UDK 632.938.1 Устойчивые растения
Phytopathological studies of 31 varieties of soft winter wheat were carried out in 2017-2021 in the forest-steppe agro-climatic zone of the Ryazan region. The study of the material took place on a natural infectious background in a collection nursery on plots of 3.0 m2, without repetition. The soil of the experimental site is dark gray forest, heavy loamy in granulometric composition, average fertility level. Among the studied set of varieties, not a single variety with complete absence of signs of damage has been identified for all the years of research. In general, most of the studied varieties had fairly good resistance to pathogens. Thus, a significant majority of the studied samples for resistance to powdery mildew (disease development up to 30...45%), brown rust (degree of disease development <5...10 %) and septoria (disease development <10...20%) are attributed to the group of highly resistant varieties. But of particular value for breeding are varieties of winter wheat that exhibit complex resistance. A group of varieties has been formed that has complex resistance to two diseases simultaneously: powdery mildew and septoria - Amber 50, Moskovskaya 56, Isctar; to septoria and brown rust - Nemchinovskaya 24, Viola, Scepter, Dolya, Poem, Isctar; to powdery mildew and brown rust – Isctar. The Isctar variety had complex resistance to three types of phytopathogens. High resistance to lodging (more than 8.0 points) was noted in the varieties Tambor, Isztar, MV Nador, Mironovskaya 29, Mirleben, Anka, MV-27-12, Dmitry. On average, over the years of research, the protein content in the grain was at a high level and amounted to 15.0...18.2%, gluten 27.5 ...34.0%. Thus, a variety of the German selection Isctar has been identified, which most advantageously combines resistance to three types of phytopathogens, has high productivity indicators and resistance to lodging
Winter wheat (Triticum aestivum L.), powdery mildew (Blumeria graminis (DC.)), septoria (Zymoseptoria tritici (Desm.)), brown rust (Puccinia triticina Erikss.), yield, grain quality
Введение. Основным направлением в селекции на иммунитет к болезням считают создание сортов с длительной устойчивостью, сохраняющих эффективность в различных агроэкосистемах продолжительное время. Болезни наносят большой ущерб сельскохозяйственномк производству, вызывая недобор урожая и снижая его качество, особенно в годы эпифитотий [1, 2]. Среди набора листостебельных инфекций в Нечерноземной зоне РФ на пшенице озимой (Triticum aestivum L.) к наиболее распространенными и вредоносными заболеваниями относят мучнистую росу (возбудитель Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. tritici March.), септориоз (возбудитель Zymoseptoria tritici (Desm.) Quaedvl. & Crous) и бурую (листовую) ржавчину (возбудитель Puccinia triticina Erikss.). Поражение листьев и колосьев зерновых культур этими грибами приводит, как правило, к серьезному вмешательству в физиологию продуктивности растений. Многочисленные возбудители болезней способны выделять токсины, приводящие к некротизации и гибели растительных тканей [3, 4].
Важное направление создания научно обоснованных систем иммуногенетической защиты – изучение видового состава патогенных комплексов, генетической характеристики популяций, агрессивности и вирулентности отдельных форм, рас, биотипов. Устойчивость растений – следствие взаимодействия двух генотипов (растения и патогена), следовательно, и эволюция их идет сопряженно [5, 6]. Районирование устойчивых сортов, которые способны обеспечить длительную защиту от местных популяций патогена, – наиболее эффективный, экономически и экологически оправданный способ защиты [7].
Скрининг сортов пшеницы озимой на устойчивость – один из необходимых этапов селекции.
Цель исследований – провести фитопатологическую оценку сортов озимой пшеницы в условиях Рязанской области и выделить источники, сочетающие устойчивость к вредоносным заболеваниям и зерновую продуктивность, для последующего включения в селекционный процесс.
Условия, материалы и методы. Работу проводили на полях лаборатории селекции и первичного семеноводства Института семеноводства и агротехнологий – филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» в лесостепной агроклиматической зоне Рязанской области.
Оценку на устойчивость к болезням выполняли в полевых условиях на естественном инфекционном фоне по показателю «процент поражения листовой поверхности» в период наиболее сильного развития болезней: мучнистой росы – в фазе колошения; септориоза – в фазе молочной спелости; бурой (листовой) ржавчины – в фазе налива зерна. Степень поражения бурой ржавчиной определяли по модифицированной шкале Кобба, листьев и других органов мучнистой росой – по шкале
Э. Э. Гешеле (Гешеле Э. Э. Основы фитопатологической оценки в селекции растений М.: Колос, 1978. 208 с.), септориозом – по шкале Петерсона (Peterson R.F., Campbell A.B., Hannah A.E. A diagrammatic scale for estimating rust intensity on leaves and stems of cereals // Can. J. Res. 1948. Vol. 26. P. 496–500).
Почва опытного участка темно-серая лесная, тяжелосуглинистая по гранулометрическому составу. Агрохимические показатели: рНсол. (ГОСТ 26483-85) – 4,88 ед.; содержание органического вещества (ГОСТ 26213-91) – 5,60 %; содержание подвижного фосфора и калия (ГОСТ Р 54650-2011) — 378,0 мг/кг почвы и 275,0 мг/кг почвы соответственно, азота нитратного (ГОСТ 26951-86) – 41,4 мг/кг, азота аммонийного (ГОСТ 26489-85) – 4,43 мг/кг, обменного магния (ГОСТ 26487-85) – 2,16 ммоль/100 г.
Посевы размещали по черному пару. Учетная площадь делянки – 3,0 м2. Посев проводили в оптимальные сроки, сеялкой ССФК-7. Норма высева 5,0 млн всхожих семян/га. В качестве стандарта урожайности и устойчивости к болезням использовали сорт Ангелина, внесённый в Госреестр селекционных достижений РФ с 2006 г. Объект исследований – 31 коллекционный образец озимой мягкой пшеницы российской и зарубежной селекции.
Уборку осуществляли в фазе полной спелости комбайном Сампо-130. Качественные показатели зерна исследуемых сортов (содержание клейковины и белка) определяли методом инфракрасной спектроскопии на анализаторе цельного зерна Infratec 1241. Оценку полученных данных выполняли с использованием корреляционного и вариационного анализа (Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале: методические указания / А. Ф. Мережко, Р. А. Удачин, В. Е. Зуев и др. / под ред. проф. А. Ф. Мережко. С.-Пб.: ВИР, 1999. 82 с.). Математическую обработку данных проводили методом статистического анализа вариационных рядов, дисперсионного и корреляционного анализа (Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.) с использованием пакета компьютерной программы «Microsoft Excel».
Абсолютно все годы наблюдений отличались повышенным температурным режимом во все фазы роста и развития пшеницы озимой, в сравнении со средними многолетними значениями. Сильное повышение дневных и средних температур воздуха в июне–июле, а также критически низкое количество осадков или их отсутствие, приводили к развитию почвенной и воздушной засух. Оптимальными условиями характеризовались 2017, 2020 гг. с ГТК 0,89…1,55, в засушливые годы (2018, 2019, 2021 гг.) ГТК находился в интервале 0,58…0,70 (табл. 1).
Максимальное в опыте развитие исследуемых грибных болезней наблюдали в прохладную погоду с интенсивным увлажнением 2020 г. (в межфазный период колошение–цветение пшеницы озимой выпало 71 мм осадков, что в 4,5 раза больше среднемноголетнего, ГТК составил 3,9). В целом метеоусловия вегетационного периода 2020 г. были не типичными для зоны как по количеству, так и по распределению осадков по фазам развития пшеницы. Обильные осадки спровоцировали раннее полегание растений, что способствовало развитию исследуемых болезней.
Минимальное проявление болезней отмечали в 2018 г. За весенне-летнюю вегетацию осадков выпало 115 мм, или 75,2 % нормы, сумма активных температур составила
1875 0С, или 130 % от среднемноголетней, ГТК=0,59. Растения при повышенных температурах и дефиците влаги испытывали стресс, сформировали небольшую вегетативную массу. В условиях засушливого вегетационного периода значимого развития болезней не отмечали.
Результаты и обсуждение. Для успешной реализации селекционной программы на устойчивость к болезням необходимо знание структуры популяций патогенов, которая заметно различается в разных почвенно-климатических регионах и подвержена изменению во времени и пространстве под воздействием биотических, абиотических и антропогенных факторов. Особую роль играют генетические особенности сортов и метеорологические условия периодов вегетации [8, 9].
За годы исследований эпифитотийного развития грибных болезней на пшенице озимой не наблюдали. Среди изученного набора сортов не выявлено ни одного сорта, у которого полностью отсутствовали признаки поражения во все годы исследований. В целом, большинство исследуемых сортов обладало достаточно хорошей устойчивостью к патогенам. Значительная часть из них отнесена к группе высокоустойчивых.
В годы исследований наиболее сильно проявлялась мучнистая роса. Максимальная степень ее проявления отмечена в 2020 г. (поражение некоторых сортов достигало 60 % и более). По результатам фитопатологической оценки поражения растений мучнистой росой в благоприятные для развития этого патогена годы (2020 г.) выявлены 2 очень высокоустойчивых (до 30 % поражения) сортообразца – Янтарная 50 и Исцтар. Группу высокоустойчивых (развитие болезни до 45 %) сформировали Доминанта, Заря, Память Федина, Московская 56, Немчиновская 24, Рубежная, Фантазия, Сатурнус, Волжская К, Лавина (двуручка), Мироновская 29, Мироновская п/интенсивна, Виола, Анка (двуручка), MV-27-12, Поэма, Дмитрий (табл. 2).
По отношению к септориозу сорта ранжировали следующим образом: высокой устойчивостью (развитие болезни <10 %) характеризовались Московская 56, Немчиновская 24, Исцтар; средней (≤20 %) – Ангелина, Доминанта, Заря, Янтарная 50, Инна, Памяти Федина, Рубежная, Фантазия, Сатурнус, Волжская К, Лавина (двуручка), MV Надор, Виола, Касар, Скипетр, Поэма. Распространение заболевания растений септориозом в коллекционном питомнике не превышало 50 %.
Из всех исследуемых болезней слабее всего сорта пшеницы озимой поражались местной популяцией бурой ржавчины. Очень высокую степень устойчивости (развитие ≤5 %) к заболеванию продемонстрировали Доминанта, Лавина (двуручка), Исцтар, MV Надор, MV-27-12, Поэма; высокую (развитие ≤10 %) – Тамбор, Немчиновская 24, Светоч, Спектр, Мироновская 29, Анка (двуручка), Виола, Скипетр, Доля. У остальных сортов поражение растений бурой ржавчиной варьировало от 10 до 25 %.
Ценный материал для селекции новых сортов пшеницы – генотипы с групповой устойчивостью к болезням. В наших исследованиях высокая устойчивость одновременно к мучнистой росе и септориозу отмечена у сортов Янтарная 50, Московская 56; к септориозу и бурой ржавчине – Немчиновская 24, Виола, Скипетр, Доля, Поэма. Устойчивым ко всем трем изучаемым патогенам был только сорт немецкой селекции Исцтар.
Проведенный в период восковой спелости мониторинг растений пшеницы на устойчивость к полеганию позволил выявить неполегающие формы. Высокую устойчивость к
полеганию отмечали у сортов Тамбор, Исцтар, MV Надор, Мироновская 29, Мирлебен, Анка, MV Надор, MV-27-12, Дмитрий (8 баллов и более). Коэффициенты корреляции между урожайностью и полеганием за весь период наблюдений (табл. 3) были слабыми недостоверными положительными (r= 0,124).
Установлено достоверное слабое и среднее влияние развития болезней и полегания на снижение качественных показателей зерна пшеницы озимой в 2020 г., в котором содержание белка и клейковины было минимальным в опыте (r= -0,256…-0,452). В остальные годы изучаемые болезни не оказывали значимого влияния на урожайность и качественные показатели зерна (r= 0,003…-0,273).
В целом за годы исследований содержание белка в зерне исследуемых сортов находилось на высоком уровне и варьировало от 15,0 % до 18,2 %, содержание клейковины – 27,5…34,0 %. Причем коэффициент вариации (Сv) величин этих показателей у большинства сортов был незначительным, за исключением сортов Немчиновская 24, Табор, Мироновская п/интенсивная, Скипетр, Доля (СV > 50 %). Самой высокое накопление белка в зерна (более 18,0 %) отмечали у сортов Ангелина, Сатурнус, Касар. Эти же сорта отличались максимальным в опыте содержанием клейковины. Коэффициенты корреляции урожайности с содержанием белка и клейковиной свидетельствуют о слабой отрицательной зависимости (r= -0,262 и r= -0,256 соответственно) между этими признаками.
Наиболее благоприятным для продукционного процесса пшеницы озимой оказался вегетационный период 2018 г., несмотря на то, что год отнесен к засушливым. Среднесортовая урожайность в опыте составила 4,13 т/га. Средняя урожайность образцов за годы исследований изменялась от 2,98 до 5,28 т/га, коэффициент вариации составлял 16,15…71,91 %. У большинства изучаемых сортов он превышал 30 %, в том числе у стандартного сорта Ангелина он был равен 37,42 %. Наименьшее варьирование урожайности по годам отмечено у сортов Светоч (СV = 16,15 %), Скипетр (СV = 20,64 %), Волжская К (СV = 25,22 %).
Максимальную в опыте среднюю урожайность сформировали сорт местной селекции Фелиция и немецкий сорт Исцтар – 5,23 и 5,28 т/га соответственно. В целом в качестве исходного материала для селекции на продуктивность можно рекомендовать образцы Доминанта, Завет, Фелиция, Поэма, Дмитрий, Исцтар, Мироновская 29, урожайность которых была выше, чем у стандарта, на 0,05…0,87 т/га.
Выводы. В результате проведенных исследований сформирована группа сортов, обладающих комплексной устойчивостью одновременно к мучнистой росе и септориозу – Янтарная 50, Московская 56; к септориозу и бурой ржавчине – Немчиновская 24, Виола, Скипетр, Доля, Поэма. Комплексную устойчивость к трем фитопатогенам имел сорт Исцтар. Высокая устойчивость к полеганию (более 8,0 баллов) отмечена у сортов Тамбор, Исцтар, MV Надор, Мироновская 29, Мирлебен, Анка, MV-27-12, Дмитрий. Достоверных различий по урожайности между сортами не наблюдали. Тенденция к ее повышению отмечена у сортов Доминанта (4,46 т/га), Мироновская 29 (4,48 т/га), Завет (4,59 т/га), Дмитрий (4,62 т/га), Поэма (4,75 т/га), Фелиция (5,23 т/га), Исцтар (5,28 т/га), превзошедших стандарт на 0,05…0,87 т/га. В среднем за годы исследований содержание белка в зерне находилось на высоком уровне и составляло 15,0…18,2 %, клейковины – 27,5…34,0 %. Наиболее выгодно сочетает устойчивость к трем видам фитопатогенов, высокие показатели продуктивности и устойчивость к полеганию сорт немецкой селекции Исцтар.
1. Derova TG, Shishkin NV, Pavlenko OS. [Resistance of varieties and collection samples of winter soft wheat to the complex of the most harmful diseases in the conditions of the lower Don]. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2018; 6. 68-72 p.
2. Mansvel'tvan YaD, Temirbekova SK. [Organic farming: principles, experience and prospects]. Sel'skokhozyaistvennaya biologiya. 2017; 3. Vol.52. 478-486 p.
3. Sazonova OYu, Eremin LP. [Grain quality of winter wheat depending on the phytosanitary state of crops in the conditions of Orel region]. Russian agricultural science review. 2015; 5-1 (5). 178-183 p.
4. Reckling M, Hecker J.-M, Bergkvist G. A cropping system assessment framework - evaluating effects of introducing legumes into crop rotations. European Journal of Agronomy. 2016; Vol. 76. 186-197 p.
5. Sanin SS. Epifitotii boleznei zernovykh kul'tur: teoriya i praktika: izbrannye trudy. [Epiphytotics of diseases of grain crops: theory and practice: selected works]. Moscow: NIPKTs Voskhod-A. 2012; 451 p.
6. Levakova OV, Eroshenko LM. [High-yielding varieties and lines of spring barley resistant to Helminthosporium blotches]. Vestnik RASKhN. 2020; 2. 33-35 p.
7. Manukyan IR, Miroshnikova ES. Comprehensive assessment of the breeding material of winter wheat for resistance to moisture deficiency and productivity. [Internet]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020; Vol. 547. 012022 p. [cited 2021, March 03]. Available from: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/547/1/012022.
8. Rezvyakova SV, Botuz NI, Mitina EV. [Productivity of winter wheat in connection with protection against fungal diseases in the conditions of the Orel region]. Vestnik agrarnoi nauki. 2021; 1 (88). 68-74 p.
9. Levakova OV, Bannikova MI. [Analysis of genetic sources of valuable traits of winter soft wheat varieties in order to create initial material]. Agrarnaya nauka. 2019; 7-8. 38-40 p.
