Руководитель центра фундаментальных научных исследований
Костылев Павел Иванович, д.с.-х.н., профессор
ЦЕНТР ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Центр фундаментальных научных исследований создан в 2019 году, путём объединения 3 научно-исследовательских лабораторий по направлениям исследований: физиология растений, маркерная и клеточная селекция. С 2021 года руководит центром доктор сельскохозяйственных наук, профессор Костылев П.И.
В структуру ЦФНИ входят 2 научно-исследовательские лаборатории, работающие по 4 различным направлениям: лаборатория клеточной селекции; лаборатория технологической и биохимической оценки.
Направления научных исследований: 1) физиология растений; 2) клеточная селекция; 3) маркерная селекция; 4) технологическая оценка качества зерна озимой пшеницы и биохимическая оценка зерновых и кормовых культур.
Основные задачи ЦФНИ:
Управление физиологическим и генетическим разнообразием зерновых культур, использование методов биотехнологии для создания нового исходного материала, ускорения селекционного процесса и повышения его эффективности. Оценка технологических и биохимических показателей качества зерна и зеленой массы селектируемых в центре зерновых, зернобобовых культур и многолетних трав с целью отбора лучших селекционных линий.
Направление — физиология растений
Лаборатория физиологии растений создана на сельскохозяйственной опытной станции в 1934 году для научного обоснования возможности возделывания сельскохозяйственных и интродукции новых для степной зоны юга России культур. Более тридцати лет ее возглавляла Т.Г. Мотренко (1934-1956 гг.). Было изучено большое количество сельскохозяйственных культур. Начаты первые работы по созданию исходного материала зерновых культур на морозо-, зимостойкость и засухоустойчивость. Проблемы, поставленные в те годы, актуальны и в настоящее время.
В настоящее время проводятся комплексные исследования оценки степени устойчивости к абиотическим факторам среды (жаро-, засухоустойчивости, холодоустойчивости и солеустойчивости) зерновых культур.
Предметом физиологических исследований являются многочисленные сорта озимой пшеницы, ярового ячменя, кукурузы и разных видов сорго. Дифференциальные знания о сортах могут дать реальное представление о физиологическом облике растений. При этом физиология, биохимия и технология должны быть во взаимосвязи с селекцией не только как науки – оценивающей сорта, но еще в большей мере для вскрытия дифференциала видов важнейших генотипов сельскохозяйственных растений.
Для понимания теоретических основ продукционного процесса отмечается недостаточность систематизированной информации по физиологии формирования урожая основных сельскохозяйственных культур. Это касается, прежде всего, взаимосвязи процессов формирования урожая и его качества с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам. Поэтому приоритетным направлением исследований является частная физиология основных полевых культур
Руководитель направления – младший научный сотрудник Газе Валоентина Леонидовна, сотрудники — В.А. Голубова, И.А. Лобунская, Н.В. Яновская, Е.Ю. Черпакова.
Основной целью исследований является комплексное изучение механизмов адаптации и закономерностей роста и развития растений в условиях неустойчивого увлажнения с использованием достижений физиологии в селекции озимой пшеницы, ярового ячменя и кукурузы на зерно. Проводится скрининг образцов сорго (зернового, сахарного, травянистого) на холодоустойчивость и солевыносливость к хлоридному засолению для расширения ареала распространения данной культуры. С помощью фундаментальных исследований обоснованы возможности использования достижений физиологии сельскохозяйственных культур для повышения устойчивости к неблагоприятным условиям среды обитания. Значительное место занимают исследования, направленные на поиск тестовых показателей высокой устойчивости, которые используются на ранних этапах селекционного процесса.
Разработан метод по оценки влияния условий выращивания растений на структурно-функциональные показатели проводящей системы листьев и стебля озимой пшеницы, ярового ячменя, установлена связь этих показателей с величиной продуктивности.
Составлены каталоги устойчивых генотипов пшеницы, ячменя и сорго, которые включены в селекционный процесс при создании холодоустойчивых, солеустойчивых и засухоустойчивых сортов.
В условиях провокационного фона «засушник» выделены высокоадаптивные сорта озимой пшеницы и ярового ячменя, получившие широкое распространение в производстве.
На базе центра фундаментальных научных исследований проводится профориентационная работа со школьниками и студентами.
Сотрудники ЦФИ за работой
Для успешной идентификации ценных генотипов озимой пшеницы и ярового ячменя применяется провокационный фон («засушник») для отбора на выживание образцов в условиях водного и температурного стрессов.
Направление — клеточная селекция
В 2019 году по поручению президента РФ Путина В.В. в рамках национального проекта «Наука и университеты» с целью вовлечения талантливой молодёжи в науку на базе ФГБНУ «АНЦ «Донской» была создана лаборатория клеточной селекции.
У истоков основания лаборатории стоял Яцына А.А. Уровень научной эрудиции и владение сложными современными методиками биологических исследовании позволили Анатолию Алексеевичу стать во главе нового для института направления – биотехнологии. При его непосредственном участии создана база для выполнения этой работы.
Направления научных исследований: изучение методической схемы получения гаплоидов и дигаплоидов у образцов озимой мягкой пшеницы и определение оптимальных условий культивирования; изучение влияния генетических и культуральных факторов на отзывчивость гаплоидных и дигаплоидных тканей при культивировании in vitro; исследования с использованием андрогенеза в культуре пыльников и метода незрелых зародышей для получения дигаплоидных форм озимой мягкой пшеницы; создание селекционных образцов озимой мягкой пшеницы с использованием гаплоидных технологий.
Основными задачами являются создание нового исходного материала для селекции мягкой пшеницы на основе использования, приспособленных к местным условиям селекционных и коллекционных генотипов внутривидовых и межвидовых гибридов пшеницы, ускорение селекционного процесса и повышение его эффективности.
Руководитель направления – научный сотрудник Калина Наталья Владимировна, сотрудники – Н.Г. Черткова, В.Ю.Донцова.
Благодаря оригинальному подходу выделены генотипы озимой пшеницы, отзывчивые на андрогенез in vitro в культуре пыльников, в том числе по способности давать регенеранты из пыльцевых каллусов, созданы дигаплоидные линий мягкой пшеницы с хозяйственно-ценными признаками.
Полученные дигаплоидные линии озимой пшеницы используются в качестве исходного материала для селекции, на гомозиготную основу переводятся сорта и линии пшеницы.
Направление — маркерная селекция
Разработка данного направления исследований началась в 2017 году. Руководитель направления — Вожжова Наталия Николаевна, старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук.
Основное направление фундаментально-ориентированных исследований – управление генетическим разнообразием зерновых культур с целью создания нового исходного материала, ускорения селекционного процесса и повышения его эффективности.
Задачи научных исследований: идентификация генов, ответственных за проявление устойчивости зерновых культур к биотическим факторам среды; поиск генов, ответственных за устойчивость зерновых культур к абиотическим факторам среды; выявление генов контролирующих показатели качества зерна и муки озимой пшеницы; определение аллелей генов, контролирующих фертильность у сорго зернового и кукурузы; идентификация генов контролирующих возможность скрещивания с другими родами и потребность к яровизации у пшеницы.
Ежегодно проводится более 8000 анализов по определению ценных генов в селекционном материале: озимой мягкой и твёрдой пшеницы, озимого ячменя, риса, сорго, кукурузы.
За период с 2017 по 2023 гг. изучено более 20000 селекционных образцов и выявлено более 14000 линий с ценными для селекции зерновых культур признаками.
Технологическая оценка качества зерна озимой пшеницы и биохимическая оценка зерновых и зернобобовых культур, многолетних трав
Основная деятельность лаборатории заключается в проведении поэтапной биохимической, технологической и хлебопекарной оценки качества зерна и продуктов его переработки на разных этапах селекции мягкой, твердой пшеницы, ячменя, многолетних трав (люцерны и эспарцета), кукурузы, сорго, риса и гороха с целью выявления высококачественных генотипов.
Руководитель направления – ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук Кравченко Нина Станиславовна.
Задачи исследований:
– определяются физические свойства зерна (натура, стекловидность цвет, число падения и др.); мукомольные свойства; количество и качество сырой и сухой клейковины в зерне; физико-химические свойства муки (седиментация, «сила» муки, упругость, растяжимость теста, водопоглотительная способность, разжижение и др.); хлебопекарные достоинства (пробная лабораторная выпечка и определение качества хлеба);
– оцениваются питательные вещества в зеленой массе люцерны, эспарцета, суданской травы, сорго-суданковых гибридов и сорго сахарного (жира, зола, клетчатка, сухое вещество и др.). Во всех образцах определяется содержание аминокислот в зависимости от содержания белка.
В работе по изучению состояния белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов эндосперма зерновых культур используются методы исследования — седиментационный, спектрофотометрический, вискозиметрический, электрофоретический и др.
Для повышения результативности селекционного процесса на качество используется метод электрофореза запасных белков пшеницы (глиадинов и глютенинов), позволяющий уже на ранних этапах селекции отбирать генотипы с определенными аллелями глиадинкодирующих локусов, сопряженных с хозяйственно ценными признаками. Проводится работа по сортовой идентификации и определению сортовой чистоты семян озимой пшеницы.
Современное оборудование позволяет выполнять поставленные задачи на высоком методическом уровне.