CC BY
47
УДК 633.11:631.527:632.4
СЕЛЕКЦИЯ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ПЫЛЬНОЙ ГОЛОВНЕ
Н.А. НЕШУМАЕВА, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: neshumaeva@ rambler.ru)
А.В. СИДОРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
С.С. ГОЛУБЕВ, младший научный сотрудник
Красноярский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, просп. Свободный, 66, Красноярск, 660041, Российская Федерация
Резюме. В статье отражены результаты исследований по созданию сортов яровой пшеницы устойчивых к пыльной головне. Работу проводили с 1972- 2015гг. на опытныхполях и в лабораториях Красноярского НИИСХ. Исходный и селекционный материал оценивали на искусственных и естественных инфекционных фонах согласно методике ВИР. Иммунологическую работу по пыльной головне вели в нескольких направлениях: определение расового состава патогена; изучение устойчивости исходного и селекционного материала; исследование генетики устойчивости; целенаправленная селекция на иммунитет. При выполнении программы по поиску источников устойчивости к Ustilago tritici (Pers.) Jens. за 1991-2010 гг. изучено 1200 образцов яровой пшеницы. Для непосредственного использования в селекционном процессе на основе изучения источников устойчивости по комплексу ценных признаков была создана рабочая коллекция. В нее вошли хорошо изученные в местных условиях образцы, выделившиеся помимо устойчивости по другим показателям: продуктивность - Тулеевская, Омская 20, Омская 26, Омская 30, Омская 33,Серебрина, Дуэт, Терция, Алтайская65, Алтайская530, Сибирский альянс, Златозара, Сибирская 65 (Россия),Omega (Польша), St-9879,HE-325, Maija (Чехословакия),Tioga (США); качество зерна - Ульяновская 75, Эритроспермум 17430, Алтайский простор, Алтайская 65,Сибирский альянс, Ирень, Новосибирская 15, Валерия (Россия), Monad (Новая Зеландия); скороспелость - Новосибирская15, Ирень, Новосибирская 22, Речка, Тюменская 80 (Россия), Era/Pembina (Канада), ZE-1927 (Уругвай), Stiletto (Австралия), К-48738(Перу). Оценка селекционного материала на инфекционных фонах и жесткая браковка позволили создать устойчивые к пыльной головне сорта яровой пшеницы Красноярская, Таежная, Новосолянская, Красноярская 83, Оя, Черемшанка, Минуса, Красноярская 12, Канская. Ключевые слова: пшеница, селекция, пыльная головня, устойчивость, Ustilago tritici.
Для цитирования: Нешумаева Н.А., Сидоров А.В., Голубев С.С. Селекция яровой пшеницы на устойчивость к пыльной головне // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т .30. №6. С. 22-24.
Пыльная головня - одно из основных заболеваний яровой пшеницы. В результате заражения возбудителем Ustilago tritici (Pers.) Jens. колос растения поражается еще до выхода из влагалища листа. При этом обычно разрушаются все его части, за исключением остей и стержня [1].
В Красноярском крае, по данным актов апробации посевов пшеницы, поражение пыльной головней на значительных площадях достигает 5-8%. В результате этого заболевания ежегодно теряется около 20-25 тыс. т зерна [2, 3], а недобор урожая с учетом скрытого поражения составляет 1,1-3,6% [4].
В Омской области в 2004 г., несмотря на распространение более устойчивых сортов и применение химических средств защиты, потери от пыльной головни составили 19,1 тыс. т. [5]. В Алтайском крае в производственных посевах пшеницы проявление пыльной головни составляет от 0,1 до 1,0%. Прямые и скрытые потери от заболевания - около 5-7% урожая зерна [6]. Подобные результаты по поражаемости имеются и в других регионах Российской Федерации [7, 8].
В среднем по стране за 2001-2005 гг. распространение пыльной головни составило 0,01-0,5%, на некоторых фермерских полях - до 5-7%. При значительном развитии болезни потери могут достигать 10-15% [9, 10].
Изменение степени поражаемости сортов связано с деятельностью физиологических рас патогена. Они возникают в процессе взаимодействия патогена с растением-хозяином и отличаются одна от другой только реакциями, вызываемыми на различных сортах. По характеру этих реакций и идет идентификация рас [11].
Изучение наследования устойчивости пшеницы к пыльной головне показало, что ее контролируют один, два или три гена. Признак устойчивости наследуется как доминантный или как рецессивный, в зависимости от генетической структуры сорта и специализации патогена [12].
Цель наших исследований - создание устойчивых к пыльной головне сортов яровой мягкой пшеницы.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 1972-2015 гг. на опытных полях и в лабораториях Красноярского НИИСХ. Почва - чернозем выщелоченный. Содержание гумуса 4,3-5,2% (по Тюрину). Характеризуется средней (21,4-23,2 мг/ 100 г почвы) обеспеченностью подвижным калием (по Мачигину), повышенной (3,13,5 мг/100 г почвы) подвижным фосфором (по Мачигину) и низкой (4,60-5,25 мг/кг) нитратным азотом, согласно региональных градаций [13, 14]. Исходный и селекционный материал оценивали на искусственных и естественных инфекционных фонах согласно методике ВИР [15].
Анализ связи поражения пыльной головней с погодными условиями показал, что ее степень зависит как от условий в период инфицирования, так и от условий в фазе всходы - колошение в год проявления болезни. За последние 30 лет (1986-2015 гг.) наибольшее поражение возбудителем отмечено в 1991, 1992, 1993, 2003 гг., когда и инфицирование, и проявление болезни проходило при влажной и теплой погоде.
Наименьшее поражение наблюдали в 1986, 1998, 1999 гг., когда и в период инфицирования, и в период проявления болезни наблюдали сильную засуху. Неблагоприятные условия в первой половине вегетации приводили к гибели ослабленных инфекцией растений. В целом, условия благоприятные для развития растений способствовали и развитию болезни.
Работы по изучению источников устойчивости проводили согласно методикам ВИР [16] и ГСИ [17].
Результаты и обсуждение. В результате изучения инокулюма из разных регионов Красноярского края были идентифицированы 14 рас возбудителей пыльной головни пшеницы - 21, 25, 48, 50-60. При этом расы U. tritici с 50-й по 60-ю зарегистрированы впервые. Многие выявленные расы имели широкий ареал распространения на возделываемых сортах в Красноярском крае, Иркутской и Читинской областях, Хакасии и Бурятии. Наиболее вирулентными были расы 48, 51, 54, которые и использовали в дальнейшем для создания инфекционных фонов [18, 19].
Оценка селекционного материала на инфекционных фонах и жесткая последующая браковка позволили вывести устойчивые к пыльной головне сорта яровой пшеницы Красноярская, Таежная, Новосолянская. Все они были созданы с участием сорта Saunders.
Особый интерес представляет сорт Красноярская, который со временем, снизив уровень устойчивости
при искусственном заражении, на естественном инфекционном фоне по-прежнему не поражался. Причина этого - высокий уровень горизонтальной устойчивости, механизм которой до конца не ясен.
В дальнейшем с участием сорта Красноярская в Красноярском НИИСХ были созданы устойчивые к пыльной головне сорта Красноярская 83, Оя, Черемшанка, Минуса, Красноярская 12, Канская. Кроме того, сорт Красноярская входит в родословную Новосибирской 15, Новосибирской 22, Новосибирской 29, которые тоже устойчивы к поражению пыльной головней.
Успех селекции на иммунитет во многом зависит от наличия эффективных источников устойчивости. На основе многолетнего изучения коллекционных образцов к началу 80-х гг. было выделено 50 источников устойчивости к наиболее распространенным в Красноярском крае расам пыльной головни. Для непосредственного использования в селекции рекомендовали сорта Ленинградка, Московская
21 (Россия); Malborska, Rokicka (Польша); Димитровка 5-18, Димитровка 5-2 (Болгария); Pembina, Monitou (Канада); Nore, Rival, Morris (США); К-49343 (Чили) [20].
В процессе изучения источников устойчивости отмечено, что большинство из них имеют явные агрономические недостатки. В селекционном процессе их можно использовать только путем беккроссов, что заметно увеличивает сроки создания сорта. Поэтому селекционеры и специалисты по иммунитету разработали программу получения хорошо приспособленных к местным условиям источников устойчивости, которую начали осуществлять в 1988 г.
На основе выделенных ранее источников устойчивости и местного селекционного материала было создано
22 источника устойчивости к пыльной головне, превосходящих по продуктивности стандарты и имеющих ряд агрономических достоинств, которые затем включили в селекционный процесс. Из созданных источников 3 образца переданы в ГСИ - Черемшанка (1994 г.), Минуса (2005 г.), Канская (2014 г.). В их родословную входят несколько сортов, устойчивых к пыльной головне, что позволяет генотипам сохранять резистентность более длительный период. В родословной сорта Черемшанка присутствуют сорта Красноярская, Новосибирская 67, Димитровка 5-18; сорта Минуса - Красноярская, Новосибирская 67, Грекум 114; сорта Канская - Красноярская, Таежная, Красноярская 83, Димитровка 5-2, Алтайская 98.
Проведенные исследования показали, что наиболее эффективны парные скрещивания и гибриды ВС1. Если насыщение вели восприимчивым сортом, с каждым последующим беккроссом число отобранных устойчивых линий резко снижалось. Эти же типы скрещиваний оказались эффективными и при отборе на продуктивность. Только в них были обнаружены трансгрессии по продуктивности. Образцы, отобранные из ВС2 и ВС3 не превосходили по продуктивности рекуррентные сорта.
К началу девяностых годов сорта, созданные с участием сорта Saunders, стали терять устойчивость. Также в значительной степени поражались и некоторые из ранее выделенных источников устойчивости. Исследования показали, что появились новые более агрессивные расы патогена - 73, 74, 80, 83 [21]. Поиск новых более эффективных источников устойчивости был продолжен.
За 1991-2010 гг. изучили 1200 образцов яровой пшеницы и выделили 318 источников устойчивости к пыльной головне, что обусловлено изучением в 1991-1995 гг. специализированной коллекции, предоставленной доктором Нильсеном (Канада). Работа с таким большим количеством источников была затруднительна. Поэтому для непосредственного использования в селекционном процессе, на основе изучения источников устойчивости по комплексу ценных признаков, была создана рабочая коллекция, в которую включили хорошо изученные в местных условиях образцы, выделившиеся помимо устойчивости по таким показателям, как продуктивность, качество зерна, скороспелость и др. (табл. 1).
Таблица 1. Источники устойчивости к пыльной головне пшеницы
Направление селек- Источники устойчивости
ции _
Продуктив- Тулеевская, Омская 20, Омская 26, Ом-ность ская 30, Омская 33,
Серебрина, Дуэт, Терция, Алтайская 65, Алтайская 530, Сибирский альянс, Зла-тозара, Сибирская 65 (Россия), Omega (Польша), St-9879, HE-325, Maija (Чехословакия) Tioga (США). Качество Ульяновская 75, Эритроспермум 17430, зерна Алтайский простор, Алтайская 65, Сибирский альянс, Ирень, Новосибирская 15, Валерия (Россия), Monad (Новая Зеландия)
Скороспе- Новосибирская15, Ирень, Новосибирская лость 22, Речка, Тюменская 80, Era/Pembina
(Канада), ZE-1927 (Уругвай), Stiletto (Ав-_стралия), К-48738 (Перу)_
Длительная целенаправленная селекция на устойчивость к пыльной головне, основанная на вовлечении широкого спектра источников резистентности, использовании искусственного инфекционного фона и жесткой браковке, привела к положительным результатам. В последние годы создан устойчивый к патогену сорт Красноярская 12, с 2015 г. он внесен в Госреестр.
В питомнике конкурсного сортоиспытания до 80% селекционного материала обладают высокой устойчивостью к пыльной головне. В то же время не все созданные в Красноярском НИИСХ сорта, рекомендованные к производству, обладают высокой устойчивостью к патогену, что указывает на необходимость дальнейшей работы в этом направлении (табл. 2).
Таблица 2. Устойчивость к пыльной головне сортов селекции Красноярского НИИСХ, внесенных в Госреестр на 2016 г.
Сорт Год внесения в Госреестр Годы испытания Наибольшее поражение пыльной головней*, %
Ветлужанка 1993 1987-2015 32,5
Свирель 2014 2008-2015 14,7
Красноярская 12 2015 2010-2015 0,0
Курагинская 2 2015 2010-2015 19,2
Уярочка 2015 2010-2015 6,7
* - искусственный инфекционный фон
Небольшой, по сравнению с сортом Ветлужанка, уровень поражения новых сортов объясняется, с одной стороны, более высокой их устойчивостью, с другой -недостаточным уровнем инфекционного фона в последние годы. Внедрение в производство устойчивых к пыльной головне сортов и широкое распространение протравливания семян привело к нарушению естественного отбора наиболее агрессивных рас.
Поскольку в производственных посевах пыльная головня отсутствует, инокулюм для заражения берется с
искусственного инфекционного фона, что обедняет расовый состав популяции патогена. При этом необходимость селекции на устойчивость к пыльной головне обусловлена наличием значительного количества фермерских хозяйств, не имеющих техники для протравливания семян.
Следует также отметить, что микроэволюционные процессы в популяции продолжаются, на это указывает, например, потеря резистентности сорта Новосибирская 15. Длительное время он оставался устойчивым на искусственном инфекционном фоне, однако в 2013 г. поражение составило 1,6%, а в 2015 г. - уже 15%.
Выводы. В ходе многолетней работы выделены эффективные источники устойчивости яровой мягкой пшеницы к пыльной головне. Созданные за период исследований устойчивые сорта Красноярская, Таежная, Красноярская 83, Оя, Черемшанка, Минуса, Красноярская 12, Канская и другие представляют собой ценный материал, который до сих пор с успехом используют в селекции на иммунитет. Ввиду потери сортами устойчивости к болезням,поиск новых источников резестентности к патогенам остается актуальным.
Литература.
1. Каратыгин И.В. Возбудители головни зерновых культур. Л.: Наука,1986. 108 с.
2. Тихомиров В.Т. Проблемы иммунитета к болезням зерновых культур в Восточной Сибири // Сиб. вестник с.-х. науки.
1975. № 1. С. 34-37.
3. Knox R., Menzies J. Resistance in wheat to loose smut// Disease resistance in wheat / ed. I. Sharma. CABI Publishing. 2012. Pp. 160-190.
4. Добрецов А.Н. Недобор урожая зерновых культур в Восточной Сибири от поражения растений основными грибными заболеваниями //Научные основы производства зерна в Восточной Сибири. Красноярск: Красноярское книжное издательство,
1976. С. 113-117.
5. Мешкова Л.В. Стратегия создания сортов зерновых культур, устойчивых к грибным патогенам // Селекция на устойчивость к биотическим и абиотическим факторам среды: Материалы научно-методической конференции. Новосибирск, 2006. С. 82-98.
6. Коробейников Н.И., Розова М.А., Борадулина В.А. Принципы и результаты селекции зерновых культур на устойчивость к грибным заболеваниям на Алтае // Селекция на устойчивость к биотическим и абиотическим факторам среды: Материалы научно-методической конференции. Новосибирск, 2006. С. 41-59.
7. Харина А.В. Прогноз поражения яровой мягкой пшеницы пыльной головней //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2014. № 3 (40). С. 8-11.
8. Шешегова Т.К. Анализ фитосанитарного состояния посевов яровых зерновых культур в Кировской области (аналитический обзор)//Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015. № 5. С. 10-14.
9. Харина А.В. Адаптивный потенциал устойчивых к пыльной головне сортов яровой пшеницы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015. № 3 (46). С. 28-31.
10. Прогрессирующие болезни озимой и яровой пшеницы/Н.Л. Назарова, А.А. Мотовилин, Л.Г. Корнеева, С.С. Санин// Вестник защиты растений. 2005. №5. С. 12-14.
11. Кривченко В.И. Типы устойчивости видов пшеницы к расам пыльной головни // Бюлл. ВИР. Л.: ВИР, 1972. Вып. 24. С.63-69.
12. Вьюшков А.А. Селекция яровой пшеницы в Среднем Поволжье. Самара, 2004. 223 с.
13. Гамзиков Г.П. Руководство по почвенной диагностике азотного питания полевых культур в Восточной Сибири. Красноярск: Гротеск, 2001. 24 с.
14. Рекомендации по определению доз минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры на планируемый урожай / Крупкин П. И. и др. Красноярск: Красноярский рабочий, 1987. 24 с.
15. Изучение генетических ресурсов зерновых культур на устойчивость к вредным организмам: методическое пособие / под ред. Е.Е. Радченко. М.: Россельхозакадемия, 2008. 431 с.
16. Методические указания по изучению мировой коллекции пшеницы. Л: ВИР, 1985. 29 с.
17. Методика государственного сортоиспытания с.-х. культур. Выпуск первый (общая часть). М.: Колос, 1985. 269 с.
18. Eight loci for resistance to Ustilago tritici race T11 indicated in 20 wheat lines/1. Sharma, N.S. Bains, V.S. Soha, R.C. Sharma // Cereal Res. Commun. 2011. V. 39. №. 3. P. 376-385.
19. Тихомиров В.Т. Потенциал устойчивых к пыльной головне форм яровой пшеницы для селекции на иммунитет в Восточной Сибири//Науч. техн. бюлл. ВАСХНИЛ. 1981. Вып. 38. С.14-23.
20. Сидоров А.В. Селекция яровой пшеницы на устойчивость к грибным болезням // Селекция и семеноводство. 2001. №3. С. 20-23.
21. Тихомиров В.Т. Селекционно-иммунологические основы повышения устойчивости зерновых культур к головневым болезням в Восточной Сибири: автореф. дис.... докт. с.-х. наук. Новосибирск, 1993. 32с.
BREEDING OF SPRING WHEAT FOR RESISTANCE TO HEAD SMUT
N.A. Neshumaeva, A.V. Sidorov, S.S. Golubev
Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture, prosp. Svobodny, 66, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Summary. The article presents the research results on the creation of spring wheat varieties for resistance to head smut. The investigations were carried out on experimental fields and laboratories of the Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture in 1972-2015. The initial and breeding material were evaluated on artificial and natural infections backgrounds according to the methods developed by All-Russian Institute of Agricultural. Immunological investigation for resistance to head smut was carried out on several directions: the evaluation of the race composition of the pathogen; the study of the resistance of the initial and breeding material; the genetic analysis of resistance to head smut; the implementation of selective breeding for immunity. It was studied 1200 samples of spring wheat during implementation of the program to search for sources of resistance to Ustilago tritici (Pers.) Jens in 1991-2010. For direct use in the breeding process based on the study of sources of resistance on a complex of valuable traits working collection was created. The collection included well-known locally samples, which were separated by other traits besides the resistance: productivity - Tuleevskaja, Omskaja 20, Omskaja 26, Omskaja 30, Omskaja 33, Serebrina, Dujet, Tercija, Altajskaja 65, Altajskaja 530, Sibirskij al'jans, Zlatozara, Sibirskaja 65 (Russia),Omega (Poland), St-9879,HE-325, Maija (Czechoslovakia),Tioga (United States); grain quality - Ul'janovskaja 75, Jeritrospermum 17430, Altajskij prostor, Altajskaja 65,Sibirskij al'jans, Iren', Novosibirskaja 15, Valerija (Russia), Monad (New Zealand); earliness - Novosibirskaja15, Iren', Novosibirskaja 22, Rechka, Tjumenskaja 80 (Russia), Era / Pembina (Canada), ZE-1927 (Uruguay), Stiletto (Australia), K-48738 (Peru). Evaluation of breeding material on infectious backgrounds and rigid rejection was allowed to create the resistant to head smut varieties of spring wheat (Krasnojarskaja, Taezhnaja, Novosoljanskaja, Krasnojarskaja 83, Oja, Cheremshanka, Minusa, Krasnojarskaja 12, Kanskaja varieties). Key words: wheat, breeding, head smut, resistance, Ustilago tritici.
Author Detalis: N.A. Neshumaeva, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: [email protected]); A.V. Sidorov, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; S.S. Golubev, junior research fellow.
For citation: Neshumaeva N.A., Sidorov A.V., Golubev S.S. Breeding of Spring Wheat for Resistance to Head Smut. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. Vol. 30. No. 6. Pp. 22-24 (in Russ.).
