Перспективные для селекции линии мягкой пшеницы с генетическим материалом Agropyron glaucum

УДК 631.524.84: 633.111.1

перспективные для селекции линии мягкой пшеницы с генетическим материалом авюртом вьлисим

А.Н. ЗИНЧЕНКО, младший научный сотрудник

Р.О. ДАВОЯН, доктор биологических наук, зав. отделом

И.В. БЕБЯКИНА, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Э.Р. ДАВОЯН, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Ю.С. ЗУБАНОВА, младший научный сотрудник Д.С. МИКОВ, младший научный сотрудник Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени П.П. Лукьяненко, центральная усадьба КНИИСХ, Краснодар, 350012, Российская Федерация

Резюме. С целью выявления ценного для селекции мягкой пшеницы исходного материала изучена 21 интрогрессивная линия с генетическим материалом Ag. glaucum по устойчивости к болезням, технологическим показателям зерна и элементам продуктивности. Исследования проводили в2008-2013гг. на базе Краснодарского научно-исследовательского института сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко (г. Краснодар). Устойчивость к листовой ржавчине проявили 16 линий, в том числе 6 (Д17, Д31, Д33, Д37, Д39, Д41) - высокую (тип реакции на заражение 01). К желтой ржавчине были резистентны 20 линий, среди них высоко -устойчивые линии Д12, Д17, Д27. Устойчивость к мучнистой росе отмечена у 11 линий. Выявлены линии с групповой устойчивостью к листовой и желтой ржавчинам, а также мучнистой росе - Д1, Д 12, Д15, Д17, Д37, Д41. Проведена оценка 11 линий по содержанию белка и клейковины, качества клейковины, хлебопекарным качествам. Высоким содержанием бека характеризуются линии Д1, Д15, Д31 - 18,1; 16,7; 17,2%, соответственно. Выделено 5 линий (Д7, Д23, Д25, Д37, Д49 и Д53) с клейковиной первой группы качества. Выделено семь линий (Д7, Д21, Д23, Д25, Д29, Д37, Д49) с более высокой хлебопекарной оценкой чем у сорта-реципиента Аврора (4,4 балла). По массе зерна с 1 м2 существенно превышали сорт Аврора (364,1 г) линии Д12, Д23, Д27 и Д49. Наибольшие величины этого показателя отмечены у линий Д23 и Д27(539,0 и 566,1 г, соответственно). Полученные результаты свидетельствуют о возможности сочетания в интрогрессивных линияххороших технологических качеств зерна с устойчивостью к болезням и другими хозяйственно-ценными признаками. Ключевые слова: интрогрессивные линии мягкой пшеницы, Ag. glaucum, устойчивость к болезням, технологические качества зерна, продуктивность.

Для цитирования: Перспективные для селекции линии мягкой пшеницы с генетическим материалом Agropyron glaucum/ А.Н. Зинченко, Р.О. Давоян, И.В. Бебякина, Э.Р. Давоян, Ю.С. Зубанова, Д.С. Миков // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 12. С. 33-35.

Мягкая пшеница (Triticum aestivum L) - важнейшая продовольственная культура. Ее генетическое разнообразие в значительной степени обеднено из-за интенсивной селекции и широкого распространения однотипных сортов с перекрывающимися родословными. Генетическая эрозия не только лимитирует дальнейшее увеличение продуктивности и улучшение качества, но и делает растения более восприимчивыми к биотическим и абиотическим стрессам.

Значительный резерв хозяйственно-ценных признаков сосредоточен в генофонде родственных мягкой пшенице видов и родов. Многие из них с успехом использовали для передачи полезных признаков культуре [1, 2, 3].

Пырей сизый Agropyron glaucum (Desf.ex DC) Roem. & Schult. (syn. Thinopyrum intrmedium (Host) Barkworth& D.R.

Dewey) (2n = 6x=42) - ценный источник генов устойчивости к болезням, морозостойкости и выносливости к засолению [4, 5, 6]. Создание и использование синтетического ам-фидиплоида, в котором один из геномов мягкой пшеницы замещён на геном дикого сородича, относится к числу эффективных способов передачи полезных генов мягкой пшенице от дикорастущих видов [7].

Для передачи ценных признаков от Ag. glaucum, в первую очередь, устойчивости к болезням, использовали 76-хромосомный нестабильный амфидиплоид (Аврокум), объединяющий в себе геномы А и В мягкой пшеницы сорта Аврора, часть (шесть) хромосом генома D этого сорта и полный набор хромосом Ag. glaucum [8]. В результате проведенной работы создан большой набор интрогрессивных линий мягкой пшеницы сорта Аврора с генетическим материалом Ag. glaucum, различающихся по комплексу морфобиологических и хозяйственно-ценных признаков [9].

Цель исследований - выявить наиболее перспективные для селекции интрогрессивные лини мягкой пшеницы сорта Аврора с генетическим материалом Ag. glaucum по устойчивости к болезням, технологическим показателям зерна и элементам продуктивности.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2008-2013 гг. на опытном поле отдела биотехнологии КНИИСХ имени П.П. Лукьяненко.

В качестве исходного материала использовали 21 линию мягкой пшеницы (BC2F16-BC2F22) с генетическим материалом Ag. glaucum, созданную в результате скрещивания синтетической формы Аврокум с восприимчивым к листовой ржавчине сортом Аврора. Часть этих линий (Д17, Д31, Д39) - дигаплоиды, выведенные методом культуры пыльников in vitro. Генетический материал Ag. glaucum у большинства исследуемых образцов представлен в виде замещения одной пары хромосом пшеницы, а оставшаяся часть предположительно имеет транслокации [10].

Таблица 1. характеристика линий Арокум /Аврора по устойчивости к болезням, 2008-2014 гг.

Линия Листовая ржавчина, тип реакции Желтая ржавчина, тип реакции Мучнистая роса, %

Д1 2 1 5

Д3 4 3 30

Д5 3 3 20

Д7 3 2 20

Д9 1/3 2 30

Д12 1 01 10

Д15 2 1 10

Д17 01 01 20

Д21 4 3 30

Д23 4 3 30

Д25 1/3 2 10

Д27 3 01 10

Д31 01 2 30

Д33 01 2 25

Д37 01 1 10

Д39 01 1 40

Д41 01 2 20

Д43 3 3 15

Д49 2 2 40

Д51 1 2 30

Д53 2 2 40

Аврора 4 1 40

Таблица 2. Технологическая характеристика линий, 2010 г.

Линия Белок,% Клейковина Объёмный выход хлеба, мл. Общая хлебопекарная оценка, балл

% ИДК-1,е.п.

Д 1 18,1 38,4 93 830 4,2

Д 7 14,5 29,0 73 880 4,5

Д15 16,7 35,5 85 780 4,4

Д21 15.5 31,8 81 785 4,5

Д23 13,8 25,6 67 730 4,7

Д25 16,2 34,1 74 745 4,5

Д31 17,2 36,9 79 670 4,3

Д37 16,2 33,3 72 650 4,5

Д43 16,4 33,5 78 645 4,1

Д49 15,3 30,9 75 820 4,8

Д53 13,2 24,4 61 730 4,8

Аврора 14,0 28.2 75 640 4,4

Для выяснения технологических характеристик зерна была проведена оценка 11 линий урожая 2010 г. по содержанию белка и клейковины, качеству клейковины и хлебопекарным качествам.

Заражение и оценку по устойчивости к листовой ржавчине, желтой ржавчине и мучнистой росе проводили во взрослой стадии в полевых условиях по общепринятым методикам [11]. Устойчивость к листовой ржавчине определяли по шкале Майнса и Джексона [12], к желтой ржавчине -по шкале Гасснера и Штрайба [13]. К устойчивым относили растения с типом реакции 0-2. Растения с промежуточным типом реакции от 0 до 1 обозначали баллом 01. Оценку по устойчивости к мучнистой росе проводили по шкале Гешеле [14]. Устойчивыми считали растения со степенью поражения 0-20%. Технологические качества зерна изучали в отделе технологи и и биохи мии зерна КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко по методикам Государственного сортоиспытания [15]. При определении продуктивности линий учитывали массу 1000 зерен, массу зерна и количество колосьев с одной делянки. Площадь делянки 1м2, повторность четырехкратная. Экспериментальные данные обрабатывали с помощью пакета программ для статистического анализа Statgrafik 4.0.

результаты и обсуждение. Выявлено большое разнообразие линий (табл. 1) по устойчивости к таким широко распространенным и вредоносным болезням пшеницы, как листовая ржавчина (Puccinia triticina Eriks.), желтая ржавчина (Puccinia striiformis f. sp. tritici) и мучнистая роса (Blumeria graminis f. sp. tritici). Это может быть связано с различиями интрогрессивного генетического материала Ag. glaucum в геноме мягкой пшеницы сорта Аврора и возможной передачей одного или нескольких новых генов устойчивости. Так, ранее на основе результатов гибридологического анализа ранее [16] было выявлено различие по генам устойчивости к листовой ржавчине у линий Д17 и Д31.

Из 21 исследованной линии устойчивость к листовой ржавчине проявляют 16 образцов. Выделено 6 линий (Д17, Д31, Д33, Д37, Д39, Д41) с высокой устойчивостью (тип реакции 01). У линий Д9 и Д25 на фоне высокой устойчивости (тип реакции 1) проявляются единичные пустулы с типом реакции 3. Из 20 линий устойчивых к желтой ржавчине тип реакции на заражение 01 отмечен у трех образцов (Д12, Д17, Д27). Резистентность к мучнистой росе проявили 11 линий. Особую ценность для селекции представляют образцы, обладающие комплексной устойчивостью. Выделено 5 линий (Д31, Д33, Д39, Д51 и Д53) резистентных к листовой и желтой ржавчине, 2 (Д7 и Д27) - к желтой ржавчине и мучнистой росе, 6 (Д1, Д 12, Д15, Д17, Д37, Д41) - ко всем трем патогенам, среди которых Д12 и Д37 обладают высокой комплексной устойчивостью к болезням.

Чужеродные интрогрессии могут существенно влиять на технологические качества зерна и муки [17].

Результаты оценки 11 линий урожая 2010 г. показали, что самым высоким содержанием белка отличаются образцы Д1, Д15, Д31 - 18,1; 16,7; 17,2%, соответственно (табл. 2). Примерно на одном уровнес сортом-реципиентом Аврора (14,0%) была величина этого показателя у линий Д7 (14,5%), Д23 (13,8%) и Д53 (13,2%). У остальных образцов она находилась в пределах 15-16%.

Генетические системы, детерминирующие количество клейковины, также как и содержание белка, в значительной степени подвержены влиянию внешних условий. В целом, как и ожидали, большинство линий превышали по величине этого показателя сорт-реципиент. Из 11 проанализированные 8 содержание клейковины было больше 30%, при этом у 3 из них - более 35%. Наименьшая величина этого показателя составляла 24,4% (Д53), наибольшая - 38,4% (Д1). У сорта Аврора содержание клейковины находилось на уровне 28,2%.

Для интрогрессивных линий пшеницы с генетическим материалом дикорастущих сородичей очень важно качество клейковины. Наблюдается прямая отрицательная зависимость между содержанием белка и клейковины и качеством последней. В наших исследованиях лучшие по содержанию белка линии Д1 и Д15, Д31 имеют также наиболее высокие показатели ИДК клейковины, соответствующие по ГОСТ второй группе. В то же время выделено 5 линий с первой группой клейковины (Д7, Д23, Д25, Д37, Д49 и Д53), при этом 3 из них Д25, Д37 и Д49, вопреки сложившейся тенденции, характеризуются высоким содержанием белка и клейковины (16,2, 16,2 и 15,3% белка; 34,1, 33,3 и 30,9% клейковины соответственно).

Объемный выход хлеба из муки изученных образцов варьировал от 645 мл (Д43) до 880 мл (Д7), при этом все 11 линий превзошли родительский сорт Аврора (640 мл). Исследуемые образцы различались между со-

Таблица 3. характеристика линий по некоторым компонентам продуктивности, 2010 г.

Линия Масса 1000 зерен, г Количество колосьев, шт./м2 Масса зерна, г/м2

Д1 35,00 393,75 397,15

Д3 33,6 313,00 341,43

Д5 34,90 308,75 417,10

Д9 40,00 340,75 468,80

Д12 34,90 418,25 533,88

Д15 42,20 362,00 426,50

Д17 37,80 167,50 323,35

Д21 37,60 379,00 435,30

Д23 38,00 470,75 539,03

Д25 39,60 275,00 424,70

Д27 38,90 388,75 566,18

Д31 39,50 369,00 474,03

Д33 41,30 345,25 438,35

Д37 41,30 303,00 448,20

Д39 41,50 357,25 431,03

Д41 37,80 224,75 274,88

Д43 38,90 331,75 392,45

Д49 41,93 327,25 514,53

Д51 40,00 264,00 374,05

Д53 33,00 351,00 430,88

Аврора 38,1 357,5 364,1

НСР05 1,99 56,32 28,99

бой по общей хлебопекарной оценке. У трех линий (Д1, Д31, Д43) она была ниже, чем у сорта Аврора (4,4 балла), семь (Д7, Д21, Д23, Д25, Д29, Д37, Д49) - получили более высокую оценку, чем родительский сорт.

Масса 1000 зерен варьировала от 33,0 (Д53) до 42,2 г (Д15) при средней величине этого показателя у сорта Аврора 38,1 г (табл. 3). Кроме линии Д15, сорт Аврора превышали образцы Д33, Д37, Д39 и Д49, а у линий Д1, Д3, Д5, Д12 и Д53 масса 1000 семян была меньше.

По количеству колосьев с 1 м2 сорт-реципиент Аврора превосходили только две линии (Д12 и Д23).

По массе зерна с 1 м2 существенно (НСР05=28,99) превышали сорт Аврора (364,1 г) четыре образца Д12, Д23, Д27 и Д49. Наибольшие величины этого показателя отмечены у линий Д23 и Д27 (539,0 г и 566,1 г, соответственно).

Полученные результаты свидетельствуют о возможности сочетания в интрогрессивных линиях хороших тех-

нологических качеств зерна с устойчивостью к болезням и другими хозяйственно-ценными признаками.

выводы. Выявлены перспективные интрогрессив-ные линии мягкой пшеницы с генетическим материалом Ад. д1аисит для селекции на групповую устойчивость к мучнистой росе, листовой и желтой ржавчинам - Д1, Д 12, Д15, Д17, Д37, Д41; на устойчивость к листовой ржавчине - Д17, Д31, Д37, Д39, Д41; на устойчивость к желтой ржавчине - Д12, Д17. Д27; на устойчивость к мучнистой росе - Д25, Д27 и Д43.

Линии Д1, Д15 и Д31 можно рекомендовать для включения в селекционную работу в качестве источников высокого содержания белка и клейковины; Д23, Д49 и Д53 -для улучшения хлебопекарных свойств; Д23 и Д27 - для повышения продуктивности. Линии Д15 и Д37 сочетают комплексную устойчивость к болезням с хорошими хлебопекарными качествами.

Литература.

1. Friebe B., Jiang J., Raupp W.J., et al Characterization of wheat-alien translocations conferring resistance to diseases and pests: current status//Euphytica. 1996. V.91. Pp. 59-87.

2. Давоян Р.О. Использование генофонда дикорастущих сородичей в улучшении пшеницы (Triticum aestivum L.): Автореф. дис. ...д-ра биол. наук. Краснодар, 2006. 49 с.

3. Mcintosh R.A., Dubcovsky J., Rogers W.J. et al. Catalogue of gene symbols for wheat: 2009 supplement // Ann. Wheat Newslet. 2009. V. 55. Pp. 256-278.

4. Mc Guire P.E., Dvorak J. High salt-tolerance potential in wheat grasses// Crop Sci. 1981. V. 21. № 5. Pp. 497-500.

5. Jauhar P. P., Peterson T. S. Thinopyrum and Lophopyrum as a sources of genes for wheat improvement // Cereal Research Communications. 1996.Vol. 24. Pp.15-21.

6. Li H., Wang X. Thinopyrum ponticum and Th. inermedium: the promising source of resistance to fungal and viral diseases of wheat // J. Genet. Genomics. 2009. V. 36. Pp. 557-565.

7. Синтетические формы как основа для сохранения и использования генофонда диких сородичей мягкой пшеницы / Р.О. Давоян, И.В. Бебякина, О.Р. Давоян, А.Н. Зинченко, Э.Р. Давоян, А.М. Кравченко, Ю.С. Зубанова//Вавиловскийжурнал генетики и селекции. 2012. Т.16. №1. С. 44-47.

8. Жиров Е. Г., Терновская Т. К. Геномная инженерия у пшеницы // Вестник сельскохозяйственной науки. 1984. №10. С. 58-66.

9. Получение и характеристика чужеродно-замещенных линий озимой мягкой пшеницы Аврора с хромосомами Agropyron glaucum/Р.О. Давоян, И.В. Бебякина, К.С. Бессараб//Эволюция научных технологий в растениеводстве: сб. науч. тр., посвященный 90-летию КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко. Краснодар: Просвещение Юг, 2004. T.3. С. 3-9.

10. Интрогрессивные линии мягкой пшеницы с генетическим материалом Ag. Glaucum / Р.О. Давоян, И.В. Бебякина, Э.Р. Давоян, А.Н. Зинченко, Ю.С. Зубанова, Д.С. Миков // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015. № 19 (1). С. 83-90.

11. Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам. Методическое пособие. М.: РАСХН 2008. 432с.

12. Mains E.B., Jakson H.S. Phisiologic specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss. Phytopatology. 1926. No. 16. Рр. 89-120.

13. Gasner G., Straib U. W. Weitere Untersuchungen uberdie pezialisierung sverhaltnissedes Gelbrostes Puccinia glumarum (Schm.) Erikss. u. henn. Arb. Boil. Reichsanstalt. 1934. No. 21. Рр. 121-145.

14. Пересыпкин В.Ф. Болезни зерновых культур. М.: Колос, 1979.С. 122-124.

15. Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур/под ред. М.А. Федина. М.: [б. и.], 1988. 121 с.

16. Оценка интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генетическим материалом Agropyron glaucum по устойчивости к листовой ржавчине / О.Р. Давоян, И.В. Бебякина, Э.Р. Давоян, А.Н. Зинченко, Р.О. Давоян// Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского аграрного университета. 2011. №72

17. Аксельруд Д.В., Рыбалка А.И. Оригинальные агротехнологические свойства линий озимой мягкой пшеницы на основе чужеродных интрогрессий от диких и культурных сородичей // Пути повышения и стабилизации производства высококачественного зерна: сб. докладов Междунар. науч.-практ.конференции. Краснодар: Куб ГАУ, 2002. С. 34-37.

COMMON WHEAT LINES WITH GENETIC MATERIAL OF AGROPIRON GLAUCUM PROMISING

FOR BREEDING

A.N. Zinchenko, R.O. Davoyan, I.V. Bebyakina, E.R. Davoyan, Yu.S. Zubanova, D.S. Mikov

Krasnodar P.P. Lukyanenko Research Institute of Agriculture, Tsentralnaya Usadba KNIISKH, Krasnodar, 350012, Russian Federation Summary. In order to identify the promising source material for common wheat breeding 21 introgression lines with genetic material of Ag. glaucum was studied on resistance to diseases, technological grain quality and productivity elements. The investigations were carried out 2008-2013 on the base of the P.P. Lukyanenko Krasnodar Research Institute of Agriculture (Krasnodar). Sixteen lines showed resistance to leaf rust. The lines D17, D31, D33, D37, D39 and D41 have high resistance: type of reaction to the infection is 01. Twenty lines were resistant to yellow rust; D12, D17, D27 lines were pertained to high resistant ones. Eleven lines demonstrated resistance to powdery mildew. It was revealed lines with group resistance to leaf and yellow rusts and powdery mildew: D1, D 12, D15, D17, D37, D41. Eleven lines were evaluated for protein and gluten content, gluten and baking qualities. The D1, D15, D31 lines have high content of protein: 18.1, 16.7, 17.2%, respectively. Six lines (D7, D23, D25, D37, D49 and D53) with the first group of gluten were selected. Seven lines (D7, D21, D23, D25, D29, D37, D49) with higher baking qualities, than in the recipient cultivar Aurora (4.4 points), were selected. Four lines: D12, D23, D27, D49, significantly exceeded the Aurora variety (364.1 g) on the mass of grains from 1 square meter. The greatest sizes of this rate were noted in the D23 and D27 lines (539.0 g and 566.1 g, respectively).The obtained results indicate the possibility of combining of good technological grain quality with resistance to diseases and with other agronomic traits in introgression lines. Key words: introgression lines of common wheat, Ag. glaucum, resistance to diseases, technological quality of grain, productivity. Author Details: A.N. Zinchenko, junior research fellow (e-mail:raganza@yandex.ru); R.O. Davoyan, D. Sc. (Biol.), head of division; I.V. Bebyakina, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; E.R. Davoyan, Cand. Sc. (Biol.), senior research fellow; Yu.S. Zubanova, junior research fellow; D.S. Mikov, junior research fellow.

For citation: Zinchenko A.N., Davoyan R.O., Bebyakina I.V., Davoyan E.R., Zubanova Yu.S., Mikov D.S. Common Wheat Lines with Genetic Material of Agropiron Glaucum Promising for Breeding. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. Vol. 29. No. 12. Pp. 33-35 (In Russ).