, Россия
, Россия
, Россия
Отражены результаты научно-исследовательской работы по оценке ранее созданного гибридного материала клевера лугового (Trifolium pratense L.), прошедшего селекционную проработку на полевом искусственном фузариозном фоне, в сравнении с исходными формами без отбора и стандартным сортом Дымковский. Для повышения объективности оценки был создан полевой инфекционный фон на основе смеси местных штаммов Fusarium sрp. (F. oxysporum + F. avenaceum + F. heterosporum). Эффективность формирования болезнеустойчивого селекционного материала методом рекуррентного биотипического отбора анализировали по наиболее значимым хозяйственно-биологическим признакам и свойствам: зимостойкость, высота растений, урожайность сухой биомассы и семян, устойчивость к болезни. Приведены сведения по агрометеорологическим условиям, сложившимся в годы исследований. По результатам изучения выявлена высокая зимостойкость селекционных популяций в различных условиях осенне-зимних периодов. Отмечена тенденция увеличения кормовой и семенной продуктивности у гибридов, прошедших отбор на инфекционном фоне, в сравнении с исходными формами, установлена их меньшая поражаемость корневой гнилью во второй год жизни. Для дальнейшей селекционной работы выделены три перспективные устойчивые к корневым гнилям популяции: ГПФ-64-2 — со значимо высоким сбором сухого вещества относительно стандарта Дымковский по годам пользования; ГПФ-60-2 — с урожайностью семян на уровне стандарта и превышением исходной формы на 87,5%; ГПФ-63-2 — с наименьшей степенью поражения корневой системы в сравнении с исходной формой и стандартом.
клевер луговой, гибридная популяция, инфекционный фон, рекуррентная селекция, зимостойкость, кормовая продуктивность, урожайность семян, устойчивость к корневым гнилям
Введение. Известно, что в природе наиболее устойчивые виды и формы растений возникают в результате естественного стабилизирующего отбора на исторически перманентном инфекционном фоне [1; 2]. Современная стратегия создания болезнеустойчивых сортов сельскохозяйственных культур предусматривает широкое использование искусственных инфекционных фонов, где возможно не только провести отбор резистентных генотипов, но и дать объективную оценку устойчивости сорта независимо от погодных условий, определить невосприимчивость растений к комплексу патогенов, наиболее характерных для зоны возделывания культуры [3; 4].
Массовый отбор на инфекционном фоне наиболее результативен у перекрестноопыляющихся культур, в связи с чем является эффективным приемом в селекции клевера лугового на устойчивость к патогенам корневой системы. Исследованиями установлено, что при отборе на инфекционном фоне с каждым последующим поколением устойчивость отобранных растений возрастает; однако необходимо учитывать, что на протяжении всего селекционного процесса отбор на болезнеустойчивость нужно вести комплексно, с учетом других важнейших хозяйственно ценных признаков и свойств, чтобы не обеднять создаваемые сорта в генетическом отношении [5; 6; 7].
В ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока целенаправленная селекция клевера лугового на повышение устойчивости к корневым гнилям методом рекуррентных биотипических отборов с использованием искусственных инфекционных фонов проводится с 1988 г. На первоначальном этапе совместно с ВНИИ фитопатологии были проведены обследования, идентифицирован состав патокомплекса. Установлено, что основными и наиболее вредоносными в этиологии корневых гнилей клевера в нашей зоне являются грибы рода Fusarium sрp., имеющие различную распространенность в зависимости от места произрастания, погодных условий, года жизни растений и сорта. На основе полученных данных начали создавать искусственные инфекционные фоны (лабораторные и полевые) и проводить на них селекционную проработку исходного и гибридного материала [8; 9].
Задача наших исследований заключалась в оценке на полевом инфекционном фоне гибридных популяций клевера лугового, сформированных методом рекуррентного биотипического отбора в условиях искусственного фузариозного фона и экрановой изоляции (тимофеевка), по основным хозяйственным признакам и устойчивости к корневой гнили.
Материалы и методы. Экспериментальные исследования проводили на опытном поле ФАНЦ Северо-Востока, расположенном в южной части г. Киров. Почва участка дерново-подзолистая среднесуглинистая, с высокой кислотностью рНKCl — 4,4, низким содержанием гумуса — 2,2% (по Тюрину), высокой обеспеченностью элементами минерального питания: P2O5 — 196 мг/кг, K2O — 193 мг/кг почвы (по Кирсанову).
Полевой искусственный инфекционный фон создавали из смеси выделенных из корней клевера местных популяций Fusarium sрp. в равных долях (F. oxysporum + F. avenaceum + F. heterosporum) в соответствии с методикой ВНИИ кормов [10].
Объект исследований — девять раннеспелых гибридных популяций от искусственных скрещиваний, прошедших двукратный биотипический отбор на полевом искусственном фузариозном фоне. Сравнение номеров — с исходными формами и районированным сортом-стандартом Дымковский. Площадь делянки —
Рис. 1. Питомник изучения эффективности рекуррентного биотипического отбора
на искусственном фузариозном фоне (посев 2005 г., второй год жизни)
Анализ эффективности метода рекуррентного отбора при создании устойчивого к корневым гнилям селекционного материала клевера лугового осуществляли на основе комплексной оценки по наиболее значимым биологическим и хозяйственным признакам: зимостойкость, высота растений, урожайность сухой биомассы и семян. Устойчивость популяций к болезни определяли после укосного использования травостоя осенью второго года жизни на основании анализа поражения на поперечном срезе корня. Статистическая обработка экспериментальных данных — по Б.А. Доспехову [11] с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office Excel и селекционно-ориентированной компьютерной программы AGROS 2.07.
Агроклиматические условия в годы проведения исследований были разнообразными как во время перезимовок, так и в периоды вегетации клевера.
Осенне-зимний период 2005–2006 гг. в целом был благоприятен для зимующих растений первого года жизни: температура воздуха с октября по декабрь несколько превышала среднюю многолетнюю величину, однако во вторую половину зимы, когда увеличилась высота снежного покрова, была близка к норме (рис. 2).
Условия для перезимовки клевера второго года жизни в 2006–2007 гг. складывались менее благоприятно. Температура воздуха с декабря до середины января и в марте была на 5,8...8,9°С выше оптимальной, что привело к повышению температуры почвы на уровне корневой шейки и, при достаточной высоте снежного покрова и его уплотнении, способствовало расходу питательных веществ, истощению растений, большему поражению корневыми гнилями и склеротиниозом в травостоях третьего года жизни.
Агроклиматические условия вегетационного периода 2006 г. в целом были благоприятными для роста и развития клевера лугового. Погода в мае, июне, августе была преимущественно теплая с частыми дождями (ГТК = 2,8; 1,3; 1,8 соответственно), что способствовало хорошему физиологическому развитию растений и интенсивному нарастанию кормовой массы первого и второго укосов. Менее благоприятные условия складывались в июле, когда холодная дождливая в начале месяца, а затем жаркая сухая погода негативно сказалась на состоянии растений в послеукосный период, сдерживая отрастание травостоев и способствуя усилению поражения клеверов корневой гнилью (табл. 1).
ГТК = 0,7…1,0 — сильный недостаток;
ГТК < 0,7 – засуха.
Агроклиматические условия 2007 г. были удовлетворительные в первую половину и благоприятные во вторую половину вегетации клевера лугового. После возобновления вегетации 17–18 апреля в конце месяца произошло резкое похолодание до температур ниже биологического минимума растений (+1,5… +4,5 ºС), продлившееся до середины мая, что замедлило рост клевера. Неоднократную смену волн тепла и холода на фоне засухи (ГТК = 0,5) наблюдали в течение июня. Погода июля–августа по температурному режиму была близка к климатической норме, с частыми ливневыми дождями — такие условия способствовали активному отрастанию клевера после первого укоса и формированию биомассы второго укоса, однако ограничивали лет насекомых-опылителей, что отрицательно сказалось на опылении и завязываемости семян.
Результаты исследований. Как было отмечено выше, перезимовка растений первого года жизни проходила в достаточно благоприятных условиях, все изучаемые варианты гибридных популяций показали высокую зимостойкость (72,2–97,8%) (табл. 2).
Во второй год жизни наблюдали снижение зимостойкости по сравнению с уровнем первого года, связанное с изреживанием травостоев вследствие поражения склеротиниозом (гибель растений на некоторых делянках достигала 19%). В целом селекционные популяции клевера хорошо перезимовали (70,7–84,3%) при незначительных отличиях между исходными и прошедшими рекуррентный отбор.
2. Биологическая характеристика гибридов клевера лугового (посев 2005 г.)
|
Популяция |
Происхождение |
Вариант* |
Зимостойкость растений, % |
Высота растений, см (2-й год жизни) |
||
|
год жизни |
||||||
|
1-й |
2-й |
1-й укос |
2-й укос |
|||
|
ГПФ-60-2 |
Фаленский 1 × Трио |
1 |
97,8 |
83,3 |
68,8 ± 2,9 |
58,7 ± 2,6 |
|
2 |
93,3 |
76,3 |
73,6 ± 1,8i) |
65,0 ± 2,4is) |
||
|
ГПФ-61-2 |
Трио × (Дымковский × дикорастущие, Московская обл.) |
1 |
81,1 |
70,7 |
65,4 ± 2,1 |
63,0 ± 2,5 |
|
2 |
72,2 |
70,7 |
67,7 ± 1,0 |
63,6 ± 2,4s) |
||
|
ГПФ-62-2 |
(Зиновский × Марино) × ПСО-91 |
1 |
90,6 |
73,7 |
60,7 ± 1,3 |
59,3 ± 3,1 |
|
2 |
95,6 |
75,7 |
64,8 ± 1,2i) |
63,6 ± 2,6s) |
||
|
ГПФ-63-2 |
(Кировский 159 × дикорастущие, Московская обл.) × |
1 |
93,3 |
75,8 |
70,8 ± 3,3 |
62,9 ± 1,8 |
|
2 |
97,8 |
78,0 |
71,6 ± 3,8 |
64,3 ± 2,1s) |
||
|
ГПФ-64-2 |
(Кировский 159 × дикорастущие, Московская обл.) × |
1 |
86,7 |
78,0 |
65,2 ± 1,9 |
61,9 ± 2,4 |
|
2 |
87,8 |
80,0 |
67,5 ± 1,9 |
62,3 ± 2,5s) |
||
|
ГПФ-65-2 |
Дымковский – инцухт |
1 |
96,7 |
81,0 |
74,9 ± 2,5 |
63,2 ± 3,4 |
|
2 |
90,0 |
79,3 |
73,4 ± 3,0 |
63,9 ± 1,6s) |
||
|
ГПФ-66-2 |
Трио × ПСО-91 |
1 |
97,8 |
80,0 |
75,7 ± 2,8 |
59,0 ± 2,7 |
|
2 |
95,6 |
79,7 |
77,2 ± 3,1 |
61,0 ± 3,9 |
||
|
ГПФ-67-2 |
(дикорастущие, Горьковская обл. × Зиновский) × (Кировский 159 × дикорастущие, |
1 |
88,9 |
80,7 |
74,0 ± 3,9 |
60,2 ± 2,4 |
|
2 |
91,1 |
80,3 |
70,7 ± 3,3 |
59,3 ± 1,7 |
||
|
ГПФ-72-2 |
Кировский 159 × (Кировский 159 × дикорастущие, |
1 |
95,6 |
84,3 |
74,5 ± 3,5 |
62,5 ± 3,2 |
|
2 |
92,2 |
78,7 |
81,2 ± 3,8s) |
61,3 ± 1,7s) |
||
|
Дымковский, стандарт |
97,8 |
88,7 |
71,8 ± 3,7 |
56,7 ± 2,8 |
||
* 1 — исходная форма; 2 — отбор на инфекционном фоне;
i) отклонение от исходной формы статистически значимо (р ≤ 0,05);
s) отклонение от стандарта статистически значимо (р ≤ 0,05);
is) отклонение от исходной формы и стандарта статистически значимо (р ≤ 0,05).
По высоте растений первого укоса у большинства селекционных номеров не выявлено значимых отличий между сравниваемыми формами, достоверное ее превышение к исходной популяции — у ГПФ-60-2 и ГПФ-62-2, к стандарту — у ГПФ-72-2, которая также отличилась наибольшим значением признака (81,2 см).
Во втором укосе максимальной высоты достигла гибридная популяция ГПФ-60-2 (
Внутрисортовой отбор устойчивых к корневым гнилям биотипов обеспечил достоверное увеличение сбора сухой массы у гибридов клевера по годам пользования в среднем по вариантам (табл. 3).
3. Кормовая продуктивность гибридов клевера лугового (посев 2005 г.)
|
Селекционная популяция |
Сбор сухого вещества (в сумме за два укоса) |
|||||
|
1-й год пользования |
2-й год пользования |
в среднем за цикл |
||||
|
кг/м2 |
± к исходной форме |
кг/м2 |
± исходной форме |
кг/м2 |
± к исходной форме |
|
|
ГПФ-60-2 |
1,39 |
–0,06 |
2,16 |
+0,04 |
1,78 |
0,00 |
|
ГПФ-61-2 |
1,37 |
–0,01 |
2,36 |
–0,02 |
1,87 |
–0,01 |
|
ГПФ-62-2 |
1,21 |
+0,03 |
2,09 |
+0,16* |
1,65 |
+0,10* |
|
ГПФ-63-2 |
1,21 |
–0,34 |
2,57 |
+0,12* |
1,89 |
–0,11 |
|
ГПФ-64-2 |
1,66 |
+0,16** |
2,82 |
+0,64** |
2,24 |
+0,30** |
|
ГПФ-65-2 |
1,45 |
0,00 |
2,53 |
+0,36* |
1,99 |
+0,18* |
|
ГПФ-66-2 |
1,38 |
+0,16* |
2,02 |
–0,28 |
1,70 |
–0,06 |
|
ГПФ-67-2 |
1,69 |
+0,42** |
2,46 |
+0,24* |
2,08 |
+0,34* |
|
ГПФ-72-2 |
1,59 |
+0,40* |
2,32 |
–0,19 |
1,96 |
+0,11* |
|
Среднее |
1,44 |
+0,09* |
2,37 |
+0,10* |
1,97 |
+0,16* |
|
Дымковский, стандарт |
1,52 |
— |
2,51 |
— |
2,01 |
— |
|
НСР05 (А) (В) |
0,13 0,06 |
|
0,15 0,07 |
|
0,11 0,05 |
|
Примечание: фактор А — селекционная популяция;
фактор В — вариант (исходная форма/контроль);
*превышение к исходной форме достоверно (Р ³ 0,95);
**превышение к исходной форме и стандарту достоверно (Р ³ 0,95).
В первый год урожайность гибридов составила 1,44, во второй — 2,37 кг/м2, что соответственно на 0,09 и 0,10 кг/м2 выше, чем у исходных форм (НСР05(В) = 0,06 и 0,07 кг/м2). Наибольшие показатели и статистически доказанное превышение над исходными формами и стандартом получены в первый год пользования у ГПФ-67-2 (1,69 кг/м2), в оба года пользования — у ГПФ-64-2 (1,66 и 2,82 кг/м2) при показателях Дымковского 1,52 и 2,51 кг/м2 соответственно в первый и второй годы пользования.
По результатам законченного цикла изучения, в среднем за два года укосного использования травостоя значимые прибавки сухой массы по отношению к исходным формам (+0,10…+0,30 кг/м2, НСР05(В) = 0,05 кг/м2) получены у пяти гибридов: ГПФ-62-2, ГПФ-64-2, ГПФ-65-2, ГПФ-67-2, ГПФ-72-2. Выделена популяция ГПФ-64-2 с достоверным превышением сбора сухого вещества к стандарту Дымковский как по годам пользования, так и в среднем за цикл исследований.
Рекуррентный внутрипопуляционный отбор на полевом искусственном инфекционном фоне также повлиял на изменение урожайности семян — отмечена общая тенденция ее увеличения в сравнении с исходными формами (в среднем 12,3/11,4 г/м2). По данному признаку гибриды ГПФ-62-2, ГПФ-65-2, ГПФ-72-2, ГПФ-60-2 превысили исходные формы на 15,6, 27,2, 28,2 и 87,5% соответственно; у ГПФ-61-2, ГПФ-63-2, ГПФ-64-2, ГПФ-72-2 не выявлено существенных различий между исходной и прошедшей отбор популяциями; наибольшей урожайностью (18,0 г/м2) отличилась ГПФ-60-2 — на уровне стандарта Дымковский (рис. 3).
Анализ корневой системы растений после первой перезимовки выявил очень слабую степень поражения (менее 10%) внутрикорневыми гнилями у всех изучаемых вариантов. В среднем по группе популяции с отбором имели признаки заболевания меньшей интенсивности (интенсивность развития болезни: ИРБ = 3,2%), чем их исходные формы (ИРБ = 5,1%) (рис. 4).
Пять гибридов (ГПФ-72-2, ГПФ-61-2, ГПФ-65-2, ГПФ-63-2, ГПФ-64-2) были поражены слабее популяций без отбора на 0,3–6,8% и на 0,5–3,4% — стандарта Дымковский.
Следует выделить селекционную популяцию ГПФ-63-2, которая после перезимовки не имела признаков заболевания (ИРБ = 0,0%), тогда как ее исходная форма была поражена на 6,2%, и популяцию ГПФ-64-2, которая при минимальной степени поражения (ИРБ = 1,4%), превысила по устойчивости исходную форму на 6,8%.
Оценка устойчивости гибридных популяций клевера лугового к корневой гнили дана на основании результатов анализа корней осенью второго года жизни. Отмечена тенденция усиления заболевания в сравнении с весенней оценкой и эффект «выравнивания»: средняя интенсивность поражения по исследуемым группам соответствовала 20,8, 20,9% (рис. 5).
Наибольшее развитие болезни (25,8–29,4%), характеризующее среднюю устойчивость, наблюдали у гибридов без отбора (ГПФ-61-2, ГПФ-62-2), с отбором (ГПФ-67-2, ГПФ-72-2).
У остальных популяций выявлена слабая степень развития корневых гнилей (ИРБ = 14,2–22,4%), свидетельствующая об устойчивости к заболеванию. У пяти гибридов, прошедших отбор на инфекционном фоне (ГПФ-63-2, ГПФ-60-2, ГПФ-66-2, ГПФ-61-2, ГПФ-62-2), интенсивность поражения была на 2,4–7,0% слабее, чем у исходных форм, а четыре популяции (ГПФ-63-2, ГПФ-60-2, ГПФ-66-2, ГПФ-65-2) с развитием болезни 15,2–18,4% были достоверно устойчивее стандарта (НСР05 = 5,2%) при интенсивности поражения Дымковского 24,4%.
В оба срока учета большей устойчивостью к болезни и меньшей интенсивностью поражения корневой системы в сравнении с другими селекционными популяциями, исходной формой и стандартом характеризовалась ГПФ-63-2 (ИРБ = 0,0% весной, 15,2% осенью второго года жизни).
Заключение. По результатам наших исследований подтверждена эффективность использования метода рекуррентного биотипического отбора на искусственном инфекционном фоне в создании селекционного материала клевера лугового, сочетающего комплекс хозяйственно полезных признаков с повышенной устойчивостью к корневым гнилям. Сформированные таким образом селекционные популяции характеризуются высокой зимостойкостью в первый и второй годы жизни в различных условиях осенне-зимнего периода. У гибридов данной группы отмечена общая тенденция увеличения кормовой и семенной продуктивности и меньшая поражаемость корневой гнилью во второй год жизни травостоев.
Для дальнейшей селекционной работы нами выделены перспективные, прошедшие отбор на инфекционном фоне, устойчивые к корневым гнилям гибридные популяции: ГПФ-64-2 — с достоверно высоким относительно стандарта Дымковский сбором сухого вещества по годам пользования и в среднем за цикл исследований; ГПФ-60-2 — с урожайностью семян на уровне стандарта и превышением исходной формы на 87,5%; ГПФ-63-2 — с наименьшей степенью поражения корневой системы в сравнении с другими селекционными популяциями, исходной формой и стандартом.
1. Вердеревский Д.Д. Иммунитет растений к паразитарным заболеваниям. – М. : Сельхозиздат, 1959. – 372 с.
2. Вавилов Н.И. Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям: Избранные произведения. – Л. : Наука, 1967. – С. 260–362.
3. Ермоленко Н.Л. Селекция многолетних бобовых трав на устойчивость к корневым гнилям и раку // Проблемы и пути повышения эффективности растениеводства в Беларуси : Материалы юбилейной междунар. науч.-практ. конф., посвященной 80-летию образования Института земледелия (29 июня 2007 г., г. Жодино). – Минск : ИВЦ Минфина, 2007. – С. 120–121.
4. Пуца Н.М., Разгуляева Н.В., Костенко Н.Ю. Значение инфекционных фонов в селекции кормовых культур // Кормопроизводство: проблемы и пути решения. – М. : ВНИИК, 2007. – С. 371–377.
5. Четверных Л.М., Коромыслова М.И., Ворончихина А.П. Влияние отбора в условиях инфекционного фона на продуктивность клевера лугового // Селекция, семеноводство и сортовая агротехника многолетних трав в Северо-Западной зоне РСФСР. – Л., 1983. – С. 52–56.
6. Крылова Л.М. Внутрисортовой отбор в селекции клевера лугового на устойчивость к корневым гнилям // Тез. докл. II cъезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров (1–5 февраля 2000 г.). – Санкт-Петербург, 2000. – Т. 1. – С. 319–320.
7. Марченко Л.В., Липовцына Т.П. Оценка сортов клевера лугового на устойчивость к фузариозу в условиях Северного Зауралья // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2011. – № 9–10. – С. 52–55.
8. Тумасова М.И., Грипась М.Н., Демшина Н.А., Онучина О.Л., Никифорова Е.В. Экологическая селекция клевера лугового в Северо-Восточном регионе Нечерноземной зоны РФ // Экологическая селекция и семеноводство клевера лугового. Результаты 25-летних исследований творческого объединения ТОС «Клевер». – М. : Эльф ИПР, 2012. – С. 57–76.
9. Арзамасова Е.Г. Создание селекционного материала клевера лугового (Trifolium pratense L.), толерантного к фузариозной корневой гнили в условиях Северо-Восточного региона европейской части России : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.01.05 – селекция и семеноводство с.-х. растений. – М. : Московский НИИСХ «Немчиновка», 2011. – 24 с.
10. Методические рекомендации по изучению устойчивости кормовых культур к возбудителям грибных болезней на полевых искусственных инфекционных фонах. – М. : ВНИИК, 1999. – 39 с.
11. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. – М. : Агропромиздат, 1985. – 351 с.
