CC BY
16
УДК 633.521:631.52
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНОВ УСТОЙЧИВОСТИ К ФУЗАРИОЗНОМУ УВЯДАНИЮ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ ДОНОРОВ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
РОЖМИНА ТА.,
доктор биологических наук, директор ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт льна». КУДРЯВЦЕВА Л.П.,
кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая лабораторией иммунитета ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт льна».
ПРАСОЛОВА О.В.,
младший научный сотрудник ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт льна», г. Торжок, тел. (48251) 9-16-45, е-mail: [email protected].
Реферат. В работе представлены результаты оценки современных отечественных сортов льна-долгунца на инфекционно-провокационных фонах - с моноизолятом № 39, обладающим широкой вирулентностью и искусственной популяцией гриба Fusarium oxysporum f. lini. Высокую устойчивость (свыше 80 %) на данных инфекционных фонах проявили сорта Ленок, Зарянка, Дипломат, Росинка, Восход и Русич, что указывает на наличие эффективных R-генов к патогену. У сортов льна Антей, Альфа и Тост 5 на фоне с моноизолятом № 39 выявлено снижение экспрессии генов устойчивости к болезни по сравнению с фоном, где использовалась популяция патогена. С помощью гибридологического анализа у сорта Ленок идентифицирован новый доминантный ген устойчивости к F. oxysporum f. lini - Fu 11. Установлено, что устойчивость к болезни у сорта Зарянка детерминируется геном Fu 2, Росинка - Fu 4, Восход - Fu 5, Русич - Fu 9 и Дипломат - Fu 10. С использованием метода беккросса создан донор устойчивости льна-долгунца к фузариозному увяданию л.362-634/14 BC4 с R- геном Fu 8. Новый донор устойчивости превосходит стандарт - сорт Альфа по продуктивности волокна и семян, более чем в 1,5 раза, содержанию волокна в стебле - на 7,3 абсолютных процентов. Использование сортов льна-долгунца с различными R-генами и нового конкурентоспособного донора устойчивости к фузариозному увяданию будет способствовать дальнейшему неуклонному росту урожайности культуры.
Ключевые слова: сорт, лен-долгунец, фузариозное увядание, ген устойчивости, донор.
IDENTIFICATION OF GENES OF RESISTANCE TO FUSARIAL WILT AND CREATION OF NEW DONORS FOR SELECTION OF FIBRE-FLAX
ROZHMINA T.A., doctor of Biological Sciences,
KUDRYAVTSEVA LP.,
head of immunity laboratories, candidate of Agricultural Sciences, PRASOLOVA O.V.,
Junior Researcher FSBSI «All Russian Flax Research Institute», Torzhok Ph (48251) 9-16-45, е-mail: [email protected].
Essay. The paper presents the results of the evaluation of modern domestic varieties of fibre-flax on infectious-provocative backgrounds - with monoisolate No. 39, which has a high virulence and an artificial population of Fusarium oxysporum f. lini. High resistance (over 80%) on these infectious backgrounds showed varieties Lenok, Zaryanka, Diplomat, Rosinka, Voshod and Rusich, which indicates the presence of effective R-genes to the pathogen. In flax varieties Antey, Alpha and Tost 5, against the background with monoisolate No. 39, a decrease in the expression of disease resistance genes was found compared to the background, where the pathogen population was used. Using a hybridological analysis in the Lenok variety, a new dominant gene for resistance to F. oxysporum has been identified - Fu 11. It has been established that resistance to disease in the Zaryanka variety is determined by the Fu 2 genes, Rosinka - Fu 4, Voskhod - Fu 5, Rusich - Fu 9 and Diplomat - Fu 10. Using the backcross method, a donor of resistance to flax to fusarium wilt l.362 was created -634/14 BC4 with the R- gene Fu 8. The new donor of resistance exceeds the standard - variety Alpha in fiber and seed productivity, by more than 1.5 times, fiber content in the stem - by 7.3 absolute percent. The use of flax varieties
with different R-genes and a new competitive donor of resistance to fusarium wilt will contribute to a further steady increase in yield.
Keywords: fibre-flax, fusarium wilt, resistance gene, variety, donor.
Введение. Фузариозное увядание является наиболее вредоносным заболеванием льна, основным возбудителем, которого является гриб Fusarium oxysporum f. Lini [1]. К данному заболеванию применима устойчивость, обусловленная единичными эффективными генами. К примеру, сорт льна Л-1120, созданный в середине прошлого века, сохраняет устойчивость к фузариозному увяданию, которая контролируется двумя R-генами [2]. Вместе с тем, ожидаемое глобальное потепление климата может привести к усилению агрессивности рас патогена и потери сортами устойчивости контролируемой одним-двумя генами [3]. Поэтому необходимы сорта льна, обладающие надежной устойчивостью к болезни. В настоящее время известно о наличии восьми R-генов устойчивости к F. oxysporum f. lini у льна, эффективных в условиях Российской Федерации [4]. С их использованием созданы и включены в Госреестр РФ сорта льна-долгунца - Цезарь и Сурский, обладающие R-генами Fu 5 и Fu 8, соответственно. Кроме того, сорт Цезарь, включенный в Госреестр РФ с 2017 года, обладает устойчивостью одновременно к четырем основным болезням льна [5].
Целью исследований являлось выявление у отечественных современных сортов льна-долгунца эффективных R-генов и создание новых доноров устойчивости к фузариозному увяданию для использования в селекции.
Материал и методика исследования. Исследования проводились в 2014-2018 гг. в ФГБНУ ВНИИЛ. В качестве исходного материала использовались сорта льна-долгунца, включенные в Госреестр РФ, менее 25 лет назад. Для определения наличия эффективных R-генов устойчивости у данных сортов проведена оценка их на различных инфекционных фонах: I - искусственная популяция Fusarium oxysporum f. lini, II - сильновирулентный моноизолят № 39 гриба. С целью определения количества генов устойчивости к фузариоз-ному увяданию у отечественных современных сортов льна-долгунца и их идентификации на фоне с моноизолятом № 39 выполнен анализ популяций F2 от скрещивания с линиями, обладающими различными известными R-генами (Dakota, л.8; г-4729, л.3; Querandi, л. 1; Currong, л. 3; Roja, л. 8; Родник, л. 8; Linota, л.12).
Для создания донора устойчивости льна к фу-зариозному увяданию проведены двукратные насыщающие скрещивания линии л.336 BC2 ((г-2101-4-7 х АР5) х АР 5), обладающей эффективным R-геном Fu 8, при этом в качестве рекуррентного родителя вновь использовалась высокопродуктивная, но сильновосприимчивая линия АР 5. Анализ гибридных популяций F1BC1, F1BC2, F2BC2
и F3BC2 выполнялся на фоне с моноизолятом № 39.
Закладка питомников и оценка материала на устойчивость к фузариозному увяданию осуществлялись в условиях вегетационного опыта, а по хозяйственно ценным признакам - в луночном питомнике на опытном поле ВНИИЛ [6].
Результаты исследования. По результатам фитопатологического тестирования современных сортов льна-долгунца высокую устойчивость (свыше 80 %) к моноизоляту № 39 и популяции возбудителя Г. oxysporum /. ¡¡т проявили сорта -Восход, Русич (оригинатор - ФГБНУ Псковский НИИСХ), Ленок, Дипломат, Зарянка, Росинка (ФГБНУ ВНИИЛ), что свидетельствует о наличии у них эффективных R-генов (таблица 1). На фоне с моноизолятом № 39 уровень устойчивости у сортов льна Антей (ФГБНУ Псковский НИИСХ), Альфа (ФГБНУ ВНИИЛ), Тост 5 (ФГБНУ Сибирский НИСХиТ) оказался существенно ниже по сравнению с фоном, где использовалась искусственная популяция возбудителя.
Следовательно, эти сорта не представляют ценности для селекции на вертикальную устойчивость льна к заболеванию.
Таблица 1 - Устойчивость современных отечественных сортов льна к фузариозному увяданию (среднее за 3 года)_
Сорт Степень устойчивости, % (возбудитель - F. oxysporum f. lini)
популяция моноизолят № 39
Дипломат 93,1 95,7
Ленок 92,1 90,3
Росинка 87,8 84,8
Зарянка 89,3 90,9
Тверской 82,5 68,7
Альфа 78,6 49,7
Восход 98,6 100
Русич 97,2 100
Импульс 61,7 57,6
Лидер 47,2 32,7
Антей 79,1 59,5
Тост 24,7 15,3
Тост 3 47,2 56,9
Тост 4 49,2 34,8
Тост 5 60,0 15,2
АР 5, стандарт 31,5 2,1
НСР 0,05 17,8 20,8
В результате анализа F2 от скрещивания исследуемых сортов с линиями, обладающими различными R-генами, установлено, что их устойчи-
вость контролируется моногенно (^2 менее 3,6). Исключение составили популяции F2 л. 1 Querandi х л.6 Восход, л.3 г-4729 х л.1 Росинка, л. 12 Linota х л. 1 Дипломат и л. 8 Dakota х л. 7 Зарянка, где выявлено отсутствие расщепления. Это обусловлено идентичностью генов устойчивости скрещиваемых линий, которые детерминируются генами Fu 5, Fu 4, Fu 10 и Fu 2, соответственно (таблица 2).
В популяции F2 от скрещивания сорта Русич, л.2 с сортом Родник, обладающим генами Fu 8 и Fu 9, выявлен дигенный характер расщепления (^2 0,10). Учитывая, что R-ген сорта Русич не идентичен гену Fu 8 линии г-2101-4-7, следовательно, у данного сорта устойчивость детерминируется геном Fu 9.
В популяциях F2 от скрещивания сорта Ленок, л.7 с линиями, обладающими различными R-генами (Dakota, л.8; г-4729, л.3; Querandi, л. 1; Currong, л. 3; Roja, л. 8; Родник, л. 8; Linota, л.12), выявлен дигенный характер расщепления (^2 менее 3,2). Данный факт указывает на моногенный контроль устойчивости сорта и на неидентичность его известным эффективным в условиях России генам (Fu 2, Fu 4-10). Таким образом, у сорта льна Ленок устойчивость детерминируется новым геном - Fu 11.
В гибридной популяции F1BC1 от скрещивания линии л. 336, защищенной одним доминантным R-геном, c сильновосприимчивым рекуррентным родителем АР 5, наблюдалось расщепление 1R : 1S (х 2 =0,34). В F1BC2 соотношение устойчивых и вос-
приимчивых генотипов было близко к 1 : 1 (х 2 =0,48), что свидетельствует о моногенном контроле устойчивости к заболеванию у созданной гибридной линии. В популяции F2ВС2 соотношение устойчивых и восприимчивых генотипов соответствовало 3 : 1 (х 2 =1,89). В популяции F3BC2 при анализе потомства устойчивых растений соотношение гомозиготных и расщепляющихся семей соответствовало 1 : 2, что удовлетворительно совпадало с ожидаемым расщеплением при моногенном контроле устойчивости (х 2 =0,97). Таким образом, устойчивость к фузариозному увяданию у созданной линии осуществляется одним доминантным геном.
В результате комплексной оценки по хозяйственно ценным признакам Б6 ВС2 ((л. 336 х АР5) х АР5) были отобраны схожие по фенотипу с рекуррентным родителем - АР 5 высококонкурентоспособные линии л.362-634/14 эл.р. 1.. .16 (таблица 3). Созданный донор устойчивости л.362-634/14 существенно превосходит исходную линию л.336 ВС2 ((г-2101-4-7 х АР5) х АР5) и стандарт - сорт Альфа по высоте растений (100 см) на 7,8 и 16,3 %, количеству семян на растении - 72,8 и 90,6 %, массе волокна - 33,1 и 80,7 %, а также содержанию волокна в стебле (41 %) - на 3,6 и 7,3 абсолютных процентов, соответственно. Как показывают исследования, проведение повторного двукратного бек-кросса позволило в более полной мере передать фенотипические признаки рекуррентного высокопродуктивного родителя, созданной линии - донора.
Таблица 2 - Расщепление в популяциях Б2 при скрещивании устойчивых линий к возбудителю Б.
Ген Восход, Русич, Росинка, Ленок, Дипломат, Зарянка,
Fu 2 л.6 л.2 л.1 л.7 л. 1 л.7
2 Dakota, л.8 149 : 13 179 : 10 172 : 15 128 : 14 175 : 18 187 : 0
0,89* 0,29* 1,43* 3,10* 3,10* -
4 г-4729, л.3 61 : 3 128 : 6 174 : 0 151 : 11 76 : 2,0 185 : 8
0,02* 0,74* 0,09* 1,74* 1,42*
5 Querandi, л. 1 100 : 0 71 : 3 101 : 14 156 : 8 117 : 10 176 : 9
- 0,60* 1,37* 0,54* 0,60* 0,62*
6 Currong, л. 3 140 : 15 - 142 :16 100 : 6 229 : 19 142 : 4
3,09* 2,57* 0,06* 0,84* 3,04*
7 Roja, л. 8 134 : 8 68 : 8 165 : 7 160 : 6 146 : 4 135 : 11
0,10* 2,27* 2,09* 1,98* 3,30* 0,43*
8 г-2101-4-7 - 59 : 5 151 : 13 181 : 8 147 : 16 -
0,27* 0,63* 1,3* 3,50*
8, 9 Родник, л. 8 307 : 5 288 : 18 378 : 6 301 : 5 385 : 4 -
0,01** 0,10* 0,0* 0,19** 0,68**
10 Linota, л.12 132 : 6 202 : 17 291 : 24 147 : 8 151 : 0 172 : 8
0,84* 1,03* 0,84* 0,32* 1,12*
Примечание: * х для соответствия 15 : 1; ** х для соответствия 63 : 1
Примечание: * среднее значение; ** относительное отклонение; *** вариабельность
Таблица 3 - Характеристика линии-донора льна-долгунца л.362-634/14 по основным показателям продуктивности (луночный питомник), 2017 г._____
Линия-донор Высота растений, см Техническая длина, см Число коробочек на 1 р-ии, шт Число семян на 1 р-ии, шт Вес технической части, мг Масса волокна, мг Содержание волокна, %
л.364-639/14 BC4 (г-2101-4-7 х АР5) х АР5, эл.р.1 100,50* 85,20 5,60 42,20 587,80 235,90 40,60
3,47** 2,97 2,17 16,65 164,87 57,46 2,54
3,45*** 3,49 38,76 39,44 28,05 24,36 6,26
-//- эл.р.4 99,44 83,33 5,22 42,89 613,11 248,78 41,54
3,00 2,87 1,64 14,97 146,15 47,90 7,37
3,02 3,45 31,43 34,90 23,84 19,26 17,74
-//-эл. р.5 99,50 83,90 5,90 47,60 603,40 239,50 40,23
2,64 2,38 2,64 19,14 178,72 58,67 2,33
2,65 2,83 44,81 40,22 29,62 24,49 5,78
-//-эл. р.8 101,29 85,43 5,79 44,43 589,43 241,07 41,14
2,55 2,50 1,76 14,82 137,03 49,07 1,83
2,52 2,93 30,45 33,35 23,25 20,35 4,45
-//- эл.р.9 99,38 84,00 5,50 47,00 580,50 241,25 41,80
2,50 3,21 1,60 13,11 98,04 29,93 2,03
2,52 3,82 29,16 27,90 16,89 12,41 4,86
-//-эл. р.10 98,45 83,82 4,27 34,00 516,18 212,55 41,34
2,81 2,75 1,74 12,40 111,96 42,81 1,58
2,85 3,28 40,66 36,48 21,69 20,14 3,83
-//- эл. р.12 100,00 84,63 5,38 43,00 547,50 225,50 41,39
1,31 2,13 2,50 21,33 136,09 51,10 1,29
1,31 2,52 46,58 49,61 24,86 22,66 3,12
-//-эл. р.16 99,43 84,43 5,14 44,57 578,86 231,71 40,31
1,72 3,05 1,68 14,28 131,79 44,76 2,12
1,73 3,61 32,59 32,04 22,77 19,32 5,25
Среднее эл.р.1.. 16 99,75 84,34 5,35 43,21 577,10 234,53 41,04
%/± к л. 336 ВС2 (г-2101-4-7 х АР5) х АР5 107,8 105,0 145,8 172,8 122,6 133,1 +3,63
%/± к стандарту -сорту Альфа 116,3 120,7 141,5 190,6 150,0 180,7 +7,34
АР5 -рекуррентный родитель 97,05 84,01 6,03 41,21 614,10 240,05 39,09
3,77 3,37 1,40 9,45 119,29 38,76 1,58
3,94 4,21 21,74 38,9 17,09 14,83 5,07
Выводы. Выявлена высокая степень устойчивости к моноизоляту № 39 Г. oxysporum /. Ит, обладающему широкой вирулентностью, и популяции возбудителя у отечественных современных сортов льна-долгунца - Восход, Русич, Ленок, Дипломат, Росинка и Зарянка, что свидетельствует о присутствии у них эффективных генов устойчивости. На основе результатов гибридологического анализа F2 установлено, что устойчивость у данных сортов льна-долгунца контролируется моногенно. У сорта Зарянка устойчивость к заболеванию детерминируется геном Fu 2, Росинка - Fu 4, Восход
- Fu 5, Русич - Fu 9, Дипломат - Fu 10 и Ленок - Fu 11. Создан донор устойчивости к фузариозному увяданию л.362-634/14 BC4 ((г-2101-4-7 х АР5) х АР5), устойчивость которого обусловлена геном Ги 8. Новый донор устойчивости льна-долгунца превосходит сорт-стандарт Альфа по продуктивности волокна и семян, более чем в 1,5 раза, содержанию волокна в стебле - на 7,3 абсолютных процентов. Данная линия создана методом 4-х кратного бек-кросса, где в качестве рекуррентного родителя выступала высокопродуктиная, но сильновосприимчивая форма АР5.
Список использованных источников
1. Alexey A. Dmitriev, George S. Krasnov, Tatiana A. Rozhmina, Roman O. Novakovskiy, 7 Anastasiya V. Snezhkina, Maria S. Fedorova, Olga Yu Yurkevich, Olga V. Muravenko, Nadezhda L. Bolsheva, Anna V.
Kudryavtseva and Nataliya V. Melnikova (2016). Differential gene expression in response to Fusarium oxysporum infection in resistant and susceptible genotypes of flax (Linum usitatissimum L.) BMC Plant Biology. V. 17. DOI 10.1186/s12870-017-1192-2
2. Селекционно-генетические основы сырьевого обеспечения льноводства / А.Е. Голубев, Т.А. Рожмина, В.П. Понажев и др. - М., 2010. - 260 с.
3. Рожмина Т.А., Лошакова Н.И. Образцы прядильного и масличного льна (Linum usitatissimum L.) - источники эффективных генов устойчивости к фузариозному увяданию и ее зависимость от темпрату-ры // Сельскохозяйственная биология. - 2016. - Т. 51. - № 3. - С. 310-317.
4. Рожмина Т.А. Селекционно-ценные гены устойчивости к фузариозному увяданию у льна // Достижения науки и техники АПК. - 2015. - № 12. - С. 47-49.
5. Льняная отрасль на пути к возрождению / Т.А. Рожмина, Л.Н. Павлова, В.П. Понажев, Л.М. Захарова // Защита и карантин растений. - 2018. - № 1. - С. 3-8
6. Селекция и первичное семеноводство льна-долгунца / Л.Н. Павлова, Т.А. Рожмина, Н.И. Лошакова / Методические указания. - Тверь: Тверской гос. ун-т, 2014. - 140 с.
List of used sources
1. Alexey A. Dmitriev, George S. Krasnov, Tatiana A. Rozhmina, Roman O. Novakovskiy, 7 Anastasiya V. Snezhkina, Maria S. Fedorova, Olga Yu Yurkevich, Olga V. Muravenko, Nadezhda L. Bolsheva, Anna V. Kudryavtseva and Nataliya V. Melnikova (2016). Fusarium oxysporum infection in flax (Linum usitatissimum L.) BMC Plant Biology. V. 17. DOI 10.1186 / s12870-017-1192-2
2. Selection and genetic basis of raw material supply of flax production / A.E. Golubev, T.A. Rozhmina, V.P. Ponazhev et al. - M., 2010. - 260 p.
3. Rozhmina, T.A., Loshakova, N.I. Samples of spinning and oil flax (Linum usitatissimum L.) - sources of effective resistance genes to fusarium wilt and its dependence on temperature // Agricultural Biology. - 2016. -T. 51. - № 3. - P. 310-317.
4. Rozhmina T.A. Selection-genes of resistance to fusarium wilt in flax // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. - 2015. - № 12. - P. 47-49.
5. Flax industry on the road to revival / TA Rozhmina, L.N. Pavlova, V.P. L.Ponazhev, L.M. Zakharova // Protection and quarantine of plants. - 2018. - № 1. - P. 3-8
6. Breeding and primary seed growing of flax / L.N. Pavlova, T.A. Rozhmina, N.I. Loshakova / Methodical instructions. - Tver: Tver State. Univ., 2014. - 140 p.
УДК 631.82:633.16/.15
БАЛАНС И ВЫНОС ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ ОЗИМЫМ ЯЧМЕНЕМ И ЗЕРНОВОЙ КУКУРУЗОЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАСЧЕТНЫХ ДОЗ УДОБРЕНИЙ
ШАЛОВ Т.Б.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры землеустройства и экспертизы недвижимости, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова, йтиг^Ьа1оу@шай. ги.
БАЛКАРОВА М.Х.,
ведущий специалист - эксперт Управления «Росреестра» по Кабардино-Балкарской Республике, [email protected].
Реферат. Изучено влияние разных уровней расчетных доз удобрения на прибавку урожайности, баланс основных элементов питания в почве, нормативные величины затрат азота, фосфора и калия на формирование единицы урожая. Выявлено, что с увеличением суммарных доз удобрений относительный рост урожайности ячменя по сравнению с вариантом без внесения удобрений составил 30-84 %, а аналогичный рост урожайности зерна кукурузы был в пределах 27-53 % при плановых величинах 25100 %. Хозяйственный баланс азота с повышением доз вносимых удобрений возрос с 39 до 93 % по ячменю и с 39 до 118 % по кукурузе. При этом баланс фосфора увеличился с 73 до 198 % по ячменю, с 83 до 261 % по кукурузе; а баланс калия возрос с 50 до 120 % и с 29 до 99 % соответственно по ячменю и кукурузе. Величины затрат питательных веществ на формирование 1 т основной продукции с учетом соответствующего количества побочной возросли как следствие увеличения концентрации питательных веществ в растениеводческой продукции. Так нормативы затрат азота увеличились с 21,7 кг на контроле, без внесения удобрений до 31 кг в вариантах с применением удобрений, калия с 16,7 кг до 21,6 кг
