Можно ли в ходе селекции повысить устойчивость культурных растений к сорнякам вредителям и болезням
Обновлено: 26.08.2024
Ущерб, наносимый сельскому хозяйству болезнями и вредителями, огромен, поэтому выведение устойчивых сортов — одна из наиболее актуальных проблем современной селекции.
Устойчивость или восприимчивость растений — следствие взаимодействия двух генотипов (растения и патогена), следовательно, и эволюция их идет сопряженно. Устойчивость растения определяется различными факторами: ритмом роста и развития, анатомическими особенностями листьев, стеблей, цветков, физиологическими и биохимическими особенностями и т. д. Но фенотипическое проявление болезни определяется характером внешней среды — наличием условий для заражения и развития болезни. Знание этих условий позволяет создавать лучшие провокационные фоны для выявления и браковки поражаемых растений.
Создание устойчивости — самое трудное направление селекции. Вредители и особенно болезни имеют большой потенциал изменчивости, что в сочетании с их колоссальными способностями к размножению (каждая пустула ржавчины кукурузы производит до 40 тыс. спор) обеспечивает патогену высочайшие приспособительные возможности. Поэтому разнообразие рас и биотипов паразитов огромно. Так, у корончатой ржавчины овса установлено около 150 рас, у бурой ржавчины пшеницы — более 200 рас и т. д. Наиболее интенсивно процесс расообразования идет на полях селекционных учреждений, где имеется громадное разнообразие генотипов растений и, следовательно, патогенов. Вирулентность, агрессивность различных рас неодинаковы. Сорт может быть устойчив к одним расам паразита, но поражаться другими. Новый сорт при расширении его районирования может встретиться с теми расами, к которым он неустойчив. Вследствие этого, а также по ряду других причин сорт уже через 5—10 лет теряет устойчивость.
Селекция на иммунитет трудна и потому, что очень сложна генетика иммунитета, особенно генетика взаимоотношения хозяина и паразита. Растения с наиболее благоприятным сочетанием генов устойчивости встречаются крайне редко, и выявить их трудно. Устойчивость часто неблагоприятно коррелирует с другими ценными свойствами растений.
Оценка устойчивости дается либо по распространению болезни, либо по степени поражения растений. Первый способ обычно применяют при заболеваниях, поражающих целые растения (вирусные болезни, головня, спорынья и т. д.). Подсчитывают число пораженных и непораженных растений на делянке или в пробе и вычисляют процент поражения. Так же обычно оценивают и повреждение вредителями. Степень поражения характеризуется процентом поверхности листьев или стеблей, покрытых пустулами. Разработаны специальные шкалы, с которыми сравнивают пораженные органы растения. Так оценивается, например, поражение ржавчиной.
Оценку на иммунитет на фоне естественного заражения можно проводить только в годы сильного распространения болезни или вредителя.
Систематическая, целенаправленная селекция на иммунитет возможна только при использовании инфекционного фона, причем степень инфицированности должна быть оптимальной, так как слабый фон не гарантирует полного проявления болезни, и отобранный материал может оказаться недостаточно устойчивым. Нежелателен и слишком жесткий фон, при котором могут быть поражены и выбракованы растения, удовлетворяющие в настоящее время производство по своей устойчивости и сочетанию ценных признаков. Инфекционный фон можно создавать различными способами. Проявлению многих болезней способствуют севообороты с очень короткой ротацией, а еще в большей степени — монокультура.
Более эффективны методы, связанные с искусственным заражением путем внесения инфекции в почву (оценка заразихоустойчивости, устойчивости к корневым гнилям), инокуляции семян (заражение спорами твердой головни) и нанесения инфекции на стебли, листья или цветки растений (для заражения ржавчиной, аскохитозом). Инфицирование растений достигается также посредством инъекций, опыления и т. д. Для лучшего заражения некоторыми болезнями (ржавчины, мучнистая роса и др.) делянки обильно поливают и накрывают пленкой.
Применяют и искусственное заражение вредителями. Для этих целей в ряде стран широко применяется размножение вредителей на искусственных питательных средах.
Весьма перспективен для селекции многих культур метод создания многолинейных сортов. Такой сорт является смесью семян нескольких линий хорошего (обычно районированного) сорта, которые не различаются, по основным хозяйственно-биологическим показателям. Но в каждую из этих линий путем насыщающих скрещиваний введены гены устойчивости к различным расам патогена.
Применение многолинейных сортов замедляет процесс приспособления патогена к поражению такого сорта. Если какая - либо линия начинает поражаться новой расой болезни, то ее можно заменить другой, непоражаемой.
При создании устойчивых сортов пшеницы, подсолнечника, картофеля и других культур широко используется межвидовая гибридизация. Особое значение имеют скрещивания с видами, обладающими групповым иммунитетом, т. е. устойчивыми к ряду болезней (например, пшеница Тимофеева). Применяются также искусственный мутагенез и другие методы.
По ряду культур выведение устойчивых сортов позволило уменьшить потери урожая. Резко снижена вредоносность стеблевой ржавчины пшеницы, фитофторы и рака картофеля, заразихи подсолнечника, решена проблема спорыньи у ржи. Тем не менее, селекция на иммунитет остается весьма актуальной задачей.
Использование устойчивых к вредителям сортов культурных растений является важнейшей частью интегрированной системы защиты растений (Вилкова, Иващенко, 2001) и обязательно должно быть одной из основ экологической защиты, так как не представляет никакой опасности для экосистем и может быть высоко эффективным.
Здесь было бы желательно использовать множество упомянутых выше самых разнообразных взаимодействий, которые определяют, сможет ли данный фитофаг наносить реальный вред культурным растениям и урожаю в целом. Насколько мне известно, селекция устойчивых к тем или вредителям растений по многим описанным выше аспектам еще не проводилась. Здесь открываются широкие возможности защиты сельскохозяйственной продукции с помощью селекции растений.
Возможности селекции в защите урожая. Как отмечалось выше, можно помешать повреждению культурных растений на разных этапах пищевого поведения насекомого. Поиск кормового растения — это, прежде всего, ориентация по его запаху. При добавлении к нему посторонних запахов, например других растений, или при искусственном увеличении доли какого либо компонента, найти кормовое растение значительно сложнее. Возможна селекция растений, запах которых будет отталкивать вредителей.
Весьма существенна также роль зрительного восприятия. Как отмечалось выше, при изменении цвета или габитуса кормового растения, фитофаг может его не узнать.
Не менее важный этап — прямой контакт с поверхностью растения. В этом случае возможны как механические, так и химические воздействия. Опушение поверхности, наличие трихом, тем более с липкими выделениями, восковой слой, твердая поверхность, прежде всего плодов, — все это существенно сказывается на возможностях фитофага, Большое значение могут иметь и химические вещества на поверхности растения. Они могут быть в ряде случаев репеллентами и/или антифидантами. Здесь, по — видимому, могут быть использованы, в частности, отвары или настойки других растений.
Наконец, уже при поедании самого растения многие из перечисленных выше веществ, особенно, так называемые, вторичные соединения, могут обладать репеллентными, антифидантными и даже ядовитыми свойствами.
Здесь следует помнить, что биохимический состав может быть существенно различным в разных частях растений. Так, ядовитое вещество соланин в больших количествах содержится в картофельной ботве и позеленевших клубнях. Однако он отсутствует в обычных клубнях, употребляемых нами в пищу. Колорадский жук, наоборот, предпочитает растительные ткани, богатые соланином.
Европейские виды виноградной лозы жестоко пострадали после случайного завоза из Америки филлоксеры, повреждающей корни. Американский же виноград имеет корни, высоко устойчивые к повреждениям этим насекомым, благодаря образованию на месте питания филлоксеры защитного пробкового слоя и большой концентрации там дубильных веществ. Выход был найден — европейский виноград стали прививать на американский, используя корневую систему последнего.
Селекция культурных растений приводит в ряде случаев к удивительным результатам. Мы уже упоминали выше, что внедрение сортов подсолнечника с мощным панцирным слоем свела к нулю вред, наносимый подсолнечниковой огневкой (Homoeosoma nebulellum Hb.). Сорта пшеницы, устойчивые к гессенской мухе, уменьшают ее численность в 1000 и более раз.
Численность тлей может быть снижена примерно в 300 раз, а стеблевых пилильщиков — в 100 раз. На хлопчатнике, устойчивом к паутинному клещу, этот вредитель вообще отсутствует. Недавно отмечалось, что из примерно 4000 сортов картофеля обнаружено 7, выведенных обычными методами селекции, и не повреждаемых колорадским жуком. По-видимому, причиной этому является жесткое опушение листьев.
Получение новых сортов растений, устойчивых к тем или иным насекомым, длительный процесс — около 10-15 лет. Примерно столько же времени требуется для создания нового химического пестицида. Однако, пестицид всегда опасен в экологическом плане. Кроме того, всегда рано или поздно у насекомых возникает резистентность к нему. Наоборот, выведенные с помощью селекции сорта растений лишены этих недостатков.
Селекция устойчивых к вредителям-фитофагам растений дает большой экономический эффект. Так, в США ежегодный расход на такую селекцию достигал $ 10 миллионов, а доход был примерно в 30 раз больше.
В России за счет устойчивых сортов капусты численность вредителей этих растений снижается на 25-30 %, а экономический порог вредоносности может быть повышен в 2 раза (Павлюшин, 2008).
Необходимо, однако, отметить, что при селекции, направленной прежде всего на урожайность и на защищенность растений от вредителей и болезней, часто уменьшается концентрация вторичных метаболитов. В результате такая сельскохозяйственная продукция иногда теряет свой специфический вкус.
Итак, этот метод не наносят никакого вреда ни окружающей среде, включая агроэкосистему, ни здоровью человека. В главе, посвященной взаимоотношениям между растениями и фитофагами, описан ряд сложностей, возникающих при поиске кормового растения и при питании им. Специально выведенные сорта растений либо не привлекают, либо отпугивают вредителей. Эти растения в одних случаях оказываются несъедобными или даже ядовитыми, в других — растения быстро ликвидируют урон, нанесенный фитофагами. Конечно, проведение направленной селекции возможно только на основе детального изучения взаимодействий между насекомыми и растениями.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Стратегические задачи селекции растений на устойчивость к болезням и вредителям должны учитываться при разработке селекционных программ и могут включать в себя ряд комплексных селекционно-семеноводческих разработок. В наибольшей степени современные стратегии селекции на устойчивость разработаны на зерновых культурах, картофеле, томатах, сое и в меньшей степени на таких зернобобовых, как горох, нут и др., тем не менее, подходы к решению селекционных задач не имеют существенных различий.
Неоднократно отмечалось отрицательное влияние на сохранение устойчивости культурными растениями генетической однородности широко возделываемых сортов по генам устойчивости, способствующее приспособляемости патогена за счет создавшейся благоприятной питательной среды для размножения и доминирующего положения вирулентных штаммов. Для реализации генетического разнообразия разработан способ регулярных (мозаик), предусматривающий организацию строго регламентированного возделывания сортов, защищенных разными генами устойчивости в районах с неодинаковой фитосанитарной обстановкой, но при реализации таких программ возникает ряд организационных трудностей.
Скорее осуществимы нерегулярные мозаики, т. е. ничем нерегла-ментированное возделывание одновременно большого числа сортов с разными генами устойчивости. Если при географических опытах сорт проявляет устойчивость в одних условиях среды и восприимчив в других, то в этом случае мы имеем дело с расоспецифической устойчивостью. Долговременная и повсеместная устойчивость отдельных сортов к болезням указывает на горизонтальную устойчивость или генотип устойчивого образца — один или блок олигогенов, обусловливающих устойчивость к нескольким расам, преобладающим в популяции возбудителя. Представляет интерес чередование во времени сортов с различными генами устойчивости, которое позволяет регулировать состав популяции паразита.
- разовое использование генов устойчивости;
- создание многолинейных сортов;
- пирамидирование (интеграция) различных олигогенов устойчивости в одном генотипе;
- использование трансгрессий для усиления горизонтальной устойчивости;
- использование генов толерантности к патогенам;
- создание сортов с групповой устойчивостью к различным патогенам;
- использование тканевой, клеточной и генной инженерии для получения высокоустойчивых и иммунных генотипов.
Для паразитов с высокой патогенной изменчивостью (A.rabiei, F.oxysporum f. sp. ciceris, F.oxysporum f.sp.pisi) использование устойчивых сортов может быть ограничено широким географическим распространением патотипов или рас. Так, высокая устойчивость к F.ox.pisi была преодолена при интенсивном выращивании устойчивого сорта гороха в широком ареале; несколько устойчивых сортов нута к аскохитозу уступили новым патотипам с увеличенной вирулентностью. Напротив, устойчивость нута к фузариозу была в большинстве ареалов стабильной; эффективное использование устойчивости в этом случае зависит от правильной идентификации рас патогена в ареалах, куда интродуцируются устойчивые сорта нута.
Имеется потребность в международной стандартизации патотипов и рас патогенов зерновых бобовых культур для более эффективного использования устойчивости в широком географическом масштабе. Наиболее быстрая и достоверная характеристика вирулентности патогенов может быть осуществлена с помощью молекулярных маркеров, работа с которыми охватывает все больше лабораторий в последнее десятилетие.
Очень большие задачи стоят перед селекцией на устойчивость к вредителям сельскохозяйственных культур. Особенно важно создать сорта озимой пшеницы, устойчивые к гессенской мухе, сорта ячменя, устойчивые к шведской мухе, и сорта яровой пшеницы, устойчивые к шведской мухе и хлебному пилильщику. Опаснейшим вредителем пшеницы является вредная черепашка. Но не все сорта в одинаковой степени повреждаются ею. Поэтому на провокационных фонах можно выделять более устойчивые формы и создавать на их основе сорта, менее поражаемые этим вредителем.
Колорадский жук уничтожает посевы любых сортов культурного картофеля. Но в Мексике и Аргентине найдены дикие виды картофеля, устойчивые к нему. Для выведения сортов, не повреждаемых жуком, скрещивают лучшие селекционные сорта с дикими видами, устойчивыми к этому вредителю. Важным достижением отечественной селекции картофеля является создание сортов Зарево, Татьянка, Светлячок, устойчивых к колорадскому жуку. Очень опасный карантинный вредитель картофеля — картофельная нематода. Для выведения устойчивых к ней сортов используют при гибридизации нематодоустойчивые селекционные сорта из ГДР, ФРГ, Нидерландов и найденные экспедициями ВИР в высокогорных районах Южной Америки горные культурные виды картофеля.
Таким образом, путем внутривидовой и отдаленной гибридизации, а также отбором из образцов мировой коллекции и дикорастущих форм создают сорта различных полевых культур, устойчивые к наиболее опасным вредителям. В связи с тем что в популяциях паразитов идет быстрый, непрерывный процесс расообразования, селекция на иммунитет к наиболее опасным болезням (ржавчина пшеницы, фитофтороз картофеля, вилт хлопчатника и др.) также должна основываться на непрерывном поступлении нового исходного материала, выявлении и использовании различных доноров устойчивости.
Читайте также: