Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Еще в двадцатые годы прошлого столетия академик Н. И. Вавилов обосновал необходимость расширения исходного материала для селекции за счет использования всего разнообразия возделываемых растений планеты и их диких сородичей [1]. Проблема генетического родства сортов во многих регионах России и в мире таит в себе угрозу их уязвимости и возможной потери стабильности зернового производства под воздействием негативных биотических и абиотических факторов окружающей среды. Создание сортов яровой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к неблагоприятным факторам среды в условиях Западной Сибири - это одна из актуальных проблем в современном растениеводстве.

В 1998 г. для решения вышеизложенной проблемы селекционные программы Западной Сибири и Казахстана были объединены в Казахстанско-Сибирскую сеть улучшения яровой пшеницы (сокращенно КАСИБ), в которую вошли семь научных учреждений РФ и десять учреждений Казахстана. Все участники сети раз в два года представляют в Казахстанско-Сибирское сортоиспытание (КАСИБ) по 2-4 лучших сорта или линии для совместного изучения. Данные КАСИБа представляют большой интерес, так как они отражают реальную картину поведения сортов и состояния пшеницы на огромной территории [4]. В СИММИТе (Обрегон, Мексика) проводят скрещивания с лучшими адаптивными сортами из Казахстана и Западной Сибири, которые были выделены по данным 2-х летнего испытания. Затем проводится отбор получаемого потомства с использованием методологии ведения челночной селекции СИММИТа.

С 2009 года ОмГАУ является Центром сибирского питомника челночной селекции. Задача Центра заключается в том, чтобы проводить отбор созданных в СИММИТе гибридных популяций на адаптивность и устойчивость к болезням в условиях Западной Сибири [3]. Отобранные популяции используются в дальнейшем селекционном процессе ОмГАУ и рассылаются всем российским участникам программы КАСИБ.

Учитывая, что восприимчивые сорта в среднем снижают урожайность от бурой ржавчины не менее чем на 0,5 т/га, то только в Омской области потери от данного патогена составляют около 400 тыс. т зерна, а в целом по Западной Сибири в пределах 1,5-2 млн т [2].

Пристальное внимание селекционеров в последние 3-4 года к стеблевой ржавчине пшеницы вызвано озабоченностью, в связи с высокой агрессивностью данного патогена. Характерная черта этого вида ржавчины в отличие от бурой заключается в том, что она может практически полностью уничтожать посевы пшеницы. Не случайно, во времена холодной войны данный патоген рассматривался в качестве биологического оружия. Наличие гена Sr31 (наряду с несколькими другими генами) во многих возделываемых сортах пшеницы обеспечивало защиту пшеницы от болезни последние 30 лет. В 1999 году в Уганде было впервые отмечено поражение стеблевой ржавчиной генотипов с геном Sr31, которые до того времени стеблевой ржавчиной практически не поражались. Данный единичный случай оповестил мир о появлении новой расы стеблевой ржавчины, получившей имя Ug99. Потребовалось всего несколько лет для распространения новой расы в пшенично-сеющие регионы Кении и Эфиопии. Уже в 2005-2006 гг. возделывание пшеницы в этих странах без химической обработки было практически невозможно [7]. В 2006 г. раса Ug99 обнаружена на пшенице в Йемене и в 2007 г. в Иране, в 2009 г. - в Пакистане. Вблизи находятся Афганистан, Узбекистан и через Казахстан занос стеблевой расы в Западную Сибирь вполне возможен. Угроза для Казахстана, Западной Сибири, Урала и других регионов России существует, и она реальна. В 2006-2010 гг. более 1000 российских и казахстанских сортов озимой и яровой пшеницы прошли оценку устойчивости в Кении, и лишь единичные сорта продемонстрировали устойчивость.

В соответствии с разработанным совместным проектом ОмГАУ-СИММИТ, в 2009 г. (май-октябрь) селекционные линии ОмГАУ и сибирская коллекция яровой мягкой пшеницы (всего 330 образцов) были оценены на восприимчивость к вирулентной агрессивной расе стеблевой ржачины Ug99 на инфекционном фоне института фитопатологии в Кении (Африка) [6]. Основная часть испытанного материала оказалась неустойчивой к Ug99, лишь несколько селекционных линий имели повышенную устойчивость (толерантность) к данной расе. В связи с интенсивными расообразовательными процессами в популяциях возбудителей наиболее вредоносных болезней, происходящими в последние годы в условиях Западной Сибири, развернута работа по обогащению и расширению генетической базы для селекции и контроль эффективности известных генов устойчивости к болезням [2, 5].

Цель исследования

Создание исходного материала с комплексной устойчивостью к болезням на основе метода челночной селекции и мониторинг коллекции сортов и селекционного материала на устойчивость к стеблевой ржавчине в условиях Западной Сибири.

Материал и методы исследования

Сибирский питомник челночной селекции (СПЧС) формируется из популяций, отобранных в питомниках КазРус (сокр. Казахстан - Россия). При испытании популяций в питомниках КазРус и СПЧС повторность однократная, стандартов - не менее, чем шестикратная. Сорта - стандарты: Памяти Азиева (среднеранний), Омская 29 (среднеспелый), Омская 35 (среднепоздний).

Срок сева поздний 24-27 мая, для большей вероятности заражения посевов стеблевой ржавчиной, которая чаще поражает пшеницу в поздних сроках сева. Посев сеялкой ССФК-7 на глубину 5 см. Способ посева - рядовой. Норма высева 500 зёрен/м². В течение вегетации проведены фенологические наблюдения, оценка устойчивости к болезням. Селекционные оценки и наблюдения в питомниках проводили в соответствии с общепринятой методикой селекционного процесса. Стандарты и популяции убирались в фазу полной восковой спелости вручную при помощи серпов. Селекционный материал обмолачивался на сноповой молотилке МПСУ-500. Для определения урожайности сухое зерно взвешивалось.

Питомник КАСИБ высевался в 3-х кратной повторности на делянках 3 м². Учеты и наблюдения аналогичные с питомниками челночной селекции. Методики изучения исходного материала, применяемые в селекционном процессе, и статистической обработки полученных данных - общепринятые. Оценка степени поражения стеблевой ржавчиной в условиях опытного поля ОмГАУ проводилась в процентах, а в Кении по следующей шкале: R (Resistance - устойчивый) - 1 балл (поражение 5 %); MR (Moderately resistanсе - относительно устойчивый) - 2-3 балла; S (Susceptible - восприимчивый) - 4 балла (поражение более 60 %) по шкале Cobb. Сформированная из устойчивых образцов к Ug99 коллекция яровой мягкой пшеницы высевалась на опытном поле ОмГАУ на делянках по 1 м². Всего изучено 180 сортов. Повторность четырехкратная. Оценка на восприимчивость к вирулентной агрессивной расе стеблевой ржачины Ug99 проведена на естественном фоне Института фитопатологии в Кении (Африка).

Результаты исследования и их обсуждение

За 11 лет в научных учреждениях Западной Сибири и Казахстана проведена оценка 4085 линий и популяций по 921 комбинации скрещивания - в среднем 4 линии и популяции на комбинацию. Это позволило увеличить генотипическое разнообразие исходного материала в каждом селекционном учреждении - участнике программы КАСИБ.

Исходный материал, созданный в СИММИТ, имеет большую ценность в решении проблемы устойчивости к листовым патогенам, о чем свидетельствует оценка питомников в условиях 2009-2011 гг. (табл.1).

Таблица 1 Результаты изучения гибридных популяций яровой пшеницы по программе челночной селекции (2009-2011 гг.)

Гибридные популяции и линии, выделенные в питомниках челночной селекции, как источники хозяйственно-ценных признаков, включены в селекционный процесс лаборатории селекции пшеницы ОмГАУ (табл. 2).

Таблица 2 Количество линий и популяций из питомников челночной селекции, включенных в селекционный процесс в ОмГАУ (2011 г.)

В таблице 3 приведена общая характеристика популяций в СПЧС-1 в 2010 г. по степени устойчивости к бурой и стеблевой ржавчине.

Таблица 3 Общая характеристика популяций СПЧС-1 по устойчивости к болезням (2010 г.)

Из 140 популяций 32 имеют высокую степень устойчивости к Ug99. К местным расам популяции СПЧС-1 практически иммунны: по стеблевой ржавчине - 135 популяций, по бурой - 132. Следовательно, в случае заноса Ug99 на территорию региона, уже имеется исходный материал, устойчивый к этой агрессивной расе.

По результатам оценки сортов и селекционных линий в Кении выделена рабочая коллекция из 9 источников, наиболее устойчивых к Ug99. Проведена селекционная оценка выделенных линий в контрольном питомнике ОмГАУ (табл. 4).

Таблица 4 Результаты оценки линий, устойчивых к расе Ug99 стеблевой ржавчины (Омск, 2011)

Лучшие линии BC1E59/L.20639(22889), NS888 Lr19/Lut.45-95, NS888Lr19 x Kormovaya12, Om.20/Irt.10//L.444/3/Akt, сочетающие устойчивость к бурой, стеблевой ржавчине и мучнистой росе с высокой продуктивностью будут включены в последующие питомники селекционного процесса и использованы для гибридизации в качестве источников устойчивости к Ug99.

Заключение

Таким образом, в ближайшие годы на фоне ухудшающейся фитопатологической обстановки, связанной с появлением агрессивных рас бурой и стеблевой ржавчины и возделыванием восприимчивых сортов на основной площади посева пшеницы в Западной Сибири, возможно возрастание потерь урожая яровой пшеницы от стеблевой и бурой ржавчины. Стратегическое направление борьбы с ржавчиной, которое является доминирующим в современной сельскохозяйственной науке в большинстве регионов мира, - это создание устойчивых сортов.

Наши исследования показали, что на основе метода челночной селекции можно достичь более эффективной оценки исходного материала в контрастных условиях Мексики, Кении и Западной Сибири и отбора наиболее конкурентных гибридных популяции яровой мягкой пшеницы, устойчивых к широкому спектру рас стеблевой ржавчины и других болезней. Обмен материалом между СИММИТ, научными учреждениями Казахстана и Западной Сибири позволяет вовлекать в гибридизацию новые перспективные источники хозяйственно-ценных признаков из мирового генофонда и создавать сорта яровой пшеницы с долговременной устойчивостью к болезням. Угроза распространения новой расы стеблевой ржавчины Ug99 в Западной Сибире вынуждает к ускорению процессов поиска новых источников и генов устойчивости к Ug99 и создание на их основе сортов яровой пшеницы, способных защитить урожай огромного зернопроизводяшего региона России. Проведенные исследования позволили создать ценный исходный материал для селекции яровой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к болезням в условиях Западной Сибири.

Благодарности

Авторы выражают благодарность коллективу лаборатории селекции яровой мягкой пшеницы и озимого тритикале ФГБОУ ВПО «ОмГАУ им. П.А. Столыпина», коллективу лаборатории иммунитета СибНИИРС и сотрудникам Национального института фитопатологии Кении за оказанное содействие в проведении исследований.

Рецензенты:

• Евдокимов М.Г., д.с.-х.н., зав. лабораторией селекции твердой пшеницы, ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Сибирского отделения Россельхозакадемии, г. Омск.
• Ильин В.С., д.с.-х.н., профессор, ведущий научный сотрудкин, Сибирский филиал ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института кукурузы, г. Омск.