Summary

Grain legumes collection of Vavilov institute contains 43 700 accessions of commercial varieties, breeding lines, landraces and wild relatives. The strategy of introduction of new material is aimed at the maintenance of the food safety of the country, creation of rational feeding for livestock and sustainability of agriculture, development of new food technologies, broadening of agricultural area of the crops to the North. The papers describes the possibilities of using genetic diversity of grain legumes for urgent tasks of breeding and for perspective.

Реферат

Статья содержит обзор направлений использования генофонда зерновых бобовых культур из коллекции ВИР, в селекции, которая наряду с традиционными запросами производства (продуктивность, устойчивость к неблагоприятным факторам, скороспелость, технологичность и т.п.), должна ориентироваться на развивающиеся в мире новые тенденции использования культур и новые технологии их переработки

Зерновые бобовые, источники, генофонд, использование

Генофонд зерновых бобовых культур и их диких родичей, содержащийся в коллекции ВИР, представляет репрезентативную выборку мирового разнообразия бобовых, употребляемых преимущественно на зерно. Коллекция, создаваемая в течение 84 лет, насчитывает более 47300 образцов, представленных уникальными экспедиционными сборами, местными сортами, селекционным материалом, сортами, собранными со всего мира.
Стратегия привлечения нового материала в коллекцию учитывает следующие приоритеты: обеспечение пищевой безопасности страны; рационализацию кормопроизводства; создание экологически устойчивого сельского хозяйства; развитие новых пищевых технологий; продвижение производства зерновых бобовых в более северные широты. В данной статье приведен обзор направлений использования генофонда зерновых бобовых в селекции, которая наряду с традиционными запросами производства должна ориентироваться на развивающиеся в мире новые технологии и тенденции использования культур.
За счет питательной ценности зернобобовые признаны частью «здорового питания» и стоят на одном из ведущих мест в развитии пищевых технологий третьего поколения, которые обеспечивают более полную и глубинную переработку сырья и регулируют химический состав по критериям пищевой и биологической ценности. Сейчас уже неоспоримо, что в ближайшем будущем рацион человечества будет совершенствоваться за счет более широкого использования продуктов, богатых растительным белком. Все большее привлечение зерновых бобовых в рацион может происходить за счет создания текстуратов белка, тепловой обработки под давлением с целью получения новых продуктов питания. С учетом этих веяний на одно из первых мест в селекции зерновых бобовых в настоящее время ставят вопрос качества зерна: высокое содержание белка, улучшение его качественного состава, низкое содержание антипитательных факторов, улучшенный вкус, хорошие технологические качества.
Бобовые привлекают все большее внимание фармацевтов, поскольку являются источниками витаминов, в частности, А, Е, Д,, алкалоидов, лектинов, фитостероидов, минеральных веществ. Показана их неоценимая роль для профилактики диабета и в питании диабетиков, антихолестериновая, антиканцерогенная и иммуномодулирующая функции некоторых веществ семян зернобобовых.
Особенно большое внимание диетологов, медиков и фармацевтов приковано к сое, которой по мнению американских экспертов, суждено быть главным источником белка для потребления человеком в 21 веке. В связи с этим перспективными направлениями сои нам представляются следующие:
- высокое содержание белка (до 55%), крупносемянность, светлая семенная оболочка - для пищевой промышленности. Признак высокобелковости вводится в лучшие сорта путем рекуррентной селекции [1]. Создаются специализированные сорта для производства молока, к примеру, сорта Донская во ВНИИЗС, Лакта во ВНИИМК. Наряду с высоким содержанием белка и низкой трипсинингибирующей активностью таким сортам должны быть присущи хорошая экстрагируемость сухих вешеств и улучшенные вкусовые качества [2];
-качество масла - увеличение его стабильности и улучшение вкусовых и питательных качеств путем регулирования соотношения тех или иных жирных кислот. В основном это касается главной ненасыщенной жирной кислоты, содержание которой в семенах сои составляет 18-22% от общего количества кислот - олеиновой. К настоящему времени в США путем традиционной селекции созданы сорта с увеличенным содержанием олеиновой кислоты - до 55% [3]. Посредством генетической модификации созданы сорта сои с содержанием олеиновой кислоты 83,8% и соответственно низким - 2,2% содержанием другой ненасыщенной кислоты - линоленовой, которая придает маслу специфический нежелательный запах [4].
-качественное изменение состава жирных кислот, увеличивающее технические возможности соевого масла для производства пластмасс, различных покрытий, красок, мономеров для полимеров, высыхающих агентов и т.д.;
-низкое содержание ингибиторов протеиназ для сортов пищевого и кормового использования и альернативное значение признака для фармацевтики. Доказанное к настоящему времени участие этих веществ в механизмах защиты растений от вредителей и болезней, а главное, их антиканцерогенная и радиопротекторная функции [5] открывают новые перспективы для их использования;
-мелкосемянность - для получения проростков - важных источников витаминов и биологически активных веществ (одно из основных направлений селекции сои в странах Востока);
-расширение агрономического ареала сои, продвижение его в более северные широты [6,7].
Основной зернобобовой культурой России был и остается горох. Отрадным фактом можно считать возрастание производственных площадей гороха в РФ после многих лет их стабильного сокращения. По сравнению с 2000 годом в 2003 году посевы гороха увеличились в 1,4 раза и занимали 757,5 тыс га, несколько уменьшившись в 2004 - до 717,5 тыс. га [8].
Производство гороха в мире неустанно возрастает. "Гороховая революция", произошедшая в ряде стран Европейского Союза за последние двадцать лет, выразившаяся в резком возрастании площадей под зерновым горохом, в большой степени обязана использованию признаков детерминантного типа роста и безлисточковости, увеличивающих технологичность культуры. Как детерминантность, так и безлисточковость - контролируются моногенно рецессивными генами и легко могут быть интегрированы в любые сорта. В коллекции ВИР имеются образцы сочетающие признаки безлисточковости (af), детерминантный тип роста (det,deh) и неосыпаемость семян (def). Анализ отечественных селекционных достижений показывает, что из 101 районированных сортов треть (35) относятся к безлисточковым, в то время как в списке основных сортов гороха, возделываемых в странах ЕС их около 80%. Однако, учитывая широкий размах климатических условий в нашей стране, целесообразно иметь в производстве как сорта традиционного (листочкового) морфотипа, так и безлисточковые сорта. Для возделывания в засушливых условиях рекомендуется использовать листочковые сорта с более длинным стеблем и междоузлиями с уборочным индексом 50-55%. В условиях с достаточным увлажнением целесообразно возделывать сорта с высокой устойчивостью к полеганию [9].
Перспективным направлением селекции гороха, разрабатываемым во ВНИИЗБК, представляется создание морфотипа хамелеон, возникшего на основе транслокации генов af и tac (“усиковая акация”) и обладающего ярусной гетерофилией. Практическая ценность этого морфотипа состоит в том, что он обладает высокими физиологическими показателями продукционного процесса и по биологическому потенциалу превосходит лучшие современные сорта [10].
Одно из новых направлений селекции гороха, разрабатываемое в Европе, - высокое содержание в семенах амилозы, повышающей выход спирта. Поиск источников этого признака ведется биохимиками ВНИИЗБК [11].
Обнадеживающие результаты для применения в медицине показали термопластические пленки, получаемые из крахмала гороха. Оказалось, что физико-химические свойства горохового крахмала соответствуют технологии изготовления таких пленок лучше, чем традиционно присутствующих на рынке крахмалов из картофеля, пшеницы, кукурузы [12]. Применение в медицине и фармацевтике могут найти и ингибиторы протеиназ гороха, которые действуют угнетающе на пролиферацию раковых клетов в культуре in vitro. Предполагается, что эти белки предотвращают или сдерживают канцерогенезис в пищеварительном тракте [13].
Масштабы производства и селекции фасоли в РФ далеки от возможного. Между тем, коллекция фасоли ВИР включает большой полиморфизм и ее изучение свидетельствует о широте адаптивного потенциала культуры, что может значительно расширить границы традиционных районов ее производства. Выявлены сорта зернового, овощного и универсального направлений использования, стабильно формирующие урожай семян даже в Ленинградской области.
Актуальными направлениями для селекции фасоли остаются засухоустойчивость, жаростойкость, качество семян, включающее хорошую разваримость, высокое качество бобов у сортов овощного использования. Перспективна интрогрессия ценных генов из других видов, а также диких аборигенных популяций. Имеются положительные опыты передачи полезных свойств в геном фасоли обыкновенной методами биотехнологии [14].
Селекцию и производство чечевицы в нашей стране необходимо интенсифицировать. В коллекции ВИР имеются ценные источники продуктивности, крупносемянности, высокорослости, компактности куста, устойчивости к серой гнили и фузариозу - основных признаков, сдерживающих масштабное производство этой культуры. Рассматривается возможность интрогрессии генов устойчивости к болезням и засухе из диких подвидов Lens culinaris, а также передача признаков многосемянности из диких видов [15].
С отходом от нашей страны среднеазиатских республик не дооцененной культурой оказался нут. Между тем, по питательной ценности нут превосходит все другие виды зерновых бобовых культур. Он обладает такими агрономическими преимуществами как высокая засухоустойчивость и устойчивость к зерновке. Перспективна интрогрессия ценных генов из диких видов [16].
Проблема усовершенствования состава кормовой базы в наше время также заключается в качестве корма. По экспертным оценкам, реально уже существующая кормовая база позволила бы произвести, как минимум, в полтора раза больше и дешевле продуктов животноводства, если бы корма соответствовали ветеринарным требованиям рационального кормления. Большинство зерновых бобовых культур в коллекции ВИР (около 70%) имеет потенциал кормовых. Однако большая его часть далеко еще не оценена в должной мере и не используется в кормовых целях.
Среди новых веяний в создании сортов гороха кормового направления следует отметить селекцию зерновой пелюшки во ВНИИЗБК, дающей зерна до 7 т/га[17].
Кормовые бобы известны как пищевая культура, но в нашей стране по большей части используются на корм скоту. Современные тенденции селекции культуры овощных бобов включают наряду со скороспелостью и продуктивностью светлые семена, не темнеющие во время хранения. Семена бобов могут с успехом заменять соевый шрот и составлять до 25% рациона домашней птицы при минимизации в них таких антипитательных веществ как вицинин-конвицинин и таннины, что возможно осуществить селекционным путем [18].
Многие дикие виды люпина, вики и чины могут рассматриваться как хорошие кормовые травы, но только 4 вида вики из 47, представленных в коллекции ВИР, задействованы в селекционных программах России, чины - 4 из 37, люпина - 4 из 50. Учитывая большое разнообразие почвенно-климатических условий нашей страны, генофонд, сохраняемый в коллекции ВИР, может быть задействован гораздо эффективнее. Введение в культуру новых видов по-прежнему остается актуальным. По данным специалистов 23 однолетних и многолетних видов вики могут использоваться в качестве пастбищных культур в разных регионах России, особенно эндемичные виды Сибири и Дальнего Востока. Не менее 15 видов рода Чина могут использоваться как укосно-кормовые [19]. Чина - мезоксерофит, способный занять экологическую нишу в промежуточной полосе между южной границей возделывания гороха и северной границей агрономического ареала нута. В этих районах она превосходит по урожайности вику, горох, обеспечивая урожай зеленой массы до 42 т/га. Содержание белка в семенах - до 34%, в вегетативной массе - 29% при очень хорошей переваримости. В целом ряде стран Азии и Европы семена чины используют для продовольственного потребления. Одна из сдерживающих производство чины причин - наличие в семенах антипитательных факторов - нейротоксинов. В генофонде ВИР имеются источники низкого содержания или практически полного отсутствия этих веществ. Необходим дальнейший поиск таких источников, организация массового скрининга и селекция по этому признаку. Перспективны как однолетние, так и многолетние виды чины. Последние имеют преимущество на бедных песчаных, тяжелых суглинистых и сильно каменистых почвах. Чина танжерская формирует до 30,2 т/га зеленой массы при содержании белка 43% в зерне и до 20% в сене [20]. В шестидесятые годы прошлого века в СССР велась селекция этого вида и были получены перспективные сорта. В наше время в РФ эта ценная культура не имеет должного внимания и селекция чины ведется в незначительных масштабах.
Далек от оптимального потенциал использования люпина. Площади под этой культурой в РФ составляют чуть более 1% от мировых. Наиболее актуальные задачи селекции: получение форм, устойчивых к антракнозу у желтого люпина и безалкалоидных у многолетнего люпина. В настоящее время получены сорта белого и желтого люпина с содержанием белка 35-45%, липидов - 7-14, углеводов - 35-40, алкалоидов - 0,05-0,08%. Такие сорта по современным представлениям могут служить не только высоко питательным кормом для животных, но и ценным сырьем для получения новых видов пищевых белковых продуктов и растительного масла. Люпиновая мука уже широко используется в рецептурах хлебобулочных изделий в Польше, Чили, Австралии, увеличивая уровень сбалансированности макронутриентов. Поэтому люпин рассматривается как перспективная культура для получения ценных белковых, белково-липидных, белково-углеводных пищевых добавок и масла для повышения питательной ценности пищи, а также как сырье для высокоэффективных лечебных и лечебно-профилактических препаратов направленного действия [21].
Расширение биологического и агрономического потенциала люпина возможно за счет окультуривания новых видов. По нашим представлениям не менее 5 видов люпина, имеющихся в коллекции, может быть вовлечено в культуру в качестве кормов и сидератов. Примеры удачной доместикации в течение короткого времени трех видов люпина известны для Австралии: L.cosentinii Guss., L.athlanticus Gladst., L.pilosus Murrey [22], аборигенного вида - люпина белостебельчатого (L.albicaulis Douglas.) для США [23]. Наряду с кормовым и сидерационным назначением высокоалкалоидные формы люпина в настоящее время используются в фармацевтике, косметике, развиваются технологии получения спирта [24]. Новые сведения, полученные об антихолестириновой функции белковых фракций люпина, могут открыть дополнительные перспективы его использования [25].
Неоценима роль зерновых бобовых в фитоценотической селекции. По-прежнему актуальным остается поиск оптимальных поддерживающих культур в смешанных посевах с учетом агроклиматических условий регионов.
Мало развиваемым направлением селекции остается выведение декоративных форм бобовых. Широко известен душистый горошек (Lathyrus odoratus L.), имеющий несколько сотен сортов мировой селекции, но существуют и другие виды чины, люпина, фасоли, вики, достойные селекционного улучшения в этом направлении.
В заключение подчеркну, что мобилизация нового перспективного материала с учетом приоритетных направлений отечественной селекции остается первостепенной задачей ВИРа. Однако учитывая разноплановое использование группы зерновых бобовых культур и развитие новых технологий их переработки, необходима ориентация и на будущие возможности использования генофонда.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Вавилов Н. И. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости // Избр. труды. М.; Л.: Наука, 1965. Т.V. С.179-222.
2. Wilcox, J.R. Increasing seed protein with eight cycles of recurrent selection. Crop Sci., 1998. V.38. Р. 1536-1540.
3. Кочегура А.В. Результаты и перспективы НИР по селекции сои // Итоги исследований по сое за годы реформирования и направления НИР на 2005-2010.Краснодар, 2004. С. 7-15.
4. Monteros M. J. et al. Molecular mapping of genes conditioning oleic acid content in NOO-3350 soybean // Soy 2002. Program and proceedings for 9th Biennial Conf. Cellular and Molecular Biology in Soybean. Lexington, Kentucky, 2002. P 209.
5. Kinney, A.J. Development of genetically engineered soybeans for food applications. J. Food Lipids, 1996. V. 3. P.273-292.
6. Clemente A., Domoney C. Anticarcenogenic activity of protease inhibitors in legumes. // 4th Europ. Conf. of Grain Legumes Proceedings. Cracow-Poland. 2001. P. 114-115.
7. Сеферова И.В., Вишнякова М.А., Никишкина М.А. Селекционная ценность экспериментальных популяций сои, адаптированных к условиям Северо-Запада РФ // Деп. ВНИИ ИТЭИ АПК, № 61 ВС 2002.
8. Сеферова И. В., Никишкина М.А. Потенциал сои зернового и кормовго направлений использования на Северо-Западе России // Итоги исследований по сое за годы реформирования и направления НИР на 2005-2010.Краснодар, 2004. С.59-66.
9. FAOSTAT;
10. Фадеева А.Н. Создание исходного материала гороха для селекции в условиях северной части Среднего Поволжья // Автореф. дис. …канд.биол.наук, 2001. СПб, 20 с.
11. Зеленов А.Н. Перспективы использования новой селекционной формы гороха хамелеон // Доклады РАСХН. 2000. № 4. С.15-17.
12. Павловская Н.Е. Белковый комплекс семян зернобобовых культур и перспективы повышения его качества // Научное обеспечение производства зернобобовых и крупяных культур. Орел, 2004. С. 56-66.
13. Bogracheva T., Topliff I., Meares C. et al. Starch thermoplastic films from a range of pea (Pisum sativum) mutants // 5th Europ. Conf. on Grain Legumes. 2004. Dijon -France. P.47-48.
14. Сlemente A., Mackenzie D., Johnson I.T., Domoney C. Investigation of legume seed protease inhibitors as potential anti-carcinogenic proteins //5th Europ. Conf. on Grain Legumes. 2004. Dijon -France. P.51-52.
15. Ron de A.M., Horlein A. Improvement of sustainable Phaseolus production in Europe for human consumption - PHASELIEU // 3th Europ/ Conf. on Grain Legumes. Valladolid-Spain, 1998. P. 360.
16. Суворова Г.Н., Кондыков И.В., Скотникова Е.А. Гибридизация чечевицы обыкновенной Lens culinaris с дикорастущими видами // «Биология - наука XXI века», 2002. Пущино. С.130.
17. Croser J.S., F. Ahmad, H. J. Clarke and K. H. M. Siddique. Utilisation of wild Cicer in chickpea improvement - progress, constraints, and prospects // Australian J. Agr. Research, 1988. V.54. P. 429 - 444.
18. Кондыков И.В., Зеленов А.Н., Мирошникова М.П., Уваров В.Н., Кондыкова Н.Н., Антонова Г.А. Основные направления и результаты селекции гороха и фасоли во ВНИИЗБК // Научное обеспечение производства зернобобовых и крупяных культур. Орел, 2004. С. 19-29.
19. Crepon K., Metayer J.P., Barrier-Guillot B. et al. Nutritional value and utilization of different Faba bean cultivars for broiler chickens and adult cockerels// 5th Europ. Conf. on Grain Legumes. 2004. Dijon -France. P. 39-40.
20. Коровина О.Н. Природный генофонд дикорастущих родичей культивируемых растений флоры СССР и его охрана (Аннотированный перечень). Л., ВИР.1986. 126 с.
21. Чекалин Н.М., Назаров Н.А. Чина танжерская на зеленый корм //Земледелие. 1976, № 1. С.14-17.
22. Лисицин А.Н., Ключкин В.В., Григорьева В.Н. Люпин как компонент пищевых и диетических подуктов // Кормопроизводство. 2001. № 1. С.30-32.
23. Buirchell B.J., Cowling W.A. Domestication of rough-seeded lupins. J. Agric. WA, 4th series. 1992. V. 33. P. 131-137.
24. Rumbaugh M.D. Special purpose Forage legumes. Advances in new crops. Portland, Oregon, 1990. P. 183-190.
25. Вишнякова М.А. О перспективах введения в культуру и интродукции различных видов люпина // С.-х. биология, 2005. № 2. С. 21-28.
26. Arnoldi A., Morandi S., D?Agostina A. et al. Beneficial effects of lupins proteins: a novel source of hypocholesterolimic agents? // 5th Europ. Conf. on Grain Legumes. 2004. Dijon -France. P. 19-20.

В сборнике:

Селекцiя i насiнництво. Мiжвiдомчий тематичний науковий збiрник. Харкiв, 2005. С. 75-83; УДК 631.52

Коллекция зерновых бобовых культур ВИР ...