Внутрішньовидова гібридизація. Завезені в Російську імперію популяції культурного соняшнику зформувалися в місцеві сорти-популяції в різних грунтово-кліматичних умовах під впливом природнього і штучного доборів за різноманітними ознаками, тому внутрішньовидова гібридизація широко використвується для створення нових сортів, які сполучають бажані ознаки. Застосовується як вільне перзапилення (групове і парне), так і штучне схрещування. З метою створення поуляцій для добору в залежності від поставлених завдань проводять прості і складні схрещування (ступінчасті, насичуючі).
Для проведення штучної гібридизації з кастрацією в материнських рослин за добу до початку цвітіння видаляють один-два верхніх листа, зовнішні листки обгортки і язичкові квітки, а на кошик надівають ізолятор.
Для соняшника кращим вважається комбінований пергаментно-марлевий ізолятор: вузьку (3 – 5-сантиметрову) смужку марлі вшивають вертикально в пергаментний ізолятор з двох сторін Ізолятор надівають на кошик так, щоб марлеві смужки розміщкувалися по боках кошика, чим досягається надійна ізоляція від потраплення чужого пилку і в той же час забезпечується кращий мікроклімат.
Наступного дня з 4 – 7 год ранку проводять кастрацію квіток в усіх підготовлених кошиках: пінцетом з відтягнутими кінчиками вищипують пиляки, що знаходяться вище маточки, ретельно оглядають і продувають кастровану зону, надівають ізолятор. Протягом наступних 4-6 днів цю операцію повторюють на нових рядах квіток кошика. Квітки центральної частини кошика видаляють пінцетом або лезом бритви.
Для збору пилку батьківську рослину також ізолюють до початку цвітіння. В день запилення з 6 – 8 год ранку (можна і протягом усього дня) простукуванням рукою кошика з зворотнього боку струшують пилок у напівпергаментний ізолятор.
Запилення проводять, шляхом умокання материнських кошиків у пилок, який насипаний на аркуш паперу, або наносять його м’яким пензликом або ватним тампоном на приймочку кастрованих квіток. Лишній пилок струшують і на кошик надівають ізолятор.
Віддалена гібридизація. Близькоспоріднене походження сортів-популяцій і гібридів призводить до генетичної одноманітності посівів, що сприяє швидкому розповсюдженню хвороб соняшника і появи епіфітотій білої, сірої, попільної гнилей, несправжньої борошнистої роси, вовчка і т.д. Це підтверджується даними про епіфітотії і тим, що в останні роки врожайність соняшника зберігається на одному рівні, а в окремі роки і знижується. Багаторічні дикорослі види соняшника, особливо гексаплоїдні, в тому числі H. tuberosus, є унікальними джерелами імунітету і широко використовуються в селекії. Багато дикорослих популяцій однорічного соняшнику мають домінантні гени стійкості.
Значні успіхи в використанні віддаленої гібридизації досягнуті Г.В. Пустовойт в ВНДІОК. Починаючи з 1955 р. були проведені схрещування культурного соняшнику з 34 видами, але практичні результати одержані від схрещування гексаплоїдного багаторічного виду H. tuberosus (2n = 102) з H. annuus (2n = 34). Для подолання стерільності гібридів першого покоління застосовували зворотнє схрещування з культурним соняшником, з третього покоління проводили перзапилення між гібридними рослинами, які мали ознаки культурних форм і груповий імунітет. Наступне опрацювання одержаного селекційного матеріалу на інфекційних фонах і добір з пізніх поколінь дали змогу одержати високоврожайні, стійкі до вовчка і низки хвороб сортів. Створені високоврожайні, стійкі до вовчка і несправжньої борошнистої роси, вертіцилльозного в’янення і соняшникової вогнівки сорти Одеський 63, Старт, Ювілейний 60, Прогрес. Одержано селекційний матеріал, який толерантний до білої, сірої і попільної гнилей.
Дикорослі види соняшника використовують і як джерела покращення інших господарських ознак. У СГІ з участю самозапилених ліній H. tuberosus створено сорт силосного спрямування Печенег, який має підвищене гілкування (рецесивного типу), стійкість до вовчка, насправжньої борошнистої роси.
З міжвидового гібриду H. lenticularis x h. annuus створений сортотип Солнечный, який сполучає скоростиглість з низькорослістю, високою врожайністю і олійністю зернівок. Ця форма відрізняється толерантністю до загущення стеблестою.
Використання поліплоїдії і гаплоїдії. Тетраплоїдні форми культурного соняшника були вперше одержані в 1939 р. В.А. Рибіним з використанням колхіцина. В наступному колхіцинуванням синтезували тетраплоїдний соняшник для проведення схрещувань з тетраплоїдними і гексаплоїдними видами. Тетраплоїдні форми культурного соняшника характиеризуються низькою плодовитістю в результаті пониженої фертильності пилку, великої кількості стерільних трубчастих квіток і дефектних насіневих зачатків, а також низькою польовою схожістю; за висотою, числом і розміром листків, діаметром кошика вони більше ніж на третину поступаються диплоїдним формам.
Більш перспективним вважають одержання гаплоїдів соняшника з наступнимподвоєнням числа хромосом. Особливо важливий цей прийом в селекції на гетерозис для прискореного ствворення гомозиготних ліній. Гаплоїди у соняшника зустрічаються надзвичайно рідкісно. Експериментально такі форми одержують шляхом запилення опроміненим пилком, добором близнюкових пар, методом культури тканин і пиляків.
Мутагенез. В селекції соняшника штучний мутагенез почали застосовувати порівняно недавно. Встановлено, що критична доза опромінення, при якій гине 40 – 50% особин, дорівнює 70 – 80 Гр.
Хімічними мутагенами, з яких найбільш широко використовують супермутагени (НЕМ, НММ, ЕІ і ін.), насіння соняшника обробляють шляхом замочування в їх розчинах концентрацією 0,001 – 0,2%. Після цього насіння промивають у воді, підсушують і відразу висівають в полі.
Рослини М1 самозапилюють, оскільки в більшості випадків відбуваються рецесивні мутації, а їх можливо знайти лише в гомозиготах М2. На наступних етапах роботи з мутантною популяцією застосовується інбридинг в різній мірі – від самозапилення до перезапилення подібних між собою відібраних груп.
З використанням метода хімічного мутагенезу для створення вихідного матеріалу в ВНДІОК створений сорт Первенец з зміненим жирнокислотним складом, з вмістом олеїнової кислоти 75%, лінолевої – 16% замість 28 і 60%, відповідно в звичайних сортів. Там же створений так званий „Брахітичнимй мутант”, з карликовістю, потужними темно-зеленими сильно гофрованими листками, пізньостиглістю, і ціла низка ранньостиглих низькорослих мутантів, які використовуються як вихідний матеріал для наступної селекційної роботи, шляхом залучення їх у гібридизацію.
Селекція на гетерозис. Соняшник займає друге місце після кукурудзи за використанням гетерозисних гібридів. Початок робіт по створенню самозапилених ліній і лінійних гібридів соняшника відноситься до 30-х рр. минулого століття, але в той час вони не отримали розповсюдження через відсутність чоловічостерільних форм. Перші гібриди створювалися на основі ядерної чоловічої стерільності, яка зчеплена з домінантним геном антоціанового забарвлення, що використовується як генетичний маркер.
Після відкриття ЦЧС у даної культури, а також одержання ліній відновлювачів фертильності з геном Rf гібридний соняшник почав впроваджуватися більш широко.
Істотні успіхи в селекції гетерозисних гібридів досягнуті в Румунії, Франції, Сербії, Болгарії, Італії і інших країнах, що стало можливим завдяки використанню за батьківські форми високоолійних сортів, створених в нашій країні.
Гібриди соняшника поки що мають істотні недоліки, наприклад меншу адаптивність порівняно з сортами-популяціями. Низьку екологічну пластичність у деяких випадках долають тим, що використовують за вихідний матеріал для створення материнських стерільних ліній прості гібриди або сорти-популяції.
До переваг міжлінійних гібридів відносяться їх висока морфологічна вирівняність за висотою рослин, строками дозрівання і біологічна одноманітність, яка підвищує їх технологічність, а також більш висока врожайність.
Створенням гібридів соняшника займаються в селекційних установах України, опрацьовані і вдосконалюються схеми селекцїії на гетерозис.
Самозапильні лінії одержують на основі кращих сортів і зразків власної і закордонної селекції, перших поколінь міжлінійних і сортолінійних гібридів, синтетичних популяцій. Вихідний матеріал оцінюють по стійкості до хвороб і вовчка та на ЗКЗ (мал. 26).
Для збільшення виходу насіння при самозапиленні А.І Гундаєв рекомендує взаємне перезапиленняч двох кошиків однієї і тієї ж рослини, гілкування якої стимулюють декапітацією – прищіпуванням точки росту над першою парою справжніх листків.
У перший рік проводять самозапилення 100 – 150 відібраних рослин (при використанні сортів – 200 – 400), для чого на кошики за 1 – 2 дні до розкривання трубчастих квіток надівають ізолятори. Після дозрівання кожний кошик вимолочують окремо і добирають кошики, в яких утворилося найбільше насінин. Наступного року насіння з відібраних кошиків висівають окремими рядками (по 20 – 30 рослин) і повторюють самозапилення кращих рослин. Таку роботу проводять протягом 4 – 5 років, в окремих випадках – 7 – 8 років. Паралельно оцінюють самозапильюваних нащадків на стійкість до хвороб на інфекційних фонах у полі або в умовах теплиць, камер і фітотронів.
З І3 розпочинають оцінку ліній за олійністю, лушпинністю, натурою і масою 1000 насінин, а також по скоростиглості, висоті рослин і інших господарсько цінних ознаках. Для аналізу використовуюьть насіння гібридних поколінь від вільного запилення. В цей же час розпочинають оцінку ліній по ЗКЗ.
Загальну комбінаційну здатність визначають методами топкроса і полікроса. При використанні топкроса для більш точної оцінки всі відібрані лінії схрещують з двома-трьома тестерами. За тестери використовують сорти, прості гібриди і лінії з стабільною і високою ЗКЗ, оскільки лише в цьому випадку можна виявити окремі високогетерозисні гібриди.
З метою одержання тест-гібридів відібрані лінії висівають на ізольованій ділянці суміжними рядами з тестером (на кожній ділянці окремий тестер). Для забезпечення максимальної гібридизації проводять хімічну кастрацію фертильних самозапилених ліній шляхом обприскування рослин в фазі „зірочки” 0,005%-ним водним розчином гібберелліна.
При оцінці ЗКЗ методом полікроса відібрані самозальні лінії висівають в розсаднику полікроса (на ізольованій ділянці). Для кращого вільного перезапилення всіх зразків оцінювані лінії розміщають суміжніми рядами в декількох повтореннях або окремими рядами з посівом між ними запилювача (пропорційно рівна суміш насіння цих ліній).
Лінії з стабільно високою ЗКЗ наступного року оцінюють за специфічною комбінаційною здатністю СКЗ) методом діалельних схрещувань. Ефекти ЗКЗ і СКЗ визначають за основними ознаками: урожайності, олійності, висоти рослин, тривалості вегетаційного періода. Обов’язково враховують стійкість до хвороб і шкідників.
Стерільні аналоги самозапилених ліній одержують методом насичуючих схрещувань (ВС3 - ВС4). Перевірку реакції ліній на ЦЧС і отримання аналогів проводять на основі джерела ЦЧСр (одержаний П. Леклерком). Для створення стерільних аналогів необхідно 5 – 7 років. З метою скорочення строків опрацьований метод прискореного одержання їх протягом 3 років з використанням теплиць і камер штучного клімату, і вирощування двох-трьох поколінь за рік. При вирощуванні використовують розсадний метод, прогрівання насіння, замочування, відповдні умови освітлення і інші прийоми, що дозволяють прискорити одержання насіння.
Для прискореного створення стерільних аналогів ліній і відновлювачів фертильності застосовують також метод культури ембріонально-молодих зародків in vitro, що дозволяє провести повний цикл (6 поколінь) за 1 рік.
Лінії - відновлювачі фертильності одержують на основі диких видів, H. petiolaris, H. annuus і ін., а також міжвидових гібридних сортів, створених Г.В. Пустовойт від схрещувань H. tuberosum з культурним соняшником.
Сорти культурного соняшнику не використовують для створення ліній – відновлювачів фертильності через їх генетичну спорідненість з материнськими лініями і рідкісним проявом генів Rf.
У ВНДІОК опрацьована схема схрещувань для створення популяцій, що несуть гени відновлення від диких видів.
При проведенні насичуючих схрещувань для запилення добирають стійкі до хвороб рослини з відновленою фертильністю. З метою виключення ручної кастрації рослин з відновленою фертильністю всі покоління насичуючих схрещувань декапітують у фазі двох пар справжніх листочків, після чого такі рослини утворюють переважно два пагона з кошиками. На одному з них проводять хімічну кастрацію (обробка гібберелліном в фазі „зірочки”), а другий кошик використовується як контроль для добору рослин з відновленою фертильністю. Кастровані гібберелліном кошики таких рослин запилюють.
Якщо батьківські лінії високогетерозисних гібридів не несуть генів відновлення, доводиться створювати аналоги – відновлювачі фертильності. Їх одержують на фертильній або стерільній основі хляхом проведення насичуючих схрещувань, які аналогічні, що використовуються при роботі з гібридною кукурудзою.
Створення вихідного матеріалу методами добору. На початку селекційної роботи з соняшником добір був основним методом покращення місцевих сортів і створення нових високоолійних сортів. Висока ефективність добору досягалася завдяки значному поліморфізму і гетерогенності вирощуваних популяцій, а також застосуванню в селекції спеціально створюваних провокаційних фонів. На перших етапах використовували більш простий метод масового добору, в результаті якого в 30-х рр. минулого століття були створені такі сорти, як Фуксінка 3, Чернянка 35, ультраскоростиглий сорт Карлик, ранньостиглі сорти Піонер Сибіру, Омський скоростиглий і ін.
У селекції соняшнику застосовували також сімейно-груповий добір, сутність якого полягала в посіві насіння елітних рослин в розсаднику індивідуально по сім’ях і в доборі кращих кошиків. При цьому допускалося вільне запилення між усіма рослинами, тобто добір проводили лише по материнських рослинах. Таким методом були створені сорти: Саратовський 169, Саратовський ранній, Зеленка, Харьківський 22-82, Круглик 631, Фуксинка 62 і ін.
Але найбільш ефективним у пакращенні соняшнику виявився метод резервів (половинок), тобто періодичного добору з індивідуальною оцінкою за нащадками і наступним перезапиленням кращих сімей, що вирощені з насіння з резерву. Основні положення цього метода опрацював академік В.С. Пустовойт (мал. 27).
Сутність полягає в тому, що насіння відібраних елітних кошиків ділять на декілька частин. Одну частину висівають в розсаднику (переважно на 9-метрових рядках у двох повтореннях з стандартом через кожні дві сім’ї). Тут оцінюють сім’ї (1 – 2 роки) по всіх господарсько цінних ознаках, паралельно вивчають ці ж сім’ї на інфекційних фонах. Після оцінки і браковки насіння кращих по врожайності, олійності, стійкості і інших ознаках сімей з насіння резерву висівають на просторово ізольованій ділянці так званого спрямованого перезапилення кращих сімей. Для перзапилення формують групи з різною чисельністю сімей в залежності від їх особливостей і спрямування селекції. Таких ізольованих ділянок меже бути декілька. Насіння кожної сім’ї з резерву висівають індивідуально по сім’ях або готують з них суміш.
До початку цвітіння в розсадниках обов’язково проводять негативний добір за такими ознаками, як тривалість вегетаційного періоду, висота рослин, гілкування, типи нахилу кошика, потужність розвитку, враженість несправжньою борошнистою росою і іншими хворобами. Правильна оцінка і браковки рослин проводится до цвітіння – найбільш важливий ланцюг сеекційної роботи, оскільки дає змогу виключати перзапилення з небажаними генотипами.
Після дозрівання насіння на ізольованих ділянках добирають кращі за комплексом перерахованих вище ознак рослини, кожен кошик обмолочують і аналізують окремо. За результатами лабораторної оцінки і браковки насіння частини рослин об’єднують для випробування в попередньому і конкурсному сортовипробуваннях і для розмножнення. А іншу частину використовують для нового цикла добору.
Даний метод селекційного вдосконалення соняшника є одним з варіантів періодичного добору і дає змогу накопичувати позитивні особливості і одночасно концентрувати генотипи з високою комбінаційною затністю.
Використання метода резервів в селекції і насінництві дало можливість підняти рівень олійності ядра сучасних сортів-популяцій до 57 – 70%.
Методика польового випробування і методи оцінок. Посів соняшника на невеликих ділянках колекційних, селекційних і інших розсадників проводять ручними сажалками-хлопушками квадратно-гніздовим (в гнізді після проривки залишають дві рослини) або використовують пунктирний спосіб. Оптимальне число рослин - 40 тис/га. При розміщенні ділянок і розстановці етикеток в полі для зручності спостереженнь необхідно враховувати явище геліотропізму в соняшника: кут повороту бутонів за сонцем становить біля 1200, після початку цвітіння ця здатність знижується і майже всі рослини орієнтовані на південний схід.
Під час вегетації проводять фенологічні спостереження: перважно відмічають фази сходів, розетки („зірочки”), цвітіння, дозрівання. (75%).
При досягненні збиральної зрілості (фаза жовтої стиглості) задня частина кошика жовтіє, листки обгортки стають темно-коричневими, а потім чорними. Переважно в цій фазі починають роздільне збирання соняшника: ножем або серпом відрізають кошик з стеблом (8 – 10 см). Стебло рослини обрубують на висоті 50 – 70 см від землі під гострим кутом і на нього наколюють кошик вниз зернівками. Через 10 – 14 днів сухі коричневі кошики збирають у крафт-мішки і завозять у молотильний сарай.
У селекційній роботі з соняшником необхідні ізольовані ділянки з надійною просторовою ізоляцією. На рівнині ізоляція повинна витримуватися з відстанню 1,5 – 2 км з наявністю однієї-двох лісосмуг. На сусідніх ізольованих ділянках бажано розміщувати розсадники з матеріалом, який відрізняється часом цвітіння. Для захисту кошиків соняшника під час дозрівання від масового пошкодження птахами за 10 – 17 днів до збирання обламують верхні листки (приблизно 30%) разом з черешками, вкривають кошики марлею, газетами або старими ізоляторами.
При вивченні гібридів рекомендується висівати матеріал в такій послідовності, щоб весь розсадник цвів і дозрівав приблизно в один і той же час, тобто спочатку сіяти блоки пізньостиглих, потім середньо- і ранньостиглих гібридів (інакше ранньостиглі форми сильно пошкоджуватимуться птахами).
При вивченні і розмноженні колекційного матеріалу часто застосовують ручне запилення. В цьому випадку проводять перезапилення між собою 12 – 15 типових рослин. До або в момент розкривання язичкових квіток видаляють верхній лист, листки обгортки і язичкові квітки і надівають ізолятори. Приблизно через 3 дні по тому розв’язують всі ізолятори на ділянці (не знімаючи їх з кошика), потім кладуть на долоню чистий ізолятор і круговими рухами знімають пилок з кошика, що цвіте. При цьому квітки запилюються сумішшю пилку з попередніх кошиків. До першої рослини повертаються і запилюють її при закінченні роботи. Після цього всі ізолятори зав’язують. Запилення сумішшю пилку на одній ділянці повторюють 2 – 3 рази за період цвітіння. Ізолятори знімають через 3 – 5 днів після закінчення цвітіння або залишають до збирання.
В селекційній роботі при порівнянні сортів і гібридів застосовують парний метод випробування, лункове випробування, випробування по типу контрольного розсадника. В СГІ В.В. Бурлов застосовує модифікацію парного метода, розміщуючи стандарт у полі на одній половині 7-метрового яруса зразки, які вивчаються (N), а на другій – стандартний сорт-контроль (К).
Як вказувалося раніше, на всіх етапах селекційної роботи з соняшником обов’язково проводять оцінку лушпинності, панцирності, олійності і стійкості до основних хвороб.
Лушпинність попередньо оцінюють в полі окомірно за товщиною і міцністю лушпини, яка виділена з трьох-чотирьох зернин. Остаточну оцінку визначають в лабораторії по відсотку лушпиння в повітряно-сухих насіниних і термометодом ВНДІОК.
Істотну роль в успіхах селекції на високу олійність відіграли метод визначення олії по обезжиреному залишку (метод Рушковського) і опрацьований в останні роки метод ядерно-магнітного резонанса (ЯМР), що дає змогу проводити прижиттєвий аналіз вмісту олії в зернівках.
При оцінці матеріалу на стійкість до хвороб матеріал висівають в спеціальних інфекційних розсадниках і широко застосовують опрацьовані в багатьох установах лабораторні методи, що дають змогу проводити оцінку і браковку селекційного матеріалу перед висадкою в поле.