CC BY
81
УДК 633.11:631.524.86
Основные направления селекции пшеницы на устойчивость к болезням
Т.С. МАРКЕЛОВА, заведующая
лабораторией иммунитета НИИ сельского хозяйства Юго-Востока
e-mail: raiser_saratov@mail.ru
За последние 10 лет в Поволжье значительно изменилось фитосани-тарное состояние агробиоценоза. Повышенная атмосферная влажность и температурный режим, осадки, а также высокая насыщенность севооборотов пшеницей привели к возрастанию поражения посевов этой культуры наиболее вредоносными заболеваниями, а также появлению и заметному распространению ранее не характерных для нашей зоны болезней - стеблевой и желтой ржавчины, желтой (Pyre-nophora tritici-repentis (Died.)) и темно-бурой (Cochliobolus sativus (Drechs. Ex Dastur)) листовых пятни-стостей.
В 2006-2008 гг. поражение посевов пшеницы бурой ржавчиной увеличилось на 20 %, желтой ржавчиной - на 5 % по сравнению с 20012005 гг. В последние годы отмечается поражение стеблевой ржавчиной. Пораженность мучнистой росой и вирусными болезнями остается на прежнем уровне, а пятнистостями листьев увеличилась примерно на 20 % (см. рисунок).
Предположение А.А. Жученко [5], что в условиях изменяющегося климата вероятно увеличение агрессивности, вирулентности и ареала распространения вредных видов фауны и флоры в разных регионах, полностью подтверждается нашими исследованиями.
Серьезной причиной эпифитотий грибных заболеваний на посевах пшеницы является использование в производстве восприимчивых, гене-
тически однородных сортов озимой и яровой пшеницы, тогда как выращивание устойчивых сортов препятствует их развитию.
Наблюдаемая в последние годы фитосанитарная дестабилизация агроэкологических систем требует ускоренной селекции сортов, устойчивых не только к наиболее вредоносным отдельным патогенам, но и к комплексу возбудителей болезней.
На основе исследований взаимоотношений растения-хозяина и патогена разработано несколько понятий о типах устойчивости. Расоспе-цифическая (вертикальная) устойчивость стала рассматриваться как качественный признак, проявляющийся в виде реакции сверхчувствительности и являющийся результатом взаимодействия гена устойчивости растения и гена вирулентности патогена. Этот признак контролируется олигогенами, которые способны быстро терять эффективность вследствие накопления в популяции патогена мутаций по комплементарным генам вирулентности [7].
Расонеспецифическая (горизонтальная) устойчивость считается количественным признаком. Для воз-
Развитие болезней пшеницы в Поволжье
будителей ржавчинных заболеваний она проявляется в уменьшении репродуктивной способности патогена, числа пустул на единицу листовой поверхности, числа спор в пустуле и увеличении длительности латентного периода. Она способствует уменьшению селективного давления на фитопатоген, обеспечивая стабильную защиту растений от большого разнообразия физиологических рас возбудителя.
Во многих исследованиях показано, что иногда нет четкого различия между специфической и неспецифической устойчивостью. Не всегда специфическая устойчивость быстро теряется, а неспецифическая остается стабильной долгое время [3, 4].
Сорта с расоспецифической устойчивостью оказывают сильное давление на популяцию патогена, приводя к накоплению на них вирулентных патотипов. По данным ВНИИФ, если сорт с расоспецифи-ческой устойчивостью занимает в структуре посевных площадей примерно 12 тыс. га, то в этих посевах появляется новый патотип гриба, поражающий этот сорт [6].
Высокая вредоносность возбудителей болезней и частые эпифито-тии стимулируют исследования генофонда популяций и путей возникновения новых рас и патотипов.
Наши исследования показали, что местная популяция бурой ржавчины имеет высокую степень вирулентности, основную ее часть составляют патотипы с 30-38 генами вирулентности (см. таблицу). Поэтому поиск новых эффективных ^г-генов необходимо расширить за счет широкого изучения сортообразцов пшеницы различного географического происхождения, диких видов пшеницы и других злаков.
Неспецифическая устойчивость сохраняется более длительный период. Сорта с таким типом устойчивости поражаются практически всеми патотипами в популяции патогена, но в слабой степени, что не вызывает заметного снижения урожая. При этом замедляется скорость на-
Степень вирулентности местной популяции бурой ржавчины Puccinia recóndita Rob. ex Desm. f. sp. tritici)
Год R-гены Число авирулентных/ вирулентных генов
2001 9, 24, 1+27+31, 38/1, 2а, 2b, 2c, 3a, 3bg, 3ka, 10, 11, 12, 13, 14a, 14b, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22a, 22b, 23, 25, 26, 28, 29, 30, 34, 35, 37, 44, B, Ech, W 4/37
2002 9, 1+27+31, 38/1, 2a, 2b, 2c, 3a, 3bg, 3ka, 10, 11, 12, 13, 14a, 14b, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22a, 22b, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 37, 44, B, Ech, W 3/38
2003 9, 1+27+31, 38/1, 2a, 2b, 2c, 3a, 3bg, 3ka, 10, 11, 12, 13, 14a, 14b, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22a, 22b, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 37, 44, B, Ech, W 3/38
2004 9, 1+27+31, 38/1, 2a, 2b, 2c, 3a, 3bg, 3ka, 10, 11, 12, 13, 14a, 14b, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22a, 22b, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 37, 44, B, Ech, W 3/38
2006 9, 1+27+31, 38/1, 2a, 2b, 2c, 3a, 3bg, 3ka, 10, 11, 12, 13, 14a, 14b, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22a, 22b, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 37, 44, B, Ech, W 3/38
2008 9, 1+27+31, 38/1, 2a, 2b, 2c, 3a, 3bg, 3ka, 10, 11, 12, 13, 14a, 14b, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22a, 22b, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 32, 33, 34, 35, 37, 44, B, Ech, W 3/38
растания заболевания, уменьшается число генераций патогена за вегетационный период, что предотвращает развитие эпифитотий и снижает риск возникновения вирулентных патотипов.
При разработке селекционной программы необходимо учитывать специфику патогенов и на этой основе планировать тип устойчивости будущего сорта. Ю.Т. Дьяков [4] считает, что нельзя полностью отрицать вертикальную устойчивость или использовать только ее.
В.А. Алфимов, Л.А. Беспалова и О.Ю. Пузырная [1] на основе многолетних исследований делают вывод, что для достижения стабилизации популяции бурой ржавчины в условиях Краснодарского края необходимо в производственных посевах пшеницы иметь паритет между сортами с горизонтальной и вертикальной устойчивостью, создавая мо-заичность посевов. В таких условиях вертикальная устойчивость будет сдерживать начало эпифитотии, а горизонтальная замедлит развитие болезни.
В.М. Берлянд-Кожевников с соавторами [2], рассмотрев типы устойчивости, методы их выявления и использования в селекции, указывал, что ни один из типов устойчивости
не может быть панацеей в борьбе с ржавчиной. Наряду с достоинствами каждый из них имеет отрицательные стороны. По его мнению, разные типы устойчивости должны применяться в каждой конкретной зоне сообразно с типом популяции патогена.
Ученые из Краснодарского НИИСХ А.А. Романенко, Л.А. Беспалова и др. [8], пришли к выводу, что защитить пшеницу от эпифитотий болезней можно, нарушая связь патогена с хозяином во времени и в пространстве. Нарушать пространственную связь они предлагают, создавая и размещая в виде «мозаики» большое число сортов с различной генетической основой и природой устойчивости. Связь во времени можно нарушать при помощи частых сортосмен.
В НИИСХ Юго-Востока при создании исходного материала использовались образцы пшеницы с различными типами устойчивости, в том числе и с нерасоспецифической, которая определяется факторами пассивного иммунитета, то есть морфологическими или физиологическими признаками, которые сдерживают развитие и накопление инфекции или позволяют избежать заражения патогеном. Для изучения были отобраны сорта из мировой коллекции
ВИР и местного селекционного материала, слабо восприимчивые к бурой ржавчине (пораженность 1520 % на фоне естественных эпифитотий) и не имеющие выраженного типа расоспецифической устойчивости (тип реакции растения на заражение патогеном - 3-4).
В результате были выделены образцы, обладающие морфологическими признаками, замедляющими инфекционный процесс, такими, как слабое опушение листьев, меньшее количество устьиц на единице поверхности листа, замедленный ритм их раскрытия и другие.
На основании анализа литературы, а также основываясь на долголетнем опыте работы лаборатории иммунитета НИИСХ Юго-Востока, можно выделить основные аспекты селекции на продолжительную устойчивость пшеницы к наиболее вредоносным патогенам:
осуществление постоянного контроля за составом и степенью вирулентности популяции патогенов;
регламентирование использования доноров с идентичными генами устойчивости по регионам;
проведение постоянного поиска новых источников устойчивости как среди коллекционных образцов различного происхождения, так и среди диких форм пшеницы и ее сородичей;
включение в селекционный процесс высокоэффективных генов расоспецифической устойчивости в сочетании с неспецифической защитой против патогена;
процесс селекции растений-хозяев должен быть непрерывным с использованием ускоряющих его современных методов биотехнологии, опережающим «селекцию» патогенов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алфимов В.А. Устойчивость сортов озимой пшеницы в связи с изменениями расового состава в популяции бурой ржавчины Краснодарского края / Алфимов В.А., Беспалова Л.А., Пузырная О.Ю. Пшеница и тритикале. - Краснодар, 2001, с. 306-317.
2. Берлянд-Кожевников В.М. Устойчивость пшеницы к бурой ржавчине (генетическое разнообразие популяций гриба и растения-хозяина). / В.М. Берлянд-Ко-жевников, А.П. Дмитриев, Е.Б. Будашки-на, И.П. Шитова, Б.Г. Рейтер. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1978, 306 с.
3. Дмитриев А.П. Особенности биологии взаимоотношений в системе паразит-хозяин как основа выбора типа устойчивости зерновых культур к ржавчине/ А.П. Дмитриев. Типы устойчивости растений к болезням. - СПб, 2003, с. 33-34.
4. Дьяков Ю.Т. Типы устойчивости растений и их практическое использование / Материалы науч. семинара. - СПб, 2003, с. 5-9.
5. Жученко А.А. Фундаментальные и прикладные научные приоритеты адап-
тивной интенсификации растениеводства в XXI веке. - Саратов, 2000, 275 с.
6. Макаров А.А. Методы полевой и лабораторной оценки неспецифической устойчивости растений к болезням / А.А. Макаров, Е.Д. Коваленко, Д.А. Со-ломатин, Н.М. Маторина. Типы устойчивости растений к болезням. - СПб, 2003, с. 17-24.
7. Михайлова Л.А. Генетика устойчивости пшеницы к бурой ржавчине / Л.А. Михайлова. Типы устойчивости растений к болезням. - СПб, 2003, с. 45-60.
8. Романенко А.А. Новая сортовая политика и сортовая агротехника озимой пшеницы / А.А. Романенко, Л.А. Беспалова, И.Н. Кудряшов, И.Б. Аблова. - Краснодар, 2005, 224 с.
Аннотация. Освещено фитосанитар-ное состояние агробиоценоза пшеницы
в Поволжье. Проведен анализ литературы по эффективности целенаправленной селекции на устойчивость к патогенам. Предложены основные направления селекции на продолжительную устойчивость пшеницы к наиболее вредоносным болезням.
Ключевые слова. Пшеница, грибные болезни, типы устойчивости, селекция на устойчивость.
Abstract. The phytosanitary condition of wheat agrobiocenosis in the Volga region is covered. The literature analysis by efficiency of purposeful selection for stability to pathogenic agents is resulted. The basic directions of selection for sustainable stability of wheat to the most harmful diseases are offered.
Keywords. Wheat, fungus diseases, stability types, selection for stability.
План основных мероприятий
Отделения защиты растений РАСХН на 2011 г.
Годичное общее собрание Отделения защиты растений (15-17 февраля, Зал заседаний Президиума Россельхозакадемии)
ВОПРОСЫ, РАССМАТРИВАЕМЫЕ НА БЮРО ОТДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ О создании и внедрении монодисперсных опрыскивателей (совместно с Отделением механизации, электрификации и автоматизации); Об учете и использовании имущества в НИУ Отделения; О ходе выполнения работ по подготовке «Закона о защите растений» (15 марта, г. Москва, РАСХН)
Инновационные технологии разработки, производства и применения отечественных средств защиты растений (3 мая, г. Москва, ЗАО «Щелково-Агрохим»)
Зональные аспекты в совершенствовании ассортимента гербицидов на зерновых культурах
(21 июня, Московская область, г. Голицыно, ВНИИ фитопатологии)
Энтомопатогены в регулировании численности саранчовых (22 сентября, г. Санкт-Петербург-Пушкин, ВИЗР)
Перспективы развития малотоннажного биотехнологического производства средств защиты растений (22 сентября, г. Санкт-Петербург-Пушкин, ВИЗР)
Отчетная сессия НИУ Отделения защиты растений по итогам научной и производственной деятельности за 2011 г. и рассмотрению планов НИОКР на 2012 г. (15 ноября, Московская область, г. Голицыно, ВНИИ фитопатологии)
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ, СЕМИНАРЫ, СИМПОЗИУМЫ XII Всероссийская школа-семинар повышения квалификации специалистов «Опрыскивающая техника и эффективность применения средств защиты растений» (1 февраля, г. Санкт-Петербург-Пушкин, ВИЗР)
Всероссийская школа-семинар «Современные методы диагностики токсигенных грибов» (5 апреля, г. Санкт-Петербург-Пушкин, ВИЗР)
Международная научная конференция «Значение научного наследия академика ВАСХНИЛ и Россельхозакадемии М.С. Дунина в современных работах ученых» (24 мая, г. Москва, РГАУ-МСХА)
V Международная научно-практическая конференция «Агротехнический метод защиты растений от вредных организмов» (13-16 июня, г. Краснодар, КГАУ)
Всероссийское научно-практическое совещание «Борьба с сорными растениями основных сельскохозяйственных культур в современных технологиях растениеводства» (20 июня, Московская область, г. Голицыно, ВНИИ фитопатологии)
Международная научно-практическая конференция ВПРС МОББ «Интродукция и инновационные технологии массового применения полезных насекомых» (7сентября, г. Сочи, Лазаревская ОСЗР)
Всероссийское научно-координационное совещание «Формирование инновационных проектов в защите растений» (21-23 сентября, г. Санкт-Петербург-Пушкин, ВИЗР)
I Всероссийская научная школа по систематике грибов-возбудителей болезней растений (4-7 октября, г. Санкт-Петербург-Пушкин, ВИЗР-БИН РАН)
