CC BY
66
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ТРИБУНА ИММУНОЛОГА
УДК 632.938.1
Селекция овса на толерантность к вирусу желтой карликовости ячменя
К.А. МОЖАЕВА, Т.Б. КАСТАЛЬЕВА, А.Д. КАБАШОВ, Р.З. МАМЕДОВ
e-mail: [email protected]
Из вирусных болезней овса наиболее распространенной и опасной во всем мире является желтая карликовость ячменя, которая поражает все зерновые культуры, вызывая эпифи-тотии и приводя к значительным потерям урожая, особенно серых хлебов. В европейской части России эпифитотии на овсе и ячмене наблюдались в 1988-1991 гг.
В настоящее время считается, что желтую карликовость вызывают 2 вируса: ВЖКЯ - относится к лютео-вирусам и представлен штаммами PAV, MAV, SGV и RMVи вирус желтой карликовости злаков (ВЖКЗ, штамм RPV) - относится к полеровирусам. Оба вируса являются сферическими частицами диаметром 20-30 нм, геном - одноцепочечная РНК. В растении вирусы локализуются во флоэме и передаются только тлями по пер-систентному типу. Известно более 20 видов тлей-переносчиков, наиболее активными из них являются Sitobion avenae F. и Rhopalosiphum padi L.
Селекция на устойчивость зерновых культур к ВЖКЯ за рубежом началась давно и проводится успешно. Уже имеются устойчивые и толерантные сорта пшеницы, овса, ячменя, риса, которые возделываются в разных регионах мира [4]. Затраты на создание устойчивых сортов окупаются даже при 5 % прибавке урожая. Однако коэволюция растения и патогена постоянно требует выявления и введения в новые сорта новых генов устойчивости. Поскольку в отличие от ячменя у овса не идентифицированы гены устойчивости к ВЖКЯ, ответ растения на заражение характеризуют как чувствительность или толерантность.
Наиболее интенсивно работы по созданию толерантных к ВЖКЯ сортов овса проводились в США, где были получены такие сорта как Otee, Ogle, Hazel, Jaycee, Brawn, Mo.0-205, Pettis, Bates County и др. Известны также слабопоражаемые ВЖКЯ сорта и линии из Канады (Capital, Nova, Sylva, FF 64-74), Финляндии (Jo-1030, Jo-770), Чехии (Sg-K 4393) и Швеции (Colla).
Благодаря успехам в изучении геномов растения и вируса и их взаимодействия с использованием технологии молекулярных маркеров и современных молекулярно-генети-ческих методов стало возможным получение устойчивых или толерантных к ВЖКЯ генетически модифицированных линий овса.
В России селекционные работы по созданию устойчивых или толерантных сортов овса не велись, исследования в этой области ограничивались оценкой имеющихся сортов мирового сортимента на естественном инфекционном фоне. Такие исследования были выполнены в ВИР и его Московском филиале после эпифитотий ВЖКЯ 1988-1991 гг. В коллекции овса были выявлены сорта и гибриды, слабо поражаемые этим вирусом.
В 2001-2004 гг. во ВНИИФ при поддержке Международного научно-технического центра (МНТЦ) по проекту 1995 были проведены полевые опыты по выявлению сортов и линий овса, толерантных к ВЖКЯ и пригодных для селекционных работ в России.
Оценку отечественных и зарубежных сортов, а также линий овса селекции Иллинойсского университета (США) из коллекции ВИР на толерантность к наиболее широко распространенному PAV-штамму ВЖКЯ проводили в условиях искус-
ственного заражения в полевом опыте.
Для получения этого штамма ВЖКЯ весной 2000 г на черемухе были собраны тли - переносчики Rhopalosiphum padi L. Массовое размножение насекомых вели в лаборатории при контролируемых условиях (t = 20-25 °C, фотопериод 18 ч, освещенность 6-10 тыс. лкс, влажность воздуха 60-80 %). В качестве кормового растения использовали ячмень, который заражали вирусом путем кормления тлей, собранных на естественно инфицированных злаковых растениях. Поддержание и накопление инфицированного материала проводилось через еженедельные пассажи вирофорных тлей на акцепторные растения ячменя. Заражение вирусом этих растений периодически контролировалось с использованием метода иммуно-ферментного анализа (ИФА) и штаммоспецифических диагности-кумов (Agdia Inc., Bio-Rad, Loewe, Biochemica). В результате многократных пассажей был получен клон тли, инфицированный исключительно PAV штаммом ВЖКЯ. Этот клон поддерживался круглогодично в лабораторных условиях. Для проведения полевых опытов вирофорных тлей размножали в вышеназванных условиях в необходимых количествах (до 40-50 тыс. особей).
Испытание сортообразцов овса проводили в полевом опыте в Московской области (ОПХ ВНИИФ). Для искусственного инфицирования овес в фазе всходов (2-3 листа) заселяли вирофорной тлей (10 особей/растение), которая на них питалась в течение 48 ч. Тлю уничтожали 0,1 % конфидором, врк (200 г/л). Такие условия позволяли создавать инфекционный фон, близкий к эпи-фитотийному. В контрольном варианте опрыскивание конфидором проводили каждые 3 недели, чтобы предотвратить естественное заражение овса ВЖКЯ. На естественном фоне никаких обработок инсектицидами не проводили.
Наблюдения за состоянием посевов вели регулярно, не реже двух раз
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
в неделю. Симптомы поражения ВЖКЯ на восприимчивых сортах овса (СИпАа^ 64, Улов) появлялись уже на седьмой день после уничтожения тли. В фазе выхода в трубку проводили первую оценку поражения растений ВЖКЯ. Определяли число растений на делянке, имеющих симптомы желтой карликовости, и оценивали общее состояние посева по 9-балльной шкале. Вторую оценку поражения овса вирусом проводили в фазе выметывания. Отбирали образцы листьев растений для определения в них PAV штамма ВЖКЯ с использованием ИФА. С каждой делянки по диагонали собирали по 10 листьев. Листья высушивали и хранили при комнатной температуре. Для проведения ИФА их растирали в жидком азоте и брали 100 мг для определения в них PAV-ВЖКЯ с использованием полученных нами совместно с Т.Н. Еро-хиной (Институт биоорганической химии РАН) моноклональных антител, специфичных к PAV штамму. Методика подготовки образцов и проведения ИФА подробно описана ранее [1]. Уровень антигенной активности в образцах соотносили со степенью проявления симптомов и продуктивностью растений с делянки.
После уборки урожая определяли высоту растений, продуктивную кустистость, массу зерна и их количество с одного растения и метелки, массу 1000 зерен. Учитывали от 60 до 84 растений в каждом образце и варианте. Продуктивность растения и метелки оценивали в процентах по отношению к контролю сорта-стандарта.
В 2001 г. было испытано 50 сорто-образцов овса (сортов и линий) коллекции ВИР, в 2002 г. - 14 сортов и 15 линий Иллинойсского университета США, в 2003 г. - 13 сортов и 8 линий, в 2004 г. - 23 образца, из них 9 линий.
В качестве чувствительного сорта был взят С!1п1!апЬ 64, в качестве стандартного - Улов, включенный в Госреестр для данного региона.
Вегетационный сезон 2002 г. из-за засухи был крайне неблагоприятным для овса. В мае-августе выпа-
ло только 34 % осадков от нормы, ГТК равнялся 0,5. На искусственном инфекционном фоне у чувствительных сортов С!1п1!апЬ 64 и Улов потери урожая достигали 100 и 97 %. Почти все иллинойские линии, которые ранее были охарактеризованы как толерантные к ВЖКЯ, в условиях
2002 г. проявили себя как чувствительные: потери продуктивности составляли от 89 до 98 %. У толерантных сортов FF 64-74, Otee и Chaps потеря продуктивности была несколько ниже (80 %), а у остальных -колебалась в пределах 84-93 % (рис. 1, 2).
120
£ со о
£
г!
О §■
CD
а:
CD §
100
>
80
80
40
20
л
\ / ¥
;к
i? со О >
О ОО 00
CD СО LO -О
— О о со ш со со ^ eg гп
LO -с (N СО LO
СО CD 00
О N СО
со J9 ю
СО m 1-
Средняя за 3 года
Cultivare and lines
■ 2002 г. 2003 г. 2004г.
1. Снижение продуктивности сортов и линий овса при искусственном заражении ВЖКЯ в 2002-2004 гг.
120
Cultivars and lines
I I Средняя за 3 года 2002 г. 2003 г. 2004 г.
2. Снижение продуктивности сортов и линий овса на естественном фоне заражения ВЖКЯ в 2002-2004 гг.
ТРИБУНА ИММУНОЛОГА
В 2003 и 2004 гг. условия в целом были благоприятны для овса (ГТК = 1,5). Тем не менее, в 2003 г продуктивность овса была меньше, чем в 2004 г. Вероятно, причина была в недостаточной влагообеспеченно-сти в критический для развития растений период (перед фазой выхода в трубку): в это время в 2003 г. выпало 74 мм осадков (при норме 105 мм), тогда как в 2004 г - 100 мм (при норме 77 мм).
В 2003 г. наименьшее снижение продуктивности (от 20 до 25 %) при искусственном инфицировании отмечалось у иллинойсских линий (IL 86-6404, IL 86-5698, IL 6467, IL 3303, IL 85-1538, IL 2901 и IL 86-5262) и сортов FF 64-74, Blaze.
В 2004 г. лучшими по показателям продуктивности на искусственном инфекционном фоне оказались сорта FF 64-74, Blaze, Maris Elf. Снижение урожая чувствительных сортов достигало 70-85 %. Среди иллинойсских линий наименьшие потери урожая (20-40 %) были отмечены у линий IL 85-1538, IL 86-5262, IL 2901 и IL 1158.
ш
>
¡¡ш,
Таким образом, испытания в течение 3 лет сортообразцов овса на искусственном инфекционном фоне заражения ВЖКЯ, близком к эпифи-тотийному, выявили значительное влияние погодных условий как на продуктивность растений, так и на проявление их толерантности к этому вирусу. По среднему за 3 года показателю толерантности (сохранение продуктивности на искусственном инфекционном фоне), испытанные образцы можно расположить в следующем порядке: FF 64-74, Blaze, IL 85-1538, IL 3303, Maris Elf, IL 85-5262 и IL 86-6404.
По урожаю при высокой инсектицидной нагрузке ВЖКЯ лучшими на основании 3-летних опытов можно считать образцы FF 64-74, IL 85-5262, Blaze, IL 85-1538, IL 2901 и IL 86-1158. Образец FF 64-74 (Канада) был наиболее стабильным по продуктивности и толерантности на искусственном инфекционном фоне ВЖКЯ все годы испытаний (рис. 3). Некоторые перспективные по толерантности к ВЖКЯ образцы обладали и другими хозяйственно полезны-
ми свойствами: растения сорта Maris Elf и линии IL 85-1538 характеризовались низкорослостью, а линий IL 86-1158, IL 86-5698 и IL 2901 - крупнозерностью.
В качестве доноров толерантности для Нечерноземной зоны РФ рекомендованы сорта овса FF 64-74, Blaze, Maris Elf и иллинойсские линии IL 86-1158, IL 86-5262, IL 85-1583 и другие. Часть этих образцов была включена в гибридизацию и продолжает изучаться в лаборатории селекции овса Московского НИИ сельского хозяйства «Немчиновка».
Разработанная методика оценки толерантности овса к ВЖКЯ может быть использована также для оценки устойчивости и толерантности к этому вирусу других зерновых культур (ячменя, пшеницы и кукурузы).
В этой же лаборатории селекции овса под руководством П.Ф. Магуро-ва с 2002 г. ведется работа по созданию сортов овса, толерантных к ВЖКЯ. На толерантность к ВЖКЯ была изучена мировая коллекция ВИР, а также образцы овса, отобранные по результатам полевого опыта во ВНИИФ как наиболее продуктивные и менее поражаемые ВЖКЯ в условиях искусственного инфекционного фона. В селекционный процесс были включены FF 64-74, Maris Elf, Brawn и иллинойсские линии IL 85-5262, IL 85-1538, IL 2901 и IL 86-5698 [2, 3].
Была разработана программа подбора родительских пар, совмещающих толерантность с продуктивностью. Проведены скрещивания, размножен гибридный материал. Из четвертого поколения в питомнике гибридных популяций отбирались элиты для закладки селекционного питомника 1-го года. В 20062007 гг. потомство элитных растений в фазе кущения заражалось виро-форной тлей Rhopalosiphum padi, полученной во ВНИИФ. Каждое растение овса заселяли вручную 35 особями тлей. Через 2 дня тлей уничтожали инсектицидом. В течение вегетации оценивали линии на толерантность, а в дальнейшем толерантные линии браковали по про-
3. Влияние ВЖКЯ на продуктивность: а — чувствительного (Улов); б — толерантного (FF 64-74) сортов овса. Слева направо: контроль (тлей-переносчиков уничтожали инсектицидом); естественный фон поражения ВЖКЯ; искусственный фон (растения заселяли вирофорной тлей)
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
дуктивности. За два года было изучено 299 гибридныхлиний. К конкурсному сортоиспытанию только 4 линии имели урожайность, близкую к стандарту.
Результаты испытаний 20112012 гг. показали, что обе толерантные к ВЖКЯ линии не обладают достаточно высокой урожайностью, чтобы иметь перспективы для районирования. Более привлекательна в этом плане устойчивая к поражению пыльной головней и полеганию линия 23И2201.
Ее испытание продолжается. Она включена в качестве родительской формы в программу скрещиваний.
Толерантные к ВЖКЯ линии переданы в коллекцию ВИР.
ЛИТЕРАТУРА
1. Васильева Т.Я., Ерохина Т.Н., Каста-льева Т.Б., Можаева К.А. Определение вируса желтой карликовости ячменя при помощи иммуноферментного анализа на
основе моноклональных антител. Сборник методических рекомендаций по защите растений. - СПб, 1998, с. 242-245.
2. Магуров П.Ф., Можаева К.А., Касталь-ева Т.Б., ПугачеваГ.Т. Перспективы селекции овса на устойчивость к вирусу желтой карликовости ячменя. Сборник научных трудов НИИСХ ЦР НЗ. - М, 2006, с. 66-77.
3. Магуров П.Ф., Можаева К.А., Бори-сонова Т.М., КабановА.Д., Мамедов Р.З. Использование в селекции овса форм, толерантных к вирусу желтой карликовости ячменя. Сборник трудов НИИСХ ЦР НЗ. - М., 2008, с. 42-44.
4. BurnettP.A., ComeauA., Qualset C.O. Host plant tolerance on resistance for control of barley yellow dwarf. In: Barley Yellow Dwarf: 40 Years of Progress. - St. Paul, Minnesota, APS press, 1995, p. 321-343.
Аннотация. В полевых условиях проведена оценка толерантности к ВЖКЯ 22 сортов и линий овса при искусственном заражении тлей Rhopalosiphum padi L., инфицированной PAV штаммом. Рекомендованы в качестве доноров толерантности для Нечерноземной зоны РФ сорта овса FF 64-74, Blaze, Maris Elf и ил-
линойсские линии IL 86-1158, IL 86-5262, IL 85-1538 и другие. Часть этих образцов была включена в гибридизацию и продолжает изучаться в лаборатории селекции овса Московского НИИ сельского хозяйства «Немчиновка». Дана подробная методика оценки овса на толерантность к ВЖКЯ.
Ключевые слова. Овес, ВЖКЯ, толерантность сортов и линий, селекция.
Abstract. Twenty oat cultivars and lines with different levels of tolerance to barley yellow dwarf virus were evaluated in the field under artificial infection bay aphis Rhopalosiphum padi L. with a PAV-like BYDV in drought year (2002) and normal-moisture growing seasons (2003 and 2004). Tolerance of cultivars FF 64-74, Maris Elf and Blaze were best and most stable from year to year. Illinois lines IL 2901, IL 86-5698, IL 85-1538, IL 86-6404, IL 86-5262, IL 86-1158 were excellent in tolerance and productivity in non-drought years. These cultivars and lines may be used in Russian breeding program.
Всероссийский НИИ фитопатологии, Московский НИИ сельского хозяйства «Немчиновка»
Тел.: (495) 720-14-59,Тел./факс.: (499) 785-00-17 ' Г ' I Г j http:/www.eko-partner.ru e-mail: [email protected]
^ ir* 107023, г. Москва, ул. Измайловский вал, 30
научно-производственное бюро
Многолетний опыт успешной работы с ведущими производителями СЗР и агрохимикатов.
Государственная экологическая экспертиза Оценка воздействия на окружающую среду Общественные слушания
<
