Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ВЛИЯНИЕ ЗАМЕЩЕНИЯ 6AGI (6D)-ХРОМОСОМЫ AGROPYRON INTERMEDIUM НА ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫЕ И АДАПТИВНЫЕ ПРИЗНАКИ У ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

Сибикеев С.Н. 1 Дружин А.Е. 1
1 ФГБНУ «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока»
Проведена оценка влияния 6Agi хромосомы от Agropyron intermedium Host. на устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине, мучнистой росе, пыльной и твердой головне и ряд хозяйственно полезных признаков у двух интрогрессивных почти изогенных линий мягкой пшеницы. Анализ интрогрессивных линий молекулярно-генетическими и цитологическими методами показал наличие у изучаемых линий замещения 6Agi (6D)-хромосомы от Agropyron intermedium Host. Оценка линий по устойчивости к болезням выявила, что линия Л400R, содержащая замещение 6Agi (6D)-хромосомы, оказалась полностью устойчивой к популяциям листовой ржавчины в Поволжье, устойчива к мучнистой росе, и в меньшей степени поражается стеблевой ржавчиной, чем ее сибс без замещения Л400S. Интрогрессивные линии были изучены по ряду хозяйственно полезных признаков. Выявлено, что замещение 6Agi (6D)-хромосомы у линии Л400R значимо увеличивает период всходы колошение, высоту растения, количество продуктивных стеблей на м2, длину колоса, число зерен в колосе, но практически не оказывает влияния на массу зерна с колоса, а вот масса 1000 зерен значительно уменьшается по сравнению с линией Л400S. Сравнительный анализ линий Л400R и Л400S по содержанию белка и клейковины, ее качеству, силе муки, SDS, упругости теста, хлебопекарным свойствам показал, что в среднем у линии Л400R содержание белка и клейковины было значимо выше, чем у ее сибса Л400S, также отмечено положительное влияние присутствия замещения 6Agi (6D)-хромосомы на показатель SDS. На остальные изучаемые показатели (ИДК-1, объем хлеба, упругость теста (Р), сила муки) замещение не оказывало значимого влияния. Положительное влияние замещения 6Agi (6D)-хромосомы на комплекс хозяйственно полезных признаков, позволило плодотворно использовать его в селекционной работе в качестве доноров устойчивости к комплексу болезней и создать ряд коммерческих сортов: Белянка (Л400R), Фаворит, Воевода и Лебедушка.
интрогрессивные линии мягкой пшеницы
Agropyron intermedium Host.
устойчивость к грибным болезням
агрономические признаки
1. Sharma H.C., Gill B.S. New hybrids between Agropyron and wheat. 2. Production, morphology and cytogenetic analysis of F1 hybrids and backcross derivates // Theor. Appl. Genet. – 1983. – V. 66, № 2. – P. 111–121.
2. Цицин Н.В. Отдаленная гибридизация растений / Н.В. Цицин. – М.: Сельхозгиз, 1954. – 432 с.
3. Cиниговец М.Е. Цитогенетические основы использования пырея в селекции пшеницы: автореф. дис. … докт. биол. наук. – Киев, 1988. – 49 с.
4. Сравнительный анализ 6Agi и 6Agi2 хромосом Agropyron intermedium (Host.) Beauv у сортов и линий мягкой пшеницы с пшенично-пырейными замещениями / С.Н. Сибикеев [и др.] // Генетика. – 2017. – № 3. – С. 40–51.
5. Устойчивость к предуборочному прорастанию яровой мягкой пшеницы с 6Agi(6D)-хромосомой от Agropyron intermedium / В.А. Крупнов [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2012. – Т. 16, № 2. – С. 444–450.
6. Маркелова Т.С. Изучение структуры и изменчивости популяции бурой ржавчины пшеницы (Puccinia recondita f. sp. tritici, Rob. et Desm.) в Поволжье / Т.С. Маркелова // Arpo XXI. – 2007. – № 4–6. – С. 37–40.
7. Зубов Д.Е. Селекционная ценность доноров устойчивости яровой мягкой пшеницы к листовой ржавчине в Среднем Поволжье: автореф. дис. … к. с.-х. н. – Кинель, 2011. – 19 с.
8. Александров А.Е. Источники устойчивости яровой мягкой пшеницы к мучнистой росе в Нижнем Поволжье: автореф. дис. … к. с.-х. н. – Саратов, 2000. – 22 с.
9. Абдряева О.Ф. Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к болезням в засушливых условиях Среднего Поволжья: автореф. дис. … к. с.-х. н. – Пенза, 2008. – 18 с.
10. Тимошенкова Т.А. Устойчивость сортов яровой пшеницы к основным болезням зерновых культур в степи оренбургского Предуралья / Т.А. Тимошенкова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2015. – № 5 (55). – С. 42–45.
11. Глинушкин А.П. Фитопатогенный комплекс пшеницы и меры борьбы с ним: автореф. дис. … д. с.-х. н. – Москва, 2013. – 38 с.
12. Генетические основы селекции растений: Частная генетика растений / ред. А.В. Кильчевский, Л.В. Хотылева. – В 4 т. Т. 2. – Минск: Беларус. навука, 2010. – 579 с.
13. Балакшина В.И. Особенности выращивания яровой пшеницы в условиях сухостепной зоны Волгоградской области // Научно-практический журнал Пермский аграрный вестник. – 2016. – № 2 (14). – С. 4–9.
14. Цинцадзе О.Е. Совершенствование технологии выращивания сортов яровой мягкой пшеницы в степной зоне Южного Урала: автореф. дис. … к. с.-х. н. – Оренбург, 2014. – 24 с.

Вид пырея промежуточного (Agropyron intermedium Host.) давно привлекает внимание ученых-селекционеров, в первую очередь как источник полезных признаков для улучшения генофонда пшеницы. Это в первую очередь устойчивость к абиотическим стрессорам: высокая зимостойкость, устойчивость к засолению почвы, засухоустойчивость; устойчивость к заболеваниям: бурой, желтой и стеблевой ржавчине, мучнистой росе, твердой головне, вирусу полосатой мозаики, а также как донор повышения содержания белка и клейковины в зерне [1].

Впервые плодовитые гибриды между мягкой пшеницей и образцами пырея промежуточного были получены в Саратове уже в 1934 г. Н.В. Цициным [2], затем эти работы проводились в СибНИИСХ и в Подмосковье, был создан ряд пшенично-пырейных гибридов, которые использовались для увеличения генетического разнообразия пшеницы. Следует отметить, что не все эти гибриды из-за наличия в пырейном хроматине не только нужных генов, но и нежелательных сцеплений пригодны для селекционной работы. В середины 1980-х гг., используя набор замещённых линий на сорте Саратовская 29 с хромосомами Agropyron intermedium Host. полученных доктором биологических наук М.Е. Синиговцом (ВНИИФ, г. Москва), [3] в лаборатории генетики и цитологии НИИСХ Юго-Востока был создан новый более продуктивный, приспособленный к условиям Поволжья селекционный материал. Среди него были выделены линии Л1736, Л 222, Мульти 6R, содержащие хроматин от Agropyron intermedium Host. Кроме того была получена почти изогенная пара Л400R и Л400S, различающиеся наличием (Л400R) или отсутствием (Л400S) замещением 6Agi (6D)-хромосомы от Agropyron intermedium Host.). Целью работы было изучение на основе данной почти изогенной пары, влияния 6Agi-хромосомы на устойчивость к ряду заболеваний, а также на агрономически важные признаки продуктивности и хлебопекарные свойства.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 1993–2016 гг. в лаборатории генетики и цитологии НИИСХ Юго-Востока, вегетационные периоды которых различались по температурным и водным режимам. Материалом исследований служили сорта и почти изогенные линии (Л400R и Л400S) яровой мягкой пшеницы, созданные в НИИСХ Юго-Востока, линия Л400R – селекционный номер сорта Белянка. Оценку на устойчивость к пыльной и твердой головне проводили на искусственном инфекционном фоне. Для заражения пыльной головней использовали патотипы I-505, I-C60, а твердой головнёй – патотип – Л894. Классификацию сорто-образцов по степени поражения пыльной и твердой головней проводили по общепринятым методикам.

На устойчивость к листовой ржавчине и мучнистой росе материал оценивали на естественном и искусственном инфекционном фоне. Тип реакции растений на мучнистую росу определяли по шкале E.B. Mains, S.M. Dietz, на листовую ржавчину – по шкале E.G. Stakman. Оценку на устойчивость к возбудителю стеблевой ржавчины расе Ug99 + Lr24 (TTKST) проводили в инфекционном питомнике KARI в Njoro, Кения, и на местную популяцию патогена. Оценку проводили дважды по модифицированной шкале Cobbа и реакции хозяина на внедрение патогена: R = устойчивый – 1 балл; TR = единичные пустулы, некротичные пятна, устойчивый – 1 балл; MR = умеренно устойчивый – 2 балла; MS = умеренно восприимчивый – 2–3 балла; M = промежуточный между устойчивым и восприимчивым – 2–3 балла; MSS = от умеренно восприимчивого до восприимчивого – 4 балла; TS = единичные пустулы, восприимчивый – 3–4 балла; S = восприимчивый – 4 балла.

Материал высевали в оптимальные сроки, рендомизировано по 24 варианта, в 4-кратной повторности семирядковой сеялкой ССФК-7 сплошным рядовым способом. Расстояние между рядками 15 см. Площадь делянок 7 м2. Норма высева – 400 семян/м2. В инфекционном питомнике посев проводили на глубину 5 см. Площадь питания растений 20×5 см. Уборку осуществляли комбайном Hеgе 125 B. Все полученные данные подвергали дисперсионному анализу и множественному сравнению по критерию Дункана, используя программу «Agros-2.10».

Результаты исследования и их обсуждение

Молекулярно-генетическая и цитогенетическая характеристика интрогрессивной линии Л400R

Ранее для определения наличия хроматина от Agropyron intermedium Host. у линии Л400R был проведён комплексный анализ с использованием молекулярно-цитогенетических (С-дифференциальная окраска, флуоресцентная (FISH) и геномная (GISH) гибридизация in situ), молекулярных (PLUG маркёры) и биохимических (электрофоретический анализ глиадинов) маркеров, который выявил у изучаемой линии замещение пшеничной хромосомы 6D хромосомой 6Agi относящимися к J (= E) субгеному Agropyron intermedium (Host) Beauv (= Thinopyrum intermedium (Host) Barkworth & D.R. Dewey) [4], которое отсутствует у ее сибса Л400S. Донором 6Agi-хромосомы пырея промежуточного была замещённая линия С29-Агро139-М2-2, полученная М.Е. Синиговцом (ВНИИФ, г. Москва) [3]. Основываясь на полученных данных, авторы провели сравнительный анализ линий Л400R и Л400S, с целью выявить влияние замещения 6Agi (6D)-хромосомы на комплекс хозяйственно полезных признаков.

Влияние замещения 6Agi (6D) на морфофизиологические признаки

Изучение почти изогенных линий Л400R и Л400S по морфофизиологическим признакам выявило, что наличие замещения 6Agi(6D) у линии Л400R увеличивает продолжительность периода всходы – колошение в среднем на 2–3 дня по сравнению с ее сибсом Л400S, значимо увеличивает высоту растения (в среднем высота у линии Л400R была 86,1 см, а у ее аналога Л400S – 79,9 см соответственно), но практически не оказывает влияния на устойчивость к полеганию. Кроме того, исследования устойчивости к прорастанию в колосе показали, что линия Л400R, имеющая замещение 6Agi(6D), отличается более низким уровнем устойчивости, чем её сибс Л400S [5].

Оценка устойчивости почти изогенных линий Л400R и Л400S к болезням

Исследования популяции возбудителя листовой ржавчины Puccinia triticina Eriks. в течение 1993–2016 гг. показали, что она является очень динамичной и высоковирулентной, количество генов вирулентности в благоприятные для патогена годы достигало 38, а постоянно высокоэффективными генами устойчивости были Lr9, 24, 28, 29, 40, 41, 42, 43 [6]. В этих условиях тип реакции на патогена линий Л400R и Л400S показал, что линия Л400R за весь период изучения проявила полную устойчивость к листовой ржавчине даже в годы сильных эпифитотий, в отличие от ее аналога Л400S (табл. 1).

Проведенный генетический анализ линий содержащих замещение 6Agi(6D), выявил, что хромосома 6Agi от Agropyron intermedium Host. в гибридах передаётся в зависимости от генотипа-реципиента с различной частотой (от пониженной до нормальной и повышенной), а ген(ы) устойчивости к листовой ржавчине этой линии неаллельны идентифицированным Lr-генам (Lr9, Lr19, Lr24) [7].

По реакции на мучнистую росу Erysiphe graminis f. sp. tritici DC. Marchal, за весь период оценки степени устойчивости линия Л400R проявила себя как высокоустойчивая (тип реакции 1,2) даже при сильной эпифитотии патогена в 2011 г., в отличие от линии Л400S (тип реакции – 4, степень поражения 80 %) (табл. 2).

Проведенный генетический анализ показал, что контроль устойчивости к мучнистой росе у Л400R осуществляется двумя Рm- генами, а у линии Л 400S – одним рецессивным [8]. Эти данные указывают на то, что хромосома 6Agi несет помимо Lr-генов еще и Pm-гены, что особенно удобно в селекционной работе по созданию сортов с комплексной устойчивостью к болезням.

Таблица 1

Поражение сортов и линий яровой мягкой пшеницы листовой ржавчиной*

Сорт, линия

Год

1993

1996

1997

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2011

2012

2013

2014

2016

Саратовская 55 St

3/70

3/80

4/80

3/80

3/20

3 ед

3/20

3/50

3/70

3/40

3 ед

3/50

3 ед

3/30

3/70

3/40

3 ед

Л400 R

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Л400 S

3/50

3/60

2/40

3/50

3 ед

3 ед

3/1

3/30

3/40

3/50

3 ед

3/50

3 ед

3/30

3/10

3/40

3 ед

Примечание. * – здесь и далее данные полученные в лаборатории генетики и цитологии НИИСХ Юго-Востока.

Таблица 2

Поражение сортов и линий яровой мягкой пшеницы мучнистой росой*

Сорт, линия

Год

1993

1997

2004

2005

2006

2007

2008

2011

2013

Саратовская 55 St

3

3/10

3/50

3

2/ед

3

3/20

4/50

3/50

Л400 R

0

0

ед

0

ед

0

ед

1/2

0

Л400 S

2/5

3/5

3/30

0

3/2

3

3/10

4/80

3/50

 

Наши результаты исследований устойчивости к листовой ржавчине и мучнистой росе у Л400R совпадают с данными, проведенными рядом ученых, изучающих в своих опытах сорт Белянка (селекционное название Л400R) [9, 10].

Почти изогенные линии также были оценены на устойчивость к возбудителю стеблевой ржавчины, как к местной популяции, так и к расе Ug99 в Кении. Было выявлено, что по типу реакции на местную популяцию стеблевой ржавчины линия Л400R практически не отличается от линии Л400S – 3/5 и 3/10, соответственно, но по реакции на расу Ug99 эти линии значимо различаются, так линия Л400R поразилась на 10MR, а ее аналог на 40М. Эти данные дают основание утверждать, что хромосома 6Agi несет ген(ы) устойчивости к расе Ug99 стеблевой ржавчины.

Анализ реакции почти изогенных линий на пыльную головню (Ustilago tritici (Pers) Jens.), как на естественном, так и на искусственном инфекционном фоне показал, что сибсы между собой значимо не различаются. Также эти линии практически сходно реагировали на заражение их твердой головней (Tilletia caries (DC.) Tul.) на искусственном инфекционном фоне (табл. 3).

Оценка сорта Белянка (Л400R – селекционный номер) на заражение местными расами корневой гнили показала полную устойчивость его к данному заболеванию [10, 11]. Также отмечено, что сорт Белянка высокоустойчив к септориозу [12].

Эффект замещения 6Agi (6D)-хромосомы на показатели продуктивности зерна

При переносе чужеродных генов от различных видов пырея, эгилопса, ржи и др. в сорта культурной пшеницы нередко проявляются нежелательные сцепления с другими генами, влияющие на продуктивность, которая в свою очередь складывается из полноты всходов, плотности продуктивного стеблестоя и выживаемости, кроме этого важными показателями считаются продуктивная кустистость, число колосков и зёрен в колосе, продуктивность колоса и растения в целом, масса 1000 зёрен. Анализ, проводимый в течение 24 лет, которые были весьма контрастными как по количеству осадков, так и по эпифитотиям листовой ржавчины на почти изогенных линиях Л400R и Л400S, показал, что присутствие в генотипе замещения 6Agi (6D)-хромосомы положительно влияет на урожай зерна особенно в благоприятные и эпифитотийные по листовой ржавчине годы, так линия Л400R значимо превысила свой сибс Л400S по этому показателю в среднем за 24 года на 377 кг/га, причем в благоприятные годы превышение составило 393 кг/га, а в засушливые годы у линии Л400R урожай зерна был выше, чем у ее сибса Л400S, но значимо они не различались по этому показателю (табл. 4).

Исследования, которые были проведены в условиях сухостепной зоны каштановых почв, также показали, что сорт Белянка (Л400R – селекционный номер) наиболее устойчив к изменениям погодных условий по продуктивности, что согласуется с нашими данными [13].

Таблица 3

Поражение почти изогенных линий пыльной головней и твердой головней*

Сорт,

линия

Пыльная головня

Твердая головня

Естественное заражение в среднем за 15 лет (1997–2011 гг.)

Искусственное заражение (2004–2007 гг.)

Патотип I-505

Патотип I-60

Патотип Л 894

Л 400R

0,06

26,43

62,10

12,33

Л 400S

0,06

27,83

45,90

11,49

1,622

10,256

11,321

8,423

НСР05

NS

22,71

19,86

1,663

 

Таблица 4

Урожайность зерна у почти изогенных линий Л400R и Л400S, кг/га (1993–2016 гг.)*

Линия

Благоприятные годы

Засушливые годы

Среднее за 24 года

Л400 R

3513,0

1449,83

2973,23

Л400 S

3119,3

1369,33

2596,32

11,607

1,522

7,83

НСР05

261,389

NS

343,846

 

Таблица 5

Элементы продуктивности у почти изогенных линий Л400R и Л400S (2003–2007 гг.)*

Линия

Компоненты продуктивности

Количество прод. стеблей на м2

Длина колоса, см

Число зерен в колосе, шт.

Масса зерна с колоса, г

Количество зерен на 1 м2

Масса 1000 зерен, г

Л400R

470,67

8,97

34,45

1,08

10460,00

36,92

Л400S

423,33

7,12

29,53

1,07

8533,33

38,73

12,387

9,201

7,951

1,631

11,200

8,349

НСР05

42,766

0,662

4,059

NS

1886,213

1,552

 

Таблица 6

Показатели качества зерна у почти изогенных линий Л400R и Л400S (1997–2016 гг.)*

Линия

Содержание клейковины в муке, %

Содержание белка, %

Показатель ИДК-1, ед.п.

Объем хлеба, см3

Показатель

SDS-седиментации

Упругость теста (P), мм

Отношение упругости теста к растяжимости P/L

Сила муки, е.а.

Л400 R

39,13b

18,57b

76,00

788,75

84,17b

99,88

1,78

210,88

Л400 S

36,59a

17,09a

78,67

778,75

77,50a

96,12

1,75

187,88

8,030

10,39

4,491

0,041

7,435

0,557

0,017

2,001

НСР05

2,071

1,138

NS

NS

6,286

NS

NS

NS

 

Изучение структуры урожая позволило выявить, что наличие замещения 6Agi(6D)-хромосомы значимо увеличивает количество продуктивных стеблей на 1 м2, длину колоса, число зерен в колосе, но практически не оказывает влияния на массу зерна с колоса, а вот масса 1000 зерен значительно уменьшается у линии Л400R по сравнению с ее сибсом Л400S (табл. 5).

Эффект замещения 6Agi (6D)-хромосомы на качество зерна

Сравнительный анализ линий Л400R и Л400S по содержанию белка и клейковины, ее качеству, силе муки, SDS, упругости теста, хлебопекарным свойствам показал, что в среднем у линии Л400R содержание белка и клейковины было значимо выше, чем у ее сибса Л400S, также отмечено положительное влияние присутствия замещения 6Agi (6D)-хромосомы на показатель SDS. На остальные изучаемые показатели (показатель ИДК-1, объем хлеба, упругость теста (Р), сила муки) хромосомное замещение практически не оказывало значимого влияния (табл. 6).

Изучение сорта Белянка (Л400R) проведенное в Оренбургском ГАУ, показало, что он имеет высокие хлебопекарные показатели. Тесто из муки этого сорта имеет высокие технологические свойства. Водопоглотительная способность колебалась в пределах 57,7–64,8 %, время образования теста – 2,7–6,3 мин, устойчивость теста к замесу – 4,6–8,7 мин, сопротивляемость теста 50–81 мин, разжижение теста – 92–116 е.ф., число качества 61–81 у.е. Объем хлеба колебался от 424 до 445 мл, а по пористости, кислотности, влажности хлеб соответствует требованиям высшего сорта [14].

Выводы

Таким образом, в результате многолетней работы, проделанной в лаборатории цитологии и генетики, был создан уникальный материал яровой мягкой пшеницы, содержащий замещение 6Agi(6D). Анализ почти изогенных линий, различающихся по наличию замещения 6Agi(6D), по хозяйственно полезным признакам, выявил, что данное замещение не влияет отрицательно на большинство хозяйственно важных показателей, а по некоторым, в частности устойчивость к комплексу заболеваний, продуктивность и качество, даже улучшает их. Ценность использования в селекционной работе линий с замещением 6Agi(6D) выражается также в создании ряда коммерческих сортов: Белянка (Л400R), Фаворит, Воевода и Лебедушка.


Библиографическая ссылка

Сибикеев С.Н., Дружин А.Е. ВЛИЯНИЕ ЗАМЕЩЕНИЯ 6AGI (6D)-ХРОМОСОМЫ AGROPYRON INTERMEDIUM НА ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫЕ И АДАПТИВНЫЕ ПРИЗНАКИ У ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 11. – С. 43-48;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36579 (дата обращения: 27.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074