CC BY
17
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2019.90.12.075
УСТОЙЧИВОСТЬ К USTILAGO HORDEI (PERS) KELL. ET SW. ОБРАЗЦОВ ГОЛОЗЕРНОГО ЯЧМЕНЯ
Научная статья
Исачкова О.А.1' *, Логинова А.О.2, Пакуль В.Н.3
1 ORCID: 0000-0002-8912-7256;
2 ORCID: 0000-0003-3667-3744;
3 ORCID: 0000-0003-0681-6273;
1 2' 3 Кемеровский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал СФНЦА РАН,
Кемерово, Россия;
1 Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия, Кемерово, Россия * Корреспондирующий автор (isachkova2410[at]mail.ru)
Аннотация
Представлены результаты изучения коллекционных и селекционных образцов голозерного ячменя на устойчивость к поражению твердой головней на искусственном инфекционном фоне в условиях Западной Сибири. Исследования проводились в Кемеровском НИИСХ - филиале СФНЦА РАН с 2014 по 2019 гг. Результатами фитопатологического анализа 40 коллекционных образцов голозерного ячменя выявлено, что только три сорта имели абсолютную устойчивость (0,0 %) к патогену: Chugokuhadaka N2 (Япония), Buck CDC (Канада), к-30313 (Эфиопия). Большему поражению головневыми грибами подвержены среднеспелые образцы (7,8 % в среднем по группе) в сравнении со среднепоздними и раннеспелыми сортами (7,6 и 2,6 % соответственно). Выделены иммунные образцы, обладающие высокими показателями структуры метелки, крупностью зерна, устойчивостью к полеганию, которые включались в программу скрещиваний для получения высокоурожайных генотипов, устойчивых к поражению местной популяцией головневых грибов. В результате создан новый сорт голозерного ячменя Улей, превосходящий стандартный районированный сорт по урожайности, технологическим, биохимическим показателям, устойчивый к полеганию и головне.
Ключевые слова: голозерный ячмень, головневые грибы, патоген, устойчивость, источник.
RESISTANCE OF HULLESS BARLEY SAMPLES TO USTILAGO HORDEI (PERS) KELL. ET SW.
Research article
Isachkova.A.1' *, Loginova A.O.2, Pakul V.N.3
1 ORCID: 0000-0002-8912-7256;
2 ORCID: 0000-0003-3667-3744;
3 ORCID: 0000-0003-0681-6273;
1 2' 3 Kemerovo Research Institute of Agriculture - Branch of Siberian Scientific Center for Scientific Research, Russian
Academy of Sciences, Kemerovo, Russia;
1 Kuzbass State Agricultural Academy, Kemerovo, Russia
* Corresponding author (isachkova2410[at]mail.ru)
Abstract
The paper presents the results of the study of collection and breeding samples of hulless barley on resistance to damage by stinking smut on an artificial infectious background in Western Siberia. The studies were conducted at the Kemerovo Research Institute of Agriculture, a branch of the Siberian Scientific Center for Scientific Research, Russian Academy of Sciences, from 2014 to 2019. The results of a phytopathological analysis of 40 collection samples of hulless barley revealed that only three varieties had absolute resistance (0.0%) to the pathogen: Chugokuhadaka N2 (Japan), Buck CDC (Canada), k-30313 (Ethiopia). Mid-ripening specimens (7.8% on average in the group) are more affected by stinking smut compared to mid-late and early ripe varieties (7.6 and 2.6%, respectively). Immune samples with high indicators of panicle structure, grain size, and resistance to lodging were identified, they were included in the crossbreeding program to obtain high-yielding genotypes resistant to defeat by a local population of stinking smut. As a result, a new cultivar of bare-grain barley Ulei was created, superior to the standard zoned variety in terms of productivity, technological, biochemical parameters, resistant to lodging, and smut.
Keywords: hulless barley, stinking smut, pathogen, resistance, source.
Введение
В последнее время наряду с пленчатыми сортами, которые возделываются издавна, в стране появились районированные голозерные сорта ячменя. Зерно таких сортов намного питательнее вследствие повышенного содержания белка, незаменимых и заменимых аминокислот, витаминов. Широкому распространению таких сортов препятствует недостаточно высокая зерновая продуктивность, восприимчивость к головневым грибам.
Твердая головня ячменя Ustilago hordei (Pers.) Kell.et Sw. широко распространенное и весьма вредоносное заболевание, проявляющееся в фазу колошения, вызывая задержку развития растений. При поражении колоса происходит полное его разрушение, которое подразумевает под собою превращение зерна в черную споровую массу, которая находится в цветковых чешуйках [1]. Помимо угрозы полной потери урожая, при поражении ячменя твердой головней, возможно снижение уровня накопления сухого вещества в зерне, уменьшение длины колоса, ухудшение кустистости зерновой культуры и количества зерен в колосе. [2], [3], [4].
В настоящее время огромное значение селекции на устойчивость к болезням общепризнано, так как существующая в сельскохозяйственном производстве зависимость от фунгицидов сказывается не только на увеличении себестоимости конечного продукта, но и неизбежно сказывается на экологической чистоте и безопасности. Поэтому весьма актуальным является именно селекционный путь создания устойчивых к возбудителям головневых заболеваний сортов голозерного ячменя [5], [6], [7].
Для выведения таких сортов требуются разнообразные доноры и источники устойчивости. Фитопатологические исследования способствуют выделению и использованию новых источников и доноров устойчивости для расширения генетической основы, создаваемых сортов голозерного ячменя.
С целью выявления генотипов невосприимчивых к твердой головне проведено изучение устойчивости к патогену коллекционного и селекционного материала голозерного ячменя.
Материалы и методы
Исследования проводились на опытном поле Кемеровского НИИСХ - филиала СФНЦА РАН в 2014-2019 гг. Метеорологические условия в период исследований отличались нестабильностью по годам и в пределах одной вегетации, что позволило выявить лучшие генотипы с устойчивостью к головневым грибам. 2019 год был благоприятным по гидротермическим условиям для роста и развития растений голозерного ячменя. 2014, 2016 и 2017 годы отмечены высокими температурами воздуха и отсутствием осадков в период всходы-выметывание и переувлажнением в период выметывание-созревание. Вегетационный период 2015 года характеризовался как засушливый, 2018 г. с избыточным увлажнением.
Для изучения устойчивости 40 образцов голозерного ячменя мировой коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) и сортов собственной селекции к твердой головне, в 2014 -2018 гг. закладывался инфекционный питомник. Для лучшей инокуляции семян использовали водную суспензию хорошо прорастающих спор. Для этого 2 г споровой массы, собранной предварительно с пораженных растений вводили в 1 л воды, затем в этой суспензии замачивали семена анализируемых образцов. После чего семена высушивали и ссыпали в индивидуальные пакетики с соответствующей маркировкой. В качестве сорта-индикатора служил восприимчивый к твердой головне образец Lawina (Германия).
Закладка питомников, учет поражения проведены в соответствии с Методическими указаниями по изучению мировой коллекции ячменя и овса [8], Посев инокулированных образцов производился на 3 -5 дней позже оптимальных сроков посева (вторая-третья декада мая) с площадью учетной делянки 0,2 м2 в двукратной повторности. Оценку устойчивости проводили в фазу цветения и восковой спелости зерна подсчетом больных и здоровых колосьев на делянке. Дифференциацию образцов по типам устойчивости осуществляли по шкале, предложенной В.И. Кривченко [9]: устойчивые - поражение до 5 %, слабовосприимчивые - поражение 6-20 %, восприимчивые - более 20 %.
Результаты и обсуждение
В условиях резко континентального климата Западной Сибири наблюдаются резкие колебания режимов температуры и влажности, что неизменно сказывается на результатах, получаемых в условиях искусственного инфекционного фона. В результате исследований отмечено ежегодное увеличение интенсивности поражения коллекционных образцов твердой головней. Так процент поражения в среднем по питомнику составил: в 2014 году -3,5 %, в 2015 году - 4,9 %, в 2016 году - 7,0 %, в 2017 году - 8,5 %, в 2018 году - 8,9 %, в 2019 году - 9,3 %. Это обусловливает все большую необходимость создания сортов голозерного ячменя устойчивых к поражению твердой головней.
Большая интенсивность нарастания инфекции наблюдалась в 2016 и 2017 годах (+ 2,1 и 1,5 % к предыдущему году соответственно), чему способствовали сложившиеся метеорологические условия, благоприятные для развития патогена (ГТК = 2,45). В другие годы нарастание инфекции было незначительным (+0,4 % к предыдущим годам) вследствие сильной атмосферной и почвенной засухи в период кущение-цветение овса (ГТК = 0,75.. .0,95).
По результатам оценки коллекции голозерного ячменя при искусственном заражении грибами твердой головни определено, что в группу восприимчивых (более 20 %) вошли 12 % образцов, 38 % образцов являются слабовосприимчивыми (до 20 %), около 50 % образцов являются устойчивыми к патогену (до 5 %) из которых только три сорта имели абсолютную устойчивость (0,0 %): Chugokuhadaka N2 (Япония), Buck CDC (Канада), к-30313 (Эфиопия).
Результатами фитопатологического анализа выявлено, что большему поражению головневыми грибами подвержены среднеспелые образцы (7,8 % в среднем по группе) с периодом вегетации 71-80 дней. У среднепоздних образцов (81-90 дней) процент поражения, в среднем по группе, составляет 7,6 %. Наименьший процент поражения отмечен у сортов ранней группы спелости (61-70 дней) - 2,6 %. При этом большинство сортов устойчивых к твердой головне относятся к среднепоздней группе спелости.
Для дальнейшей селекционной работы наибольший интерес представляют образцы сочетающие устойчивость к головневым грибам с высокой продуктивностью зерна. В среднем по группе устойчивые образцы имели урожайность 280 г/м2, слабовосприимчивые - 301 г/м2, восприимчивые - 309 г/м2. В результате комплексной оценки выделены высокопродуктивные образцы голозерного ячменя с устойчивостью к головне, обладающие высокими показателями структуры метелки, крупностью зерна, устойчивостью к полеганию (табл. 1).
Таблица 1 - Источники устойчивости к головневым грибам с высокой продуктивностью зерна голозерного ячменя _(2014-2019 гг.)_
№ каталог а ВИР Сорт Происхожд ение Разновидност ь Поражение головневыми грибами, % Период вегетации, дней Урожайно сть, г/м2 Масса 1000 зерен, г
30919 Омский голозерный 1 (ст-т) Россия nudum 4,7 74 288 44,9
2465 Deime pneise Иран nudum 0,4 72 395 58,2
19361 Nijohadaka Япония nudum 0,5 70 360 56,7
30167 CDC Richard Канада nudum 1,1 81 319 42,5
30173 Buck CDC Канада coeleste 0,0 81 318 37,0
30313 местный Эфиопия nigrinudum 0,0 85 304 39,4
31143 Irbe (PR-3528) Латвия nudum 2,2 79 368 42,1
НСР05 18,3 1,5
Представленные образцы включались в программу скрещиваний для получения высокоурожайных генотипов, устойчивых к поражению местной популяцией головневых грибов.
Полученный селекционный материал также ежегодно проверялся в условиях искусственного инфекционного фона. Из 100 проанализированных линий, наибольшее количество составляли слабовосприимчивые и восприимчивые образцы (соответственно 38 и 8 % от числа изученных). Образцы с поражением более 5,0 % из дальнейшей работы исключались, либо при наличии высоких показателей продуктивности повторно включались в программу скрещиваний. В результате многолетней селекционной работы с целенаправленным отбором на устойчивость к поражению твердой головней создан сорт голозерного ячменя Улей пищевого и фуражного направления, с вегетационным периодом 71-78 дней, средней урожайностью 3,65 т/га, средней озерненностью 20,2 шт. Содержание белка в зерне от 17 до 19 %. Новый сорт отличается выполненной, чистой зерновкой желтого цвета с практически не выступающим зародышем. Масса 1000 зерен 42-48 г. Растения низкорослые (до 62 см). Вымолачиваемость до 97 %. Устойчив к полеганию, прорастанию зерна на корню, практически устойчив к головневым грибам (1,7 % поражения на искусственном инфекционном фоне). Требует предпосевного протравливания семян. Передан на Государственное сортоиспытание в 2018 году.
Заключение
Таким образом, в результате многолетнего анализа устойчивости коллекционных образцов голозерного ячменя к твердой головне в условиях искусственного инфекционного фона выделены источники устойчивости к патогену, характеризующиеся высокой урожайностью, крупностью зерна, устойчивостью к полеганию. Создан новый селекционный материал голозерного ячменя, на Государственное сортоиспытание передан сорт Улей с высокими агробиологическими показателями и устойчивостью к местной популяции головневых грибов.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. Жичкина Л.Н. Устойчивость сортов ячменя к каменной головне в лесостепи Заволжья / Л.Н. Жичкина // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. ст. IX Международной науч.-прак. конф. - Барнаул: РИО АГАУ, 2014. -Кн. 2. - С. 92-93.
2. Орлова Е.А. Влияние возбудителя твердой головни ячменя на хозяйственно-полезные признаки растений / Е.А. Орлова, Н.П. Бехтольд, И.Е. Лихенко // Достижения науки и техники АПК. - 2015. - №3. - Т.29. - С. 4-6.
3. Каратыгин И.В. Генетика головневых грибов / И.В. Каратыгин // Генетические основы устойчивости растений к болезням. - Л.: Колос, 1977. - С. 95-108.
4. Бехтольд Н.П. Вредоносность возбудителя твердой головни ячменя в условиях лесостепи Приобья / Н.П. Бехтольд, Е.А. Орлова // Достижения науки и техники АПК. - 2018. - №7. - Т.32. - С. 36-39.
5. Легкун И.Б. Создание и оценка сортов ячменя озимого на групповую устойчивость к головневым заболеваниям / И.Б. Легкун // Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2015. - №2(19). - С. 41-46.
6. Мусалитин Г.М. Изучение исходного материала ячменя в условиях Алтайского края / Г.М. Мусалитин, В.А. Борадулина, Ж.В. Кузикеев // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. - 2016. - № 2 (177). - С. 47-54.
7. Кукушкина Л.А. Изучение исходного материала для селекции ярового ячменя по элементам структуры урожая / Л.А. Кукушкина, Е.В. Столпивская, В.В. Вуколов // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. -2018. - № 11-2. - С.28-33.
8. Методические указания по изучению мировой коллекции ячменя и овса. СПб: ВИР, 2012. 30 с.
9. Кривченко В.И. Устойчивость зерновых культур к возбудителям головневых болезней / В.И. Кривченко. - М.: Колос, 1984. - 304 с.
Список литературы на английском языке / References in English
1. ZHichkina L.N. Ustojchivost' sortov yachmenya k kamennoj golovne v lesostepi Zavolzh'ya [Stability of barley varieties to stone smut in the forest-steppe of the Volga region] / L.N. ZHichkina // agrarian science-agriculture: SB. St. IX International scientific conference.-practice. Conf. - Barnaul: RIO agau, 2014. - Book. 2. - Pp. 92-93. [in Russian].
2. Orlova E.A. Vliyanie vozbuditelya tverdoj golovni yachmenya na hozyajstvenno-poleznye priznaki rastenij [Influence of the causative agent of hard smut of barley on economic and useful signs of plants] / E.A. Orlova, N.P. Bekhtol'd, I.E. Lihenko // Achievements of science and technology of agriculture. - 2015. - N. 3. - Vol. 29. - Pp. 4-6. [in Russian].
3. Karatygin I.V. Genetika golovnevyh gribov [Genetics of smut fungi] / I.V. Karatygin // Genetic bases of plant resistance to diseases. - L.: Kolos, 1977. - Pp. 95-108. [in Russian].
4. Bekhtol'd N.P. Vredonosnost' vozbuditelya tverdoj golovni yachmenya v usloviyah lesostepi Priob'ya [Harmfulness of the causative agent of hard smut of barley in the conditions of forest-steppe of the Ob] / N.P. Bekhtol'd, E.A. Orlova // Achievements of science and technology of agriculture. - 2018. - N. 7. - Vol. 32. - Pp. 36-39. [in Russian].
5. Legkun I.B. Sozdanie i ocenka sortov yachmenya ozimogo na gruppovuyu ustojchivost' k golovnevym zabolevaniyam [Creation and evaluation of winter barley varieties for group resistance to smut diseases] / I.B. Legkun // Vavilov journal of genetics and breeding. - 2015. - N. 2(19). - Pp. 41-46. [in Russian].
6. Musalitin G.M. Izuchenie iskhodnogo materiala yachmenya v usloviyah Altajskogo kraya [Study of source material of barley in conditions of the Altai territory] / G.M. Musalitin, V.A. Boradulina, ZH.V. Kuzikeev // Works on applied botany, genetics and plant breeding. - 2016. - N. 2 (177). - Pp. 47-54. [in Russian].
7. Kukushkina L.A. Izuchenie iskhodnogo materiala dlya selekcii yarovogo yachmenya po elementam struktury urozhaya [Study of source material for selection of spring barley by elements of crop structure] / L.A. Kukushkina, E.V. Stolpivskaya, V.V. Vukolov // International journal of Humanities and natural Sciences. - 2018. - N. 11-2. - Pp. 28-33. [in Russian].
8. Metodicheskie ukazaniya po izucheniyu mirovoj kollekcii yachmenya i ovsa [Guidelines for the study of the world collection of barley and oats]. SPb: VIR, 2012. 30 PP. [in Russian].
9. Krivchenko V.I. Ustojchivost' zernovyh kul'tur k vozbuditelyam golovnevyh boleznej [Stability of grain crops to pathogens of firebrand diseases] / V.I. Krivchenko. - Moscow: Kolos, 1984. - 304 PP. [in Russian].
