Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

THE STUDY OF AGRONOMIC VALUABLE AND ADAPTIVE TRAITS IN A NEW CUL-TIVAR OF SPRING BREAD WHEAT ALEXANDRITE PRODUCED BY INTROGRES-SION BREEDING

Druzhin A.E. 1 Sibikeev S.N. 1 Vlasovets L.T. 1 Golubeva T.D. 1 Kalintseva T.V. 1
1 Federal State Budgetary Scientific Institution «Scientific Research Institute of Agriculture of the South-East»
The results of the study of a new cultivar of bread wheat Alexandrite produced by the method of introgressive breeding with the combination of 7DS-7DL-7Ae#1L (Agr. elongatum (Host) Beauv.) and 2AL-2AS-2MV#1 (Ae. ventricosa Tausch.) (Lr37/Sr38/Yr17) translocations (Lr19/Sr25) are present. It was found that this cultivar has a good adaptability and plasticity, both in the Saratov region and in the multilocational test system KASIB (10 stations in Kazakhstan and 9 stations in Western Siberia and the Lower Volga region). The cultivar Alexandrite was significantly higher for grains productivity than local cultivars-standards, in many regions. The reaction of the Alexandrite cultivar to the complex of pathogens was studied, it was revealed that the variety was resistant to leaf rust, diffe-rented reacted to local populations of stem rust and had a degree of infection types from TR to 80S, but at the same time it was resistant to the dangerous race Ug99 + Lr24(TTKST) of this patho-gen. When evaluating the cultivar according to the KASIB system, it gave a differentiated degree of damage to the local populations of powdery mildew and Septoria tritici blotch from 0 to 60% and from 0 to 65%, respec-tively. Evaluation of the cultivar Alexandrite revealed that it has a very good performance of grain quality. The cultivar Alexandrite is an example, of the prospects of using a combination of translocations 7DS-7DL-7Ae#1L + 2AL-2AS-2MV#1 for producing cultivars combining high resistance to a complex of pathogens with productivity and quality of grain are shown.
bread wheat
introgression
7DS-7DL-7Ae#1L (agr. elongatum (host) beauv.) (lr19) and 2AL-2AS-2MV#1 (ae. ventricosa tausch.) (lr37) translocations
resistance to fungal diseases
agronomic traits

Как показала практика, внутривидовой генетический потенциал мягкой пшеницы уже не в состоянии обеспечивать защиту растений от ряда патогенов, поэтому все чаще для защиты пшеницы привлекают интрогрессивные гены устойчивости, локализованные в чужеродных транслокациях [1]. Но и интрогрессивные гены также со временем теряют свою эффективность и не способны защищать растения от патогенов, поэтому для защиты растений используют не одиночные гены, а целые комбинации генов (транслокаций), что позволяет «реанимировать» утратившие свою эффективность гены устойчивости. Примером может служить ген устойчивости Lr19 (транслокация 7DS-7DL-7Ae#1L), перенесенный от Agropyron elongatum (Host) Beauv., который потерял свою эффективность в Поволжье в середине 1990-х гг., однако в комбинации с другими генами Lr26, Lr9, Lr23, Lr24, Lr25, LrAgi (замещение 6D(6Agi) (Agr. intermedium (Host) Beauv.) он эффективно защищает растения от листовой ржавчины [2]. Кроме того, комбинацию транслокации 7DS-7DL-7Ae#1L (Agr. elongatum (Host) Beauv.) и замещение 6D(6Agi) (Agr. intermedium (Host) Beauv.) использовали при создании сорта яровой мягкой пшеницы Лебедушка в 2009 г., и как показывает практика, сорт до сих пор высокоустойчив к листовой ржавчине.

Пребридинговые исследования выявили довольно эффективную устойчивость против возбудителя листовой ржавчины у комбинации транслокаций 7DS-7DL-7Ae#1L (Agr. elongatum (Host) Beauv.) (Lr19/Sr25) и 2AL-2AS-2MV#1 (Ae. ventricosa Tausch.) (Lr37/Sr38/Yr17) [3]. С использованием этой комбинации был создан ряд линий, среди которых оказалась линия Л654, впоследствии ставшая сортом Александрит.

Цель исследования: изучение, на основе интрогрессивного сорта Александрит, влияния комбинации транслокаций 7DS-7DL-7Ae#1L (Agr. elongatum (Host) Beauv.) (Lr19/Sr25) и 2AL-2AS-2MV#1 (Ae. ventricosa Tausch.)(Lr37/Sr38/Yr17) на устойчивость к ряду заболеваний, а также на агрономически важные признаки продуктивности и хлебопекарные свойства, а также пластичность и адаптивность по системе КАСИБ.

Материалы и методы исследования

Исследования по системе КАСИБ проводили с 2015 по 2016 г., вегетационные периоды которых различались по температурным и водным режимам, помимо этого, испытания сортов были проведены в различных почвенно-климатических условиях (в Российской Федерации – в Омской (Oмский государственный сельскохозяйственный университет (ОмГАУ), Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства (Сиб. НИИСХ)), Новосибирская (Сибирский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции (Сиб. НИИРС)), Саратовской (научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока (НИИСХ Юго-Востока)), Курганской (ЗАО «Кургансемена» (Кург. семена), Kурганский научно-исследовательский институт сельского хозяйства (Кург. НИИСХ)), Челябинской (Челябинский научно-исследовательский институт сельского хозяйства (Чел. НИИСХ), Московская (Всероссийский НИИ фитопатологии (ФГБНУ ВНИИФ)) областях и Алтайском крае (Алтайский институт земледелия и селекции (Алтай НИИСХ); в Республике Казахстан – в Актюбинской (Актюбинская сельскохозяйственная опытная станция (Акт. СХОС), Костанайской (Карабалыкская сельскохозяйственная опытная станция (Карб. СХОС), Научно-производственная фирма «Фитон» (Фитон)), Алма-Атинской (Казахский научно-исследовательский институт земледелия и растениеводства (КИЗ)), Павлодарской (Павлодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства (Павл. НИИСХ), Карагандинской (Карагандинский научно-исследовательский институт растениеводства и селекции (Кар. НИИРС)), Жамбылской (научно-исследовательский институт проблем биологической безопасности (НИИПББ, Отар), Aкмолинской (научно-производственный центр зернового хозяйства им. А.И. Бараева (НПЦ ЗХ), Восточно-Казахстанская (ВКНИИСХ), Опытное хозяйство масличных культур (ОХМК)) областях, Кения – Njoro (г. Нджоро) (Кенийская организация сельского хозяйства и животноводства (KALRO)). Материалом исследований служили 52 сорта яровой мягкой пшеницы, созданные в различных учреждениях России и Казахстана, в том числе сорт Александрит (селекционное название Л654), полученный в результате скрещивания сорта Добрыня (содержит транслокацию 7DS-7DL-7Ae#1L с генами Lr19/Sr25) с линией Milan/Prinia селекции международного центра СИММИТ (содержит транслокацию 2AL-2AS-2MV#1 с генами Sr38/Lr37/Yr17).

Материал высевали в оптимальные сроки, рендомизированно, в 3-хкратной повторности сеялкой ССФК-8 сплошным рядовым способом. Расстояние между рядками 15 см. Площадь делянок 3 м2. Норма высева – 400 семян/м2. Все полученные данные подвергали дисперсионному анализу и множественному сравнению по критерию Дункана, в ряде случаев применяли метод неорганизованных повторений, используя программу «Agros-2.10». Полевые наблюдения, учёты и оценки проводились по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [4].

На устойчивость к листовой ржавчине (Puccinia triticina Eriks), стеблевой ржавчины (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici Erikss. et Henn.) и септориозу (Septoria tritici Rob. et Desm.) сорта оценивали на естественном инфекционном фоне в поле по международной шкале CIMMYT [5], а к мучнистой росе (Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. tritici Marchal.) по общепринятой методике [6].

Оценку сортов на устойчивость к расе возбудителя стеблевой ржавчины Ug99 + Lr24 (TTKST) проводили в инфекционном питомнике KARI в Njoro, Кения. Материал испытывали в 2012 г.

Результаты исследования и их обсуждение

Устойчивость к заболеваниям

Изучение популяций Puccinia triticina Eriks в России по генам вирулентности выявило, что популяции очень разнообразны и различаются как по количеству вирулентных генов, так и по их динамичности [7]. Испытание сорта Александрит по системе КАСИБ показало, что сорт проявил устойчивость к популяциям листовой ржавчины практически на всех пунктах изучения, в отличие от межстанционного сорта стандарта Терция, который поражался от 20 до 100 %, что указывает на высокую эффективность комбинации Lr19 + Lr37 против патогена на довольно большой территории от Поволжья до Западной Сибири и Казахстана.

При оценке сорта Александрит на устойчивость к стеблевой ржавчине по системе КАСИБ было выявлено, что он дифференцированно реагировал на местные популяции патогена и имел степень поражения от R до 80S, что обусловлено комбинацией Sr25 + Sr38, которая эффективно работает в Курганской и Челябинской областях, но слабо защищает в других. Известно, что ген Sr25 эффективен против расы Ug99 + Lr24, а вот Sr38 – нет [8]. При изучении на фитопитомнике в Njoro KARI, Кения, в 2012 г. на устойчивость к расе Ug99 + Lr24(TTKST), сорт показал тип реакции 10RMR, в то время как сорт стандарт Терция 60MSS (табл. 1).

Таблица 1

Поражение сортов яровой мягкой пшеницы болезнями 2015–2016 гг.

Сорт

Пункт изучения

Карб. СХОС

Кар. НИИРС

НПФ Фитон

Станция

СИММИТ

Курган Семена

Курган НИИСХ

НИИСХ

Юго-Востока

ОМ ГАУ

Сиб. НИИСХ

Чел. НИИСХ

ФГБНУ ВНИИФ

KARI

Реакция на листовую ржавчину

Терция St

75

70

100

10

50

50

5

40

90

20

80

Александрит

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Реакция на стеблевую ржавчину

Терция St

75S

100S

100S

10S

50S

20S

60S

80S

60MS

60MSS

Александрит

25S

80S

5S

R

50S

20S

60S

90S

TR

10RMR

Реакция на мучнистую росу

Терция St

5

40

70

60

 

40

Александрит

0

0

20

20

 

60

Реакция на септориоз листьев

Терция St

5

100

40

80

Александрит

0

5

20

65

Также выявлено, что сорт Александрит проявил дифференцирующую устойчивость к мучнистой росе – от 0 % до 60 %, при этом сорт-контроль Терция от 5–70 % соответственно.

К сожалению, оценка на желтую ржавчину (Puccinia stritiformis) была проведена только по одному пункту (Казахстан, Жамбылский р-он, НИИПББ Отар), но и там сорт Александрит проявил устойчивость к этому заболеванию 5 % (1 балл) по сравнению с сортом-контролем Терция 30 % (3 балла).

Оценка сорта Александрит на устойчивость к популяциям септории показала, что он дифференцированно реагировал на этот патоген и поражался от 0 до 65 %, в то время как сорт-контроль Терция от 40 до 100 % соответственно.

Элементы продуктивности и урожайность

Проведенные ранее пребридинговые исследования нового сорта Александрит (селекционная линия Л654) в полевых условиях Саратова показали, что у сорта Александрит период «всходы – колошение» был длиннее по сравнению с сортом-реципиентом Добрыня в среднем за годы изучения на 7 суток, что вероятнее всего произошло из-за взаимодействия двух транслокаций, так как после пяти беккроссов генотип сорта Добрыня теоретически восстановлен более чем на 98 %. Сорт Александрит значимо превосходит сорт-реципиент Добрыня и по высоте растений, что также указывает на влияние транслокации 2AL-2AS-2MV#1 на этот признак, либо на взаимодействие двух транслокаций как в случае с периодом «всходы – колошение», но значимо не отличается от сорта–реципиента Добрыня по устойчивости к полеганию, массе 1000 зерен, массе зерна с колоса, числу зерен в колосе, натуре зерна [3].

При оценке сорта Александрит по системе КАСИБ было выявлено, что у него период «всходы – колошение» был длиннее по сравнению с сортом-контролем Терция в среднем за годы изучения на 4 суток, и он оказался одним из самых позднеспелых сортов, включенных в изучение. Также было отмечено, что у сорта Александрит высота растений также выше, чем у сорта контроля Терция, и он является одним из самых высокорослых среди изучаемых сортов (табл. 2).

Таблица 2

Показатели продуктивности сортов яровой мягкой пшеницы при испытании по системе КАСИБ, 2015–2016 гг.

Сорт

Акт. СХОС

ВКНИИСХ

КИЗ

Карб .СХОС

Кар .НИИРС

НИИПББ, Отар

Фитон

НПЦ ЗХ

Павл .НИИСХ

ОХМК

Алтай НИИСХ

Кург .Семена

Кург .НИИСХ

НИИСХ Ю-Востока

ОмГАУ

Сиб .НИИРС

Сиб .НИИСХ

Чел .НИИСХ

Среднее

Период «всходы – колошение», сутки

Терция

36

62

40

42

43

42

41

45

42

44

41

42

Александрит

41

57

45

44

44

47

46

46

48

47

43

50

46

46

НСР05

                                   

3,2

Высота растений, см

Терция

55

105

103

54

41

105

80

88

99

70

95

76

81

Александрит

65

100

108

130

66

83

110

90

90

115

75

110

75

90

НСР05

                                   

6,2

Что касается других показателей, то сорт Александрит уступал сорту-контролю Терция по длине колоса (8,1 и 9,0 см соответственно (НСР05 = 0,4)), однако количество колосков в колосе у них было одинаково – в среднем по 23 шт. (НСР05 = 2,6). Сорт Александрит превосходил сорт Терция по числу зерен в колосе (32 и 29 шт. соответственно (НСР05 = 2,2)), массе зерна с колоса (1,38 и 0,9 (НСР05 = 0,38)), а также по площади флагового листа (19,7 и 9,3 см соответственно (НСР05 = 4,1)), причем по последним двум показателям сорт Александрит входил в пятерку лидеров среди изучаемых 52 сортов.

Предварительно проведенные исследования по изучению урожайности зерна у сорта Александрит показали, что он не отличается по этому показателю от сорта-реципиента Добрыня и сорта-стандарта для Саратовской области Фаворит. И в целом сорт Александрит показал хорошую адаптивность как в годы острозасушливые, так и в годы с оптимальным гидротермическим показателем, в сочетании с комплексом фитопатогенов [3]. Адаптивность сорта Александрит проявилась и при мультилокационном испытании по системе КАСИБ (10 точек в Казахстане и 9 точек в Западной Сибири и Нижнем Поволжье), где в изучение было включено 52 сорта яровой мягкой пшеницы. В среднем за 2 года изучения (2015–2016), урожай зерна у сорта Александрит составил 2753 кг/га, а прибавка к межстанционному стандарту (сорт Терция) составила 350 кг/га. Изучение сорта в Челябинском НИИСХ показало его преимущество над Терцией на 720 кг/га, в Алтайском НИИСХ – 430 кг/га, в ЗАО «Кургансемена – 690 кг/га. При этом в среднем масса 1000 зерен была выше у сорта Александрит по сравнению со стандартом (табл. 3).

Таблица 3

Показатели продуктивности яровой мягкой пшеницы (КАСИБ 2015–2016 гг.)

Сорт

Акт .СХОС

ВКНИИСХ

КИЗ

Карб .СХОС

Кар .НИИРС

НИИПББ, Отар

Фитон

НПЦ ЗХ

Павл .НИИСХ

ОХМК

Алтай НИИСХ

Кург .Семена

Кург .НИИСХ

НИИСХ Юго-Востока

ОмГАУ

Сиб .НИИРС

Сиб .НИИСХ

Чел .НИИСХ

Среднее

Масса 1000 зерен

Терция

34,3

23,6

34,5

37,2

39,5

30,7

35,0

31,4

32,1

16,5

30,3

34,9

31,9

Александрит

32,7

32,7

35,0

28,1

33,2

35,0

38,0

33,8

37,8

37,5

21,5

35,5

39,1

34,1

НСР05

                                   

1,1

Урожайность зерна, кг/га

Терция

1975

1625

2479

3170

4333

2540

2350

1265

2465

2855

3885

930

1368

1400

1905

3105

2401

Александрит

1996

2575

3541

3647

2825

5029

2930

2450

1295

1815

3350

4580

1275

2035

1780

2355

2230

3830

2753

НСР05

                                   

234,6

Показатели качества зерна

Важным показателем при оценке сортов мягкой пшеницы является качество муки и хлеба. Особенно это относится к сортам, полученным с помощью интрогрессивных методов селекции. Известно, что многие транслокации, переносимые в генофонд пшеницы, помимо положительных качеств приносят и отрицательные. Сорт Александрит имеет комбинацию транслокаций 7DS-7DL-7Ae#1L + 2AL-2AS-2MV#1. Известно, что транслокация 7DS-7DL-7Ae#1L в генотипе саратовских сортов яровой мягкой пшеницы значимо повышает содержание белка в зерне и клейковину [9], а транслокация 2AL-2AS-2MV#1 увеличивает содержание белка в зерне, объем хлеба, но в то же время уменьшает отношение упругости теста к растяжимости [10]. Предварительная оценка физических свойств муки и хлебопекарных показателей сортов Александрит, Добрыня и Фаворит, которая была проведена ранее, показала, что у сорта Александрит значимо снизилось содержание клейковины по сравнению с сортом-реципиентом Добрыня, при этом свойства клейковины не изменились. Не было выявлено различий между сортом Александрит и сортом Добрыня по показателям упругость теста (Р), отношение упругости теста к растяжимости (P/L), сила муки (W), объем хлеба (V) и пористость мякиша. Кроме того, сорт Александрит значимо превзошел сорт стандарт Фаворит по показателям упругость теста (Р) и сила муки (W) [3].

При оценке сорта Александрит по системе КАСИБ, хотя и не во всех оценочных точках делали анализ, было выявлено, что сорт имеет в целом хорошие показатели качества зерна, а по некоторым показателям, таким как стекловидность зерна и количество клейковины, входит в группу лидеров (табл. 4).

Таблица 4

Показатели качества зерна у сортов яровой мягкой пшеницы в среднем за 2015–2016 гг., при оценке по системе КАСИБ

Сорт

Стекловидность зерна, %

Натура зерна, г/л

Клейковина

Содержание

белка, %

SDS

%

ИДК-1

Терция St

71

747

24,4

66,4

13,6

41

Александрит

78

737

26,3

73,9

12,2

45

НСР05

4,6

19,8

1,6

4,3

0,5

3,2

Выводы

Таким образом, в результате многолетней работы с помощью интрогрессивных методов был создан сорт Александрит, который несет комбинацию транслокаций 7DS-7DL-7Ae#1L + 2AL-2AS-2MV#1. Эта комбинация благодаря блоку генов Lr19/Sr25 + + Lr37/Sr38/Yr17 определяет высокую устойчивость этого сорта как к саратовской высоковирулентной популяции листовой ржавчины, так и ко многим популяциям патогена в Казахстане и Западной Сибири. Выявлено, что сорт Александрит дифференцированно реагировал на популяции стеблевой ржавчины и имел степень поражения от TR до 80S, но в то же время устойчив к опасной расе Ug99 + Lr24(TTKST) этого патогена. По оценке в системе КАСИБ сорт имел дифференцированную степень поражения к местным популяциям мучнистой росы и септориоза от 0 до 60 % и от 0 до 65 % соответственно.

Изучение сорта Александрит выявило его хорошую адаптивность и пластичность как в условиях Саратовской области, так и при мультилокационном испытании по системе КАСИБ. Сорт не только не уступал местным сортам-стандартам, а во многих регионах значимо их превосходил по продуктивности. При этом сорт имел хорошие показатели качества зерна.

В целом изучение хозяйственно ценных и адаптивных признаков у нового сорта яровой мягкой пшеницы Александрит, созданного методом интрогрессивной селекции, позволило выявить перспективность использования комбинации транслокаций 7DS-7DL-7Ae#1L + 2AL-2AS-2MV#1 при создании сортов, сочетающих высокую устойчивость к комплексу патогенов с продуктивностью и качеством зерна.