CC BY
33
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11107 УДК633.11 «324»: 631.526:631.524.86
Исходный материал для селекции пшеницы мягкой озимой на устойчивость к бурой ржавчине Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici
А. А. СУХОРУКОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник (e-mail: samnü[email protected]) А. Ф. СУХОРУКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. Н. М. Тулайкова, ул. К. Маркса, 41, пос. Безенчук, Безенчукский р-н, Самарская обл., 446254, Российская Федерация
Резюме. Цель исследования - выявление генетических источников и доноров устойчивости к бурой ржавчине. Работу проводили в 2016-2017 гг. в Самарском научно-исследовательском институте сельского хозяйства им. Н. М. Тулайкова по общеизвестным методикам на естественном инфекционном фоне, вызвавшем поражение восприимчивых генотипов на 80...100 %. Изучали 250 сортообразцов, в том числе 220 из ВИР, 30 из CIMMYT. Высокой эффективностью в условиях Среднего Поволжья обладали гены Lr 24, Lr 39, Lr 42, Lr 43, Lr 50. Очень высокая устойчивость к бурой ржавчине (степень поражения 0 %) отмечена у образцов из CIMMYT - 0К007214, ОКО7218, Byrd, ВС01007-7 и из коллекции ВИР - STH-568, k-65621; Certo, k-65638; KS91WGRC-11, k-65615; KS92WGRC-16, k-65617; KS96WGRC-36, k-65618; Ransam, k-65236; K90WGRC-10, k-62377. Высокая устойчивость (степень поражения 5 %) была характерна для образцов из CIMMYT- C007W245, F06659G6-1, F06659G10-1. Гибридные растения первого поколения от скрещивания восприимчивых родителей (степень поражения 60 %) с устойчивыми к бурой ржавчине образцами Byrd, C007W245, BC01007-7, Certo, KS92WGRC-16, KS93V206*2/ T81, F06659G6-1 были устойчивы к бурой ржавчине (степень поражения 0 %). Гибриды первого поколения, созданные с участием образцов из CIMMYT, устойчивых к бурой ржавчине, и сортов местной селекции, имели равную со стандартом зимостойкость 7...8 баллов, с урожайностью зерна (813...1080 г/м2) на 11..48 % больше стандарта Бирюза. Особую ценность для селекции на устойчивость к бурой ржавчине имеют такие образцы из CIMMYT, как Byrd, C007W245, F06659G6-1, превысившие стандарт по урожайности на 0,74; 0,16; 0,68 т/га (средняя за 2 года урожайность 6,42; 5,84; 6,36 т/га соответственно). Выделенные высокоустойчивые образцы в F1 с восприимчивыми родителями наследовали устойчивость к бурой ржавчине по типу полного положительного доминирования. Доноры устойчивости к бурой ржавчине из коллекции ВИР - Certo (k-65638), KS92WGRC-16 (k-65617); из CIMMYT- Byrd, KS93V206*2/T81, C007W245, BC01007-7, NE95589 / NE94632//NE95510 (Abilene/Arapachoe). Ключевые слова: озимая пшеница, бурая ржавчина, гены устойчивости, источники устойчивости, наследование, урожайность. Дляцитирования: СухоруковА. А., СухоруковА. Ф. Исходный материал для селекции пшеницы мягкой озимой на устойчивость к бурой ржавчине Puccinia recondita Rob. ex Desm f. sp . tritici. //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 11. С. 30-32. D0I: 10.24411/0235 2451-2018-11107.
В большинстве районов России наиболее эффективные гены устойчивости к бурой ржавчине Lr 24, 28, Lr 29, 41, 45, 47 [6]. У растений в стадии проростков в Среднем Поволжье высокоэффективны гены 9, Lr 41 (39), несколько меньшее - 19, 24, 38, 29, 47 [7].
Отмечено высокое сходство средневолжских популяций гриба с таковыми из Северного Кавказа и Северо-Западного региона России во всех регионах отсутствуют клоны, вирулентные к Lr 9 и Lr 41. [7].
Цель исследования - выявление генетических источников и доноров устойчивости к бурой ржавчине.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в Самарском НИИСХ в 2016-2017 гг. согласно методическим указаниям [8, 9]. В качестве материала для исследований использовали 250 сортообразцов, в том числе 220 образцов из коллекции ВИР и 30 - из С1ММУГ. Образцы высевали на делянках с учетной площадью 10 м2 в трёхкратной повторности. Стандарт - сорт Бирюза, высевали через 9 номеров.
Оценку степени поражения образцов пшеницы мягкой озимой осуществляли на естественном инфекционном фоне при степени поражения восприимчивого к патогену сорта Безенчукская 380 в 2016 г. 80 %, в 2017 г. - 100 %.
Гибридизацию проводили Краснодарским методом [10]. Скрещивания осуществляли в 2015 и 2016 гг. В качестве материнских форм использовали сорт местной селекции Базис, гибриды F2 Эритроспермум 880 х Фер-ругинеум 5399-11 (Безенчукская 765 х KS90WGRC-10). В качестве опылителей использовали образцы из коллекции ВИР - Сег^о (к-65617), KS92WGRC-16 (к-65617) с геном Цг 43; образцы из С1ММУГ - Ву^, ВСО 01007-7, CO07W245, NE9589 / NE94632 // NE95510, ^93и206*2 / Т81.
Наследуемость признака «устойчивость к бурой ржавчине» определяли по степени поражения родителей и гибрида F1 в год эпифитотии (2017 г.). Гибриды F1 высевали вручную на делянках площадью 0,3 м2 (длиной 1 м с площадью питания одного растения 5х20 см).
В 2016 г. среднесуточная температура воздуха зимнего периода (ноябрь-февраль) составила 4,2 °С, сумма осадков в мае - 24,2 мм, в июне - 23,2 мм, дней с осадками в мае - 14, в июне - 11, в 2017 г. среднесуточная температура воздуха зимнего периода (ноябрь-февраль) была равна 8,4 °С, сумма осадков в мае - 57 мм, в июне - 98,6
мм, дней с осадками в мае - 15, в июне - 20. Таблица 1. Характеристика образцов пшеницы мягкой озимой из С1ММУТ, выделившихся по устойчивости к бурой ржавчине (среднее за 2016-2017 гг.)
Бурая ржавчина пшеницы Puccinia recondite Rob. ex Desm. f. sp. tritici - опасное заболевание, вызывающее снижение урожая на 30 % и более [1]. Самый эффективный путь защиты посевов -создание сортов с длительной устойчивостью на основе использования эффективных генов устойчивости [2, 3, 4, 5].
Образец Страна Зимостой- Урожай- Масса Степень пора-
оригина- кость, ность, 1000 зё- жения листьев
тор балл т/га рен, г P. recondita, %
Бирюза (st.) Россия 7,3 5,68 42,2 60
COÜ7W245 США 8,0 5,84 41,9 5
OKO07214 США 6,6 5,82 41,9 0
OKO7218 США 6,6 5,38 39,6 0
Byrd США 8,0 6,42 43,3 0
F06580G2-1 Румыния 6,6 5,78 44,3 0
F06659G6-1 Румыния 6,6 6,36 46,4 5
F06659G6-10-1 Румыния 6,6 6,39 47,3 5
BCO1007-7 США 8,0 5,66 38,6 5
НСР05 0,30 0,7
Таблица 2. Характеристика источников устойчивости к бурой ржавчине Puccinia recondite Rob. ex Desm. f. sp. tritici из коллекции вир
Генотип Номер каталога ВИР Страна оригина-тор Ген устойчивости Урожайность, т/га* Степень поражения листьев, %
2016 г. 2017 г.
Бирюза (st.) 64280 Россия - 8,32 60 80
KS91WGRC-11 65615 США Lr 24, 42 [12] 6,00 0 0
KS92WGRC-16 65617 США Lr 43 6,08 0 0
KS92WGRC-36 65618 США Lr 50 [1] 6,33 0 0
KS90WGRC-10 62377 США Lr 39 [11, 13] 6,57 0 0
Ransam 65236 США - 5,81 0 0
STH-568 65621 Польша - 6,96 0 0
Certo 65638 Германия - 4,24 0 0
НСР05 0,50
?
Базис Базис Базис Базис
F2 Эритроспермум 880 / Самкрас F2 Эритроспермум 880 / Самкрас F2 Эритроспермум 880 / Самкрас F2 Эритроспермум 880 / Century F2 Эритроспермум 880 / Ферругинеум 5399-11
F2 Эритроспермум 880 / Самкрас
* NE 95510 = Abilene / Arapachoe.
Образцы С007Ш245, Ву^, ВСО 1007-7 превысили по зимостойкости стандарт сорт Бирюза на 0,7 балла. Урожайность, равная стандарту (5,68 т/га), отмечена у образцов C007W245, 0К007214, F06580G2-1; превысившая стандарт на 0,68.. .0,74т/га - у Вуг1, F06659G6-1, F06659G6-10-1 (табл. 1).
Особую ценность для селекции озимой пшеницы представляют образцы с комплексом признаков (урожайность, зимостойкость, устойчивость к бурой ржавчине). Это три генотипа из США - Ву^, ВС01007-7, C007W245.
Среди образцов из коллекции ВИР в условиях естественного фона очень высокую устойчивость к бурой ржавчине (степень поражения 0 %, у стандарта 80 %) формировали об-
разцы с генами Lr 24, Lr 39, Lr 42, Lr 43, Lr 50 (табл. 2). Генетика устойчивости образцов Ransam, STH-568, Certo не известна.
Ценность новых источников устойчивости пшеницы мягкой озимой к поражению бурой ржавчиной подтверждена результатами гибридологического анализа (табл. 3).
Гибриды F1 от скрещивания восприимчивого сорта озимой пшеницы Базис и источников устойчивости к бурой ржавчине Byrd, ВС01007-7, Certo, KS92WGRC-16 наследовали устойчивость по типу полного положительного доминирования. Гибриды F1 от скрещивания средневосприимчивой родительской формы F2 Эритроспермум 880 х Самкрас с образцами F06659G6-1, Byrd, CO07W245 наследовали устойчивость по типу доминирования устойчивости. В родословной Эритроспермум 880 присутствует сорт Agent с геном Lr 24 [2]. Положительное влияние оказывает ген Lr 24, присутствующий в сорте Century [10] и в комбинации скрещивания F2 Эритроспермум 880 / Century // Юнона.
В комбинации скрещивания Эритроспермум 880 / Ферругинеум 5399-11 / NE95589 / NE94632 // NE 95510 полноедоминирование устойчивости к поражению бурой ржавчиной детерминируется комплексом генов Lr 39 и Lr 24. Ферругинеум 5399-11 получил ген Lr 39 от образца США KS90WGRC-10, k-62377 [12]. Линия CIMMYT NE95589/ NE 94632 // NE95510 (Abilene/ Arapachoe) имеет ген устойчивости Lr 24 от сорта Abilene [2]. Донорскими свойствами устойчивости к бурой ржавчине обладает линия CIMMYT KS93V206*2/T81.
Отдалённые эколого-географические скрещивания между родительскими формами местной селекции (Поволжье) и донорами устойчивости к бурой ржавчине
Таблица 4. Хозяйственно-биологическая характеристика гибридов пшеницы мягкой озимой F1, выделившихся по устойчивости к поражения бурой ржавчиной P. recóndita (2017 г.)
* данные за 2017 г.
Статистическую обработку результатов выполняли методом однофакторного дисперсионного анализа в программе «AGROS».
результаты и обсуждение. Среди образцов пшеницы мягкой озимой из CIMMYT очень высокой устойчивостью к патогену (степень поражения 0 %) обладали 3 образца из США (0К007214, ОКО7218, Byrd) и один из Румынии (F06580G 2-1). Высокую устойчивость (степень поражения 5 %) отмечали у 2 генотипов из США (C007W245, BCO 1007-7) и двух из Румынии (F06659G6-1, F06659G6-10-1).
Таблица 3. наследование устойчивости к бурой ржавчине Puccinia recóndita гибридами пшеницы мягкой озимой F1, 2017 г.
Комбинация скрещиваний
3
Степень поражения листьев, %
Byrd BCO1007-7 Certo KS92WGRC-16 F06659G6-1
Byrd CO07W245 Юнона NE95589 / NE94632 // NE95510* KS93V206*2 / T81
? F1 3
60 0 0
60 5 0
60 0 0
60 0 0
40 0 5
40 0 0
40 0 5
10 0 20
5-20 0 5
40 0 0
Комбинация скрещивания Зимостойкость, балл Дата колошения Урожайность, г/м2
Базис / Byrd 7 5.06 986
Базис / F06659G10-1 (Румыния) 6 8.06 813
Базис / CO07W245 (США) 7 8.06 1010
Базис / KS92WGRC-16 (США) 7 8.06 860
Базис / ВСО1007-7 (США) 8 5.06 937
Р2 Эритроспермум 880 / [Самкрас // 7 8.06 900
СO07W245] (США)
Р2 Эритроспермум 880 / [Самкрас // Byrd] 7 5.06 1080
Р2 Эритроспермум 880 / [Ферругине-
ум 5399-11 // NE95589 / NE94632 // 7 6.06 920
NE95510] (США)
Бирюза, стандарт (Россия) 7 7.06 726
Р2 Эритроспермум 880 / [Ферругинеум 5399-11 // F 06659G6-1] (Румыния) 8 5.06 1100
НСР05 30
североамериканской (США) и центрально-европейской (Румыния) селекции позволили получить уникальные гибриды F1 с комплексом хозяйственно-ценных признаков и свойств (табл. 4).
В родословной сорта Базис присутствуют сорта Чайка, Кавказ, Дон 85, Безостая 1, Agent, Vista (k-63523, США). Эритроспермум 880 - сестринская линия сорта Базис.
Линия Ферругинеум 5399-11 создана гибридизацией местного сорта Безенчукская 765 с образцом коллекции ВИР KS90WGRC-10 (k-62377) с геном Lr 39 [10]. Гибриды F1 с сортом Базис и образцами из США Byrd, CO07W245, KS92WGRC-16, BCO1007-7 имеют равную со стандартом Бирюза (Россия) зимостойкость (7.. .8 баллов), отнесены к ранней и среднеранней группе спелости. Масса зерна с 1 м2 - 813.1010 г, что на 11.39 % больше, чем у стандарта Бирюза.
Гибриды F1 сложных насыщающих скрещиваний с участием сортов Эритроспермум 880, Самкрас, Ферругинеум 5399-11 и источников устойчивости к
бурой ржавчине Byrd, C007W245, NE95589 / NE94632 // NE95510 (США), F06659G6-1 превысили по урожайности стандарт на 174.374 г с 1 м2 или 23.51 %.
выводы. Установлена высокая эффективность генов устойчивости к бурой ржавчине Lr 24, Lr 39, Lr 42, Lr 43, Lr 50 в Среднем Поволжье. Выделены 4 сортообразца с очень высокой устойчивостью к бурой ржавчине (степень поражения 0 %) из CIMMYT - 0К007214, ОКО7218, Byrd, F06580G2-1 и 3 генотипа из ВИР - Ransam, STH-568, Certo. Высокую устойчивость (степень поражения 5 %) имеют такие образцы из CIMMYT, как C007W245, BC01007-7, F06659G6-1, F06659G6-10-1.
Выделенные высокоустойчивые образцы в F1 с восприимчивыми родителями наследовали устойчивость к бурой ржавчине по типу полного положительного доминирования. Доноры устойчивости к бурой ржавчине из коллекции ВИР - Certo (k-65638), KS92WGRC-16 (k-65617); из CIMMYT - Byrd, KS93V206*2/T81, C007W245, BC01007-7, NE95589 / NE94632 // NE95510 (Abilene/Arapachoe).
Литература.
1. Сюков В. В. Листовая бурая ржавчина: фитопатологические и селекционно-генетические аспекты. Казань: Издательство «Бук», 2016. 125 с.
2. Catalogue of gene Symbols for wheat: 2005 supplement / Mcintosh R. A., Devos K. M., Dubovsky J. et al.//Ann. Wheat Newslet. 2005. No. 51. Pp. 272-282.
3. Johnson R. Durable resistance to yellow (stipe) rust in wheat and its implications in plant breeding / R. Johnson / in N.W. Simmounds S. Rajaram, eds // Breeding strategies resistance to the rusts of wheat. Mexico: Cimmyt, 1988. Pp. 63-75.
4. Генетика устойчивости 12 сортов озимой пшеницы к возбудителю бурой ржавчины / Л. К. Анпилогова, Г. В. Волкова, О. Ю. Панайотиди и др. //Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2004. № 1. С. 10-13.
5. Принципы и методы селекции пшеницы на устойчивость к болезням в КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко / И. В. Аблова, Л. А. Беспалова, Ф. А. Колесников и др. //Зерновое хозяйство России. 2016. № 5 (47). С. 31-35.
6. Стратегия селекции пшеницы на устойчивость к ржавчинным заболеваниям / Е. Д. Коваленко, А. И. Жемчужина, М. И. Киселёва и др. // Защита и карантин растений. 2012. № 9. С. 19-22.
7. Тырышкин Л. Г., Захаров В. Г., Сюков В. В. Сравнительная характеристика вирулентности Puccinia recondite Rob. ex. Desm. f. sp. tritici Erikss в Среднем Поволжье // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2014. Т. 18. № 2. С. 373-378.
8. Методические указания. Изучение коллекции пшеницы/под ред. В. Ф. Дорофеева. Л.: ВИР, 1985. 28 с.
9. Peterson R. F., Campbell A. B., Hannah A. E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and of cereals // Canad. J. Res. 1948. Vol. 26. № 4. Pp. 496-500.
10. Лукьяненко П. П. Новый способ искусственного опыления пшеницы. Избранные сочинения. М.: «Колос», 1973. С. 52-54.
11. Koebner R. M. D., Summers R. W. 21 st century wheat breeding: plot selection or plate detection // Trends in Biotechnology. 2003. Vol.21. Iss. 2. Pp. 59-63.
12. Kolmer J. A., Long D. L., Hughs M. E. Physiologic specialisation of Puccinia triticinia on wheat in the United States in 2009 // Plant Disease. 2011. Vol. 95. Pp. 935-940.
13. Каталог мировой коллекции ВИР. Озимая пшеница. СПб: ВИР, 2000. 95 с.
Source Material for Breeding Soft Winter Wheat on Resistance to Brown Rust Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici
A. A. Sukhorukov, A. F. Sukhorukov
N. M. Tulajkov Samara Research Institute of Agriculture, ul. K. Marksa, 41, pos. Bezenchuk, Bezenchukskii r-n, Samarskaya obl., 446254, Russian Federation
Abstract. The aim of the research was to reveal genetic sources and donors of resistance to brown rust. The research was carried out in 2016-2017 in N.M. Tulajkov Samara Research Institute of Agriculture according to common methods against a natural infectious background, which caused an affection of susceptible genotypes up to 100%. We examined 250 variety samples, including 220 samples from VIR and 30samples from CIMMYT. Genes Lr24, Lr39, Lr42, Lr43, Lr50 were highly effective in the Middle Volga region. Samples 0K007214, OKO7218, Byrd, BC01007-7 from CYMMIT were very highly resistant to brown rust (the degree of damage was 0%). Samples STH-568, k-65621, Certo, k-65638, KS91WGRC-11, k-65615, KS92WGRC-16, k-65617, KS96WGRC-36, k-65618, Ransam, k-65236, K90WGRC-10, k-62377 from the VIR collection were also very highly resistant to this disease. CIMMYT samples C007W245, F06659G6-1, F06659G10-1had high resistance (the degree of damage was 5%). Hybrid plants of the first generation created by the crossing of susceptible parents (the degree of damage was 60%) with samples resistant to brown rust (Byrd, C007W245, BC01007-7, Certo, KS92WGRC-16, KS93V206*2/T81, F06659G6-1) were resistant to brown rust (the degree of damage was 0%). Hybrids of the first generation, developed with the involvement of CIMMYT samples resistant to brown rust and varieties of local breeding, had winter hardness equal to the standard (7-8 score); the grain yield was 813-1080 g/m2, which was higher by 11-48% than that of Biryuza ("Turquoise") standard. CIMMYT samples Byrd, C007W245, F06659G6-1 are of the particular value for the breeding for resistance to brown rust; they exceeded the standard in the yield by 0.74, 0.16, 0.68 t/ha (the average yield over 2 years was 6.42, 5.84, 6.36 t/ha, respectively). Selected highly resistant samples in F1 with susceptible parents inherited resistance to brown rust according to the type of complete positive dominance. Brown resistance donors from the VIR collection are Certo (k-65638), KS92WGRC-16 (k-65617); the donors from CIMMYT collection are Byrd, KS93V206*2/T81, C007W245, BC01007-7, NE95589 / NE94632 // NE95510 (Abilene/ Arapachoe).
Keywords: winter wheat; brown rust; resistance genes; sources of resistance; inheritance; crop productivity.
Author Details: A. A. Sukhorukov, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow (e-mail: [email protected]); A. F. Sukhorukov, D. Sc. (Agr.), chief research fellow.
For citation: Sukhorukov A. A., Sukhorukov A. F. Source Material for Breeding Soft Winter Wheat on Resistance to Brown Rust Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici. DostizheniyanaukiitekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 11. Pp. 30-32 (in Russ.). DOI: 10.24411/02352451-2018-11107.
