Еще незадача: все «малыши» — начиная с Норин 10 — имеют так называемые рецессивные гены.
Основоположник генетики Г. Мендель обратил внимание на то, что первое поколение от двух Горохов — «отца» с красными и «матери» с белыми цветами — цветет исключительно красным, а от Горохов с желтыми и зелеными бобами — всегда имеет желтые зерна. Зато в дальнейшем картина меняется. Некоторые «внуки» цветут белым, «бабушкиным» цветом, в их стручках зреют зеленые, «бабушкины» зерна. Другие по всем статьям выходят в «дедушку». Десять тысяч опытов по скрещиванию гороха дали Г. Менделю статистический материал, позволивший математически сформулировать биологический закон наследования: «Распределение доминантных и рецессивных признаков внутри поколения может быть выражено простыми числовыми соотношениями 1:2:1 или 3:1». Доминантные признаки у растений — это те, которые господствуют, подавляя все и вся, а рецессивные — те, что не проявляются под «давлением» доминантных, находящихся с ними в одной аллельной паре.
Так вот, гены карликовости у сорта Нории 10 и, конечно, у его производных оказались рецессивными. А к чему это приводит, пожалуй, наиболее ярко показала история селекции другого злака — ржи.
Это очень ценная зерновая культура. Ржаной хлеб по содержанию лизина на 1,3 процента превосходит белые булки, сайки, калачи. И вообще, если белок молока принять за 100 единиц, то биологическая ценность белков ржи составит 83 единицы, пшеницы же — вдвое меньше. Ржаную буханку впору считать и лекарством: достаточно доброго ломтя, чтобы на сутки обеспечить организм человека так необходимым для здоровья йодом. И квас без ржи не получить. А недавно оказалось, что рожь — лучший продукт для потерпевших кораблекрушение. Ведь в шлюпки не поместишь горы провианта. Терпящим бедствие нужна особая пища — калорийная, компактная и чтоб не портилась долгое время. В результате продолжительных исследований английским ученым все же удалось приготовить такую. Речь идет о двухсантиметровых по толщине плитках Их заблаговременно прессуют из порошкообразного молока, высушенных бананов и ржаной муки. Концентрат на вес легкий, готов к употреблению после пятнадцатиминутной пропитки (даже и морской водой) и очень питателен.
Главное же преимущество ржи перед пшеницей в том, что она родит на чрезвычайно бедных почвах, в том числе на легких и песчаных, где пшеница почти ничего не дает. И вообще нет лучше культуры для земледельцев севера Центрально-Черноземной зоны и особенно Нечерноземья — районов, раскинувшихся от западных границ России до Урала и от Архангельска до Белгорода. Недаром в этих местах издавна бытовала поговорка: «Рожь кормит сплошь, а пшеничка — по выбору».
Оба злака, как выяснил академик Н. И. Вавилов, имеют общую родину — юг Кавказа, север Ирана. Ирак, Сирия, Турция, Иордания. Но пшеница, видимо, появилась на свет в теплых долинах, ее «сестра» — повыше, на склонах гор, где условия обитания посуровее. Потому первой подавай почвы получше, чем второй. Кроме того, рожь трогается в рост при плюс 1— 2 градусах, а пшенице это не под силу. К тому же ее корни интенсивнее поглощают из почвы питательные элементы. Наконец, озимая рожь поставляет ранний высококачественный зеленый корм животноводству; с ее гектара можно получить 3240 кормовых единиц с содержанием до 122 граммов переваримого протеина. И не случайно само слово «рожь» сродни русским «родить», «уродить», а по-украински этот злак называют «жито» — близко к «житница», «жизнь».
Однако, хотя достоинств у озимой ржи много (яровую в силу ряда объективных причин возделывают неизмеримо реже), площади под нею у нас в стране до недавнего времени не только не увеличивались, а мало-помалу сокращались. Схожая история наблюдалась в ФРГ, Польше, Швеции, Германии. И происходило это вовсе не из-за того, что земледельцы разочаровались в этой культуре: их не устраивали сорта, которыми приходилось засевать поля. В самом деле, принадлежащие к северорусской группе — зимостойки, переносят холодное лето, зато не терпят даже намека на засуху. Сорта же западноевропейской группы, наоборот, не выдерживают сильные морозы и к тому же легко поддаются таким болезням, как мучнистая роса, ржавчина.
Но главная беда, общая для любых прежних сортов ржи — низкая продуктивность. У лучших представителей немецкой, шведской, бельгийской селекции масса 1000 зерен не превышала 40 граммов и лишь у одного венгерского этот показатель достигал 45,5. В нашей стране, где климат много суровее, лучшую урожайность долгое время показывали два сорта — Вятка и Вятка 2, хотя масса 1000 их зерен около 30 граммов, и то если растения попали в отменные условия. И стоило на нивах Белгородчины, Курской области, Нечерноземья появиться Мироновской 808— пшенице, приносящей и под Москвой около 30 центнеров с гектара, — как хозяйства стали отказываться от ржи: невыгодно! Остановить этот процесс могло лишь появление новых сортов с достаточно полновесными колосьями.
В России начало селекции ржи отбором заложил в 30-х годах прошлого столетия Н. Н. Муравьев. С тех пор вплоть до середины XX века ученые по сути дела не применяли другого метода «конструирования». Но к этому времени они убедились: только отбором резко увеличить урожайность ржи не удастся. Использовать гибридизацию? Ее затрудняло то, что рожь — культура перекрестноопыляющаяся. Очень сложно изолировать селекционный участок, чтобы туда не попадала «чужая» пыльца. Поэтому исходный материал, выбранный селекционером для дальнейшей гибридизации, чаще всего в последующие годы не повторял себя в потомстве— растения теряли качества и свойства, ради которых на них и останавливались. Была перед учеными и еще одна преграда: сорта ржи обладают, увы, высокой степенью несовместимости.
Постепенно исследователи пришли к выводу: одним из наиболее действенных путей создания урожайных сортов ржи является полиплоидия, предполагающая удвоение числа хромосом.
У пшеницы существует естественный ряд полиплоидов. Так называемые однозернянки — это исходные диплоидные формы. В ядрах их клеток насчитывается 14 хромосом. Твердые пшеницы — тетраплоиды, то есть их клетка имеет 28 хромосом. И, наконец, мягкие пшеницы, родившиеся позже остальных, — сплошь гексаплоиды (42 хромосомы). Точно такой же ряд полиплоидов существует и у овсов. А вот рожь от рождения только диплоидна, то есть в ядрах ее клеток содержится 14 хромосом. Искусственно воздействуя на проросток специальным веществом — колхицином, можно удвоить число хромосом и тем получить растения тетраплоидные, представляющие богатый материал для выведения сортов.
Именно по этому пути у нас в стране пошли ученые-первопроходцы: сначала П. В. Цицин и Л. В. Бреславец, несколько позже Н. Д. Мухин и его коллеги по Белорусскому НИИ земледелия. Они посеяли рядом два высокоурожайных тетраплоида — из ФРГ и Польши. Произошло перекрестное опыление, и из тысяч полученных форм были отобраны колосья, выделяющиеся крупнозерностью, полновесностью. Затем вновь и вновь скрещивали растения, вновь и вновь тщательно выбраковывали неподходящие. А в результате к концу 60-х годов на поля Белоруссии вышел сорт Белта (Белорусская тетраплоидная), который вскоре покорил
обширные массивы.
И не мудрено: с каждого гектара при всех прочих равных условиях новинка дает на 5—10 центнеров зерна больше, чем любой ее предшественник. Одно это позволило белорусским хлеборобам значительно увеличить валовой сбор ржи, хотя площадь, занятая ею, существенно сократилась. Высокие урожаи—40—50 центнеров зерна с гектара — приносят и другие недавно появившиеся отечественные сорта — Харьковская 60, Безенчукская, Украинская тетра.
Победа?
Вроде бы бесспорная. Но недаром говорят: недостатки — своеобразное продолжение достоинств. Нечто подобное случилось и на этот раз. Прибавив в весе, продуктивности, рожь заболела все той же болезнью полегания. Ее стебель уже не справлялся с новой ношей, гнулся до земли. Правда, у Белты расстояние между первым и вторым междоузлиями оказалось несколько короче, а диаметр стебля на 0,5—1 миллиметр больше, чем у диплоидных сортов. Но и она под частыми для северного августа дождями, под ударами ветра нередко льнула к земле. Спасти положение могли только новые сорта с надежной устойчивой соломиной.
Две сотни лет бились над этой задачей опытники и селекционеры. Первые успехи пришли к ученым недавно. Так, в НИИ сельского хозяйства Юго-Востока с помощью гибридизации и многолетнего отбора создали озимую рожь Саратовская 4: ее стебли на 10—14 сантиметров ниже, а продуктивность на 6,3 процента больше, чем у исходного сорта Саратовская крупнозерная. К тому же она зимостойка и засухоустойчива, слабо повреждается бурой ржавчиной и мучнистой росой, не боится снежной плесени. Наконец, в «визитной карточке» Саратовской 4 записано, что она обладает отменными хлебопекарными качествами, а по содержанию белка на 0,38 процента превосходит стандарт.
Сорт Комбайниняй (сразу понятно, что он пригоден для механизированной уборки) родился на опытных делянках Литовского НИИ земледелия. Здесь скрестили знаменитую Вятку с выходцем из ФРГ — сортом Петкус. Из многих тысяч полученных форм одна — номер 278 — была удачной: ее стебель на 11—29 сантиметров ниже обычного, да и колос значительно полновеснее. Появилась рожь с несколько укороченной соломиной и в ФРГ, Швеции, Польше, Германии. Но все эти сорта относятся к западноевропейской экологической группе, а потому не слишком зимостойки и, значит, не подходят для большинства районов Нечерноземья.
Продолжая настойчиво работать, российские селекционеры получили сорта, более приспособленные к нашим условиям. Под Москвой был создан неполегающий Восход 1, под Санкт-Петербургом — Ярославна. Им по плечу 60-центнерный урожай. И все же устойчивость ржи оставляла желать лучшего. Трудность поиска заключалась в том, что низкорослостью у этой культуры во всех найденных образцах «заведовали» гены рецессивные, а они, как мы уже говорили, вовсе не обязательно проявляются в потомстве.
Первым успеха добился доктор биологических наук В. Д. Кобылянский из ВИРа. На опытном поле в Пушкине он посеял весь сортимент короткостебельной ржи, созданный селекционерами разных стран за многие годы. Взошедшие растения радовали невысокой и прочной соломиной, мощной корневой системой. Но вот ученый скрестил их с обычными — рослыми и чуть пониже — сортами: ведь только соединение двух сортов может дать третий, более урожайный. Причем В. Д. Кобылянский не отступал от метода Г. Менделя (вспомним его опыты с горохом): в «отцы» брал карликов, поскольку «дети» в первом поколении точно повторяют свойства родителя.
И что же?
Надежды, казалось бы, вполне обоснованные, не оправдались: по росту представители первого поколения гибридов карликов с обычной рожью в лучшем случае оказались где-то посередине между родителями. В лучшем случае! Чаще они на 12—13 сантиметров перерастали «мать», у которой очень длинная соломина. Дальнейшая проверка открыла, что «внуки» также тяготели к гигантизму.
Что же мешало короткостебельным формам передавать свой главный признак по наследству и хотя бы в первом поколении следовать примеру менделевского гороха? В. Д. Кобылянский выяснил: виноват рецессивный ген. Именно он обеспечивал и берег в потомстве карликовость, пока при скрещивании не столкнулся с геном доминантным — хранителем рослости у обычной ржи — и в противоборстве не отступил перед носителем господствующего признака.
Как выбраться из очередной ловушки, уготованной природой? Но, может, она же и выручит, как бывало не раз, если хорошенько покопаться в зеленой кладовой, поискать там? Вдруг найдется рожь, у которой ген карликовости доминантен?
В результате тщательных поисков ученый обнаружил между высоким и средневысоким сортами одно-единственное растение, которое оказалось на редкость коротким — всего 70 сантиметров. Исследователь собрал его семена и па следующий год высадил на делянке. Они хорошо взошли и закустились, но выглядели нигмеями в царстве великанов. Тем не менее колос у них был длинным и наполненным. Это-то как раз и не соответствовало общепринятым в то время нормам: большинство генетиков и селекционеров считали, что если рожь короткая, то и колос у нее должен «сжаться», иначе семена в нем будут щуплыми...
Прошла еще одна зима. В. Д. Кобылянский высеял семена короткостебельной новинки, затем часть поднявшихся растений скрестил с отечественной Вяткой, часть — со шведским сортом. И увидел: в потомстве преобладают «малыши»! Раз это свойство проявилось в первом поколении гибридов, значит, признак корот костебельности доминантен. Впоследствии удалось выяснить: за него отвечает один ген, который способен укоротить соломину на 40 процентов!
Но вавиловский закон гомологических рядов под сказывал: не может быть, чтобы за все века существования ржи это явление проявилось единожды. Вот почему В. Д. Кобылянский стал снова «ворошить» коллекцию ВИРа. И нашел-таки аналогичный ген у местной болгарской ржи. К слову, ее селекционная судьба долго была незавидной. Многие ученые привлекали ее к опытам, но, убедившись в слабой зимостойкости образца, отвергли как непригодную. Доминантный ген карликовости в ней проглядели...
Так от Санкт-Петербургского естественного мутанта ЕМ-1 и Болгарской низкостебельной повели родословную современные неполегающие сорта ржи: Малыш 72 (выведен В. Д. Кобылянский в ВИРе на основе ЕМ-1), Чулпан (создан в Башкирском НИИ сельского хозяйства с привлечением «болгарки»), Короткостебельная 69 (рождена в Сибирском НИИ растениеводства и селекции в результате скрещивания той же «болгарки» с местной Омкой и последующего шестилетнего отбора).
Они в 2,5 раза ниже привычных сортов, а по урожйности по крайней мере не уступают им. Чулпан например, дает с гектара 65—75 центнеров зерна. Многолетняя практика подтверждает: новинкам не страшны ни сильные ветры, ни затяжные дожди. Комбайнеры могут убирать их, не опасаясь потерь зерна, а селекционеры вести на их основе дальнейшую работу, не боясь того, что в каком-то потомстве вдруг объявятся «акселераты»...
Ищут доминантные гены и «пшеничники». Начало этой работе положил кандидат сельскохозяйственных наук М. Г. Товстик (Киргизский научно-исследовательский институт земледелия). За основу будущего сорта ученый взял Безостую 1. Но дальше исследователь шел нетореным путем. Он обратил внимание на очень далекого родственника пшеницы — пырей удлиненный (солонцовый) — неприхотливое, устойчивое к жаре и холоду растение. Однако его главное достоинство — длинный колос. Если этот признак передать культурной пшенице, то полдела будет позади.
М. Г. Товстик повел отдаленную гибридизацию: раз за разом предпринимал скрещивания Безостой 1 с пыреем. И на каждое уходил год — раньше потомство не показывало истинного своего «лица». Кроме того, полученный материал требовал строгого отсева. Кропотливый труд принес плоды через 8 лет: на опытных делянках ветер закачал пшеницу с небывалым колосом — длиной 20—21 сантиметр и со 100—142 зернами. Вес его доходил до 7 граммов, словно воедино слились четыре колоса Безостой 1. И все признаки устойчиво передавались из поколения в поколение.
Однако у замечательного колоса не было надежной опоры. Стебель полученного гибрида ложился на землю. Теперь главной заботой ученого стало укрепление соломины. Он испробовал насыщающее скрещивание. Вновь и вновь М. Г. Товстик соединял выявленную форму с Безостой 1, надеясь на каком-то этапе вывести свое детище в неполегаемое.
Опыты развеяли надежду.
Стало ясным: придется найти третьего «компаньона», несущего заряд короткостебелъности, для чего снова нужно перелистывать «справочную книгу» растительного мира Земли. Исследователь обратился в ВИР. И ответ из Санкт-Петербурга не заставил себя ждать.
Еще в 1930 году французская экспедиция вывезла из Тибета семена «ультракоротышки» — сорта Том Пус. Правда, об этой пшенице быстро забыли: тогда мало кто связывал рост урожая зерна с длиной поддерживающих колосья соломин. «Переоткрыл» давнишнюю находку сотрудник ВЙРа доктор сельскохозяйственных наук М. М. Якубцинер. В 1958 году он во всеуслышание заявил: Том Пус — явление для пшениц уникальное. Ибо за его карликовостью «следят» не рецессивные, а два доминантных гена плюс цитоплазма клетки. Постоянные сильные ветры, дующие на Тибете, отступали перед несгибаемой крепостью 60-сантиметрового стебля Тома Пуса. Причем растение сохраняло свою отличительную черту везде, где бы его ни возделывали. Это и определило выбор М. Г. Товстика.
И снова потянулись годы скрещиваний, годы многократного отбора. В результате к концу 60-х годов на делянках Киргизского научно-исследовательского института земледелия появились полукарликовые (высота 70—90 сантиметров) и карликовые (45—75) пшеницы. Но дело не только в их стебле. Они значительно отличаются от всех ранее созданных пшениц величиной кол1са (13—22 сантиметра), его насыщенностью зерном! (от 100 до 150 штук в каждом).
Новые формы хлебного злака установили ряд замечательных рекордов. Судите сами. Их колос составляет до 133 процентов высоты растения — в 3 раза больше, 'чем у Безостой 1. Стебель несет 6—7-граммовый груз зерна, опять-таки оставляя далеко позади прославленную родоначальницу. И, наконец, общая биомасса, поручаемая при уборке, полезна человеку не на 40, как прежде, а на 60—75 процентов. Три четверти биологического урожая можно закладывать в закрома!
Таким образом, с помощью рецессивных у пшениц и доминантных (у ржи) генов ученые восстановили дружбу злаков с водой и удобрениями. Но успокаиваться рано. Вспомним предупреждение Н. И. Вавилове о том, что истинная пшеница должна иметь в активе 46 полезных признаков. Не менее! А, например, те же формы, созданные М. Г. Товстиком, пока не выдерживают подобной оценки: они боятся сильной жары, восприимчивы . (сказывается наследие Тома Пуса) к страшной болезни — ржавчине. Но ученые полны рента-мости добиться своего. Работа продолжается.
Реабилитация через четыреста лет