно переоценить, особенно это относится к картофелю, где разница в урожае между различными сортами нередко может увеличиваться или уменьшаться вдвое. Эта разница определяется их биологическими особенностями и условиями выращивания [9].
В условиях резкого нарушения экологического равновесия все более актуальной становится необходимость придания сортам широкого диапазона приспособительных свойств, они должны обладать стабильным проявлением основных признаков при любых условиях выращивания. В последние годы, анализируя тенденции, предсказывают глобальные изменения климата. Потепление климата может вызвать таяние льдов в Арктике. На севере России возрастает среднегодовое количество осадков, уменьшается число морозных дней. Климат юга России станет более жарким и сухим [10].
В условиях изменяющегося климата наилучшие результаты также смогут показать сорта, обладающие более высокой степенью экологической пластичности. Приспособляемость к погодным и почвенно-климатическим условиям у всех сортов разная и определяется генотипом. Чем выше экологическая пластичность, тем большую ценность представляет этот сорт для картофелеводства. У такого сорта больше шансов накапливать стабильные урожаи в разные вегетационные периоды [11].
Сорта картофеля отличаются по различным характеристикам: хозяйственному назначению, группам спелости, биохимическому составу клубней, вкусовым качествам, устойчивости к болезням и вредителям, периоду покоя, лежкости и др.
В процессе эволюции адаптация картофеля к внешним условиям отражалась в основных морфологических признаках: высоте, габитусе, облиственности куста, толщине, прочности и пигментации стебля, величине, рассеченности и окраске листа. Эти признаки получили название эколого-морфологических. Черты морфологической адаптивности к определенным условиям просматриваются у многих сортов картофеля. Использование в селекции картофеля оценки эколого-морфологических признаков позволяет более надежно и эффективно отбирать гибриды, чтобы создавать сорта для определенных экологических условий, а при районировании правильно отбирать сорта и гибриды для соответствующих регионов [12, 13].
Большое разнообразие почвенно-климатических условий и технического уровня отрасли картофелеводства в России требует создания сортов, устойчивых к неблагоприятным и стрессовым факторам среды, с широкой нормой реакции на условия выращивания.
В этой связи актуальными являются исследования, направленные на селекцию ценных для природно-климатических условий Крайнего Севера культурных растений (в том числе и картофеля), что позволит значительно ускорить получение новых сортов овощных и кормовых культур для выращивания в условиях «рискованного земледелия». Крайне важное в исследованиях – наличие коллекционной базы сортов и сортообразцов картофеля, которые можно использовать в селекции новых сортов и введении в хозяйствование новых сортов, удовлетворяющих по своим характеристикам требуемым для районирования в регионе показателям (табл. 1). Создание на этой основе конкурентоспособного фонда оригинального семенного картофеля новых перспективных сортов является важным направлением фундаментальных и поисковых прикладных исследований.
Для Республики Коми наиболее значимой культурой является картофель. Главное требование к сортам всех типов – пластичность, т.е. способность сорта давать выровненные урожаи в различных почвенно-климатических условиях, сохраняя постоянство основных качественных признаков. Особую ценность для селекции представляют сорта картофеля как носители генов, обеспечивающих иммунитет или различную степень устойчивости ко всем известным патогенам, а также к экстремальным факторам среды.
В государственном реестре РФ 2021 г. зарегистрировано 490 сортов картофеля [14]. Однако для северных регионов в этот список входит всего 40 сортов, которые допущены к использованию в северном регионе, в производстве задействованы единицы. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации стратегической целью обеспечения продовольственной безопасности видит развитие фундаментальных и прикладных научных исследований в области сельского хозяйства. Стратегия национальной безопасности в обеспечении сельскохозяйственной продукцией обращает внимание на развитие собственной базы сортов, проявляющих высокую урожайность и пластичность в отношении условий окружающей среды. Особенно это важно для удаленных северных регионов страны, к которым относится Республика Коми.
На 2021 г. в коллекции Института агробиотехнологий насчитывается больше 20 сортов картофеля из разных селекционных центров. В последние годы мы предприняли исследования по оценке экологической пластичности сортов картофеля, допущенных к использованию в северном регионе, так и иные сорта, широко используемые в практике сельского хозяйства в нашей республике.
Результаты и их обсуждение
Сорта из коллекции Института агробиотехнологий в 2019–2021 гг. проходили испытания на урожайность, в сравнении со стандартными сортами.
Все исследуемые сорта картофеля были посажены на опытном поле Института. Почва опытного участка дерново-подзолистая, легкосуглинистая, высокоокультуренная. Микрорельеф ровный, предшественники – однолетние травы (вика, овес, подсолнечник). Агрохимические показатели почвы: гумус – 3,0–4,0 %; pHKCl – 5,6-6,4; P2O5 – 500–595 мг/кг почвы; K2O – 160 мг/кг почвы.
Полевые наблюдения за сортами и сортообразцами проведены по методике исследований культуры картофеля НИИКХ [15]; методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Картофель, овощные и бахчевые культуры [16]; методике исследований по защите картофеля от болезней, вредителей, сорняков и иммунитету [17, 18].
В полевом опыте проводили фенологические наблюдения за исследуемыми сортами (начало всходов, начало полных всходов, появление бутонов, полное цветение, массовое усыхание, или отмирание ботвы); оценивали урожайность сортов при двух сроках копки, определяли общую и товарную урожайность сорта (ц/га); урожай клубней покустно и их фракционный состав; отмечали визуально устойчивость сортов к вирусным и грибным болезням и вредителям. В анализе урожайности испытуемых сортов учитывали данные метеорологических условий в года наблюдений.
Метеорологические условия в 2019-2021 гг. (рис. 1, 2) резко контрастировали по отношению к друг другу. В 2019 г. выпало 94 мм осадков, что на 28 % выше нормы, в 2020 г. – 41 мм, половина от месячной нормы, в 2021 г. количество осадков приблизилось к средним многолетним показателям.
Июль 2019 г. был прохладным, среднемесячная температура составила 15,4 °С, что на 2,1 °С ниже нормы, в июле 2020 г. отмечен новый температурный рекорд за историю метеонаблюдений – +34,5 °С (выше на 2,5 °С). В 2019 г. на фоне прохладной погоды выпало 134 мм осадков, что на 81 % превышало норму. Наблюдения за метеоусловиями в 2021 г. показали небольшие отклонения за средними многолетними среднесуточной температуры (2,7 °С) и средними многолетними показателями количества осадков (- 24,3 мм). В целом 2019 г. и 2020 г. можно охарактеризовать как неблагоприятные для выращивания картофеля, 2021 г. – наоборот, благоприятным.
Полевые испытания. Клубни картофеля были посажены на опытном поле Института агробиотехнологий согласно схеме посадок: 12 вариантов по 100 клубней каждый в однорядковых делянках в 4-кратной повторности по 25 клубней каждая.
Результаты фенологических наблюдений показали, что в начале вегетации картофеля отмечались различия по вариантам опыта. Стартовое развитие сортов картофеля, определяемое количеством взошедших растений и общим состоянием посадок, показало, что к 20-му дню от даты посадки практически все исследуемые сорта преодолели 50 %-ный барьер всхожести: 100 %-ная всхожесть отмечена у сортов Вымпел, Гулливер и Зырянец – по 99 %; Вычегодский и Фрителла – 98, Тайфун - 16 %. Динамика всходов растений картофеля представлена в табл. 2.
На 29-й день от посадки отмечено 100 %-ное количество всходов у всех сортов. Зависимости всхожести растений картофеля от группы спелости не выявлено.
Наблюдения за растениями за период 2019-2021 гг. показали, что погодные условия в целом не оказали значительного влияния на всходы. В среднем за три года все раннеспелые сорта всходили на 14–16-й день после посадки, а среднеспелые – на 18–22-й.
Начало бутонизации в 2021 г. для большинства сортов картофеля отмечено на 38-е сутки от посадки, начало цветения приходится на 50-е сутки от посадки. Все сорта сравнения (Крепыш, Зырянец и Вычегодский) в 2021 г. показали одинаковое прохождение межфазных периодов: бутонизация – на 34-й день; цветение – на 41-й, даты появления всходов – на 15-16-й дни от посадки, Тайфун – на 20-й день. Бутонизация у всех рассматриваемых сортов наступала на 35–40-й дни после посадки, цветение – на 41-52–й, однако в условиях жаркого июля 2020 г. у картофеля не завязывалось и отсутствовало дальнейшее ягодообразование, в 2019 и 2021 гг. у всех сортов ягоды были сформированы к 60-му дню после посадки. В целом по итогам фенологических учетов можно отметить, что рассматриваемые нами сорта в почвенно-климатических условиях Республики Коми соответствуют своей группе спелости.
Результаты исследований за 2019-2021 гг., проведенные на 60-й день после посадки, представлены в табл. 3. Самыми высокими растениями картофеля по средним данным за три года оказались сорта Кумач (0,67 м) и Фрителла, Вычегодский и Зырянец (по 0,60 м), причем максимальный рост проявился в условиях 2021 г. у сортов Кумач (0,95 м), Зырянец (0,87 м), Вычегодский и Гулливер (по 0,80 м), Фрителла (0, 73 м), самый низкий по средним трехлетним наблюдениям – у картофеля сорта Тайфун (0,45 м); остальные растения имели среднюю высоту от 0,54 (Краса Мещеры, Варяг) до 0,57 м (Вымпел). Климатические условия 2021 г. оказали значительное влияние на формирование надземной части картофеля, в среднем высота стеблей оказалась выше на 74 % среднего трехгодичного прироста.
Количество стеблей – резко выраженный генотипический признак. Количество основных стеблей изменялось от 2,5 (Варяг, 2020 г.) до 7,0 (Вычегодский и Фрителла, 2021 г.) шт. Максимальная масса надземной части отмечена у сорта Крепыш – 850,5 г (2021 г.), минимальная – у сорта Метеор – 159,3 г (2019 г.).
При учете ранней урожайности была определена масса ботвы и рассчитаны параметры отношения массы клубней к массе ботвы (Sm). Лучшие показатели этих параметров (более 1,0) отмечены у сорта Кумач (1,12); у остальных данный показатель колебался от 0,38 до 0,86. Сравнивая отношение массы ботвы и массы клубней в фазу цветения следует отметить, что у сортов Метеор, Вымпел и Гулливер оно было наименьшим, т.е. эффективность работы ассимиляционного и проводящего аппаратов была наибольшей.
Рассматривая продуктивность сортов картофеля питомника экологического испытания за период 2019–2021 гг., нужно отметить, что климатические условия оказали значительное влияние. На фоне низкого количества осадков и высоких среднесуточных температур в 2020 г. большинство сортов заложило в 1,5–2 раза меньше клубней, чем на фонах пониженных температур и большого количества осадков в 2019 г. и фоне оптимальных приближенных к среднегодовым температурам и количеству осадков (табл. 4).
Заключение
Подводя итог анализу данных по качеству урожая изучаемых сортов картофеля, можно отметить, что урожайность за 2019, 2020 гг. остается на одном уровне, в отличие от 2021 г., но товарность значительно не изменилась по всем сортам (табл. 5, 6). Это объясняется тем, что при закладке большого количества клубней на фоне недостаточного содержания питательных элементов и гумуса в почвах республики, низких среднесуточных температур и повышенного количества осадков растения не обеспечиваются должным уровнем питания, и клубни остаются нетоварными. Оптимальным для Республики Коми является формирование 6-10 шт. средних и крупных клубней. Несмотря на погодные условия, за период 2019-2021 гг. сорта Зырянец, Вымпел, Фрителла и Вычегодский формировали больше шести средних и крупных клубней, что обуславливало их высокую и стабильную урожайность выше 26 т/га (табл. 6).
На фоне засухи 2020 г. снизили урожайность сорта Тайфун (13,80 т/га, товарность – 93 %) и Вычегодский (17,7; 76 %). Максимальную урожайность в условиях 2020 г. показали сорта Фрителла (31,05 т/га, товарность – 97 %), Армада (28; 94 %).
На фоне увеличения числа клубней сортов наблюдается снижение товарности у раннеспелых сортов с 96 до 72 %, что свидетельствует о нехватке тепла и элементов питания для нормального формирования клубней и раскрытия потенциала сортов в условиях Республики Коми.
Из раннеспелой группы выделились сорта Армада и Гулливер, дающие стабильно высокие урожаи. Сорт Армада превысил стандарт за три года на 7,0 т/га.
Среди среднеспелых сортов превысили стандартный сорт Зырянец (31 т/га) по средней трехлетней урожайности Фрителла (40,26), Вымпел (39,94), Кумач (36,85 т/га). Самая высокая урожайность и товарность отмечены у сорта Фрителла – 59,9 т/га и 97 %.
1. Вавилов, Н.И. Ботанико-географические основы селекции / Н.И. Вавилов. - Mосква: Сельхозгиз, 1935. - 60 с.
2. Селекция и семеноводство картофеля / С.М. Букасов, А.Я. Камераз. - Ленинград: Колос, 1972. - 352 с.
3. Яшина, И.М. Основные этапы исследований по генетике картофеля: направления, приоритеты и наиболее значимые результаты / И.М. Яшина // Научное обеспечение картофелеводства России: состояние, проблемы: материалы научно-практической конференции. - Mосква, 2001. - С. 64-74.
4. Киру, С.Д. Научный и практический вклад академика К.З. Будина в развитие отечественной селекции картофеля / С.Д. Киру // Использование мировых генетических ресурсов ВИР в создании сортов картофеля нового поколения: материалы Всерос. науч.-коорд. конф., посвященной 100-летию со дня рождения академика К.З. Будина (28-29 июля 2009 г., Санкт-Петербург). - Санкт-Петербург, 2009. - С. 9-14.
5. Симаков, Е.А. Совершенствование системы семеноводства - важнейший фактор повышения эффективности производства картофеля / Е.А. Симаков, Б.В. Анисимов // Картофель и овощи. - 2009. - № 10. - С. 2-6.
6. Симаков, Е.А. Современные тенденции и перспективы развития селекции и семеноводства картофеля / Е.А. Симаков // Современные тенденции и перспективы инновационного развития картофелеводства: материалы научно-практической конференции. - Чебоксары, 2011. - С. 6-9.
7. Симаков, Е.А. Приоритеты развития селекции и семеноводства картофеля / Е.А. Симаков, Б.В. Анисимов // Картофель и овощи. - 2006. - № 8. - С. 4-5.
8. Анненков, Б.Г. Советы картофелеводам / Б.Г. Анненков, Н.В. Глаз // Картофель и овощи. - 2005. - № 3. - С. 13-14.
9. Беседин, A. Возделывание картофеля / А. Беседин, В. Христофоров. - Йошкар-Ола, 1971. - 156 с.
10. Старовойтов, В.И. Технология производства картофеля с учетом глобального изменения климата / В.И. Старовойтов // Перспективы инновационного развития картофелеводства, 2009. - С. 27-29.
11. Лебедева, В.А. Экологическая пластичность многовидовых гибридов картофеля / В.А. Лебедева, Н.М. Гаджиев // Актуальные проблемы современной индустрии производства картофеля: материалы научно-практической конференции «Картофель-2010». - Чебоксары, 2010. - С. 62-63.
12. Смирнов, А.А. Адаптивная технология возделывания картофеля в лесостепи Среднего Поволжья / А.А. Смирнов. - Пенза, 2002. - 184 с.
13. Кустарев, А.И. О значении эколого-морфологических признаков в селекции картофеля / А.И. Кустарев // Селекция и семеноводство. - 2001. - № 4. - С. 14-16.
14. Шанина, Е.П. Оценка исходного материала картофеля в условиях Среднего Урала / Е.П. Шанина // Картофелеводство: сб. науч. тр. РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству». - Минск, 2010. - Т. 17. - С. 182-188.
15. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т.1. «Сорта растений» (официальное издание). - Mосква: ФГБНУ «Росинформагротех», 2021. - 719 с.
16. Андрюхина, Н.А. Методика исследований по культуре картофеля / Н.А. Андрюхина, Н С. Бацанов, Л.В. Будина. - Mосква: НИИКХ, 1967. - 262 с.
17. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Картофель, овощные и бахчевые культуры / под. ред. В.С. Волощенко [и др.]. - Mосква, 2015. - 61 с.
18. Методика исследований по защите картофеля от болезней, вредителей, сорняков и иммунитету / сост. А.С. Воловик, Л.Н. Трофимец, А.Б. Долягин, В.М. Глез. - Mосква: Россельхозакадемия; ВНИИКХ, 1995. - 106 с.
