Селекция подсолнечника на устойчивость к болезням
Обновлено: 05.10.2024
Грибы рода Rhizopus Ehrenb., вызывающие сухую гниль корзинки, являются одними из опасных и вредоносных патогенов растений подсолнечника. Ущерб, нанесенный возбудителем этой болезни, во многом определяется климатическими факторами. Сильное проявление болезни отмечается в сухих и теплых регионах. Количество больных корзинок колеблется от 20 до 100 %. Потери урожая могут составлять от 3 до 50 %. Уменьшается содержание масла в семянках - на 6-10 %. Увеличивается количество свободных жирных кислот и масло приобретает горьковатый вкус. Значительно снижается энергия прорастания и всхожесть семян на 3-28 % и 5-19 % соответственно [6, 10, 11].
По литературным данным и нашим наблюдениям, грибы рода Rhizopus Ehrenb., обладают органотропной и онтогенетической специализацией. Возбудитель сухой гнили поражает только зрелые, поврежденные ткани корзинки, в основном, во второй половине онтогенеза подсолнечника. Инфекция распространяется аэрогенным путем [3, 12, 13].
Существуют разные способы защиты подсолнечника от этого заболевания: агротехнические, химические. Самым экономичным методом борьбы с сухой гнилью подсолнечника является придание сортам устойчивости. Однако сделать это очень сложно, так как устойчивость к грибам рода Rhizopus Ehrenb. находится под контролем многих генов со слабым эффектом, количественна по проявлению признака и сильно подвержена влиянию внешней среды [5, 8, 9].
В 1978 году индийским специалистам удалось выделить устойчивые формы из культурного подсолнечника, но они оказались малопригодными для создания коммерческих гибридов [2]. В 1980 году Yang et al устойчивость к сухой гнили обнаружили у диких видов: H. divaricatus, H. hirsutus, H. laetiflorus, H. resinosus. Однако передать насыщающими скрещиваниями присущую дикарям устойчивость к сухой гнили культурному подсолнечнику практически невозможно [14].
Высокий уровень горизонтальной устойчивости к различным болезням, можно сформировать в результате отбора на инфекционном фоне, с помощью правильно подобранных методов испытания и оценки [4, 7, 9].
Для создания сортов устойчивых к сухой гнили нами были изучены различные методы отбора, заражения и критерии оценки, которые обеспечивали бы четкую и достоверную дифференциацию селекционного материала по степени устойчивости.
Первоначально выделение устойчивых форм и накопление признака устойчивости к сухой гнили проводили с помощью искусственного заражения корзинки с использованием самоопыления и индивидуального отбора растений в меньшей степени пораженных этой болезнью. Инокуляцию корзинок осуществляли путем помещения зараженных зерновок овса, семянок подсолнечника под лист обертки и опрыскиванием лицевой поверхности водной суспензией патогена (4-5 мл споровой суспензии с концентрацией 4500 – 5000 спор/мл).
Исходным материалом служили сорта селекции ВНИИМК. В результате трехлетнего индивидуального отбора из 600 инокулированных растений из сортов Фаворит, СУР, Р-453, Альбатрос не удалось выделить устойчивый к сухой гнили материал из-за сильного поражения корзинки возбудителем. Из сортов Березанский, Мастер, Бузулук, СПК отобрали всего 57 семей без видимых признаков болезни. По результатам испытания этого селекционного материала в питомниках 1 и 2 года изучения по хозяйственно ценным признакам только две семьи устойчивые к сухой гнили не уступали сорту контролю по урожайности и сбору масла с 1 га.
Не эффективность такого способа повышения устойчивости связана, скорее всего, с тем, что систематические отборы устойчивых биотипов с использованием искусственного заражения корзинок значительно истощают физиологический потенциал растений. Они теряют способность подавлять развитие патогена, исчезает дифференциация по устойчивости. Повышение устойчивости у выделенных форм, которое нам удалось достичь в процессе работы, не компенсирует снижение продуктивности.
Вести отборы устойчивого материала без инокуляции самих растений наиболее эффективно в условиях естественной или искусственно созданной эпифитотии.
В процессе изучения сухой гнили, установили, что оценить устойчивость сортов и гибридов подсолнечника к грибам рода Rhizopus Ehrenb. по степени распространения, типу поражения и потерям урожая очень сложно, так как возбудитель не вызывает системного поражения. Степень распространения не равноценна степени вредоносности. Видимое разрушение тканей корзинки не отражает глубину патологического процесса.
На основании лабораторных и биохимических анализов полученных в результате изучения влияния грибов рода Rhizopus Ehrenb. на хозяйственно ценные признаки разработали иммунологическую шкалу. Для достоверной дифференциации устойчивости, в качестве дополнительного косвенного количественного признака использовали кислотное число масла (Табл.1).
Шкала для оценки селекционного материала подсолнечника на устойчивость к сухой гнили
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ К ЛОЖНОЙ МУЧНИСТОЙ РОСЕ И ЗАРАЗИХЕ СКО-РОСПЕЛЫХ ГИБРИДОВ F1 У ПОДСОЛНЕЧНИКА
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
- Сорта скороспелые: Скороспелый прямостоячий и Саратовский ранний; пригодны для возделывания в северных районах, которые в районах Сибири имеют вегетационный период 90-100 суток.
- Сорта раннеспелые: Шортандинский 41, Пионер Сибири, которые в северных районах возделывания имеют вегетационный период 90-110 суток.
- Сорта среднеранние: ВНИИМК 8883 улучшенный, Саратовский 169, Степняк (К - 1483), Армавирский 9343, которые имеют вегетационный период 90-115 суток.
- Сорта среднеспелые: Саратовский 10, Ждановский 8281, ВНИИМК 1646 и 6540, Петровский 2, Чернянка 35, Чернянка 11, ВНИИМК 8931, Армавирский 3497, Зеленка 368, длина вегетационного периода которых составляет 100-125 суток (Пимахин В.Ф. и др., 1989).
В настоящее время скороспелые сорта занимают до 15% всех площадей под подсолнечником. В ГНУ НИИСХ Юго-Востока созданы и районированы скороспелые сорта масличного направления: Скороспелый (1982 г.), Степной-81 (1983 г.), Скороспелый-87 (1987 г.), которые отличаются высокой потенциальной продуктивностью (до 3,5-5 т/га) и устойчивостью к ложной мучнистой росе и заразихе (Пимахин В.Ф., 1994).
Введение подсолнечника в культуру и его возделывание непрерывно сопровождается защитой от болезней и вредителей. Поражение подсолнечника болезнями приводит не только к снижению урожая, но и ухудшению его качества.
В Нижнем Поволжье опасным облигатным паразитом подсолнечника является заразиха (Orobanche cumana Wallr.). Семена заразихи прорастают только в присутствии корневых выделений восприимчивых к ней растений. Проросток заразихи присасывается к корням подсолнечника и, питаясь за счет хозяина, отнимает у него питательные вещества и воду (Васильев Д.С., 1990).
Заразиха подсолнечника - Orobanche cumana Wallr.
В условиях Нижнего Поволжья опасной болезнью подсолнечника является ложная мучнистая роса, возбудитель которой - облигатный паразит Plasmopara helianthi Novot. Поражаются все органы растения (корень, стебель, листья, соцветия и семена), что приводит к существенному снижению урожая (Васильев Д.С., 1990).
Ложная мучнистая роса - Plasmopara helianthi Novot.
В нашем регионе подсолнечник является основной масличной культурой. Поэтому перед селекционерами стоит задача создание селекционных форм устойчивых к болезням, паразитам и вредителям.
Материалом для исследований служили семь скороспелых гибридов F1, созданных в ГНУ НИИСХ Юго-Востока, в качестве стандарта был взят гибрид ЮВС-2.
Для изучения устойчивости подсолнечника к болезням и вредителям была проведена оценка изучаемых гибридов на устойчивость к ложной мучнистой росе (Plasmopara helianti Novot), заразихе (Orobancha cumana Wallr).
Полученные результаты исследований подвергали статистической обработке методом однофакторного дисперсионного анализа с сравнением частных средних по тесту Дункана (Доспехов Б.А., 1985).
Результаты исследований показали, что все изучаемые скороспелые гибриды F 1 имели 100% устойчивость к местным расам заразихи, за исключением гибрида F 1ЮВ-15А× Л-932 (табл. 1).
Третья статья в серии — о селекции подсолнечника и долгосрочных трендах этой сферы. В XXI веке рынок сложился так, что для огромного количества российских аграриев подсолнечник стал если не главной, то как минимум второй по значимости культурой. Она остается одной из немногих рыночных позиций, цена на которую почти каждый год более-менее хорошая, а потому на эксперименты с подсолнечником пускаются даже те хозяйства, что находятся не в идеальной для него климатической зоне.
Российские селекционеры вернут позиции
Сегодня семена подсолнечника — в основном, иностранного происхождения: Франция, Германия, США. Свои позиции отечественное семеноводство упустило не столько потому, что качество продукции заведомо хуже, а потому, что наши семеноводы не так сильны в маркетинге и агрессивном вхождении на рынок, как опытные зарубежные игроки.
Законодательство изменится и облегчит всем жизнь
Существует сегодня и проблема патентного права. Отечественные научно-исследовательские центры волнует проблема совершенствования патентного права, в частности сбора роялти за пользование запатентованных сортов. Система отслеживания использования интеллектуальной собственности работает неэффективно, российским НИИ в среднем удается собирать около 50% всех роялти от реализованных семян.
Как следствие российским семеноводческим компаниям сложно конкурировать с зарубежными. К примеру, в 2014 году рынок семян подсолнечника, составляющий 220 млн долларов, более чем наполовину принадлежал иностранным компаниям (лидируют транснациональные Syngenta, Pioneer и Limagrain), и даже падение курса рубля не сильно изменило ситуацию: иностранные производители нашли инструменты, позволяющие нивелировать потери от ценового роста. Однако российские законодатели все пристальнее рассматривают такие проблемные и сложные отрасли, как патентное и авторское право, и в ближайшее время схема может быть пересмотрена — что развяжет руки российским семеноводам.
Гибридизация будет более интенсивной и смелой
В селекции подсолнечника применяют два вида гибридизации: внутривидовую и отдаленную. Большинство районированных сортов выведены первым путем — фактически, этот путь позволяет адаптировать семена подсолнечника по климатическому признаку. А вот отдаленная, или межвидовая гибридизация — метод, который используется для создания сортов с групповым иммунитетом к ржавчине, ложной мучнистой росе, склеротонии и другим болезням.
Однако у гибридов есть один недостаток: в долгосрочной перспективе они утрачивают способность давать потомство. Здесь на помощь приходит метод, который представляется селекционной науке эффективным, но пока не стал повсеместным в силу своей сложности: полиплоидия. Это явление кратного увеличения числа хромосом в ядрах клеток растений, спровоцированное искусственно. Полиплоидия имеет большое общебиологическое значение, так как повышает устойчивость организма к различным воздействиям, является важным источником наследственной изменчивости, способна закреплять гетерозис первого поколения, расширяет возможности подбора и дивергенции видов и т. п.
Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого в селекции растений. При этом важно понимать, что этот процесс не несет никакой потенциальной опасности для человека: на клетки млекопитающих, в отличие от растений, колхицин не воздействует.
Искусственный мутагенез — метод селекции, основанный на воздействии на организмы мутагенов, вызывающих различные мутации. Путем искусственного мутагенеза и последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в десятки раз больше антибиотиков, чем исходные формы. Сейчас в мире культивируют более 400 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза, и это только начало большого процесса.
Урожай станет более предсказуемым и программируемым
Прямая селекция — новый метод?
Идея прямой селекции, запатентованной в США и Нидерландах, заключается в том, чтобы селекцию гибридов перевернуть с головы на ноги. Это гетерозисная селекция, получения гибридов первого поколения, построенная так: сначала берется определенное разнообразие, из этого разнообразия забираются некоторые материалы, потом из них создаются линии, а после того, как создали линии, начинается скрещивание и ищется нужная комбинация. Все остальные линии выбрасываются и остаются без внимания. Поэтому материал, который человечество использует для получения гибридов, — малая доля возможных комбинаций. Reverse breeding, обратная (или прямая) селекция, стоит на том, что из любого гибридного организма можно получить две родительские формы, которые при скрещивании будут возобновлять этот организм. Если наши фундаментальные знания и практические навыки позволят это сделать, мы сможем, выбрав популяции растений, которые нас наиболее удовлетворяют, получить родительские формы от наилучшей из них и воспроизводить ее в неограниченных масштабах.
В Европе было несколько грантов по этой теме, и эту работу даже сделали на модельном растении. Это возможность с любого гибридного гетерозиготного организма получить двух родителей. Пример — селекция растений, размножающихся вегетативно. Мы скрещиваем генотипы, а после того, как мы нашли то, что нам нужно, мы просто воспроизводим его в неограниченных масштабах.
Еще одно новшество последних лет — селекция подсолнечника с помощью технологии CRISPR-CAS. С научной точки зрения эта система представляет собой процесс редактирования генома конкретного растения. Так, при необходимости селекционеры могут в цепочке ДНК или навсегда удалить конкретный участок, или заменить его другим, либо добавить нужный ген, который, например, будет отвечать за толерантность растения к засухе. Эта технология находится на стыке традиционной селекции и генетической модификации, а потому воспринимается многими российскими специалистами в штыки — однако, как показывают первые зарубежные опыты, шансы этой методики стать повсеместной очень высоки: подкупает удивительная простота и скорость. Новый гибрид подсолнечника с помощью редактирования генома можно будет выводить за месяц!
Внедрение новых современных гибридов подсолнечника в производство дает возможность значительно повысить урожайность при условии соблюдения технологических требований к его выращиванию. Современный уровень селекции обеспечивает создание гибридов с потенциальной урожайностью 4,5-5,0 т/га. Вместе с тем, реализация потенциальных возможностей гибридов невозможна без устойчивости к болезням и неблагоприятным погодным условиям.
Скороспелость
Подсолнечник рекомендовано выращивать в двух основных зонах: степной и лесостепной. Природно-климатические условия Степи позволяют выращивать гибриды с вегетационным периодом до 120 дней, Лесостепи – до 110 дней.
Для обеспечения максимальной эффективности использования земельных и материальных ресурсов и планирования работ в хозяйствах необходимо иметь широкий спектр гибридов по продолжительности вегетационного периода. В связи с этим, проводится соответствующая селекционная работа по созданию гибридов скороспелой, раннеспелой, среднеранней и среднеспелой групп.
Устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам
Природно-климатические условия зон, рекомендованные для выращивания подсолнечника, отвечают потребностям и особенностям этой культуры. Вместе с тем, в связи со значительной изменчивостью погодных условий на протяжении последних лет и прогнозам специалистов основное место в производстве должны занимать высокоадаптированные гибриды, устойчивые к засухе и к стрессовым повышениям температуры, а также выносливые к значительным колебаниям температур и влагообеспеченности в течение вегетационного периода.
Устойчивость к основным болезням
Значительную проблему в получении высоких урожаев подсолнечника вызывают наиболее распространенные болезни, которые могут вызвать потери урожая до 25-50%. Распространение возбудителей болезней вызвано прежде всего нарушениями севооборота при размещении посевов подсолнечника.
Устойчивость гибридов к ложной мучнистой росе обеспечивается в основном отцовской линией – восстановителем фертильности пыльцы. Достоверная оценка по устойчивости к возбудителю этой болезни является необходимым условием в селекции линейного материала. Создание гибридов подсолнечника, устойчивых к белой и серой гнилям является весьма важной, в связи с вредоносностью болезни и, вместе с этим – сложной задачей. На сегодняшний день пока не достигнут уровень гибридов, которые имеют полный иммунитет к возбудителям этих болезней. Среди опасных болезней подсолнечника в последние годы широко распространен фомопсис, который до недавнего времени считался карантинной болезнью. Наибольший уровень эффективности отбора устойчивого материала можно достичь при условии оценки на искусственном инфекционном фоне при орошении.
Значительной селекционной работы требует достижение устойчивости гибридов подсолнечника к цветочному паразиту – заразихе, которая имеет широкое распространение во всех зонах віращивания подсолнечника, особенно в степной зоне, и может вызвать значительные потери урожая. С целью ускорения селекционного процесса оценку целесообразно проводить в условиях фитотрона при искусственном заражении.
Многоцелевая селекционная работа на устойчивость к основным болезням является необходимым условием обеспечения гибридов возможностью реализации своего генетического потенциала.
Качество
Основное направление использования подсолнечника – изготовление масла. Требования к современным гибридам по содержанию масла в семенах – не меньше, чем 48%. Особое внимание в настоящее время уделяется качественному составу масла. Создание гибридов с высоким содержанием олеиновой кислоты в масле дает возможность получать высококачественное подсолнечное масло. В настоящее время в этом направлении активно работают ведущие селекционные центры.
Новейшие достижения селекции дают возможность расширения ассортимента продукции переработки подсолнечного масла. В настоящее время уже созданы гибриды с повышенным содержанием пальмитиновой кислоты в масле (Капрал, Курсор и другие). Также перспективным направлением является создание гибридов с маслом, оптимальным по жирнокислотному составу для изготовления биодизеля, технических масел и др.
Устойчивость к гербицидам
За последние годы несоблюдение рекомендованных севооборотов и замена глубокой вспашки поверхностной обработкой почвы способствовали распространению корнеотпрысковых сорняков (главным образом осота). В то же время, подсолнечник чувствителен к гербицидам имидазоловой группы, которые эффективны в борьбе против этих сорняков. Поэтому создание гибридов, устойчивых к таким гербицидам является чрезвычайно перспективным направлением, это такие гибриды, как Рима, Римисол (Институт полеводства и овощеводства), Мелдими (Сингента), Флексисол (Монсанто), Армада КЛ (Мэй Агро Сид) и другие.
Читайте также: