Законы природы в приложении к селекции

Авторская статья Тупицина Н.В., д.с.н., профессор, ген. директор ООО НПЦ «Селекция»

Действительно, мы всё острее начинаем понимать, что человек должен жить в гармонии с природой. В гармонии, это значит знать и соблюдать законы природы (главное ее богатство).

В настоящей статье мы сформулируем некоторые законы и попытаемся увязать их с селекционной теорией и практикой, при этом, ни коем образом не претендуя на абсолютную новизну и оригинальность.

Генетическое разнообразие живых организмов всех уровней организаций – главное условие прогрессивной эволюции (закон разнообразия).

Исходя их этого закона, селекция растений должна быть ориентирована: на создание гетерогенных сортов, на создание узко-адаптированных сортов при условии увеличения их численности в регионах, на увеличение разнообразия выращиваемых культур.

На сегодня доказано, что все сорта, например пшеница, независимо от способа получения в той или иной степени гетерогенны. И «бороться» против этого – глубокое заблуждение. Задача здесь должна сводиться к селектированию апробационных признаков.  При этом вполне возможна ситуация, когда новый сорт показывает стабильно высокие результаты, но не отвечает современным требованиям Госкомиссии по испытанию и охране селекционных достижений на однородность. Мы считаем, что подобные «конфликты» должны решаться в пользу сорта (в пользу экономики).

Основные зерносеющие регионы России – зоны рискованного земледелия и в ближайшие десятилетия нет альтернативы созданию гетерогенных сортов для этих территорий.

Узко адаптированные сорта – идеальный вариант. У таких сортов можно будет достичь более высокого уровня генетической однородности, но при этом возрастает их число. На южном склоне поля будет возделываться один сорт, а на северном — другой; на мало плодородных супесях и глинах – один, а на высоко плодородных чернозёмах – другой и т.д.

Огромная микро-экологическая пестрота регионов нашей страны должна охватываться соответствующим числом сортов.

Разнообразие возделываемых культур должно соответствовать макроэкологическому разнообразию. Культуры необходимо подбирать, прежде всего, с учётом эффективности использования ими естественного потенциала среды. Поиском, изучением новых культур следует системно заниматься регионами НИИ.

С позиции закона разнообразия необходимо подходить и к формированию агроэкосистем, ландшафтов  в целом. Например, травы, кустарники, древесные насаждения в лесных полосах, колках, в приовражных зонах на склонах гор и т.д. должны быть представлены широким видовым сектором, при необходимости искусственно регулируемым.

  Количество живых организмов, которые могут находиться на единице площади, в единице объёма стоит в обратной зависимости от их индивидуальной массы (закон соотношения числа и массы).

С действием этого закона селекционеры сталкиваются, например, когда подбирают родительские формы для скрещивания по степени выраженности элементов структуры урожайности. Например, формы с крупным зерном скрещиваются с формами обладающими большим числом зёрен в колосе или формы с большой кустистостью скрещиваются с формами обладающими крупным колосом. И в первом, и во втором случаях селекционер не получит желаемой комбинации признаков (много крупного зерна, много стеблей с крупными колосьями).

Любой живой организм в силу уникальности комбинации своих генов способен максимально реализовать свой продуктивный потенциал в определённых условиях.

Для селекционеров, агрономов настоящий закон даёт теоретическую основу для понимания важности разработки приёмов сортовой агротехники. Причём поиск приёмов, оптимизирующих условия выращивания растений, должен вестись непрерывно в силу динамичности природных условий, материальных, научно технических возможностей, выведения новых сортов и гибридов. Мы убеждены в том, что во всех региональных НИИ необходимо создать, а где-то восстановить отделы сортовой агротехники. Положительным примером такого подхода является современный опыт Краснодарского НИИСХ им. Лукьяненко. Там все новые сорта получают технологические паспорта.

Исходя из закона следует серьёзнее относиться к выбору участков, полей, где проводится опытная работа, селекция и сортоиспытание. Эти участки и поля должны быть типичны для зоны по максимальному числу показателей. К сожалению, таким требованиям отвечают далеко не все опытные поля. Поэтому выводимые и испытываемые сорта часто не оправдывают надежд, как учёных, так и производственников.

  Напряжённость (острота) конкурентных отношений между признаками и свойствами живых организмов за питательные ресурсы находятся в обратной зависимости от обеспеченности этими ресурсами.

Исходя из закона следует, что,  например, если отбирать генотипы с ослабленными конкурентными отношениями за продукты фотосинтеза между их потребителями, то тем самым, будут отбираться формы с более эффективной фотосинтетической системой, а следовательно, и с более высоким продукционным потенциалом. Этот вывод позволил нам разработать методы отбора пшеницы на потенциальную урожайность в полевых условиях.[1]

Установлено, что у яровой пшеницы следует отбирать колосья, ориентируясь на верхний колосок (одно крупное зерно или  два и более), а у озимых – на нижний колосок (в нём должно быть зерно). Для других же культур вопрос остаётся открытым. Но нам представляется что, по-видимому, у подсолнечника необходимо обращать внимание на середину корзинки, у кукурузы – на верхнюю часть початка, у просо – на нижнюю часть метёлки, у смородины – на кончик кисти и т.д..

  Реальная продуктивность живых организмов лимитирована всегда и только одним фактором.

Исходя из закона задача селекционеров, агрономов сводится к поиску, пониманию природы и устранению лимитирующего фактора селекционными и технологическими приёмами. Увеличение урожайности в этом случае, обеспеченно, но  до определённого уровня. Новый уровень будет так же ограничен уже другим лимитирующим фактором (но возможно и этим же) и так далее (действует принцип разрыва цепи в наиболее слабом звене). Генетически потенциальная урожайность не имеет абсолютного предела, поэтому увеличивать реальную урожайность теоретически можно до «бесконечности». Главная задача здесь – точно определить самое слабое звено сдерживающее урожайность и укреплять именно его. В противном случае произойдёт нерациональный расход удобрений, поливной воды и иных ресурсов.

  Степень устойчивости живых организмов к стрессам находится в обратной зависимости от их продукционного потенциала.

Биоэнергетические затраты на адаптивные реакции организма пропорциональны силе стресса, из чего следует, что чем сильнее будут выражены адаптивные реакции, тем больше количество энергетических ресурсов тратится на их поддержание и реализацию, а следовательно у организма меньше остаётся возможностей на развитие продукционных процессов и наоборот.

«Пренебрежение» этим законом привело к тому, что в последние полвека, ведя селекцию, преимущественно на продукционный потенциал сортов, мы потеряли: зимостойкость, жаростойкость и т.д. в итоге так и не выиграв в реальной урожайности, прежде всего, в зонах рискованного земледелия. В тоже время на оптимизацию условий возделывания такие сорта «требовали» дополнительных затрат и эти затраты делались.

Для зон рискованного земледелия необходимо изменить направление селекции переориентировав её в сторону повышения экологической устойчивости новых сортов при этом, осознавая, что придётся пожертвовать определённой частью продукционного потенциала. В тоже время никому сегодня не известно, где тот уровень возможного сочетания, например, достаточно высокого генетического потенциала урожайности с высокой устойчивостью к стрессам? Учитывая важность проблемы в Ульяновском СХИ (Советский Союз) и ООО НПЦ «Селекция», (Россия) была разработана технология селекции,  позволяющая достичь возможного компромисса.[2,3]

Например,  в исходных агроэкологических условиях из гибридных популяций пшеницы, начиная с F2, проводя массовый отбор колосьев, у которых отсутствует редукция нижних колосьев или она минимальна (озимые) и у которых 2-3 зерна  в верхнем колосе или одно крупное (яровые). Посев потомств отобранных колосьев проводят в иных условиях (пойма, орошаемый участок, обильное минимальное питание). На этом фоне повторяют массовый отбор. F4 высевают на новом месте (кислые, низко плодородные почвы, высокая вероятность засух летом и вымерзания зимой).  Снова проводят отбор (количество пересевов популяции в сочетания с массовым отбором зависит от агроэкологического разнообразия региона, от организационных возможностей и от того какая конкретно преследуется цель).

В завершении популяцию возвращают в исходные условия (возможны и другие варианты). Здесь проводят индивидуальный отбор колосьев по известным критериям. В лабораторных условиях до посева бракуют потомство колосьев по длине устьичного аппарата на пластинке первого листа всходов, переводя в селекционный питомник лишь те образцы, у которых устьица крупнее, чем на контроле.

Мы убеждены в том, что эволюционные подходы, должны стать обязательными в современной селекции.

В завершении еще раз вернемся к мысли, что миром живой и не живой природы правят не люди и не «боги», а законы, на познание и разумное использование которых мы и должны направлять максимум своих сил.

Источники литературы

  1. Тупицын Н.В., Рябова В.Г., Миронова А.И., Лешин В.Н., Захаров В.Г. Авторское свидетельство №1584835 о 15 апреля 1990 г. «Способ селекции яровой пшеницы».
  2. Тупицын В.Н., Зайнетдинова Р.А. Авторское свидетельство №1548874, 8 ноября 1989 г., «Способ отбора сортов пшеницы на урожайность».
  3. Тупицын Н.В., Зазаров В.Г. Патент №2131180, 10 июля 1999 г. «Технология селекции пшеницы на потенциальную урожайность».

Поделиться