Батат, или сладкий картофель, занимает 12 место в мире среди значимых продовольственных культур и 3 по продовольственной значимости среди корнеплодных и клубневых. Мировое производство батата превышает 100 миллионов тонн. Его способность расти на малоплодородных почвах, высокая эффективность фотосинтеза и наличие биофортифицированных клонов с повышенным содержанием β-каротина подчеркивают его стратегическую ценность, особенно в уязвимых тропических регионах. Кубинские ученые успешно реализуют масштабную селекционную программу, которая позволяет вывести витаминные сорта батата как для внутреннего потребления, так и на экспорт.
Для Кубы, Гаити, Ямайки и Доминиканской Республики батат (местные жители часто называют его «камоте») является основой продовольственной безопасности по нескольким ключевым причинам.
Карибский регион ежегодно страдает от разрушительных циклонов, которые уничтожают урожаи кукурузы, бананов и сахарного тростника. Батат растет под землей. Даже если ураган снесет всю надземную часть, клубни остаются невредимыми, спасая население от голода сразу после катастрофы. Сладкий картофель дает урожаи на бедных, истощенных и песчаных почвах с минимальным количеством дорогостоящих азотных удобрений, что критически важно для сельского хозяйства Кубы. Кроме того, используются не только клубни, но и сочная зеленая ботва батата. Она идет на корм свиньям и крупному рогатому скоту, что позволяет местным фермерам не закупать дорогой импортный комбикорм. Выращивание батата не требует сложной и тяжелой техники — его легко сажать и убирать вручную. Это дает работу и стабильный доход миллионам мелких семейных ферм в регионе, снижая уровень бедности.
На Кубе в 1972 году произошла важная веха в селекции батата, когда доктор Альфредо Моралес Техон основал первую систематическую программу генетического улучшения в Институте исследований тропических регионов (INIVIT). Программа основывалась на трех основных принципах: исчерпывающая коллекция генетического материала, включающая 731 образец, направленные гибридизации со специфическими целями и строгий фенотипический отбор, что привело к созданию самой важной коллекции генетического материала в Центральной Америке и Карибском бассейне.
Более 50 лет INIVIT применяет традиционную схему селекции, основанную на контролируемых скрещиваниях с 30–40 элитными родительскими формами ежегодно, создании больших расщепляющихся популяций (>40 000 особей в год) и фенотипическом отборе трансгрессивных расщепляющихся форм.
Такой подход позволил вывести 24 коммерческих сорта, занимающих 98% культивируемых площадей на Кубе. Примечательно, что сорт «INIVIT B2-2005» превосходит другие сорта более чем на 7 т/га, занимает 52% национальной площади и увеличил среднюю урожайность с 4 до 11 т/га. Недавние анализы генетического прогресса демонстрируют накопленный прогресс в урожайности на 256%, с ежегодным приростом от 0,20 до 0,37 т/га в год.
Несмотря на успехи в повышении производительности батата, Куба сталкивается с проблемами питания, выходящими за рамки простого увеличения урожая. Дефицит витамина А затрагивает значительные слои населения. В этом контексте биофортификация основных сельскохозяйственных культур становится приоритетной стратегией борьбы с дефицитом питательных веществ устойчивым и культурно приемлемым способом. Сладкий картофель с оранжевой мякотью, богатый β-каротином (предшественником витамина А), успешно продвигается в странах Африки к югу от Сахары для смягчения дефицита витамина А, с замечательными результатами в таких странах, как Мозамбик и Уганда.
Первые попытки биофортификации на Кубе относятся к 1985 году, когда был разработан первый сорт сладкого картофеля с оранжевой мякотью «CEMSA 80-77». Несмотря на свой потенциал, этот сорт имел ограниченное распространение из-за недостаточной осведомленности потребителей. Лишь в 2006 году был выпущен еще один сорт с оранжевой мякотью, «INIVIT BS-16», который первоначально занимал около 2000 га под культивацией (3% от общей площади, отведенной под сладкий картофель в стране). Однако, несмотря на свой питательный потенциал, этот сорт имел ряд агрономических недостатков, включая тонкие черенки с плохой приживаемостью в полевых условиях, склонность к образованию глубоких продольных трещин в корнях и ограниченное распространение среди фермеров с течением времени. Эти ограничения в конечном итоге помешали его устойчивому коммерческому распространению.
Эффективной стратегией внедрения нового разнообразия и ускорения генетического прогресса, особенно для сложных признаков, таких как β-каротин, является внедрение элитного экзотического генофонда из международных селекционных центров.
Международный картофельный центр (CIP) в Перу поддерживает один из самых разнообразных банков генофонда сладкого картофеля в мире. Внедрение семейств полных сибсов, полученных от элитных родительских сортов CIP, специально отобранных за высокое содержание β-каротина, урожайность и тропическую адаптацию, предоставляет беспрецедентную стратегическую возможность.
Полные сибсы (или родные братья и сестры) — это биологический термин, который в генетике и селекции растений означает потомство, полученное от одних и тех же отца и матери. В случае с кубинским бататом это работает так: ученые берут два конкретных выдающихся родительских куста (например, один очень урожайный, а второй — с рекордно высоким содержанием витаминов) и скрещивают их между собой. Все семена, которые созреют в результате этого союза, и будут являться семейством полных сибсов. У них на 100% общая родословная, но, как и у людей, родные братья и сестры не рождаются точными копиями друг друга. Из-за случайного перемешивания генов (рекомбинации) в таком бататовом семействе кто-то из «детей» получается более удачным, а кто-то менее.
В этом контексте селекционная программа INIVIT разработала стратегию, специфичную для биофортификации, используя в качестве базовой генетической платформы 19 семейных линий, являющихся полными сибсами и завезенных из Кубы.
Целью данного исследования было создание биофортифицированных сортов батата, адаптированных к кубинским условиям, путем стратегического внедрения и отбора элитного генофонда Кубы. Для достижения этой цели была реализована комплексная селекционная программа. Эта программа включала оценку комбинационной способности родительских линий, определение наследуемости ключевых агрономических и качественных признаков, оценку фенотипической стабильности в различных условиях окружающей среды и количественную оценку достигнутого генетического прогресса на протяжении последовательных этапов отбора.
Данная работа основана на гипотезе о том, что внедрение семейств полнородных сибсов CIP, несущих благоприятные аллели β-каротина и других ключевых признаков, посредством строгого фенотипического отбора и передовых статистических методов, таких как AMMI, GGE-биплот и индекс многопризнакового отбора MGIDI, приведет к разработке генотипов батата, значительно превосходящих традиционные сорта по урожайности, питательной ценности и стабильности.
Подтверждение этой гипотезы стало бы новой вехой в пятидесятилетней истории селекции INIVIT, демонстрируя, что биофортификация достижима при ограниченных ресурсах и что международное сотрудничество с такими центрами, как CIP, может оказать существенное влияние на продовольственную и пищевую безопасность в Карибском регионе.
Полученные в результате сорта-кандидаты для выпуска под наименованиями, признающими их происхождение и назначение, не только будут способствовать смягчению дефицита витамина А на Кубе, но и предложат продуктивные альтернативы для экспорта и агропромышленности, укрепляя устойчивость сельского хозяйства к изменению климата.
В конечном итоге, цель текущей работы кубинских исследователей — предоставить воспроизводимую методологическую модель для других стран, сталкивающихся с аналогичными проблемами, демонстрируя потенциал генофонда CIP и накопленного опыта INIVIT для развития биофортификации сладкого картофеля в Карибском регионе и за его пределами.