Селекция овса на устойчивость к головнёвым заболеваниям в "Омском АНЦ" с использованием генофонда мировой коллекции ВНИИР

Размещено на http://www.allbest.ru/

Селекция овса на устойчивость к головнёвым заболеваниям в "Омском АНЦ" с использованием генофонда мировой коллекции ВНИИР

Васюкевич С.В.,

Мешкова Л.В.,

Пяткова О.В.,

Кравцова Т.И.,

Нагибин М.И.

Омский аграрный научный центр

Аннотация

Представлены многолетние результаты оценки образцов овса мировой коллекции ВНИИР с точки зрения адаптированности к местным природным популяциям головневых заболеваний Омской области с учётом изменения вирулентности возбудителей заболеваний. Ежегодный мониторинг вирулентности возбудителей головни овса зафиксировал изменения в расовом составе и Ustilago avenae Jens. и Ustilago kolleri Wille., начиная с 2011 года, что отразилось в преодолении устойчивости ранее иммунных сортов. Выделенные образцы с различными уровнями устойчивости к этим патогенам были включены в гибридизацию. Иммунные линии, созданные с участием этих сортов, в настоящее время проходят испытания в селекционных питомниках. овес селекционный головневый

Ключевые слова: ОВЁС, СЕЛЕКЦИЯ, ИНФЕКЦИОННЫЙ ФОН, ИММУНИТЕТ, ПАТОГЕН, ГОЛОВНЯ, СОРТ, РЕЗИСТЕНТНОСТЬ

По-прежнему остается актуальной в России проблема защиты зерновых культур от вредных организмов, среднегодовой недобор урожая от которых, включая и болезни, составляет 20,0-35,0 млн. тонн [1]. В Западно-Сибирском регионе недобор зерна при эпифитотийном развитии болезней может достигать 40 и более процентов [2]. Снижение потерь от болезней зерновых культур без отрицательного влияния на окружающую природу предполагает выращивание устойчивых сортов. В настоящее время подобные сорта, включённые в ГР РФ и рекомендованные для возделывания в регионах РФ, составляют всего 10-20 %, в то время как в высокоразвитых странах их число колеблется от 60 до 90 % [3].

В Омской области также большинство выращиваемых сортов овса на площади более 100 тыс. га поражаются грибными заболеваниям, основные из которых - пыльная и покрытая головня. Проявление на посевах овса головнёвых болезней, которые, в зависимости от погодных условий и наличия восприимчивых сортов, могут вызывать эпифитотии, отмечается ежегодно. Этому также способствует выращивание сортов с однотипной генетической основой резистентности. Практически все сорта овса, выращиваемые в настоящее время в области, созданы на основе устойчивости образцов Klintef CD 5347, Harmon и Fraser к головне [4].

Для успешного решения задач при создании устойчивых сортов необходимо наличие разнообразного по резистентности исходного материала, в качестве которого могут быть использованы местные и дикорастущие образцы, сорта инорайонной селекции и гибридные популяции, созданные человеком.

Мировая коллекция овса ВНИИР насчитывает около 12 тыс. образцов, представленных четырьмя культурными и 22 дикорастущими видами из всех регионов происхождения и разнообразия рода Avena.L. [5]. Изучение большого набора образцов овса из этой коллекции по устойчивости к грибным заболеваниям, проведённое учёными ВНИИР, показало, что наиболее устойчивыми видами являются дикорастущие: A.strigosa, A.wiestii, А.barbata, A. vaviloviana, A. fatua и A. sterilis, из культурных видов - A аbyssinica. Ими были также выявлены и рекомендованы для использования в селекционном процессе источники резистентности к покрытой или пыльной головне [6].

Сочетание в одном сорте высокого потенциала продуктивности с устойчивостью к неблагоприятным факторам среды, включая и устойчивость к возбудителям заболеваний, - одна из главных задач селекции. В этом направлении уже получены определённые результаты, но имеются существенные трудности, обусловленные целым рядом причин (в т.ч. отрицательными коррелятивными связями между хозяйственно-ценными признаками, объединением генов, контролирующих устойчивость, в блоки, трудно поддающиеся разрыву в процессе рекомбинаций, и др.) [7].

Результативность селекции на устойчивость к наиболее экономически значимым болезням в конкретном регионе определяется многими факторами, но ведущим является наличие высокоэффективных к местным природным популяциям патогенов источников резистентности, отличающихся не только генетическим разнообразием, но и разными классами устойчивости.

Начало работы лаборатории селекции овса в конце 70-х - начале 80-х годов 20 столетия базировалось на сборе коллекционного материала овса и его проработке в местных условиях, в том числе и по устойчивости к популяции пыльной головни на инфекционном фоне в объемах, показанных в таблице 1.

Таблица 1. Количество коллекционных образцов прорабатываемых на инфекционном фоне по устойчивости к головне в годы выделения элитных растений

Проработка коллекционного материала по устойчивости к местным спорообразцам головни на искусственном инфекционном фоне и индивидуальный отбор по хозяйственно-ценным признакам дали свои результаты. Были получены и переданы на Государственное сортоиспытание сорта Иртыш 13 (и.о. Harmon, год выделения элитного растения - 1978), Иртыш 15 (и.о. Тюменский 82, год выделения элитного растения - 1981), Кемеровский 90 (и.о. New Nortex, год выделения элитного растения - 1977), Казахстанский 70 (и.о. New Nortex, год выделения элитного растения - 1977). Все вышеперечисленные сорта были занесены в реестр селекционных достижений РФ.

Эти сорта были приспособлены к условиям Сибирского региона, а Казахстанский 70 - для выращивания на севере Казахстана. Но их генетический потенциал продуктивности в последующем был превышен более высокоурожайными сортами, выведенными методом гибридизации: Мегион, Орион, Фобос, Памяти Богачкова, Тарский 2, Иртыш 21, Сибирский голозерный, Иртыш 22, Уран, Прогресс, Факел (табл. 2).

Созданные сорта характеризовались практической устойчивостью к пыльной головне (поражение до 5%) при передаче на ГСИ, но в последние годы отмечено сильное поражение большинства из них, что могло быть вызвано изменениями вирулентности возбудителей головнёвых патогенов.

Ежегодный, с 1999 года, мониторинг популяций возбудителей головнёвых заболеваний овса в Омской области показал с 2011 г значительные изменения в расовом составе и Ustilago avenae Jens. и Ustilago kolleri Wille., что отразилось в преодолении устойчивости ранее иммунного сорта Орион [8]. Наряду с поражением сорта Орион, принятого в ГСИ в Омской области в качестве стандарта, и большинства сортов, включённых в ГР РФ, было отмечено сильное поражение сортообразцов питомника КСИ и линий более ранних селекционных питомников в лаборатории. Это стало причиной поиска в коллекционном материале овса новых эффективных источников резистентности с включением их в селекционный процесс с последующей оценкой устойчивости гибридного материала растений-хозяев к местным природным популяциям патогенов при создании иммунных сортов.

Таблица 2. Оценка устойчивости сортов овса Омской селекции на искусственном инфекционном фоне

Примечание: * - сорта овса, созданные совместно с другими НИИ.

Образцы мировой коллекции овса, ежегодно получаемые из ВНИИР, проходят фитопатологическую оценку устойчивости к местным популяциям головневых заболеваний на искусственном инфекционном фоне лаборатории иммунитета растений.

Создание инфекционных фонов, инокуляцию растений и учет их поражения в поле проводили по методике ВНИИР [9], методическим указаниям, предложенным для Западной Сибири и различных агроклиматических регионов России [10, 11].

Заспорение семян плёнчатого овса пыльной и покрытой головней осуществляли на приборе РТ-1, голозёрных форм овса пыльной и покрытой - напылением спор перед посевом по методу А.И. Борггардта - Анпилогова.

Критерием оценки резистентности сортов к головне является число больных метёлок, выраженное в процентах к общему числу стеблей анализируемого образца. По поражению головнёй в устойчивый класс отнесены образцы: иммунные (поражение - 0%) или практически устойчивые (поражение 0,1-5,0 %).

Максимальное проявление заболевания наблюдается при определённом гидротермическом режиме, который необходимо учитывать и (или) создавать. Так, у покрытой головни овса это - +20…+25 оС при глубине заделки семян до 10 см во влажную почву.

С целью создания наиболее благоприятных условий для проявления заболеваний ежегодно осуществляется корректировка сроков посева с учётом погодных условий. С целью контроля степени поражения, которая сильно варьирует в зависимости от метеорологических условий при посеве (температура и влажность почвы) и во время вегетации растений (температура и влажность воздуха), а также от способа цветения растений и других причин, высевали восприимчивый сорт-индикатор (Нарымский 943).

С учетом степени поражения сорта-индикатора и испытуемых образцов пересчитываем интервалы по классам устойчивости и проводим группировку номеров с учётом полученных данных по методическим указаниям, предложенным для условий Западной Сибири [10].

Скрининг устойчивости коллекционных образцов овса осуществлялся с целью выявления эффективных источников резистентности, так как большинство выращиваемых в области сортов проявили восприимчивость к головнёвым заболеваниям.

Сорт Орион, занимающий основные площади посева овса в Омской области, проявлял иммунитет к спорообразцам U. avenae и U. кolleri до 2005 года. С 2006 по 2009 гг. сорт по степени поражения пыльной головнёй был отнесён в класс практически устойчивых (поражение до 5%), степень его поражения варьировала от 0 до 3,9 %, а покрытой - 1,5-4,2 %. Существенное увеличение поражения сорта и преодоление его устойчивости к двум болезням отмечено в 2011-2012 годах [12]. Учитывая изменения вирулентности возбудителей заболеваний, начиная с 2012 по 2017 год, было проработано по устойчивости к пыльной и покрытой головне 245 коллекционных образцов из 33 стран мира. Спорообразцы пыльной и покрытой головни для оценки резистентности коллекционных образцов ежегодно собирали на Госсортоучастках области, на производственных и селекционных посевах овса с целью полного охвата разнообразия генофонда возбудителей заболеваний.

Коллекционные образцы и селекционные формы, учитывая возможность изменения вирулентности патогенов, ежегодно инфицируются спорообразцами и пыльной, и покрытой головни. В результате многолетней проработки по устойчивости к головне были отобраны иммунные и практически устойчивые образцы среди плёнчатых и голозёрных форм (табл. 3).

Таблица 3. Источники овса, резистентные к пыльной и покрытой головне, максимальное поражение, 2013-2017 гг.

Для наглядности устойчивости выделенных коллекционных форм к пыльной головне приведен график их поражения за последние пять лет, начиная с 2012 года (рис. 1).

Одновременно с оценкой по устойчивости к возбудителям головнёвых заболеваний коллекционные образцы прорабатывались и по хозяйственно-ценным признакам. В результате проведённых оценок в селекционный процесс вовлекались только те формы, которые, наряду с иммунитетом, обладали сравнительно высокой продуктивностью (зерновой или зеленой массы), повышенным содержанием белка, высокой натурой и т.д.

Рис. 1. Поражение коллекционных форм овса пыльной головнёй, 2012 -2017 гг., %

Образцы и сорта ЛГ-24, Офеня, Paul, Quaker 604, Pi 183992, выделенные по устойчивости к головне и ряду хозяйственно-ценных признаков, в 2011-2012 гг. были включены в гибридизацию, что позволило отобрать в 2017 году значительное число линий в селекционном питомнике второго года, сочетающих достаточно высокую продуктивность с устойчивостью к головневым заболеваниям (табл. 4).

Таблица 4. Степень поражения головневыми патогенами и продуктивность селекционных линий питомника СП-2, 2017 г.

В настоящее время (2018 г.) эти линии изучаются в контрольном питомнике по хозяйственно-ценным признакам и на инфекционном фоне по резистентности к головнёвым заболеваниям.

С целью расширения генофонда устойчивости растения-хозяина к возбудителям головнёвых заболеваний была проведена оценка сортов и селекционных линий. В результате была сформирована рабочая коллекция, в которую вошли отечественные сорта и линии: Иртыш 22 (к-15065), Помор (к-15117), Левша (к-15014), ЛГ-24, Офеня (ЛГ-25) и зарубежные: Гоша (к-15120, Белоруссия), Florida 657 (к-14967, США), Yllionois 62-1535 (к-14971, США), Texas 65c306 (к-14973, США), Quol (к-14850, США), Quaker 604 (к-14982, Бразилия), Pi 183992 (к-15030, Сербия), Ensiler (к-14758, США), Lotta (к-14619, Канада).

Благодаря широкому использованию в скрещиваниях устойчивых форм был создан гибридный и селекционный материал, который проявляет резистентность к природным популяциям головневых заболеваний. В настоящее время (2018 г.) в СП-1 78% линий резистентно к головне, в СП-2 подобных форм - 70%, в контрольном питомнике - 68%.

1. Изучение мировой коллекции ВНИИР позволило выявить источники устойчивости к головневым заболеваниям, с учётом изменения вирулентности патогенов. К иммунным (поражение 0%) отнесены формы: AC FRANCIS, TROY, к практически устойчивым (поражение до 5%): Florida 657, Paul, Pi 183992, Тайдон, Texas 65 c-306, Quaker 604, ОАС PAISLEY.

2. Выделенные коллекционные образцы включены в программу скрещиваний в качестве отцовских форм. В качестве материнских форм используются хорошо приспособленные к местным условиям образцы из конкурсного сортоиспытания или сорта, внесенные в ГР России. Они имеют высокий потенциал урожайности, но требуют улучшения по устойчивости к болезням и другим хозяйственно-ценным признакам.

3. С целью усиления признака устойчивости к головневым заболеваниям в скрещивания вовлекались созданные в лаборатории линии: (Иртыш 22 / ЛГ-25), (Мутика 972 / Ensiler), (Иртыш 22 / Quaker 604).

4. В настоящее время проходят государственное сортоиспытание два сорта овса, устойчивых к пыльной и покрытой головне: с 2016 года - Сибирский геркулес (с высокими крупяными показателями) и с 2017 года - Тарский голозерный (крупнозерный сорт: масса 1000 зерен 32-36 г).

1. Санин С.С. Генетически защищённые ценозы - решающий фактор производства сельскохозяйственной продукции // Иммуногенетическая защита сельскохозяйственных культур от болезней: теория и практика: Материалы Междунар. науч.- практ. конф., посвящённой 125-летию со дня рождения Н.И. Вавилова. - Большие Вязёмы Московской области, 17-21 июля 2012 г. - 2012. - С. 3-5.

2. Чулкина В.А. Теоретические основы интегрированной защиты растений от инфекционных болезней // Интегрированная защита растений от болезней и вредителей в Сибири / ВАСХНИЛ. Сиб. отд. - Новосибирск. - 1985. - С. 3-15.

3. Захаренко В.А. Экономическая оценка потенциала иммунитета растений к вредным организмам // Защита и карантин растений. - 2010, №6. - С. 2-4.

4. Смищук Н.Г., Мешкова Л.В. Основные направления и результаты селекции овса в СибНИИСХ // Современные аспекты селекции, семеноводства, технологии, переработки ячменя и овса: Материалы Междунар. науч.- практ. конф. - Киров: НИИСХ Северо-Востока. - 2004. - С. 44-46.

5. Лоскутов И.Г. Овес. Идентифицированный генофонд растений и селекция. - СПб. - 2005. - С. 823.

6. Лоскутов И.Г. Овес (Avena L.) Распространение, систематика, эволюция и селекционная ценность // Головневые заболевания. - СПб. - 2007. - С. 220-221.

7. Жученко А.А. Экологическая генетика культурных растений // Повышение адаптивного потенциала культивируемых растений. - Кишинев. - 1980. - С. 36.

8. Мешкова Л.В., Пяткова О.В. Мониторинг популяций возбудителей головневых заболеваний овса в Омской области // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2017, №11 (157). - С. 13-18.

9. Кривченко В.И., Мягкова Д.В., Щелко Л.П., Тимошенко З.В. Методы изучения устойчивости зерновых культур к возбудителям головневых заболеваний. - Л. - 1971. - 60 с.

10. Оценка сельскохозяйственных культур на устойчивость к болезням в Сибири: Метод. рекомендации СО ВАСХНИЛ. - Новосибирск. - 1981. - 45 с.

11. Создание сортов зерновых культур, устойчивых к головневым заболеваниям в Западной Сибири: Метод. рекомендации / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибНИИРС. Сост. Ж.А. Бахарева, Ю.А. Христов. - Новосибирск. - 2003. - 49 с.

12. Определение состава природных популяций ржавчинных и головнёвых заболеваний зерновых культур в Западной Сибири для использования полученных данных в селекционных программах / Руководство подготовили: Л.В. Мешкова, Т.С. Зверовская, О.Б. Сабаева и др. - Омск. - 2018. - 32 с.

Васюкевич С.В., Мешкова Л.В., Пяткова О.В., Кравцова Т.И., Нагибин М.И. Селекция овса на устойчивость к головнёвым заболеваниям в "Омском АНЦ" с использованием генофонда мировой коллекции ВНИИР // АгроЭкоИнфо. - 2019, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2019/2/st_226.doc.