Иммунологические исследования в селекционном процессе основных сельскохозяйственных культур

Таблица. Результаты изучения коллекции четырех зерновых культур в отделе растительных ресурсов СибНИИРС за 1997-2006 гг.

Культу- ра Изучено сорто- номе- ров Выделено источников Получено селекционных форм Соз- дано сор- тов

уро- жай- ности массы 1000 зерен скоро- спело- сти устойчивости

к мучнистой росе к бурой ржавчине

Пшеница 9241 45 32 37 19 15 9481 2*

Тритикале 3197 18 7 3 - 9 1963 1*

Овес 5034 9 4 7 - - 90 -

Ячмень 5360 28 14 22 - - - 2**

* — в отделе растительных ресурсов; **—в отделе селекции

ярская 39 и амфиплоида АД 3/5, также входящих в его родословную.

Генофонд овса и ячменя на сегодняшний день насчитывает соответственно 2400 и 1700 сортообразцов. На основании его изучения сотрудники Института создают селекционный материал. Выявление доноров необходимых признаков у образцов овса ведется на основании скрещиваний в отделе растительных ресурсов выделенных ис-точников хозяйственно- полезных свойств. После изуче-

ния и анализа гибридов ранних поколений, материал передается в селекционное подразделение (см. рисунок) для дальнейшего использования в качестве исходных форм.

Подбор родительских пар сортообразцов ячменя для скрещиваний и гибридизация проводятся селекционерами на основании анализаисточников хозяйственно полезных признаков в генофонде. Конечным продуктом реализации селекционных программ по ячменю в последние годы стали сорта Сигнал и Биом.

Таким образом, в результате изучения генофонда основных пищевых злаковых культур в отделе растительных ресурсов СибНИИРС выделяются источники и доноры хозяйственно-полезных признаков, с участием которых создаются селекционные формы и сорта Института.

Литература.

1. Вавилов Н.И. Ботанико-географические основы селекции// Теоретические основы селекции/М.-Л., 1935. — С. 17 — 74.

2. Вавилов Н. И. Мировые растительные ресурсы и их использование в селекции // Математика и естествознание в СССР/ М. -Л., 1938. - С. 575-595.

3. Степочкин П.И., Зырянова А.Ф. Новый сорт яровой мягкой пшеницы Удача // Селекция сельскохозяйственных растений: итоги, перспективы: сб. науч. тр. — Новосибирск, 2005. — С. 169— 171.

4. Степочкин П.И. Создание и изучение тритикале в СибНИИРС //Докл.. и сообщ. VIII генетико-селекционной школы: Повышение эффективности селекции и семеноводства сельскохозяйственных растений / Новосибирск: СО РАСХН, 2002 — С.409-414.

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В СЕЛЕКЦИОННОМ ПРОЦЕССЕ ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

10.А. ХРИСТОВ, кандидат сельскохозяйственных наук Ж.А. БАХАРЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук Е.А. ОРЛОВА, кандидат сельскохозяйственных наук Л. П. СОЧАЛОВА

Сибирский НИИ растениеводства и селекции

Инфекционные болезни сельскохозяйственных культур, вызываемые грибными патогенами, на сегодняшний день остаются основными биотическими факторами снижения урожайности. Возросшие требования, предъявляемые к новым сортам в отношении их резистентности, заставляют создавать фитоиммунные сорта, которые должны снизить пестицидную нагрузку на окружающую среду, а также уменьшить зависимость величины и качества урожая от вредных микроорганизмов.

Решение этой задачи предполагает изучение широкого спектра разнообразных генетических источников и поиск надежных доноров, способных передавать устойчивость по наследству.

Современные методы искусственного заражения растений, семян, клубней обеспечивают высокое пораже-

ние восприимчивых стандартов (90... 100 %) различными заболеваниями, а сравнение последних с изучаемыми образцами дает возможность проводить качественную классификацию по устойчивости к болезням.

Наиболее эффективные способы искусственного заражения сельскохозяйственных культур, разработаны во Всесоюзном институте растениеводства. К их числу относится инокуляция возбудителем бурой ржавчины сортов пшеницы с использованием влажных камер, которая проводится в период кущения-трубкования путем нанесения суспензии спор на листья [1]. Заражение колосьев пшеницы иячменя пыльной головней лучше всего осуществляется с помощью вакуумного прибора В.И. Кривченко [2]. Для инокуляции семян овса пыльной головней, ячменя — каменной головней целесообразно использовать прибор РТ-1 [3]. Для искусственного заражения образцов картофеля фитофторозом подходит метод влажных камер, разработанный в лаборатории иммунитета СибНИИРС.

Потеря устойчивости культурных растений к болезням объясняется существованием физиологических рас патогенов и их мутационной изменчивостью. Зна-

ние расового и генотипического состава возбудителей заболеваний в регионе позволяет обосновано выбирать потенциальных доноров иммунитета. Наличие такой информации дает возможность определить, какие гены вирулентности нарастают в популяции, а также какие гены устойчивости наиболее эффективны дня сохранения иммунитета растений.

Анализ популяции бурой ржавчины в фазу проростков пшеницы с использованием генов серии Тетчер позволил установить, что в условиях Западной Сибири превалирует 77 раса и ее биотипы. Свыше 80 % генов вирулентности новосибирской популяции возбудителя этого заболевания комплементарны генам устойчивости Lrl, Lr2a, LR3a, Lr3d, Lrll, Lr21. По-пре-жнему высокую резистентность к патогену сохраняют гены вертикальной устойчивости Lr9, Lr24, LrTR, Lr30, Lr38, которые можно вовлекать в селекцию пшеницы на иммунитет к этому заболеванию.

Высокой устойчивостью к мучнистой росе в регионе обладает ген Ртб=М1е (тестерная линия CJ12633), тогда как Ptn4b потерял сюю эффективность (степень поражения сортов Areas, Rang, Solo, содержащих этот ген в последние годы достигает 25...45 %).

В районах Западной Сибири выявлено 17 физиологических рас пыльной головни яровой пшеницы (2, 9, 10, 12, 23, 37, 39, 45, 46, 51, 54, 61, 62, 63, 64, 66, 67), шесть из них (61, 62,63, 64, 66, 67) идентифицированы в нашей стране впервые [4]. Некоторые расы распространены достаточно широко. Например, 61 встречается в нескольких районах Новосибирской области, а также в Омской, Томской, Кемеровской областях и в Алтайском крае [5]. В течение 15-20 лет на посевах пшеницы Новосибирской области постоянно наблюдаются расы 12, 61,67. В то же время в последние годы не отмечено ранее распространенных рас 23, 54, 64.

На районированных сортах ячменя в условиях Западной Сибири выявлено три физиологические расы пыльной головки (1,3,4) [5].

В популяции фитофторы картофеля ежегодно присутствуют гены вирулентности 1,2,3,4,7,8,11, вотдельные годы — X. Эффективны против возбудителей этого заболевания гены R 1.2.3.4 (к 970-16, Перу), R 2.3.4 (к 970-15, Перу) и R6 (к 970-4, Перу), благодаря которым растения на протяжении ряда лет сохраняют высокую резистентность к фитофторозу.

За годы исследований в лаборатории изучена устойчивость к различным заболеваниям свыше 10 тыс. образцов зерновых, овощных культур, картофеля и многалетнихтрав из мировой коллекции ВИР. В результате проделанной работы удалось отобрать большое количество не поражающихся болезнями форм из стран Северной и Латинской Америки, особенно из США, Аргентины, Бразилии, где ведется направленная селекция на иммунитет.

В частности мы установили, что в качестве доноров резистентности яровой пшеницы к бурой ржавчине могут выступать сложный гибрид К-54049 (Австралия) и сорт Haruchi kari (Япония), характеризующиеся высокой расоспецифической устойчивостью. У сорта WW16151 (Швеция) резистентность к этому заболева-

нию контролируется двумя доминантными генами комплементарного взаимодействия. Кроме того, он одновременно обладает высоким иммунитетом к мучнистой росе. У образца И-324418 (Кения) выявлен эффективный рецессивный ген. В сорте Димитровка 5-14 ИЗР найдены независимые рецессивные гены, один из которых обеспечивает достаточно высокую устойчивость против бурой ржавчины. У сорта Куйбышевская 1 резистентность наследуется рецессивно, определяется моногенно и содержит ген Lr23 [6].

Комплексную устойчивость к бурой ржавчине и мучнистой росе продемонстрировали образцы яровой пшеницы из США (К-32117, К-32360, К-31310, К-31370), Бразилии (К-60962, BR-23), Мексики (К-34628) и Самарской области (Тулайковская 10, Тулайковская золотистая).

Устойчивость к пыльной головне яровой пшеницы выявлена у таких потенциальных доноров этого признака как сорта Patriarca, С-17 (Бразилия), сложный гибрид К-48722 (Перу), а также сорта Kola (США), Preston (Канада), Funello (Италия), Безенчукская 98, Московка (Россия), у которых его контролируют два доминантных гена. А у сортов Neepawa, Park (Канада), С/12358 (США), СВ-29 (Индия), SV-68399 (Швеция), Хон-209, Грекум 114 (Россия) выявлен моногенный характер наследования этого признака [7].

Большинство форм ячменя оказались восприимчивыми к пыльной головне. Комплексную устойчивость к двум расам (1,3) возбудителя этого заболевания проявили такие образцы как Keystone Emir (Голландия), Excelle (Франция), CJ-2222 (США), Ж/Л-65-6 (Эфиопия), местный 6552 (Армения), Баган, Омский 85 (Западная Сибирь) [8].

Устойчивость к пыльной головне овса отмечена у сор-тообразцов Kelsey и Harmon (Канада), Clinthland и Jioga (США), Fichtelstolr (Германия). В последние годы в качестве доноров резистентности к этому заболеванию показали себя сорта отечественной селекции (Тарский, Тарский 2, Корифей, Фобос).

По устойчивости к фитофторозу выделились сорта картофеля Пушкинец, Эскорт, Улаган, Амурец, Луговс-кой, Невский. Слабое поражение отмеченоусортовЛина, Накра, Свитанок киевский [9].

Использование большинства доноров в селекционных программах затруднено в связи с их низкой продуктивностью и другими отрицательными признаками. Поэтому мы начали осуществлять перенос генов устойчивости в местные районированные сорта, один из недостатков которых сильная восприимчивость к болезням.

В лаборатории был рассмотрен ряд схем по передаче признака устойчивости методом прерывных и беспрерывных беккроссов. Анализ гибридов показал, что многократные беспрерывные беккроссы не дали положительных результатов. С увеличением насыщений после пятого скрещивания не выделилось ни одной устойчивой формы. Более эффективным оказался проведение 2...3 прерывистых беккроссов с жестким отбором на рекуррентный тип [10]. В результате использования такой схемы удалось получить аналоги сорта Скала, один из которых был иммунен к пыльной го-

ловне, другой — к пыльной головне и ржавчине. Контроль устойчивости этих линий к бурой ржавчине осуществляет ген ЬгТИ, к пыльной головне — ген от сорта Безенчукская 98. При скрещивании этих форм и отборе на инфекционном фоне была выделена Линия 733, комплексно устойчивая к патогенам. В дальнейшем на базе аналога сорта Скала, не поражающегося пыльной головней путем проведения 3.. .4 прерывистых беккрос-сов был улучшен сорт Иртышанка 10.

Одна из основных задач лаборатории иммунитета — изучение устойчивости к болезням селекционного материала различных подразделений Института. Использование инфекционных фонов, непременное условие которых — искусственное заражение, дает возможность отобрать образцы, резистентные к наиболее вредоносным патогенам.

Селекционеры СибнНИИРС в качестве исходного материала широко используют такие формы как Новосибирская 22 (практически устойчива к пыльной головне), АНК-101 (устойчив к бурой ржавчине и слабо поражается пыльной головней), а также созданные в лаборатории иммунитета аналоги сортов Скала и Иртышанка 10 (устойчивы к пыльной головне).

Благодаря проделанной работе на сегодняшний день многие сорта селекции Института обладают генетической устойчивостью к болезням. Среди них яровая пшеница Обская 14, У^ача, Александрина, Легецда, Новосибирская 44, Лубнинка, Сибирская 99, Сибирская 155 (устойчивы к бурой ржавчине), Новосибирская 15, Новосибирская 44, Памяти Вавенкова, Баганская 95 (к пыльной головне); ячмень Баган, Биом, Сигнал (к пыльной головне), картофель Лина (к фитофгорозу).

Литература.

1. Одинцова И.Н. Методы общей и специфической устойчивости / И. И. Одинцова.// Генетические основы устойчивости растений к болезням. — М, 1977. — С. 129-139.

2. Кривченко В.И. Прибор для заражения пшеницы и ячменя пыльной головней /В. И. Кривченко // Селекция и семеноводство. — 1960. — №3. - С. 66-67.

3. Кривченко В.И. Изучение устойчивости зерновых культур и расового состава возбудителей головневых болезней: Метод, указания./ В. И. Кривченко, Д. В. Мягкова, Л. Г. Щелко, 3. В. Тимошенко //Л., 1978. — 107 с.

4. Бахарева Ж.А. Изучение расового состава головневых заболеваний зерновых культур в Западной Сибири/Ж. А. Бахарева.// Проблемы селекции и семеноводства Сибири: Науч. тр. СО ВАСХНИЛ. — Новосибирск, 1978. — С. 93-96.

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

6. Христов Ю.А. Анализ наследования устойчивости к бурой ржавчине у некоторых образцов мягкой пшеницы / Ю. А. Христов// Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. / ВАСХНИЛ. — Новосибирск, 1996. — С. 203-206.

7. Бахарева Ж.А. Генетический контроль устойчивости яровой пшеницы к пыльной головне. /Ж. А. Бахарева //Проблемы селекции сельскохозяйственных растений: Сб. науч. тр. ВАСХНИЛ. Сиб. отд-ние. — Новосибирск, 1983. — С. 84-90.

8. Бахарева Ж А. Характеристика устойчивых к пыльной головне образцов ячменя из коллекции ВИР в условиях Западной Сибири. / Ж. А. Бахарева, А. Н. Лубнин//Защита растений от вредителей, болезней и сорняков: Науч. тр. /НСХИ. -1980.-Т.130.-С. 58-62.

9. Орлова Е. А. Изучение устойчивости сортообразцов картофеля к основным патогенам в условиях лесостепи Приобья. /Е. А. Орлова, А. Д. Сафонова.// Селекция сельскохозяйственных растений: итоги, перспективы; Сб. науч. тр. РАСХН Сиб. отд-ние. СибНИИРС. — Новосибирск, 2005. — С.105-108.

10. Бахарева Ж. А. Использование беккроссов для создания нового исходного материала, устойчивого к пыльной головне./Ж. А. Бахарева// Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. РАСХН Сиб. отд-ние. СибНИИРС. — Новосибирск, 1996. — С. 42-47.

РЕЗУЛЬТАТЫ И МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ ОЗИМОЙ РЖИ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Г. В. АРТЕМОВА, кандидат биологических наук

Сибирский НИИ растениеводства и селекции

Озимый клин в Сибири представлен в основном посевами ржи. Еще в начале прошлого столетия эта культура занимала более 20 % посевных площадей в Западной и Восточной Сибири [1]. С изменением структуры земледелия посевы ржи значительно сократились и сегодня в Новосибирской области их площадь составляет 32... 34 тыс. га, или не более 2.. .3 % посевов зерновых культур.

В то же время высокая адаптационная способность озимой ржи, стабильность получения урожая зерна и зеленой массы ставит ее в ряд важнейших продовольственных культур сибирского региона. Озимый тип развития растений наиболее полно соответствует условиям короткого периода вегетации в Сибири, дает возможность лучше использовать агроклиматический потенциал зоны, что

определяет более высокий уровень урожайности культур, по сравнению с яровыми формами. Наример, поданным госсортоучастков Новосибирской и Омской областей, урожайность озимой ржи на 3...4 ц/та выше, чем яровой пшеницы [2].

Длительное возделывание ржи в экстремальных условиях Сибири способствовало формированию популяций, характеризующихся уникальной морозостойкостью, сопряженной с радом анатомо-морфологических и физиологических особенностей растений. К числу признаков, отрицательно влияющих на продуктивные качества сортов ржи сибирского экотипа, относятся их мелкозер-ность (масса 1000 зерен 16... 18 г) и длинная (до 180 см) соломина, которая полетает к периоду созревания.

В повышении продуктивности местных хорошо приспособленных форм ржи важная роль принадлежит селекции. Основная задача наших исследований — гадание адаптивных, высокопродуктивных и технологичных