13 Червня 2021

Селекція кукурудзи. Чого очікувати в найближчому майбутньому

На сьогодні світове виробництво кукурудзи перевищило позначку в один мільярд тонн. А ще п’ятнадцять років тому цей показник становив 600 млн тонн. Завдяки чому стався такий прорив і які передумови подальшого зростання врожайності?

Кукурудза – одна з культур, урожайність якої незмінно зростає у всіх країнах світу. Разом із нею нарощується і світове виробництво. Не зменшуючи темпів зростання, з початку 2000-х років воно збільшилося з 600 млн т до понад 1 млрд т у 2016/2017 році. Такий рівень виробництва обумовлений не тільки згаданим вище зростанням врожайності кукурудзи, а й розширенням площ під цією культурою.

УРОЖАЙНІСТЬ КУКУРУДЗИ ТА ПРИЧИНИ ПРОДОВЖЕННЯ ЇЇ ЗРОСТАННЯ

Чим нижчий початковий рівень врожайності культури, тим вищі показники темпів її зростання. Цей принцип діє у країнах, що розвиваються, де спочатку врожайність продовольчих культур була низькою і нестабільною, але тенденція до зростання вплинула і на світові показники. Відзначилися Україна і Росія. На початок 2000-х тут виробляли 3,848 і 1,489 млн т зерна кукурудзи відповідно. За результатами 2016/2017 господарського року виробництво в цих країнах досягнуло 27,0 і 15,5 млн т. З таким показником Україна наблизилася до п’ятірки найпотужніших виробників кукурудзи у світі, потіснивши навіть Мексику (24,5 млн т). Зростання виробництва зерна кукурудзи пов’язане як зі збільшенням площ під культурою, так і з підвищенням її врожайності. Площі під кукурудзою за період з 2006 по 2016 рік в Україні збільшилися з 1,777 до 4,258 млн га. Врожайність теж зросла: в середньому з 3,6–3,7 до 4,93–5,71 т/га і вже наближається до середніх світових показників – 5–7 т/га.

З цією середньою величиною порівнянна і врожайність у країнах Центральної Європи. Показник за останніх десять років просто злетів. І це незважаючи на деякі несприятливі чинники континентального клімату. Зростання врожайності кукурудзи в країнах Центральної Європи було обумовлене вдосконаленням агротехнічних прийомів у комплексі з прогресом селекції.

У країнах-лідерах із виробництва кукурудзи (США, країни Західної Європи) врожайність досягає 10 т/га. Тут треба говорити про інтенсивний спосіб ведення землеробства, що сприяє подальшому зростанню врожаїв – щороку більше ніж на 1%.

Розвиток кукурудзиВ умовах забезпеченості вологою влітку в багатьох зонах вирощування кукурудза демонструє високі показники завдяки компетентності виробників, ефективності застосовуваної технології та прогресу генетики. Зростання показників триватиме і в найближчі роки. Чому?

По-перше, межі генетичних можливостей кукурудзи ще не досягнуто. Найвищі врожаї, зібрані сільгоспвиробниками, наприклад, у 2015 році становили 18 т/га у Франції, що значно менше від 25 т/га, які вдавалося зібрати у рамках конкурсів американських фермерів (за даними FNPSMS).

По-друге, кукурудза – показовий приклад поліпшення гібридів. Для цих цілей у світі використовуються всі відомі на сьогодні ресурси біотехнологій, значні інвестиції приватного та державного секторів досліджень. Гібридний характер насіння кукурудзи – перевага, що сприяє розкриттю її потенціалу за умови достатньої генетичної внутрішньовидової варіативності, що дає змогу максимально використовувати ефект гетерозису. Саме гібридний характер культури спонукає сільгоспвиробників купувати насіння кукурудзи щорічно, чинячи тим самим зворотний «технічний» тиск на селекційні фірми, які змушені постійно покращувати сорти та гібриди, які поставляються на ринок.

І по-третє, глобальне потепління сприятливо позначається на поширенні кукурудзи. Для цієї культури, що походить із тропіків, характерний метаболізм С4, якому більше, ніж, наприклад, зерновим культурам, підходять високі температури. Тут важливо не забувати про умови збереження постійного прогресу в селекції та посилення стійкості до водного стресу. До того ж глобальне потепління розширює ареал вирощування кукурудзи, відкриває можливості просування далі на північ Європи: середнє підвищення температур на 1°С відсуває межі зони вирощування культури на 200 км на північ.

НАСЛІДКИ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛІННЯ

Глобальне потепління негативно вплинуло на врожайність більшості сільськогосподарських культур, але не цукрових буряків і кукурудзи. Це обумовлено кількома чинниками. По-перше, через підвищення середніх температур за останніх двадцять років змінилися характеристики груп стиглості гібридів: у дуже пізньостиглого гібрида, який висівають 20 квітня у північній півкулі, терміни цвітіння скоротилися на 12–15 днів, а терміни дозрівання – на 18–27 днів. Більш ранні дати настання різних фаз вегетації можуть виражатися в отриманні додаткового врожаю при використанні більш пізньостиглих гібридів або ж в економії коштів на сушінні завдяки нижчій вологості в період збиральної кампанії. Це пояснює високі темпи зростання врожаїв, зокрема, на півночі Європи.

Але є і зворотна сторона медалі: прогрес генетики супроводжується зростанням вимог до умов вирощування в південних регіонах і призводить до необхідності додаткового зрошення. У Франції додаткові потреби в іригації становлять 33 мм води влітку. Селекційні досягнення частково компенсують це, і генетика прогресує однаково швидко як для зрошуваної кукурудзи, так і для гібридів, що вирощуються без зрошення.

Негативного впливу потепління намагалися уникнути за рахунок більш ранніх посівів у Західній Європі та в Італії. Така стратегія дає змогу в більш сухі весни сіяти стійкі до холоду гібриди, наближати дати цвітіння (період найбільшої вразливості), збиральної кампанії, уникаючи, таким чином, високих температур серпня, і можливості ураження кукурудзяним стебловим метеликом наприкінці вегетативного циклу. В умовах континентального клімату найсерйознішим ризиком є ​​високі температури (понад 38°С), які зазвичай супроводжуються сильним водним стресом впродовж тривалого часу в період цвітіння рослини, що призводить до втрат врожаю через абортацію зернівок.

Зміни клімату впливають не тільки на культури, а й на біологію видів і кількість біологічних шкідників: комах та бур’янів.

Дійсно, тиск шкідників з кожним роком посилюється: кількість поколінь точильників збільшується, вони розширюють географію свого поширення (Ostrinia nubilalis, Нeliiothis).

Ще один симптом – зміна складу дикоростучої флори, особливо збільшення кількості багаторічних рослин, чому сприяє подовження періоду вегетації. Відомо, що посушливого літа і восени бур’яни та деякі шкідники (як, наприклад, цикадки або кукурудзяний кореневий жук) завдають більш відчутної шкоди. Але посушливі пори року діють і на благо: скорочують ризик появи деяких грибних захворювань. Зміни в сівозміні також не проходять безслідно.

ГЕНОМНА СЕЛЕКЦІЯ

В останніх п’ятдесят років генетики працювали над збільшенням урожайності та характеристиками, що гарантують успішність агротехнології, такими як стійкість до вилягання, стабільність врожаю, ефективність в умовах високої щільності посівів, стійкість до захворювань листя, швидка вологовіддача наприкінці циклу вегетації. Введення біотехнологій до схем селекції пришвидшило процес виведення нових гібридів, а також значною мірою сприяло прогресу останніх років.

Ідентифікація сегментів ДНК генома і виявлення потрібних генів за допомогою маркерів і гаплоїдизації дає змогу відтворити індивідуум на основі гаплоїдних клітин і потім подвоїти кількість хромосом, що швидко призводить до отримання повністю гомозиготного індивіда. Завдяки цьому за останні три десятиліття вдалося скоротити час виведення гібридів. Тепер немає необхідності проходити через послідовні покоління зворотного схрещування на полях. Цьому пришвидшенню сприяло також прагнення виробників купувати щороку дедалі продуктивніші гібриди.

Селекція рослинВивчення генома перетворилося сьогодні в рутинну роботу з низькою собівартістю. Пришвидшення циклів виведення нових гібридів, варіабельність за рахунок створення різних комбінацій генів дають змогу повністю використовувати ефект гібридизації, що став потужним двигуном прогресу генетики. Завдяки масштабності розрахунків, можливості зберігання даних і обміну можна обробляти величезні масиви інформації та планувати найбільш ефективні комбінації.

Глобальна стратегія геномної селекції інтегрує сучасні технічні знання і ноу-хау. Вона дає можливість істотно поліпшити такі складні функції, як стійкість до водного стресу і здатність відновлюватися після нього. Продуктивне засвоєння води й азоту під час метаболізму є ще однією перевагою. Ці якості забезпечуються одночасно багатьма генами, і поліпшити їх можна тільки за допомогою глобальних підходів.

Оскільки у світі основна маса кукурудзи вирощується на незрошуваних полях, стійкість до водного стресу є на сьогодні основним напрямом приватних і державних досліджень. У країнах, які застосовують іригацію, іншим обов’язковим завданням стало збільшення ефективності використання води при зрошенні (more crop per drop). Кукурудза має масштабну перевагу в удосконаленні гібридів: її відносна стійкість до хвороб дає змогу селекціонерам зосередитися на характеристиках врожайності, тобто їм не доводиться «ганятися за двома зайцями». У процесі геномної селекції високошвидкісне генотипування доповнюється перевіркою в полі потрібних якостей гібридів. Ця «кваліфікаційна» фаза, що називається фенотипуванням, проводиться в умовах автоматичного спостереження в теплицях із клімат-контролем і дає змогу оцінити поведінку рослин перед їх висівом у полі. На завершальному етапі самі сільгоспвиробники визначають і оцінюють якості гібридів, на які вони розраховують і які їм необхідні вже безпосередньо в умовах вирощування на полях.

Крім врожайності, впродовж останніх ста років вчені займалися поліпшенням основних агротехнічних характеристик. За тридцять років вони перетворили кукурудзу в дуже надійну культуру, міцну та стійку до механічних впливів. Зараз від селекції очікують поліпшення більш складних характеристик, що стосуються метаболізму рослини. Увага прикута до ефективності засвоєння води й азоту, стійкості до стресу, викликаного погодними умовами.

ПРОГРЕС ТРИВАЄ

Прогрес генетики не виключає вдосконалення прийомів агротехніки. Точні технології в сільському господарстві дають можливість більш раціонально використовувати земельні площі (GPS), економити насіння, гербіциди, добрива. Вважається, що точне землеробство невдовзі зможе забезпечити 10% збільшення врожайності.

Урожайність кукурудзиМодернізація ґрунтообробних і висівних агрегатів та їх вибір відповідно до необхідної технології; можливість вести спостереження за посівами для кращої і своєчасної діагностики (мережі спостереження, дрони); робота над збільшенням щільності посівів і зменшенням міжрядь (twin row – здвоєні рядки) – всі технології об’єднуються для більш ефективного виробництва кукурудзи. У довгостроковій перспективі, орієнтуючись на досягнення біотехнологій і знання про функціонування рослин, можна буде поєднати методики хімічного та біологічного захисту рослин.

За таких передумов середній світовий показник врожайності в майбутньому має зрости ще більше. Отже, постійний процес поліпшення рослин і агротехніки, що почався для кукурудзи понад 7000 років тому, триватиме. На базі агротехнологій і генетики може бути здійснено перехід до агроекології. І якщо нормативні та політичні обмеження не встануть на шляху розвитку генетики і не перешкоджатимуть впровадженню нових можливостей виробництва, кукурудза отримає всі шанси стати рослиною XXI століття.

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2019

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Чому в кукурудзи шаблевидні листки?

Перед цвітінням кукурудзи минулого року багато аграріїв...

Фултайм – кукурудзі особлива увага з повною віддачею

Кукурудза є провідною культурою сучасного лану. Кліматичні...

Погода

Kyiv
чисте небо
20.8 ° C
21.3 °
19.1 °
66 %
4kmh
0 %
Нд
20 °
Пн
21 °
Вт
24 °
Ср
25 °
Чт
25 °