CC BY
20
FEATURE VARiETiEs AND LiNEs wHEAT FARM AREA soUTH URAL, oN REsisTANcE TO PATHOGENS BROWN RUST
A.p. Glinushkin1, E.I. Gultyaeva2
1orenburg state Agrarian University
2ViZR of the Russian Academy of Agricultural sciences
Summary. Puccinia triticina Erikss. - one of the major diseases of wheat in the conditions of the Southern Urals currently a priority in protection belongs genetic protection. The study of the field of juvenile and sustainability of wheat grown in the Orenburg region, with the identification of 11 genes (Lr1, Lr3a, Lr9, Lr10, Lr19, Lr20, Lr21, Lr24, Lr26, Lr37, Lr41). By assessing the sustainability field revealed that a high level of resistance to P. triticina had cultivars Altayskaya 110, Orenburg 105 and promising breeding lines Lyutestens 1895 and Eritrosperum 695. Characterized by a moderate level of susceptibility Kolos Orenburg and Eritrosperum 685. Pioneer 32 greatly amazed P. triticina (susceptible group). Laboratory evaluation revealed a juvenile stability for all samples susceptible cultivar reaction spectrum fungal isolates , except for grade Altayskaya 110, which was susceptible only to virulent isolates of the fungus on the line with a gene Lr9, and is resistant to all others. As a result, molecular screening revealed the absence of effective and partially effective genes Lr19, Lr24, Lr41, inefficient genes Lr1, Lr20, Lr26 and adult stability genes Lr21, Lr37. Established the presence of genes Lr9, Lr3a , Lr10 in Altayskaya 110 gene Lr3a in and Kolos Orenburg Lyutestens 1895 and gene Lr34 age stability in Eritrosperum 695 and Eritrosperum 685. Probably the presence of the gene Lr34 age stability at Eritrosperum 695 and Eritrosperum 685, and causes a lower level of their defeat in the field. In Kolas Orenburg and Lyutestens 1895 moderate susceptibility to P. triticina likely caused by the presence of their additional Lr- genes as gene Lr3a lost its effectiveness. The study confirmed the low genetic potential protection against P. triticina. Keywords: wheat, Puccinia triticina, leaf rust, Lr-genes, molecular markers.
УДК635.655: 631.527
изменчивость термоустойчивости семян современных сортов сои в условиях восточной
ЧАСТИ ЛЕСОСТЕПИ УКРАИНы
О.А. ПОСЬЛАЕВА, аспирант
В.В. КИРИЧЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук, академик НААН, директор
Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН
E-mail: [email protected]
Резюме. С помощью модифицированного метода термотеста проведен опыт по определению степени жаростойкости современного сортимента сои с целью выделения ценных форм в качестве исходного материала для селекции по этому признаку. Метод предусматривал воздействие на семена высокими температурами (+60°С) в течение 40 мин., после которого определяли всхожесть, длину и массу 5-суточных проростков с отнесением величин этих показателей к параметрам, установленным при проращивании не обработанных семян. Материалом служила выборка из 83 образцов сои украинской и зарубежной селекции трех групп спелости с различной генетической плазмой. Семена выращены в селекционном севообороте Института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН в условиях восточной части лесостепной зоны Украины в 2011-2013 гг. Установлена изменчивость термоустойчивости по разным годам репродукции. При использовании семян, собранных в более засушливый и жаркий год показатели, характеризующие их термоустойчивость, были выше, чем при репродукции семян, выращенных в годы с меньшей суммой температур и лучшим обеспечением влагой. Определено 14 современных термоустойчивых сортов сои трех групп спелости, которые можно использовать в селекционных программах на повышение жароустойчивости (Ксеня, Верс1я, УИР 21752, Labrador, NM 4961, Сонячна, Ве-рас, Аркад1я Одеська, Гибрид АСС 21, Emerson, Байка, Фея, Валентина, Аннушка). Для корректного проведения термодиагностики и правильного распределения образцов сои в качестве сортов-классификаторов можно рекомендовать термоустойчивый сорт Ксеня (UKR), среднеустойчивый -N 0300 (CAN), неустойчивый - Karikachi (JPN). Ключевые слова: соя, жароустойчивость, термоустойчивость, депрессия ростовых процессов, селекция сои, термоустойчивые сорта, сорта-классификаторы.
Изменение климата и связанные с ним погодные аномалии на планете вносят свои коррективы в планы сельскохозяйственной науки и практики.
Для большинства природно-климатических зон Украины характерны нестабильные погодные условия с повышением температуры воздуха, неравномерным распределением осадков, значительным снижением относительной влажности воздуха во время вегетации сельскохозяйственных культур, которые приводят к почвенным и воздушным засухам. В связи с изложенным, необходим особый подход к селекционному процессу и, в первую очередь, к подбору исходного материала с повышенным адаптивным потенциалом. Поэтому использование различных приемов повышения устойчивости растений к стрессам (засухе и жаре) представляет собой важнейшую задачу. Ее успешное решение невозможно без применения эффективных методов диагностики [1].
Возможность диагностировать засухоустойчивость растений давно привлекала внимание исследователей. Этим вопросом в нашей стране (на территории бывшего СССР) занимались такие известные ученые как Н. А. Максимов, В. Ф. Альтергот, П. А. Генкель и др. В результате проведенных исследований было установлено, что растение повреждается не только от недостатка влаги в почве, но и от повышенной температуры, осушающего действия ветра и др. Несколько позднее были изучены физиологические признаки, характеризующие жароустойчивость. Создание первых суховейных установок послужило толчком к разработке косвенных методов диагностики применительно к исследованию перегрева растений от действия атмосферной засухи [2, 3].
OOLIKH. ми
225 ■
Существующие способы определения степени жароустойчивости сельскохозяйственных культур включают испытания растений в суховейной камере [4], определение изменений в синтезе белка при нагревании проростков [5], определение электрического сопротивления тканей листьев [6], термотестирование генотипов для прогнозирования гетерозиса и оценки семенного материала [7] и др. общий недостаток этих методов - сложность в проведении, трудоемкость и необходимость наличия специального оборудования, одновременно ни один из них не позволяет полностью решить указанную проблему. Поэтому она остается актуальной.
Цель наших исследований - изучение влияния погодных условий на термоустойчивость семян современных сортов сои в разрезе трех групп спелости с последующим выделением ценных форм в качестве исходного материала для селекции на жароустойчивость.
Условия, материалы и методы. Исследования осуществляли в 2012-2014 гг. В своей работе мы использовали метод термотеста, предложенный про-фессорм ХНУ им. Каразина В. Г. Шахбазовым [7] в модификации ВИР [3]. Суть его заключается в кратковременном тепловом воздействии на семена, которое выключает процесс адаптации, что дает возможность выделить наиболее термоустойчивые и жизнеспособные биотипы.
При отработке методики лабораторных экспериментов для термотестирования современных сортов сои была подобрана критическая сублетальная температура - +60°С и определена экспозиция теплового воздействия -40 мин., которые позволяют четко дифференцировать исходный материал. Для определения термоустойчивости прогретых проб семян учитывали процент всхожести и степени депрессии длины и массы 5-суточных проростков.
Критерием термоустойчивости служила степень снижения процента всхожести образцов, подвергнутых тепловому воздействию, по отношению к контролю. Величину этого показателя (Р) определяли в процентах от контроля по формуле:
Р = Д/К■ 100 %, (1)
где P - термоустойчивость, %; К - всхожесть семян в контроле, шт.; Д - всхожесть семян, подвергнутых тепловому воздействию, шт.
Аналогичным образом рассчитывали P1 - степень депрессии длины проростка и P2 - степень депрессии массы проростка.
Математическую обработку данных проводили методами статистического, корреляционного и вариационного анализа с использованием компьютерной программы Microsoft Office Excel 2007 и методики полевого опыта [8]. Порог дискретизации для опреде-
ления границ классов термоустойчивости образцов сои определяли методом доверительных интервалов разработанных Е. Нейманом [9].
Материалом служила выборка из 83 образцов сои украинской и зарубежной селекции с различной генетической плазмой трех групп спелости: ультраскороспелые (до 90 сут.) - 13 шт., раннеспелые (91...110 сут.) - 58 шт., среднеспелые (111... 130 сут.) - 12 шт.
Семена выращены на полях селекционного севооборота Института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН в условиях восточной части лесостепной зоны Украины в 2011-2013 гг. Посев проводили в соответствии с общепринятой методикой полевого эксперимента [8] с учетом зональных особенностей выращивания сои. Предшественник - озимая рожь.
Метеоусловия отличались по годам исследований. В целом температуры воздуха в период исследований превышали величины многолетних показателей, а обеспечение растений доступной влагой во время вегетации сои было неравномерным (см. рисунок), что повлияло на формирование урожайности сортов, качество семян и их термоустойчивость.
температура, °С
W '44,8'
49 4в,в 27,2
ж.
91,0 Р / / / / / 1 1 109,0 1
t 16.6, 61,5 55, öj
Ii 1 I
iE
рисунок. Климатические условия периода вегетации сои, 2011-2013 гг.: - среднемно-голетние осадки (Е 269,1 мм); 1=1 - осадки, 2012 г. (Е 211,8 мм); —*— среднемноголетняя
температура воздуха (х 18,5оС); - температура воздуха, 2012 г. (х 20,7оС); 1-1 - осадки,
2011 г. (Е 409,9 мм); и^л - осадки, 2013 г. (Е 327,5 мм); --температура воздуха, 2011
г. (- 19,4оС); —♦-■ - температура воздуха, 2013 г. (- 20,1оС).
результаты и обсуждение. Путем термотестирования семян сои урожая 2011-2013 гг. мы установили изменчивость термоустойчивости по разным годам репродукции в разрезе групп спелости. С использованием метода доверительных интервалов были определены границы классов термоустойчивости образцов сои.
По результатам исследований сорта дифференцированы по индексу термоустойчивости на три класса: устойчивые (первый), среднеустойчивые (второй) и неустойчивые (третий). В 2011 г. они распределились в следующем соотношении: 15 устойчивых, 48 среднеустойчивых и 20 неустойчивых. В 2012 г. сохранилась близкая тенденция (16:49:18). В 2013 г. было отмечено расширение класса неустойчивых сортов при одновременном уменьшении числа среднеустойчивых (13:35:35).
В случае теплового воздействия на семена, собранные в самых засушливых и жарких условиях (2012 г.) мы наблюдали более высокие показатели термоустойчивости. При репродуцировании семян, выращенных в годы с меньшей суммой температур и лучшим водным обеспечением во время критических периодов (фазы цветения, формирования и налива бобов), их величина была ниже.
В сортовом составе классов также установлены некоторые изменения в зависимости от года репродукции семян, что свидетельствует о специфической реакции сортов сои на действие стрессовых факторов окружающей среды. Так, 12% сортов во все годы исследований относились к разным классам (например, сорт Gaillard в 2011 г. второму, в 2012 г. - к первому, в 2013 г. - к третьему), что свидетельствует об их низкой пластичности в экологическом градиенте, 66,3% образцов меняли свой класс на одну шкалу градации (с первого на второй или со второго на третий класс и, наоборот). В то же время 21,7% исследуемых сортов стабильно три года подряд демонстрировали устойчивость, свойственную для одного из классов, что, на наш взгляд, характеризует такие образцы как пластичные, способные в полной мере реализовать свой генетический потенциал не зависимо от метеоусловий выращивания. В первом классе был выделен всего один стабильный сорт - Ксеня (UKR), во втором - 13 сортов: Романтика, Монада, Л 34-13, Л 50-13, Л 55-13 (UKR), Донская (молочная), Соер 107, Хабаровская 8, Самер 2 (RUS), Ствига (BLR), N 0300, AC Proteina (CAN), Gong ning (CHN). Как стабильно неустойчивые характеризовались 4 сорта - Антрацит, Устя (UKR), Merlin (AUT), Karikachi (JPN).
По средним рангам термоустойчивости за три года исследований 14 из изученных сортов были отнесены к числу устойчивых, 54 - среднеустойчивых, 15 - неустойчивых. При этом по группам спелости сложилась следующая картина. Среди ультраскороспелых выделен лишь один сорт с высокими показателями термоустойчивости - Аннушка, который можно рекомендовать как источник изучаемого признака при создание сортов с коротким вегетационным периодом, 8 образцов были охарактеризованы как среднеустой-чивые, 4 - неустойчивые. Все сорта с самым низким уровнем термоустойчивости относились к раннеспелым, а в целом распределение образцов по степени проявления изучаемого признака в этой группе выглядело как 7:42:9. Среднеспелые сорта поровну (по 6 образцов) разделились между двумя классами с высокой и средней устойчивостью. Наибольшее биологическое разнообразие констатировано среди сортов раннеспелой и среднеспелой групп, которые можно использовать как источники не только термоустойчивости, но и других хозяйственно-ценных признаков (оптимальная высота растения и прикрепления нижнего боба, оптимальная продолжительность вегетационного периода в восточной части лесостепной зоны Украины, повышенная продуктивность и др.).
Средний коэффициент вариации термоустойчивости выборки составил 52,5%. При разделении по группам спелости отмечено его уменьшение среди раннеспелых и среднеспелых сортов, по сравнению со всей выборкой, что свидетельствует о более стабильных характеристиках этого признака в рамках групп спелости (табл. 1).
Из литературных источников [2] известно, что у более жаростойких (термостойких) сортов ростовые
Таблица 1. размах и вариация классов термоустойчивости современных сортов сои в разрезе групп спелости
Класс
Индекс термоустойчивости, %
min
max I X
Коэффициент вариации V, %
Устойчивые Среднеустойчивые Неустойчивые
Ультраскороспелые
49,2 49,2 49,2 16,7 44,1 26,1 12,2 15,1 13,4 Раннеспелые Устойчивые 52,0 62,3 56,2
Среднеустойчивые 15,5 48,2 32,1 Неустойчивые 0,0 14,5 6,1
Среднеспелые Устойчивые 51,2 71,4 51,2 Среднеустойчивые 17,9 29,6 25,0 Неустойчивые_-_-_-
52,2
36,4
23,2
процессы тормозятся в меньшей степени. Результаты наших опытов частично подтвердили это положение.
Наибольшую степень депрессии длинны и массы проростков наблюдали в эксперименте с образцами 2013 г. репродукции (X: Р1 = 25; Р2 = 20), наименьшую -2012 г. (X: Р1 = 72; Р2= 84), а в исследовании с семенами 2011 г. величина этих показателей была промежуточной (X: Р1 = 51; Р2= 60).
Корреляция показателей средней термоустойчивости сортов и депрессии ростовых процессов за годы исследований составила: РР1 = 0,59 и РР2 = 0,49. Это, на наш взгляд, свидетельствует о том, что у более термоустойчивых (жароустойчивых) сортов ростовые процессы не всегда тормозятся в меньшей степени. Например, у нетермоустойчивых образцов после обработки семян высокими температурами были отмечены проростки, превосходящие по длине и массе контрольные. Такая ситуация, скорее всего, обусловлена гетерогенностью сортового материала, что позволяет вести селекционные отборы отдельных термоустойчивых растений во всех трех классах.
В результате проведенных исследований мы выделили 14 наиболее термоустойчивых современных сортов сои трех групп спелости, которые можно использовать в селекционных программах на повышение жароустойчивости (табл. 2).
Для корректного проведения термодиагностики и правильного распределения образцов сои по степени термоустойчивости в опыт необходимо включать сорта-классификаторы, семена которых должны быть одной репродукции с опытными образцами. Однако таких сведений по сое нет. Поэтому мы выделили стабильные сорта в каждом классе термоустойчивости и рекомендуем использовать их в последующих испытаниях в качестве сортов-классификаторов для этой сельскохозяйственной культуры: устойчивые - сорт Ксеня (UKR); среднеустойчивые - сорт N 0300 (CAN); неустойчивые - сорт Karikachi (JPN).
выводы. На основании результатов исследований установлена изменчивость термоустойчивости семян сортов сои трех групп спелости по разным годам репродукции. С помощью метода доверительных интервалов определены границы классов термоустойчивости образцов, на основании чего проведена дифференциация 83 изучаемых сортов на три класса и по средним рангам термоустойчивости за годы исследований выделено 14 устойчивых, 54 среднеустойчивых и 15 неустойчивых сортов сои.
Подтверждено влияние стрессовых факторов окружающей среды в критические периоды роста и
Г.С. - группа спелости, I - ультраскороспелые, II - раннеспелые, III - среднеспелые, Р - термоустойчивость сорта, %, Pt -степень депрессии длины проростка в опыте, %, P2 - степень депрессии массы проростка в опыте, %, К - класс термоустойчивости, V - коэффициент вариации термоустойчивости, %.
Таблица 2. термоустойчивые сорта сои, 2011-2013 г.
Образец Г.С.* 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2011-2013 гг.
Р 1 Pi P2 I К Р Pi P2 К Р Pi P2 К Р 1 P P2 1 V
Ксеня III 60 39 50 1 81 87 88 1 73 50 47 1 71 59 62 15
Верая III 50 83 111 1 58 85 79 2 87 80 92 1 65 83 94 30
УИР 21752 III 27 73 81 2 76 98 93 1 87 63 67 1 63 78 80 50
Labrador II 53 81 60 1 87 111 121 1 47 38 41 2 62 77 74 35
NM 4961 II 54 53 68 1 71 43 52 2 60 44 51 1 62 47 57 14
Сонячна II 43 79 88 1 65 70 67 2 67 28 50 1 58 59 68 22
Верас II 48 57 63 1 85 98 109 1 40 53 4 2 58 69 59 42
Аркадiя Одеська III 16 55 73 2 95 86 98 1 60 23 35 1 57 55 69 70
Гибрид АСС 21 II 44 65 92 1 85 87 90 1 40 18 2 2 56 57 61 44
Emerson II 28 50 43 2 63 88 82 2 67 61 87 1 53 66 104 40
Байка II 30 48 64 2 93 98 104 1 33 52 3 2 52 66 57 69
Фея III 33 20 32 2 50 56 59 2 73 45 56 1 52 40 49 39
Валентина III 33 78 87 2 48 92 93 2 73 66 59 1 51 79 80 40
Аннушка I 60 64 62 1 81 34 42 1 7 24 37 3 49 41 47 78
развития сои на реализацию генетического потенциала термоустойчивости сортов, количественный и качественный состав классов, а также степень депрессии длинны и массы проростков. При репродукции семян, выращенных в более засушливый и жаркий год, отмечены более высокие показатели термоустойчивости, чем у семян, произведенных в лучших метеоусловиях.
У менее термоустойчивых сортов ростовые процессы не всегда тормозятся в большей степени, что позволяет вести селекционные отборы отдельных термоустойчивых растений во всех трех классах.
В селекционных программах на повышение жароустойчивости можно рекомендовать использование сортов Ксеня, Верая, УИР 21752, Labrador, NM 4961, Сонячна, Верас, Аркадiя Одеська, Гибрид АСС 21, Emerson, Байка, Фея, Валентина, Аннушка.
Для корректного проведения термодиагностики и правильного распределения образцов сои по степени термоустойчивости в последующих испытаниях в качестве сортов-классификаторов можно рекомендовать устойчивый сорт Ксеня (UKR), среднеустой-чивый - N 0300 (CAN), неустойчивый - Karikachi (JPN).
Литература.
1. Гончарова Э.А. Стратегия диагностики и прогноза устойчивости сельскохозяйственных растений к погодно-климатическим аномалиям//С.-х. биол. 2011. № 1. С. 24-31.
2. Диагностика устойчивости растений к стрессовым факторам: методическое руководство. Ленинград: ВИР, 1988. С. 35-46.
3. Практикум по росту и устойчивости растений: учебн. пособие / В.В. Полевой, Т.В. Чиркова, Л.А. Лутова и др.; под ред. В.В. Полевого, Т.В. Чирковой. СПб.: Изд-во Санкт- Петербургского университета, 2001. С. 129-130.
4. Клюка В.И., Гусева Т.Е. Реакция подсолнечника на действие высоких температур при низкой относительной влажности воздуха в фазе бутонизации и цветения // Бюллетень научно-технической информации по масличным культурам. ВНИИМК,
1974. Вып. 3. С. 19-22.
5. Айтхожин М.А., Бельгибаев С.А., Токарев А.А.Регуляция синтеза стрессовых белков на ранних стадиях прорастания семян // Стрессовые белки растений. Новосибирск: Наука, 1989. С. 20-23.
6. Ивакин А. П. Оценка жароустойчивости овощных культур по электрическому сопротивлению тканей листа // Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. Л.: Колос, 1976. С. 83-87.
7. Шахбазов В. Г. Прогнозирование эффекта гетерозиса семян сельскохозяйственных растений методом термотестирования // Гетерозис сельскохозяйственных растений, его физиолого-биохимическое и биофизические основы. М.: Колос,
1975. С. 224-229.
8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (сосновами статистической обработки результатов исследований) (учебное пособие). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
9. Neyman J. Outline of a Theory of Statistical Estimation Based on the Classical Theory of Probability / Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, 1937, v. 236, p. 333-380.
VARiABiLiTY oF HEAT sTABiLiTY oF sEEDs of soYBEAN MoDERN VARiETiEs UNDER
coNDiTioNs of the eastern part of forest-steppe of Ukraine
o.A. posylaeva, V.V. Kirichenko
р^П production Institute nd. a. V. Ya. Yuryev of NAAs
summary. By means of the modified thermotest the experiment for determination of heat resistance of modern soybean varieties for selection of valuable forms as a parent material for breeding on this sign was carried out. The method provided for the processing of seeds by high temperatures (+60 °C) during 40 minutes, after it the germinating capacity, length and weight of 5-day seedlings with reference to the parameters established during sprouting of not processed seeds were determined. 83 samples of soybean of the Ukrainian and foreign selection of three groups of ripeness with various genetic plasma served as a material. Seeds were grown up in breeding crop rotation in the Plant Production Institute nd. a. V. Ya. Yuryev of NAAS under conditions of the Eastern part of forest-steppe of Ukraine in 2011-2013. The variability of heat stability of varieties in different reproduction years was established. When using the seeds collected in more droughty and hot year the indicators, characterizing heat stability of soybean varieties, were higher, than at a reproduction of the seeds which were grown up in years with the smaller sum of temperatures and the best providing with moisture. It were selected 14 modern heat-resistant soybean varieties of three groups of ripeness which could be used in breeding programs on heat tolerance increase (Ksenya, Versia, UIR 21752, Labrador, NM 4961, Sonyachna, Veras, Arkadia Odesska, Hybrid ASS 21, Emerson, Bajka, Feya, Valentina, Annushka). For correct thermodiagnostics and distribution of soybean samples the heat-resistant variety Ksenya (UKR), middle resistant variety N 0300 (CAN) and unstable variety Karikachi (JPN) could be recommended as variety-classifiers. Keywords: soybean, heat tolerance, heat stability, depression of growth processes, soy breeding, heat-resistant varieties, variety-classifiers.
