Введение к работе
Актуальность исследований. До определенного времени от садоводства требовалось создание надежного высокоурожайного сортимента, пригодного для различных почвенно-климатических районов страны, а плоды оценивали, прежде всего, по их вкусу - сахаристости, нетерпкости, умеренной кислотности, размеру и привлекательной окраске. В связи с ухудшением экологической обстановки окружающей среды подход к получаемой продукции садоводства изменился. На первый план выходит другая сторона вопроса - выращивание плодов не только вкусных, но и полезных.
По мнению Н. Н. Липатова (1995) через какое-то непродолжительное время людям не потребуется «количество» продуктов, так как их загубит не голод, а «качество» продуктов питания, под которым, прежде всего, подразумевается содержание ценных компонентов, предопределяющих пищевую ценность продуктов.
Значение плодов и ягод культурных растений в питании и их роль в здоровье человека значительно шире и важнее, чем это принято считать. Они являются ценным источником сахаров, органических кислот, пектинов, эфирных масел, аскорбиновой кислоты (витамина С) и биологически активных флавоноидов (витамина Р). Только растения обладают способностью синтезировать вещества с активностью витамина Р, а сочетание их в растениях с аскорбиновой кислотой очень важно для человека, организм которого не способен синтезировать ни ту, ни другую группу соединений (Клегер, 1989; Самородова-Бианки и др., 1992).
В связи с этим научно-исследовательским учреждениям рекомендовано при селекции и выделении новых сортов овощных, плодовых и ягодных культур, а также при разработке новых агрономических приемов по их выращиванию обеспечить в качестве важнейшего показателя сортности получаемой продукции высокое содержание витаминов (Спиричев, 1990).
Важность яблок в питании человека не вызывает сомнений, так как благодаря такому свойству как лежкость сохраняется возможность их круглогодичного потребления в свежем виде. На яблоки приходится наибольшая доля потребления свежих фруктов. В них обнаружено свыше десяти витаминов, необходимых человеку. Яблоки применяются при лечении многих заболеваний. Большим достижением в селекции яблони стало создание иммунных к парше сортов. Во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК) под руководством академика РАСХН Е. Н. Седова создано более 20 иммунных к парше сортов яблони с геном Vf (Седов, 2005), пищевые достоинства плодов которых усиливаются благодаря более экологически безвредной агротехнике их выращивания.
Тем не менее, садоводство России в последние десятилетия, к большому сожалению, сохраняет устойчивую тенденцию к деградации. В первую очередь это относится к общественному сектору. В связи с этим возрастает роль фермерских хозяйств и любительского садоводства, где большим спросом пользуются наряду с плодовыми (яблоня, вишня и др.) ягодные культуры, в частности, смородина, которая занимает ведущее место в ягодоводстве нашей страны. Ее возделывают в самых разнообразных почвенно-климатических условиях. О красной смородине значительно меньше сведений, чем о черной. Между тем она отличается высокой ежегодной урожайностью, неприхотливостью к уходу, достаточно высокой зимостойкостью, более долговечна и меньше, чем черная, страдает от махровости и почкового клеща. Ценными качествами являются неосыпаемость и удобство съема кистями. Ягоды красной смородины являются ценным сырьем для переработки, обладают богатым химическим составом ягод. Тем не менее, сортимент красной смородины сравнительно малочисленен.
ВНИИСПК является старейшим помологическом учреждением России. В нем создан и изучается один из самых крупных в стране генофондов яблони, насчитывающий около 1,5 тыс. сортообразцов. Совместная работа селекционеров и работников лаборатории биохимии по улучшению химического состава плодов яблони проводится в институте с 1970 года (Седов, Макаркина, Левгерова, 2007). В настоящее время ВНИИСПК является и лидером по созданию сортов смородины красной, созданных от целенаправленных скрещиваний. В 1992 году во ВНИИСПК в комплексную программу по созданию новых сортов смородины красной включен раздел - получение сортов с улучшенным химическим составом ягод (Макаркина, 2000).
Цель и задачи исследований.
Целью настоящей работы является комплексная оценка сортового и гибридного фондов яблони и смородины красной по биохимическому составу плодов и разработка селекционно-генетических основ его улучшения.
В задачи исследований входило:
1. Обобщить и дать анализ имеющихся данных по биохимическому составу плодов генофонда яблони России (Помология, - Т. I., 2005; Каталог сортов яблони, 1981).
2. Дать оценку генофонду яблони и смородины красной, созданному во ВНИИСПК, по содержанию питательных и биологически активных веществ в плодах. Выделить сорта, элитные и отборные формы с высоким содержанием питательных и биологически активных веществ для дальнейшего использования в селекции на улучшение химического состава плодов.
3. Проанализировать гибридный фонд яблони и смородины красной селекции ВНИИСПК по содержанию биологически активных веществ в плодах с целью выделения перспективных форм.
4. Выявить особенности изменчивости и наследования биохимических признаков в плодах сортов и отборных форм яблони и смородины красной в зависимости от метеорологических условий года и генотипических особенностей сорта.
5. Изучить влияние метеорологических условий вегетационного периода на накопление питательных и биологически активных веществ в плодах сортов и гибридных сеянцев яблони и смородины красной.
6. Изучить биохимический состав плодов яблони в зависимости от сроков созревания, зоны выращивания, сорто-подвойной комбинации.
7. Определить корреляционные связи между биохимическими признаками, биохимическими признаками и массой плодов.
8. Создать и выделить новые доноры и источники высокого содержания биологически активных веществ по яблоне (АК не менее 20 мг/100 г; суммы фенольных соединений 350 мг/100 г) и смородине красной (АК не менее 70 мг/100 г; антоцианов не менее 100 мг/100 г; суммы фенольных соединений 500 мг/100 г), представляющие интерес для дальнейшей селекции по этим признакам.
Научная новизна. Впервые обобщен и проанализирован генофонд яблони России по биохимическому составу плодов. Впервые дана полная биохимическая характеристика плодов сортового и гибридного фондов яблони и смородины красной, созданных во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур, изучена изменчивость биохимических компонентов в плодах. Изучен химический состав 55-ти сортов, более 1700 гибридных сеянцев, в том числе, более 370 элитных и отборных сеянцев яблони селекции ВНИИСПК, 103-х сортов, элитных и отборных сеянцев смородины красной, из них 70-ти селекции ВНИИСПК, а также 706-ти гибридных сеянцев смородины красной селекции ВНИИСПК. Выявлен характер наследования биохимических признаков гибридным потомством обеих культур. Изучены корреляционные связи между биохимическими признаками, между массой плодов и биохимическими признаками, как на сортовом, так и на гибридном материале. Выявлена возможность совмещения в одном генотипе крупноплодности с необходимым уровнем питательных и биологически активных веществ. Показана роль межвидовых скрещиваний на примере смородины красной в селекции на улучшенный биохимический состав плодов.
Основные положения, выносимые на защиту:
- потенциал сортовых фондов яблони и смородины красной по биохимическому составу плодов и ягод и возможности его использования в селекции;
- селекционные возможности улучшения химического состава плодов яблони и смородины красной;
- использование ступенчатых насыщающих скрещиваний для получения доноров и источников высокого содержания биологически активных веществ в плодах яблони и смородины красной;
- закономерности наследования биохимических признаков гибридным потомством яблони и смородины красной;
- уточнение сроков изучения гибридных сеянцев для предварительного отбора по интересующим биохимическим признакам;
- рекомендации производству по использованию новых сортов яблони и смородины красной с высоким содержанием в плодах и ягодах питательных и биологически активных веществ, а также по использованию в селекции новых источников с максимальной выраженностью биохимических признаков.
Практическая значимость исследований.
Выделены сорта яблони и смородины красной с оптимальным содержанием питательных и биологически активных веществ в плодах и другими хозяйственно-ценными признаками, обеспечивающие конкурентоспособность на современном потребительском рынке.
Совместно с селекционерами созданы один сорт яблони Спасское, с повышенным содержанием в плодах сахаров и витамина Р и три сорта смородины красной - Баяна, Дана с повышенным содержанием РСВ и сахаров, низкой титруемой кислотностью, Орловчанка, с повышенным содержанием РСВ, сахаров, пектиновых веществ. Сорта красной смородины Баяна и Дана включены в Госреестр селекционных достижений по ЦЧР, сорта Орловчанка и Спасское проходят Государственное испытание.
Создан совместно с селекционерами гибридный фонд, полученный от целенаправленных скрещиваний, и выделены доноры и источники высокого содержания питательных (сахара) и биологически активных веществ (витамины С и Р) для использования в дальнейшей селекции на улучшение химического состава плодов яблони и смородины красной.
Оценка сортового и гибридного фонда яблони и смородины красной по биохимическому составу плодов используется при передаче сортов в Государственное испытание и при пересмотре сортового районирования культур.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на: научной конференции институтов Орловской области «Биологические основы интенсивного растениеводства» (Орел: Орловский СХИ, 1993); XV Мичуринских чтениях «Селекционно-генетические проблемы садоводства в средней полосе европейской части России» (Мичуринск: ЦГЛ им. И. В. Мичурина, 1994); международной научно-методической конференции «Роль сортов и новых технологий в интенсивном садоводстве» (Орел: ВНИСПК, 2003); всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел: ОрелГТУ, 2003), международной конференции «Отдаленная гибридизация. Современное состояние и перспективы развития» (Москва: МСХА, 2003); международной конференции «Проблемы экологизации современного садоводства и пути их решения» (Краснодар: Кубанский ГАУ, 2004); международной научно-методической конференции «Состояние и перспективы селекции и сорторазведения плодовых культур» (Орел: ВНИИСПК, 2005), Всероссийской научно-методической конференции «Состояние и перспективы развития ягодоводства в России» - (Орел, ВНИИСПК, 2006); II Вавиловской международной конференции «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке. Состояние, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург:ВИР2007); Всероссийской научно-методической конференции «Проблемы агроэкологии и адаптивность сортов в современном садоводстве России» (Орел, ВНИИСПК, 2008); международной научно-методической конференции «Современные тенденции развития промышленного садоводства» (Барнаул: НИИ садоводства Сибири им. М. А. Лисавенко, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 научных работы, в том числе 19 в рецензируемых изданиях, входящих в список ВАК, а также раздел в монографии «Биохимическая и технологическая характеристика плодов генофонда яблони».
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 418 страницах. Состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций производству и селекции, содержит 119 таблиц, 21 рисунок. Список литературы включает 605 источников, из них 68 на иностранных языках.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту и наставнику доктору с-х. наук, Заслуженному деятелю науки РФ, академику РАСХН, профессору Евгению Николаевичу Седову, а также основателю и заведующей лабораторией биохимии ВНИИСПК по 1994 год, наставнику и учителю доктору с-х. наук Зинаиде Афанасьевне Седовой за научные и методические консультации и ценные замечания и предложения, селекционерам по красной смородине кандидатам с-х. наук Людмиле Васильевне. Баяновой, Ольге Дмитриевне Голяевой.
На разных этапах работы в ней принимали участие сотрудники лаборатории биохимической и технологической оценки новых сортов и хранения ВНИИСПК доктор с-х. наук З. А. Седова, кандидаты с-х. наук А. Л. Никитин, А. Р. Павел, научные сотрудники С. Е. Соколова, Т. Г. Филина, Т. В. Янчук, лаборанты-исследователи А. С. Провоторова, Н. Н. Гатилина. Автор благодарит их за помощь и выражает искреннюю признательность.
