Создание исходного материала озимой пшеницы на устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам в Центральном Нечерноземье Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

дтнли™

ЗЕРНОВЫЕ

УДК 633.11. 631.527

Сандухадзе Б.И., доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, главный научный сотрудник лаборатория селекции и первичного семеноводства озимой пшеницы

Мамедов Р.З., кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией селекции и первичного семеноводства озимой пшеницы

Бугрова В.В., старший научный сотрудник лаборатории селекции и первичного семеноводства озимой пшеницы Марченкова Л.А., ведущий научный сотрудник лаборатории семеноведения и сертификации семян, кандидат сельскохозяйственных наук

Павлова О.В., кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая лабораторией семеноведения и сертификации семян Чавдарь Р.Ф., старший научный сотрудник лаборатории семеноведения и сертификации семян Орлова Т.Г., старший научный сотрудник, лаборатории семеноведения и сертификации семян

ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Немчиновка»

СОЗДАНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К БИОТИЧЕСКИМ И АБИОТИЧЕСКИМ СТРЕССАМ В ЦЕНТРАЛЬНОМ НЕЧЕРНОЗЕМЬЕ

Введение.В Нечерноземной зоне, где преобладающая часть сельскохозяйственных угодий находится в условиях рискованного и даже экстремального земледелия, значение сортов озимой пшеницы адаптированным к местным условиям, устойчивых к наиболее распространенным и вредоносным в данном регионе болезням, особенно к мучнистой росе, ржавчине и септориозу, особенно велико. Результативность селекции зависит от степени обеспеченности ее исходным материалом, характеризующимся разнообразием генотипов, представленных в генофонде мировой коллекции. Поэтому ее изучение является важным этапом селекционной работы.

Мировой опыт свидетельствует о том, что решение данной задачи возможно лишь при использовании в качестве родительских форм генотипов, имеющих максимальное количество хозяйственно-ценных признаков (1). Поэтому, тщательный подбор пар для скрещивания, позволяющий максимально передать потом-

ству положительные признаки и свести к минимуму наследование отрицательных, имеет большое практическое значение.

Цель исследования - всестороннее изучение коллекционного материала озимой пшеницы, выявление генотипов с максимальным количеством положительных признаков и создание на их основе исходного материала, обладающего устойчивостью к болезням и комплексом хозяйственно-ценных свойств.

Материалы и методы. Работа проведена в лаборатории селекции и первичного семеноводства озимой пшеницы ФГБНУ ФИЦ «Немчиновка» за период 2008 -2018 гг. Объектом исследования были сортообразцы озимой пшеницы из коллекции ВИР и международного центра по улучшению пшениц (Б!ММ!Т), включающие генотипы из 27 стран Европы, Азии, Австралии, Северной и Южной Америки, а также сорта и линии селекции ФИЦ «Немчиновка».

Результаты исследований. В лаборатории селекции и первичного семеноводства озимой

пшеницы на протяжении многих лет активно ведется работа по созданию сортов с комплексом хозяйственно-ценных свойств, включая продуктивность, качество зерна, зимостойкость, скороспелость, устойчивость к болезням и другие показатели.

В поисках источников, соответствующих указанным требованиям, нами изучено свыше 250 сортообразцов озимой пшеницы и выявлены генотипы различного происхождения с разной степенью выраженности хозяйственно-ценных признаков. Установлено, что подавляющая часть их поражается болезнями, экологически не приспособлена к условиям региона, содержит комплекс отрицательных свойств, сводящих их использование в качестве исходного материала к минимуму. Многие из них, представляющие большой интерес из-за высокого содержания белка в зерне, характеризовались низкой урожайностью, зимостойкостью, пониженным числом зерен в колосе, пораженностью болезнями. Использование подавляющего

большинства зарубежных номеров оказалось затруднено из-за комплекса отрицательных признаков.

Всесторонняя оценка сортимента коллекции выявила сравнительно небольшое число со-ртообразцов с наибольшим количеством хозяйственно-ценных признаков. В их числе Актонивка, к-64686 (Украина), к-47092 (Швеция), к-64645 (Китай), с- 070578 (Венгрия), с-080937 (Сербия), к-49242 (Белоруссия), большинство из которых имели высокие показатели урожайности, скороспелости и низкостебельности, а образец к-63934 выделился и высокой зимостойкостью. Включение указанных образцов в селекционный процесс позволило улучшить селекционный материал по ряду показателей.

В связи с тем, что генофонд отечественных сортов характеризуется дефицитом резистентных к болезням форм, поиск их среди сортимента коллекции является весьма актуальной задачей. Анализ изучаемого материала показал, что образцы, обладающие хозяйственно-ценными признаками, отличались, в основном, медленным развитием болезней (5-10 %), как к отдельным патогенам (Актонивка, с-070543, к-63934, к-63544 и др.), так и к их комплексу (к-64686, с-070059 и др.). В таблице 1, наряду с коллекционными номерами, показаны и сорта и хорошо отселектированные линии ФИЦ «Немчиновка», которые представляют особый интерес для применения в селекционном процессе.

В их числе Лют. 982/08, Лют. 429/08, Эр. 902/08, Эр. 898/08, характеризующиеся не только групповой устойчивостью к бурой ржавчине и мучнистой росе, но и комплексом других положительных характеристик.

Генотипы со слабой поражен-ностью септориозом листьев были подвержены сильному варьированию по урожайности. Стабильно высокий урожай отмечен только у образца с-070578. Генотипы с-070565, к-63935 сочетали относительную устойчивость к септориозу со скороспелостью.

Особенно ценным исходным материалом признаны сорта Нем-чиновская 24 и Немчиновская 17, являющиеся высокоэффективными источниками устойчивости к

Таблица 1.

Источники устойчивости озимой пшеницы к листовым болезням

Болезни Поражение, % Сорта и линии

Бурая ржавчина 0 Немчиновская 24, Немчиновская 17 (ФИЦ «Немчиновка», Московская обл.)

5 Эр. 1066/08, Эр. 1068/08 (ФИЦ «Немчиновка»), Актонивка до 5 (Украина), с-070543, с-080937 (Сербия), к-64945 (Китай)

Мучнистая роса 5-10 к-63934 (США)

Бурая ржавчина + 5-10 Лют. 982/08, Эр. 902/08, Эр. 898/08, Лют. 429/08, (ФИЦ мучнистая роса «Немчиновка»), к-64686 (Украина), с-070059 (Турция)

Бурая ржавчина + септориоз листьев 5-10 с-070575 (Россия)

rw™,,™ с 1 л к-63544, с-56058 (Россия), с-070578, с-070579 (Венгрия), Септори°з 5-10 с-070565, к-63935

* Эр. -Эритроспермум, Лют. - Лютесценс

бурой ржавчине. У сорта Немчиновская 24 идентифицированы гены ювенильной устойчивости Lr9 и Lr46. Что касается гена Lr9, то существует вероятность его обесценивания из-за появления новых рас с комплементарными генами вирулентности. Способность сохранения длительной устойчивости этому сорту придает присутствие гена Lr 46, обусловливающего медленное развитие болезни (3).

Однако следует отметить, что использование сортов, защищенных вертикальными генами, создает некоторые трудности, которые обусловлены с одной стороны сложностью сочетания в одном генотипе высокоэффективной устойчивости с другими хозяйственно-ценными признаками, с другой - способностью данных типов резистентности утрачивать со временем свою эффективность из-за появления комплементарных к ним генов вирулентности, что отмечено во многих регионах нашей страны и за рубежом (4). Zadoks J.G. еще в 1959 г. (5) высказал мнение, что селекция управляет изменчивостью патогенных рас, так как сорт является идеальным субстратом для размножения адаптированного паразита и, чем шире ведется селекция, тем более вероятно появление новых вирулентностей.

Поэтому селекция озимой пшеницы нашего института предпочитает базироваться на использовании замедленного развития болезни типа «slow -rasting», спо-

собного сдерживать эволюцию рас патогенов. Такой тип устойчивости предполагает поражение до 5-20 % в конце вегетации, когда зерновка уже сформирована и влияние на урожайность минимально. Несмотря на снижение иммунологического потенциала такие сорта сохраняют остаточный эффект и на протяжении многих лет обусловливают сдерживание инфекции, что не снижает их хозяйственно-иммунологической ценности. Реакция медленного типа обеспечивается различными генетическими системами - частичным эффектом олигогенов, аккумуляцией полигенов, комбинированием различных типов устойчивости и др. Многолетняя стабильность данного признака позволяет считать формы с медленным развитием болезней перспективным исходным материалом (6). Такой тип устойчивости предполагает поражение в пределах 5-20 % в конце вегетации, когда зерновка уже сформирована и снижение урожайности минимально.

Наибольшие преимущества в данном качестве показали сорта селекции ФИЦ «Немчиновка», способные сдерживать развитие листовых инфекций - Немчиновская 24, Немчиновская 17, Московская. 39, Московская 40, Московская 56, Немчиновская 57 и линии Эр. 1055/80, Эр. 1066/80, Лют. 989, имеющие разную выраженность хозяйственно-ценных признаков - продуктивность и хорошую приспособленность к

дтнли™

- ЗЕРНОВЫЕ

местным условиям. Включение их в селекционный процесс позволило получить наибольший выход ценных форм во всех питомниках испытания, передать потомству максимальное количество положительных и свести к минимуму наследование отрицательных признаков.

Созданный на базе сортов собственной селекции селекционный материал представляет собой солидную базу линий с комплексом хозяйственно-ценных признаков, приспособленных к условиям региона.

Наибольшую селекционную ценность имеют линии, которые наряду с рядом положительных характеристик несут устойчивость к бурой ржавчине - Эритро-спермум 1068/08, Эритроспермум 902/08, к бурой ржавчине и мучнистой росе - Лютесценс 982/08 и Эритроспермум 898/08 и др., которые широко используются в селекционном процессе.

Существенным преимуществом использования в качестве исходного материала сортов нем-чиновской селекции является их устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Оценка адаптивности сортов и линий проведена на фоне искусственного моделирования стрессовых факторов, в качестве которых использовали хлорид натрия (ИаС!), сульфат алюминия [А!2(Б04)3] и анаэробный стресс, создаваемый путем затопления семян в воде. Реакцию изучаемого материала определяли по ростовым функциям - длине проростков при засолении, длине главного зародышевого корня при закислении и прорастаемо-сти на фоне анаэробного стресса (7, 8, 9). Общая адаптивность оценивалась по кумулятивному эффекту, определяемому с помощью индекса устойчивости «И», представляющего собой сумму показателей устойчивости к каждому стрессовому фактору (и1 +и2+ и3...), приведенных к единице (10). Чем выше индекс устойчивости, тем выше стрессоустойчивость сортов. Сорта селекции ФИЦ «Немчиновка» характеризовались наиболее широким диапазоном адаптивности к токсическому действию стрессоров (табл. 2).

Почти все они превышали многолетние средние показатели по индексу устойчивости (1,80). Максимальные значения

Таблица 2.

Адаптивность сортов озимой пшеницы (ср. 2009-2018 гг.)

Сорта и линии Соле-устойчивость, % И1 Алюмо-усточивость, % И2 Устойчивость к затоплению, % И3 Индекс устойчивости И1+И2+И3

Немчиновская 17 52 75 76 2,03

Немчиновская 24 50 71 79 2,0

Московская 39 56 66 71 1,93

Московская 40 51 68 69 1,88

Московская 56 48 68 70 1,86

Немчиновская 57 46 67 65 1,78

к - 63544 (США) * 25 39 29 0,93

Среднее 46,9 64,9 65,9 1,80

СУ, % 21,6 18,2 25,6 21,5

* для сравнения неустойчивый образец

Таблица 3.

Адаптивность сортов и линий озимой пшеницы из выходных питомников на фоне воздействия стресс-факторов, (2017 и 2018 гг.)

Устойчивость линий (%) на фоне *

№ п/п Линии и их родители засоления И1 закисления И2 вымокания И3 Индекс уст-ти И1+ И2+И3

1 Эр.105/18 (МУ АЫде! х Моск. 39) 57 97 81 2,35

2 Эр. 3512/10 (Ит. 988 х Памяти Федина) 39 98 92 2,29

3 Эр.165/18 (МУ АЫде! х Немч.85) х (Ит. 988 х Памяти Федина) 60 97 66 2,23

4 Эр. 86/17(5оМег х Моск.56) х Моск. 40 46 98 73 2,17

5 Эр. 168/16 (Ит. 988 х Памяти Федина) х Моск.56 42 86 89 2,17

6 Эр. 689/16 (Немч.17 х Моск.39) 42 99 73 2,14

7 Эр. 128/13 (Бо!Шег х Моск. 39) х Моск. 56 40 97 74 2,11

8 Эр. 708/12 (ИЕ 82557 х Моск.56) х Моск.40 39 92 70 2,01

9 Эр. 340/18 (ИЕ 82557 х Моск.56) х Моск.39 47 92 58 1,97

10 Эр. 2294/12 (Лют.982/08 х Моск.56) 32 86 73 1,91

11 Эр.156/16 (2тнпа х Моск.40) 22 86 73 1,81

12 Эр. 105/16 (Ит. 988 х Памяти Федина) х Немч.17 46 90 42 1,78

13 Эр. 342/18 (ИЕ 82557 х Моск.56) х Моск.39) 47 - 60 1,07

14 Эр. 157/18 (МУ Вака х Немч. 17) 43 - 60 1,03

15 Лют. 2244 (Лют. 982 х Немч.57) 18 55 22 0,95

Среднее 41,3 90,2 67,6 1,90

СУ, % 26,8 12,9 26,2 22,0

* стресс-факторы: засоление №С1, закисление А12 (БО4)3, вымокание в воде

индекса устойчивости на сортах озимой пшеницы за годы изучения составили - 2,0-2,53. Данные сорта в течение многих лет проявляют высокую способность сопротивляться вредоносному воздействию стрессовых факторов. Лучше всего противостоят неблагоприятным факторам среды на протяжении многих лет сорта Немчиновская 17, Немчинов-ская 24 и Московская 39. Как указывалось, выше, эти сорта являются наиболее ценным исходным материалом, так как их использование в селекционном процессе позволило существенно улучшить создаваемые линии по комплексу положительных характеристик, включая и адаптивность к воздействию стресс-факторов (табл. 3).

В таблице представлены в основном устойчивые к стрессам линии, 10 из которых превышают средний индекс устойчивости (1,90). При этом лучшие результаты, с индексом устойчивости более 2, отмечены у первых восьми номеров.

Различия сортовых показателей по солеустойчивости варьировали от 18 до 60 %, а по

алюмоустойчивости - от 55 до 99 %, по устойчивости к затоплению - от 22 до 92 %. Наиболее высокую устойчивость к засолению показали линии Эр. 165/18 (МУ ДЫде! х Немч.85) х (Ит. 988 х Памяти Федина) и Эр. 105/18 (МУ ДЫде! х Моск. 39), к вымоканию - Эр. 3512/10 (Ит. 988 х Памяти Федина) и Эр. 168/16 (Ит. 988 х Памяти Федина) х Моск.56.

По устойчивости к закислению существенных различий между линиями не выявлено. По суммарному показателю устойчивости (индексу устойчивости), характеризующему адаптивность, лидируют линии Эр. 105/18 (МУ ДЫде! х Моск. 39), Эр. 3512/10 (Ит. 988 х Памяти Федина) и Эр.165/18 (МУ ДЫде! х Немч.85) х (Ит. 988 х Памяти Федина).

ык

«Немчиновская 24»

«Московская 39»

«Мироновская 808»

€ РМЗ КШМБЕТЫВО 1 ■ ^ (Ш А0«Кузем6етьевскийРМЗ»||^^^^^ - Партнер АО "Росагролизинг" Аккредитован ОАО "Россельхозбанк"

ВСЯ ГАММА ТЕХНИКИ ДЛЯ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ, ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА

пневмисортировальная машина ПСМ

Машины серии ПСМ и ПСЛБ позволяют: Обеспечить сельхоз производителя семенами высшей категории

Повысить урожайность от 7 цент, с га и выше Окупиться за сезон работы в 3 раза Очистить все культуры

Очистить от оискэга семена пшеницы, ячменя и др, культур на 100%

Машины серии УЗМ

Предназначены для предварительной и первичной очистки

Экономичность и простого в знсплуатации Разделение материала осуществляется по ширине, толщине и аэродинамическим свойствам

Получение семвн I и II класса Возможность использования во всех технологических линиях

Простота конструкции обеспечивает надежность и долговечность

комплексы ЗАВ и КЗС:

— 1« строительство и реконструкция

- ■ монтаж и и ус кон а ладна

■ гарантийное и сервисное обслуживание

423710, РТ, Мензелинский район, с. Кузембетьево, ул. Советская, 77А эл. почта: krmz2006@rambler.ru сайт: k-rm2.ru

8(85555) 3-51-61,3-51-72 +7-917-398-06-04

* Генеральная лицензия Банке России N>3349 от 12^08.2015

nipumu™

ЗЕРНОВЫЕ

Большинство устойчивых форм получены на основе сортов селекции ФИЦ «Немчиновка», а также при участии образцов зарубежной селекции - MV Abigel, Ит. 988, Soldier и НЕ 82557.

Данные результаты могут быть использованы в качестве теста стрессового состояния растений озимой пшеницы в ответ на действие токсичности внешних условий и для отбора устойчивых форм.

Полученные в процессе изучения селекционных показателей данные свидетельствуют о том, что подавляющая часть устойчивых к стресс-факторам линий отличается высокими хозяйственно-биологическими показателями (табл. 4).

Все представленные в табл. 4 линии отличаются высокой урожайностью - 52,3-69,5 ц/га и характеризуются комплексом ценных признаков - зимостойкостью, короткостебельностью, устойчивостью к листовым болезням (типа «медленное развитие») и стрессовым факторам среды.

Лучшие результаты по урожаю показали Эр. 128/13 (Soldier х Моск. 39) х Моск. 56, Эр. 168/16 (Ит. 988 х Памяти Федина) х Моск.56, Эр. 340/18 18 (NE 82557 х Моск.56) х Моск.39, и др. Линии Эр. 165/18 (MV Abigel х Немч.85) х (Ит. 988 х Памяти Федина) и Эр. 105/18 (MV Abigel х Моск. 39) выделились по ко-роткостебельности (высота растений 68 и 75 см), вторая еще и по скороспелости (созревает на 4-5 дней раньше стандарта), высоким содержанием белка 17,7% и продуктивностью колоса. Линия Эр.128/13 (Soldier x Моск. 39) х Моск. 56, характеризуется высокой зимостойкостью и пластичностью, отличается мощным листовым аппаратом и короткостебельностью. В большинстве комбинаций, где были использованы высокобелковые сорта Московская 39 и Московская 40, есть линии, с содержанием белка более 17,1%, что подтверждает эффективность использования этих сортов в качестве доноров не столько высокого содержания белка, но и адаптивности к стрессовым ситуациям.

Таким образом, многосторонний подход к выбору родительских форм для селекции озимой пшеницы позволил получить формы, существенно превосходящие стандартные сорта по комплексу хозяйственно-полезных признаков. Установлено, что сорта селекции ФИЦ «Немчиновка», обладая высокими хозяйственно-биологическими свойствами - продуктивностью, скороспелостью, неполегаемостью, высоким содержанием белка, пластичностью, адаптивностью к неблагоприятным факторам среды, медленным развитием листовых болезней, что подтверждено ареалом их распространения в разных агроэкологических условиях, могут быть использованы как лучший исходный материал в разных экологических зонах для создания форм озимой пшеницы с комплексом положительных характеристик.

Таблица 4.

Хозяйственно-биологическая характеристика перспективных линий озимой пшеницы из конкурсного сортоиспытания (2017 и 2018 гг.)

Литература

1. Неттевич. Э.Д. Проблема исходного материала на современном этапе селекции зерновых культур // Избранные труды. Селекция и семеноводство яровых зерновых культур. М: Немчиновка, НИИСХ ЦРНЗ, 2008. - С. 40-43.

2. Сандухадзе Б.И., Соломатин Д.А., Чавдарь Р.Ф. Иммунологическая характеристика исходного материала для селекции озимой пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине // Кн. Генетические основы селекции с.-х. растений. М.1995. - С. 36-46.

3. Лапочкина И.Ф., Гайнуллин Н.Р., Дженин С.В., Руденко М.И., Макарова И.Ю., Иорданская И.В., Коваленко Е.Д., Жемчужина А.И. Использование молекулярных маркеров в передаче эффективных генов устойчивости к бурой ржавчине от новых доноров в сорта мягкой пшеницы // Материалы конференции. Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России. Сергиев Посад. 2009. - С. 70-73.

4. Одинцова И.Г. Методы оценки общей и специфической устойчивости // Кн. Генетические основы устойчивости растений к болезням. Л: Колос. 1977. - С. 129-139.

5. Zadoks J.G. On the formation of physiologic races in plant parasites// Euphytica. 1959. v.8 - № 2. P. 104-116.

6. Марченкова Л.А., Сандухадзе Б.И., Чавдарь Р.Ф. Источники устойчивости к мучнистой росе для селекции озимой пшеницы. Принципы и методы селекции и семеноводства зерновых и зернобобовых культур в Нечерноземье // М: Немчиновка, НИИСХ ЦРНЗ, 1996. - С. 81-91.

7. Семушкина Л.А., Хазова Г.В., Удовенко Г.В. Применение анализа изменения ростовых процессов для диагностики со-леустойчивости растений. / / Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды. Л. «Колос». 1976. - С. 238-242.

8. Лисицын Е.М. Методика лабораторной оценки алюмоустой-чивости зерновых культур // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. - №3. - С. 5-7.

9. Белецкая Е.К. Определение устойчивости пшеницы и ржи к избытку влаги на первых этапах их роста // Методическая рекомендация. Киев. 1976. -12 с.

10. Сандухадзе Б.И., Марченкова Л.А., Рыбакова М.И., Воейкова А.А., Чавдарь Р.Ф. Реакция сортов озимой пшеницы на искусственно создаваемые стрессы для оценки их адаптивности на ранних этапах онтогенеза // Агрохимический вестник. 2015. - № 3. С 27-31.

Сорта и линии Урожай, ц/га Зимостойкость, балл Высота раст., см Индекс уст-ти* И1+И2

Эр. 105/18 (MV Abigel х Моск. 39) 58,9 7 75 2,35

Эр. 3512/10 (Ит. 988 х Памяти Федина) 58,8 8 85 2,29

Эр.165/18 (MV Abigel х Немч.85 ) х (Ит. 988 х Памяти Федина) 54,3 8 68 2,23

Эр. 128/13 (Soldier х Моск.56) х Моск. 40 52,3 7 72 2,17

Эр. 168/16 (Ит. 988 х Памяти Федина) х Моск.56 66,9 7 95 2,17

Эр. 689/16 (Немч.17 х Мос-39) 53,9 6 95 2,14

Эр. 128/13 (Soldier х Моск. 39) х Моск. 56 69,5 7 105 2,11

Эр. 708/12 (NE 82557 х Моск.56) х Моск.40 58,5 7 85 2,01

Эр.340/18 (NE 82557 х Моск.56) х Моск.39 68,2 8 105 1,97

Эр. 2294/12 (Лют.982/08 х Моск.56) 54,4 6 80 1,91

Эр.156/16 (Zmina х Mоск.40) 61,9 7 95 1,81

Эр. 105/16 (Ит. 988 х Памяти Федина) х Немч.17 60,0 6 85 1,78

Эр. 342/18 (NE 82557 х Моск.56) х Моск.39) 68,5 8 105 1,07

Эр. 157/18(MV Baka x Немчиновская 17) 57,7 7 80 1,03

Лют. 2244 (Лют. 982 х Немч. 57) 39,7 4 90 0,95

Среднее 58,9 6,9 88,0 1,9

CV, % 10,0 10,6 14,1 21,2