CC BY
38
УДК 633.11:631.527
Актуальные задачи и результаты селекции мягкой яровой пшеницы на Южном Урале*
В.А. Тюнин1, д-р с.-х. наук; Е.Р. Шрейдер1, канд. с.-х. наук; Н.П. Бондаренко1,
канд. с.-х. наук; И.Ю. Кушниренко1, канд. биол. наук; Е.И. Гультяева2, д-р биол. наук
1 ФГБНУ Челябинский НИИСХ
2 ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений
В статье представлены результаты селекции яровой мягкой пшеницы на устойчивость к стрессовым факторам среды. Приоритетным направлением селекции в Челябинской области является создание сортов, устойчивых как к засухе, так и к избыточному увлажнению, а также к инфекционным болезням, среди которых наибольшую опасность представляют виды ржавчины - бурая и стеблевая. В связи с потерей эффективности широко используемого ранее гена Ьт9 и участившимися эпифитотиями бурой ржавчины реализуется задача по расширению генетического разнообразия мягкой пшеницы по устойчивости к возбудителю Рисс1п1а МИста путём привлечения новых доноров устойчивости, несущих гены Ьг8р, ЬгАзр5, Ьт24, а также за счёт комбинации отдельных ¿г-генов. Важным успехом селекции стало создание серии коммерческих сортов, несущих чужеродную транслокацию гена ЬгБр от дикого предка пшеницы Ае§Иорз зреЫоЫез. На примере сорта Силач показана возможность создания высокоустойчивых к бурой ржавчине сортов яровой мягкой пшеницы путём совмещения в одном генотипе ранее потерявших свою эффективность генов Ьг9 и Ьг26. Даны основные характеристики лучших современных сортов яровой пшеницы, созданных институтом для Уральского региона, отличающихся комплексной устойчивостью к действию основных негативных биотических и абиотических факторов формирования урожая.
Ключевые слова: пшеница, сорта, болезни, бурая ржавчина, стеблевая ржавчина, устойчивость, гены, засуха, избыточное увлажнение.
Селекция мягкой яровой пшеницы в Челябинском научно-исследовательском институте сельского хозяйства ведёт своё начало с 1937 г. За этот исторический период селекционерами института создано и доведено до государственных сортоиспытаний 39 сортов, из них 19 были районированы или включены в Государственный реестр допущенных к использованию селекционных достижений. Наибольшее распространение в посевах Челябинской области и за её пределами в разные годы получали сорта яровой пшеницы Искра, Весна, Уральская 52, Россиянка, Эритро-спермум 59, Нива 2, Дуэт, сыгравшие немалую для региона роль в повышении урожаев и качества зерна [1]. Несмотря на достигнутые в последние годы успехи, зерновое производство на Южном Урале остаётся крайне неустойчивым, сохраняется значительная зависимость продуктивности культуры от неблагоприятных биотических и абиотических факторов формирования урожая. Стратегической задачей местной селекции яровой мягкой пшеницы на современном этапе является создание для Уральского региона сортов с повышенной комплексной устойчивостью к экстремальным условиям внешней среды.
Цель исследования - изучение, создание исходного и селекционного материала для выведения высокоурожайных и устойчивых к абиотическим и биотическим факторам сортов мягкой яровой пшеницы для Уральского региона.
Материал и методы исследования. Работы выполнены на опытном поле лаборатории селекции пшеницы ФГБНУ «Челябинский НИИСХ»,
расположенном в северной лесостепи Челябинской области. Посев селекционного материала проводился по пару в оптимальные для культуры сроки - во второй декаде мая. Норма высева составляла 5 млн всхожих зёрен на гектар. Основными методами создания исходного материала являлись внутривидовая гибридизация, сложные ступенчатые скрещивания с привлечением генетически разнообразных источников нужных признаков, при отдалённой гибридизации - чаще насыщающие скрещивания, в которых, как правило, одной из родительских форм служат местные реестровые сорта и перспективные селекционные образцы. В качестве источников засухоустойчивости чаще привлекались сорта омских, саратовских, казахстанских научных учреждений и другие генотипы с комплексом хозяйственно полезных признаков.
Схема селекции, методика изучения имеющегося в питомниках селекционного материала - общепринятая для мягкой яровой пшеницы. Сравнение испытываемых номеров проводилось со стандартными сортами по типам скороспелости. Конкурсное сортоиспытание, учёты и наблюдения проводились по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [2]. Скрининг пшеницы на устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине осуществлялся на искусственном и естественном инфекционных фонах по общепринятым методикам [3 - 5].
Результаты исследования. Главным фактором, дестабилизирующим урожайность яровой
* Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (проект № 19-016-00052).
пшеницы на Южном Урале, является неустойчивая обеспеченность влагой, поэтому особо значимым и ценным признаком для местных сортов является засухоустойчивость. Вместе с тем в условиях Челябинской области, особенно для лесостепных агроландшафтов, необходимы генотипы, выносливые не только к засухе, но и одновременно к её избытку, за счёт придания комплексной устойчивости к углеводно-белковому истощению семян (УБИС), инфекционным болезням, полеганию. [6]. На современном этапе южноуральская селекция пшеницы сориентирована на комплексную полевую устойчивость к экстремальным условиям среды в сочетании с достаточно приемлемым уровнем урожайности. Близким к такой модели стал сорт Эритроспермум 59, созданный совместно с Омским государственным агроуниверситетом. Сорт возделывается в Уральском регионе с 1994 г., но, несмотря на свой «почтенный возраст», до сих пор не уступает своих позиций более новым сортам по продуктивности. В конкурсном сортоиспытании максимальная урожайность его достигала 6,7 т/ га (2001 г.), по качеству зерна отнесён к сильной пшенице. На протяжении многих лет сорт Эритроспермум 59 сохраняет толерантность к бурой и стеблевой ржавчине, имеет пониженную восприимчивость к мучнистой росе. В связи с тем что сорт эффективно противостоит гидротермическим и гидрологическим стрессам, он широко использовался нами в гибридных комбинациях в качестве источника данных признаков. Для повышения резистентности к засухе в планах гибридизации преобладают комбинации с участием засухоустойчивых родительских форм из Казахстана, Поволжья, Западной Сибири. Особое внимание в селекционных отборах придаётся наличию остей колоса, повышающих данный признак.
К снижению общего уровня урожайности пшеницы нередко приводят инфекционные болезни, среди которых особую опасность представляют виды ржавчины, вызывающие на Южном Урале немалые потери урожая. Актуальной для региона становится стеблевая ржавчина, которая всё чаще в своём развитии достигает уровня эпифитотии (2015 - 2017 гг.). Начиная с 2015 г., в связи с изменениями в структуре популяции РиссШа (гКгсгпа и потерей эффективности широко используемого и представленного в современных сортах гена Ьг9, усилилось развитие бурой ржавчины. Это в первую очередь выразилось в поражении ранее устойчивых распространённых сортов пшеницы Дуэт, Челяба юбилейная, Челяба степная и других, защита которых от болезни была детерминирована данным геном. Принципиально важной является задача стабилизировать фитосанитарную ситуацию селекционным методом за счёт внедрения новых сортов с более
надёжной специфической устойчивостью. Работа по идентификации эффективных Ьг- и 5г-генов осуществляется на основе мониторинга геноти-пического состава южно-уральских популяций возбудителей ржавчины с участием специалистов ФГБНУ ВНИИ защиты растений, ФГБНУ ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН в рамках договоров о творческом сотрудничестве. Полевыми оценками и лабораторными исследованиями установлена высокая вирулентность уральских популяций РиссШа Масгпа к большинству известных Ьг-генов. Вместе с тем надёжную устойчивость здесь могут обеспечивать гены ЬгБр, LгAsp5, Ьг24, Ьг26 и другие отдельные Ьг-гены, а также их сочетания [7].
В период 2005 - 2018 гг. в институте создано новое поколение высокопродуктивных сортов яровой мягкой пшеницы с достаточно высоким потенциалом урожайности, выраженными адаптивными свойствами и способностью противостоять действию засухи, ржавчинным болезням (табл. 1). При этом сорта различаются по продолжительности вегетационного периода, что является важным для возделывания в разных природно-климатических зонах Южного Урала - от северных лесостепных ландшафтов до южных степных.
Успехом нашей селекции стал редкий по скороспелости сорт Челяба ранняя. Согласно принятой градации он относится к раннеспелой группе, хотя фактически является суперранним, поскольку вегетационный период в зависимости от условий конкретного года может не превышать 70 - 80 дней. Об уникальной скороспелости Челябы ранней свидетельствовали результаты её размножения в 2018 г.: при посеве в условиях северной лесостепи Челябинской области в крайне поздний и рискованный для данной зоны срок - 23 июня были получены полноценные по качеству семена и зерно с урожайностью 15,6 ц с га. В более ранние сроки посева урожайность сорта Челяба ранняя сопоставима с урожайностью сортов среднеранней и даже среднеспелой группы. Сорт устойчив к засухе, осыпанию зерна, к полеганию, к углеводно-белковому истощению семян, в зерне содержится 16 - 20 % белка, 28 - 38 % клейковины. В настоящее время государственное сортоиспытание проходит новый сорт раннеспелого типа Памяти Одинцовой, который от предыдущего отличается высокой устойчивостью к бурой ржавчине.
Среди пшениц среднераннего типа созревания хорошо известен хозяйствам региона сорт Челяба 2. Он устойчив к засухе, осыпанию, прорастанию на корню, среднеустойчив к полеганию, отличается крупностью зерна, а также стабильно высоким по годам содержанием белка (16 - 18 %) и клейковины (32 - 40 %), относится к группе ценных пшениц. В этой же группе
заслуживает внимания сорт Челяба степная, имеющий преимущество перед другими сортами при посеве по зерновому предшественнику. Сорт высокоустойчив к засухе, полеганию и осыпанию. По качеству зерна соответствует требованиям, предъявляемым к ценной пшенице, содержание белка достигает 13 - 16 %, клейковины - 26 - 34 %.
С 2016 г. допущен к производству ещё один среднеранний сорт - Уральская кукушка. Он устойчив к засухе и осыпанию зерна, средне-устойчив к полеганию, стеблевой ржавчине, проявляет полевую устойчивость к бурой ржавчине, устойчив к твёрдой головне и УБИС. По качеству зерна соответствует требованиям, предъявляемым к ценной и сильной пшенице, содержание белка - 16 - 18 %, клейковины - 31 - 33 %.
К значительному достижению не только южноуральской, но и отечественной селекции можно отнести создание серии сортов яровой мягкой пшеницы, несущих чужеродную транслокацию гена ЬгБр от дикого сородича пшеницы Aegilops speltoides. Первым таким сортом стал Челяба 75, включённый в Государственный реестр по Уральскому региону с 2012 г. В настоящее время данный сорт наиболее востребован сельскохозяй-
ственным производством Челябинской области, в 2019 г. в структуре сортовых посевов пшеницы его доля составляла 25 %. По существу, Челяба 75 является пока единственным коммерческим сортом яровой мягкой пшеницы, который отличается высокой комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине, унаследованной от Aegilops speltoides. Сорт также проявляет толерантность к твёрдой головне, по качеству относится к ценным пшеницам, при этом обладает способностью сохранять высокое содержание белка и клейковины при неблагоприятных погодных условиях.
В 2016 - 2018 гг. переданы и проходят государственное испытание четыре новых сорта яровой мягкой пшеницы селекции Челябинского НИИСХ, обладающие засухоустойчивостью и резистентностью к видам ржавчины, рядом ценных хозяйственно полезных признаков для успешного возделывания в разных экологических условиях.
В их числе сорт Силач, относящийся к средне-поздней группе спелости и рекомендованный для лесостепных и степных зон Уральского региона. При посеве по пару в конкурсном сортоиспытании ЧНИИСХ средняя урожайность
1. Актуальные задачи и результаты селекции мягкой яровой пшеницы на Южном Урале *
Сорт Год включения в госреестр Средняя урожайность, т/га Устойчивость к бурой ржавчине, генетический контроль признака Устойчивость к стеблевой ржавчине Устойчивость к неблагоприятным гидротермическим условиям
Сорта раннеспелого типа созревания
Челяба ранняя 2016 3,46 Восприимчив, гены ¿г9, ¿г 10 Восприимчив Засухоустойчив
Памяти Одинцовой 2018* 3,45 Высокая, ген ЬгБр Полевая Засухоустойчив
Сорта среднераннего типа созревания
Челяба 2 2005 3,41 Восприимчив, ген Ьг9, Ьг10 Восприимчив Засухоустойчив
Ильменская 2 2019* 3,70 Высокая, ген ЬгБр Устойчив Засухоустойчив
Челяба степная 2011 3,28 Восприимчив, гены ¿г9, ¿г 10 Восприимчив Засухоустойчив
Уральская кукушка 2016 3,27 Полевая Восприимчив Засухоустойчив
Сорта среднеспелого типа созревания
Дуэт 2003 3,18 Восприимчив, гены ¿г9, ¿г 10 Восприимчив Засухоустойчив
Челяба 75 2012 3,59 Высокая, ген ЬгБр Устойчив Засухоустойчив
Сорта среднепозднего типа созревания
Эритроспермум 59 1994 3,15 Толерантен Полевая Высокая устойчивость к засухе и УБИС
Челяба юбилейная 2010 3,13 Восприимчив, гены ¿г9, ¿г 10 Восприимчив Засухоустойчив
Силач 2017* 4,51 Высокая, гены Ьг9 + ¿г 10 + Ьг26 Устойчив Засухоустойчив
Челяба 80 2018* 3,86 Высокая, ген ЬгБр Устойчив Засухоустойчив
НСР05 0,38
Примечание: * год передачи сорта на государственное сортоиспытание.
сорта за 2016 - 2018 гг. составляла 4,47 т/га; максимальная - 5,68 т/га - была получена в 2017 г. По урожайности сорт Силач ежегодно превышал стандартный в этой группе спелости сорт Челяба юбилейная на 7 - 10 ц/га, отличается тяжеловесностью зёрен (масса 1000 шт. составляет 39 - 47 г). По качеству зерна сорт Силач отвечает требованиям, предъявляемым к филлерам, содержание белка варьирует в пределах 13 - 14 %, клейковины - 15 - 27 %. Он устойчив к засухе, полеганию, осыпанию, прорастанию на корню. Испытание сорта на естественных и искусственных фонах заражения болезнями показало, что он высокоустойчив к бурой и стеблевой ржавчине, при этом иммунитет к бурой ржавчине обусловлен сочетанием генов Ьг9, Ьг 10, Ьг26, каждый из которых по отдельности к местной популяции возбудителя РиссШа МИста не является эффективным. Создание сорта Силач подтвердило рабочую гипотезу о возможности формирования иммунитета за счёт удачного «пирамидирования» в одном генотипе Ьг-генов, ранее потерявших свою эффективность в связи с накоплением вирулентных к ним рас паразита. Во многом тому способствует использование молекулярных маркеров, позволяющих выявлять генотипы, с нужной комбинацией генов на ранних стадиях селекционного процесса.
В среднепоздней группе пшениц также проходит государственное испытание новый сорт Челяба 80. Характеризуется высокой продуктивностью: при посеве по пару в конкурсном сортоиспытании урожайность в среднем за 2016 - 2018 гг. составляла 3,81 т/га, максимальная - 5,16 т/га - была получена в 2017 г. По качеству зерна отвечает требованиям, предъявляемым к ценным и сильным пшеницам, содержание белка варьирует от 14 до 17 %, клейковины - от 21 до 27 %. Сорт устойчив к засухе, полеганию, осыпанию, прорастанию на корню, высокоустойчив к бурой и стеблевой ржавчинам, пыльной головне. Устойчивость к бурой ржавчине сорта Челяба 80 обусловлена содержанием гена ЬгБр.
В 2019 г. передан в государственное сортоиспытание сорт Ильменская 2 среднераннего типа созревания. Средняя урожайность его за годы конкурсного испытания составила 3,7 т/га, максимальная - 4,8 т/га (2017 г.). Сорт также несёт ген ЬгБр, обладает высокой комплексной
устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчинам, способен формировать в зерне до 14 % белка и до 33 % клейковины.
Выводы. Для стабилизации урожаев яровой мягкой пшеницы на Южном Урале приоритетной задачей местной селекции является создание генотипов с комплексной устойчивостью к экстремальным условиям среды.
В результате целенаправленной селекции в период 2005 - 2019 гг. создана серия сортов различных сроков созревания, сочетающих достаточно высокую продуктивность с резистентностью к засухе и ржавчинным болезням. Впервые в отечественной селекции созданы коммерческие сорта (Челяба 75, Памяти Одинцовой, Челяба 80, Ильменская 2), в генотип которых введён высокоэффективный и ранее не используемый ген устойчивости к бурой ржавчине LrSp, привнесённый от дикого вида пшеницы Aegilops speltoides.
Высокий уровень устойчивости к местным популяциям бурой ржавчины позволяет достигнуть комбинация генов Lr9 + Lr26 (сорт Силач).
Новые сорта яровой мягкой пшеницы отличаются выраженными адаптивными свойствами и обладают комплексом хозяйственно полезных признаков, позволяющих их рассматривать в качестве перспективных для возделывания в лесостепных и степных зонах Уральского региона.
Литература
1. Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р., Бондаренко Н.П. К 80-летию селекции яровой мягкой пшеницы в Челябинском НИИ сельского хозяйства // Достижения и основные пути развития аграрной науки Южного Урала: сб. науч. трудов. Челябинск, 2017. С. 133 - 139.
2. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1989. 194 с.
3. Койшибаев М., Шаманин В.П., Моргунов А.И. Скрининг пшеницы на устойчивость к основным болезням. Методические указания. Анкара, 2014. 64 с.
4. Mains E.B., Jackson H.S. Physiologic specialization in the leaf rust of wheat: Puccinia triticina Erikss. Phytopathology. 1926; 16: 89 - 120.
5. Peterson R.F., Cambell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals. Can. J. Res. 1948; 26: 496 - 500.
6. Тюнин В.А., Шрейдер Е.Р. Особенности технологии селекции мягкой яровой пшеницы на устойчивость к углеводно-белковому истощению семян и другим стрессам в условиях Южного Урала: монография. Челябинск, 2010. 120 с.
7. Характеристика вирулентности популяций Puccinia triticina и перспектива использования генов Lr24, Lr25, LrSp в селекции яровой мягкой пшеницы на Южном Урале / В.А. Тюнин, Е.Р. Шрейдер, Е.И. Гультяева [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017. № 21 (5):523 - 529.
Тюнин Владимир Александрович, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник Шрейдер Екатерина Робертовна, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Бондаренко Надежда Петровна, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Кушниренко Игорь Юрьевич, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБНУ «Челябинский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россия, 456404, Челябинская область, Чебаркульский р-н, п. Тимирязевский, ул. Чайковского, 13 Е-mаil: [email protected]
Гультяева Елена Ивановна, доктор биологических наук
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» Россия, 196608, г. Санкт-Петербург, г. Пушкин, шоссе Подбельского, 3 Е-mail: [email protected]
Urgent tasks and results of soft spring wheat selection in the South Urals
Tyunin Vladimir Alexandrovich, Doctor of Agriculture Shreyder Ekaterina Robertovna, Candidate of Agriculture Bondarenko Nadezhda Petrovna, Candidate of Agriculture Kushnirenko Igor Yurevich, Candidate of Biology
Chelyabinsk Research Institute of Agriculture, Spring wheat breeding laboratory
14, Tchaikovsky St., village of Timiryazevsky, district Chebarkul, Chelyabinsk region, 456404, Russia
Е-mail: [email protected]
Gultyaeva Elena Ivanovna, doctor of biological science, Laboratory of Mycology and Phytopathology All Russian Institute of Plant Protection
3, shosse Podbelskogo, St.-Petersburg, Pushkin,196608, Russia E-mail: [email protected]
The article presents the results of spring soft wheat breeding at the Chelyabinsk Research Institute of Agriculture for resistance to environmental stress factors. The priority of local breeding is the creation of varieties resistant both to drought and to excessive moisture, as well as to infectious diseases, among which the most important leaf and stem rusts. Because of previously widely used gene Lr9 lost them effectiveness and epiphytoties of leaf rust became the frequent the objective is to expand thegenetic diversity of soft wheat for resistance to Puccinia triticina by involving of new resistance donors carrying the LrSp, LrAsp5, Lr24 genes, as well as due to the combination Lr genes. As breeding success it was the creation of a series of commercial varieties with alien translocation from Aegilops speltoides with gene LrSp. As example the creation of spring soft wheat varieties Silach highly resistant to leaf rust was done by combining the low effective genes Lr9 and Lr26.The basic characteristics of the best modern varieties of spring wheat, created by the institute for the Ural region, their complex resistance to the main negative biotic and abiotic factors of crop formation are presented.
Key words: wheat, varieties, diseases, leaf rust, stem rust, resistance, genes, drought, excessive moisture. -♦-
УДК 631.51
Эффективность применения биологических препаратов на яровой пшенице в условиях Волго-Вятского региона
В.В. Ивенин, д-р с.-х. наук; О.В. Мухина, ст. преподаватель;
Н.А. Минеева, аспирантка; Н.Н. Шерснева, ст. преподаватель
ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА
Цель исследования - выявление эффективных источников биологизации для яровой пшеницы. Представлен анализ урожайности яровой пшеницы по вариантам возделывания. Дана экономическая оценка применения элементов биологизации земледелия при возделывания яровой пшеницы. Исследование проведено в Волго-Вятском регионе в 2017 -2019 гг. Показано, что степень поражённости корневыми гнилями при применении элементов биологизации в сравнении с контрольным вариантом сократилась в 1,4 раза, мучнистой росой - в 1,1 раза, бурой ржавчиной - в 1,4 раза. Применение технологии с элементами биологизации на яровой пшенице способствовало увеличению количества сорной растительности. Общее количество сорняков было в 1,1 раз больше, чем в контрольном варианте, - 46 шт/м2, но это не привело к снижению урожайности. Урожайность яровой пшеницы при технологии с применением элементов биологизации была в 1,8 раза выше по сравнению с контрольным вариантом. Прибавка урожайности в этом варианте составила 1,43 т/га. Уровень рентабельности выращивания яровой пшеницы при использовании технологии с применением элементов биологизации была в 2 раза выше, чем при традиционной технологии, - 260 %.
Ключевые слова: традиционная технология, биологизация, яровая пшеница.
В условиях Волго-Вятского региона в 2019 г. посев яровой пшеницы по области составил 75,1 тыс. га, по сравнению с 2018 г. посевная площадь сократилась на 30 %. Как правило, её предшественником служит озимая пшеница. Из
общей площади посевов яровой пшеницы по традиционной технологии возделывается 80 % от пашни [1].
Яровая пшеница по сравнению с озимой имеет слаборазвитую корневую систему, обладающую
