Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к листовой бурой ржавчине в Самарском НИИСХ

Сюков Валерий Владимирович; Менибаев Асхат Исмаилович; Зуева Анастасия Александровна

УДК633.111: 631.524.7: 545.111

СЕЛЕКЦИЯ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ЛИСТОВОЙ БУРОЙ РЖАВЧИНЕ В САМАРСКОМ НИИСХ

ФГБНУ «Самарский НИИСХ», п.г.т. Безенчук, Самарская область

Статья поступила в редакцию 10.08.2018

Бурая листовая ржавчина Puccinia recondita Roberge ex. Desm (syn. Puccinia triticina Erikss) стабильно проявляется в Среднем Поволжье и в годы эпифитотий наносит значительный экономический ущерб, уменьшая урожай зерна и ухудшая его качество. Создание устойчивых к этому патогену сортов, наиболее целесообразный и экономически эффективный метод борьбы с этим патогеном. В статье показано целенаправленное применение в Самарском НИИСХ, в селекции на устойчивость к листовой бурой ржавчине, высоко экспрессивных генов. Используется сценарий отбора генотипов с так называемыми «вертикальными» генами. В результате последовательного включения в селекционный процесс генов Lr3, Lr23, Lr19 LrAg#2 создана серия ржавчиноустойчивых сортов яровой мягкой пшеницы, ежегодно занимающих площадь около 350 тысяч га. Показано, что этот сценарий обеспечивает эффект уже на ранних стадиях, повышая концентрацию генов устойчивости с 53,6% до 82, 6%.

Ключевые слова: яровая пшеница, бурая ржавчина, гены устойчивости, селекция, сорта.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из факторов, лимитирующих урожай зерна пшеницы в Среднем Поволжье, являются грибные, бактериальные и вирусные болезни. Наиболее стабильно проявляется по годам бурая листовая ржавчина. Возбудитель этой болезни облигатный специализированный паразит Puccinia recondita Roberge ex. Desm (syn. Puccinia triticina Erikss), в отношении его известны принципиальные генетические механизмы взаимодействия «растение-хозяин - паразит». В интегральной системе защиты сельскохозяйственных растений от бурой ржавчины генетический метод, т.е. создание иммунных сортов, наиболее экономически выгоден, экологически безопасен и, поэтому, весьма актуален.

Бурая листовая ржавчина до настоящего времени остается наиболее вредоносной болезнью пшеницы, несмотря на прогресс, достигнутый в изучении природы устойчивости растений, структуры и изменчивости популяции патогена и успехи практической селекции на устойчивость. В зоне Среднего Поволжья ржавчина проявляется практически ежегодно. Потери урожая в Поволжье от бурой листовой ржавчины достигают 30%, а при орошении - 35% [1, 2].

\Сюков Валерий Владимирович \, доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории генетики и селекции яровой мягкой пшеницы. Менибаев Асхат Исмаилович, младший научный сотрудник лаборатории генетики и селекции яровой мягкой пшеницы. E-mail: samniish@mail.ru Зуева Анастасия Александровна, младший научный сотрудник лаборатории генетики и селекции яровой мягкой пшеницы. E-mail: samniish@mail.ru

В зоне Среднего Поволжья широко распространены сорта яровой мягкой пшеницы содержащие следующие эффективные гены устойчивости к бурой ржавчине: Ьг-9, Ьг -13, Ьг -19, Ьг -23, Ьг -24, Ьг -25, Ьг -31, Ьг -36, Ьг -37, Ьг -38, Ьг -39,

В Самарском НИИСХ давно ведется селекция на устойчивость к ржавчине, и уже на ранних этапах выявляется эффективность этого направления селекции.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа проводилась в 2010-2015 гг. в лаборатории генетики и селекции яровой мягкой пшеницы Самарского НИИСХ.

Объектом исследований были селекционные линии 6 питомников (питомник гибридов (ПГ), селекционные питомники 2-го - 3-го годов (СП), контрольный питомник (КП), питомники предварительного (ПСИ) и конкурсного сортоиспытания (КСИ), которые отличались различной степенью устойчивости к листовой бурой ржавчине. По этому фенотипическому признаку селекционные линии разделялись на две группы: иммунные (несущие высокоэкспрессивный эффективный к безенчукской популяции ген устойчивости) и неимунные.

Стандартом в селекционных питомниках был сорт Тулайковская 10, устойчивый к листовой ржавчине.

Делянки питомников гибридов, селекционных питомников и контрольного питомника высевались на площади 10 м2 каждая, делянки предварительного и конкурсного сортоиспытания на площади 20 м2 каждая.

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 20, № 2(3), 2018

Посев проводился сеялкой СН-10Ц, норма высева - 500 семян на 1м2.

Метеорологические условия за годы исследований для возбудителей бурой ржавчины сложились по-разному. В 2012-13 гг. по степени комфортности развития патогена были средние, в 2014 г. благоприятные, в 2015 году бурая ржавчина не проявлялась.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЯ

В Самарском НИИСХ в селекции на устойчивость к бурой ржавчине, применяются высокоэффективные гены. На конкретном примере движения селекционного материала (ПГ-2009 г.; СП-2011 г., 2012 г.; КП-2013 г.; ПСИ-2014 г; КСИ-2015 г.) показано резкое увеличение концентрации генов устойчивости по питомникам. В исходной точке (ПГ) было 53,6%, в конечной точке (КСИ) было 83,3% высокоэкспрессивных генов. Учитывая, простоту отбора генотипа по фенотипу, задача решается уже на ранних этапах селекции. Уже в селекционных питомниках было

82,6% устойчивых форм (таблица 1).

Первый сорт, созданный в Самарском НИИСХ и проявлявший устойчивость к патогену, был защищен геном Lr-3 (Жигулевская). Затем использовали ген Lr-23, эффективный до 1985 года, (Тулайковская степная, Тулайковская-1, Пирамида), Lr-19 (эффективен в Поволжье до 1995 года и проявляющий высокую степень эффективности после «спящих» 2009 и 2010 годов) (Волгоуральская, Самсар, Экада-6, Юлия, Тулай-ковская-108, Экада-113). Lr 2 (результат замещения 6D на 6J хромосому Thinopyrum intermedium (Host) [3] (Тулайковская-5, Тулайковская-10, Тулайковская золотистая, Тулайковская-100, Ту-лайковская-110).

Все эти сорта занимают ежегодно площадь около 350 тыс. га (таблица 2).

ВЫВОДЫ

Таким образом, за годы исследований (20102015 гг.) было выявлено накопление генетического пула устойчивости к бурой ржавчине в питомниках яровой мягкой пшеницы.

Таблица 1. Изменение пконцентрации генов устойчивости к бурой ржавчине по питомникам.

Самарский НИИСХ, 2009-2015 гг.

Название питомника Количество образцов Количество устойчивых образцов Процент устойчивых образцов %

Питомник гибридов 84 45 53,6

Селекционные питомники 2 и 3 годов 1255 1036 82,6

Контрольный питомник 218 177 81,2

Предварительное сортоиспытание 95 68 72,6

Конкурсное сортоиспытание 78 13 83,3

Сорт Разновидность Зона внедрения Площадь, га

Жигулевская Aestivum 7, 9, Казахстан 8000

Тулайковская степная Lutescens 7, 11 1000

Тулайковская-1 Aestivum 7, 11 1000

Пирамида Aestivum 7 2500

Волгоуральская Aureum 7, Казахстан 30000

Самсар Lutescens 7,9 10000

Экада-6 Lutescens 7 2000

Юлия Lutescens 5, 7 5000

Тулайковская-108 Lutescens 7, 9 2500

Экада-113 Aureum 7,9 2500

Тулайковская-5 Aestivum 7, 9 2500

Тулайковская-10 Lutescens 3, 4, 5, 7, 9 250000

Тулайковская золотистая Aureum 7, 8 ,9 3000

Тулайковская-100 Lutescens 7 1000

Тулайковская-110 Lutescens 7 500

Таблица 2. Внедрение в производство ржавчиноустойчивых сортов яровой мягкой пшеницы

При реализации использования генов «вертикальной» устойчивости отбор эффективен уже на ранних этапах селекции.

Созданные в Самарском НИИСХ ржавчиноу-стойчивые сорта яровой мягкой пшеницы ежегодно занимают площадь около 350 ты. га.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лебедев В.Б. Ржавчина пшеницы в Нижнем Повол-

жье. Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т, 1998. 296 с.

2. Сюков В.В. Генетические аспекты селекции яровой мягкой пшеницы в Среднем Поволжье: авто-реф. дисс... докт. биол. наук. Саратов, 2003. 54 с.

3. Salina E.A., Adonina I.G..Badaeva E.D., Kroupin P.Yu., Stasyuk A.I., Leonova I.N., Shishkina A.A., Divashuk M.G., Starikova E.V., Khuat T.M.L., Syukov V.V., Karlov G.I. A Thinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases // Euphytica, 2015. Vol.201. Iss.1. P. 91-101

BREEDING OF SPRING COMMON WHEAT FOR RESISTANCE TO LEAF BROWN RUST IN SAMARA AGRICULTURA RESEARCH INSTITUTE

Samara Research Scientific Institute of Agriculture, Bezenchuk, Samara Region

Brown leaf rust Puccinia recondita Roberge ex. Desm (syn. Puccinia triticina Erikss) stably manifests itself in the Middle Volga region and during the epiphytotium causes considerable economic damage, reducing the grain yield and deteriorating its quality. Creation of resistant to this pathogen varieties, the most appropriate and cost-effective method to combat this pathogen. In the paper shows a purposeful application in Samara Research Scientific Institute of Agriculture, in breeding for resistance to leaf brown rust, highly expressive genes. The scenario of breeding of genotypes with so-called "vertical" genes is used. As a result of sequential inclusion in the selection process of the Lr3, Lr23, Lr19 LrAg # 2 genes, a series of rust-resistant varieties of spring common wheat have been created, each year occupying an area of about 350 thousand hectares. It is shown that this scenario provides an effect already in the early stages, increasing the concentration of resistance genes from 53.6% to 82.6%. Keywords: spring wheat, brown rust, resistance genes, breeding, varieties.

\Valeriy Syukov\, Doctor of Biological Science. Askhat Menibaev, Senior Researcher of Laboratory of Genetics and breeding of Spring Bread Wheat. E-mail: samniish@mail.ru

Anastasiya Zueva, Senior Researcher of Laboratory of Genetics and Breeding of Spring Bread Wheat. E-mail: samniish@mail.ru

BREEDING OF SPRING COMMON WHEAT FOR RESISTANCE TO LEAF BROWN RUST IN SAMARA AGRICULTURA RESEARCH INSTITUTE

Текст научной работы на тему «Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к листовой бурой ржавчине в Самарском НИИСХ»