Інноваційні розробки з наукового забезпечення селекції рослин на стійкість до хвороб та шкідників

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інноваційні розробки з наукового забезпечення селекції рослин на стійкість до хвороб та шкідників

Круть Михайло Володимирович

канд. біол. наук, ст. наук. співроб., пров.наук. співроб. відділу досліджень з питань інтелектуальної власності та маркетингу інновацій Інститут захисту рослин Національної' академії' аграрних наук України, Україна

Анотація

Розроблено методи селекції рослин на стійкість до основних збудників хвороб та методику оцінювання стійкості пшениці озимої, картоплі, конюшини й люцерни до шкідників для створення комплексно стійких сортів. Виявлено донори стійкості картоплі до збудників раку, альтернаріозу, фомозу та цистоутворюючих нематод. Розроблено методики визначення стійкості зернових до високих та низьких температур. Складено колекцію зразків дикого родича пшениці Aegilops biuncilais L. - джерел нових генів стійкості рослин до хвороб та шкідників. Ідентифіковано гени стійкості пшениці м'якої озимої до хвороб за ДНК-маркерами. Сформовано набір сортозразків пшениці озимої з груповою та комплексною стійкістю до хвороб та шкідників. Встановлено фізіологічні та біохімічні механізми стійкості соняшнику, сої, льону олійного до збудників хвороб. Створено колекції ліній соняшнику за ознакою комплексної стійкості до вовчка, сухої гнилі, несправжньої борошнистої'роси та ліній сої' за ознакою комплексної стійкості до білої гнилі та антракнозу. Досліджено стійкість кормових люпинів до найголовніших патогенів. Виявлено сорти та селекційні номери ячменю ярого, вівса, ріпаку, льону-довгунця, стійкі до основних хвороб, а також сортозразки рису, стійкі до збудників хвороб та шкідників. Оцінено стійкість сучасних генотипів конопель посівних, льону-довгунця та льону олійного до основних комах- фітофагів. Розроблено методику оцінювання селекційної цінності вихідного матеріалу основних овочевих рослин за ознакою стійкості до хвороб. У рослин огірка й ячменю виявлено стійкість до вірусних хвороб.

Ключові слова: сільськогосподарські культури, шкідники, збудники хвороб, стійкість.

Вступ

В Україні урожайність сільськогосподарських культур у 2-3 рази нижча, ніж у розвинених країнах. Основною причиною цього недоліку є недотримання товаровиробниками технологій. Адже генетичний потенціал основних сортів та гібридів рослин використовується в середньому тільки на рівні 30%. Важливим елементом дотримання технологій вирощування культур є здійснення захисних заходів проти шкідників, хвороб та бур'янів [1].

За останні 25-30 років різко змінились форми ведення господарства і разом із тим технології вирощування сільськогосподарських культур. На заміну 8- та 10-пільним сівозмінам прийшли 3-4-пільні, і це скоротило період ротації культур у сівозміні вдвічі. Вирощування овочів та картоплі перемістилось у приватний сектор, де дотримання необхідного чергування культур та просторова ізоляція стали неможливими [2].

Особливого значення в відміченій ситуації набуває система інтегрованого захисту рослин. Найбільш рентабельним й екологічно безпечним у цій системі захисту є використання стійких до пошкоджень сортів та гібридів з урахуванням об'єктів, проти яких ці ознаки спрямовані, а також рівня стійкості. Так, на високостійких сортах розмноження шкідників та поширення збудників хвороб можуть стримуватись навіть за умов, що сприяютьїх розвитку. Середньостійкі сорти можуть протистояти шкідливим організмам тільки за слабкого й середнього ступеняїх розмноження. При масовій появі шкідників або епіфітотійному розвитку хвороб на таких посівах треба додатково застосовувати засоби захисту, але при цьому норми витрати пестицидів і кількість обробок можуть бути скорочені [3].

За використання стійких сортів пшениці озимої можна спростити технологію вирощування культури, обсяги застосування пестицидів зменшити на 30-35 %, разом із тим підвищити врожайність на 0,4-0,5 т/га, а валові збори зерна навіть із 50 % посівних площ - на 2,5-3 млн тонн щорічно. На захисті картоплі від колорадського жука за таких умов економія затрат на пестициди може сягати 50 млн грн на рік [4].

Але, не зважаючи на великі досягнення селекції, наявних стійких до шкідливих організмів сортів сільськогосподарських культур ще вкрай недостатньо. До того ж багато є слабких місць у стратегії виведення таких сортів. Одна з причин цього криється у відсутності цілісних баз даних інноваційних розробок з питань щодо наукового забезпечення процесу селекції.

Мета роботи. Формування бази даних інновацій з наукового забезпечення селекції сільськогосподарських культур на стійкість до збудників хвороб та шкідників, яка могла б служити підставою для створення стійких сортів.

Матеріали і методи

селекція рослина хвороба шкідник

Матеріалами для дослідження служили інноваційні розробки Інституту захисту рослин Національної академії аграрних наук України та інших установ Науково-методичного центру «Захист рослин» за 2006-2020 рр. З них виділялися ті, які мають відношення до проблеми стійкості сільськогосподарських культур до шкідників та збудників хвороб. В подальшому здійснювався аналіз цих інновацій для визначенняїх ролі в селекційному процесі.

Результати й обговорення

Працюючи за програмою наукових досліджень «Захист рослин», Інститут захисту рослин та інші установи НААН були задіяні в створенні інновацій захисту рослин. На підставі аналізу роботи, виконаної впродовж 2006-2020 рр., сформовано базу даних інноваційних розробок із захисту рослин в Україні. Ця база даних складається із понад 400 інноваційних розробок, із яких кількість безпосередньо пов'язаних із науковим забезпеченням селекції сільськогосподарських культур на стійкість до хвороб та шкідників перевищує 50.

Інститутом захисту рослин НААН розроблено методи селекції рослин на стійкість до основних збудників хвороб, які враховують наявність бази даних видового та расового складу основних збудників хвороб пшениці, ячменю, ріпаку, гірчиці, томатів у різних ґрунтово-кліматичних зонах України, бази даних складу генів вірулентності основних збудників хвороб, бази даних відомих генів стійкості культур, методику створення та застосування комплексних штучних інфекційних фонів для селекції пшениці на групову стійкість. Створено та передано до Національного центру генетичних ресурсів рослин України бази даних ефективних генів стійкості пшениці до місцевої популяції збудника бурої іржі, джерел резистентності пшениці озимої й ярої до дії збудників бурої іржі, септоріозу, борошнистої роси, твердої сажки та ячменю ярого - до борошнистої роси, твердої й летючої сажки. Використання наявних баз даних дозволить створити генофонд стійких форм рослин, зменшити витрати на пошук джерел стійкості на 40 % та оперативно залучати в селекційний процес найбільш ефективні гени стійкості, а також вилучати малоефективні гени стійкості.

Досліджено ювенільну стійкість зразків перспективних ліній вихідних ланок селекції пшениці озимої до збудників бурої іржі, борошнистої роси, септоріозу, церкоспорельозу. Є в наявності численні бази даних: 1) джерел стійкості пшениці до дії місцевих популяцій збудників бурої іржі, борошнистої роси та септоріозу в зоні Північного Лісостепу України; 2) сортів пшениці озимої м'якої української селекції за алельними станами генів стійкості до грибних патогенів; 3) ефективних генів стійкості пшениці до збудника бурої іржі; 4) расового складу популяції збудника бурої іржі пшениці; генів вірулентності збудника бурої іржі пшениці. Розроблено рекомендації щодо виявлення джерел стійкості пшениці до дії місцевих популяцій збудників бурої іржі, борошнистої роси та септоріозу в зоні Північного Лісостепу України, а також визначення особливостей епідеміологічного стану популяції збудника бурої іржі пшениці (генетична структура і мінливість) [5, 6].

Велику увагу зосереджено на питаннях стійкості картоплі проти нематодних хвороб - нематодозів. Для цього в 2011/15 рр. було перевірено близько 1500 сортозразків із 6 селекційних установ України, із яких 1150 виявилися стійкими до глободерозу (збудник - Globodera rostochiensis Woll.) [7]. Із 22 сортозразків у польових (державних) випробуваннях 17 проявили стійкість до цієї хвороби. По відношенню ж до дителенхозу (збудник - Ditylenchus destructor Thorne) виявлено 1 стійкий сорт (Повінь) і 17 відносно стійких.

Розроблено методику використання механізмів стійкості сільськогосподарських рослин до шкідників для створення комплексно стійких сортів, складовими якої є: польове оцінювання стійкості селекційного матеріалу та сортів пшениці озимої, картоплі, конюшини та люцерни проти основних шкідників; наявність сортозразків пшениці озимої з груповою стійкістю проти шкідників, стійких сортів та гібридів картоплі проти колорадського жука й дротяників, різних за стійкістю сортозразків конюшини різних видів проти насіннєїда-апіона й лучних клопів та сортозразків люцерни посівної вітчизняної й іноземної селекції проти основних шкідників генеративних органів. Є в наявності база даних польового оцінювання рівня стійкості сортозразків пшениці озимої до основних шкідників - клопа черепашки, пшеничного трипса, попелиць, злакових мух, п'явиць, хлібних жуків, пильщиків. Вказано також на цілеспрямованість селекції пшениці: 1) стійкість до осипання - стійкість до

п'явиць та хлібних жуків; 2) стійкість до полягання - стійкість до стеблових хлібних пильщиків. За результатами сумісних досліджень з Миронівським інститутом пшениці імені В.М. Ремесла та Інститутом картоплярства НААН видано колективні монографії: «Методологія оцінювання стійкості сортів пшениці проти шкідників та збудників хвороб» (2010), «Методологія оцінювання сортозразків картоплі на стійкість проти основних шкідників та збудників хвороб» (2013).

Складено колекцію зразків дикого родича пшениці Aegilops biuncilais L., які є джерелами нових генів стійкості рослин до хвороб та шкідників. Розроблено напрями оптимізованого використання генофонду стійких до збудників хвороб та шкідників м'яких пшениць у селекційних програмах: 1) молекулярно - генетичне маркування ознакової колекції генофонду, репрезентованого сортами - донорами та джерелами стійкості до збудників хвороб; 2) наявність генетичного різноманіття за локусами запасних білків сортів зі світової колекції пшениці та ідентифіковані гени стійкості до збудників тих чи інших хвороб; 3) занесення в інформаційну базу даних генофонду сортів пшениці вітчизняної селекції генетичних формул 90 новостворених сортів за локусами запасних білків. Є також інформація про генотипи за молекулярними маркерами генів стійкості картоплі до золотистої картопляної цистоутворюючої нематоди. Все це дозволяє підвищити ефективність селекції рослин на стійкість до шкідників та хвороб на 60 %.

Вченими Української науково-дослідної станції карантину рослин Інституту захисту рослин НААН розроблено ефективні лабораторні й польові методи оцінки стійкості селекційного матеріалу картоплі до альтернаріозу та фомозу. Виявлено стійкі сорти картоплі вітчизняної селекції до альтернаріозу (Скарбниця, Фантазія, Лугівська, Слов'янка, Явір) та відносно стійкі до фомозу (Берніна, Медісон, Мирослава, Соліта).

Розроблено також систему оздоровлення рослин картоплі, створено банк сортів-диференціаторів патотипів раку картоплі та видів і рас цистоутворюючих нематод. Виявлено донорів стійкості картоплі до збудника раку - це сорти Божедар, Сантарка, Щедрик, Слов'янка, Забава, Серпанок, Базис, Фантазія, Червона рута; до нематод - Слов'янка, Водограй, Партнер, Червона рута.

Успадкування стійкості картоплі до раку можна здійснювати ПЛР-аналізом ДНК. Так, ПЛР-діагностика ДНК раку в режимі реального часу дозволяє: 1) виявити та кількісно визначити ДНК раку картоплі у сприйнятливих зразках картоплі; 2) визначити відносну флуоресценцію від 25 до 350; 3) виявити збудника раку на ранніх стадіях розвитку хвороби. При цьому є можливість отримати реальні результати про наявність чи відсутність в досліджуваних зразках ДНК раку картоплі протягом короткого проміжку часу та визначити успадкування стійкості картоплі до раку в термін 2 доби.

Видано методичні рекомендації з визначення стійкості зернових до високих та низьких температур. В них вказано оптимальні температури і час інкубації для визначення морозостійкості ячменю й пшениці озимих та жаростійкості ячменю, наведено методику визначення витоку електролітів. Вказано, що застосування біологічного препарату Reglalg для передпосівної обробки насіння та подальшої обробки рослин під час вегетації сприяє підвищенню рівня стійкості рослин до негативної дії абіотичних чинників, а також збудників грибних хвороб і разом із тим - підвищенню врожайності.

За результатами проведених вченими Миронівського інституту пшениці імені В.М. Ремесла НААН численних досліджень впродовж 2016/20 рр., виділено стійкі зразки серед 203 колекційних номерів пшениці озимої на роздільних штучних інфекційних фонах збудників хвороб, виявлено групову стійкість до хвороб серед 86 номерів селекції МІП, відокремлено серед сортів з різних селекцентрів України 164 зразки за стійкістю до основних збудників хвороб, досліджено на штучних інфекційних фонах збудників хвороб 2239 ліній вихідних селекційних ланок та виділено серед них стійкі. Сформовано набір сортозразків пшениці озимої з груповою та комплексною стійкістю до хвороб та шкідників. 220 константних хворобостійких ліній селекційного розсадника відділу захисту рослин передано у лабораторію селекції пшениці озимої для подальших досліджень та 20 ліній - до Національного центру генетичних ресурсів рослин України.

Інститутом олійних культур НААН встановлено фізіологічні та біохімічні механізми стійкості соняшнику, сої, льону олійного до збудників основних захворювань. Науково обґрунтовано основи створення сортів та гібридів соняшнику з комплексною стійкістю до вовчка та несправжньої борошнистої роси - це принципово нова методика оцінки стійкості соняшнику до вовчка в лабораторних умовах, аналіз імунологічної мінливості колекції та відбір сортозразків з ознаками комплексної стійкості до несправжньої борошнистої роси всіх форм проявлення та вовчка, виявлення агресивних рас вовчка, застосування модернізованого інфекційного штучного фону до основних патогенів. Створено колекції: 1) ліній соняшнику за ознакою комплексної стійкості до вовчка, сухої гнилі, несправжньої борошнистої роси; 2) ліній сої за ознакою комплексної стійкості до білої гнилі та антракнозу. Розроблено методичні рекомендації щодо створення ефективних методів добору ліній соняшнику та сої з високим рівнем стійкості до комплексу основних хвороб.

В Інституті рослинництва імені В.Я. Юр'єва НААН ідентифіковано гени стійкості пшениці м'якої озимої до хвороб за ДНК-маркерами. Так, виділено 10 зразків культури за маркером IB-267 до гена стійкості до бурої іржі Іг26, виявлено пшенично-житні транслокації (1RS хромосоми жита) у 9 зразках пшениці, сформовано каталог генетичної цінності сортів пшениці м'якої озимої з ідентифікованими ДНК-маркерами. Все це може успішно використовуватись у селекційній роботі.

В Національному науковому центрі «Інститут землеробства НААН» досліджено стійкість кормових люпинів і сої до найголовніших патогенів. При цьому створено генофонд стійких форм методом оцінювання ураженості колекційних зразків і селекційного матеріалу на інфекційних фонах, виявлено стійкі до фузаріозу і вірусної вузьколистості селекційні номери люпину та джерела стійкості сої до комплексу хвороб (бактеріози, вірози, мікози), встановлено расовий склад основних патогенів.

Інститутом сільського господарства Карпатського регіону НААН виявлено джерела стійкості сільськогосподарських культур до основних хвороб, а саме: 1) найменш уражувані сорти картоплі до збудників фітофторозу та сухої гнилі;

2) найменш уражувані сорти льону-довгунця до збудників антракнозу, фузаріозу та фузаріозного побуріння; 3) селекційні номери вівса з підвищеною стійкістю до корончатої іржі та гельмінтоспоріозу; 4) високостійкі до борошнистої роси, плямистостей листя, карликової і летючої сажки сорти вівса; 5) відносно стійкі до септоріозу й фузаріозу колоса сорти пшениці озимої; 6) сортономери ячменю ярого з високою стійкістю до борошнистої роси, смугастої плямистості, темно - бурої, сітчастої, карликової іржі, летючої сажки, корончастої іржі та гельмінтоспоріозу; 7) стійкі до пероноспорозу та фомозу сорти ріпаку ярого.

На Прикарпатській державній сільськогосподарській дослідній станції Інституту сільського господарства Карпатського регіону НААН оцінено стійкість олійних хрестоцвітих культур до збудників основних хвороб. Було виділено в чисту культуру та ідентифіковано штами грибів - збудників хвороб:

1) альтернаріозу на листках, стеблах та стручках рослин ріпаку озимого та гірчиці;

2) фомозу на лисках і стеблах ріпаку озимого; 3) склеротиніозу на стеблах ріпаку озимого. Це слід враховувати при проведенні селекційної роботи на стійкість олійних хрестоцвітих культур до місцевих популяцій патогенів.

Інститутом рису НААН досліджено імунологічні властивості сортозразків та сортів рису. При цьому виявлено сорти та сортозразки, стійкі проти збудників хвороб та основних шкідників [8].

В Інституті сільського господарства Північного Сходу НААН проводилися дослідження щодо стійкості сучасних генотипів конопель посівних, льону - довгунця та льону олійного до основних комах-фітофагів. Так, відмічено, що сорт конопель посівних Глоба істотно менше пошкоджується жуками конопляної блішки, а також відзначається найвищим рівнем стійкості до основних шкідників. Сорти ж льону олійного за рахунок більшої площі листкового апарату й облистяності рослин та високої соковитості пошкоджувались в 1,3 рази більше порівняно з сортами льону-довгунця.

В Інституті овочівництва і баштанництва НААН розроблено методику оцінювання селекційної цінності вихідного матеріалу основних овочевих рослин за ознакою стійкості проти хвороб. При цьому вказано на такі можливості: 1) застосування різних математико-статистичних методів для більш ефективного проведення оцінок і доборів стійкого вихідного матеріалу за умов різних інфекційних фонів; 2) створення пакету комп'ютерних програм щодо експертної оцінки результатів фітоімунологічних досліджень в овочівництві, який включає такі модулі: «Аналіз малочисельного варіаційного ряду», «Аналіз результатів однофакторного досліду методом дисперсійного аналізу», «Аналіз результатів досліду методом кореляційного аналізу», «Аналіз результатів досліду методом регресійного аналізу».

Інститутом агроекології і природокористування та Миронівським інститутом пшениці імені В.М. Ремесла НААН проведено також значний обсяг дослідницьких робіт стосовно виявлення у сільськогосподарських рослин стійкості до вірусних захворювань та створення стійких і толерантних сортів.

При цьому вказано на наявність вірусу зеленої крапчастої мозаїки огірка (ВЗКМО) в рослинах огірків тепличних господарств різних областей України, на наявність вірусних антигенів у рослинах томатів та перцю. Оцінено толерантність сортозразків пшениці озимої на основі аналізу продуктивності рослин під впливом вірусу жовтої карликовості ячменю. За результатами діалельного аналізу успадкування толерантності до ВЖКЯ, виявлено генотипи пшениці з високою загальною й специфічною комбінаційною здатністю за цією ознакою, але відмічено різний характер успадкування толерантності залежно від особливостей генотипів сортозразків.

Висновки

Значна частина інноваційних розробок Науково-методичного центру «Захист рослин» на чолі з Інститутом захисту рослин НААН стосується питань щодо наукового забезпечення селекції на стійкість сільськогосподарських культур до шкідників та збудників хвороб. Вони можуть широко використовуватись селекційними установами й іншими науковими установами аграрного профілю при створенні стійких сортів зернових, олійних, овочевих, кормових культур, картоплі, льону-довгунця. При цьому терміни здійснення селекційного процесу можуть бути прискорені на 40-60 %.

Впровадження у виробництво стійких сортів дозволить успішно вирішити проблеми захисту рослин від шкідливих організмів і разом із тим підвищити врожайність вирощуваних культур. Це сприятиме подальшому зміцненню аграрного сектору економіки України та покращанню добробуту населення.

Список використаних джерел:

[1] Загальні збори Національної академії аграрних наук України. Інформаційне повідомлення (2010). Вісник аграрної науки, (12), 5-15.

[2] Лісовий, М.П. (2003). Шляхи підвищення реалізації біологічного потенціалу врожайності сільськогосподарських культур. Вісник аграрної науки, (9), 20-22.

[3] Лісовий, М.П., & Трибель, С.О. (1998). Інтегрований захист. Основа сучасних технологій. Захист рослин, (5), 3-4.

[4] Трибель, С.О., Король, Т.С., Гетьман, М.В. & Братусь, О.В. (2004). Концепція комп'ютерного моделювання селекційного процесу створення комплексно стійких сортів і гібридів проти шкідливих організмів і стресових абіотичних чинників. Інтегрований захист рослин на початку XXI століття. Київ : ІЗР УААН, 737-751.

[5] Лісова, Г.М. (2018). Джерела стійкості пшениці до ураження місцевими популяціями збудників бурої іржі та септоріозу листя в зоні Правобережного Лісостепу України : практичні рекомендації. Київ : ТОВ Гліф Медіа.

[6] Лісова, Г.М. (2018). Епідеміологічний стан популяції збудника бурої іржі пшениці (генетична структура і мінливість) у зоні Правобережного Лісостепу України: методичні рекомендації. Київ: ТОВ Гліф Медіа.

[7] Сігарьова, Д.Д., Ковтун, А.М., Ніколайчук, Л.П., Федоренко, О.Л., Тактаєв, Б.А., Бучик, С.В. & Чигирин, Н.О. (2017). Стійкість селекційного матеріалу картоплі до золотистої картопляної цистоутворюючої нематоди Globodera rostochiensis Wollenweber, 1923. Картоплярство України, (1 -2), 12-17.

[8] Дудченко, Т.В. (2016). Стійкість сортозразків рису національної колекції проти фітофагів. Захист і карантин рослин. Київ : ІЗР НААН, (62), 100-118;

DOI: https://doi.org/10.36495/1606-9773.2016.62.100-118.

Размещено на Allbest.ru