Георгий Карлович Мейстер и селекция растений в современных условиях
В двадцатых-тридцатых годах XX века одним из самых ярких организаторов науки СССР, теоретиков, плодотворных селекционеров и семеноводов был Георгий Карлович Мейстер. После ареста в 1937 году и расстрела 21 января 1938 года как «врага народа» его имя на долгие годы было вычеркнуто из истории. Лишь после реабилитации в конце пятидесятых годов прошлого века стали приоткрываться некоторые стороны научной и общественной деятельности этого замечательного ученого. Однако еще многое не раскрыто и не восстановлено. Например, известно, что в посмертном издании избранных трудов А. П. Шехурдина из всех статей были изъяты многочисленные упоминания имени Г.К. Мейстера. Нельзя признать нормальным, что до сих пор не восстановлено его авторство и соавторство на многие сорта, не проанализированы неопубликованные материалы, содержащие выступления Г.К. Мейстера, и не переизданы его публикации, ставшие малодоступными.
По случаю 140-летия Г.К. Мейстера небесполезно еще раз обратиться к его научному наследию, особенно в области селекции. Прежде всего, поражает его подход не только к улучшению растений, но и к развитию растениеводства в Поволжье. Еще до переезда в Саратов Г.К. Мейстер на организованном им Балашовском опытном поле зарекомендовал себя как замечательный аналитический селекционер озимой и яровой пшеницы, кукурузы и чечевицы, а также как новатор в совершенствовании технологии возделывания растений.
Аналитическая селекция
Созданные им сорта озимой пшеницы Гостианум 237 и Лютесценс 329, а также кукуруза Спасовская явились крупным вкладом в селекцию. Сорт Гостианум 237 многие годы возделывали на миллионах гектаров, а сорт Лютесценс 329 до сих пор является одним из рекордсменов по зимостойкости. Именно поэтому А. И. Стебут в 1914 году в связи с отъездом из Саратова рекомендовал избрать Г.К. Мейстера завотделом селекции Саратовской селекционной станции. Но Мейстера в четырнадцатом году призвали в армию на Первую империалистическую войну, и к работе на Саратовской станции он приступил лишь в восемнадцатом, после возвращения из действующей армии.
К этому времени на Саратовской станции под руководством и при непосредственном участии А.И. Стебута из местных сортов уже были отобраны родоначальные растения таких знаменитых сортов, как Лютесценс 62 (яровая мягкая пшеница), Гордеиформе 432 (яровая твердая пшеница) и других. Все эти сорта явились ценными донорами генов/признаков для многих новых сортов в разных селекционных центрах страны. Таким образом достижения аналитической селекции оказались весьма весомыми как на Балашовском опытном поле, так и на Саратовской станции.
Межвидовая и межродовая (отдаленная) гибридизация
Приступив к работе на саратовской станции, Георгий Карлович межвидовую и межродовую гибридизацию выдвинул на первый план неслучайно. Еще на Балашовском опытном поле он понял, что возможности создания сортов путем отбора из местных крестьянских сортов-популяций почти полностью исчерпаны, между тем на селекционных посевах нередко наблюдались спонтанные естественные гибриды между пшеницей и рожью, так, особенно много их было в 1918 году.
Нужно сказать, что идея отдаленной гибридизации не была новостью. Уже в 1911 годах А.И. Стебут и А.П. Шехурдин приступили к гибридизации яровой мягкой пшеницы с яровой твердой пшеницей, а также с другими видами, но главным источником генетической изменчивости для практической селекции они, как и многие другие селекционеры, считали внутривидовую гибридизацию как более доступную. Аналогичного взгляда придерживался и Н.И. Вавилов (устное сообщение В.Н. Мамонтовой).
Благодаря настойчивости Г.К. Мейстера в результате почти двух десятилетий отборов из популяций от скрещивания сорта Полтавка (мягкая пшеница) с сортом Белотурка (твердая пшеница) были созданы новые сорта яровой мягкой пшеницы Сарроза и Саррубра. Они были районированы в 1931 году, и сорт Саррубра к 1938 г. возделывался на площади свыше 1,3 млн га в основном в засушливых районах Поволжья. Ещё большие площади занял сорт Лютесценс 62. Такое быстрое распространение этих и многих других сортов является одной из граней таланта Г.К. Мейстера в деле перевода семеноводства в стране на научно-промышленную основу.
Насильственная с конца 20-х годов коллективизация крестьян привела к катастрофическому снижению производства зерна и других продуктов, во многих колхозах и совхозах недоставало семян. От ученых потребовали эффективно помогать хозяйствам решать эти задачи. В этих условиях Г.К. Мейстер поставил перед селекционерами станции задачу решительно расширить использование в селекции скрещивания пшеницы с другими видами, в том числе с разными видами пырея, эгилопса – однолетнего травянистого растения семейства злаков (устное сообщение В.Н. Мамонтовой).
Особо заманчивым представлялось создание многолетней пшеницы, с тем чтобы одновременно получать высокие урожаи как зерна для продовольствия, так и сена для скота в течение ряда лет без ежегодного посева: таким образом будет в несколько раз сокращена потребность в семенах. Надо сказать, что первые шаги в этом направлении вдохновили ученых. Наибольшую мировую известность получили работы по гибридизации пшеницы с пыреем. По устному сообщению В.Н. Мамонтовой, молодому научному сотруднику лаборатории Н.В. Цицину (будущему дважды Герою Социалистического Труда) с помощью А.П. Шехурдина удалось получить не только гибриды от скрещивания пшеницы с пыреем, но и преодолеть бесплодие гибридов, что признавал и Н.В. Цицин.
Однако даже после того как Г. К. Мейстер придал этим работам достаточно широкий размах, данное направление в практической селекции, по мнению А.П. Шехурдина, представляло всего лишь «тихую радость», так как у А.П. Шехурдина и В.Н. Мамонтовой уже был почти двадцатилетний опыт работ по межвидовой гибридизации пшеницы (устное сообщение В.Н. Мамонтовой). Последующие полувековые исследования Н.В. Цицина и его коллективов в разных научных учреждениях (Саратов, Омск, Москва) также не привели к созданию таких пырейно-пшеничных сортов, которые могли бы сыграть революционную роль в производстве зерна и зеленого корма в стране. Дело в том, что хромосомы у этих видов негомологичные, вследствие чего они при обычной гибридизации не могут рекомбинировать, то есть обмениваться генами. В результате новые аллополиплоиды (пырейно-пшеничные гибриды)наряду с полезными генами имеют много генов нежелательных, снижающих продуктивность и адаптивность растений.
Лишь в середине XX века, особенно после августовской сессии ВАСХНИЛ 1948 года, когда в СССР окончательно прекратили генетические исследования, зарубежные генетики успешно разработали методы, которые позволяют селекционерам извлекать желательные гены из негомологичных хромосом, например, пырея и разных видов эгилопса. Это открыло принципиально новые возможности для использования в селекции чужеродных генов/признаков, отсутствующих у пшеницы, и в настоящее время обогащение пшеницы этими генами непрерывно расширяется.
Комплексный, системный подход к селекции
Ломка производственных отношений в деревне (организация колхозов и совхозов), провалы планов по производству зерна и другой продукции – всё это привело к организации ВАСХНИЛ и реорганизации опытных станций. В 1929 году Саратовская станция была преобразована в институт (сначала в Институт засухи РСФСР и СССР, потом – во Всесоюзный институт зернового хозяйства ВИЗХ, Всесоюзный институт орошаемого зернового хозяйства и снова – зернового хозяйства). Ученые института во главе с энергичным Николаем Максимовичем Тулайковым, вполне понятно, были заинтересованы прежде всего в развитии и подъеме на мировой уровень технологий богарного и орошаемого земледелия.
Между тем не менее энергичный Георгий Карлович Мейстер, что вполне объяснимо, был заинтересован в развитии селекции и семеноводства. Издавна известно: урожай зависит не только от технологии (агротехники), но и от сорта. Но как справедливо распределить скудный бюджет между этими направлениями исследований? Однажды данная проблема явилась одной из причин ухода со станции Александра Ивановича Стебута (устное сообщение В.Н. Мамонтовой).
К середине двадцатых годов благодаря НЭПу несколько улучшилось поступление денег в казну государства. В этих условиях Г.К.Мейстер как директор саратовской «Госсемкультуры» и член ВЦИК сумел доказать Совету Труда и Обороны СССР государственную важность срочного повышения эффективности селекции и семеноводства, что способствовало преобразованию в 1928 году Саратовской опытной станции в Саратовскую генетико-селекционную станцию. И это, несомненно, является одной из главных заслуг Г.К. Мейстера.
Понимая трудности использования в селекции как внутривидовой, так и межвидовой и межродовой гибридизации, Г.К. Мейстер развернул на станции весьма солидные исследования по цитологии (кариологии) сородичей пшеницы, мутагенезу, физиологии зимостойкости, фитопатологии, качеству зерна, по продуктивности и адаптивности пырейно-пшеничных (С.М. Верушкин), ржано-пшеничных гибридов (Н.Г. Мейстер). Большое значение Г.К. Мейстер придавал развертыванию на станции селекции озимой пшеницы и озимой ржи, селекции пшеницы на интенсивность (для орошаемых земель), а также на качество зерна, устойчивость к головне, ржавчине (для этих целей он привез из Канады ряд сортов).
Селекцию озимой пшеницы он возложил на свою дочь Нину, которая даже после ареста отца не прекратила создание сортов пшеницы с использованием ржи как донора ценных признаков, прежде всего зимостойкости. На станции развернулась селекция проса, расширились масштабы работ по селекции и генетике подсолнечника. Большое значение Г.К. Мейстер придавал повышению научной и теоретической подготовки сотрудников. Именно он настоял, чтобы такие опытные селекционеры, как Е.М. Плачек, Н.Г. Мейстер, А.П. Шехурдин, получили высшее образование (устное сообщение В.Н. Мамонтовой).
Генетико-селекционная станция просуществовала около десяти лет. Но какое было это десятилетие! За короткий срок были построены научный корпус, жилье, здание обмолота и хранения снопов, расширены штаты лабораторий, открыты новые группы и лаборатории, началось оснащение их современными по тому времени оборудованием, приборами, реактивами, началась подготовка аспирантов.
Особо хочется отметить организацию и оснащение лаборатории качества зерна, сооружение теплиц и Станции холода (для работ по зимостойкости). К исследованиям по цитологии, генетике, физиологии, фитопатологии были приглашены известные ученые. Как видно из замечательного сборника «XXV лет Саратовской селекционной станции», за 25 лет работы коллектив станции достиг выдающихся высот не только в практической селекции, но и в разработке новых подходов к ее развитию. Создание станции и сети семеноводства заложили основы для развития селекции и семеноводства, появился такой богатейший генофонд изменчивости, что в предвоенные и послевоенные годы очень быстро были выведены замечательные сорта пшеницы -«миллионеры»: Альбидум 43, Лютесценс 758, Саратовская 29 и многие другие. К середине XX века в условиях освоения целинных и залежных земель саратовские сорта занимали гигантские площади – свыше половины всех посевных площадей яровой пшеницы в СССР.
После ареста Г.К. Мейстера в 1937 г. Саратовская генетико-селекционная станция была ликвидирована, все генетические исследования, включая исследования по инбридингу (инцухту), то есть близкородственному скрещиванию организмов на подсолнечнике, прекращены. При этом автора данных работ Евгению Михайловну Плачек выгнали, отлучили от селекции. Между тем ее эстафету по инбридингу подхватили зарубежные ученые, что позволило им перейти на возделывание гибридов подсолнечника как более урожайных и более технологичных, чем сорта.
Актуален ли системный подход Георгия Карловича Мейстера к селекции ныне, при ежегодном непрерывном сокращении государственного финансирования сельскохозяйственной науки? В условиях, когда до предела изношена селекционная техника, когда из-за отсутствия средств почти полностью прекращены поисковые, методические и теоретические исследования, а оплата труда ученых находится на уровне выживания?!
Сейчас в стране финансирование исследований в области биологии значительно возросло, но все эти средства направляются на развитие молекулярных и нанотехнологий. Нужны ли такие исследования? Безусловно! Но они нужны не только в университетах и институтах
фундаментальной науки. Не меньше они нужны, просто необходимы, в селекционных центрах. До сих пор бытует мнение, что селекция – это не наука, а скорее искусство, ведь и поныне можно встретить в культуре сорта, выведенные задолго до возникновения генетики и других наук. Однако XX век убедительно показал, что даже при современном уровне развития биологических наук вклад селекции в урожайность, качество продукции и адаптивность растений все более замедляется.
Неотложные задачи
В XX в. были достигнуты большие успехи в совершенствовании сельскохозяйственной техники, технологий и селекции. Тем не менее растениеводство все еще очень сильно страдает от изменений климата. Так, в последние годы (2010, 2011 и 2012 гг.) засуха и неблагоприятные условия перезимовки привели к огромному снижению урожая и валовых сборов зерна, причем 2010 год оказался особенно катастрофическим для растениеводства за всю историю земледелия. В условиях возрастания экстремальности климата особое значение приобретает разработка новых подходов к решению задач растениеводства.
Прежде всего надо сказать о земледельческих технологиях, задача которых – накапливать влагу атмосферных осадков, сохранять в почве и предоставлять её только возделываемым растениям.
В Поволжье в зоне каштановых почв за так называемый сельскохозяйственный год (август – декабрь, январь – август) сумма осадков даже в экстремальные годы редко бывает ниже 200 мм, а в зоне черноземов – ниже 300 мм. Такого количества воды вполне достаточно для урожая в первой зоне не ниже 2 т/га, а во второй – не ниже 3 т/га, так как в нормальных условиях на производство 1 тонны зерна пшенице требуется 500-1000 м3 воды (что равняется 50-100 мм атмосферных осадков). Таким образом, свыше 50% атмосферных осадков либо стекает в овраги, либо испаряется. Вековой опыт Краснокутской селекционно-опытной станции свидетельствует о низкой эффективности черного пара по накоплению воды для посева яровой пшеницы. Черный пар не всегда гарантирует своевременное получение нормальных всходов озимых культур, а ведь в нем к моменту сева должно быть не менее 1000 м3 атмосферной воды.
Если обратиться к селекции, то и здесь не менее трудной является проблема повышения засухоустойчивости (получать от капли больше, чем раньше получали – «more crop per drop»). Засуха – не просто дефицит воды, а сложная комбинация дефицита воды, температурного стресса, сухости воздуха («суховей»), засоления почвы и других абиотических и биотических факторов. По времени наступления и продолжительности засуха может быть краткосрочной (в начале, середине или конце вегетации) и долгосрочной (в течение всего вегетационного сезона), а также разной степени интенсивности.
Селекционеры добились больших успехов в создании так называемых интенсивных сортов. Они более устойчивы к полеганию, некоторым вредителям и возбудителям болезней, у некоторых из них хорошие макаронные (твердая пшеница) и хлебопекарные качества (мягкая пшеница). Однако пока еще нет сортов, в достаточной мере приспособленных ко всем типам засухи и зимним невзгодам. Необходимо особо отметить, что и в экстремально засушливые годы проблема селекции на устойчивость к вредителям и болезням не снимается, а может даже обостряться, как, например, это было в 2010 году.
Современная селекция остро нуждается в новых методах идентификации генотипов и фенотипов и повышения эффективности отбора. Однако, судя по доступным публикациям, генетическая архитектура признаков, контролирующих засухо-, жаро- и зимостойкость на молекулярном уровне, почти совсем не затронута исследованиями в селекционных центрах нашей страны. Между тем такие исследования позволяют познавать генетическую суть самых сложных признаков (продуктивность, качество продукции, зимостойкость, устойчивость к засухе, жаре, засолению почвы, множеству вредителей, возбудителей). Эти исследования позволяют также маркировать гены и целые локусы/группы тесно сцепленных генов, контролирующих все вышеназванные признаки. А использование этих молекулярных маркеров в селекции открывает возможности для объединения в одном генотипе всех желательных признаков. Таким образом, государственное финансирование молекулярно-генетических исследований на лучших современных сортах в селекционных центрах позволит поднять отечественную селекцию на новый уровень. Это особенно актуально сейчас, после вступления в ВТО и в условиях возрастающей конкуренции на фермерских полях отечественных и зарубежных сортов и гибридов.
19.09.2013г.Василий Ананьевич КРУПНОВ 254
Комментарии ()
Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.