РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ МОСКОВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА «НЕМЧИНОВКА» Оптимизация биотехнологии массового получения дигаплоидизированных линий яровой пшеницы в системе гаплопродюсера БУРЛУЦКИЙ ВАЛЕРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ Tel.: 8(926) (495) Научный руководитель: д.с.-х.н., Давыдова Н.В. зав. лаб. селекции и первичного семеноводства яровой пшеницы МосНИИСХ «Немчиновка» Куратор НИР: проф., д.с.-х.н., Кирдин В.Ф. МосНИИСХ «Немчиновка»

Проблема Дигаплоидизированные линий (ДГЛ) - главнейшее направление сельскохозяйственной биотехнологии селекционного профиля. Существующие методы характеризуются низким выходом ДГЛ: вынужденным эмпирическим подбором условий культивирования, индукционных сред, высокой долей негативного влияния генотип-средового взаимодействия, высокими материальными, временными и трудовыми затратами. При существенной необходимости интенсификации селекционного процесса и создания высокопродуктивных и устойчивых к комплексу негативных факторов сортов при низком уровне агротехнологий в зернопроизводящих хозяйствах страны и в условиях низкого плодородия почв и засухи. Решение МЕХАНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА ДГЛ яровой пшеницы в целях сортовыведения высококонкурентоспособных сортов Новизна Массовое создание ДГЛ, устойчивых к стрессовым факторам: накопительный твелл-метод опыления, культура срезанных колосьев, применение эпибрассинолида. Увеличение уровня воспроизводства плодородия почв в условиях засухи. Конкурентные преимущества Увеличение выхода ДГЛ в 3 раза. Интенсификация селекционного процесса в 2 раза; сокращение время сортовыведения до 4-5 лет, при экономии до 5 млн. руб. Увеличение устойчивости ДГЛ-сортов к комплексу стрессовых климатических факторов до 20%, урожайности на 1,2 т/га, содержания белка на 5,2%, клейковины – на 12% относительно внедренных в производство стандартов. Совокупное применение технологий позволяет дополнительно увеличить сбор зерна на 2,0-3,0 т/га, повысить реализацию потенциала сорта до 85%, расширить плодородие почв в 1,5-2 раза, снизить уровень пестицидной нагрузки и энергетических затрат до 30%. Прогнозируемый экономический эффект за 5 лет может достигать 25 тыс. руб./га. Состояние разработки Технология создания ДГЛ-сортов яровой пшеницы находится на завершающей стадии разработки. Технология ускоренного воспроизводства плодородия почв для реализации потенциала интенсивных сортов зерновых культур – разработана. Защита Ключевые технические решения технологии массового создания ДГЛ-сортов, составляют конфиденциальную информацию, охраняемую в режиме коммерческой тайны. Технология воспроизводства плодородия почв - Патент от Разработчик МосНИИСХ «Немчиновка» Требуется решение вопросов механизации ключевых операций массового производства ДГЛ – формирование и отработка технологического регламента. Оптимизация биотехнологии массового производства ДГЛ в системе гаплопродюсера ключевой фактор создания высококонкурентоспособных сортов яровой пшеницы в системе ускоренного воспроизводства плодородия почв

Оптимизация биотехнологии массового производства дигаплоидизированных линий яровой пшеницы в системе гаплопродюсера Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Сравнительный анализ примененных оптимизаций метода гаплопродюсера, гг. регенерационная среда Р-8 (Люкьянюк и др., Базовая [ГК + 2,4Д] Оптимизационные дополнения базовой технологии Оптимизированная Mix (KP 935/86 + E. mexicana) эпибрассинолид _Х_Х [ГК + 2,4Д][ГК + 2,4Д] х 2 Эпибрассиноли д + [ГК + 2,4Д] х 2 КР 935/86 СМ-7E. mexicana Принудит. Твелл(Твелл х 2) КР 935/86Твелл х 2 + [ГК + 2,4Д] х 2 1. Дифференциация эмбрионов, % 6,410,314,716,319,416,35,55,57,87,8 25,713,83 2. Коэффициент дифференциации эмбрионов 1,131,391,892,664,662,660,671,034,512,22 1. скрининг линий кукурузы по гаплопродюсирующим свойствам; 2. анализ особенностей основных гаплопродюсирующих свойств у выделенных лучших линий кукурузы КР-935/86, СМ-7, E. mexicana spp.; 3. способы опыления межсортовых гибридов яровой пшеницы пыльцой гаплопродюсера – принудительный, твелл (кратность) – накопительный твелл-метод; 4. смесь пыльцы линий кукурузы, обладающих различными гаплопродюсирующими свойствами - КР-935/86 + E. mexicana spp (1:1); 5. гормоностимуляции на фоне предстимуляции эпибрассинолидом; 6. совмещение оптимизационных дополнений.

Оптимизация биотехнологии массового производства дигаплоидизированных линий яровой пшеницы в системе гаплопродюсера Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Эффективность производства ДГЛ оптимизированной и ожидаемой Параметры сравнения эффективности ДГЛ - БИОТЕХНОЛОГИИ БАЗОВАЯОПТИМИЗИРОВАННАЯНОВАЯ Дифференциация эмбрионов, %6,425, Жизнеспособность эмбрионов, % Коэффициент эффективной дифференциации эмбрионов1,134,5120 – 22 Регенерация гаплоидов, %5,121, Выход ДГЛ, %4,018,5до 60 Интенсивность производства ДГЛ к базовой-в 3,0 - 4,0 разав 10 – 15 раз Новая технология обеспечит: -снижение временных и трудовых затрат на 60% от суммы всех технологических операций за счет механизации процессов; - увеличение объема прорабатывания селекционного материала более чем 10 раз; - массовое производство до 1000 шт. ДГЛ в год при штате сотрудников – 4 человека; - снижение себестоимости продукции до 3000 руб.; - увеличение конкурентоспособности ДГЛ до 10 раз в сравнении с линиями классических методов селекции; - интенсификацию сортовыведения в 4 – 5 раз. Опыление кукурузой колосьев яровой пшеницы – основа ДГЛ - биотехнологии

Оптимизация биотехнологии массового производства дигаплоидизированных линий яровой пшеницы в системе гаплопродюсера Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Этапы и состояние разработки новой ДГЛ - 1. Культура срезанных колосьев на искусственных питательных средах 2. Опыление срезанных колосьев пшеницы пыльцой кукурузы в лабораторных условиях 3. Культура опыленных завязей пшеницы на питательных средах ОПТИМИЗИРОВАНООПТИМИЗИРОВАНО ДГЛ яровой пшеницы Созданы и испытаны Решает задачи: - полная независимость от погодных условий и климатических факторов; - контроль и управление эмбриональным развитием; - снижение временных и материальных затрат; - значительное снижение доли ручного труда в биотехнологических операциях и технологических процессах; - эффективное повышение производительности труда; - максимальное увеличение выхода ДГЛ продукции Механизированный метод опыления Требуется отработка технологических регламентов: -освещение и вентилирование камеры опыления для перемещения пыльцы - опыление; - особенности совмещения гормоностимуляции и опыления; - подача питательного раствора к срезанным колосьям пшеницы и метелкам кукурузы в культуральный резервуар; - легкость в эксплуатации – загрузка и разгрузка колосового материала. 1 2

Биотехнология высококонкурентоспособных сортов яровой пшеницы в системе ускоренного воспроизводства плодородия почв Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Сравнительная эффективность методов ПОКАЗАТЕЛИ Классические методы селекции ДГЛ - биотехнологии БазоваяОптимизированнаяНОВАЯ 1. Штат сотрудников, чел Время на создание линий «с нуля», число лет71,0 - 1,5 3. Время сортовыведения, число лет Максимальный объем производства линий в год, шт Прогнозируемый объем производства линий за 10 лет работы «с нуля», шт. из них: перспективных линий, шт. потенциальных сортов, шт Конкурентоспособность ДГЛ - технологий к классическим методам селекции, в число раз 1,5310 БАЗОВАЯ - ОПТИМИЗИРОВАННАЯ - НОВАЯ Увеличение конкурентоспособности ДГЛ-сортов позволит: - интенсифицировать селекционный процесс на 50%; - создавать высокопродуктивные ДГЛ, устойчивые к комплексу стрессовых климатических факторов; - на базе ДГЛ создавать сорта к определенным климатическим зонам; - экономить до 5 млн. руб. и более при сортовыведении селекционерами.

Биотехнология высококонкурентоспособных сортов яровой пшеницы в системе ускоренного воспроизводства плодородия почв Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Экономическая эффективность методов ПОКАЗАТЕЛИ Классические методы селекции ДГЛ - биотехнологии БазоваяОптимизированнаяНОВАЯ Необходимый объем линий для сортовыведения, шт Стоимость 1 чистой линии до испытания, тыс. руб.10030,06,0 3,0 Стоимость конкурсных испытаний 1 линии в полном объеме за 3 года, тыс. руб. 15,0 Стоимость испытанных линий в полном объеме, млн. руб. 2,11,1 Оценочная стоимость перспективной линии (потенциальный сорт), млн. руб. 10,18,25,42,5 Оценка реального экономического эффекта от использования в России селекционного достижения «Сорт пшеницы озимой Московская 39» - Патент 0205 от 1999 г. составляет 1 млрд. рублей. * * Оценка проведена АНО «Научно- исследовательским центром профессиональной оценки», дата оценки - 0 1июля 2005 г. Новые высококонкурентоспособные дигаплоидизированные линии

Биотехнология высококонкурентоспособных сортов яровой пшеницы в системе ускоренного воспроизводства плодородия почв Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Конкурентоспособность созданных перспективных ДГЛ (по данным полевых испытаний, Группы перспективных ДГЛ и стандарты Устойчивость к комплексу стрессовых факторов, +/- % к среднему стандарту (1St + 2 St) / 2 Содержание клейковины в муке, % Урожайность, т/га 1 St Лада-40,25,28 2 St Эстер-43,65,43 A – 111,542,45,55 A – 211,243,05,68 B – 114,644,15,77 C – 119,345,75,84 C – 219,845,25,91 D – 117,346,46,42 E – 119,647,06,58 Конкурентные преимущества перспективных ДГЛ относительно используемых в производстве стандартов: - увеличенная устойчивость к комплексу стрессовых климатических факторов до 20%, - урожайность выше на 1,2 т/га, - содержание клейковины – на 12%. Рост урожайности на 1% способствует снижению себестоимости на 0,64%, а рост амортизационных отчислений (вследствие роста инвестиций на приобретения новой сельскохозяйственной техники и оборудования) способствует снижению себестоимости на 0,25%. Данные перспективные группы ДГЛ отнесены к ценным линиям – потенциальным сортам, в особенности Е-1

Куратор НИР – проф. Кирдин В.Ф. 8(495) ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ Технология ускоренного воспроизводства плодородия почв в засушливых условиях Патент от Разработчик МосНИИСХ «Немчиновка» на основе научного открытия: «Явление активации гумусообразования при разложении высокоуглеродистых соединений в почве» (Диплом МААНО 158 от ТехнологияГумус, % pH HrSосн.NO 3 P2O5P2O5 K2OK2OПродуктивность севооборота, ц к.е./га Реализация потенциала сорта, % мг-экв. на 100г почвы мг на 100г почвы Обычная 2,25,82,214,213,731,416,3 369,062 Новая 2,56,11,618,616,436,026,0 450,385 Применение технологии обеспечивает: -увеличение интенсивности гумусообразования в 1,5 – 2,0 раза; - снижение энергетических затрат на 15 – 20%; -реализацию потенциала урожайности сортов зерновых на 80 – 85%; - рост продуктивности севооборота на 20 – 25%. Продуктивность севооборота на 20 – 25% Обеспеченность почв питательными элементами на 30% Урожайность на 35 – 40% Интенсивность новой технологии относительно обычной, %

Биотехнология высококонкурентоспособных сортов яровой пшеницы в системе ускоренного воспроизводства плодородия почв Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ ЭТАПЫ ПРОЕКТА (прогнозируемые сроки реализации проекта – 1,5 1 ЭТАП (0,5 - 1 год) - Решение вопросов механизации ключевых операций массового производства ДГЛ – формирование технологического регламента для разработки программируемого прибора массового опыления (ППМО); - Разработка ППМО - отработка технологического регламента – обкатка ППМО. 2 ЭТАП (0,5 - 1 год) - Оптимизация параметров и конструктивных особенностей ППМО – доработка прибора. Новый ДГЛ - сорт яровой пшеницы «Элиза» 2011 г.

Биотехнология высококонкурентоспособных сортов яровой пшеницы в системе ускоренного воспроизводства плодородия почв Бурлуцкий В.А. 8(926) , ГНУ МосНИИСХ «Немчиновка», МО, РФ ПРЕДЛОГАЕМЫЕ ПРОДУКТЫ ПРОЕКТА (ВОЗМОЖНЫЕ СРОКИ ЗАПУСКА В Индивидуально 1. Производство высококонкурентоспособных дигаплоидизированных линий яровой пшеницы (до 2 лет) - для селекционных организаций; Совместно с партнером 2. Реализация новой технологии производства ДГЛ, включая установку для машинного опыления - ППМО (до 3 лет); В отношениях с иными партнерами (на основе договоренности) 3. Соавторство в новых сортах яровой пшеницы (доля участников в выплатах по роялти и лицензионным сборам) с разработанными для них сортоспецифическими агротехнологиями и оптимизированными на базе системы ускоренного воспроизводства плодородия почв в засушливых условиях (до лет) в целях максимального раскрытия потенциала урожайности сортов с учетом экономического и экологического обоснований уровней интенсификации агропроизводства.

зав. лаб. д.с.-х.н. Давыдова Н.В. с.н.с. Малкина Т.П. м.н.с. Шарошкина Е.Е. н.с. Коломенцев А.С. н.с. Бурлуцкий В.А. в полевых условиях Состав лаборатории селекции яровой пшеницы сотрудники