Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Создание исходного материала для селекции озимой пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине в Нижнем Поволжье

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Дорогобед, Алексей Алексеевич, Саратов

61-4200001 (2346x3476x2 111!)

¿5/; вв-6

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТЕННЫХ НАУК

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский

УДК 633.11 «324»:631.527:631.524.86

СОЗДАНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К БУРОЙ РЖАВЧИНЕ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

институт сельского хозяйства Юго-Востока

На правах рукописи

Дорогобед Алексей Алексеевич

(06. 01. 05 - селекция и семеноводство)

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор биологических наук профессор, заслуженный деятель науки Р Ф Крупное В. А.

Саратов 1999

61-4200002 (2354x3481x2 111!)

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4 ГЛАВА 1

КРАТКИЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПАТОГЕНА 8

1.2 ПОТЕРИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ОТ БОЛЕЗНИ 10

1.3 СОПРЯЖЁННОСТЬ ПАТОГЕНА

И РАСТЕНИЯ-ХОЗЯИНА 11

ГЛАВА 2

МАТЕРИАЛ, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ

ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 13

2.1 МАТЕРИАЛ 13

2.2 МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 20

2.3 МЕТОДИКА ПОЛЕВОГО ОПЫТА 23

2.4 МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ 25

ГЛАВА 3

ХРОНОЛОГИЯ ЭПИДЕМИЙ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ 28

3.1 БУРАЯ РЖАВЧИНА НА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЕ В САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ С 1932 ПО 1997 ГОД 28

3.2 ОСОБЕННОСТИ ЭПИДЕМИЙ

БУРОЙ РЖАВЧИНЫ С 1992 ПО 1998 ГОД 33

ГЛАВА 4

ВЫБОР ДОНОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ К ПАТОГЕНУ

61-4200003 (2367x3489x2 Щ

3

ГЛАВА 5

СОЗДАНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА 46

5.1 ОТБОР УСТОЙЧИВЫХ ЛИНИЙ ИЗ ГИБРИДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ОЗИМОГО ОБРАЗА ЖИЗНИ 46

5.2 ОТБОР УСТОЙЧИВЫХ ЛИНИЙ ИЗ ГИБРИДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ОТ СКРЕЩИВАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ С ЯРОВОЙ 48

5.2.1 СХЕМА ВЫВЕДЕНИЯ ЛИНИЙ

УСТОЙЧИВЫХ К БУРОЙ РЖАВЧИНЕ 58

5.3 ОЦЕНКА ВЫНОСЛИВОСТИ К БУРОЙ РЖАВЧИНЕ СОРТОВ В КОНКУРСНОМ СОРТОИСПЫТАНИИ 61

5.4 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛУЧШИХ ЛИНИЙ УСТОЙЧИВЫХ И ВЫНОСЛИВЫХ К БОЛЕЗНИ 65

ВЫВОДЫ 74

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 76

ЛИТЕРАТУРА 77

ПРИЛОЖЕНИЕ 92

61-4200004 (2386x3502x2 tiff)

4

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

На пшенице встречаются три вида ржавчины- жёлтая, стеблевая и бурая, из которых последняя особенно вредоносна в Поволжье и других регионах страны.

По данным исследователей (Русаков JI. Ф., 1946; Вердевский Д. Д., 1969; Семенко Н. И., 1969; Одноконь Я. М., 1970; Лукьяненко П. П., 1968, 1973; Воронкова А. А., 1975, 1977, 1980; Шестакова А. П., 1984; Дымченко А. М. и др., 1990; Трасковецкая В. А., 1990; Чумаков А. Е., 1958, 1964, 1965, 1974, 1990; Смирнова Л. А. и др., 1991; Line R. F., 1984; Marshall D., 1988; Pretorius Z., 1988) в годы сильных эпидемий (эпифитотий) бурой ржавчины урожайность пшеницы в некоторых районах снижалась до 30 - 40 %, а в Поволжье отдельные годы на яровой пшенице до 40 - 62 % (Крупнов В. А. и др., 1992, 1994; Садыгова М. К., 1994). При этом резко снижаются: выход муки, натура и масса 1000 зёрен, содержание в зерне клейковины, ухудшается аминокислотный состав белков (Лукьяненко П. П., 1973; Чумаков А. Е., 1974; Дмитриев А. П., 1975; Lundin Р., 1973; Ozkan М., Prescott J., 1972; Eversmeyer М., Browder L., 1974; Bushuk W., Weigley C., 1980).

Районированные в Поволжье сорта озимой пшеницы в годы эпидемий бурой ржавчины поражаются в сильной степени. Поэтому, создание сортов сочетающих высокую продуктивность, зимо-засухоустойчивость, качество зерна и другие хозяйственно - полезные признаки с устойчивостью к данной болезни, является одной из важнейших проблем в селекции этой культуры.

Настоящая работа является одним из разделов тематического плана лаборатории селекции и семеноводства озимых культур НИИСХ Юго-Востока.

61-4200005 (2335x3469x2 tiff)

5

Цель работы и задачи исследований.

Целью работы являлось создание исходного материала для селекции озимой пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине в Нижнем Поволжье.

В задачу исследования входило: изучение реакции сортов и линий на местную г^титаттт*^ патогена,

поиск доноров устойчивости, изучение коллекционных образцов,

создание ржавчиноустойчивых гибридов озимой пшеницы путём скрещивания с яровой,

выведение линий озимой пшеницы, сочетающих высокую продуктивность, зимостойкость устойчивость и выносливость к местной популяции бурой ржавчины. Научная новизна.

Изучена хронология эпидемий (эпифитотий) бурой ржавчины на озимой пшенице в Нижнем Поволжье.

Обобщён опыт селекции этой культуры на устойчивость к патогену за 1929 - 1998 гг.

Выявлены доноры устойчивости к местной популяции бурой ржавчины.

Создан исходный материал озимой пшеницы с различными Lr-генами устойчивости.

Изучена выносливость к бурой ржавчине сортов и линий озимой пшеницы, созданных в НИИСХ Юго-Востока. Практическая ценность работы.

Усовершенствована технология переноса в озимую пшеницу от яровой генов устойчивости к бурой ржавчине.

61-4200006 (2360x3485x2 Щ)

6

Созданы 37 линий, сочетающих устойчивость к бурой ржавчине с зимостойкостью.

Переданы на государственное испытание два выносливых к болезни сорта озимой мягкой пшеницы: Виктория 95 и Губерния.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертации докладывались на заседаниях лаборатории селекции и семеноводства озимых культур НИИСХ Юго-Востока, на конференции, посвященной 85- летию НИИСХ Юго-Востока и 100- летию со дня рождения известного селекционера В. Н. Мамонтовой 27- 28 июня 1995 года. Опубликованы три статьи.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и практических рекомендаций, приложения, списка литературы. Список литературы содержит 149 источников, в том числе 25 на иностранных языках. Диссертация иллюстрирована схемой, таблицами и изложена на 111 страницах машинописного текста.

61-4200007 (2367x3489x2 Щ

7

Автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю д. б. н. В. А. Крупнову и к. с.-х. н. Э. Н. Масловской за ценные советы, а агроному В. В. Балакиревой за помощь в гибридизации и оценке материала.

61-4200008 (2358x3484x2 tiff)

8

ГЛАВА 1

КРАТКИЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПАТОГЕНА

Возбудителем бурой ржавчины пшеницы является условно облигатный паразитический гриб Puccinia recóndita Rob. ex. Desm. f. sp. tritici, наиболее широко распространённый в Поволжье. Во время развития болезни на верхней стороне листьев, иногда также на листовых влагалищах образуются ржаво-бурые, более менее овальной формы урединиопустулы длиной 1-2 мм, шириной 0,5 мм. Они располагаются кольцеобразно или рассеянно. Урединиопустулы в начале прикрыты эпидермисом, но вскоре он разрывается, и тогда появляются порошащие, ржаво - бурые урединиоспоры.

Гриб имеет сложный цикл развития. Половая стадия его проходит на некоторых видах василистника. Вегетативная стадия, протекает на растениях пшеницы и многих других' злаков, даёт несколько генераций в течение периода вегетации растений. Урединиоспоры могут переноситься ветром на значительные расстояния и служат источником инфекции для соседних полей, районов, областей (Воронкова А. А. Пучкова Ю. М., 1977; Берлянд -Кожевников В. М., Федин М. А., 1977; Воронкова А. А., 1980; Чумаков А. Е., 1990; Лебедев В. Б. и др. 1992, 1993, Юсупов Д. А., Лебедев В.Б., 1997,1998).

Заражение урединиоспорами происходит при наличии водно-капельной влаги и, в зависимости от температуры, с разной скоростью. По Степанову К. М. (1975), при температуре + 5 °С заражение возможно при продолжающийся росе - не менее 7 ч, при + 10 °С - не менее 4,5 ч, а при + 15 °С , + 20 °С - не менее 3,8 ч. Продолжительность одной генерации патогена зависит от разных

61-4200009 (2349x3478x2 tiff)

9

факторов. В естественных условиях решающую роль играет температура воздуха. При + 10 °С продолжительность генерации равна 10-11 дням, при + 15 0 С - 6,5 дня, а при + 20 °С - 4,7 дня (Степанов К. М., 1975).

Возбудитель бурой ржавчины - довольно пластичный гриб. У него известно свыше 200 рас (Степанов К. М., 1975; Берлянд-Кожевников В. М., Федин М. А., 1977).

Исследования состава популяции патогена в нашей стране были начаты в 1931 году, в том числе и в Саратовской области (Яркина А. М., 1939). Всего до 1940 г. было изучено 24 расы, из них широкое распространение имели расы : 147, 20, 13, 17, 115 (Дмитриев А. П., 1975).

В 50 - 60 - х годах исследования возобновились. В этот период широкое распространение имели расы:77, 20, 52, 122, 116, 149 (Щекочихина Р. И. и др., 1970; Чумаков А. Е., Шопина В. В., 1974).

В работах Веденеевой М. Л.(1975, 1981, 1987, 1990), Юсупова Д. А.(1984), Лебедева В. Б.(1998) сообщается, что саратовская популяция бурой ржавчины высоковирулентна и оригинальна по численности и структуре расового и патотипного состава.

По данным Веденеевой М. Л. (1975, 1987), в саратовской популяции бурой ржавчины в конце 70 - х и начале 80-х годов преобладали три расы: 77, 122, 22. Как сообщает Юсупов Д. А. (1984, 1987) этой популяцией были преодолены следующие Lr- гены: 1, 2а, 2в, 2с, За, Зка, 3bg, 10,11,12,13,14а, 14в, 15,16,17,18, 21,22а, 23.

По данным Лебедева В. Б. и Юсупова Д. А. (1993, 1996) и ВНИИФ (1993 - 1996) сейчас в Саратовской области в популяции бурой ржавчины преобладают следующие физиологические расы : 15, 21, 57, 77, 122, 143. Из них в отдельные годы превалировали 77 (до 93 %) и 143 (43%), а раса 15 обнаружена впервые. Этой популяцией

61-4200010 (2344x3474x2 Щ

10

преодолены следующие Ьг- гены: 1,2а, 2в, 2с, За, Зка, ЗЬ§, 10,11, 12,13, 14а, 14в, 15, 16, 17, 18, 21, 22а, 23, 25, 26, 28, 29, 30, 27+31, 32, Ьг-ЕзЬ (Лебедев В. Б. и др. 1997).

Из выше приведённых данных видно, что местная популяция бурой ржавчины изменяется и ею преодолено большинство известных Ьг- генов.

1.2 ПОТЕРИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ОТ БОЛЕЗНИ

По распространённости и вредоносности бурая листовая ржавчина пшеницы занимает лидирующее положение среди возбудителей болезней. Она снижает зимостойкость, засухоустойчивость (Русаков Л. Ф., 1937), пострадавшие растения менее устойчивы к полеганию, это ведёт к неравномерному созреванию (Степанов К. М., 1975; Чумаков А. Е., 1958, 1964, 1965; Садыгова М. К., 1994). Она снижает фотосинтетическую способность листьев, усиливает транспирацию и дыхание, задерживает рост растений, подавляет рост корней и стеблей (Жуковский П. М., 1973; Степанов К. М., 1975; Чигрин В. В., 1991). Всё это приводит к потерям урожая, снижению массы 1000 зёрен, содержания белка и хлебопекарных качеств, а также всхожести семян (Дмитриев А. П., 1975; Лукьяненко П. П., 1968, 1973; Берлянд-Кожевников В. М. и др., 1978; Чумаков А. Е. и др., 1974, 1990; Нестеренко С. А., 1983; Чигрин В. В., 1991; Лебедев В. Б. и др., 1991, 1992, 1994; Лебедев В. Б., 1998; Огкап М., РгеБсой I., 1972; ВшЪик ЧУ., \^1еу С., 1972; ЬипсНп Р., 1973; Еуегетеуег М. в., Вго\у<1ег Ь. Е., 1974).

По исследованиям российских и зарубежных авторов во время сильных эпидемий бурой листовой ржавчины урожай снижается от 30 до 50% (Чумаков А. Е., Захарова Т. И., 1990; Лебедев В. Б. и др., 1991,

61-4200011 (2358x3484x2 tiff)

И

1992; Крупное В. А. и др., 1992, 1994; Лебедев В. Б., 1998; Line R. F., 1984; Marshall D., 1988). Как уже отмечалось ранее в Поволжье потери достигают 40 % и более (Крупнов В. А., 1997).

Такое снижение урожая зависит от степени поражения и фазы развития растения. Чем раньше происходит заражение, тем больше проявляется вредоносность болезни (Степанов К. М., 1975). По стандартной шкале из Методических указаний НИИЗР за 1979 год (Научно исследовательский институт защиты растений) потери урожая зерна пшеницы зависят как от срока начала инфекции, так и от степени поражения растений (приложении 1).

Создание сортов устойчивых к данной болезни, практически предотвращает все вышеуказанные потери и оправдывает все затраты на выведение сортов.

1.3 СОПРЯЖЁННОСТЬ ПАТОГЕНА И РАСТЕНИЯ-ХОЗЯИНА

В фитопатологических программах НИИСХ Юго-Востока изучались: структура популяции патогена, гены - сдерживающие эпидемию бурой ржавчины; в селекционных программах использовали горизонтальную и вертикальную устойчивость. Селекционеры и фитопатологи института считают, что генетическое однообразие по источнику устойчивости в разных селекционных программах явилось причиной потерь устойчивости сортов и линий (Крупнов В. А. и др., 1994; Юсупов Д. А., Лебедев В. Б., 1997; Лебедев В. Б., 1998). На эту же причину указывал в своих работах и Anderson R. G. (1961).

Одинцова И. Г. (1989) считает, что для успешной селекции на иммунитет, необходимо иметь представление о сопряжённости растения и паразита. Паразитируя на растении, гриб даёт несколько

61-4200012 (2362x3486x2 Щ)

12

генераций в год, в то время как растение всего одно поколение. Любая генерация паразита может быть подвержена случайным мутациям под действием факторов внешней среды. У микроорганизма идёт постоянный отбор вирулентных биотипов, происходит как бы «подбор ключей» к генотипу растения хозяина. И когда «код защиты» растения будет прёодолён хотя бы одной урединиоспорой, происходит быстрое размножение этого вирулентного генотипа как на этом растении, так и на ближайших, которые имеют тот же «код защиты», если этому способствуют погодные условия.

Согласно Методическим указаниям СГСХА (Саратовского государственная сельскохозяйственная академия) [составители Лебедев В. Б. и др., 1994], в Поволжье известны две концепции сопряжённости паразита и растения-хозяина.

1- Бурая ржавчина на озимой пшенице появляется осенью в сентябре - октябре, в зависимости от срока сева и наличия всходов, а также от условий погоды этого периода, поражая первые нижние листья или почти все листья. Зимой бурая ржавчина сохраняется на растениях в виде мицелия. С наступлением весны и тёплой погоды начинается интенсивное возобновление и распространение болезни.

2- Урединиоспоры заносятся воздушными потоками с Запада и Юго - Запада, где эпидемия начинается в более ранние сроки (Северный Кавказ, Краснодарский край, Ставрополье). Они оседают на растения с нисходящими потоками воздуха, или при выпадении осадков в виде дождя (Юсупов Д.А., Лебедев В. Б., 1997; Лебедев В. Б., 1998).

61-4200013 (2355x3482x2 111!)

13

ГЛАВА 2

МАТЕРИАЛ,МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 МАТЕРИАЛ

Материалом для экспериментальных исследований и обобщения опыта селекции служили сорта озимой пшеницы, районированные в Саратовской области с 1929 по 1997 год. Здесь за этот период было районировано 14 сортов (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Сорта озимой пшеницы, районированные в Саратовской области за

период с 1929 по 1997 год

Восприим-

Сорт Год* Метод создания чивость к Литературный

бурой источник

ржавчине

1 2 3 4 5

Гостианум 237 1929 индивидуальный средняя Мейстер Н.Г.

отбор (1952)

Лютесценс 1060/10 1929 индивидуальный средняя Мейстер Н.Г.

отбор (1952)

РПГ 46/131 1938 Отдалённая средняя Мейстер Н.Г.

гибридизация (1952)

Эритроспермум 118 1938 индивидуальный средняя Мейстер Н.Г.

отбор (1952)

Степная 135 1948 индивидуальный слабая Мейстер Н.Г.

отбор (1952)

Лютесценс 230 1952 гибридизация средняя Мейстер Н.Г.

(1952)

61-4200014 (2369x3491x2 tiff)

14

Продолжение таблицы 2.1

1 2 3 4 5

Мироновская 808 1968 метод выше Ласкин В.П.

трансформации средней (1980)

из ярового сорта

Краснодарская 39 1976 гибридизация средняя Ласкин В.П.

(1980)

Северодонская 1984 гибридизация средняя Каталог сортов

на 1986 год

Донская безостая 1986 гибридизация ниже Каталог сортов

средней на 1986 год

Лютесценс 72 1989 гибридизация выше Каталог сортов

средней на 1989 год

Харьковская 92 1994 гибридизация средняя Сортовое

районирование

на 1994 год

Базальт 1994 гибридизация выше Сортовое

средней районирование

на 1994 год

Саратовская 90 1995 гибридизация выше Госреестр

средней сортов на 1995

год

Примечание- *) Год районирования сорта

Гостианум 237 выведен методом индивидуального отбора из озимой пшеницы Местная Харьковская. Среднеспелый. Зимостойкость выше средней. Засухоустойчив. Бурой ржавчиной поражается слабо или сильно, в зависимости от района распространения. Районирован в 1929 г.

61-4200015 (2372x3493x2 tiff)

15

Лютесценс 1060/10 выведен методом индивидуального отбора из местного сорта озимой пшеницы Тейская. Среднеспелый. Зимостойкость высокая. Средняя засухоустойчивость. Бурой ржавчиной поражается в средней степени. Районирован в 1929 г.

РПГ 46/131 (ржано - пшеничный гибрид) выведен путём скрещивания озимой пшеницы Эритроспермум (индивидуальный отбор из сорта Красная Турецкая) с озимой рожью сорта Елисеевская при свободном избирательном оплодотворении. Сорт среднеспелый. Зимостойкость высокая. Засухоустойчивость средняя. Бурой ржавчиной поражается средне. Районирован в 1938 г.

Эритроспермум 118 выведен методом индивидуального отбора из скрещивания сортов и линий местной селекции. Сорт среднеспелый. Зимостойкость хорошая. Засухоустойчивость высокая. Поражаемость бурой ржавчиной средняя. Районирован в 1938 г.

Степная 135 выведена путём индивидуального многократного отбора из естественных гибридов сорта Гостианум 237. Сорт скороспелый, зимостойкий, бурой ржавчиной поражается слабо. Районирован в Саратовской области с 1948 года.

Лютесценс 230 выведен методом сложных скрещиваний. Из РПГ 527/30 были отобраны разновидности Лютесценс и Мильтурум. От скрещивания этих двух ржано-пшеничных гибридов в сочетании с индивидуальным отбором был выведен Лютесценс 230. Сорт среднеспелый, зимостойкость и засухоустойчивость высокая. Поражаемость бурой ржавчиной средняя. Районирован в 1952 г.

Мироновская-808 выведен методом «переделки» трансформации из сорта яровой пшеницы Артёмовка. Среднеспелый. Поражаемость бурой ржавчиной средняя. Районирован в Саратовской области с 1968 года.

61-4200016 (2345x3475x2 tiff)

16

Краснодарская-39 выведен путём гибридизации (Саратовская 3 х Безостая 1). Среднеспелый. Средняя зимостойкость. Бурой ржавчиной поражается средне. Районирован в Саратовской области при орошении в 1976 го�