Содержание к диссертации
Введение
Глава I . Наследственная дифференциация пшеницы по реакции на бурую ржавчину (обзор литературы) 10
1.1. Оценка сортов озимой пшеницы в различных зонах возделывания наустойчивость к основным болезням 10
1 .2.Биология развития бурой листовой ржавчины озимой пшеницы 14
1.3 .Вредоносность и распространение гриба бурой ржавчины 17
1.4.Расовый и биотипный состав гриба бурой листовой ржавчины 19
1.5.Гены устойчивости к бурой ржавчине у пшеницы '. 24
І.б.Закономерности наследования иммунитета озимой пшеницы к бурой ржавчине 31
Глава II. Исходный материал и методы исследований . 42
2.1. Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований 43
2.2. Растительный материал 50
2.2.1. Сорта с известными генами устойчивости к бурой ржавчине 50
2.2.2. Почти изогенные линии , 52
2.2.3. Характеристика сортов и форм, использованных в системе гибридологического анализа 54
2.3. Методы исследований 56
2.3.1. Оценка реакции на патоген 56
23.2. Биохимические методы 57
2.3.3.Статистический анализ 62
Глава III. Характеристика форм яровой и озимой пшеницы, несущих гены резистентности к бурой ржавчине 68
3.1. Анализ почти изогенных линий на основе сорта Tatcher по морфологическим и биохимическим признакам 68
3.2 Идентификация генов устойчивости к бурой листовой ржавчине у сорта Истра и №500/97 85
Глава IV . Определение эффективных генов устойчивости к местной популяции рас бурой ржавчины 95
4.1. Дифференциация устойчивости в 2001 - 2002 году 95
4.2. Дифференциация устойчивости в 2003 году 101
4.3. Дифференциация устойчивости в 2004 году 104
4.4. Дифференциация устойчивости в 2005 году 106
Глава V . Сопряженность генов устойчивости к бурой ржавчине с хозяйственно-ценными количественными признаками озимой пшеницы 109
5.1. Устойчивость к бурой ржавчине и количественные признаки озимой
мягкой пшеницы 111
5.2. Устойчивость к бурой ржавчине и количественные признаки яровой
мягкой пшеницы 117
Заключение 122
Выводы 125
Предложения для практической селекции 127
Литература 128
Приложение 159
- Оценка сортов озимой пшеницы в различных зонах возделывания наустойчивость к основным болезням
- Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований
- Анализ почти изогенных линий на основе сорта Tatcher по морфологическим и биохимическим признакам
- Дифференциация устойчивости в 2001 - 2002 году
Введение к работе
Актуальность исследований. В наращивании производства продовольственного зерна и повышении его устойчивости ведущую роль играют озимые зерновые культуры, и, прежде всего, озимая пшеница, которая обеспечивает основной удельный вес зернового баланса России. Ежегодно в Белгородской области высевается около 300 тыс. га озимых. Озимая пшеница занимает около 95% этих площадей. Лишь около половины собранного зерна пшеницы отвечает требованиям на продовольственное зерно.
Инфекционные болезни растений пшеницы являются важнейшей причиной снижения урожайности зерна и ухудшения его качества. Одним из наиболее распространенных и вредоносных заболеваний этой культуры является бурая листовая ржавчина, вызываемая базидиальным грибом Puccinia recondita Rob. ex Desm. f. sp. tritici (Гешеле, 1978). Эпифитотии болезни пшеницы, вызываемой популяциями рас бурой ржавчины, наносят серьезный ущерб сельскохозяйственному производству. При развитии сильной эпифитотии недоборы урожая зерна в результате поражения растений этим заболеванием могут достигать 40-50% (Пересыпкин, 1979). Среди разнообразных мер борьбы с болезнями одной из наиболее действенных является создание невосприимчивых к инфекции сортов. Изучение генетических основ устойчивости растений, поиск эффективных генов и их введение в культуру мягкой пшеницы позволяет существенно предотвратить распространение эпифитотии данного заболевания и стабилизировать зерновую продуктивность.
Селекция сортов устойчивых к наиболее распространенным и опасным патогенам является приоритетным направлением в растениеводстве и позволяет решить сразу несколько проблем: повысить стабильность производства зерна (особенно в годы эпифитотии), улучшить его качество и снизить себестоимость продукции. Возделывание устойчивых сортов дает возможность исключить применение химических средств защиты растений и, тем самым, улучшить экологическую ситуацию. К сожалению, устойчивость
со временем теряется. Это связано с тем, что у патогена в результате половой гибридизации и других парасексуальных процессов появляются вирулентные биотипы и расы, способные преодолевать эту устойчивость. Количество эффективных Lr - генов устойчивости к возбудителю бурой листовой ржавчины с каждым годом сокращается (Бабаянц, 1990). Следовательно, необходим постоянный поиск и введение в культуру таких генов, что составляет актуальность исследования и прикладную значимость для селекции.
Для расширения наследственного разнообразия по устойчивости к заболеванию бурой ржавчиной в качестве источников эффективных Lr -генов могут быть сородичи пшеницы — дикие и культурные виды злаков. Во многих странах, в т.ч. России, ведется работа по интрогрессии в культуру пшеницы таких Lr - генов в результате межвидовой и отдаленной гибридизации. Созданные линии и формы пшеницы являются исходным селекционно-генетическим материалом и используются в дальнейшем в качестве доноров устойчивости.
Для обоснованного использования в селекции доноров устойчивости необходима информация об их основных признаках и свойствах. Прежде всего, важны сведения о генетической основе устойчивости доноров - генах устойчивости, их действии, взаимодействии, экспрессии, эффективности к наиболее распространенным и агрессивным расам , патогена. Подтверждением этому может служить интенсивная научно-исследовательская работа по генетике устойчивости к фитбпатогеыам во всех развитых странах мира.
Цель и задачи исследования. Цель данного исследования - определение эффективности и генетических основ устойчивости к местной популяции бурой ржавчины оригинальных форм мягкой пшеницы, полученных от отдаленных скрещиваний. Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Провести генетический анализ свойств устойчивости у новых источников (определить число генов, характер наследования признака, провести анализ идентичности известным наследственным факторам);
2. Установить эффективность известных генов, обуславливающих устойчивость к местной популяции рас бурой ржавчины. Выявить новые эффективные к заболеванию доноры резистентности;
3. Оценить сопряженность свойства устойчивости пшеницы к заболеванию бурой ржавчиной с хозяйственно ценными количественными признаками, определяющими продуктивность и качество зерна.
4. Изучить динамику устойчивости во времени образцов с идентифицированными и оригинальными генами резистентности.
Научная новизна работы.
1. Определена эффективность известных генов устойчивости к местной популяции патотипов бурой ржавчины.
2. Выявлены новые эффективные к местной популяции рас бурой ржавчины гены резистентности от диких сородичей пшеницы.
3. Проведен генетический анализ свойства устойчивости к местной популяции бурой ржавчины оригинальных образцов пшеницы.
4. Установлена сопряженность свойства устойчивости с хозяйственно-ценными количественными признаками пшеницы.
5. Показано, что наследственные факторы, определяющие скороспелость, способствуют «уходу» растений пшеницы от заболевания бурой ржавчиной.
6. Установлено, что яровая культура пшеницы, по сравнению с озимой, более подвержена вредному воздействию инфекции бурой ржавчины, что приводит к существенному снижению зерновой продуктивности.
Теоретическая и практическая ценность работы. Выявлено два новых источника устойчивости к бурой ржавчине (№500/97 и Istra). Установлено, что каждый из них несет по одному оригинальному доминантному гену резистентности к данному заболеванию, обозначенных Lr 500 и Lr Is, которые наследуются независимо по отношению друг к другу. Показано, что
факторы Lr 500 и Lr Is не идентичны известным генам Lr, вошедшим в сводки по генетике пшеницы (Mcintosh et al., 1998). Ген Lr 500 активно вводится в культуру озимой мягкой пшеницы в процессе селекционной работы, которая проводится в ГНУ БелНИИСХ (на 2006 г. в деляночных посевах ГНУ БелНИИСХ испытывается около 100 селекционных номеров с геном Lr 500). Результатом использования наследственных факторов раннеспелости, которые способствуют «уходу» от заболевания бурой ржавчиной, явилось создание в соавторстве сорта Коротышка, проходящего государственные испытания по 5 региону РФ. Анализ коллекции почти изогенных линий с факторами Lr и сортов носителей известных генов Lr, контролирующих устойчивость к данной инфекции, позволил выявить среди них эффективные к местной популяции бурой ржавчины. Показана динамика изменения эффективности генов Lr во времени. Проведен анализ сопряженности между реакцией на фитопатоген и степенью выраженности хозяйственно-ценных признаков и свойств пшеницы, включая показатели качества зерна.
Реализация результатов исследований. Растительный материал озимой мягкой пшеницы, созданный в процессе выполнения диссертационной работы, используется в практической селекции лаборатории селекции и семеноводства пшеницы ГНУ Белгородского НИИ сельского хозяйства (Белгород), в научных подразделениях ГНУ НИИ сельского хозяйства Юго-Востока (Саратов), Селекционно-генетического института УААН (Одесса) и других учреждений. Новый сорт Богданка ГНУ БелНИИСХ, переданный на государственные испытания по РФ, является носителем гена Lr 500.
Личный вклад соискателя. Работа выполнена в ГОУ ВПО Белгородском государственном университете на базе ГНУ Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства
Россельхозакадемии с 2001 по 2005 год. Планирование, проведение полевых и лабораторных экспериментов, анализ и обобщение результатов исследований, представленных в диссертации, проведены диссертантом. Экспериментальные исследования по генетике устойчивости пшеницы к
бурой ржавчине, обсуждение полученных результатов проводились совместно с доктором биол. наук Нецветаевым В.П., биохимические анализы выполнены в аналитической лаборатории Белгородского НИИСХ, электрофорез запасных белков выполнен в испытательной лаборатории ФГУ ЦАС «Белгородский».
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на VI, VII и VIII Международных научно-производственных конференциях: «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2002; 2003; 2004); XIII Международном симпозиуме селекционеров и экологов (Симферополь, 2004); III съезде генетиков и селекционеров России (Москва, 2004); научно-производственных заседаниях кафедры ботаники и методики преподавания биологии БелГУ (Белгород, 2002 - 2006).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 9 работ, соавторство в сортах Коротышка (Офиц. бюллетень, М.- 2002.- №10 [80].- С. 688), Синтетик (Офиц. бюллетень, М,- 2002.- №9 [79].- С. 608), Ариадна (Офиц. бюллетень, М.- 2004.- №1 [91].- С. 3) озимой мягкой пшеницы, проходящих государственные испытания по 5 региону РФ.
Основные положения, выносимые на защиту.
Генетические основы устойчивости к бурой ржавчине оригинальных форм озимой мягкой пшеницы Истра и №500/97.
Период вегетации, как фактор, регулирующий зараженность посевов пшеницы бурой ржавчиной при селекции озимой культуры.
Эффективность генов, контролирующих резистентность к местной популяции листовой ржавчины.
Оценка сопряженности между реакцией растений на патоген и хозяйственно-ценными признаками и свойствами мягкой пшеницы в озимой и яровой культурах.
Структура работы. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, четырех экспериментальных глав, заключения, выводов, предложений для
практической селекции, списка литературы, включающего 316
наименований (в том числе 105 иностранных) и приложения. Работа содержит 24 таблицы и 10 рисунков.
Выражаю глубокую благодарность научному руководителю, доктору биологических наук, профессору В.П. Нецветаеву за помощь и критические замечания в выполнении диссертационной работы; научному сотруднику А.В. Петренко и коллективу лаборатории селекции и семеноводства озимой пшеницы Белгородского НИИСХ за сотрудничество и помощь в выполнении анализов; И.Б Абловой (Краснодарский НИИСХ), Е.И. Гультяевой (ВНИИЗР), С.Ф. Коваль за любезно предоставленный растительный материал.
LINK1 Оценка сортов озимой пшеницы в различных зонах возделывания наустойчивость к основным болезням LINK1 Пшеница является важнейшей продовольственной и кормовой культурой. Она занимает лидирующее место среди возделываемых во всем мире культур по посевным площадям. Такое её распространение объясняется высокой питательностью и возможностью разностороннего использования и переработки. Увеличение производства зерна и повышение его качества имеет большое значение для нашей страны. Особая роль отводится озимой пшенице как высокопродуктивной и ценной продовольственной культуре, которая занимает в Центрально-Черноземной зоне около 2 миллионов гектаров (Черенков и др., 2001). В России потери урожая сельскохозяйственной продукции от болезней и вредителей составляют 30-40 % (Павлюк и др., 1994; Жученко, 1997). В условиях Белгородской области значительный недобор урожая и снижение качества зерна происходит из-за поражения растений болезнями. Наиболее распространенными и вредоносными являются септориоз и бурая ржавчина. Кроме этого, определенный вред приносит мучнистая роса (Анисимов и др., 2001). Для предотвращения заболевания бурой ржавчиной используются химические (фунгициды) и агротехнические (севообороты, система обработки почвы) меры. В то же время перечисленные подходы обладают определенными недостатками. Так, химические - являются как экологически не идеальными, так и достаточно дорогими. Агротехнические -способствуют уменьшению инфекции, но не могут полностью предотвратить ее. Установлено, что изменение соотношения сортов в пользу устойчивых равнозначно расширению площадей в стране на 15-20% (Фадеев, 1976). По сведениям Министерства сельского хозяйства США окупаемость затрат на производство сортов, обладающих комплексной устойчивостью выражается отношением 1 : 300 (Федотова и Шопина, 1974). Использование устойчивых сортов дает возможность снизить себестоимость продукции за счет частичного или полного отказа от применения пестицидов. Подсчитано, что каждый рубль, затраченный на селекцию устойчивых сортов, окупается в 35-40 раз и более (Пересыпкин, 1976). Академик П.П. Лукьяненко (1968) в своих трудах неоднократно отмечал, что самым радикальным и экономически более выгодным методом борьбы с ржавчиной является создание и внедрение в производство ржавчиноустойчивых сортов.
В сложившейся сложнейшей экологической ситуации роль устойчивого сорта возрастает и как одного из компонентов, улучшающего экологическую обстановку, и как фактора ресурсосберегающих технологий. Н.И. Вавилов еще в 1936 году писал, что среди мер борьбы с болезнями и вредителям на первом месте стоит выведение устойчивых сортов (Глуховцева, 1997). До сих пор у селекционеров здесь непочатый край работы. Так, по данным Госкомиссии по сортоиспытанию (Соколов и Павлюшин, 1997) у отечественной озимой пшеницы доля устойчивых к болезням сортов не превышает 12 - 15%, тогда как доля устойчивых сортов за рубежом составляет 75 - 80% (Кабалкина, 1990). Создание сортов, устойчивых к патогенам, ведется во всех развитых странах. Теоретические исследования, способные помочь решению данной проблемы, охватывают самые разные направления: физиологическое, генетическое, биотехнологическое, селекционное и др. В нашей стране особенно широко поисковые исследования начались с работ Н.И. Вавилова (1926), а практическая селекция - в последние десятилетия. В мире достигнуты значительные успехи в селекции, внедрено в производство большое количество сортов, наследующих тот или иной ценный признак. Определенные успехи в данном направлении достигнуты и в нашей стране. С.Ф. Лыфенко и др. (1990), анализируя деятельность Всесоюзного селекционно - генетического института, отмечают, что за все время работы не удалось создать сорта с комплексной устойчивостью ко всем болезням и вредителям. Они называют в качестве наиболее устойчивых сортов следующие: Юннат одесский, Бригантина, Алый парус, Обрий. A.M. Дымченко и др. (1990) отмечают, что из 67 сортов озимой пшеницы наибольшей устойчивостью к бурой ржавчине обладали: Зеленоградка 31, Исток, Краснодарская 70, Г.И. Левашова и Л.К. Анпилогова (1991) из 66 изученных сортов называют два сорта, абсолютно устойчивых к мучнистой росе: Полесская 87 и Агра. По данным А.И. Жемчужины и др. (1992), из исследуемых сортов наибольшей устойчивостью к бурой ржавчине обладали: Безостая 1, КНИИСХ 5, Лабинка, КНИИСХ 97/31. Н.Т. Павлюк и др. (1994) при изучении сортообразцов из мировой коллекции ВИР выделяют устойчивые к болезням сорта: Паркер, Атлас 66, Партизанка, Безостая 1, Ранняя 12. На основе источников иммунности — сортов Оазис, Артур, Артур 41, Дмитровка 5-12, Партизанка - выведены высокоустойчивые к бурой ржавчине и мучнистой росе новые сорта озимой пшеницы с комплексной устойчивостью к вредным организмам - Дончанка и Дончанка 3 (Рябченко и др., 1996). В.А. Киселев (1996) называет следующие сорта, сочетающие устойчивость к болезням с высокой продуктивностью: Партизанка, Северокубанка, Мильтурум 253Н63, Донская безостая, Альбатрос одесский, Лан, Ершовская 8, Федоровка, Мироновская 25, ТАМ 105, ТАМ 106, Stadler, Favor, Flex, Wings. Ю.Д. Козлов и др. (1997) выделяют сорт Прохоровка, как высоко продуктивный, устойчивый к полеганию и к поражению бурой ржавчиной. С.А. Поликарпов и др. (2002) отмечают важнейшей особенностью сорта яровой мягкой пшеницы Терция - иммунитет к бурой ржавчине, обусловленный геном Lr - Тг; наблюдается слабое поражение мучнистой росой. Такая комплексная устойчивость сорта позволяет снизить потребность в обработках посевов фунгицидами в период эпифитотий.
Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований
В наиболее холодные зимы морозы на территории закладки опытов достигают -30 - -35 С. Часто бывают оттепели. В январе насчитывают в среднем 6-8 дней с оттепелью, а в теплые зимы 12-14 дней. В зимний период повреждение озимой пшеницы происходит в основном от вымерзания (температура почвы на глубине залегания узла кущения ниже -17С), действия ледяной корки и от вымокания. По данным метеорологического поста, расположенного на территории, где закладывались опыты, погодные условия в годы проведения исследований (1995 - 2005) складывались неодинаково (таблица 4 и 5). Метеорологические условия вегетационных периодов 2001 - 2005 годов складывались не всегда удовлетворительно. Погодные условия во время проведения исследований отличались большим разнообразием, что, несомненно, оказывало влияние на рост, развитие и урожайность озимой пшеницы по годам. 2001 год характеризовался теплой и короткой зимой, ранней и прохладной весной, холодной и дождливой погодой в июне и очень жаркой, сухой погодой в июле — августе. Зимний режим погоды установился после перехода среднесуточной температуры через 0 в сторону понижения -21-23 ноября, что в среднем на неделю позже средних многолетних сроков. Продолжительность зимы составила 108 - ПО дней, что на 2 - 3 недели короче обычного. В среднем за зиму температура воздуха составила -2 - -3С, что на 3 - 4 выше нормы. В целом за зимний сезон осадков выпало 145 - 160 мм, или в пределах нормы. В начале декабря высота снега составляла 1-3 см, к концу месяца из-за оттепелей снежный покров отсутствовал. Во второй декаде января снежный покров высотой 2 - 4 см вновь сформировался. В феврале высота снежного покрова в течение месяца изменялась от 5 до 20 см. В начале марта снег отсутствовал. Глубина промерзания почвы в среднем за период зимы составляла 20-30 см, что в 1,5-2 раза меньше обычных значений.
Продолжительность весеннего сезона составила 66 дней, что на одну -две недели длиннее обычного. Средняя температура за сезон +8 - +9С, что близко к норме. Сумма осадков за весну составила около - 80 - 100 мм, что близко к норме. Средняя температура июня оказалась ниже нормы на 1 - 2 градуса. Июль и август характеризовались повышенным температурным режимом и дефицитом влаги. В самые жаркие дни температура воздуха в июле повышалась до +36 - +39С, достигая абсолютных значений, в августе -+33-+34С. Осень наступила с переходом среднесуточной температуры через +15 в сторону дальнейшего понижения - 30 августа, на одну - две недели раньше средних многолетних значений. (Состояние окружающей среды ..., 2002). 2002 г. отличался большей континентальностью, что выражалось в недостатке осадков (418,6 мм при среднем годовом 553,0 мм) и превышении средней температуры на 1,4С. В марте - апреле осадков выпало 23,6 и 26,4 мм при норме 34 и 41 мм, что на 13,1 и 14,6 мм меньше нормы, а температура была +4,4 и +9,5С при средней -2,1 и +7,5, т.е. на 6,5 и 1,4С выше. Такая же тенденция наблюдалась и в следующие месяцы вегетации озимой пшеницы: осадков выпало соответственно на 2,2; 1,3 и 6,2 мм меньше, температура в мае была в пределах нормы, а в июне - июле незначительно превышала ее (наО,2иЗ,7С).
Осень 2002 г. была очень влажной, постоянные дожди, не дали возможности произвести посев II срока. Резкое похолодание наблюдалось с 28 ноября. За сутки температура упала с 0 до -10С и опустилась к 1 декабря до —18С. Снежный покров полностью отсутствовал. В последующем температура держалась около -7 - -10С. Первый снег выпал 10 декабря около 3-4 см, температура держалась в среднем -15 - -17С, опускалась к утру до -22 - -24С (15.12.02.). 30 - 31.12.02. дождь, температура воздуха +4С, снег сходит, холод, переувлажнение. В целом среднемесячная температура декабря составила «11,4С, средняя многолетняя декабря составляет 4,7С.
Для первой половины 2003 г. характерным было неравномерное распределение осадков по месяцам. Так, в январе - июне их было меньше нормы (например, в феврале и мае 19,1 и 25,7 мм против 32 и .34 мм среднемесячных, т.е. почти в 2 раза ниже), тогда как в июле, в период восковой и полной спелости, осадков выпало 122,7 мм, при норме 69 мм, что почти в 2 раза выше. Температура все эти месяцы (кроме января, апреля, июня и августа) незначительно превышала норму.
Осень 2003 года была нестабильна. Первые заморозки отмечены в середине сентября. К середине октября заморозки возобновились до -1С. Вегетация продолжалась до середины ноября, при температуре 0 - +3С. В целом среднемесячная температура ноября составила +1,9С, при средней многолетней +0,3 С. С декабря 2003 года по апрель 2004 года среднемесячное количество осадков превышало среднемноголетнее значение. Температурный показатель за этот период был ниже по сравнению со средним многолетним.
В начале апреле 2004 года наблюдались заморозки до -12С, что привело к дифференциации образцов озимой пшеницы по реакции к весенним заморозкам. Превышение нормы осадков в 1,5 раза в июле (93,3 мм при норме 69,0 мм) задержало уборку. Налив зерна шел в условиях повышенной влажности, что приводило к «стеканию» зерна и недобору урожая. В целом вегетационный период для роста и развития озимой пшеницы в 2004 - 2005 гг. был благоприятным.
Анализ почти изогенных линий на основе сорта Tatcher по морфологическим и биохимическим признакам
Сорт Thatcher относится к разновидности lutescens, т.е. является безостым и имеет красное зерно. Ген, обуславливающий безостость, является доминантным (В1) и локализован в хромосоме 5AL пшеницы (Sears, 1954). Окраска зерна контролируется тремя доминантными генами (Rl, R2, R3), расположенными, соответственно, в хромосомах 3DL, 3AL, 3BL пшеницы (Sears, 1944; 1954; Metrger and Silbaugh, 1970). Достаточно присутствия в геноме этой культуры одного из данных генов, находящихся в доминантном состоянии, чтобы зерновка приобрела красный цвет. Сорт Thatcher относится к среднерослым формам. Высота растений за время исследования варьировала в пределах 80 - 90 см. В то же время, известны гены, обуславливающие короткостебельность растений. Наиболее распространенные из них Rht - 1 (= Rht Bl, =Rht 3), Rht (=Rht Dl, =Rht 10), локализованные, соответственно, в хромосомах 4BS и 4DS (Benito et al., 1987; Borner et al., 1997). Из биохимических признаков изучен компонентный состав глиадинов (спирторастворимых белков эндосперма). Синтез этих белков контролируется локусами Gld 1А, Gld IB, Gld ID, Gld 6A, Gld 6B, Gld 6D, расположенными, соответственно в хромосомах IAS, IBS, IDS, 6A, 6B, 6D (Рыбалка, 1975; Рыбалка и Созинов, 1979; Созинов и др., 1978; Созинов, 1985). Электрофореграмма глиадинов, характерная для сорта Thatcher, представлена на рис. 1. Из других признаков отмечена реакция почти изогенных линий по локусам Lr на мучнистую росу (факторы Pm/pm), наличие воскового налета на колосе (факторы Gle/gle
Исследована тирозиназная активность зерновки почти изогенных линий ншеншды, Thatcher отличается высокой гарозішазной активностью фермента. Генетика данного признака у пшеницы не "исследована. У ячменя ген, контролирующий подобные различия между образцами (Phr), локализован в хромосоме 2 (=2Н) между локусами И (безлигульность) и V (двурядный колос) (Takeda and Zhang, 1995). Безлигульность у пшеницы обусловлена двумя рецессивными генами (lgl и lg2) расположенными, соответственно, в хромосомах 2В и 2D (Mcintosh and Baker, 1968). Учитывая гомеологию этих культур, можно ожидать, что у пшеницы ген (гены), определяющие уровень тирозиназной активности зерновки, находится в хромосоме 2 одного или нескольких геномов (А, В, D).
А.В. Петренко и В.П. Нецветаевым (2005) показано, что ген, контролирующий устойчивость к мучнистой росе (Рт 817), и генетический фактор Gle (Глянцевость колоса) от Triticum dicoccoides расположены в одной хромосоме на расстоянии 33,9% рекомбинации друг от друга. Предполагается гомология этого сегмента хромосомы пшеницы с сегментом хромосомы 5 (=1Н) ячменя, несущим локусы, обуславливающие устойчивость к мучнистой росе, глянцевость колоса и биосинтез спирторастворимых белков эндосперма (Петренко и Нецветаев, 2005), Хромосома 5 (=1Н) ячменя гомеологична хромосомам 1 геномов А, В, D пшеницы.
Компонентный состав спиртораетворимых белков свидетельствует об их сходстве с злектрофореграммами глиадина сорта Thatcher (рис. 1), Характерно, что у этах почти изогснных линий не выявлены отлнчия от сорта аналога по белкам, контролируемым хромосомой 1L Это может служить подтверждением тому, что гепы Lr L Lr 2-а, Lr 2b? Lr 2c не ассоциированы с локусом Old IB, расположенным в хромосоме IB, как ранее полагали A.S Soliman et ai (1964). Таблица 9 Оценка почти изогениых линий по Lr - факторам на идентичность сортам аналогам по данным анализа глиадинов и морфологических признаков
Обозначениегена, линии Место локализациигена устойчивости кбурой ржавчине Цитируемые авторыt Хромосомы, ответственныеза отличия линии от сортааналога (символ гена ) Исследование линий, несущих гены Lr 3, Lr 3bg, Lr 3ka, Lr 9 показало, что они также как и предыдущие образцы не имели отличий от сорта Thatcher как по морфологическим, так и биохимическим признакам (рис. 2). По данным литературы (табл. 9) эти гены локализованы в хромосоме 6BL. Следует отметить, что по белкам, контролируемым локусами Gld 6В, различий между носителями факторов Lr 3, Lr 3bg, Lr 3ka, Lr 9 и Thatcher не выявлено. Следовательно, эти гены не сцеплены с глиадинкодирующим локусом Gld 6В.
Ген Lr 10 локализован в коротком плече хромосомы 1А (=1AS) (Mcintosh et al., 1998). В этом же плече расположен генетический фактор Gld 1А, контролирующий биосинтез некоторых полипептидов глиадина. Электрофоретический анализ спирторастворимых запасных белков эндосперма почти изогенной линии, несущей ген Lr 10, не выявил отличий в спектрах глиадина от сорта Thatcher, Это может свидетельствовать о том, что локусы Lr 10 и Gld 1А в lAS хромосоме не тесно сцеплены. По остальным признакам, взятым в исследование, носитель гена Lr 10 также не отличался от Thatcher.
Почти изогенная линия по фактору Lr 11 оказалась остистой (табл. 9). Следовательно, различия между аналогом и этой линией затрагивали хромосому 5А: факторы В1Ы (Безостость vs. остистость). Анализ глиадинов показал, что изученная линия оказалась гомозиготной по глиадинкодирующим аллелям всех локусов. В то же время факторы Gld IB и Gld ID у линии Lr 11 несли аллели не типичные для сорта Thatcher. Таким образов, почти изогенная линия Lr 11 отличалась от аналога генетическими факторами трех хромосом (IB, ID, 5А) (табл. 9). По остальным тестируемым признакам данная линия была похожа на сорт Thatcher. По данным литературы (Soliman et al., 1964; Mcintosh et al., 1998) ген Lr 11 находится в хромосоме 2A. Обнаруженные отличия можно отнести с одной стороны на то, что при беккросировании отсутствовал контроль по тестирующим признакам не связанным с реакцией на патоген, а с другой - недостаточной степенью насыщения. Так, судя по родословной (табл. 7), исследованная линия прошла всего лишь два беккросса. Следовательно, она требует дальнейшего насыщения сортом Thatcher.
Почти изогенные линии по генам Lr 12, Lr 13, Lr 14b, Lr 14c, Lr 15, Lr 16 не отличались от аналога по всем протестированным признакам. Эти гены расположены, соответственно, в хромосомах 4В, 2BS, 7BL, 7BL, 2BS, 2AS (табл. 9).Носитель фактора Lr 18 оказался гетерогенным по остистости. Он представлял популяцию по аллелям В1 иЫ, обуславливающим безостость и наличие остей на колосе, соответственно. Следовательно, почти «изогенная» линия с фактором Lr 18 была неоднородной по локусам хромосомы 5AL. Учитывая, что в 2005 г. часть генотипов данной «линии» потеряла устойчивость к местной популяции бурой ржавчины, были исследованы отдельные семьи, различающиеся генами В1, Ы, на реакцию к патогену. Установлено, что как среди безостых, так и остистых форм имелись устойчивые и восприимчивые к инфекции семьи данной «линии». Это свидетельствует о том, что реакция на патоген действительно не связана с хромосомой 5AL, а ассоциирована с другой хромосомой (табл. 9). Следует отметить, что в данном случае семь беккроссов (табл. 7) оказалось недостаточно для получения аналога сорта Thatcher. «Почти изогенная» линия с геном Lr 19 по данным ряда авторов (табл. 9) несет транслокацию в хромосоме 7L от Agropyron elongatum. Анализ этой формы показал ее гетерогенность по аллелям Rl rl (Краснозерность vs. белозерность). Исследованный по глиадинам образец с Lr 19 продемонстрировал отличие его от сорта Thatcher по аллелям локусов Gld IB, Gld ID, Gld 6D (рис. 3).
Дифференциация устойчивости в 2001 - 2002 году
В 2001 - 02 годах на полях БелНИИсха было изучено около 1000 образцов пшеницы, различного происхождения. Заражение происходило естественным путем. Начало проявления ржавчины приходилось на 25.06.02 (рис. 9, 10). В исследуемом году изучена эффективность генов у сортов: Loros - Lr 2с, Opal - Lr 12, Polk - Lr 13, Hope - Lr 14a, Lawrence - Lr 14a, Jupateco 73 — Lr 17, Kenora - Lr 20, Birdproof - Lr 20, Мироновская 61 -lr 3 (= 26) к местной популяции бурой ржавчины. Результаты исследований представлены в таблице 18. 673773 Рж\ 9, Поражение бурой ржавчиной растений мягкой :пшенице РйсД0 Реакция сверхчувствительности на заражение бурой ржавчиной у растений мягкой пшеинцы Исследование показало, что ни один из носителей указанных генов устойчивости к бурой ржавчине не проявил резистентности к этому заболеванию. В то же время, как среди яровой, так озимой культуры выявлены сортообразцы не восприимчивые к бурой ржавчине: яровые -Безенчукская 139 (твёрдая), Прохоровка (мягкая); озимые - Алый парус (твёрдая), Полесская 1259, Смуглянка (мягкие). Образцы № 500/97 и Истра также были устойчивыми к данному заболеванию. В 2002 г. наблюдалась дифференциация между селекционными формами по поражённости бурой ржавчиной не связанная с генами устойчивости, а обусловленная наследственными факторами скороспелости. Так, образцы созревшие на неделю раньше стандарта (Белгородская 12) полностью или частично «уходили» от заболевания. Полностью ушли № 64/02 (дата колошения: 17 мая 2002 г.), № 76/02 (дата колошения: 21 мая 2002 г.), реакция сортов "0". Несмотря на разрыв в сроках колошения эти образцы созрели почти одновременно (дата созревания 12-13 июля 2002 года). Частично «уходили» от заболевания образцы с реакцией сортов от "2" до "3,5" баллов: № 124/02; № 130/02; № 133/02; № 135/02; № 142/02; № 144/02; № 146/02; № 148-151/02; № 154/02; № 156/02; № 158/02; № 160/02; № 161-162/02; № 164/02 (период колошения с 16 по 31 мая 2002 г., дата созревания 15 - 16 июля 2002 г.). Раннеспелостью, в частности, отличался новый сорт «Коротышка» переданный в 2002 г. на государственное испытание.,Несмотря на более короткий период вегетации (дата колошения: 19 мая 2002 г.), этот сорт имел урожайность 90,5 ц/га (Белгородская 12 - 80,0 ц/га; НСР0,95 = 5,4 ц/га) и степень поражения бурой ржавчиной в 1 балл.
Реакция на фитопатоген, в зависимости от генотипа, варьировала от 0 до 5 баллов. Анализ сопряженности времени колошения с поражением бурой ржавчиной на всем изученном материале не выявил статистической связи между этими признаками (табл. 13). Таблица 13 Коэффициенты корреляции между степенью поражения бурой ржавчиной и некоторыми количественными признаками (КСИ и ПСИ - 2002 г.; n = 165) Бурая ржавчина Время колошения Время колошения -0,0658 (0,43%) Высота растений 0,2786 (7,76%) 0,1620 (2,63%) Примечание: верхняя строка -коэфф. корреляции; в скобках- коэфф. детерминации; , , - различия существенны, соответственно, при уровнях ЗНаЧИМОСТИ Р о,95Ї Р 0,99;Р 0,999 Такой оценки можно было ожидать, так как наряду с влиянием времени вегетации на заражение патогеном, обнаружена реакция на бурую ржавчину, связанная с генами устойчивости. Так, образцы № 16, № 65, № 66, № 69, № 91, № 92, № 106 отличались позднеспелостью и наличием фактора резистентности к болезни, донором которого явился №500/97. Это касается также номеров № 35, № 52, № 81, № 102 и др. В последнем случае устойчивость к бурой ржавчине была связана с другими источниками резистентности. В связи с этим, провели корреляционный анализ зависимости поражения бурой ржавчины от времени колошения в группе сравнительно раносозревающих образцов, которые не имели эффективных генов устойчивости к этой болезни. Результаты представлены в таблице 14. Как видно, обнаружена существенная связь между временем колошения и реакцией на патоген. Следовательно, корреляция подтверждает факт, более сильного поражения более поздних форм (г = 0,4353; п = 23; Р = 95,0%). Таким образом, в 2002 г. дифференциация озимой пшеницы по поражению бурой ржавчиной действительно была связана как с наличием генов резистентности, так и факторов раннеспелости. Как видно из табл. 14, время колошения определяло до 19% вариации между генотипами по заболеваемости озимой пшеницы бурой ржавчиной.
