Создание исходного и перспективного селекционного материала для селекции озимой пшеницы на качество зерна и устойчивость к бурой ржавчине

Размещено на http://www.allbest.ru/

Создание исходного и перспективного селекционного материала для селекции озимой пшеницы на качество зерна и устойчивость к бурой ржавчине

Направления селекции озимой пшеницы на качество и устойчивость к бурой ржавчине являются особенно актуальными в связи с выросшими потребностями производства зерна пшеницы на экспорт.

Успех селекции обеспечивается наличием разнообразного исходного материала, основной источник которого - мировая коллекция, поэтому ее изучение считается необходимым для селекционной работы [1].

Важнейшим приоритетом селекции пшеницы является повышение содержания белка и клейковины и хлебопекарных свойств [2].

Для селекции на качество зерна характерны определенные особенности: сложность сочетания белковости с высокой продуктивностью, обратная связь между количеством и качеством клейковины, высокая чувствительность к изменению внешних факторов, ограниченность источников и эффективных доноров качества, тенденция снижения содержания белка к старшим поколениям при возрастании продуктивности, противоречивость информации о закономерностях наследования высокого качества зерна [3-7].

Селекции принадлежит также решающая роль в снижении потерь урожая зерновых от повреждений растений возбудителями болезней, которые в нашей стране в разные годы достигают от 20,0 до 36,0 млн. т. Наиболее эффективным, экономически безопасным способом противостояния этому является возделывание генетически защищенных сортов. Трудности создания таких сортов обусловлены, с одной стороны, необходимостью оптимального сочетания в одном генотипе устойчивости к болезням с комплексом хозяйственно-ценных признаков, а, с другой стороны, тем, что сорта со временем теряют устойчивость вследствие появления новых патотипов [8]. Из-за высокой вариабельности вирулентности возбудителей грибных болезней, в частности, бурой ржавчины (Puccinia triticina Eriks), для селекции требуется постоянный поиск новых источников устойчивости.

В настоящее время широкое развитие получили исследования по созданию не поражающихся бурой ржавчиной растений методами генной инженерии, позволяющими осуществлять перенос конкретных генов устойчивости в растение селектируемой формы, в отличие от объединения при гибридизации целых геномов обоих родителей с наличием нежелательных признаков.

Цель исследования: изучить коллекционные образцы озимой мягкой пшеницы разного эколого-географического происхождения, выделить источники продуктивности, стабильного повышенного качества зерна и устойчивости к бурой ржавчине, получить с их участием гибриды F₁-F₃ поколений.

Материал и методы

В качестве материала для исследований были использованы образцы мировой коллекции ВИР (Санкт-Петербург), Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы CIMMYT (Турция) из 27 стран Европы, Азии, Австралии, Северной и Южной Америки, а также 10 сортов (Заря, Ангелина, Инна, Памяти Федина, Московская 39, Московская 56, Московская 40, Немчиновская 24, Немчиновская 57, Немчиновская 17) и 20 линий собственной селекции. Общее количество изучаемых образцов - 241. Экспериментальный материал выращивали по технологии и схеме опытов, принятых в селекции. F₁ в первый год было получено в теплице, последующие поколения - в полевых условиях. Количество белка в зерне определяли при помощи модернизированной автоматической линии АДМ-300 для определения азота (белка), оценку устойчивости к бурой ржавчине - по шкале Петерсона. Элементы продуктивности анализировали по массе зерна с площади, количеству и массе зерна с колоса и массе 1000 зерен. На 6 сортах озимой пшеницы проводили ПЦР-анализ по 7 генам устойчивости к бурой ржавчине: Lr 9, Lr 10, Lr 19, Lr 21, Lr 24, Lr 37, Lr 46. Синтез праймеров осуществляли в фирме «Синтол», Москва.

Результаты исследований

При изучении коллекции в 2008-2012 гг. проводили оценку сортообразцов по комплексу хозяйственно-ценных признаков и свойств, приоритетными были продуктивность, содержание белка в зерне, устойчивость к бурой ржавчине и зимостойкость. Все полученные образцы были ранжированы по уровням выраженности анализируемых признаков. В таблице 1 представлены шкала оценки признака (от лучшего его значения до наименее ценного) и количества образцов, соответствующие ей. По признакам перезимовки высший балл 9 имели только 10 образцов (4,1% от их общего количества). Это сорта собственной селекции Заря, Ангелина, Инна, Памяти Федина, Московская 39, Московская 40, линяя Эритроспермум 599/08 (Мироновская 29 Ч Московская 39), Мироновская 808 (Украина), К-48706 (Курская область, Россия), и К-57687 (Воронежская область, Россия). Низкий балл имели 66% образцов. В зиму 2010-2011 гг. из-за неблагоприятных условий (ледяной корки на почве) погибло 50% коллекционных образцов.

Таблица 1. Ранжирование коллекционных образцов по хозяйственно-ценным признакам (2008-2012 гг.)

Содержание белка в зерне у образцов варьировало в интервале от 19-20 до 14 % и ниже. Выше 17% белка имели 34 образца (14%). Среди них сорта Московская 39, Московская 40, 4 перспективных линии из коллекции (Мироновская 29 Ч Московская 39) собственной селекции, Мироновская 29, К-64684 (Украина), К-63545 (США), С-060174 (Мексика-Турция-США) и К-48694 (Алтайский край, Россия). Масса 1000 зерен по образцам различалась от более 54,0 г до менее 46,0 г. Крупное зерно имели Галина, Заря Арфа, Камышанка (Россия), С-070574 (Румыния) и С-070578 (Венгрия).

По оценке устойчивости к бурой ржавчине лучшими (без поражения) были сорта Немчиновская 24, Немчиновская 17, до 5% поражения имели образцы Актонивка (Украина), С-080937 (Сербия), 2 линии с комбинацией (Мироновская 29 Ч Московская 39) и 3 линии (Agapic Ч Памяти Федина).

Из числа образцов в качестве источников высокого качества зерна были взяты сорта Московская 40 и Московская 39, в скрещиваниях они, преимущественно, представляли материнские формы.

В таблице 2 представлено F₁ разных комбинаций с источниками высокого содержания белка.

Таблица 2. Наследование содержания белка в зерне у гибридов первого поколения (2012г.)

Содержание белка в зерне в первом поколении в 2012 г. проходило по разному типу наследования признака. В большинстве комбинаций наследование было по принципу неполного доминирования, гетерозис наблюдался у гибрида Московская 40 Ч Московская 56 (hp = 1,06), гибридная депрессия - у гибридов С-060327 Ч Памяти Федина (hp = -2,0), Московская 40 Ч Памяти Федина (hp = -1,64), К-64677 Ч Памяти Федина (hp = -1,08). У большинства комбинаций содержание белка в F₁ было достаточно высоким: от 16,6 до 18,4 %, - за исключением тех, на которых негативно могли сказаться повышенная влажность с осадками в июне, превышающими многолетние на 68%, и сильное развитие биомассы.

Содержание белка в гибридах F₂ в 2011 году не определялось из-за недостаточного количества зерна с растения, необходимого для определения, а весь материал был пересеян осенью того же года.

Анализ линии F₃ по содержанию белка показал, что во всех комбинациях с материнской формой сорт Московская 40 есть высокобелковые (более 17,1% белка) линии, но количество их различно, от 90 до 87 %, соответственно, у гибридов Московская 40 Ч К-63544, Московская 40 Ч Немчиновская 17 до 11% у гибрида Московская 40 Ч С-060327 (рис. 1).

Полученные результаты подтвердили эффективность использования сорта Московская 40 в качестве донора высокого содержания белка.

Рис. 1. Соотношение количества (в %) линий F₃ с разным содержанием белка у гибридных комбинаций с высокобелковым сортом Московская 40 (2012 г.)

Селекционную ценность представляют гибриды, у которых сорта Московская 39 и Московская 40 являются отцовскими формами (табл. 3).

В селекционный и контрольный питомники переданы, соответственно, 30 и 54 перспективных продуктивных короткостебельных линий с высоким содержанием белка.

Таблица 3. Содержание белка в гибридах селекционного питомника, Голицыно (2012 г.)

Как отмечалось ранее, стабильно лучшим по устойчивости к бурой ржавчине в наших условиях является сорт Немчиновская 24, а сорт Немчиновская 17, полученный с участием Немчиновская 24, проявляет невосприимчивость к этому патогену.

Для этих сортов был проведен ПЦР-анализ, идентифицирующий наличие гена устойчивости Lr 9. Во втором поколении гибридов с участием сортов Немчиновская 24 и Немчиновская 17 при помощи такого анализа были отобраны растения, содержащие идентифицированный ген. Потомство растений пересеяно на F₃, где оценка бурой ржавчины проводилась по фенотипу. Характеристика третьего поколения гибридов показана в таблицах 4 и 5.

Таблица 4. Характеристика линий F₃ гибридной комбинации Немчиновская 24 Ч Памяти Федина (2012 г.)

Таблица 5. Характеристика линий F₃ гибридной комбинации Немчиновская 17 Ч Памяти Федина (2012 г.)

В комбинациях с Немчиновской 24 из 15 растений у 11 нет поражения, а по комбинациям с Немчиновской 17 из восьми растений у пяти отмечено поражение.

Полученные данные убеждают с достаточной вероятностью, что сорт Немчиновская 24 может быть донором устойчивости к бурой ржавчине.

Выводы

1. По результатам изучения коллекционного материала для условий Центральных районов Нечерноземной зоны были выделены источники с рядом ценных признаков:

- зимостойкость (9 балл): Заря, Ангелина, Инна, Памяти Федина, Московская 39, Московская 40, линяя Эритроспермум 599/08 (Мироновская 29 Ч Московская 39), Мироновская 808 (Украина), К-48706 (Курская область, Россия), и К-57687 (Воронежская область, Россия);

- содержание белка в зерне (более 17,8%): Московская 39, Московская 40, 4 перспективных линии собственной селекции с комбинацией (Мироновская 29 Ч Московская 39), Мироновская 29, К-64684 (Украина), К-63545 (США), С-060174 (Мексика-Турция-США) и К-48694 (Алтайский край, Россия);

- масса 1000 зерен (более 50,0 г): Галина, Заря, Арфа, Камышанка (Россия), С-070574 (Румыния) и С-070578 (Венгрия);

- устойчивость к бурой ржавчине: Немчиновская 24, Немчиновская 17 - без поражения, 2 линии комбинации (Мироновская 29 Ч Московская 39), и 3 линии - (Agapic Ч Памяти Федина), Актонивка (Украина), С-080937 (Сербия) - до 5% поражения.

2. С источниками хорошего качества зерна: (Московская 40, Звонница (Россия), С-060327 (Турция), К-63937 (США), К-64677 (Украина), - получены высокобелковые гибридные комбинации и показана эффективность использования сорта Московская 40 в качестве донора высокого содержания белка в зерне. Соответственно, 30 и 54 перспективных продуктивные короткостебельных линий с высоким содержанием белка переданы в селекционный и контрольный питомники.

3. По результатам ПЦР-анализа во втором поколении гибридов c использованием не восприимчивых к бурой ржавчине сортов отобраны растения, содержащие ген устойчивости Lr 9. Приведена характеристика линий F₃ по устойчивости к бурой ржавчине в полевых условиях. Доказана эффективность использования сорта Немчиновская 24 в качестве донора устойчивости к этому патогену.

Список использованных источников

пшеница озимый селекция

1. Ремесло Н.В., Животков Л.А., Коломацкий, А.В. Достижения и перспективы в селекции пшеницы // Вестник сельскохозяйственных наук. - 1977. - №11. - С. 42-49.

2. Грабовец А.И. Некоторые аспекты селекции озимой пшеницы на качество зерна // Сб. «Достижения, направления развития сельскохозяйственной науки России (селекция, семеноводство, технология, экономика)». РАСХН; ВНИИСЗК. - Ростов-на-Дону, 2005.

3. Жученко А.А. Ресурсный потенциал производства зерна в России. - М.: Изд. «Агрорус», 2004. 1109 с.

4. Сандухадзе Б.И, Кочетыгов Г.В., Бугрова В.В. и др. Достижения селекции озимой пшеницы в создании сортов, адаптированных к агроклиматическим условиям Центра Нечерноземья // АгроЭкоИнфо. - №1. - 2006-2007. - http://www.agroecoinfo.narod.ru/ journal/STATYI/2007/st_16.doc.

5. Сандухадзе Б.И, Кочетыгов Г.В., Бугрова В.В. и др. Повышение урожайности, качества зерна и отзывчивости на азотные удобрения у современных сортов озимой пшеницы селекции Московского селекцентра // АгроЭкоИнфо. - №1. - 2006-2007. - http://www.agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2007/st_17.doc.

6. Крупнова О.В. О взаимосвязи урожайности с содержанием белка в зерне у зерновых и бобовых культур // С.-х. биология. - 2009. - №3. - С. 13-23.

7. Сандухадзе Б.И. Селекция озимой пшеницы - важнейший фактор повышения урожайности и качества // Достижения науки и техники АПК. - 2010. - №11. - С. 4-7.

Размещено на Allbest.ru