Источники устойчивости к бурой ржавчине озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР для Западной Сибири

Автор: Кашуба Ю.Н., Мешкова Л.В., Плотникова Л.Я.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Статья в выпуске: 7, 2019 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - выявление образцов озимой мягкой пшеницы из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР), устойчивых к бурой ржавчине, для включения их в программы скрещивания по созданию резистентных сортов. Объектами исследований служили 103 образца пшеницы, происходящие из 13 стран. Полевые исследования проводили в условиях южной лесостепи (г. Омск) по общепринятым методикам. По результатам оценки поражения образцов бурой ржавчины вычисляли индекс устойчивости. Образцы проявили разную степень резистентности к этому заболеванию. Наибольшее количество устойчивых сортообразцов выделено из России, США и Украины. Высокую резистентность к болезни проявили номера с различным контролем устойчивости. Это сортообразцы с идентифицированными моногенами: KS-96- WGRC-40 (к-65158, США) - Lr41; CDC-Kestrel (к-64169, Канада) - Lr22а; Дмитрий (к-65224, Краснодар) и Artemida (к-64344, Украина) - Lr34, а также образцы, защищенные комбинациями Lr-генов: Вита (к-64155, Краснодар) - Lr10 +Lr26 + Lr34; KS-8010-72-8 (к-63020, США) - Lr26+ Lr24+; Дока (к-64156, Краснодар) и Сплав (63117, Владимир) - Lr26 + Lr34; Грация (к-64610, Кранснодар) - Lr10 + Lr26; Восторг (к-64584, Краснодар) - Lr34+; Melodya (к-65178, Белоруссия) - Lr26+...

Еще

Озимая пшеница, коллекция, бурая ржавчина, индекс устойчивости, lr-гены

Короткий адрес: https://sciup.org/140245649

IDR: 140245649

Текст научной статьи Источники устойчивости к бурой ржавчине озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР для Западной Сибири

Введение . Приоритетным направлением развития растениеводства в мире, в том числе в России, является стабилизация ежегодных сборов зерна. Снижение урожайности может быть вызвано негативным влиянием как абиотических, так и биотических факторов, включая болезни. В Западной и Восточной Сибири регулярно развивается бурая ржавчина, приводящая к недобору зерна мягкой пшеницы [1].

Включенные в Государственный реестр селекционных достижений РФ по 10-му ЗападноСибирскому региону сорта восприимчивы к бурой ржавчине.

Для расширения генетической базы селекции озимой мягкой пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине в Западной Сибири необходимо использовать сортообразцы различного происхождения, в частности из коллекции ФНЦ «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (ВИР). Перед включением новых источников устойчивости к болезням в селекционные программы необходимо их предварительное изучение в регионе.

Цель исследования : выявление образцов озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР, устойчивых к бурой ржавчине, для включения их в программы скрещивания по созданию резистентных сортов.

Материалы, методы и условия исследования . Материалом для исследования служили 103 образца озимой пшеницы из коллекции ВИР, происходящих из 13 стран мира. В качестве стандарта был использован сорт Омская 4, восприимчивого контроля – сорт Рубин.

Посев провели 24 августа 2017 г., уборку – 18 августа 2018 г. Образцы высевали в однократной повторности на делянках площадью 3 м2. Развитие бурой ржавчины на образцах оценивали по степени поражения листьев по шкале Петерсона (%) [2]. Оценку проводили четырехкратно с интервалом 7 суток в период 10.07–31.07, вплоть до усыхания листьев.

По результатам учетов строили кривые развития болезни и вычисляли площади под ними (ПКРБ) [2]. Степень устойчивости сорта определяли на основании индекса устойчивости ( ИУ ):

ИУ =

ПКРБс

ПКРБк ^,

где с – тестируемый сорт; к – восприимчивый контроль.

На основании ИУ образцы разделяли на группы: высокоустойчивые ( ИУ = 0,10–0,35), среднеустойчивые ( ИУ = 0,36–0,65), низкоустойчивые ( ИУ = 0,66–0,80), высоко восприимчивые ( ИУ > 0,81) [3]. Преимуществом показателя ИУ является то, что он учитывает интенсивность развития инфекционного фона в регионе, который может зависеть от условий вегетации. Данные по урожайности были обработаны методом дисперсионного анализа [4].

Результаты исследования. Общее состояние посевов после зимовки в 2018 г. было удовлетворительное. Средняя зимостойкость образцов составила 50 %. Погодные условия в зоне г. Омска по данным метеостанции «Омск-Степная» отличались значительным недобором тепла в мае и июне (–3,2 °С и – 1,1 °С к среднемноголетним данным соответственно) и большим количеством осадков в эти месяцы (205,7 и 123,2 % к среднемноголетним данным соответственно). В мае произошло докущение озимой пшеницы, увеличение и выравнивание густоты стояния посевов в делянках, что способствовало получению достаточно высокой урожайности. Метеоусловия привели к удлинению вегетационного периода в среднем на 15 суток по сравнению со средними многолетними данными. При этом создались условия для развития бурой ржавчины. Это позволило провести качественную оценку устойчивости образцов озимой пшеницы к западносибирской популяции P. triticina.

Включенная в исследования коллекция была преимущественно представлена образцами из России (34,9 %), Украины (19,4), Казахстана (13,5), США (11,5 %), а также единичными сортами, созданными в других странах (табл. 1).

Таблица 1

Общая характеристика набора образцов озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР по происхождению и устойчивости к бурой ржавчине (2018 г.)

Происхождение	Доля образцов		Распределение по группам устойчивости в соответствии с ИУ , %
Происхождение	шт.	%	0,10–0,35	0,36–0,65	0,66–0,80	более 0,81
Белоруссия	6	5,8	2,8	1,0	1,0	1,0
Болгария	1	1,0	0	1,0	0	0
Венгрия	5	4,9	2,0	1,9	0	1,0
Казахстан	14	13,5	0	10,6	2,9	0
Канада	2	2,0	1,0	0	1,0	0
Китай	2	2,0	0	0	1,0	1,0
Россия	36	34,9	10,7	9,7	8,7	5,8
Румыния	2	2,0	1,0	0	1,0	0
Сербия и Черногория	1	1,0	0	0	0	1,0
США	12	11,5	5,8	2,8	1,9	1,0
Украина	20	19,4	6,8	10,7	1,9	0
Эстония	1	1,0	0	0	1,0	0
Япония	1	1,0	1,0	0	0	0
Всего	103	100	31,1	37,7	20,4	10,8

Значительная часть сортообразцов (31,1 %) проявила в Западной Сибири высокую устойчивость к ржавчине ( ИУ = 0,10–0,35). Из устойчивых сортообразцов наибольшая доля была создана в России (10,7 %), меньше – в Украине (6,8) и США (5,8 %), что указывает на успехи стран в селекции на резистентность к болезни.

В полевых условиях наиболее интенсивно поразился сорт Рубин (восприимчивый контроль). На нем, начиная с первых учетов, скорость развития болезни была наивысшей. Стандарт сорт Омская 4 поразился бурой ржавчиной на 100 %, а по ИУ (0,69) вошел в группу низкоустойчивых образцов (табл. 2).

Таблица 2

Номер каталога ВИР	Образец	Происхождение	Степень поражения, %				ИУ	Урожайность, г/м²
Номер каталога ВИР	Образец	Происхождение	10.07	18.07	25.07	31.07	ИУ	Урожайность, г/м²
1	2	3	4	5	6	7	8	9
-	Омская 4 – стандарт	Омск	5	40	100	сх	0,69	343
-	Рубин	Саратов	40	80	100	100	1,00	202
к-65178	Melodya ( Lr26+ )	Белоруссия	0	0	0	сх	0	203
к-65172	Kotra	- // -	0	1	1	1	0,01	143
к-65179	Plejada	- // -	0	0	1	сх	0,06	347
к-65293	GK-Ati (no- Lr34 )	Венгрия	1	5	10	сх	0,09	317
к-65294	GK-Hollo	- // -	0	1	1	сх	0,02	383
к-64169	CDC-Kestrel ( Lr22а )	Канада	5	10	20	20	0,14	315
к-64189	Apulum (no- Lr34 )	Румыния	0	0	5	сх	0,04	465
к-63020	KS-8010-72-8 ( Lr26 + Lr24+)	США	1	5	10	сх	0,09	222
к-65158	KS-96-WGRC-40 ( Lr41 )	- // -	1	5	5	сх	0,06	262
к-63928	Wabash (no- Lr34 )	- // -	5	10	30	50	0,26	327
к-63526	Charmany	- // -	1	1	5	сх	0,04	367
к-65159	KS-96-WGRC-34 ( Ae. tauschi )	- // -	0	1	1	сх	0,02	445
к-65156	KS-92-WGRC-22 ( Ae. tauschi )	- // -	0	0	1	сх	0,01	533
к-65176	Misiya ( Lr34 )	Украина	1	5	5	сх	0,06	310
к-64344	Artemida ( Lr34 )	- // -	0	10	20	30	0,16	380
-	Харус ( Lr34 )	- // -	1	10	40	50	0,28	258
к-65167	Yasnogirka (no- Lr34 )	- // -	0	5	10	20	0,10	470
к-65171	Darnytsya	- // -	1	10	10	10	0,10	450
к-65166	Pamyat' Remeslo	- // -	1	10	20	30	0,17	332
к-65170	Mylena	- // -	0	5	20	20	0,13	452
к-63109	Kitami 35	Япония	0	10	10	сх	0,11	325
к-63117	Сплав ( Lr26 + Lr34 )	Владимир	0	0	0	0	0	290
к-64155	Вита ( Lr10 + Lr26 + Lr34 )	Краснодар	0	5	5	10	0,06	437

Окончание табл. 2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
к-64156	Дока ( Lr26 + Lr34 )	Краснодар	0	5	5	5	0,05	380
к-64610	Грация ( Lr10 + Lr26)	- // -	0	5	5	10	0,06	215
к-64584	Восторг ( Lr34+)	- // -	5	5	5	5	0,06	355
к-65224	Дмитрий ( Lr34 )	- // -	0	10	20	25	0,16	308
к-64585	Есаул ( Lr34 )	- // -	1	10	40	45	0,28	320
к-64152	Память	- // -	5	5	10	10	0,06	105
к-64281	Светоч ( Lr10+)	Самара	0	1	5	10	0,04	290
НСР 05		-	-	-	-	-	-	23

Примечание : *сх – сухой лист.

Результаты оценки развития бурой ржавчины и урожайности лучших сортообразцов озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР (2018 г.)

Среди образцов отмечены различия в ритмах и степени поражения растений. По характеру развития бурой ржавчины все образцы можно условно разделить на 3 группы. К первой группе можно отнести сортобразцы, проявившие при всех оценках иммунитет или высокую устойчивость (степень поражения 0–10 %, ИУ 0–0,11): Melodya (Белоруссия), GK-Hollo (Венгрия), Apulum (Румыния), KS-96-WGRC-40 (США), Darnytsya (Украина), Kitami 35 (Япония), Сплав (Владимир) и др. В образцах второй группы поражение усиливалось медленно, т. е. сорта эффективно замедляли развитие болезни (степень поражения не более 20–30 %, ИУ 0,13–0,26). Во вторую группу вошли образцы: CDC-Kestrel (Канада), Artemida, Pamyat' Remeslo, Mylena (Украина). К третьей группе отнесены сортообраз-цы, умеренно замедляющие болезнь (степень поражения 40–50 %, ИУ 0,26–0,28): Харус (Украина) и Есаул (Краснодар).

Для эффективного сдерживания развития болезни в регионе желательно создавать полиморфные посевы за счет использования сортов с разными генами / комбинациями генов устойчивости. В связи с этим особого внимания заслуживают образцы с известными Lr-генами. Присутствие генов уточнено по Международной базе данных GRIS (Genetic Resources Information System) [5]. Высокую устойчивость проявили образцы с генами родственного вида Aegilops tauschii: CDC-Kestrel (Канада) – Lr22а, KS-96-WGRC-40 (США) – Lr41, – а также KS-8010-72-8 (США) с комбинацией Lr26 + Lr24+. В связи с необходимостью увеличения генетического разнообразия пшеницы интерес для селекции представляют также высокоустойчивые образцы с неизвестными генами Wabash (no-Lr34) и Charmany. Все образцы из США, за исключением Wabash, имели ИУ ≤ 0,1.

У украинских образцов Artemida и Харус идентифицирован ген устойчивости к бурой ржавчине Lr34 . Эти образцы различались по степени поражения (от 30 до 50 %), что может быть объяснено влиянием генотипа сортов. Степень поражения других образцов колебалась от 5 до 50 %. Образцы Yasnogirka (no- Lr34 ), Pamyat' Remeslo, Mylena и Darnytsya оказались высоко устойчивыми, в них можно предположить присутствие неидентифицированных генов устойчивости.

Группа российских образцов была самой обширной. Среди краснодарских образцы Дмитрий и Есаул имели один ген возрастной устойчивости Lr34 , который замедлял болезни в разной степени. В некоторых сортообазцах можно предполагать присутствие дополнительных не-идентифицированных генов устойчивости: Восторг (Краснодар) – Lr34+ ; Светоч (Самара) – Lr10+ . При наличии 2–3 генов устойчивости максимальное поражение российских образов не превысило 0–10 % ( ИУ ≤ 0,1). Высокую резистентность проявили образцы, защищенные комбинациями генов («пирамидами»): Вита – Lr10 + Lr26 + Lr34 ; Дока и Сплав – Lr26 + Lr34 ; Грация – Lr10 + Lr26 .

Помимо перечисленных номеров для селекции озимой пшеницы в Западной Сибири представляют интерес образцы с неизвестным генетическим контролем устойчивости: Kotra, Plejada (Белоруссия); GK-Ati (no- Lr34 ), GK-Hollo (Венгрия); Apulum (no- Lr34 , Румыния); Kitami 35 (Япония).

Следует отметить, что комбинации из 3–5 генов, включая ген возрастной устойчивости Lr34 , были использованы в создании сортов пшеницы в международном центре СИММИТ. Эти сорта проявили длительную устойчивость к болезни в различных регионах мира [6]. Перечисленные выше образцы (геном Lr34 ) представляют интерес для селекции. Они могут быть использованы в качестве родительских форм при создании сортов озимой пшеницы для Западно-Сибирского региона, замедляющих развитие бурой ржавчины.

Эти сорта замедляют развитие бурой ржавчины (устойчивость по типу «slow rusting») и проявляют устойчивость к болезни.

По урожайности зерна образцы сильно различались, что может быть связано с большим размахом зимостойкости (от 10 до 70 %). Вопросы зимостойкости, урожайности и адаптации к условиям южной степи требуют дальнейшего изучения. Среди высокоустойчивых номеров урожайность выше стандарта Омская 4 показали образцы разного происхождения: GK-Hollo (Венгрия); Apulum (Румыния); Charmany, KS-96-WGRC-34, KS-92-WGRC-22 (США); Artemida, Yasnogirka, Darnytsya, Mylena (Украина); Вита и Дока (Краснодар).

Использование высокоэффективных больших генов (моногенов) технически удобнее для создания резистентных сортов. Однако время сохранения эффективности такого гена трудно прогнозировать. Для продления устойчивости таких сортов необходимо использовать их в составе сортовых мозаик, включающих сорта с разным генетическим контролем устойчивости. В случае создания набора генетически разнородных сортов возможно создание сортовой мозаики, которая будет препятствовать размножению патогена. За счет этого возможно увеличение длительности устойчивости сортов, снижение вспышек болезней и общее оздоровление фитопатологической обстановки в фитоценозах.

Выводы

1. Наибольшая доля устойчивых выявлена среди образцов России, США и Украины.
2. В коллекции выделились сортообразцы с различным контролем устойчивости к болезни:
3. Среди резистентных высокую урожайность показали образцы из Европы, США, Украины, а также созданные в Краснодарском НИИСХ имени П.П. Лукьяненко.

KS-96-WGRC-40 (к-65158, США) – Lr41 ; CDC-Kestrel (к-64169, Канада) – Lr22а ; Дмитрий (к65224, Краснодар) и Artemida (к-64344, Украина) – Lr34 ; Вита (к-64155, Краснодар) – Lr10 + Lr26 + Lr34 ; KS-8010-72-8 (к-63020, США) – Lr26 + Lr24+ ; Дока (к-64156, Краснодар) и Сплав (63117, Владимир) – Lr26 + Lr34 ; Грация (к64610, Краснодар) – Lr10 + Lr26 ; Восторг (к64584, Краснодар) – Lr34+ ; Melodya (к-65178, Белоруссия) – Lr26+ , а также с неидентифици-рованными генами.

Список литературы Источники устойчивости к бурой ржавчине озимой мягкой пшеницы из коллекции ВИР для Западной Сибири

Мешкова Л.В., Россеева Л.П., Сидоров А.В. и др. Физиологическая специализация возбудителя бурой ржавчины пшеницы в Красноярском крае // Вестн. КрасГАУ. - 2019. - № 1. - С. 29-36.
Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам: метод. пособие / под ред. Е.Е. Радченко. - М., 2008.
Макаров А.А., Коваленко Е.Д., Соломатин Д.А. и др. Методы полевой и лабораторной оценки неспецифической устойчивости растений к болезням // Типы устойчивости растений к болезням: мат-лы науч. семинара. - СПб., 2003. - С. 17-24.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416 с.
Международная база данных GRIS (Genetic Resources Information System) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.wheatpedigree.net (дата обращения: 27.03.2019).
Singh R.P., Huerta-Espino J., Bhavani S. et al. Race non-specific resistance to rusts in CIMMYT spring wheats: Breeding advances // BGRI 2010 Technical Workshop Oral Presentations Full Papers and Abstracts May 30-31. - 2010. - St. Petersburg, Russia. - P. 170-182.

Статья научная