Содержание к диссертации
Введение
1 Биологические основы селекции подсолнечника на сульфонилмочевиноустойчивость (обзор литературы) .
1.1 Общая характеристика культурного подсолнечника 10
1.2 ALS ингибирующие гербициды в посевах подсолнечника 22
1.3 Селекция подсолнечника на устойчивость к ALS ингибиторам
2 Условия, материал и методы исследования 39
2.1 Почвенно-климатические условия проведения опытов 39
2.2 Материал и методы исследований 42
3 Создание признаковой коллекции подсолнечника по устойчивости к сульфонилмочевинам
3.1 Поиск источников наследственной устойчивости к трибенурон-метилу в генофонде подсолнечника ВНИИМК
3.2. Определение устойчивости подсолнечника к трибенурон-метилу на проростках
3.3 Оценка перекрестной устойчивости к ALS-ингибиторам у подсолнечника
4 Гибридологический анализ признака устойчивости к сульфонилмочевинам у подсолнечника
4.1 Наследование устойчивости к трибенурон-метилу в F1 63
4.2 Наследование устойчивости к трибенурон-метилу в F2 64
4.3 Тип доминирования гербицидоустойчивости при различных дозах трибенурон-метила 5 CLASS Создание селекционного материала подсолнечника, устойчивого к сульфонилмочевинам CLASS
5.1 Получение гербицидоустойчивых аналогов селекционных линий...
5.2 Квалификационный тест экспериментальных гербицидоустойчивых гибридов .
5.3 Введение гена гербицидоустойчивости в популяцию кондитерского сорта .
Заключение 88
Рекомендации для селекционной и производственной практики
Список использованных источников
- Селекция подсолнечника на устойчивость к ALS ингибиторам
- Материал и методы исследований
- Определение устойчивости подсолнечника к трибенурон-метилу на проростках
- Наследование устойчивости к трибенурон-метилу в F2
Введение к работе
Актуальность темы. Среди масличных культур, которые
возделываются в России, подсолнечник является наиболее востребованной и высокодоходной, посевные площади культуры в 2016 году составили 7,6 млн гектаров. Однако при этом средняя урожайность семян подсолнечника по-прежнему остается на невысоком уровне и составляет около 1,2 т/га, что значительно ниже генетического потенциала современных сортов и гибридов. Одной из причин недобора урожая является сильная засоренность посевов сорняками. Новым перспективным методом борьбы с ними в посевах подсолнечника является внедрение технологий с послевсходовым применением гербицидов.
Технологии ExpressSun и СУМО представляют собой комбинацию из гербицидоустойчивого гибрида и гербицида с действующим веществом трибенурон-метил. Гербициды данного ряда высокоэффективны против широкого спектра двудольных сорняков. В ряде исследований показана возможность использования этих гербицидов как дополнительный фактор в борьбе с заразихой. Трибенурон-метил малоопасен для теплокровных и обладает быстрым периодом разложения, поэтому отсутствует его негативное действие на последующие культуры в севообороте.
Настоящая диссертационная работа ориентирована на изучение наследования признака устойчивости подсолнечника к трибенурон-метилу, а также введение генов устойчивости в генофонд подсолнечника ВНИИМК.
Создание отечественных гербицидоустойчивых гибридов и сортов кондитерского направления позволит повысить эффективность в борьбе с сорной растительностью, а также снизит зависимость агропромышленного комплекса от посевного материала иностранных селекционно-семеноводческих компаний.
Степень разработанности темы. Вопросы изучения подсолнечника, устойчивого к трибенурон-метилу нашли свое отражение в работах
A. Dimitrijevi, Y. Kaya, J. V. Kolkman, G. Malida, J. F. Miller, Al-Khatib,
B. Olson, C. Sala, M. Echarte, M. Bulos и др. В исследованиях данных авторов
отражены результаты поиска устойчивости к трибенурон-метилу в
дикорастущих популяциях подсолнечника, введения данного признака в
культурные формы, создания устойчивых гибридов, оценки действия гербицида
на сорную растительность, возможности определения гербицидоустойчивости
по проросткам, а также описана степень доминирования признака у гибридов
F1. Однако в опубликованных работах нет сведений о проведении детального
гибридологического анализа признака. В нашей стране подобных исследований
не проводилось.
Цель и задачи исследований. Целью работы является изучение наследования признака устойчивости к трибенурон-метилу у подсолнечника и создание сульфонилмочевино-устойчивого селекционного материала.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
провести поиск источников устойчивости к сульфонилмочевинам в линиях подсолнечника ВНИИМК;
выполнить гибридологический анализ устойчивости к трибенурон-метилу;
- создать сульфонилмочевино-устойчивые родительские линии,
экспериментальные гибриды и крупноплодную сортовую популяцию.
Научная новизна исследований.
-
Впервые установлено, что теоретическая вероятность спонтанных мутаций резистентности к гербициду Экспресс в генофонде линий подсолнечника ВНИИМК ниже величины 510-6.
-
Доказана возможность идентификации признака сульфонилмочевино-устойчивости подсолнечника на стадии проростков в лабораторных условиях.
-
Тип доминирования гена Sur, контролирующего устойчивость к трибенурон-метилу, зависит от дозы гербицида.
-
Аллель Sur доминирует над Imr, детерминирующего толерантность к имидазолинонам, в гетерозиготном мутантном компаунде SurImr.
-
Созданы первые отечественные родительские линии, экспериментальные гибриды и крупноплодный исходный материал подсолнечника, гомозиготные по гену Sur устойчивости к сульфонилмочевиновым гербицидам.
Практическая значимость работы. Данные об отсутствии
сульфонилмочевино-устойчивых растений в генофонде линий ВНИИМК при
широком поиске указывают на необходимость использования доноров гена Sur
в селекционной работе. Рекомендуется использование созданных
экспериментальных гибридов подсолнечника в испытательных посевах по агротехнологии СУМО при послевсходовом применении гербицида Экспресс для борьбы с сорной растительностью, включая заразиху. Выращивание линий подсолнечника с геном Sur в семеноводстве по технологии СУМО дает возможность эффективно подавлять сорную растительность, а также падалицу подсолнечника, что повышает генетическую чистоту получаемых семян.
Методология и методы исследований. При планировании и проведении исследований источниками информации служили научные статьи, монографии, информационные издания и другие материалы. В работе использовали как полевые, так и лабораторные методы. Полевые эксперименты осуществляли принятыми во ВНИИМК способами. При статистической обработке экспериментальных данных применяли соответствующие методы биометрии.
Основные положения, выносимые на защиту:
- скрининг инбредных линий подсолнечника генетической коллекции
ВНИИМК на устойчивость к трибенурон-метилу;
- возможность определения устойчивости к трибенурон-метилу на
проростках подсолнечника в лабораторных условиях;
влияние дозы гербицида на тип доминирования признака устойчивости к трибенурон-метилу;
схема создания сульфонилмочевиновых аналогов родительских линий подсолнечника на основе беккроссов;
- квалификационное испытание экспериментальных гибридов
подсолнечника по устойчивости к трибенурон-метилу с использованием шкалы
фитотоксичности гербицида.
Степень достоверности и апробация результатов исследований.
Полученные результаты подтверждаются необходимым объемом опытов. Вся
работа последовательно выполнена в соответствии с обозначенной целью и
детализированными задачами. Результаты были получены в ходе полевых и
фитотронных экспериментов, а также лабораторных анализов. Проведена
необходимая статистическая обработка фактического материала. Заключение
обоснованно вытекает из результатов исследований. Основные положения
диссертации докладывались на 7-ой международной конференции молодых
ученых и специалистов «Актуальные вопросы биологии, селекции, технологии
возделывания и переработки масличных культур», посвященной 100-летию со
дня основания ВНИИМК (г. Краснодар, 2013), всероссийской научно-
практической конференции молодых ученых «Инновационные разработки
ученых – АПК России», посвященной памяти Р. Г. Гареева (г. Казань, 2013),
международной научно-практической конференции молодых ученых
«Молодежь инновации – 2013» (Республика Беларусь, г. Горки, 2013), Х всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояния и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (г. Анапа, 2013), 2-ой международной научно-практической конференции молодых ученых, преподавателей, аспирантов, студентов «Инновационные разработки молодых ученых для развития АПК» (г. Краснодар, 2014), международной конференции «Генетические ресурсы растений – основа продовольственной безопасности и повышения качества жизни» (г. Санкт-Петербург, 2014), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение АПК» (г. Краснодар, 2014), VIII международной конференции молодых учёных и специалистов «Конкурентная способность отечественных гибридов, сортов и технологий возделывания масличных культур» (г. Краснодар, 2015), IХ всероссийской конференции (с международным участием) молодых учёных и специалистов «Актуальные вопросы биологии, селекции, технологии возделывания и переработки масличных и других технических культур» (г. Краснодар, 2017).
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 5 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 120 страницах текста в компьютерном исполнении, состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций для селекционной практики, списка использованной
литературы и приложений. Содержит 34 таблицы и 12 рисунков. Список литературных источников включает в себя 145 работ, в том числе 77 иностранных авторов.
Личный вклад автора. Соискатель разрабатывал и реализовывал схему исследований, подбирал материал и методы, выполнял экспериментальную часть работы, собирал необходимые литературные данные, осуществлял статистическую обработку результатов с их интерпретацией и делал выводы.
Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Демурину Якову Николаевичу за повседневное внимание и неоценимую помощь при проведении исследований и при написании диссертации.
Селекция подсолнечника на устойчивость к ALS ингибиторам
В Российской Федерации возделывается большое количество гибридов и сортов подсолнечника различного происхождения и назначение. Наибольшие посевные площади данной культуры располагаются в южных регионах страны. Главным образом – это Северный Кавказ, Ростовская область, Центральное Черноземье, Среднее и Нижнее Поволжье. Меньшие площади располагаются в Чувашии, Мордовии, Татарстане, Башкортостане, а также на Урале, и Западной Сибири. Создание скороспелых биотипов и совершенствование агротехнологий позволяют расширять ареал выращивания подсолнечника в нечерноземье, а также в дальневосточный регион и Восточную Сибирь. Основными странами, возделывающими подсолнечник являются Российская Федерация, Украина, США, Аргентина, Канада и Китай, в меньших масштабах во Франции, Турции, Сербии, Румынии, Испании, Молдавии, Болгарии, Венгрии и других странах (Seiler, 2017).
Успешная селекционная работа и семеноводство культуры позволили значительным образом увеличить сбор масла с товарных посевов подсолнечника. Масличность культуры в 1950 г составляла около 30,4 %, при этом выход масла на заводах составлял 28 %, в период с 1981 по 1985 гг. данные показатели составили 46,9 % и 45,5 % соответственно (Колесниченко, 2006).
Посевные площади под подсолнечником в 2016 году составили 7,6 млн. га. Средняя урожайность культуры по стране остается на прежнем невысоком уровне. Урожайность в 2016 году составила 1,51 т/га Валовый сбор семян подсолнечника в 2016 году составил 10,7 млн тонн (Федеральная служба…, 2016).
Становление подсолнечника как масличной культуры, которая получила широкое распространение в сельскохозяйственном производстве нашей страны, а после и многих странах мира произошло в России и связано с именем академика Василия Степановича Пустовойта.
Родиной подсолнечника является южная часть Северной Америки, где широко распространены дикорастущие виды данной культуры. В Европу он был завезен испанцами в начале XVI века и изначально выращивался как декоративная культура в ботанических садах и клумбах (kori, 1992). В Россию он проник в 17 веке из Голландии, и значительный период времени оставался декоративной культурой (Seiler, 2017).
Стоит отметить, что во время археологических раскопок проведенных в США были обнаружены семена подсолнечника, которые по своим характеристикам близки к сортам современной селекции, вероятно – это стало следствием селекции проводимой коренными народами Северной Америки (Fick, 1978; Miller, 1987).
Первым письменным упоминанием о подсолнечнике, который использовался, как сырье для производства растительного относится к 1818 г. в России. Подсолнечник как масличную культуру стали массово выращивать также в России в 1830-е годы (Гундаев, 1971; Пустовойт, 1975; Duca, 2016).
У истоков использования подсолнечника как культуры масличного назначения стоял крепостной крестьянин Бокарев Д. С. из Воронежской губернии (в настоящее время Белгородская область). В 1835 г. он с помощью ручного пресса отжал масло из семян выращенного им в огороде подсолнечника. В 1865 г. в этой слободе построили первую маслобойку (Шувалов, 1975). С того времени ареал выращивания подсолнечника стал расширяться в Украину, Воронежскую и Саратовскую губернии, Северный Кавказ и Сибирь. К 1913 году площади занятые под посевы подсолнечника составляли порядка 1 млн га.
Распространение подсолнечника как масличной культуры происходит одновременно с началом селекционной работы. К концу 19 века, в различных регионах России проводилась народная селекция подсолнечника. Крестьяне работали над улучшением имеющихся сортов-популяций (kori, 2012). Наиболее широко народная селекция была распространена в Саратовской и Воронежской губерниях. Крестьяне занимались улучшением продуктивных показателей существующих сортов подсолнечника. В результате данной работы было создано значительное количество местных популяций. Главным методом такой селекции был отбор лучших корзинок. Первым показателем, на который обратили взор крестьяне, была скороспелость. Из местных сортов отбирались растения, созревавшие к началу осени, такие растения легче убирались, а семена лучше хранились в зимний период (Пустовойт, 1975; kori, 2012).
Как указывает П. М. Жуковский, эволюционный путь подсолнечника как культурного растения прошел в России. Значимый вклад в этот процесс внесли отечественные ученые-селекционеры, такие как Е. М. Плачек, Л. А. Жданов, В. С. Пустовойт и многие другие (Вольф, 1972)
Селекционная работа над подсолнечником на научной основе ведет свое начало от 1912 г., начата она В. С. Пустовойтом на опытном поле Круглик, г. Екатеринодар. Основные задачи, стоявшие перед селекционерами, заключались в создании новых высокоурожайных сортов подсолнечника, при этом эти сорта должны были обладать хорошим иммунитетом к поражению заразихой, а также к повреждению семян подсолнечной молью. Первыми методами, которые применяли в селекционной работе, были массовый и индивидуальный отбор на целевые признаки из имеющихся местных популяций. В 1920-е годы начинают образовываться селекционные центры по подсолнечнику в Краснодаре, Ростове-на-Дону, Харькове, Одессе, Армавире и Саратове (Пустовойт, 1975; kori, 2012).
Материал и методы исследований
Пыльца отцовских линий наносилась на рыльца пестиков с помощью листов обртки. Сбор пыльцы проводили каждый день в бумажные пакеты, которые хранились в холодильнике при температуре + 5 C до 7 дней.
Во время вегетации проводились фенологические наблюдения и определение времени полных всходов и начала цветения.
Уборка растений проводилась вручную, каждое растение обмолачивалось отдельно в индивидуальный изолятор, куда помещалась этикетка, затем ворох перебирался, и очищенные семена помещались в индивидуальный пакет, на который наносилась информация с этикетки.
После уборки проводили анализ масличности, лузжистости, массы 1000 семянок и массы семянок с одной корзинки. Содержание масла в семянках гибридов подсолнечника определяли в отделе физических методов исследований ФГБНУ ВНИИМК на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М по ГОСТ 8.596-2010 «ГСИ. Семена масличных культур и продукты их переработки. Методика выполнения измерений масличности и влажности методом импульсного ядерного магнитного резонанса». Для определения лузжистости в семенах подсолнечника использовали применяемый в настоящее время способ, который имеет ГОСТ 10855-64 «Семена масличные. Методы определения лузжистости». Массу 1000 семянок и массу семянок с одной корзинки – по общепринятой для подсолнечника методике (Пустовойт, 1967).
В осенне-весенний период опыты проводились в фитотронно тепличном комплексе ВНИИМК. Растения выращивались в сосудах объемом 10 литров с торфогрунтом фирмы Greenworld по 2 растения в сосуде. Использовались светильники Фотос 4 с лампами ДРИ-2000-6, обеспечивающие освещенность 25 килолюкс при фотопериоде 16 часов день и 8 часов ночь. В полевых условиях в период с 2008 по 2012 гг., опрыскивание растений проводилось с помощью ручного пневматического опрыскивателя Orion объемом 5 л. С 2013 по 2016 гг., ранцевым электрическим опрыскивателем Сomfort объемом 15 литров и рабочим давлением 0,6 МПа. Опрыскивание проводилось в утренние часы при наиболее благоприятных погодных условиях. Сопло опрыскивателя удерживалось на расстоянии около 20 см. от точки роста растения, при этом создавалось мелкодисперсное облако рабочего раствора, который равномерно покрывал растение.
В опытах с 2008 по 2012 гг. использовался препарат Гранстар (действующее вещество трибенурон-метил) производитель DuPont. В опытах 2013-2016 годов использовался препарат Экспресс (действующее вещество трибенурон-метил) производитель DuPont.
Оценка влияния гербицида на растения подсолнечника проводилась ежегодно спустя 10 дней после обработки. Обычно при оценке действия гербицида выделяют три фенотипических класса: устойчивые, толерантные и восприимчивые, однако такая качественная оценка не может в полной мере отразить реальную картину. Для количественной оценки действия гербицида была разработана шкала фитотоксичности ALS-ингибиторов. Данная шкала представляет собой десятибалльную систему где: 0 – растения без симптомов повреждения; от 1 до 3 – увеличение степени хлороза листьев; от 4 до 6 – появление и усиление морфологических аномалий; 7 – появление некроза, 8 – гибель точки роста, однако биологическая гибель растения не наступила; 9 – полный некроз апекса и гибель растения. Скрининг генетической коллекции ВНИИМК с 2008 по 2016 годы проводился на линиях генетической коллекции, селекционных линиях, интрогрессивных линии и семьях М2 селекционных линий. Изучаемые образцы высевались в поле, делянки двух рядковые с расстановкой растений 7035. Первый ряд оставлялся в качестве необработанного контроля второй ряд обрабатывался гербицидом Экпресс в дозе 25 г/га препарата. Оценка проводилась на 10 день после обработки.
В 2013 году в опыте по поиску устойчивости к трибенурон метилу в селекционных линиях ВНИИМК на поле площадью 5 га сеялкой Gaspardo посеяны семена линий ВК276, ВК678, ВК580 и ВК585. около 200000 растений. Обработка растений проводилась на стадии 3-х пар настоящих листьев опрыскивателем Caiman A 3000. Растения обрабатывались гербицидом Экспресс (25 г/га препарата) и нормой расхода рабочей жидкости 200 л/га. Поиск устойчивых растений проводился на 10 день после обработки.
Для определения гербицидоустойчивости селекционного материала в условиях теплицы растения высаживались в сосуды по 2 семянки в 9 гнезд. После всходов осуществлялась прорывка, на фазе 3-х пар настоящих листьев растения обрабатывались гербицидом Экспресс в дозе 0,5х. Оценка проводилась по шкале фитотоксичности на 10 день после обработки. После оценки, в сосуде оставляли 2 устойчивых растения.
В 2016 году проводилось изучение гербицидоустойчивости 30 семей сорта Джинн-сур. В теплице, семьи высаживались в короб с торфогрунтом, каждый рядок по 20 растений, в фазу 3-х пар настоящих листьев растения обрабатывались гербицидом Экспресс в дозе 0,5х, оценка действия препарата проводилась на 10 день после обработки по шкале фитотоксичности.
Исследования по определению гербицидоустойчивости к трибенурон-метилу на проростках подсолнечника по методике определения всхожести семян проводили на линиях аналогах селекции ВНИИМК резистентных к трибенурон-метилу ВА93-сур и ВК580-сур, а также обычных линиях ВА93 и ВК580. Семена линий проращивались в рулонах фильтровальной бумаги по методике определения всхожести семянок. На третий день проращивания проростки длиной около 1,5 см обрабатывали водным раствором гербицида Экспресс по 3 капли на проросток, а именно по одной на корень, гипокотиль и семядоли. Обработка проводилась в шести различных дозах: 0,5х (0,0625 г/л), 1х (0,125 г/л), 2х (0,25 г/л), 4х (0,5 г/л)8х (1 г/л) 16х (2 г/л). В каждом варианте опыта использовали по 10 проростков. Рабочий раствор гербицида получали последовательным разбавлением от исходной концентрации 16х (2 г/л). Оценка гербицидоустойчивости проводилась на седьмой день после обработки. При оценке действия гербицида измерялась длина проростка от кончика корня до семядолей. Также отмечались морфологические аномалии.
Определение степени доминирования признака рассчитывалось по формуле предложенной К. Мазером и Дж. Джинксом (Мазер, 1985), как отношение h/d, где h – отклонение фенотипа F1 от среднего (m) между ранжированными родителями P1 и P2 или модуль разности любого родителя и m рисунок 2.3.
Определение устойчивости подсолнечника к трибенурон-метилу на проростках
В селекции признака гербицидоустойчивости важное значение, имеет отбор устойчивых генотипов. В настоящее время используется несколько методов отбора: традиционный с опрыскиванием растений на третьей паре листьев и оценкой на 14 день после обработки, а также маркер вспомогательный отбор (MAS). В рамках традиционного подхода перспективным является метод определения резистентности по проросткам. Подобные исследования проводились во ВНИИМК на имидозолиноноустойчивом подсолнечнике, однако результаты опыта показали невозможность оценки устойчивости растений к гербициду на стадии проростков при обработке корешков, т.к. наблюдалось отсутствие различий между устойчивыми и восприимчивыми генотипами (Перстенва, 2009). С другой стороны, сербские учные, проводя опыты по определению устойчивости проростков подсолнечника in vitro, использовали три устойчивых генотипа и один восприимчивый, которые обрабатывали в трех концентрациях трибенурон-метила (2,5 M, 3,0 M 3,5 M). Исследование показало потенциальную возможность определения устойчивости по проросткам in vitro (Dimitrijevi, 2012), однако такая методика сложна и е использование при массовом отборе на гербицидоустойчивость затруднительно.
Поэтому была поставлена цель – оценить возможность определения гербицидоустойчивости к трибенурон-метилу на проростках подсолнечника по методике определения всхожести семян. Для чего следовало установить фазу развития растения для обработки и параметры оценки действия трибенурон-метила, а также определить оптимальную дозировку гербицида для определения устойчивости.
Исследование проводили на созданных во ВНИИМК устойчивых к трибенурон-метилу аналогах ВА93-сур и ВК580-сур, а также обычных линиях ВА93 и ВК580. Семена линий проращивались в рулонах фильтровальной бумаги по методике определения всхожести семянок. На третий день проращивания проростки длиной около 1,5 см обрабатывали водным раствором гербицида Экспресс по 3 капли на проросток, а именно: по одной на корень, гипокотиль и семядоли. Обработка проводилась в шести различных дозах: 0,5х (0,0625 г/л),1х (0,125 г/л), 2х (0,25 г/л), 4х (0,5 г/л), 8х (1 г/л) 16х (2 г/л). В каждом варианте опыта использовали по 10 проростков. Рабочий раствор гербицида получали последовательным разбавлением исходной концентрации 16х (2 г/л). Оценка гербицидоустойчивости проводилась на седьмой день после обработки. При визуальной оценке проростков отмечены морфологические аномалии в виде скрученных укороченных корешков прямо пропорционально увеличению дозы гербицида у восприимчивых линий (рисунок 3.2).
На устойчивых линиях значительных изменений не обнаружено. Главным показателем при оценке действия гербицида являлась длина проростка от кончика корня до семядолей. В результате проведенного исследования установлено достоверное снижение длины проростков у неустойчивых генотипов, как на материнской ВА93 (таблица 3.7), так и на отцовской ВК580 линиях (таблица 3.8).
Снижение длины проростков происходило закономерно с увеличением дозы гербицида у линии ВА93 с 18,4 до 11,3 см, а у линии ВК580 – с 21,8 до 11,3 см. Для устойчивых аналогов линий в изученных дозах негативное влияние трибенурон-метила на длину проростков не наблюдали. Оптимальной дозой гербицида для отбора устойчивых генотипов является 1х, на которой различия между устойчивыми и неустойчивыми генотипами уже очевидны. Таблица Таким образом, установлена возможность определения гербицидоустойчивости к трибенурон-метилу у подсолнечника по проросткам. Действие гербицида на растения восприимчивых генотипов выражается в проявлении морфологических аномалий в виде скрученных корешков и снижении длины проростка. Обработку целесообразно проводить при длине проростков 1,5 см и оценивать эффект спустя семь дней после обработки. Определена оптимальная дозировка гербицида 1х, при которой возможна визуальная оценка устойчивости растения с минимальным негативным последействием в случае необходимости дальнейшего выращивания растений. Данная методика может быть применена при массовом скрининге образцов на гербицидоустойчивость, а также в селекционной практике при отборе устойчивых растений в расщепляющихся популяциях.
В полевом опыте использованы созданные во ВНИИМК имидазолиноноустойчивые линии ВК1-ими и ВК22-ими (генотип ImrImr), сульфонилмочевиноустойчивые линии ВА93-сур и ВК580-сур (генотип SurSur). Полученная гибридная комбинация ВА93-сур А ВК22-ими представляет собой компаунд-гетерозиготу (генотип SurImr) по доминантным мутантным аллелям одного гена. Линии ВА93 и ВК580 использовали как восприимчивый контроль. В полевых условиях растения каждой из линий обрабатывались гербицидами Евро-Лайтнинг (1 л/га) и Экспресс (20 г/га д.в. трибенурон-метил), часть растений каждого генотипа оставлены в качестве необработанного контроля.
Растения линий ВК93 и ВК580 с отсутствием генов устойчивости полностью погибли после обработки обоими гербицидами с баллом фитотоксичности 9 (таблица 3.9).
Линии ВК1-ими и ВК22-ими с наличием гена Imr, как и следовало ожидать, показали хорошую устойчивость к Евро-Лайтнингу с баллом фитотоксичности 1 и 0, соотвественно. Эти линии в значительной мере пострадали при обработке Экспрессом (8 баллов), однако полной гибели растений, как в случае с неустойчивым контролем (9 баллов), не наблюдалось. Линии ВА93-сур и ВК580-сур с наличием гена Sur показали полную устойчивость к Экспрессу (0 баллов) и незначительную толерантность к Евро-Лайтнингу (8 баллов).
Наследование устойчивости к трибенурон-метилу в F2
На двукратной дозировке (2х) все растения гибридов HCX6006, PR64LE10 и ВК876-сур А ВК580-сур показали степень повреждения 4 балла (легкая гофрированность листовой пластинки), тогда как комбинация ВА93-сур А ВА325-сур осталась без признаков повреждения 0 баллов (таблица 5.4), что объясняется, вероятно, влиянием генотипической среды.
Экспериментальные гибриды селекции ВНИИМК по признакам высоты растений, диаметру корзинки, массы семянок с корзинки и массы 1000 семянок в целом не отличались от гибридов иностранной селекции (таблица 5.5). Так, по высоте растений все гибриды характеризовались значениями в интервале 170-176 см. Таблица 5.5 – Характеристика устойчивых к трибенурон–метилу гибридов подсолнечника, 2016 г.
Генотип Высотарастений,см Диаметркорзинки,см Массасемянок скорзинки, г Масса 1000 семянок, г НСХ 6006 (к1) PR64LE10 (к2) 174 176 1920 83 81 54 60 ВА93-сурВА325-сур ВК876-сурВК580-сур 175 170 22 22 90 81 6670 НСРоз 6 2 9 По данным конкурсного сортоиспытания сульфонилмочевино-устойчивые комбинации ВА93-сур А ВА325-сур и ВК876-сур А ВК580-сур по комплексу селекционно-ценных признаков были на уровне имидазолинонового гибрида Имидж, который в настоящее время является отечественным стандартом при изучении гербицидоустойчивых гибридов (таблица 5.6, рисунок 5.3).
В результате многолетних наблюдений за развитием гербицидоустойчивых как гомо-, так и гетерозиготных растений подсолнечника после обработки трибенурон-метилом нами отмечено появление редуцированных корзинок при нормальном формировании листостебельной массы (рисунок 5.4). При этом растения характеризуются низкими баллами шкалы фитотоксичности от 0 до 4, что указывает на практическое отсутствие повреждения на вегетативной фазе их развития. Нарушение развития на генеративной фазе в виде ненормального формирования соцветия, могут приводить в крайней степени к отсутствию трубчатых и язычковых цветков и, следовательно, отсутствию семян.
Это явление известно у селекционеров по подсолнечнику как «fist» (английский), «kula» (сербский) или «кулак». Рисунок 5.4 – Редуцированная корзинка (первое растение в центральном ряду) экспериментального гетерозиготного по гену Sur гибрида подсолнечника ВК680 А ВА317-сур, обработка Экспрессом, 1х, 2014 г.
Количественный учет растений с редуцированными корзинками на гетерозиготных по гену Sur экспериментальных гибридах подсолнечника показал, что их доля варьирует от 0 до 16 % в зависимости от генотипа (таблица 5.7).
С другой стороны, гомозиготные генотипы Sur Sur, включая линии и гибриды, также характеризовались наличием редуцированных корзинок с долей от 0 до 32 % (таблица 5.8). При этом наибольшее значение отмечено у линии BК876-сур.
Причины явления аномального развития соцветий после обработки трибенурон-метилом в обычной однократной дозе Экспрессом на стадии 3-х пар настоящих листьев при дальнейшем нормальном формировании вегетативных частей растения не известны. Таблица 5.7 – Количество растений с редуцированными корзинками у устойчивых к трибенурон-метилу гетерозиготных по гену Sur гибридов подсолнечника после обработки Экспрессом, 1х, 2014 г.
Количество растений с редуцированными корзинками у устойчивых к трибенурон-метилу гомозиготных по гену Sur генотипов подсолнечника после обработки Экспрессом, 1х, 2015 г.
Таким образом, изучение первых отечественных экспериментальных суфонилмочевино-устойчивых гибридов селекции ВНИИМК ВА93-сур А ВА325-сур и ВК876-сур А ВК580-сур показало их полное соответствие в квалификационном тесте по баллам шкалы фитотоксичности зарубежным гибридам. Экспериментальные гибриды ВА93-сур А ВА325-сур и ВК876-сур А ВК580-сур являются гомозиготными по гену устойчивости к трибенурон-метилу Sur, поскольку оба родительских компонента также гомозиготны. Урожайность этих экспериментальных гибридов находится на уровне отечественного гербицидоустойчивого контроля.
В 2014 г. в полевых условиях проведено скрещивание материнской линии закрепителя стерильности ВА93-сур (донор гена Sur) с крупноплодным кондитерским сортом Джинн. Для чего корзинки линии подверглись аквакастрации с последующим нанесением на них пыльцы с 25 корзинок опылителя сорта Джинн. В осенне-зимний период 2014-2015 гг. в камере фитотрона растения F1 были скрещены в качестве материнской формы со смесью пыльцы с 25 растений сорта Джинн для получения семян ВС1.
В 2015 г. в полевых условиях растения ВС1 были обработаны гербицидом Экспресс в дозе 1х. Выжившие гетерозиготные растения Sur sur скрещены со смесью пыльцы с 40 растений сорта Джинн и получены семена ВС2.
В осенне-зимний период 2015-2016 гг. в камере фитотрона растения ВС2 были обработаны Экспрессом в дозе 0,5х. Выжившие гетерозиготы подверглись принудительному групповому переопылению, дав семена F4.
В 2016 г. в полевых условиях 1181 растение расщепляющейся популяции F4 было обработано гербицидом Экспресс в дозе 1х. Выжившие растения без явных признаков повреждения, предположительно гомозиготы Sur Sur, были самоопылены.
В случае фенотипической градации на «выжившие» (0-7 баллов) и «погибшие» (8-9 баллов) расщепление среди 1181 оцененных растений в популяции будет 878:303), соответственно, (таблица 5.9, рисунок 5.5, рисунок 5.6), что статистически согласуется с моногенной схемой наследования при доминировании устойчивости (2эмп.= 0,20, 205= 3,64, р 0,05).
Очевидно, что выжившие растения с баллом 0, продолжившие рост после контакта с трибенурон-метилом, обладали, в среднем, большей высотой 55 см, чем остановившиеся в росте и погибшие растения с 9 баллами высотой 8 см (таблица 5.9).