Создание линий-восстановителей фертильности пыльцы подсолнечника, устойчивых к наиболее распространенным расам ложной мучнистой росы в Краснодарском крае

Введение. Подсолнечник – одна из самых рентабельных полевых культур в нашей стране, а возделывание гетерозисных гибридов обеспечивает как повышение урожайности семян, так и увеличение производства растительного масла. Одним из серьезных препятствий для получения высоких урожаев этой культуры являются болезни. К числу наиболее вредоносных болезней относится ложная мучнистая роса (возбудитель Plasmoparа halstedii (Farl.) Berl. еt de Toni), распространенная во всех основных регионах возделывания подсолнечника. Потери урожая при благоприятных для развития патогена условиях могут составлять от 50 до 70 % [1; 2; 3]. При этом потеря основной части урожая сопровождается снижением качества полученных семян.

Данную проблему трудно решить, используя только агротехнические или химические методы, поскольку ни один из них не обладает достаточной эффективностью, и даже комплексное применение их не всегда обеспечивает желаемый результат. Кроме того, химический метод борьбы способствует не только загрязнению окружающей среды, но и удорожанию производства подсолнечника. Несмотря на то, что инкрустация семенного материала является эффективным методом борьбы с ложной мучнистой росой, зафиксировано появление новых рас, устойчивых к токсическому действию фунгицидов [4; 5; 6].

На необходимость дополнительных исследований данной проблемы указывают в своих работах многие ученые. Например, С. Бороевич (1984) выделял четыре основных способа борьбы с патогенными организмами, считая единственно эффективным и безопасным методом борьбы с болезнями и вредителями выведение устойчивых сортов и гибридов. Остальные, такие как химические и биологические меры борьбы с патогенами, а также разработка агротехнических приемов, не относятся к сфере прямого влияния селекционеров [7].

Однако внедрение новых устойчивых форм может стимулировать эволюцию патогена, что приводит к появлению новых рас, преодолевающих существующую устойчивость. В первую очередь, это касается расоспецифической устойчивости (вертикальной, по Ван дер Планку) [8]. Вертикальная устойчивость, несмотря на широкое ее использование в современной селекции, не может обеспечить долговременную защиту гибридам подсолнечника от патогена, обладающего способностью быстро эволюционировать. С появлением новых рас патогена растение оказывается незащищенным из-за отсутствия иммунитета к ним [9].

Современная селекционная программа должна быть направлена на долговременную устойчивость гибридов подсолнечника к возбудителю ложной мучнистой росы, которой, по мнению ряда исследователей [10; 11], можно добиться, сочетая в одном генотипе и вертикальную, и горизонтальную устойчивость [12; 13; 14]. Как следствие, необходимо проводить постоянный мониторинг расового состава популяции патогена.

Сотрудники лаборатории иммунитета и молекулярного маркирования ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК по результатам такого мониторинга указывают на широкое распространение следующих рас возбудителя ложной мучнистой росы: 330, 334, 710 и 730. Доминировавшая ранее раса 330, к которой было устойчиво большинство сортов и гибридов подсолнечника, теряет свои позиции, уступая расам 334, 730 и 710; при этом было отмечено появление в Краснодарском крае новых рас для Российской Федерации – 713, 733 и 734 [2].

Целью нашей работы являлось создание линий-восстановителей фертильности пыльцы с устойчивостью к наиболее распространенным расам возбудителя ложной мучнистой росы в Краснодарском крае.

Материал и методика. Исследования проводили с 2012 по 2018 гг. на цен- тральной экспериментальной базе ФГБНУ ВНИИМК (г. Краснодар) в полевых и лабораторных условиях. Материалом для исследования служили разнообразные в генетическом отношении гибриды подсолнечника отечественной и зарубежной селекции, синтетики (полученные на основе самоопыленных Rf-линий), различающиеся не только по основным хозяйственно ценным признакам, но и по наличию генов устойчивости к разным расам Р. halstedii.

Все изучаемые линии высевали селекционной сеялкой Хеге 95 (компании Wintersteiger), 2-рядковыми делянками. Ширина междурядий 70 см, расстояние между растениями в рядке 35 см. Площадь делянки 20 м2, густота стояния растений 40 тыс./га.

Уход за посевами включал две междурядные культивации и ручные прополки по мере появления сорняков. В течение вегетации растений проводили фенологические наблюдения (подробное описание в динамике развития), учеты поражения болезнями [9].

Всходы отмечали при раскрытии семядолей на поверхности почвы, не менее 75 % взошедших растений. При зацветании первого, периферийного круга трубчатых цветков (пыльники выходят за пределы цветка) отмечали начало цветения. Высоту растений и диаметр корзинки измеряли в период прекращения роста растений [15].

Учет поражаемости болезнью в полевых условиях проводили на естественном фоне. Выбраковывали растения, пораженные ложной мучнистой росой и не соответствующие заданному типу (по продолжительности вегетационного периода, высоте растения, ветвистости, типу наклона корзинки). Лучшие растения подвергали принудительному самоопылению под индивидуальными изоляторами, которые одевали в момент или перед раскрытием язычковых цветков. Никаких дополнительных методов стимуляции опыления путем встряхивания и т.п., не применяли.

Признак автофертильности для само-опыленных линий, которые в дальнейшем будут использоваться в качестве родительских форм, имеет исключительное значение. Известно, что высокая автофертильность существенно облегчает размножение селекционного материала и позволяет добиться идеальной генетической чистоты. Автофертильность определяли как отношение количества выполненных семянок растения, само-опыленного под изолятором, к количеству выполненных семянок, полученных от свободно цветущего растения. Для этого после созревания каждую центральную корзинку с отобранных растений обмолачивали вручную и анализировали индивидуально.

Масличность семян определяли в отделе физических методов исследований на ЯМР-анализаторе АМВ-1006 М (ГОСТ 8 596-2010), лузжистость семян – по ГОСТ 10855-64 и массу 1000 семян – согласно ГОСТ 12042-80 [15; 16; 17].

Оценку устойчивости к наиболее распространенным расам возбудителя ложной мучнистой росы проводили в лаборатории иммунитета и молекулярного маркирования путем искусственного заражения проростков [1]. В качестве контроля использовали восприимчивый сорт ВНИИМК 8883. Наличие кониди-ального спороношения на семядольных листьях, а также некрозы и хлорозы на них и гипокотилях служили показателем восприимчивости, а полное отсутствие признаков проявления болезни на растениях свидетельствовало об устойчивости образцов. Поражение восприимчивого контроля на 100 % служило доказательством достоверности оценки.

Результаты и обсуждение. За годы исследований наблюдавшееся разнообразие метеорологических условий позволило не только всесторонне оценить полученный селекционный материал, но и выделить линии, представляющие практический интерес для селекции гибридов подсолнечника. При создании исходного материала особое внимание уделяли высокой степени автофертильности. В работу брали только те растения, которые под изолятором завязывали максимальное количество семян. В результате многократного индивидуального отбора (метод Педигри) был отобран перспективный материал для получения новых Rf-линий.

Как известно, линии-восстановители фертильности пыльцы, т.е. отцовские формы, должны удовлетворять целому ряду требований, а именно: обладать хорошей комбинационной способностью, иметь высокую пыльцевую продуктивность, крупные семена, стабильно сохранять посевные качества не менее 3 лет, быть устойчивыми к наиболее распространенным расам возбудителя ложной мучнистой росы. Кроме того, они должны быть высоко технологичны (выровнены по высоте растений, срокам цветения и созревания, не полегать и не осыпаться). Поэтому уделяли внимание форме и наклону корзинки, высоте, выровненности и габитусу растений, а также продолжительности вегетационного периода от всходов до цветения.

Применение метода индивидуального отбора с обязательной полевой и лабораторной оценками по потомству в течение всего периода исследований позволило выделить наиболее перспективные линии. Характеристика выделившихся линий представлена в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика новых линий-восстановителей фертильности пыльцы подсолнечника г. Краснодар, ФГБНУ ВНИИМК, 2014 г.

Rf-линия	Период всходы – цветение, сут.	Высота растения, см	Диаметр центральной корзинки, см	Мас-личность семян, %	Луз-жис-тость семян, %	Масса 1000 семян, г
Л 1789	56	144	15	51,7	20,3	43,8
Л 17891	55	126	14	49,7	22,8	40,6
Л 17892	59	137	13	50,1	21,4	43,4
Л 17893	59	124	14	51,2	21,3	36,4
ВК 580 (стандарт)	56	120	14	49,1	22,4	39,6
НСР 05		4	2	2,4	1,3	1,9

На начальных этапах работы отмечалось изменение продолжительности вегетационного периода, который варьировал в зависимости от погодных условий, однако, начиная с I 3 , этот признак стабилизировался на уровне 55–59 суток от всходов до цветения.

Высота растения – это важный количественный признак, от которого зависит не только устойчивость к полеганию, но и технология выращивания гибридов подсолнечника в целом. Известно, что низкорослые родительские линии, особенно в условиях производства, могут не обеспечить достаточное количество пыльцы. И наоборот, высокорослые родительские формы, более 160 см, передадут этот признак гибридам, что может вызвать не только полегание, но и создать определенные трудности при уборке. Селекцию по данному признаку вели на снижение высоты до 150 см с одновременным сохранением высокого потенциала урожайности. Среднее значение высоты растений у выделенных линий составило 133 см (при лимитах от 124 до 144 см), что близко к оптимальным значениям (от 120 до 150 см).

Выполненные, тяжеловесные, крупные семена, имея большой запас питательных веществ, способны формировать мощные растения, устойчивые к неблагоприятным факторам окружающей среды. Масса 1000 семян характеризует качество семенного материала. У выделившихся линий этот показатель варьировал от 36,4 до 43,8 г. У линии Л 1789 масса 1000 семян равна 43,8 г, что на 4,2 г больше, чем у линии-стандарта ВК 580 (39,6 г). Сравнительный анализ по масличности и лузжи-стости позволил выделить наиболее масличные и менее лузжистые формы. Масличность семян у изучаемых линий находилась в пределах от 49,7 до 51,7 %. По результатам исследований, лузжи-стость семянок находилась в оптимальном диапазоне, при среднем значении 21,4 %. Семена имели тонкую, плотно прилегающую к ядру лузгу, воздушная прослойка между ядром и лузгой практически отсутствовала.

Ежегодная лабораторная оценка изучаемых образцов на устойчивость к наиболее распространенным расам (330, 334, 710, 730) возбудителя ложной мучнистой росы проводилась в осенне-зимний период, полученные данные неоднократно свидетельствовали о наличии вертикальной устойчивости к конкретным расам (табл. 2).

Таблица 2

Иммунологическая оценка выделившихся линий подсолнечника к наиболее распространенным расам возбудителя ложной мучнистой росы в Краснодарском крае г. Краснодар, ФГБНУ ВНИИМК, 2014–2015 гг.

Rf–линия	Раса Plasmoparа halstedii *
	330	334	710	730
Л 1789	У	У	У	У
Л 17891	У	У	У	У
Л 17892	У	У	У	У
Л 17893	У	У	У	У
ВНИИМК 8883 (контроль)	В	В	В	В

* фенотипическая реакция линии подсолнечника к заражению расами Р. halstedii :

В – восприимчивая, У – устойчивая

Результаты многолетних исследований позволили выявить одну из наиболее перспективных линий – Л 1789. Эта линия в 2015 г. была переименована как ВК 303 с дальнейшим включением в селекционную программу. Особое внимание уделялось полевой и лабораторной оценкам устойчивости к возбудителю ложной мучнистой росы у полученных экспериментальных гибридных комбинаций. Результаты оценок представлены в таблицах 3 и 4. В качестве контроля (в полевых условиях) использовали гибрид Арена ПР компании Syngenta, ранее самый продаваемый гибрид в России [19].

Полученные данные полевой оценки устойчивости к возбудителю ложной мучнистой росы экспериментальных гибридных комбинаций, приведенные в таблице 3, указывают на характерное варьирование по устойчивости. Растения, пораженные болезнью, отмечены только у двух комбинаций: СЛ 3828 × ВК 527,

СЛ 3866 × ВК 585. Их количество составило 6 и 19 % соответственно. Это свидетельствует о наличии вертикальной устойчивости к наиболее распространенным расам патогена именно в тех гибридных комбинациях, где в качестве отцовской формы была задействована линия ВК 303.

Таблица 3

Полевая оценка экспериментальных гибридных комбинаций подсолнечника на устойчивость к возбудителю ложной мучнистой росы г. Краснодар, ФГБНУ ВНИИМК, 2016 г.

Гибридные комбинации	Всходы – цветение, сут.	Количество растений на делянке, шт.	Количество пораженных растений на делянке
			шт.	%
ВК 678 X ВК 303	52	189	0	0
СЛ 3857 x ВК 303	54	215	0	0
СЛ 3828 x ВК 527	53	200	13	6
СЛ 3866 x ВК 303	54	203	0	0
СЛ 3866 x ВК 585	51	160	31	19
Куб.93 x ВК 303	55	178	0	0
Арена ПР (стандарт)	57	197	0	0

Результаты лабораторной оценки экспериментальных гибридных комбинаций на устойчивость к наиболее распространенным расам возбудителя ложной мучнистой росы подтвердили данные полевых исследований (табл. 4).

Таблица 4

Иммунологическая оценка экспериментальных гибридных комбинаций на устойчивость к наиболее распространенным расам (330, 334, 710 и 730) возбудителя ложной мучнистой росы в Краснодарском крае г. Краснодар, ФГБНУ ВНИИМК, 2016–2017 гг.

Гибридные комбинации	Раса Plasmoparа halstedii *
	330	334	710	730
Арена ПР (контроль)	У*	В	У	У
ВК 678 x вк 303	У	У	У	У
СЛ 3857 x ВК 303	У	У	У	У
СЛ 3828 x ВК 527	У	В	В	В
СЛ 3866 x ВК 303	У	У	У	У
СЛ 3866 x ВК 585	В	В	В	В
Куб.93 x ВК 303	У	У	У	У
ВНИИМК 8883 (контроль)	В	В	В	В

*фенотипическая реакция гибридной комбинации подсолнечника к заражению расами Р. halstedii : В – восприимчивая, У – устойчивая

Фенотипическая реакция гибридных комбинаций подсолнечника к заражению расами Р. halstedii была различной. Однако гибридные комбинации, в которых в качестве отцовской формы использовалась линия ВК 303, по прежнему проявляли устойчивость к действию патогена так же, как и в полевых условиях.

Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что путем многократного самоопыления, оценки и отборов в полевых и лабораторных условиях была создана новая линия-восстановитель фертильности пыльцы ВК 303, селекционная характеристика которой представлена в таблице 5. При проведении сравнительного анализа линия ВК 303 превосходила стандарт ВК 585 по всем показателям.

Таблица 5 Селекционная характеристика новой линии подсолнечника ВК 303

г. Краснодар, ФГБНУ ВНИИМК, 2015 г.

Rf–линия	Период всходы – цветение, сут.	Высота растения, см	Диаметр корзинки, см	Мас-личность, семян %	Масса 1000 семян, г	Реакция на заражение Р. hal-stedii *
ВК 303	54	124	14	49,7	43,8	У
ВК 585 (стандарт)	48	103	12	43,1	38,9	В

*фенотипическая реакция линии подсолнечника к заражению расами Р. halstedii : В – восприимчивая, У – устойчивая

Линия ВК 303 характеризуется вырав-ненностью по высоте растений, устойчивостью к полеганию и осыпанию, одновременным цветением и созреванием. Обладает оптимальным расположением центральной корзинки, которая находится на уровне корзинок, образовавшихся на боковых ветвях. Боковые ветви прижаты к стеблю, ветвление с середины стебля (рис. 1а).

Тонкая, среднего размера корзинка обеспечивает быстрое высыхание и равномерное созревание семян. Семянки черного цвета, яйцевидной формы, среднего размера (рис. 1б, 1в)

а            б            в

Рисунок 1 – Линия подсолнечника ВК 303: а – растение (фаза цветения), б – соцветие (корзинка), в – семянки

Как показывают наши многолетние исследования, линия ВК 303 на протяжении ряда лет обладает вертикальной устойчивостью к наиболее распространенным расам возбудителя ложной мучнистой росы по Краснодарскому краю (табл. 6).

Таблица 6

Иммунологическая оценка новой линии ВК 303 на устойчивость к наиболее распространенным расам (330, 334, 710 и 730) возбудителя ложной мучнистой росы в Краснодарском крае г. Краснодар, ФГБНУ ВНИИМК, 2014–2018 гг.

Rf линия	Раса Plasmoparа halstedii *
	330	334	710	730
ВК 303	У	У	У	У
ВНИИМК 8883 (контроль)	В	В	В	В

* фенотипическая реакция линии подсолнечника к заражению расами Р. halstedii : В – восприимчивая, У – устойчивая

Таким образом, использование ее в качестве отцовской формы обеспечит получение конкурентоспособных гибридов подсолнечника, характеризующихся вертикальной устойчивостью.

Среднеранний гибрид подсолнечника Тайфун (где в качестве отцовской формы была использована линия ВК 303) с 2018 г. включен в государственный реестр селекционных достижений РФ и допущен к использованию по ЦентральноЧерноземному и Северо-Кавказскому регионам [19].

Выводы . Новая линия-восстановитель фертильности пыльцы ВК 303 полностью удовлетворяет предъявляемый к ней целый ряд требований, а именно: обладает хорошей комбинационной способностью, высокой пыльцевой продуктивностью и стабильной устойчивостью к наиболее распространенным в настоящее время расам Р. halstedii по Краснодарскому краю.