Selection Process of Sweet Potato (Ipomoea batatas Lam.) at NARO – National Agriculture Research Organization, Japan

Батат (Ipomoea batatas Lam.) представляет собой перекрестно опыляющееся гексаплоидное растение (х=15, 2n=6х=90), культивируемое в тропических, субтропических и умеренно-теплых регионах мира для получения корневых клубней

Рисунок 1 - Внешний вид корневого клубня батата – сорт Борегард

DOI:10.23670/IRJ.2023.137.6.1

В СССР была проведена очень масштабная и трудоемкая работа по интродукции данной культуры, о чем свидетельствуют исследования Тютина М.Г. (1934)

[14]

и Алексеева В.П. (1932)

[3]

по интродукции и селекции батата в агроклиматических условиях Грузинской ССР на территории современной Абхазии (г. Сухум). Было выведено около двух десятков сортов, о судьбе которых на данный момент ничего не известно, так как исследования батата были завершены из-за массового поражения посадок явайской черной гнилью.

В настоящее время изучением данной культуры, начиная с 2012-2013 годов, занимаются в Воронежской области

Поэтому можно сделать вполне обоснованный вывод о том, что изучение сладкого картофеля в России возросло с новой силой и имеет высокую актуальность и в своей работе мы хотели перенять зарубежный опыт в области селекции батата на примере Японии.

В Японии батат используется для самых разных целей, таких как: употребление в пищу, получение пищевых продуктов, производство спирта и крахмала. Две группы ученых в Национальной организации сельскохозяйственных исследований (National Agriculture Research Organization – NARO) занимаются выведением сортов для этих целей. В селекции батата ученые используют такие приемы, как: прививка для индукции цветения (цветок представлен на рис. 2) и идентификация групп несовместимости перед скрещиванием, чтобы решить проблемы, характерные при гибридизации батата

Рисунок 2 - Цветок батата

DOI:10.23670/IRJ.2023.137.6.2

Для столового использования недавно были созданы новые сорта с высоким содержанием сахаров, которые стали популярны среди японских потребителей. Новые сорта с высоким содержанием антоцианов или β-каротина были выведены для получения пищевых продуктов и использования в качестве натуральных пищевых красителей. В качестве исходного сырья были созданы новые сорта с высоким выходом спирта для производства спиртов сётю (shochu). Кроме того, для производства крахмала были созданы новые сорта с высоким выходом крахмала

[1]

.

Селекция батата в Национальной организации сельскохозяйственных исследований (NARO) осуществляется двумя группами ученых: Институтом растениеводства – NARO (NICS) и Центром сельскохозяйственных исследований Кюсю Окинава, (KARC/NARO).

Лаборатория от NICS расположена в Цукубе в регионе Канто, который является северной границей коммерческого производства в Японии, а лаборатория от KARC/NARO расположена в Мияконодзё в регионе Кюсю, который является южным регионом с теплым умеренным климатом в Японии. Группа в NICS в основном занимается выведением сортов для столового использования, а группа в KARC/NARO преимущественно занимается выведением сортов для промышленной переработки.

Предыдущие исследования показали, что батат является автогексаплоидом и его тип наследования является гексасомическим. Часто признак, контролируемый одним геном, может быть количественно оценен по фенотипу благодаря специфичности его выделения у автополиплоидов. Сильная гетерозиготность каждого генотипа, полиплоидия и перекрестное опыление у батата усложняют его генетический анализ, но прогнозирование расщепления в популяции очень важно в селекции батата.

Две селекционные группы NARO поддерживают около 3000 образцов диких видов рода Ipomoea и батата, состоящих из зарегистрированных сортов, селекционных линий, местных сортов из Японии и интродуцентов из Северной и Южной Америки, Азии и Океании. Около трети образцов дублируются и сохраняются обеими группами. Более 80% образцов in vivo высадкой черенков и сбором с выращиваемых растений корневых клубней.

Растения образцов, не образующих корневых клубней, поддерживают в горшечной культуре в теплицах. Морфологические характеристики, такие как: форма листьев и корнеклубней и хозяйственно ценные характеристики, такие как: урожайность, устойчивость к болезням и вредителям и качество, оцениваются ежегодно для более чем 50 образцов.

Начало селекции батата включает в себя: отбор цветущих и скрещивающихся родителей из генетической коллекции, планирование комбинаций и проведение скрещиваний. Большинство сортов батата дают мало цветков или вообще не дают их в регионах с умеренным климатом. Зачастую цветки демонстрируют само- и перекрестную несовместимость. Поэтому селекционеры по батату используют такие приемы в селекции, как: прививка для индукции цветения и идентификация групп несовместимости перед скрещиванием, для того чтобы преодолеть упомянутые выше проблемы.

Метод прививки с использованием подвоев ипомеи используется для стимуляции цветения. Карликовый сорт японской ипомеи Ipomoea nil (L.) Roth cv. Кidachi-asagao используется в качестве подвоя по двум причинам: у него толстый стебель, облегчающий прививку, а также он имеет длительный период цветения, что увеличивает общее количество цветков. Привои батата формируют цветочные бутоны через 3 недели после прививки и продолжают цвести более 2 месяцев. Цветки батата и I. trifida обладают сильным спорофитным типом самонесовместимости, также у батата были идентифицированы и классифицированы 16 групп перекрестной несовместимости (A–P). Это основной барьер для получения семян после самоопыления и скрещивания в пределах одних и тех же групп перекрестной несовместимости.

Репрезентативные сорта из каждой группы были идентифицированы как «тестеры на несовместимость» и они используются при скрещиваниях сортов, группы несовместимости которых неизвестны. Несовместимость определяют путем наблюдения за развитием пыльцевых трубок, окрашенных анилиновым синим, с помощью флуоресцентного микроскопа. Такой подход позволяет идентифицировать неизвестные сорта по пяти основным (А, В, С, D, Е) и прочим группам несовместимости. В последнее время лаборатория KARC/NARO проводит в общей сложности 200-300 комбинаций скрещивания два раза за год – весной и осенью в двух селекционных групп NARO и они собирают примерно 50000-70000 семян каждый год. Схема создания сортов батата в NARO представлена на рисунке 3.

Семена полученных гибридов высевают в кассеты или горшки и выращивают в рассадном отделении теплицы, а затем каждый сеянец пересаживают в поле. Корнеклубни отобранных растений с хорошим фенотипом убирают и хранят в течение зимы. После второго года их всесторонне изучают и оценивают, отбирая самые перспективные линии.

Рисунок 3 - Схема селекции батата в NARO, Япония

Примечание: цифры в скобках каждого квадрата указывают количество растений и повторностей в каждом испытании; в правом столбце указаны оцениваемые признаки в каждом испытании и испытаниях, проведенных на экспериментальных станциях в некоторых префектурах

DOI:10.23670/IRJ.2023.137.6.3

Селекционеры уменьшают количество отбираемых линий и увеличивают количество хранящихся корнеклубней отобранных образцов каждый год. На шестой год испытания селекционные линии отбираются для испытаний урожайности и исследуются на устойчивость к болезням и вредителям, а также адаптивность. Испытания продуктивности и специфических признаков рекомендуемых сортов проводятся в нескольких префектурах. Лаборатория NICS проводит тесты на устойчивость к основным болезням и вредителям, в том числе к черной гнили (Ceratocystis fimbriata), стеблевой гнили (Fusarium oxysporum f. sp. batatas), почвенной гнили (Streptomyces ipomoea) и южным галловым нематодам (RKN, Meloidogyne incognita). Лаборатория KARC/NARO исследует устойчивость к южным галловым нематодам (RKN, Meloidogyne incognita) и нематодам, поражающим кофе (RLN, Pratylenchus coffeaceae). Создание нового сорта занимает более 8 лет с момента скрещивания

[1]

.

Схема селекционного процесса батата (Ipomoea batatas Lam.) в NARO представлена несколькими последовательными питомниками: питомник гибридизации, питомник индивидуального отбора, питомник отбора линий (2 года), питомник предварительного испытания и питомник производственного испытания (4 года). Селекция новых сортов ведется в направлении повышения урожайности, устойчивости к болезням (вирусы, черная и почвенная гнили) и вредителям (различные виды нематод), а также на улучшение биохимических и органолептических показателей конечной продукции. На создание одного сорта необходимо около 10 лет, при этом, в начальных питомниках имеется 50000 сеянцев, а в конце – лишь один сорт, что говорит о высокой трудоемкости ведения селекции батата. Помимо большого количества исходных сеянцев сладкий картофель имеет проблемы, касающиеся его генеративной сферы – трудности с цветением (решается прививкой на декоративные виды рода Ipomoea и другими методами) и наличие 16 групп спорофитной самонесовместимости (имеется коллекция сортов-тестеров с известными типами самонесовметимости).