Соя. Селекция

Уважаемый читатель, анализ эффективности растениеводства за последние 50-60 лет показывает, что, практически, по всем культурам рост урожайности и повышение качества зерна обеспечивается в равной степени совершенствованием агротехнологии и селекции. По подсчетам американских ученых средние значения урожайности сои (обобщение по всем странам, выращивающим сою) возрастает со скоростью 25 кг/га в год (1 т/га в 1950 г. и 2,5 т/га в 2014 г.).

В связи с этим есть смысл кратко рассмотреть основные направления в селекции сои и ожидаемые результаты в каждом из направлений. Интересно отметить и то, что мы с Вами наблюдаем появление селекционных негосударственных центров. Можно подумать, что это происходит только в постсоветских странах, ибо в ведущих в мировом агробизнесе странах это, якобы, давно так. На самом деле, и в развитых промышленных странах частные селекционные программы пришли на смену государственным сравнительно недавно. Глобализация агрорынка, контроль соблюдения авторского права обусловили исключительно высокую прибыльность селекционных достижений. Применительно к Украине можно сослаться на такие организации, как «Соевый век», «ВНИС» и др.

Целесообразно разделить результаты и направления сегодняшней селекции сои на два вектора – агрономический и вектор улучшения качества пищевых и кормовых свойств семян. К агрономическому вектору можно отнести следующие направления:

1. Повышение урожайности.
2. Селекция сои овощного типа.
3. Снижение чувствительности к фотопериоду.
4. Устойчивость к болезням, вредителям и нематодам.
5. Устойчивость к засухе.
6. Низкая чувствительность к гербицидам.

Совершенствование методов селекции, внедрение маркерной и мутационной селекции существенно сократили период выхода на рынок новых сортов сои с 10-12 лет до 5-6 лет. В этой связи необходимо отметить молекулярную селекцию, позволяющую ответить требованиям рынка.

Ученые оценивают и характеризуют сою, примерно, по 30 качественным и количественным признакам. К ним относятся урожайные качества – количество семян в бобе, масса 1000 шт. семян, способность противостоять болезням и вредителям, стойкость к полеганию, содержание белка и масла в семенах, доля антипитательных веществ в семенах, опушенность плодов и многие другие.

Повышение урожайности.

Доминирующее направление в селекции сои – повышение урожайности. Успехи очевидны. Потенциал сои 5 т/га сегодня подтверждается на товарных посевах. Такой урожай возможен при максимальном значении таких показателей, как количество продуктивных узлов и бобов в узле, количество семян в бобе, крупность семян, высота закладки нижних бобов.

В этом плане селекционеры поставили себе планку – 60% массы семян от всей массы растения (надземной его части) и последовательно приближаются к взятию этой высоты. В среднем по соясеющим странам урожайность выглядит так: США - 30 ц/га, Китай - 20 ц/га, Индия - 12 ц/га. Рекордная урожайность в США. Фермер в 2014 г. с одной площади собрал 104 ц/га при средней урожайности по ферме 49,8 ц/га [1]

Селекция овощной сои.

Если соя – это самое заметное событие в обеспечении белком рациона питания человека и корма для животных (60% белка растительного происхождения в мировом потреблении обеспечивает соя), то овощная соя – это особый случай.

Овощная соя в той стадии развития, в которой она убирается, имеет малое количество антипитательных веществ, и употреблять ее в пищу можно уже после пятиминутного кипячения. Это известно не менее тысячи лет. Первые сведения об этом приходятся на 1147 год (Китай) [1]. Овощная соя продается как в виде свежих бобов, прикрепленных к стеблю, так и очищенных семян в сыром, консервированном или замороженном виде. Частные семеноводческие компании работают над выведением овощной сои с высокими вкусовыми качествами. По сравнению со сладким зеленым горошком овощная соя богаче белками, жирами (без холестерина), фосфором, кальцием, железом, изофлавонами и пищевыми волокнами.

Овощная соя крупная - масса 1000 штук около 300 г, но есть сорта японской селекции, масса 1000 штук семян которой при влажности 11% составляет 700 г [1].

Так получилось, что селекция овощной сои активно проводится в течение не менее восьмидесяти последних лет, хотя селекция, позволившая выход на рынок семян овощной сои, относится к 1990 г. Тогда Китай начал поставлять семена овощной сои в Японию. В США с 1950 по 1990 гг. было выпущено в производство 20 сортов овощной сои. На сегодняшний день сортоиспытание и производство овощной сои проводится более чем в 120 странах мира, в том числе и в Украине.

К слову сказать, начиная с 2001 г. учеными Китая из Украины были интродуцированы 35 линий зародышевой плазмы сои для использования в селекционных программах с целью получения из них более совершенных линий.

Снижение чувствительности к фотопериоду.

Соя очень чувствительна к продолжительности светлого периода дня. Но здесь все сложнее, чем просто продолжительность светлого времени дня. В средних широтах в летнее время продолжительность дня дольше, чем на экваторе, но солнечной энергии на единицу площади попадает меньше, и чем дальше от экватора, тем это заметнее. Это надо учитывать при выборе сорта. Американские селекционеры считают, что на каждый градус (это примерно 160 км по широте) необходимо иметь отдельный сорт сои.

Севернее 55° широты большинство сортов сои не вызревают по той причине, что соя адаптирована к узкому поясу географической широты [2]. Так сорта канадской селекции базируются на направлении создания ультраскороспелых сортов сои с минимальной реакцией на продолжительность светлого периода дня и способны давать 3,0-3,5 т/га семян в зонах севернее 53-54° [2].

Устойчивость к болезням, вредителям и нематодам.

В Европе известны 43 грибных, 13 бактериальных и 14 вирусных болезней и 114 видов вредителей [2]. Селекция стойких к различным заболеваниям сортов сои проводится в лабораториях и в полевых условиях при искусственном создании инфекционных фонов. Устойчивость к болезням оценивается в полевых условиях, приходящихся на разные фазы развития растений – всходы, цветение, налив семян и предуборочный период.

Важное направление в селекции сои – создание сортов с повышенной интенсивностью процесса азотфиксации. Сегодня эта работа проводится адресно, т.е. подбор штамма на молекулярном уровне к конкретному сорту. Как бы создается пара сорт-штамм.

В этом направлении селекционеры работают в союзе с микробиологами. В таком же союзе работают ученые и в выведении сортов сои, стойких к корневым нематодам.

Устойчивость к засухе.

Устойчивость к засухе в связи с изменением климата становится одной из основных задач для многих соесеющих стран, в том числе и для Украины.

Соя, не смотря на то, что в диком виде произрастала в регионе с достаточным количеством осадков, имеет природную защиту от засухи. По всей видимости, соя за миллионы лет до появления человека сотни раз попадала под засушливые сезоны, и эволюция отобрала только те виды, которые оказались способными сохранять популяцию в экстремальных условиях. К признакам засухоустойчивости относится опушенность плодов и высокая влагоотдача в период высоких температур.

Задача селекции по повышению засухоустойчивости ведется, кроме всех прочих, в направлении сокращения периода «всходы – начало цветения» и продолжительности периода «цветение – дозревание» [2].

Низкая чувствительность к гербицидам.

Низкая чувствительность к гербицидам играет важную роль в защите сои от сорняков. К огромному сожалению, приходится констатировать, что усилия традиционной селекции в течение нескольких десятилетий не привели к результату. Прорыв в этом вопросе произошел в самом конце 90-х годов с выявлением гена «Раундап Рэди». Но это уже тема ГМО и о ней будет отдельный разговор. Скажу только то, что в США сегодня ГМО-соя выращивается в количестве 75% от общего объема, а в Аргентине - 100%.

Как уже говорилось, селекция сои, кроме урожайности, также ориентирована на рост содержания масла и белка. В последнее время наблюдается тенденция в направлении селекции сои на качественные признаки. Об этом речь пойдет ниже.

Отдельным вектором в селекции является направление с целью улучшить питательные свойства сои. Мы уже говорили о том, что популяция сои сохранилась по той причине, что антипитательные вещества уберегли ее от уничтожения дикими животными. Но человек быстро научился инактивировать эти вещества в процессе приготовления пищи и корма. Кроме того, на сегодня ведущими селекционными школами мира, прежде всего США, Канады, Японии, Китая, Индии, ведутся исследования по выведению сортов и гибридов сои, в которых будут минимизированы или вовсе отсутствовать ингибиторы трипсина Кунитца, снижено содержание раффинозы и стахиозы, фитиновой кислоты, лектина. Одновременно ведется селекция на повышение содержания серосодержащих аминокислот, токоферолов, изофлавонов, олеиновой кислоты и снижение линоленовой.

Поскольку есть все основания считать, что соевые продукты в ближайшие десятилетия займут существенное место в рационе питания постсоветских стран и, прежде всего, в Украине, то вопрос селекции в направлении улучшения питательных свойств рассмотрим чуть подробнее.

Инактивация антипитательных веществ существенно удорожает производство продуктов питания из сои и корма. Поэтому ведущие селекционные центры работают над созданием генотипов сои с улучшенными питательными свойствами.

Ингибитор трипсина Кунитца.

Исследования над экспериментальными животными показали, что ингибиторы трипсина сдерживают рост и гипертрофируют поджелудочную железу. Тепловая обработка инактивирует ингибиторы трипсина, но при этом требуется контроль как за температурой, так и за временем обработки, что, безусловно, затратно.

В 2006 г. ряд исследователей (Ким и др., 2006 г.) опубликовали работу, в которой приведены результаты по созданию сортов сои без ингибитора трипсина Кунитца.

 Олигосахариды.

Олигосахариды не перевариваются в верхней части кишечника и, попадая в нижнюю часть желудочно-кишечного тракта, усваиваются микрофлорой, что вызывает ощущение дискомфорта из-за газообразования.

Олигосахариды частично инактивируются в процессе вымачивания сои и в процессе ее вываривания, но как уже говорилось, это требует затрат энергии и времени.

В кормах олигосахариды при кормлении свиней и птицы быстро дают ощущение сытости, и вес животных не достигает генетического максимума. Было доказано, что удаление из корма олигосахаридов повысило обменную энергию корма для животных.

В 2000-2002 гг. получены сорта сои, в которых такие составляющие олигосахаридов, как раффиноза и стахиоза, в долевом соотношении снижены в два и в десять раз соответственно [1].

Фитиновая кислота.

Фитиновая кислота связывает ионы минералов (цинк, магний, кальций, железо, марганец), а поскольку у человека и у животных нет ферментов для гидролиза фитиновой кислоты, то биодоступность этих важных минералов ухудшается. При кормлении животных приходится в корм добавлять препараты фермента фитазы, что требует дополнительных затрат.

В составе сои содержание фитиновой кислоты может составлять от 1 до 4,6%. Эта доля зависит от наличия в почве органического фосфора и рН. На сегодня выведены сорта сои, содержащие фосфора фитиновой кислоты, которых не более 0,2% [1].

Лектины.

Лектины способствуют снижению инсулина в крови и увеличению поджелудочной железы. Частично вымачивание сои инактивирует действие лектинов.

Сегодня получен ряд мутантов сои практически с нулевым содержанием лектинов [1].

Соотношение олеиновой и линоленовой кислот.

Масло обычных сотов сои содержит:

-        пальмитиновая кислота 11%;

-        стеариновая кислота 4%;

-        олеиновая кислота 23%;

-        линолевая кислота 53%;

-        линоленовая кислота 7%.

Линоленовая кислота относится, наряду с другими, к незаменимым для здоровья человека жирным кислотам, но она является «провокатором» окисления масла, что снижает его срок хранения. Соотношение скорости окисления линоленовой, линолевой и олеиновой кислот соответственно равны 21,6:10,3:1 [1].

Гидрогенизация масла понижает окислительную способность, но приводит к получению нежелательных трансизомеров жирных кислот, которые вызывают изменение клеток артерий и способствуют появлению сахарного диабета. Чтобы уйти от гидрогенизации, селекционеры ищут пути создания сортов сои с более низким содержанием линоленовой кислоты и более высоким содержанием олеиновой. Сегодня известны сорта сои, масло которой содержит линоленовой кислоты около 1%, что существенно снизило скорость окисления соевого масла.

Министерство здравоохранения Канады подтвердило, что полученная соя, в масле которой содержится 80% олеиновой кислоты, соответствует нормам безопасности для пищевых продуктов [1].

 Липоксигеназы.

Сегодня в рекламе многих продуктов повторяется слоган «вкус, знакомый с детства». Так вот, для Китая, Японии и стран Юго-Восточной Азии продукты из сои - это и есть вкус, знакомый с детства, а для остальных стран вкус сои специфичен и с детства незнаком. Этот привкус обязан содержанию в сое фермента липоксигеназы, которая составляет 1-2% от белка сои [1].

Липоксигеназа не является антипитательным веществом, но привносит вкус к соевым продуктам, который жителей некоторых стран сдерживает от употребления сои. Тепловая инактивация сои переводит белки в нерастворимую форму, что сохраняет специфический привкус сои.

В ведущих селекционных центрах сои Японии и США созданы сорта (2003-2004 гг.) с нулевой липоксигеназой. Созданы линии (2008 г.), которые используются для создания генотипов не содержащих липоксигеназ [1].

Изофлавоны.

Изофлавоны полезны для здоровья человека, и речь идет только о количественном ограничении их в продуктах детского питания и питания женщин в период беременности. В некоторых странах диетологами рекомендован безопасный верхний предел ежедневного потребления изофлавонов.

Американское управление по контролю над пищевыми продуктами и лекарственными препаратами рекомендует ежедневно потреблять 25 г соевого белка, чтобы в полной мере воспользоваться полезными для здоровья преимуществами сои [1]. Поэтому применительно к количеству семян сои эта норма составляет 65-70 г. Для увеличения этой нормы селекционеры ведут работы по выведению сортов сои с пониженным содержанием изофлавонов с целью рекомендации такой сои для производства детских молочных смесей [1].

Уважаемый читатель, я много раз в этой книжке обращал внимание на «мудрость» Природы в том или ином варианте ее совершенства. Применительно к изложенному материалу сделаю это очередной раз.

Соя появилась на земле 50-60 млн. лет назад. Окультуривание ее началось примерно три тысячи лет назад. И вот в двадцать первом веке новой эры соя и разум человека встретились, и встреча эта позволила максимально раскрыть потенциал этой культуры для поддержания здоровья и жизни человека.