Иммунологический мониторинг селекционного материала озимой ржи и овса в таежной зоне томской области
На правах рукописи
Сайнакова Анна Борисовна
ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
СЕЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ОЗИМОЙ РЖИ И ОВСА В ТАЕЖНОЙ ЗОНЕ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
06.01.05 – селекция и семеноводство
сельскохозяйственных растений
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Тюмень – 2011
Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа» Россельхозакадемии
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор
Заушинцена Александра Васильевна
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, с.н.с.
Поползухина Нина Алексеевна
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Тоболова Галина Васильевна
Ведущая организация: Красноярский государственный аграрный университет
Защита диссертации состоится «29» июня 2011 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 625003, г. Тюмень,
ул. Республики, д.7, тел/факс: (3452) 46-87-77, E-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии
Автореферат разослан «26» мая 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета _______________ Н.В. Литвиненко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Производственная деятельность населения в сфере сельского хозяйства страны вносит существенное негативное влияние на состояние агроэкосистем, вызывая эрозию, дегумификацию почвы и загрязнение её пестицидами, уничтожение растительного покрова, обеднение генетического потенциала растений. Традиционная защита растений от болезней, сорняков, и вредителей с использованием химических средств оказалась недостаточно эффективной и экологически безопасной. В России и странах СНГ, несмотря на ежегодную обработку посевов полевых культур пестицидами на площади 159 млн. га в период 1986-1990 гг. ежегодно терялось 25-27% продукции растениеводства и зафиксировано ее загрязнение химическими соединениями (М.С. Соколова и др., 1994).
Важнейшими традиционно возделываемыми, самыми стародавними и надежными культурами в таежной зоне Томской области являются озимая рожь и овес. Из 215 тыс. га в области под озимой рожью – 5,5%; под овсом – 28%. Их урожайность в последние годы имеет тенденцию к снижению. Одной из причин является отсутствие в регионе сортов, устойчивых к болезням. В числе наиболее распространенных и вредоносных из них значатся ржавчинные и головневые грибы, корневые гнили и ряд возбудителей, вызывающих листовые пятнистости.
Одним из перспективных и альтернативным направлением в решении проблем агроэкосистем и увеличении продуктивности полевых культур в Сибирском регионе является создание и внедрение в сельскохозяйственное производство иммунных сортов, способных давать стабильные урожаи в зоне экстремального земледелия. Исследования в этом направлении были и остаются актуальными.
Цель: Изучение устойчивости селекционного материала озимой ржи и овса к вредоносным болезням и обоснование направлений стратегии селекции культур на иммунитет в таежной зоне Томской области.
Задачи исследований:
– выявить наиболее вредоносные болезни озимой ржи и овса;
– определить видовой состав возбудителей болезней озимой ржи и овса;
– оценить селекционный материал озимой ржи и овса на иммунитет к болезням;
– обосновать направления стратегии селекции озимой ржи и овса на иммунитет в условиях таежной зоны Томской области.
Научная новизна. Впервые в таежной зоне Томской области выявлены наиболее вредоносные болезни озимой ржи и овса и характер их проявления. Проведен мониторинг селекционного материала по озимой ржи на иммунитет к бурой и стеблевой ржавчине, мучнистой росе, снежной плесени, септориозу и корневой гнили; по овсу на иммунитет к красно-бурой пятнистости, корневой гнили и пыльной головне.
Выделены 2 перспективных изолятора озимой ржи, слабовосприимчивых к комплексу заболеваний (снежной плесени, септориозу, корневой гнили), с зерновой продуктивностью 2,5 т/га.
Отобрано 10 линий овса иммунных к пыльной головне, отвечающие требованиям производства по продолжительности вегетационного периода (от 73-84 дней) и урожайности зерна (2,7-5,9 т/га).
Обоснованы направления стратегии селекции новых сортов озимой ржи и овса, направленные на повышение устойчивости растений к поражению наиболее вредоносными возбудителями болезней.
Практическая значимость работы. За годы исследований (2002-2005 гг.) выделены новые изоляторы озимой ржи, которые слабовосприимчивы к комплексу заболеваний: к снежной плесени и септориозу – 3/91 [(Таловская 12 х Вятка)], 3/89 (отбор из переопыленного сорта Чулпан); к снежной плесени, септориозу и корневым гнилям – 2/96 [(Крона х Вятка) х Нарымская 89].
Изолятор 2/96 [(Крона х Вятка) х Нарымская 89] х Нарымская 89 передан в Государственное сортоиспытание в 2010 г. под названием Нарымчанка.
Выделены перспективные линии овса, устойчивые к пыльной головне: 1376/91 (Скакун х Метис); 5252/95 (Н1121 х aurea 603); 1923/00 [Нальмэс х (Скакун х 81Н444)]; 1909/00 (Нальмэс х 81Н444), которые являются базовыми в создании новых сортов.
На защиту диссертации выносятся следующие основные положения:
1. В таежной зоне Томской области наиболее вредоносными болезнями озимой ржи являются бурая листовая и стеблевая ржавчина, мучнистая роса; вредоносными болезнями овса – красно-бурая пятнистость. Эпифитотийный характер этих заболеваний наблюдается 1-3 раза в 10 лет.
2. Выделены перспективные образцы, пригодные для выведения новых иммунных сортов озимой ржи и овса.
3. Разработаны элементы стратегии селекции озимой ржи и овса, направленные на повышение устойчивости растений к возбудителям болезней.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на VII Международной научно-практической конференции (Кемерово, 2008 г.); на ХII Международной научно-практической конференции на тему: «Аграрная наука – сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии» (Шимкент, 2009 г.), на научно-методической региональной конференции в Нарымском отделе СибНИИСХиТ (Колпашево, 2009 г.); на заседании генетико-селекционного методического семинара Кемеровского ГУ (Кемерово, 2009 г.), на заседании научной сессии СибНИИСХиТ (Томск, 2010 г.). На Российской конференции с международным участием: «Флора и растительность антропогенно нарушенных территорий» (Кемерово, 2010 г.).
Личный вклад автора. Автором выполнены полевые работы, лабораторные анализы, проведена математическая обработка полученных результатов.
При выполнении работы, был произведен анализ фондовых архивных и отчетных материалов: Томской станции защиты растений за 1980-2005 гг., Нарымской государственной селекционной станции за 2002-2005 гг., Запсибгидромет обсерватории г. Колпашево за 2002-2005 гг.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах компьютерного текста, содержит 4 главы, 15 таблиц, 22 рисунка и 26 приложений. Список используемой литературы включает 344 источников, из них 78 на иностранном языке.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава1 Болезни озимой ржи и овса в связи с селекцией культур
в Томской области (обзор научной литературы)
Приведен краткий обзор отечественной и зарубежной литературы по изучаемым вопросам. Представлены данные по распространенности и вредоносности болезней озимой ржи и овса в таежной зоне Томской области.
Глава 2 Условия, исходный материал и методика проведения исследований
Исследования проведены в 2002-2005 гг. в лаборатории защиты растений Нарымского отдела ГНУ «Сибирский научно исследовательский институт сельского хозяйства и торфа» РАСХН, на культурах озимая рожь и овес. Почвы опытных участков дерново-подзолистые, супесчаные по гранулометрическому составу. Содержание гумуса около 2,0%, pH солевой вытяжки 4,4, гидролитическая кислотность (Hr) 4,2-6,5 мг-экв./100 г почвы. Наличие в почве питательных веществ в подвижной форме: нитратного азота (N-NO3) – до 5 мг/кг; фосфора (P2O5) – 12,1-18,1 мг в 100 г почвы; калия (K2O) – 8,3-13,9 мг в 100 г почвы; содержание подвижного алюминия очень высокое – 4,38-9,06 мг в 100 г почвы; обменного кальция 754 мг/кг.
Погодные условия в годы исследований значительно различались: гидротермический коэффициент в 2002 г. составил – 2,1, в 2003 г. – 0,9, в 2004 г. – 2,3, в 2005 г. – 2,6, что показывает недостаточное увлажнение в 2003 г. и избыточное в остальные. В целом погодные условия способствовали развитию фитопатологической инфекции на посевах зерновых культур, что позволило провести иммунологический мониторинг селекционного материала.
Материалом исследований являлись 23 изолятора озимой ржи в питомнике конкурсного сортоиспытания. По культуре овес изучено 363 образца, из них 89 в гибридных питомниках (F3, F4), 191 в контрольном питомнике, 83 в конкурсном сортоиспытании.
Экспериментальная работа проведена полевыми и лабораторными методами. Основные учеты, анализы и наблюдения осуществлены по общепринятым и апробированным в научных учреждениях методикам: определение бурой листовой и стеблевой (линейной) ржавчины на озимой ржи осуществляли по методике Э.Э. Гешеле (1978); определение корневой гнили на зерновых культурах по методике В.А. Чулкиной (1972); определение мучнистой росы, септориоза и красно-бурой пятнистости по методическим рекомендациям Э.Э. Гешеле (1978); определение снежной плесени на озимой ржи в соответствии с методикой А.Е. Чумакова, Т.И. Захаровой (1990); определение пыльной головни овса в естественных условиях по методике К.М. Степанова, А.Е. Чумакова (1972) и на провокационном фоне по методике Э.Э. Гешеле (1978); определение инфекции семян по ГОСТ 12044-93.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием компьютерной программы (Statistica 6.0), которая позволяет рассчитать среднестатистические показатели, критерии достоверности, корреляционный и регрессионный виды анализов.
Глава 3 Болезни озимой ржи и стратегия селекции культуры на иммунитет
3.1 Прогноз развития болезней
Анализ фондовых материалов Томской станции защиты растений за 26 лет (1980-2005 гг.) по культуре озимая рожь, показал, что растения поражаются следующими болезнями: бурой листовой и стеблевой ржавчиной, мучнистой росой, септориозом, снежной плесенью и корневой гнилью. Прогнозы совпадают в 56-100% лет в зависимости от вида возбудителя (табл. 1).
Листовые болезни растений развиваются не одновременно. Мучнистую росу можно наблюдать в период молочной спелости зерна, а бурую ржавчину в период восковой. Если эти болезни не проявляются в период роста и развития растений, то обязательно на листьях можно обнаружить развитие другого патогенна – септориоз. Появление корневых гнилей сопровождается с развитием и других болезней.
Таблица 1 – Прогноз и фактическое развитие болезней озимой ржи в Колпашевском районе (1980-2005 гг.)
| Виды болезней озимой ржи | Прогноз проявления болезней, % | Фактическое проявление за 25 лет наблюдений, % | Частота вспышек заболеваний за 10 лет | Годы эпифитотий |
| Бурая листовая ржавчина | 72 | 56 | 1-3 | 1984, 1987, 1990, 1995, 2000, 2004, 2005 |
| Стеблевая ржавчина | 100 | 92 | 1-3 | 1981, 1986, 1989, 1993, 1996, 1999, 2001, 2005 |
| Мучнистая роса | 80 | 76 | 1-3 | 1984, 1987, 1990, 1995, 2000, 2003, 2005 |
| Септориоз листьев | 68 | 40 | 1-2 | 1981,1989, 1993, 1997, 2001 |
| Снежная плесень | 100 | 96 | 1-2 | 1984, 1989, 1993, 1997, 2001 |
| Корневые гнили | 100 | 100 | 1-2 | 1983, 1988, 1993, 1996, 2001 |
3.2 Восприимчивость растений озимой ржи к бурой листовой ржавчине (Puccinia dispersa Erikss.)
Исследования растений проведены на естественном фоне, так как погодные условия способствовали ежегодному сильному развитию бурой ржавчины, а в 2005 г. наблюдали эпифитотию.
Массовому распространению бурой ржавчины способствовало дождливое и жаркое лето (r = 0,91±0,24; r = 0,82±0,19 соответственно). Не выявлено существенного различия по взаимоотношениям растения-хозяина и паразита на стандартных сортах. Максимальное поражение листьев достигает 34,7-55,2%. За годы исследований степень поражения у сортообразцов варьировала от 10,2-55,2%, поэтому динамика развития бурой ржавчины имеет особое значение для отбора устойчивых генотипов. Регрессионный анализ показал, что развитие возбудителя бурой ржавчины на листьях ржи на 1% приводит к потере зерновой продуктивности на 9,1-20,6%. В качестве перспективных для дальнейшей селекции нами выделены изоляторы: 4/95, 2/96, 3/91 и 3/89.
3.3 Восприимчивость растений озимой ржи к стеблевой ржавчине
(Puccinia graminis Pers.)
Наличие частых эпифитотий стеблевой ржавчины озимой ржи позволяет проводить оценку селекционного материала в естественных условиях, не создавая провокационных фонов.
Корреляционный анализ показал прямую сильную зависимость степени развития заболевания от влажности (r = 0,95±0,27) и температуры воздуха (r = 0,87±0,21). В эпифитотийном 2005 году первые признаки заболевания стали отмечать во II-ой декаде июля, хотя обычно в зоне наших исследований данное заболевание проявляется только в I-ой декаде августа. Степень поражения у сортообразцов ржи варьировала от 12,4 до 56,0%. Регрессионный анализ показал, что развитие возбудителя стеблевой ржавчины озимой ржи на 1% приводит к потере зерновой продуктивности на 8,4-19,8%. Надежных источников иммунитета не выявлено.
3.4 Восприимчивость растений озимой ржи к мучнистой росе
(Blumeria graminis DC.)
Мучнистая роса – одно из самых вредоносных и распространенных болезней озимой ржи в таежной зоне Томской области, так как не редко потери урожая могут составлять до 17,0% и выше (Кривченко В.И., 1975; Бражников П.Н., 2006 и др.).
Минимальное поражение растений возбудителем B. graminis отметили в 2002 г. (9,1-14,9%), а максимальное – в 2005 г. (43,8-47,8%). Погодные условия вегетационного периода способствовали развитию эпифитотии, которую спровоцировали высокая температура воздуха (r = 0,90±0,08) и влажность воздуха (r = 0,93±0,28). Степень поражения листьев у сортообразцов ржи изменялась от 43,8 до 47,8%. Все отнесены к группе среднеустойчивых. Это допускает их дальнейшее использование в селекции новых сортов, но необходимо усилить это направление селекции с использованием в гибридизации надежных генетических источников и доноров иммунитета. Регрессионный анализ показал, что развитие возбудителя мучнистой росы на 1% приводит к потере зерновой продуктивности на 7,5-17,2%.
3.5 Восприимчивость растений озимой ржи к септориозу
(Septoria nodorum Berk., S. tritici Rob. Et Desm)
Развитие септориоза наблюдалось ежегодно, но без эпифитотии. Симптомы поражения на листьях спровоцировали грибы из рода Septoria: S. nodorum и S. tritici. Степень восприимчивости растений ржи к популяции возбудителей болезни варьировала от 0 до 6,5%. Селекционный материал оценен как устойчивый или слабовосприимчивый к данным фитопатогенам.
3.6 Восприимчивость растений озимой ржи к снежной плесени
(Fusarium nivale Ces.)
В зоне исследований снежная плесень проявляется ежегодно. Особенно благоприятно складывались для развития болезни условия перезимовки в 2004 г., что позволило приравнять их к условиям провокационного фона.
На развитие заболевания оказывает влияние высота снежного покрова (r=0,72±0,21) и продолжительность периода его залегания (r=0,57±0,14). Поражение растений составило от 5,0-24,5%, что позволяет отнести их к группе слабовосприимчивых. Сортообразцы 3/91 и 3/89 достоверно отличались в лучшую сторону от контрольного сорта Дымка, а образец 3/89 – от сорта Петровна. Это позволило включить их в группу перспективных образцов для дальнейшего использования в селекции озимой ржи по данному признаку.
3.7 Восприимчивость растений озимой ржи к корневым гнилям
(Bipolaris sorokiniana Sacc., Fusarium аvenaceum Fr.,
F. oxysporum Schltdl, и F. graminearum Schwabe.)
В популяции корневых гнилей выделили несколько видов грибов: Bipolaris sorokiniana, F. аvenaceum, F. oxysporum, и F. graminearum. Степень восприимчивости растений к возбудителю болезни изучали на естественном фоне. На протяжении всего периода наблюдений она не превысила 25% и изменялась от 8,1 до 24,2%. Весь материал отнесен к группе слабовосприимчивых. Высокую стабильность по толерантности растений к поражению корневой гнилью (11,2-11,3%) имеет изолятор 2/96. Он представляет интерес для дальнейшего использования в селекции на иммунитет.
3.8 Инфекционные болезни семян озимой ржи
Возбудители болезней семян создают серьезные проблемы в зерновом хозяйстве. На территории России ежегодные потери урожая от семенной инфекции составляют от 10 до 20% (Санин С.С. и др., 2002).
В результате фитопатологического анализа семян озимой ржи из питомника конкурсного сортоиспытания идентифицировано 7 видов возбудителей болезней: Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker, Fusarium avenaceum Fr., F. culmorum Sm., F. nivale Ces, Alternaria alternate (Fr.) Keissl, Aspergillus fumigatos Fresen, Penicillium cyclopium Westend. Степень инфицирования семенного материала варьировала в следующих пределах: гельминтоспориозом – 3-10%, фузариозом – 0,5-7,5%, альтернариозом – 3,5-11,5% и плесени – 0-10,5%.
Выделены перспективные сортообразцы (2/96, 3/91, 3/89), у которых за годы изучения уровень инфекционной нагрузки семян не превысил 10%. Данный показатель имеет важное значение в практической селекции.
По данным некоторых ученых инфекционные болезни семян влияют на лабораторную всхожесть (Высоцкая М.А., 1979; Левитин М.М., 2008). В зоне исследований степень поражения семян фитопатогенами большого влияния на лабораторную всхожесть не оказывает, первой закономерности не выявлено. Полевая всхожесть у стандартного сорта Петровна варьировала от 94% в 2002 г. до 96% – в 2004 г., а в среднем по опыту составила 88%. Выделились изоляторы, у которых данный показатель достоверно выше: 3/89 (90%); 4/95 (92%).
3.9 Формирование продуктивности озимой ржи
Важными критериями при оценке зерновой продуктивности являются: число продуктивных стеблей на единице площади, число зерен в колосе, масса зерна с колоса и масса 1000 семян. Из исследуемого селекционного материала выделен изолятор 3/89, имеющий высокое число зерен в колосе (52 шт.). Высокую массу зерна с колоса (1,76 г) обнаружили у изолятора 2/96 в 2004 г., массу 1000 семян – у стандартного сорта Петровна (36,8 г) в 2003 г., у изолятора 2/96 (37,3 г) – в 2004 г., 3/89 (36,8 г) – в 2003 г.
Высокую урожайность отметили в 2002 и 2005 гг. (табл. 2). По значениям средних показателей среди изучаемых изоляторов существенных различий нет.
Таблица 2 – Урожайность зерна озимой ржи в конкурсном сортоиспытании
| Сорт, популяция | Урожайность зерна, т/га | Отклонение от стандарта, т/га | ||||||||
| годы | среднее | годы | среднее | |||||||
| 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | |||
| Петровна (ст-т) | 3,4 | 2,0 | 1,9 | 3,6 | 2,7 | - | - | - | - | - |
| Изолятор 4/95 | 3,0 | 1,7 | 2,1 | 3,0 | 2,4 | -0,4 | -0,2 | +0,2 | -0,5 | -0,2 |
| Изолятор 2/96 | 2,7 | - | 1,9 | 3,0 | 2,5 | -0,7 | - | -0,01 | -0,5 | -0,1 |
| Изолятор 3/91 | 2,6 | 1,9 | 2,2 | - | 2,2 | -0,8 | -0,1 | +0,3 | - | -0,4 |
| Изолятор 3/89 | - | 2,0 | 2,4 | 3,1 | 2,5 | - | +0,2 | +0,5 | -0,4 | -0,2 |
| НСР05 | 0,23 | 0,28 | 0,18 | 0,36 | ||||||
Установлена несущественная положительная связь между урожайностью и элементами продуктивности. Коэффициент корреляции с озерненностью колоса – от 0,24±0,05 до 0,33±0,07; с массой 1000 семян – от 0,24±0,08 до 0,45±0,11. Анализ связи урожайности с развитием болезней в эпифитотийные годы выявил умеренную корреляционную связь (от r = 0,47±0,06 до r = 0,56±0,27). Наряду с этим регрессионный анализ показал, что при увеличении развития болезни на единицу (1%) урожайность зерна снижается на 6,0-17,3%.
3.10 Стратегия селекции культуры на иммунитет к болезням
Анализ селекционного материала за ряд лет (2002-2005 гг.) показал недостаточный уровень иммунитета озимой ржи. Существенным резервом повышения устойчивости к болезням и продуктивности является изучение мирового генофонда культуры в этом направлении. К сожалению, последние 10 лет таких исследований не проводилось.
Нами обоснованы элементы стратегии селекции озимой ржи, направленные на повышение устойчивости растений к поражению наиболее вредоносными возбудителями болезней:
1. Организация провокационных фонов по основным вредоносным болезням;
2. Периодическое уточнение видового и расового состава возбудителей болезней;
3. Оценка коллекции озимой ржи из мирового генофонда ВИР на провокационных фонах в зоне исследований;
4. Поиск источников индивидуального и комплексного иммунитета среди мирового генофонда озимой ржи;
5. Изучение донорских свойств выделенных генетических источников в тестерных скрещиваниях с восприимчивыми, но высокопродуктивными, адаптированными к местным условиям среды сортами;
6. Обязательное включение доноров иммунитета во все программы скрещиваний, независимо от направления селекции;
7. Проведение массовой оценки полученного гибридного фонда и другого селекционного материала на искусственных инфекционных фонах;
8. Создание нового исходного материала с повышенным иммунитетом к отдельным видам или комплексу заболеваний;
9. Осуществление отбора иммунных форм с высокой продуктивностью;
10. Применение жесткой браковки восприимчивых изоляторов на всех этапах изучения селекционного материала–от гибридного питомника до конкурсного сортоиспытания.
В процессе реализации научной программы по иммунологическому мониторингу селекционного материала выведено 2 новых сорта озимой ржи Петровна 2 и Нарымчанка.
Нарымчанка. [(Крона х Вятка) х Нарымская 89] х Нарымская 89. Выведена в СибНИИСХиТ (авторы Бражников П.Н., Сайнакова А.Б.) методом индивидуального семейственного отбора.
Сорт короткостебельный (125-135 см), устойчив к полеганию (5 баллов), обладает высокой зимостойкостью (5 баллов), устойчивостью к септориозу (не более 4%) и к корневым гнилям (не более 11,3%). В период исследований максимальное поражение септориозом составило не более 4%, в годы эпифитотий – до 35%. Корневыми гнилями поражается на уровне 12%, в годы эпифитотий – до 40%. Популяция устойчива к снежной плесени (менее 10%). Обладает высокой регенерационной способностью, что позволяет восстановить продуктивный стеблестой после поражения снежной плесенью. Наряду с устойчивостью к септориозу и корневым гнилям слабо поражается семенными инфекциями: фузариозом – 6%, альтернариозом – 6%, гельминтоспориозом – 5,5%, плесенью – 10,5%. Масса 1000 семян – 28-35 г, активность альфа-амилазы средняя, содержание белка в зерне – 11%. Средняя урожайность составляет 4,2 т/га.
Глава 4 Болезни овса и стратегия селекции культуры на иммунитет
4.1 Прогноз развития болезней
По культуре овес изучен материал Томской станции защиты растений за 26 лет. В период 1980-2005 гг. ежегодно на овсе прогнозировалось и фактически подтвердилось проявление корневой гнили и пыльной головни. Эпифитотии корневой гнили отмечены в 1983, 1988, 1996 и 2001 гг., пыльной головни – в 1981, 1986,1990, 1994 и 2001 гг., это спровоцировано сочетанием тепла и влаги.
Красно-бурая пятнистость листьев овса прогнозировалась в 88%, а проявилась в 96% лет. Эпифитотии были в 1981, 1989, 1996 и 2003 гг. Наблюдалось одновременное развитие эпифитотии пыльной головни и красно-бурой пятнистости в 1981 г., корневой гнили и красно-бурой пятнистости в 1996 г.
4.2 Восприимчивость растений овса к красно-бурой пятнистости
(Drechslera avenae Eidam.)
Красно-бурая пятнистость проявляется с фазы кущения и до момента созревания зерна включительно, поражает листья, колосковые и цветочные чешуи, иногда зерновку. Недоборы урожая могут достигать 10% и выше, кроме того возможно снижение белка в зерне (Родионова Н.А. и др., 1994; Тютерев С.Л., 2005; Лоскутов И.Г., 2007).
На естественном фоне заболевание проявлялось ежегодно, эпифитотию наблюдали в 2003 году. В период исследований степень поражения растений овса красно-бурой пятнистостью варьировала от 6,9 до 76,0%. На развитие болезни сильное влияние оказывают количество осадков (r = 0,97±0,02), температурный режим (r = 0,79±0,04). На фоне сильной эпифитотии 2003 г. выделена только одна линия овса (5866/93), как средневосприимчивая к поражению фитопатогеном (не более 50%). Остальные сортообразцы – сильновосприимчивые (поражение выше 50%). Регрессионный анализ показал, что увеличение развития красно-бурой пятнистости листьев овса на 1% приводит к потере зерновой продуктивности на 5,0-13,6%.
Линия 5866/93 (Горизонт х Метис) может быть использована в качестве базовой для создания сортов, иммунных к данному заболеванию. Вместе с тем необходимо оценить известные в мировой коллекции ВИР генетические источники и доноры на провокационном фоне и выбрать из них лучшие для включения в селекционную программу.
4.3 Восприимчивость растений овса к поражению корневыми гнилями (Bipolaris sorokiniana Sacc., Fusarium аvenaceum Fr.,
F. oxysporum Schltdl, и F. graminearum Schwabe.)
У овса корневые гнили поражают первичные и вторичные корни, подземные междоузлия, основание стебля. Это приводит к отмиранию продуктивных стеблей, наблюдается пустоколосость (Фадеев Ю.Н. и др., 1986; Чулкина В.А., 1973; Родионова Н.А. и др., 1994; Ишкова Т.И. и др., 2001).
В питомнике конкурсного сортоиспытания нами в зоне исследований на овсе выделено несколько видов возбудителей корневых гнилей: B. sorokiniana, F. аvenaceum, F. oxysporum, F. graminearum. Инфицированность различных органов в годы исследований не превысила 25%. Степень поражения растений была в пределах 6,0-21,0%. Различий по восприимчивости к болезни между стандартными сортами и селекционным материалом не выявлено. Все изучаемые сортообразцы отнесены к группе слабовосприимчивых к поражению фитопатогеном.
4.4 Восприимчивость растений овса к пыльной головне
(Ustilago avenae Pers.)
Пыльная головня овса – относится к числу вредоносных и распространенных заболеваний культуры (Кривченко В.И., 1984; Лессовой М.П., Парфенюк А.И., 1990; Бахарева Ж.А., Христов Ю.А., 2003 и др.). Потери урожая могут составлять от 10 до 30%, а в случае эпифитотии до 50% или вызывать полную гибель посевов (Сартакова С.В., 2002).
В качестве индикатора в изучаемых питомниках была принята линия 1706/97 (2446/84 х Метис), уровень поражения пыльной головней ежегодно превышал 80% и в среднем за последние годы составил 85,7%.
В гибридном питомнике третьего и четвертого поколений (F3, F4) оценено 87 гибридов с разнообразной родословной: Minerva х Таежник, Integrale х Метис, Яак х Универсал и др. Из них выделено: 1,1% комбинаций с уровнем поражения пыльной головней менее 5%; 73,5% – с уровнем поражения менее 25%; 16% – не более 50% и 5,7% образцов с сильной восприимчивостью к пыльной головне (более 50%) (табл. 3). В числе самых перспективных комбинаций для отбора иммунных гибридов выделены: Integrale х Метис; Commander х Метис; [(Горизонт х Метис) х (Скакун х 4198/87)] и другие. Они являются практически устойчивыми к поражению фитопатогенами. Практическую значимость имеют также 29 комбинаций с устойчивостью растений до 25% поражения: Метис х (Komec х 17Н788); Yrundy х Синельниковская 21; Gramena х 1501/98 и другие.
В контрольном питомнике на провокационном фоне изучено 163 образца овса. Высокой устойчивостью обладают 29,4%; практической – 17,1%; средней восприимчивостью – 8,5%; слабой – 35,5%; сильной восприимчивостью к U. avenae – 1,8% (табл. 4). Практическую значимость для селекционной работы имеют 55 образцов, у которых поражение пыльной головней на провокационном фоне не превысило 10%.
Таблица 3 – Ранжирование гибридов по восприимчивости растений к поражению пыльной головней на провокационном фоне (2002-2005 гг.)
| Шкала поражения, % | Тип устойчивости | Количество образцов, % | Комбинации скрещиваний |
| высокая устойчивость, поражение отсутствует | 0 | 0,0 | - |
| практическая устойчивость, поражение не превышает 5% | I | 1,1 | Integrale х Метис; Commander х Метис; [(Горизонд х Метис) х (Скакун х 4198/87)];[(Метис х 81Н444) х (Komec х 45Н1007)]; |
| слабая восприимчивость, поражение не превышает 25% | II | 73,5 | Borka х Таежник;Edit х Таежник; Таежник х (Komec х 17Н788); Метис х (Komec х 17Н788); |
| средняя восприимчивость, поражение не превышает 50% | III | 16,0 | Чиж х Таежник;Dachs x Метис; Jawor х Таежник;Gramena х Bradu; |
| сильная восприимчивость, поражение более 50% | IV | 5,7 | Бореи х Таежник; 2446/84 х Метис; Agro х П 3931, ТАМ–0–301; |
Таблица 4 – Восприимчивость образцов овса из контрольного питомника к поражению пыльной головней на провокационном фоне (2002-2005 гг.)
| Шкала поражения, % | Тип устойчивости | Количество образцов, % | Комбинации скрещиваний |
| высокая устойчивость, поражение отсутствует | 0 | 29,4 | Borter х 17Н788; Borter х 20Н816; Иртыш 13 х 17Н788; Яак х Метис; |
| практическая устойчивость, поражение не превышает 5% | I | 17,1 | Нальмэс х 81Н444; Нальмэс х (Скакун х 81Н444); Скакун х Mixed Coloured; |
| слабая восприимчивость, поражение не превышает 25% | II | 35,5 | Hja 78052 x Hja 78152; Козырь х 19Н970; Komec х 17Н788; Sv 78519 х 4235/84; |
| средняя восприимчивость, поражение не превышает 50% | III | 8,5 | Рс59 х 44Н807; UPF 7901 х Метис; UPF 77101-1 х Улан; |
| сильная восприимчивость, поражение более 50% | IV | 1,8 | (Тогурчанин х Горизонд) х 9Н229; (Немчиновский 2 х Рс55) х Немчиновский 2; |
В конкурсном испытании в 2002-2005 гг. было изучено 83 сортообразца с разнообразной, в том числе сложной родословной: Иртыш 13 х 17Н/788, [(Скала х Писаревский) х (Метис х 24Н263)], 7Н339 х (Понта х Таико) и другие. В качестве стандарта взяты два сорта Нарымский 943 и Метис. Поражение пыльной головней на естественном фоне отмечалось во все годы исследований. Стандартный сорт Нарымский 943 поражался от 0,02 до 2,2%, Метис – от 0,007 до 3,3%. Максимальное поражение растений на инфекционном фоне у первого стандарта – 20,9%, у второго – 28,9%, что позволило отнести их в группы слабовосприимчивых и средневосприимчивых образцов к пыльной головне соответственно.
В процессе изучения на провокационном фоне выделено 43,3% образцов, обладающих высокой степенью устойчивости, 21,6% – практически устойчивы к патогену, 25,3% – слабовосприимчивых, 9,6% – средневосприимчивых, 1,2% – сильновосприимчивых (табл. 5).
Таблица 5 – Восприимчивость образцов овса из питомника КСИ к поражению пыльной головней на провокационном фоне (2002-2005 гг.)
| Шкала поражения, % | Тип устойчивости | Количество образцов, % | Комбинации скрещиваний |
| высокая устойчивость, поражение отсутствует | 0 | 43,3 | Иртыш х Монар; 31Н714 х 20Н816; |
| практическая устойчивость, поражение не превышает 5% | I | 21,6 | Н1121 х aurea 603; Скакун х Метис; Метис х 81Н444; |
| слабая восприимчивость, поражение не превышает 25% | II | 25,3 | Нальмэс х (Скакун х 81Н444); 7Н339 х (Понта х Таико); (Тогурчанин х Монар) х 5095/88; |
| средняя восприимчивость, поражение не превышает 50% | III | 9,6 | [(Скала х Писаревский) х (Метис х 24Н263)]; Нарымский 943 х 1312/91; Н1240 х Nils; |
| сильная восприимчивость, поражение более 50% | IV | 1,2 | (Тогурчанин х Скакун) х 9Н929; |
Иммунологический мониторинг с использованием искусственного инфекционного фона позволил выделить 10 устойчивых линий (с поражением растений не более 10%): 1376/90 (Скакун Метис), 2737/90 (58/1506 Скакун), 3663/91 (Друг 81Н444), 2476/97 (Borter 17Н788), 5252/95 (Н 1121 aurea 603), 5414/95 (C3987/87 Скакун), 2412/98 (СI3909 12Н794), 3012/98 (СI3909 52Р979); 1923/00 (Нальмэс х (Скакун х 81Н444)); 1909/00 (Нальмэс х 81Н444). Из них 3 линии (5414/95, 2412/98, 3012/98) обладают абсолютной устойчивостью. По данному свойству они значительно лучше стандартных сортов и представляют ценность в дальнейшей селекционной работе.
4.5 Инфекционные болезни семян овса
В результате фитопатологического анализа выделено 8 видов возбудителей болезней семян: Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker, Ustilago avenae (Pers.) Jen., Fusarium avenaceum Fr., F. culmorum Sm., F. nivale Ces, Alternaria alternate (Fr.) Keissl, Aspergillus fumigatos Fresen, Penicillium cyclopium Westend. Степень инфицирования семенного материала варьировала в следующих пределах: гельминтоспориозом – 0-12%, фузариозом – 0-20%, альтернариозом – 1,5-17,5%, пыльной головней – от 0-5,5% и плесени – от 0-7,5%. В 2005 году погодные условия способствовали более интенсивному развитию болезней семян, что отрицательно отразилось на лабораторной всхожести.
На полевую всхожесть семян овса влияет недостаток почвенной влаги, наличие атмосферной засухи и фитопатогенной микрофлоры на семенах и почве (Усанова З.И., Сидоренко Н.К., 1985; Баталова Г.А., 2000). В период 2002-2005 гг. полевая всхожесть у сортообразцов овса варьировала от 70 до 98%, в том числе у стандартного сорта Нарымский 943 – 70-95%, у сорта Метис – 81-95%, а в среднем по опыту – 83% и 90% соответственно. Выделилась линия 1376/90 со средней полевой всхожестью 92%.
4.6 Формирование зерновой продуктивности овса
Важное значение в формировании урожайности овса имеет густота продуктивного стеблестоя, масса 1000 семян и др. (Ермоленко П.Ф., 1971; Баталова Г.А., 2000). Высокий показатель среднего значения продуктивных стеблей на единице площади выявили у четырех линий: 3012/98 (571 шт./м2), 2412/98 (537 шт./м2), 1909/00 (523 шт./м2), 5414/95 (512 шт./м2). Выше среднего – масса 1000 семян была у линий: 5252/95 (43,1 г), 5414/95 (43,5 г), 1923/00 (43,7 г).
Низкую урожайность наблюдали в 2003 и 2005 гг. Отрицательное влияние оказали погодные условия и развитие красно-бурой пятнистости. Наряду с этим выделены высокопродуктивная линия 5252/95 (Урман) и ряд перспективных образцов, с которыми можно работать в дальнейшем в плане сочетания иммунитета и стабильной продуктивности. Линия 5252/95 в соответствии с критерием достоверности по урожайности зерна была выше стандартного сорта на 0,5 т/га (табл. 6).
В целом в ходе комплексных исследований выделено 7 линий (5866/93, 1376/90, 5252/95, 5414/95, 2412/98, 3012/98 и 1923/00), которые сочетают иммунитет к болезням с хорошей урожайностью и представляют перспективу для выведения новых сортов.
Статистическая обработка данных элементов продуктивности позволила выявить положительную зависимость средней силы урожая зерна с озерненностью метелки (от r = 0,54±0,13 до r = 0,33±0,08), незначительную (от r = 0,04±0,11 до r = 0,55±0,16) – с массой 1000 семян. Корреляционный анализ урожайности в связи с развитием красно-бурой пятнистости выявил наличие сильной прямой зависимости (r = 0,74±0,23). С помощью регрессионного анализа установлено, что при увеличении развития болезни на 1% урожайность снижается на 4,0-11,4%. Это обостряет проблему иммунитета овса к данному заболеванию и становится очевидным дальнейшее развитие исследований в этом направлении.
Таблица 6 – Урожайность зерна овса в конкурсном сортоиспытании
| Сорт, линия | Урожайность зерна, т/га | Отклонение от стандарта, т/га | ||||||||
| годы | среднее | годы | среднее | |||||||
| 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | |||
| Нарымский 943 (ст-т) | 3,2 | 3,0 | 5,1 | 3,0 | 3,6 | - | - | - | - | - |
| 1376/90 | 3,3 | 3,5 | 5,7 | 2,9 | 3,9 | +0,09 | +0,4 | +0,5 | -0,05 | +0,2 |
| 5252/95 | 3,9 | 3,5 | 5,9 | 3,3 | 4,1 | +0,6 | +0,4 | +0,7 | +0,3 | +0,5 |
| 5866/93 | 3,8 | 3,2 | 4,8 | 3,2 | 3,8 | +0,5 | +0,1 | -0,3 | +0,2 | +0,1 |
| 5414/95 | 3,5 | 3,0 | 5,0 | 3,1 | 3,7 | +0,2 | -0,05 | -0,1 | +0,1 | +0,08 |
| 2412/98 | 3,7 | 2,7 | 4,9 | 3,0 | 3,6 | +0,5 | -0,3 | -0,1 | +0,02 | +0,01 |
| 3012/98 | 3,5 | 3,0 | 5,1 | 3,2 | 3,7 | +0,2 | -0,04 | +0,04 | +0,2 | +0,1 |
| 1923/00 | 3,5 | 3,6 | 5,1 | 3,3 | 3,9 | +0,3 | +0,5 | +0,02 | +0,3 | +0,3 |
| 1909/00 | 3,4 | 3,1 | 4,8 | 2,7 | 3,5 | +0,1 | +0,05 | -0,2 | -0,2 | -0,08 |
| НСР05 | 0,32 | 0,35 | 0,37 | 0,26 | ||||||
4.7 Стратегия селекции овса на иммунитет к болезням
В результате наших исследований нами обосновано 10 элементов стратегии селекции овса, аналогичные стратегии селекции озимой ржи.
В ходе реализации программы научных исследований выведено 2 новых сорта: Мустанг, Урман.
ВЫВОДЫ
1. Статистический анализ фондовых материалов позволил выявить, что наиболее вредоносными болезнями озимой ржи являются: бурая листовая и стеблевая ржавчина, мучнистая роса. Они вызывают эпифитотии 1-3 раза в 10 лет.
2. Развитие болезней озимой ржи зависит от температуры (от r= 0,82±0,19 до r = 0,90±0,08) и влажности воздуха (от r = 0,91±0,24 до r = 0,95±0,27). Регрессионный анализ показал, что развитие возбудителя мучнистой росы на единицу (1%) приводит к потере зерновой продуктивности на 7,5-17,2%; бурой ржавчины – на 9,1-20,6%; стеблевой ржавчины – на 8,4-19,8%.
3. В процессе иммунологического мониторинга выделено два перспективных изолятора (3/89, 2/96), сочетающих повышенный иммунитет к снежной плесени, септориозу и корневым гнилям с зерновой продуктивностью 3,0-3,5 т/га. Первый проходит Государственное испытание под названием Петровна 2, второй – передан в ГСИ в 2010 г. под названием Нарымчанка.
4. На культуре овес установлена вредоносность красно-бурой пятнистости. Эпифитотии заболевания в таежной зоне Томской области наблюдаются 1-2 раза в 10 лет.
5. Развитие болезней на растениях овса сильно зависит от температуры (r= 0,79±0,04) и влажности воздуха (r= 0,97±0,02). Регрессионный анализ показал, что развитие возбудителя красно-бурой пятнистости листьев овса на единицу (1%) приводит к потере зерновой продуктивности на 5,0-13,6%.
6. Иммунологический мониторинг селекционного материала овса с использованием провокационных фонов позволил провести эффективные отборы устойчивых к заболеваниям растений и выделить ряд перспективных для практической селекции линий в контрольном питомнике (1909/00, 1923/00 и др.) и в конкурсном сортоиспытании (5252/95, 1376/90 и др.) с комплексным иммунитетом в сочетании с высокой зерновой продуктивностью.
7. В процессе иммунологического мониторинга две линии 1376/90 (Скакун х Метис), 5252/95 (Н 1121 х aurea 603) послужили базой для выведения новых сортов Мустанг и Урман. Сорта обладают комплексным иммунитетом и являются высокопродуктивными.
8. На основе теоретического обобщения научной литературы и иммунологического мониторинга селекционного материала обосновано 10 элементов стратегии селекции озимой ржи и овса в таежной зоне Томской области.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ
1. С целью повышения эффективности селекции озимой ржи и овса на иммунитет к основным заболеваниям в таежной зоне Томской области реализовать обоснованные направления стратегии. Данная стратегия предполагает реализацию программы по изучению генетического разнообразия сортов из мирового генофонда ВИР и селекционного материала на провокационных фонах заражения фитопатогенами, выделению, использованию в гибридизации эффективных источников и доноров иммунитета и браковку поражающихся форм с учетом зерновой продуктивности на всех этапах технологического процесса.
2. Для отбора рекомбинантов овса, иммунных к пыльной головне в сочетании с высокой продуктивностью использовать наиболее перспективные комбинации гибридов: Integrale х Метис; Commander х Метис; [(Горизонт х Метис) х (Скакун х 4198/87)], (CI3909 x 12H794), (CI3909 x 52P979), (H1121 x aurea 603).
3. В целях стабилизации урожайности максимально использовать в хозяйствах разных форм собственности сорт озимой ржи Петровна 2 и сорт овса Мустанг.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ:
- Заушинцена, А.В. Болезни озимой ржи в таежной зоне Западной Сибири // А.В. Заушинцена, П.Н. Бражников, А.Б. Сайнакова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2011. – № 2 (76). – С. 35-39.
- Заушинцена, А.В. Болезни овса в таежной зоне Западной Сибири // А.В. Заушинцена, Г.Н. Комарова, А.Б. Сайнакова // Вестник Кемеровского государственного университета. – 2011. – № 1 (44). – С. 5-9.
- Сайнакова, А.Б. Исходный материал для селекции овса на устойчивость к пыльной головне в экстремальных условиях Томской области / А.Б. Сайнакова // Достижения науки и техники АПК. – 2010. – № 12. – С. 14-15.
Научные статьи и материалы:
- Бражников, П.Н. Селекция озимой ржи в северной таежной зоне / П.Н. Бражников, А.Б. Сайнакова // Влияние приоритетного национального проекта государственной программы Развитие АПК в с/х Сибири: Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. – Кемерово, 2008. – С. 89-91.
- Сайнакова, А.Б. Устойчивость озимой ржи к бурой ржавчине в условиях таежной зоны Западной Сибири / А.Б. Сайнакова // Влияние приоритетного национального проекта государственной программы Развитие АПК в с/х Сибири: Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. – Кемерово, 2008. – С. 173-174.
- Сайнакова, А.Б. Устойчивость озимой ржи к грибным болезням в условиях таежной зоны Западной Сибири / А.Б. Сайнакова // Аграрная наука – сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии: Труды XII Междунар. науч.-практ. конф. – Шимкент, 2009. – Т. 1. – С. 356-359.
- Сайнакова, А.Б. Линии овса, устойчивые к Ustilago avenae в таежной зоне Сибири / А.Б. Сайнакова, Г.Н. Комарова // Флора и растительность антропогенно нарушенных территорий: Сб. науч. тр. Кемеровского отд. РБО. – Кемерово, 2010. – Вып. 6. – С. 140-141.
- Сайнакова, А.Б. Инфекционные болезни семян озимой ржи и овса, распространенные в Томской области и меры борьбы с ними / А.Б. Сайнакова // Рекомендации СибНИИСХиТ РАСХН. – Томск, 2010. – 24 с.
Подписано в печать 07.04.2011 г. Тираж 120 экз.
Печать трафаретная. Заказ 015.
Отпечатано в печатном цехе «Ризограф»
Тюменского аграрного академического союза
625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7
