CC BY
102
Шаманин В.П, Потоцкая И.В., Моргунов А.И., Чурсин А.С., Кузьмин А.Г. Оценка селекционного материала, созданного с использованием диких злаков для повышения урожайности пшеницы, устойчивости к болезням и абиотическим стрессам // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2015. -№2(2) июль-сентябрь. - URL http://e-joumal.omgau.rU/index.php/2015-god/2/19-statya-2015-2/186-00045
УДК 631.5275 (571.1)
Шаманин Владимир Петрович
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г. Омск vpshamaninarambler. ru
Потоцкая Инна Владимировна
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУ ВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г. Омск Potockay@bk. ru
Моргунов Алексей Иванович
кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Представительство СИММИТ в Турции, Анкара a. morgounov@cgiar. org
Чурсин Александр Сергеевич
заведующий лабораторией
ФГБОУ ВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г. Омск blondin. 13@,mail.ru
Кузьмин Олег Григорьевич
научный сотрудник
ФГБОУ ВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г. Омск kiizimnolegalist. ru
Оценка селекционного материала, созданного с использованием диких злаков для
повышения урожайности пшеницы, устойчивости к болезням и абиотическим стрессам
Аннотация. Проведена оценка популяций, полученных в СИММИТ, созданных на основе диких злаков Ае. sqarrosa и Т. DICOCCON, выделен перспективный селекционный материал, который включен в селекционный процесс и лучшие высокоурожайные линии, отличающиеся комплексной устойчивостью к болезням, доведены до предварительного и конкурсного испытания.
Ключевые слова: яровая пшеница, урожайность, гибридные популяции, исходный материал, стеблевая ржавчина, гены устойчивости, дикие злаки
Введение. Производство зерна пшеницы было и остается важным стратегическим ресурсом России, базовой отраслью сельскохозяйственного производства. В 2014 году произведено 105 млн. т и более 30 млн. т зерна продано зарубежным странам. Однако, производство зерна в России не отличается стабильностью по годам, например в 2010 г. получено зерна всего лишь 61 млн. т. Основные причины потери урожая - это периодически повторяющиеся засухи, а во влажные годы - болезни и вредители. В связи с потеплением климата негативное влияние абиотических и биотических факторов на урожайность пшеницы будет возрастать [1].
По оценке экспертов международной продовольственной организации ФАО, общим показателем национальной безопасности любой страны служит производство зерна пшеницы. Пшеница обеспечивает 21% килокалорий и 20% протеина в рационе питания для 4,5 миллиарда человек в 94 странах мира [2]. ФАО к 2050 году прогнозирует рост населения земли до 9 миллиардов человек. Для того, чтобы обеспечить потребность населения планеты в зерне пшеницы к 2030 году необходимо увечить её урожайность на 3040%. Для этой цели необходимо ежегодно увеличивать прирост урожайности на 1,6-1,8%, в том числе на 1% за счет селекционных и генетических методов [3]. Достижение последней цели возможно при условии привлечения генетических ресурсов диких сородичей.
Дикие сородичи пшеницы обладают большим генетическим потенциалом для улучшения этой культуры. Например, у Ае.squarrosa, Т. turgidum отмечается значительное разнообразие генетической устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам [4-7]. Синтезированные пшеницы могут быть использованы в самых разных направлениях селекции: в увеличении показателей по компонентам урожая, устойчивости к болезням, в повышении качества зерна. Первые коммерческие сорта Chunmai 38, Chunmai 42, Chunmai 43, Chunmai 47 с использованием «синтетиков» получены в Китае [8].
В настоящее время учеными научных организаций: СИММИТ (Мексика), ИКАРДА (Сирия), Отдела естественных исследований (Астралия), 1РК (Германия), Киотского университета (Япония) и USDA-ARS создана гексаплоидная синтетическая пшеница. Линии этой пшеницы были получены путем скрещивания тетраплоидной Тпйсит turgidum и диплоидного дикого эгилопса (Aegilops squarrosa) с целью повышения общей адаптивности пшеницы. Они обладают устойчивостью к абиотическим засуха, высокие температуры, засоленность, недостаток влаги)и биотическим стрессам (виды ржавчины, септориозу, вирусным болезням, гнили всходов, желтой пятнистости листьев, гельминтоспориозным пятнистостям, нематодам, мучнистой росе, фузариозу колоса) [9].
Синтезированные пшеницы также широко используются в селекционных программах по созданию исходного материала для селекции адаптивных высокоурожайных сортов яровой пшеницы в России [10].
Цель исследований - расширение генетического разнообразия и поиск новых источников хозяйственно-ценных признаков яровой пшеницы для селекции в ЗападноСибирском регионе.
Объекты и методы. Объектом исследований служили популяции и линии яровой мягкой пшеницы, полученные по программе челночной селекции с участием Ae.squarrosa и Т. DICOCCON. Популяции питомника КазРус (от англ. KazRus) и СПЧС (Сибирский питомник челночной селекции) высевали на делянках 2 м2 без повторности, с повторяющимися блоками стандартов - не менее, чем с 6-кратным повторением. Сорта -стандарты: Памяти Азиева (среднеранний), Дуэт (среднеспелый), Омская 35 (среднепоздний). Срок сева поздний (26-27 мая), для большей вероятности оценки популяций на устойчивость к стеблевой ржавчине, которая чаще поражает пшеницу в поздних сроках сева. Посев сеялкой ССФК-7 на глубину 5-6 см, с нормой высева 500 зёрен/м2 . Наблюдения и учеты в питомнике проводили в соответствии с общепринятой методикой селекционного процесса. Все полевые наблюдения, учёты и оценки в контрольном питомнике (КП), предварительном сортоиспытании (ПСИ) и конкурсном
сортоиспытании (КСИ) проводились по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [11]. Площадь делянок в КП - 10 м2 (без повторений), в ПСИ (2-х кратная повторность) и КСИ (4-х кратная) - по 25 м2. Предшественник - чистый пар. Тип устойчивости к стеблевой ржавчине определяли по международной шкале R (Resistance - высокая устойчивость) - поражение 5-10 %; MR (Moderately resistanœ - средняя устойчивость) - 1-2 балла (поражение 10-25 %); MS (Moderately susceptible - средняя восприимчивость) - 3 балла (поражение 40-50 %); S (Susceptible - восприимчивость) - 4 балла (поражение более 60 %) по шкале Cobb, используемой участниками программы КАСИБ [12].
Результаты исследований. В рамках программы челночной селекции Казахстанско-Сибирской сети (КАСИБ) создан ценный исходный материал, в том числе выделенный из популяций с Ae. squarrosa, T.DICOCCON который включен в селекционный процесс ОмГАУ им. П.А. Столыпина и представляет определенную значимость для расширения генетического разнообразия пшеницы в стране.
В таблице 1 приведены данные по количеству образцов с использованием диких злаков, включенных в селекционные питомники в 2010-2014 гг. Процент отбора популяций с дикими злаками в определенной мере свидетельствует об их селекционной ценности.
Таблица 1
Динамика оценки селекционного материала, созданного с использованием Ae.squarrosa в селекционных питомниках, 2010-2014 гг.
Количество популяций, линий, сортов с Ae.squarrosa и T.DICOCCON, шт. Отобрано для дальнейшего испытания
шт. % от общего количества образцов в питомнике Средняя урожайность синтетиков, г/м2 / т/га
КазРус-10
Гибридные популяции 111 62 30,1 451
St - - - 393
СПЧС-11
Гибридные популяции 39 17 12,1 177
St - - - 153
КП-12
Линии 7 5 14,7 / 1,4
St - - - / 1,2
ПСИ-13
Сорта 5 4 10,5 / 2,7
St - - - / 2,5
КСИ-14
Сорта 4 - - / 2,5
St - - - / 2,5
Результаты отбора гибридных популяций в питомниках селекционного процесса показали, что процент отбора таких популяций в целом высок и составил в КазРус - 30%, в СПСЧ - 12%, в КП - 15% и ПСИ - 11% образцов. Из 62 гибридных популяций были выделены линии для оценки в селекционных питомниках, из которых 7 доведены до КП, 5 до ПСИ и 4 до КСИ. Средняя урожайность выделенного селекционного материала с Ае.squarrosa была составила 2,5-2,7 т/га в предварительном и конкурсном сортоиспытании.
В табл. 2 представлена характеристика лучших линий с Ae.squarrosa, выделенных из популяций питомников челночной селекции СИММИТ.
Коэффициент вариации урожайности изучаемых сортов в меняющихся условиях среды может служить одним из показателей стабильности сортов. По данному показателю следует выделить сорта, имеющие наиболее низкий уровень вариабельности урожайности по годам: Лютесценс 106-11 (У= 23,3%) и Лютесценс 27-12 (У= 20,4%). В среднем за годы исследований урожайность сортов-синтетиков составила 2,1-2,4 т/га, что выше или на уровне урожайности стандарта Дуэт.
Таблица 2
Характеристика сортов с Ae.squarrosa, ОмГАУ 2011-2014 гг.
У южайность, т/га
Сорт 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. Средняя Су, %
Дуэт, st 2,32 1,31 2,72 2,12 2,1 26,6
Лютесценс 106-11 2,85* 1,61* 2,52 2,71* 2,4 23,3
Лютесценс 24-12 2,26 1,52 2,54 2,13 2,1 25,4
Лютесценс 27-12 2,03 1,62* 2,96* 2,93* 2,4 20,4
Лютесценс 34-12 1,72 1,54 2,82 2,31 2,1 27,9
Среднее за год 2,2 1,6 2,7 2,5 - -
НСР05 0,4 0,24 0,18 0,24 - -
Примечание: * - достоверная прибавка урожайности по сравнению со стандартом
При этом в конкурсном сортоиспытании 2014 года сорта Лютесценс 27-12 и Лютесценс 106-11 достоверно превысили стандарт по урожайности и по показателям качества зерна (табл.3). Таблица 3
Результаты конкурсного сортоиспытания яровой мягкой пшеницы по пару в 2014 г., опытное поле ОмГАУ
№ п/п Сорт Вегетационный период, сут. Идентифициро ванный ген устойчивости к бурой (Ьг) и стеблевой ^г) Степень поражения стеблевой ржавчиной, % Урожайность зерна, т/га Белок, % Клейк овина, %
ржавчине
1 Дуэт, st 81 нет 80 S 2,1 15,3 26,6
2 Лютесценс 24-12 82 ЬГ34 30 MS 2,1 17,8* 33,6*
3 Лютесценс 27-12 85 БГ35 20 М 2,9* 15,8* 27,9
4 Лютесценс 34-12 82 1Г9/ 1Г26/ 8Г21 50 S 2,3 15,3 26,2
5 Лютесценс 106-11 85 - 20 MS 2,7* 16,2* 29,3*
НСР05 0,24 0,4 1,4
Примечание: * - достоверная прибавка урожайности по сравнению со стандартом
Идентифицированы гены устойчивости к стеблевой и бурой ржавчине с помощью метода молекулярных маркеров: у Лютесценс 24-12 - Lr34, Лютесценс 27-12 - Sr35, Лютесценс - 34-12 Lr9 Lr26/Sr2L Сорт челночной селекции Лютесценс 27-12 в конкурсном сортоиспытании 2014 года, на фоне эпифитотии стеблевой ржавчины показал высокую степень устойчивости к стеблевой ржавчине, что подтверждает авирулентность рас местной популяции стеблевой ржавчины к гену Sr35, который является также эффективным против расы ^99. Таким образом, сорт челночной селекции Лютесценс 27-12 является приоритетным кандидатом для его передачи в государственное сортоиспытание на ближайшую перспективу (рис.1).
Рис.1. Оценка Лютесценс 27-12 (LUTESCENS 30-94*2 /3/ T.DICOCCON PI94625 / AE. SQUARROSA (372) // 3*PASTOR) в экологическом сортоиспытании, степная зона Омской области, 2015 г.
Заключение. Из созданного по программе челночной селекции с СИММИТ исходного материала, в родословной которого участвуют дикие злаки, в селекционных питомниках отобраны линии с устойчивостью к болезням и высоким потенциалом урожайности. С помощью ДНК-маркеров идентифицированы гены устойчивости к наиболее вредоносным болезням (стеблевой и бурой ржавчине). По результатам оценки в КСИ выделены высокоурожайные сорта с устойчивостью к стеблевой ржавчине, которые будут размножены и переданы в ГСИ.
Ссылки на источники:
1. Потепление климата и урожайность яровой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Западной Сибири / В.П. Шаманин [и др.] // Современные проблемы науки и образования.- Электрон. журн. - М., 2014.- № 1. - http://www.science-education.ru
2. Braun H.-J. Multilocation testing as a tool to identify plant response to global climate change / H.-J. Braun, G. Atlin, T. Payne // In: M.P. Reynolds (ed.), Climate change and crop production. CAB. - London. - 2010.
3. FAO statistical yearbook 2013 // World food in agriculture. - Rome, 2013. - 289 P.
4. Gill B.S. Direct genetic transfers from Aegilops squarrosa L. to hexaploid wheat / B.S. Gill, W.J. Raupp // Crop Sci. - 1987. - V. 27. - Р. 445-450.
5. Harlan J.R. Toward a rational classification of cultivated plants / J.R. Harlan, J.M.J.deWit // Taxon. - 1971. - V. 20. - P. 509-517.
6. Homoeologous recombination, chromosome engineering and crop improvement / L. L. Qi [et al.] // Chromosome Res. - 2007. - V. 15:3. - Р.19.
7. QTL mapping of multiple foliar disease and root-lesion nematode resistances in wheat / R.S. Zwart [et al.] // Mol. Breed. - 2010. - V. 26. - P. 107-124.
8. Цитогенетическое изучение коллекции синтетической пшеницы из Национальной коллекции злаков США (National Small Grain Collection of USDA-ARS) в условиях Нечерноземной зоны России / Лапочкина И.Ф. [и др.] // Сельскохозяйственная биология. - 2014. - № 3. - С. 77-82.
9. Ogbonnaya F.C. Development, management and utilization of synthetic hexaploids in wheat improvement / F.C. Ogbonnaya // In: A.P. BonjeanW.J. Angus and M.van Ginkel (eds.), The world wheat book: a history of wheat breeding. Lavoisier, France. - 2011. - Vol. 2. - Р. 823849.
10. Першина Л.А. Хромосомная инженерия растений - направление биотехнологии / Л.А. Першина // Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2014. -Т. 18. - № 1. - С. 138146.
11. Федин М.А. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур / М.А. Федин. - М., 1985. 263 с.
12. Койшыбаев М. Скрининг пшеницы на устойчивость к основным болезням: методические указания / М. Койшыбаев, В.П. Шаманин, А.И. Моргунов.- Анкара: ФАО-СЕК, 2014. - 58 с.
Shamanin Vladimir Petrovich
Doctor of Agricultural Sciences, Professor
Omsk State Agrarian University n.a. P.A. Stolypin, Omsk
Pototskaya Inna Vladimirovna
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
Omsk State Agrarian University n.a. P.A. Stolypin, Omsk
Morgunov Aleksey Ivanovich
Candidate of Agricultural Sciences, Leading Research Assistant
Representative of CIMMYT-Turkey, Ankara
Chursin Aleksandr Sergeevich
Head of Laboratory
Omsk State Agrarian University n.a. P.A. Stolypin, Omsk
Kuzmin Oleg Grigorievich
Research Assistant
Omsk State Agrarian University n.a. P.A. Stolypin, Omsk
Estimation of breeding material created using wild cereals for increasing of wheat yield, resistance to diseases and abiotic stresses
Abstract. The estimation of the population received in CIMMYT, created on the basis of wild cereals Ae. sqarrosa and T. DICOCCON was performed, the promising breeding material, which is included in the breeding process and the best high-yielding lines with complex resistance to diseases have been studied in Preliminary Yield Trial and competitive Yield Trial.
Key words: spring wheat, yield, hybrid populations, initial material, stem rust, resistant genes, wild cereals
