УДК 632.938.1 Устойчивые растения
Исследования проводили с целью фитопатологической оценки сортов озимой пшеницы в условиях Рязанской области и выделения источников, сочетающих устойчивость к вредоносным заболеваниям и зерновую продуктивность, для последующего включения в селекционный процесс. Изучали 31 сорт пшеницы мягкой озимой в 2017–2021 гг. в лесостепной агроклиматической зоне. Работу выполняли на естественном инфекционном фоне в коллекционном питомнике на делянках площадью 3,0 м2. Почва опытного участка темно-серая лесная, тяжелосуглинистая по гранулометрическому составу, среднего уровня плодородия. Среди изученного набора сортов не выявлено ни одного, у которого признаки поражения во все годы исследований полностью отсутствовали. При этом большинство исследуемых сортов обладало достаточно хорошей устойчивостью к патогенам. Значительная часть изученных образцов отнесена к группе высокоустойчивых к мучнистой росе (развитие болезни до 30…45 %), бурой ржавчине (развитие болезни ≤5…10 %) и септориозу (развитие болезни <10…20 %). Особую ценность для селекции представляют сорта, проявляющие комплексную устойчивость. Сформирована группа генотипов, обладающих устойчивостью одновременно к двум болезням: мучнистой росе и септориозу – Янтарная 50, Московская 56; септориозу и бурой ржавчине – Немчиновская 24, Виола, Скипетр, Доля, Поэма. Комплексной устойчивостью к трем видам фитопатогенов характеризовался 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. 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 выгодное сочетание устойчивости к трем видам фитопатогенов, высокой продуктивности и устойчивости к полеганию отмечено у сорта немецкой селекции Исцтар
озимая пшеница (Triticum aestivum L.), мучнистая роса (Blumeria graminis (DC.)), септориоз (Zymoseptoria tritici (Desm.)), бурая ржавчина (Puccinia triticina Erikss.), урожайность, качество зерна
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. Дерова Т. Г., Шишкин Н. В., Павленко О. С. Устойчивость сортов и коллекционных образцов озимой мягкой пшеницы к комплексу наиболее вредоносных болезней в условиях нижнего Дона // Зерновое хозяйство России. 2018. № 6. С. 68–72.
2. Мансвельтван Я. Д., Темирбекова С. К. Органическое земледелие: принципы, опыт и перспективы // Сельскохозяйственная биология. 2017. № 3. Т. 52. С. 478–486.
3. Сазонова О. Ю., Еремин Л. П. Качество зерна озимой пшеницы в зависимости от фитосанитарного состояния посевов в условиях Орловской области // Russian agricultural science review. 2015. № 5-1 (5). С. 178–183.
4. A cropping system assessment framework – evaluating effects of introducing legumes into crop rotations / M. Reckling, J.-M. Hecker, G. Bergkvist, et al. // European Journal of Agronomy. 2016. Vol. 76. P. 186–197.
5. Санин С. С. Эпифитотии болезней зерновых культур: теория и практика: избранные труды. М.: НИПКЦ Восход-А, 2012. 451 с.
6. Левакова О.В., Ерошенко Л.М. Устойчивые к гельминтоспориозным пятнистостям высокоурожайные сорта и линии ярового ячменя // Вестник РАСХН. 2020. № 2. С. 33–35.
7. Manukyan I.R., Miroshnikova E.S. Comprehensive assessment of the breeding material of winter wheat for resistance to moisture deficiency and productivity // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 547. 012022. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/547/1/012022 (Дата обращения: 05.03.2021).
8. Резвякова С. В., Ботуз Н. И., Митина Е. В. Урожайность озимой пшеницы в связи с защитой от грибных болезней в условиях Орловской области // Вестник аграрной науки. 2021. № 1 (88). С. 68–74.
9. Левакова О. В., Банникова М. И. Анализ генетических источников ценных признаков сортов озимой мягкой пшеницы в целях создания исходного материала // Аграрная наука. 2019. № 7-8. С. 38–40.
