Селекция пшениці на опірність листовий ржавчине

Запровадження.

Особливості селекції пшениці на стійкість до хвороб.

Збудник захворювання.

Генетика стійкості.

Вихідний матеріал для селекції.

Методи селекції.

Методика і селекційного процесу.

Досягнення селекції.

Пшениця є важливим продовольчої і кормової культурою. У на неї припадає лідируючу позицію по посівним площами серед возделываемых культур. Таке якнайширше поширення пояснюється високої питательностью і можливість різнобічного використання коштів і переробки пшениці.

Подальше підвищення виробництва зерна пшениці можливо, переважно, рахунок зростання урожайності та зниження втрат, насамперед що з захворюваннями. Нині втрати врожаю нестійких до небезпечних патогенів сортів пшениці досягають в эпифитотийные роки до 60%. При впровадженні інтенсивних технологій обробітку, як пшениці, і зернових культур загалом, через мікроклімату в посівах різко зростає шкідливість листостебельных патогенів. Застосування хімічних засобів захисту рослин, які передбачаються у цій технології, пов’язано лише з величезних витрат коштів, а й, найголовніше, з негативним впливом на довкілля. До того ж хімічний метод який завжди гарантує очікуваного результату, і це, передусім, належить до ржавчинным хворобам зернових культур.

В усьому світі стійкий сорт є найважливішим елементом у системі інтегрованої захисту рослин хвороб і шкідників. У Росії її селекція пшениці на опірність листовий іржі проводиться понад 40 кримінальних лет.

Безсумнівно, що виведення і розповсюдження стійких сортів — екологічно перспективний шлях розвитку сільського господарства. Але його обов’язково має йти безупинно, оскільки абсолютної стійкості створити неможливо й опірність кожному агенту рано чи пізно то, можливо подолана збудником. Проте, економічна ефективність цього захисту може бути великою і перевищувати ефект від участі використання пестицидів кілька десятків раз.

ОСОБЛИВОСТІ СЕЛЕКЦІЇ ПШЕНИЦІ НА СТІЙКІСТЬ До БОЛЕЗНЯМ.

Створення стійких і шкідників сортів — дуже складна й тяжке направлення у селекції, особливо в пшениці. Труднощі в селекції пшениці пов’язані, передусім, про те, кожен патоген має фізіологічні раси. Так, число рас листовий іржі перевищує 180. Далі, патоген досить швидко еволюціонує, нерідко випереджаючи селекційний процес виведення нового сорти. Це створює необхідність вести постійний контроль мінливості, як самої культуры-хозяина, і паразита, і з урахуванням змін, які у популяції патогена, вести пошуку нових генів стійкості.

Проте головне складне становище в селекції на стійкість до хвороб пов’язаний із складним характером взаємодії між двома біологічними системами (двома організмами) — пшеницею і патогеном. Слід враховувати генетичні системи те й інше, і навіть старанно контролювати зовнішні умови з урахуванням їхньої впливу, як у рослина, і не ідентичне хворобі. Основа сучасних поглядів на взаємодії хозяин-паразит було сформульовано Н.І. Вавіловим в 1935 року. Взаємодії хозяин-паразит, що призводять до їх зниження шкодочинності останнього, може бути такими.

1. Стійкість, обумовлена наявністю небагатьох расоспецифических генів (вертикальна стійкість, чи специфічна), значної частини малих аддитивно взаємодіючих генів, дають неспецифічний стосовно окремим расам ефект чи универсально-устойчивыми моногенами (горизонтальна стійкість).

2. Толерантність до паразитові - низька шкідливість і натомість високого зараження посіву. Забезпечується високої швидкістю регенерації заподіяних ушкоджень або сам є наслідком невисокою роль формуванні врожаю уражених паразитом органів, частин рослини.

3. Розбіжність у часі чи просторі піка розвитку паразита й чутливої щодо нього фази зростання рослини. У разі штучного зараження рослина виявляє високу сприйнятливість, але у польових умовах посів то, можливо чистий від паразитів.

Встановлено, що еволюція паразитів пов’язані з еволюцією поражаемого ними рослин та появу в сортів зони нових генетичних чинників стійкості призводить до збагаченню популяції патогена новими агресивними расами. Це створює необхідність безупинної селекції нових стійких сортів, постійного пошуку дедалі більше ефективних генів стійкості. Швидкість еволюції паразита визначається частотою виникнення нових мутацій і швидкістю зміни поколінь. Що стосується хвороб дуже швидко рассообразовательного процесу ефект досягається використанням тих генів стійкості, проти яких мутація вірулентності згубна для паразита чи значно знижує життєздатність останнього. Вертикальна стійкість може забезпечити дуже ефективну, але короткочасну захист сорти. Особливо небезпечним і виявляється запровадження однієї й тієї ж гена стійкості в численні поширені сорти, що прискорює еволюцію паразита. Набагато більше ефективна селекція з допомогою універсальних моногенов устойчивости.

Для уповільнення освіти нових агресивних рас запропонована система горизонтальній стійкості, джерело якої в запровадження у один сорт кількох про малих генів стійкості, не предотвращающих повністю, але різко які ослаблюють розвитку гіпертонічної хвороби. Уповільнення розвитку паразита приводить до зменшення числа його поколінь за вегетацию і кількість які утворилися суперечка. І тут слабко агресивні раси тривають в сівбу пшениці (не завдаючи помітного шкоди врожаю) і влада своїм присутністю перешкоджають розмноженню нових агресивних рас. Недоліком горизонтальній стійкості для селекції є труднощі тестування численних слабких генів, які, зазвичай, неможливо знайти встановлено зараженням окремих проростків в лабораторних умовах, а вимагають оцінки на полі, і лише з досить великих ділянках.

Селекцію на полигенную стійкість ведуть зазвичай традиційним методом відбору з гібридних популяцій, що й тривалий, поєднане з ризиком втрати дохідної частини генів. Гарну захист представляє суміщення горизонтальній і вертикальної стійкості.

Вертикальна стійкість застосовується також під час створення многолинейных (мультилинейных) сортів, що становлять суміш генетично близьких аналогів з різними генами вертикальної стійкості. За наявності сівбу чотирьох чи більшої кількості ліній з різними генами стійкості виникають раси паразита, вирулентные стосовно одного з цих генів, та їх суперечки гинуть, потрапляючи на сусідні рослини коїться з іншими генами стійкості.

Нерідко підвищення опірності хворобам досягається запровадженням генів, що обумовлюють морфологічні ознаки, безпосередньо що утрудняють розвиток паразита. Наприклад, сильний восковій наліт на листі перешкоджає утримування ними крапель роси, необхідні проростання суперечка іржі.

Підвищення стійкості у часто можна досягнути зміною термінів проходження фаз розвитку сортами, у результаті період найбільшої чутливості рослини до пошкодження перестає збігатися з сезонним піком розвитку паразита. У скоростиглих сортів вегетація встигає завершитися до масово іржі на посевах.

Там, де немає вдається захистити рослини від ушкоджень, велике значення набуває толерантність. Толерантність до паразитові, його шкодочинності здебільшого можна досягати з допомогою посилення регенераційної здібності растения.

ЗБУДНИК ЗАБОЛЕВАНИЯ.

Листовая іржа пшениці завдає суттєвої шкоди виробництву збіжжя у Росії, особливо у районах Поволжя, Кавказу, Центрально-Черноземном районі, де розвивається практично щорічно, нерідко досягаючи эпифитотийного рівня. Эпифитотии виникають і з частотою 2−3 десь у 10 років у Північно-Кавказькому регіоні (до 1996 року — 5 разів у 10 років), 3−4 рази на 10 років у Центрально-Черноземном й у Центральному районах, 6 разів у Поволзькому і трьох десь у Волго-Вятском районі. У Уральському районі поразка ярої пшениці спостерігається щороку 30−40%.

Збудником листовий (бурої) іржі пшениці є Puccinia recondita Rob. ex Desm f. sp. tritici.

Систематичне положение.

Клас Basidiomycetes, порядок Uredinales, сімейство Pucciniaceae, рід Puccinia.

Біологічна група.

Облигатный паразит пшениці й низки дикорослих злаков.

Поширення.

Повсюдно у світі регіонах обробітку пшениці. Листовая іржа зустрічається переважають у всіх зонах вирощування озимої і яровий пшеницы.

Біологія і морфологія.

Puccinia recondita Rob. ex Desm f. sp. tritici є двухозяйным паразитом які з життєвим циклом, має п’ять типів спороношения. У вегетативної фазі життєвого циклу існує у вигляді дикариотического міцелію, эциоспор, телиоспор і урединиоспор. У уредиостадии, протікаючим на рослинах пшениці й низка дикорослих злаків, чергуються кілька генерацій, кількість їх залежить від кліматичних умов року й тривалості вегетаційного періоду рослин. Урединии одноклеточны, мають дві гаплоидных ядра, складових синкарион. Наприкінці вегетації рослини утворюються прикриті эпидермисом чорного кольору телии з телиоспорами. Останні двухклеточны, у кожному клітині міститься дві гаплоидных ядра. Уредоі телейтоспоры пристосовані до перезимовке. Збудник зимує, переважно, як міцелію в листі озимої пшениці і дикорослих злаків. Навесні телиоспоры проростають, у своїй спостерігається злиття гаплоидных ядер в диплоидные, мейоз й освіту ростковых трубок — базидий з чотирма одноядерными гаплоидными, різняться на кшталт спарювання базидиоспоры. Для проростання суперечка потрібно наявність краплинної вологи, тому розвитку інфекції сприяють стрімкі роси. При сприятливих температурних умовах (15−25°C), інфекція провадиться протягом 6−8 годин, чергова генерація урединиоспор утворюється через 7−10 днів. Базидиоспоры заражають проміжного хазяїна — рослини василистника (Thalictrum minus, T. speciosissimum, T. flavum), у результаті верхній боці аркуша утворюються жовто-оранжеві спермогонии зі спермациями (пикниоспорами) двох типів спарювання. При перенесення спермаций вже з спермогония на другий утворюється змішаний міцелій, а результаті виникнення анастомозів утворюються дикариотические клітини — эциоспоры, заражающие пшеницю. Гриб переважно має неповний життєвий цикл, розмножується переважно вегетативно, хоч у районах (Україна, Кавказ та інших.) види Thalictrum мають стала вельми поширеною отже, статевої процес може грати деяку роль поновлення і мінливості популяцій. У Східній Сибіру проміжним господарем є бур’ян лещица (Isopyrum fumaroides). У вересні частина телиоспор проростає, базидиоспоры заражають лещицу і 26 дають зимівля міцелій. На Далекому Сході проміжним господарем може бути ломонос Clematis manchurica.

Найбільше розвитку гіпертонічної хвороби зокрема у фазі цвітіння пшениці. Урединиоспоры поширюються вітром. Показано, що у території Центрально-Східної Європи існує єдина популяція патогена, а популяція Західного Сибіру значною мірою незалежна від європейської. Про це свідчить даними вивчення структури популяцій по вірулентності і спостереженнями перенесення суперечка повітряними массами.

ГЕНЕТИКА СТІЙКОСТІ.

Чинники вертикальної опірності листовий (бурої) іржі позначають його як Lr. У тому числі виділяють гени ювенільної (стійкість проростків) й віковий стійкості. Найбільш тривалу стійкість пшениці до хвороби забезпечують гени вікової стійкості. З іншого боку, цей тип стійкості можна щодо легко комбінувати з ювенільної сталістю і тим самим досягати тривалішої стійкості пшениці до листовий іржі. Лінії з генами вікової стійкості мають і расоспецифической сталістю.

Нині ідентифіковано 35 генів опірності бурої іржі та його алелів, відома хромосомная локалізація багатьох з яких. У дослідженнях з визначення генетичної зумовленості стійкості пшениці до листовий іржі найчастіше трапляються випадки контролю даного ознаки однією або кількома генами (монофакторное і дифакторное успадкування стійкості, вертикальна стійкість). Аллели стійкості, зазвичай, домінують над аллелями сприйнятливості, і стійкість наслідується за простими менделевским правилам. Нерідко встановлено, що сталість перебуває під медичним наглядом понад шість генетичних чинників. У невеличкому числі досліджень було виявлено різні види взаємодії генів, що зумовлює зміни менделевских відносин, притаманних двох чинників. У цьому успадкування стійкості здійснюється за типу эпистатических і комплементарных взаємодій.

Горизонтальна стійкість, обумовлена спільним дією великої кількості генів, формують загальну защитно-восстановительную систему організму, зазвичай наслідується промежуточно. У багатьох робіт відзначається наявність зчеплення генів.

Великі дослідження з генетиці стійкості було проведено СибНИИСХ. Були вивчені стабільно стійкі изогенные лінії пшениці, містять гени стійкості Lr9 і Lr19, складний гібрид з Австралії (К-54 049) і Гібрид 21, і навіть хромосоми контролюючі стійкість цих зразків.

Дослідження з виявлення ефективних генів стійкості й у Всеросійському НДІ Фітопатології. Були вивчені набори изогенных ліній пшениці сорти Thatcher з генами ювенільної (Lr1, Lr2a, Lr2c, Lr3, Lr3ka, Lr9, Lr11, Lr16, Lr17, Lr24, Lr26, Lr30) й віковий стійкості (Lr12, Lr13, Lr22a, Lr22b, Lr33, Lr34, Lr37, Lr34+Lr13). У результаті виявлено найефективніші гени стійкості щодо різноманітних регіонів країни. Зокрема, засвідчили, що стійкими лініями для умов Центрального регіону є лінії, які мають гени Lr22a, Lr34, Lr37.

ВИХІДНИЙ МАТЕРіАЛ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ.

Значна роль селекції на стійкість належить вихідному матеріалу.

Як джерела стійкості використовуються стійкі сорту або изогенные лінії сортів з генами стійкості. Усі джерела стійкості значно різняться як у ступеня стійкості, і по вивченості генетики устойчивости.

Для селекції на опірність листовий іржі можна використовувати сорти вітчизняної селекції, як Рання 12, Олімпія, Зірка, Обрій, Донська безостая, Білоруська 80, Харківська 93. З іншого боку, можливо використання сортів і ліній зарубіжної селекції. Найперспективнішими є такі: Sabre, TB/55 SP 6628 (Австралія), Блакитна А, ISWR N 309−6, Kenhi (Канада), Gustin x ND 264−12−13, Gustin x D 264−13, Gustin x D 142 N12−14, Caddo, Danne, Kawfers, Parker 5, Oasis, Hand Flex, Arthur 71, Parker, Gage (США), Sunnan (Швеція), Fanal, РПГ 48/49 (Німеччина), H-1444 (Норвегія), NS-476, GK-B10 (Югославія). Більшість перелічених сортів — универсально-устойчивы, а стійкість їх визначається генами Lr9 чи Lr19.

Серед зразків, стійких до окремим расам патогена, є форма з такими відомими генами стійкості. Наприклад, сорт Sonora 64 (Мексика) містить ген Lr1, Lee (США) — два гена Lr10 і Lr24.

Більш як у 1/3 стійких сортів стійкість контролюється геном Lr 23/3: Kenya Fanner (+Lr 10), Kenya 337, Lee (+Lr 10), Timstein (+Lr 10), NS4R, Rocta (+Lr 10), Grym. Практичне застосування знайшли також сорти — джерела стійкості Дмитрівка 5−14 (+Lr 10), Gabo (+Lr10), Hopex, Гибрид-21 (+Lr 10).

Ряд сортів, тривалий час зберігали опірність листовий іржі, останніми роками втратили її. Зокрема це сорти, як Кальян Сона, Pv-18, Sonora 64, Penjamo 62, містять ген Lr 23.

Крім названих існують лінії, нині слабко вивчені, які мають гени LrTt1, LrTt2 (одержані від Tr. timopheevii) і ген LrM2 (від гібридної комбінації Саратовська 29 Х И410 407).

МЕТОДИ СЕЛЕКЦИИ.

Основний метод створення популяцій для відбору є Гибридизация.

Внутрішньовидова гибридизация.

Може здійснюватися за простою межлинейной схемою, складної східчастої і беккросной. Схеми гібридизації, застосовувані в селекції на стійкість, залежить від генетичного контролю даного ознаки. При моногенном успадкування ознаки стійкості вельми ефективну стає беккросная селекція. У цьому реципієнтом ознаки стійкості виступає сорт з високі показники за низкою господарським — цінних ознак. Після п’яти — шести зворотних схрещувань сорт-реципиент стає изогенной стійкою лінією.

Так було в відомий засухоустойчивый сорт сильної м’якої пшениці Саратовська 29 ввели відсутні в нього гени опірності агресивним расам листовий (Lr), стеблевой іржі (Sr) і борошнистої роси (Pm). Донором імунітету послужила синтетична гексаплоидная пшениця (AAGGDD). Вона містить види T/timopheevii — геном AAGG (Швеція) і T. tauschii DD (Болгарія). Через війну 8−9-кратных беккроссов було створено аналоги сорти пшениці Саратовська 29, різняться по скороспелости і стійкі до «хвороб при сівбу на полі і штучному зараження.

Створені імунні аналоги сорти Саратовська 29 є унікальними, внаслідок одночасної опірності трьом видам грибних хвороб Паркінсона й збереженню властивостей сильної пшениці. Ці аналоги використовують у селекції як донори при виведенні нових стійких конкурентоспроможних на світовому ринку сортів. Вони також можна використовувати у сільськогосподарському виробництві у зоні районування сорти Саратовська 29 після необхідного розмноження семян.

Селекцію на горизонтальну стійкість ведуть зазвичай традиційним методом відбору з простих гібридних популяцій, що й тривалий, поєднане з ризиком втрати дохідної частини генов.

Найчастіше техніка гібридизації залежить від схеми схрещувань і включає у собі такі операции:

1. Посів батьківських форм в розпліднику гібридизації у найкоротші терміни, які забезпечують їхню одночасне цвітіння. Цього досягти, высевая батьків на три терміну.

2. Запобігання самоопыления материнської форми. Це умова дотримується шляхом кастрації материнських рослин i установці ізоляторів предотвращающих перезапилювання. Техніка кастрації полягає у подрезке колосковых чешуй і видаленні незрілих пильовиків молодого колоса (на 1/3 яка видалася з піхви аркуша).

3. Обпилення пилком батьківського сорти. Синтезують кілька днів від початку цвітіння материнського сорта.

Віддалена гибридизация.

У селекції пшениці широко використовуються міжвидові схрещування. У гібридизацію втягують полбу, тургидум, пшеницю Тимофєєва, використовують схрещування твердої і м’якої пшениць. Багато гени опірності листовий іржі отримані від диких видів роду Ttriticum.

Також у селекції пшениці використовують межродовую гібридизацію. Біологічне розмаїття видів сімейства Poaceae, які мають корисними генами для м’якої пшениці, охоплює види роду Triticum L., Aegilops L., Agropyron Gaertn., Secale L. і Hordeum L. Проте наявність бар'єра нескрещиваемости декому видів, стерильність гібридів у результаті: відсутності коньюгации між пшеничними і чужорідними хромосомами ускладнюють интрогрессию. Стратегія, яку треба запровадити у кожному конкретному випадку схрещування, залежить від наявності або відсутність гомологичных геномів скрещиваемых видів тварин і числа хромосом вони.

На цей час розроблено стандартні методи, які полегшують перенесення генів від видів, які мають родинних геномів із м’якою пшеницею. Окремі засновані на методах хромосомної інженерії, інші - на методах генетичного контролю мейотической рекомбінації, треті - на методах генної інженерії. Результатом цього є також те, що з більш як 40 відомих сьогодні генів стійкості пшениці до листовий іржі - 30 интрогрессированы з родинних видів. Більше 300 сортів м’якої пшениці несуть 1В/1R хромосомну транслокацию, визначальну опірність фитопатогенам і продуктивність.

У селекції м’якої пшениці на опірність листовий іржі використовують схрещування гексаплоидных і октоплоидных тритикале з пшеницею із єдиною метою отримати 1ВL/1RS транслокацию, яка детермінує стійкість до хвороб. При схрещуванні тритикале з пшеницею спонтанно відбувається процес, який отримав назву misdivision, що полягає у одночасному присутності унивалентных хромосом 1 В і 1R, розриву їх за центромерам і злиття на нову 1В/1R хромосму. Однак у результаті цих схрещувань бувають і інші транслокации, які можуть опинитися спричинить появі небажаних признаков.

Мутагенез.

Для дальшого поступу селекції бажано підвищення розмаїття джерел господарсько-цінних ознак. Тому індукований мутагенез, й у першу чергу хімічний як найефективніший, відіграє під час створення вихідних популяцій для відбору.

У дослідженнях Інституту біохімічної фізики їм. Н. М. Эмануэля РАН під впливом этиленимина отримано на м’якої озимої пшениці деякі селекционно-ценные ознаки, не характерні з цією культури. У працях Інституту за оптимального поєднанні мутагена, його доз і вихідного сорти озимої м’якої пшениці, виділили значну кількість мутантів, стійких до листовий іржі - до 12% стосовно всім виділеним мутантам. Через війну виникнення багатьох мутацій виявлено форми, поєднують щодо одного мутанте опірність двох і кільком фитопатогенам і натомість інших цінних мутантних ознак: високих адаптивних властивостей, високу врожайність, високих хлібопекарських якостей, опірності вилягання. Особливої цінності представляють мутанти, які мають комплексною стійкістю до трем-пяти фитопатогенам, які мають крім опірності облигатным фитопатогенам опірність сапрофитам (расонеспецифическая стійкість). Дані мутанти цікаві як як джерела жодних ознак. Вони є також безпосереднім вихідним матеріалом під час створення нових сортів. Нерідко цей матеріал вже не потребує селекційної доопрацюванні і є готовим сортом, які вимагають лише розмноження.

Застосування хімічного мутагенезу до створення донорів нові й рідкісних ознак у озимої м’якої пшениці, і навіть для прямого використання мутантів з комплексами цінних ознак як хозяйственно-ценного вихідний матеріал під час створення нових сортів без істотною доопрацювання цієї статті скорочує селекційний процес на 3−4 года.

Методи биотехнологии.

Генетична трансформація — ще одне можливість запровадження нових генів у геном культурних форм, доповнююча традиційні методи селекції.

Віддалена гібридизація культурних злаків з дикорастущими родичами має своєю метою перенесення одиничних генів чи невеликих фрагментів хромосом від дикорослих в геном культурних видів. Та цього мусять бути подоланими бар'єр несумісності - відсутність кон’югації хромосом в мейозе. У пшениці, у хромосомі 5 В знайшли гени, що впливають конъюгацию хромосом, отже, виявлено можливість у певної міри управляти цим процесом. Видаляючи чи нейтралізуючи в гибридном ядрі ген, ингибирующий конъюгацию негомологичных хромосом, викликають їх спарювання і кроссинговер. Таким шляхом сьогодні в Інституті селекції рослин (Кембридж, Великобританія) було перенесено з геному эгилопса (A. comosum) в геном пшениці ген, визначальний опірність іржі і створено стійкий високоприбутковий сорт Compair.

Зернові культури важким об'єктом для генної інженерії. Це пов’язано з, передусім, відсутністю векторних систем запровадження генів у геном клітин злаків. Найефективніша векторна система з урахуванням плазмід Agrobacterium tumefaciens малопридатна для злаков.

Розробляються методи прямого перенесення генів у клітини рослин. До методів прямого перенесення чужорідної ДНК в протопласти рослин i належить электропарация: короткочасні електричні розряди (1—100 мкс при напруженості поля 1000—10 000 В/см2) збільшують проникність мембран протопластів, куди й проникає що у розчині ДНК. У MCXA розробляється метод запровадження чужорідної ДНК з допомогою електрофорезу в агаровом гелі. Показана можливість застосування зазначеного методу для трансформації каллусов пшениці із наступною регенерацією їх трансгенних растений.

Також чиняться спроби використовувати природний метод перенесення — пилок передачі пшениці чужорідної ДНК. У цьому пилок чи инкубируют в розчині, що містить экзогенный генетичний матеріал, чи завдають чужорідну ДНК безпосередньо перед цвітінням на маточки зі зрізаними рильцями. Успіх трансформації в експериментах становить 1−3%.

Оригінальний спосіб запровадження чужорідної ДНК в злаки розроблений в Корнельском університеті США. З допомогою генетичного пістолета у клітини рослин вистрілюють крихітні вольфрамовые кульки, покриті генетичним матеріалом. Наприклад, спосіб балістичної трансформації застосували запровадження гена вірусу тютюнової мозаїки у клітини цибулі. Була встановлено експресія гена у клітинах. Метод високошвидкісної балістичної трансформації нині широко використовують у Центрі «Біоінженерія», ИМГ, ИФР, ВНИИСБ під час створення трансгенних рослин пшеницы.

На станції штучного клімату «Біотрон» Інституту біоорганічної хімії збільшення стійкості російських сортів пшениці до грибкових захворювань тут проводять дослідження суперэкспрессии генів кількох тауматин-подобных білків виділених з рису (TLP) і вівса (oatpermI). Для отримання трансгенних рослин пшениці використовуються вектори, сконструйовані для експресії гетерологичных генів у геномах злакових культур: psGFP-BAR і pAct1-F. Перша конструкція містить ген gfp з оптимизированным кодоном для експресії в рослинах, і навіть ген bar, що надає стійкість клітинам рослин до гербіциду Basta (містить у ролі активного інгредієнта L-phosphinotricin). Друга векторна конструкція містить репортерный ген gus. Нині отримана 21 лінія трансгенної пшениці сорти Андрос, в геномі яких підтверджено присутність послідовностей генів TLP і outperm. Нині проводяться дослідження щодо збільшення стійкості отриманих рослин до різним грибною патогенів пшеницы.

З розвитком культури in vitro з’явилася реальна можливість використання гаплоидии в селекції сільськогосподарських культур. Застосування методу культури клітин дозволило здійснити регенерацію рослин з генеративних клітин, містять гаплоидный набір хромосом. Стала можливою масове отримання гаплоїдів. Практичне значення в селекції нині отримали культура пильовиків (андрогенез), зав’язей і семяпочек (гиногенез) і метод гаплопродюсера, що є різновидом гиногенеза.

У ПНИИЖБ створено сорт озимої пшениці Смаглявка з допомогою культури пильовиків. Він входить у Держреєстр РФ 1997 р. і визнаний перспективним для Поволжя. Сорт стійкий до листовий іржі, борошнистої росі, твердої головне, витривалий до хлібного пилильщику та природного комплексу вірусних і мікоплазмових болезней.

Хромосомная инженерия.

Хромосомная інженерія — це заміщення хромосом на внутривидовом, межвидовом і межродовом рівнях. Ця технологія відкриває нові можливості у селекції, коли не потрібно підправити окремі ознаки, а чи не реконструювати весь організм, комбінуючи у процесі гібридизації тисячі генов.

У вже відомі близько 30 повних замещенных серій у пшениці. Однією з найкращих визнана створена Росії серія по комбінації Саратовська 29 x Янецкис Пробат. У сорти Саратовська 29 кожна гілка 21 пари хромосом заміщена на гомологичную хромосому від сорта-донора Янецкис Пробат.

Нерідко, коли вичерпана внутрішньовидова мінливість, не вдається посилити до необхідного рівня селекционируемые ознаки, передусім опірність захворювань. Тоді доводиться запозичати необхідні гени в інших видів, пологів рослин, зокрема і в диких родичів.

Фахівці Інституту цитології і генетики ЗІ РАН проводяться міжвидові, межродовые заміщення хромосом. Осучаснення м’якої гексаплоидной пшениці Triticum aestivum опірності різних видів іржі, борошнистої росі й інших видах захворювань стало можливим при заміщення двох пар її хромосом 5 В і 6 В на хромосоми від третраплоидной пшениці Triticum timopheevii.

Аллоцитоплазматические гібриди пшеницы.

Розширення адаптаційних можливості пшениці досягається з допомогою нових генетичних систем у вигляді гібридів аллоцитоплазматической пшениці, які мають ефект ядерно-цитоплазматических взаємодій детермінує ряд властивостей, які забезпечують вищого рівня адаптації рослин до стресовим чинникам середовища. Аллоцитоплазматические гібриди пшениці (АЦПГ) отримують методом зворотних схрещувань (щонайменше шість беккроссов) і відбором. Вони уявляють собою новий синтетичний тип рослин, які мають ядро T. aestivum L. нормально функціонує в чужорідної цитоплазмі.

Переміщення ядра пшениці, в инородную цитоплазму може викликати часом зміна кількісних ознак і біологічних властивостей рослин. Диференційовано прояв цих змін дає підстави вважати, що генам, детерминирующим той чи інший ознака, відповідають певні плазмагены й інші мікроструктури цитоплазми, щоб забезпечити контроль і передачу певних генопродуктов. Порушення цієї ядерно-цитоплазматического відповідності призводить до зміни величини ознаки або його непроявлению, наприклад, під впливом митохондриального геному змінюються стійкість рослини до патогенів.

Селекционно-генетическая робота зі створення й вивчення озимих та ярих форм аллоцитоплазматической пшениці проводиться на аграрному факультеті Російського університету дружби народів з 1981 р. На цей час створена велика колекція ліній аллоцитоплазматической пшениці T. aestivum L, сочетающих ядерний геном різних сортів ярої й озимого пшениці із цитоплазмою таких типів, як Secale cereale, Aegilops ovata, T. timopheevi.

За результатами порівняльного вивчення дванадцяти ярих ліній аллоцитоплазматической пшениці, у 2002 р. в коллекционном розпліднику двох науково-дослідними інститутами (Московська область — НИИСХ ЦРНЗ і 2002 р. Рязань — НДІ ПТИ АПК) виділено лінію аллоцитоплазматической пшениці на цитоплазмі T. timopheevi (АЦПГ T. timopheevi x сорт SV66342), знана вищим врожаєм збіжжя і підвищеної сталістю до «хвороб порівняно з стандартним сортом ярої пшениці Приокская. Так було в умовах Московській області врожай зерна у сорти Приокская становив 43,4 ц/га, а й у АЦПГ T. timopheevi x SV66342 — 49,8 ц/га. Ураженість листовий іржею рослин АЦПГ становила 50%, а й у стандартного сорти — 70%. Врожай збіжжя у умовах НДІ ПТИ АПК (г.Рязань) у сорти Приокская — 41,8 ц/га, а й у АЦПГ — 47,2 ц/га. Ураженість рослин бурої іржею у АЦПГ у тому інституті також була нижчою від, ніж в стандартного сорти. Вона становила 30%, тоді як в сорти Приокская — 60%.

Використовуючи явище елімінації у гібридів геномом жодного виду (роду) рослин геному іншого, удалося створити ячменно-пшеничные форми, які мають присутні ядерний геном пшениці, цитоплазма і елементи цитоплазматического геному ячменю. Ці аллоплазматические лінії зі свого фенотипу більше повторюють пшеницю, але вони мають виявлялися окремі ознаки ячменю, наприклад, раннеспелость і опірність ряду захворювань.

МЕТОДИКА І ТЕХНІКА СЕЛЕКЦІЙНОГО ПРОЦЕССА.

Методика оцінки селекційного матеріалу на опірність листовий ржавчине.

Особливістю селекційного процесу при виведенні стійких до «хвороб сортів необхідно створення умов прояви селекційним матеріалом устойчивости.

Оцінка селекційного матеріалу і відбір проводять у природних умов або на штучних інфекційних тлах. Використання природного фону не потребує додаткових витрат і, якщо рік эпифитотийный, оцінка ведеться при реальних інфекційних навантаженнях. Для посилення природного інфекційного фону студійовані образды можна обсеять захисної смугою з універсально сприйнятливого сорти (наприклад, Саратовська 29) з додаванням вирощених у приміщенні і штучно заражённых рослин цього сорта.

Способи створення інфекційного фону можуть бути різні. Зараження усіма листовий іржею здійснюють шляхом обприскування суспензією суперечка чи опыливания спорами змішаними з наповнювачем для рівномірного розподілу поверхнею рослин.

Заздалегідь підготовлену суспензію суперечка з ранцевого обприскувача рівномірно завдають на ділянки, після чого створюють вологу камеру, закриваючи оброблений ділянку плёнкой. Таку обробку проводять після рясних дощів в фазу виходу в трубку.

Поразка й листовий іржею починається з листя нижнього ярусу. Стійкість визначають за рівнем поразки флагового аркуша на шкалах Майнса-Джексона і Петерсона. У цьому визначають тип поразки чи бал, побічно що характеризує тип взаємодії рослини господаря і патогена, і відсоток поразки поверхні листовий платівки що характеризує ступінь стійкості рослини хозяина.

Схема селекційного процесса.

У селекційному процесі використовується традиційна схема, застосовується у багатьох селекційних установах країни й куди входять у собі такі розплідники: колекційний розплідник першого і другого року, розплідник гібридизації, гібридний розплідник, розплідник відборів, селекційний розплідник першого року, селекційний розплідник другого року, контрольний розплідник, розплідник конкурсного сортовипробування. Відбір гібридного матеріалу ведеться методом педигри. Через розмаїття вихідний матеріал різноманітної ступеня його вивченості залучення вихідний матеріал в схему селекційного процесу відбувається різними етапах. Маловивчений матеріал входить у схему починаючи з колекційної розсадника. Добре вивчений матеріал входить у схему починаючи з розсадника гібридизації.

Колекційні розплідники першого і другого года.

Вихідний матеріал висівається на метрових ярусах. Вивчення матеріалу в умовах різних термінів і фонів посіву. Технологія обробітку, облік й чужі спостереження виробляються відповідно до методичними вказівками з вивчення світової колекції пшениці. Найкращий матеріал направляють у розплідник гібридизації для залучення у схрещування із кращими сортами місцевої селекции.

Розплідник гібридизації.

Батьківські форми высеваются у трьох терміну. Перший термін за першої можливості посіву. Гібридизація проводиться шляхом кастрації і наступного примусового запилення (твел-метод).

Гібридний розплідник.

Гібридні зернівки высеваются вручну на метрових ярусах. Поруч із гібридними розміщуються і батьківські форми.

Розплідник відбору.

Посів розсадника виробляється у оптимальні терміни чистому пару. У зв’язку з тим, що дає значне розщеплення у тому розпліднику виробляється індивідуальний відбір елітних рослин переважають у всіх гібридних популяціях. Проводять учёты і яскраві спостереження по фенологии (сходи, колошение, воскова спілість) по опірності несприятливим кліматичним чинникам, опірності вилягання, елементам врожайності. Жнива проводять вручну разом із коренями в фазу восковій спілості. Після польовий і лабораторної оцінки найкращі з них залишають інші выбраковываются.

Селекційний розплідник першого року.

Посів, оцінка та відбір ліній. Посів ведеться на метрових ярусах в оптимальні для зони терміни чистому пару. З фенологических спостережень в СП1 відзначаються сходи, кущіння, колошение і воскова спілість. Проводиться оцінка на опірність листовий іржі. Весь матеріал оцінюється дуже жорстко. Для передачі у СП2 залишається трохи більше 4−5% ліній. У сильно розщеплюваних ділянках проводять індивідуальні відбори однорідних елітних растений.

Селекційний розплідник другого року.

Посів здійснюватися без повторностей в оптимальні для зони терміни. У період вегетації проводяться контролю над загальним станом рослин по сходам, в колошение і для прибиранням. Оцінюються лінії під час весняної й літньою посухи. Доцільно весь матеріал відчувати на провокаційному тлі, природному чи створюваним спеціально. Дається оцінка на стійкість до хвороб, а як і візуальна до хлібної блосі і приховано стебельным шкідників. Проводиться оцінка зерна за показниками якості. У СП2 бракується до 60−65% ліній. Другий й остаточні етап браковки йде після аналізу структури врожаю. Прибирання проводиться вручну.

Контрольний розплідник.

Термін посіву звичайний для зони. Повторностей дві-три. Кількість номерів 80−150. Стандарт висівається після десяти номерів. Окрім вищеперелічених оцінок проводиться додатково оцінка хлібопекарських властивостей і забезпечення якості зерна. Матеріал обробляється математически.

Конкурсне сортоиспытание.

Його завдання — математично достовірно порівняти нові сорти з і відібрати найкращі з комплексом позитивних моментів. Випробування проходить за пару і зерновим попередникам удвічі терміну посіву. Стандарт після десяти номерів. Учёты і яскраві спостереження проводяться по «Методиці державного сортовипробування сільськогосподарських культур».

ДОСЯГНЕННЯ СЕЛЕКЦИИ.

Селекція пшениці на імунітет успішно ведеться до НДІ сільського господарства (Краснодарському, Центрального регіону Нечорноземної зони, Південного Сходу, Сибірському, Челябінськом, Самарському), Донському селекцентре НВО «Дон », Алтайському НДІ хліборобства й селекції сільськогосподарських культур і Сибірському НДІ рослинництва і селекції. У менших установах вона, зазвичай, не проводиться.

З загальної кількості включених в Держреєстр сортів озимої пшениці (107) у високій і середній ступеня стійкі до «хвороб 58 (54%), ярої - 72 з 161 (45%).

Ураженість сортів, які стосуються групі высокоустойчивых, при штучному зараження листовыми пятнистостями повинна бути нижчою 20%, головневыми захворюваннями — менш 10%. У виробничих умовах вони вимагають фунгицидных обробок проти відповідних хвороб.

Проте таких сортів обмаль, ще менша — з груповий сталістю до кількох патогенів. Більшість характеризується середньої ступенем опірності окремих захворюваннях, що допускає поразка від 21 до 50% листовий поверхні ржавчинными захворюваннями і південь від 10 до 25% стебел — головневыми при штучному зараження чи умовах эпифитотии. За умов їх обробленні обов’язково потрібно проводити вдягання насіння ріпаку і залежно від фітосанітарного обстановки згідно з рекомендаціями служби захисту — фунгицидные обробки по вегетації.

Зараз відомі такі сорти, стійкі до листовий ржавчине:

Л 505 (пшениця м’яка ярова). Виведений до НДІ сільського господарства Південного Сходу і Акціонерному суспільстві закритого типу «Еліта Південного Сходу «методом складної гібридизації з неодноразовою відбором з гібридних популяцій рослин, стійких до бурої іржі: Саратовська 55×6 /Сонора // Л 503. Включений в Держреєстр по Нижневолжскому регіону. Среднеспелый. Стійкий до вилягання. Високо стійкий до листовий іржі (містить ефективний ген стійкості) і борошнистої росі; вищий за середній сприйнятливий до курною головне; сильно уражається твердої головешкою при штучному зараження. Толерантний до вірусним заболеваниям.

Жнива Сибіру (пшениця м’яка ярова). Виведений в СибНИИСХ Среднеранний. Високо стійкий до борошнистої росі, листовий іржі та міцної головне.

Омська 20 (пшениця м’яка ярова). Виведений в СибНИИСХ. Среднеспелый. Високо стійкий до посухи. Среднеустойчив до борошнистої росі, курною та міцної головне. Володіє високої толерантністю до листовий ржавчине.

Омська 29 (пшениця м’яка ярова). Виведений в СибНИИСХ. Среднеспелый. Высокоустойчив до курною головне і бурої іржі. Висока потенційна урожайность (3,95т/га).

Омська 30 (пшениця м’яка ярова). Виведений в СибНИИСХ в 2003 р. Среднепоздний. Высокоустойчив до курною головне, слабко сприйнятливий до борошнистої росі, має здатність стримувати розвиток листовий іржі.

Росинка 3 (пшениця м’яка ярова). Виведений в СибНИИСХ в 2004 р. Среднепоздний. Стійкіше стандарту до основним захворювань (листовий іржі, курною та міцної головне). Відрізняється досить високу стійкість до вилягання і осыпанию.

Оренбурзька 105 (пшениця м’яка озима). Стійкий до листовий іржі, головне, кореневим гнилям, є еталоном якості збіжжя у будь-які по зволоженню годы.

Приморская-40 (пшениця м’яка ярова). Перевершує стандарт Приморскую-21 по врожайності, змісту білка, клейковини. Сорт більш стійкий до осыпанию, поразці бурої листовий іржею, среднеустойчив до фузариозу колоса.

Экада 43 (пшениця м’яка ярова). Створений хід виконання програми «Экада» з участю Самарського, Пензенського, Ульяновського НИИСХ. Отримано індивідуальним відбором з гібридної популяції від схрещування номери Л42 123 своєї селекції з сортом Симбирка. Сорт стійкий з ураженням листовий іржею, курною та міцної головешкою.

Эритроспермум 59 (пшениця м’яка ярова). Створено спільно Омським державним аграрним університетом, Челябинским НИИСХ. Відрізняється хорошою польовий сталістю до «хвороб. За результатами оцінки 55 сортів ярої пшениці із Росії на опірність листовий іржі, проведеної вченими з SIMMYT, сорт був одним із п’яти не поражаемых жодній із які долають рас, що дозволило припустити наявність в Эритроспермум 59 однієї з трьох генів стійкості Lr9, Lr19 чи Lr25. Сорт має знижену сприйнятливість до борошнистої росі, менш стандартів сприйнятливий до твердою і курною головне.

Терція (пшениця м’яка ярова). Створено спільно селекціонерами Омського державного аграрного університету, ІЦіГ СВ РАН і Курганського НИИЗХ багаторазовим індивідуальним відбором з гібридної популяції, отриманої від схрещування аналогів Новосибірській 67: АНК-1 (червоний колір зерна — ген R3 від Арин ФРН) x АНК-2 (імунітет до листовий іржі - ген LrTr від донора К-54 049 з Австралії) x АНК-3 (імунітет до борошнистої росі - ген Pm4b від Соло з ФРН) x АНК-7А (жорстке опушение аркуша — донор К-26 011 від Китаю). Сорт вирізняється високою технологічністю обробітку — стійкий до вилягання, осыпанию і проростанню зерна повністю й у валках. Відрізняється хорошою засухоустойчивостью, наявністю густого опушения на листі. За якістю зерна Терція включено до список цінних пшениць. Терція — це єдина Західного Сибіру і Уралі сорт з комплексним імунітетом до листовий іржі, борошнистої росі і поражающийся листогрызущими шкідниками (пьявицей та інших.).

Нивка 2 (пшениця м’яка ярова). Виведений в Омському аграрному університеті що з Челябинским НИИСХ індивідуальним відбором з популяції, створеної гибридизацией озимої пшениці P. S 360/76 (Румунія) з ярої Иртышанка 10. Високоврожайний, засухоустойчивый сорт. Має комплексну стійкість до хвороб — листовий іржі і борошнистої росі, не уражається курною головешкою.

Соната (пшениця м’яка ярова). Сорт виведений в Омському державному аграрному університеті шляхом двухкратного індивідуального відбору з гібридної популяції, отриманої від схрещування сортів ярої пшениці Цілинна 20 і Терція. Сорт среднеспелый. Має імунітет до листовий іржі, наявністю в неї гена Lr-Тг, одержану Терції.

Чернява 13 (пшениця м’яка ярова). Створений Омському державному аграрному університеті що з НИИСХ Північного Зауралля, шляхом індивідуального відбору скоростиглого рослини з гібридної популяції F5 (АНК 17 x ОмСХИ 6) x ОмСХИ 6. Високоврожайний сорт. Має високу польову опірність курною головне і бурої іржі.

1. Гойман Еге. Інфекційні хвороби рослин, перекл. з ньому. М., 1954.

2. Вердеревский Д. Д. Імунітет рослин до інфекційних хвороб, Кишинів, 1968.

3. Горленка М. У., Рубін. Б. А. Імунітет рослин // Захист і карантин рослин, 2001. № 8. З. 16−19.

4. Єрохіна С. А. Сорти озимої і ярої пшениці, стійкі і шкідників // Агробюллетень КАРО, 2005. № 5. З. 24−30.

5. Карлів Г.І., Хрустальова Л. И., Шаденков Е. А. Трансформація каллусов пшениці методом електрофорезу в агаровом гелі // Сільськогосподарська біологія. 2005. № 10. З. 21−22.

6. Кисельова М. И., Коваленка О. Д. Перлина А.І., Куркова М. М. Вірулентність патотипов бурої іржі на лініях пшениці з генами вікової стійкості // АГРО XXI. 2004/2005. № 7−12. З. 25−29.

7. Лебедєв В.Б. Іржа пшениці // Саратовський державний аграрний університет. 1998. З. 295.

8. Мірошниченко Д., Філіппов М., Боргів З., Харченко П. Генетична трансформація російських сортів пшениці // Сільськогосподарська біологія. 2003. № 4. З. 30−34.

9. Пересыпкин У. Ф. Сільськогосподарська фітопатологія. М: «Колос », 1969. 479 С.

10. Розанов Ю. Л. Перенесення суперечка бурої іржі що за різних метеорологічних умовах і синоптичних ситуаціях // Эпифитотии сільськогосподарських культур, їх прогноз і профілактика. I. Фитопатологическое прогнозування в якості основи створення раціональних систем захисту рослин. Рб. доповідей науковій конференції. 1983. З. 51−58.

11. Семенов О. Г. Аллоцитоплазматическая пшениця. Біологічні основи селекції: Монографія. М.: Вид-во РУДН, 2000. З. 208.

12. Семенов О. Г. Вплив ядерно-цитоплазматических взаємодій на прояв адаптивних і господарським цінних ознак у пшениці // Тез. докл. Междунар. генет. конгр. М.: Наука, 1998. Ч.1. З. 434.

13. Сидоров А. В. Селекція ярої пшениці на опірність грибною хворобам // Селекція і насінництво. 2001. № 3. З. 20−23.

14. Скачкова Л. В., Дорохов Б. А. Виявлення стійких до бурої іржі і борошнистої росі зразків пшениці // Селекція і насінництво. 1981. № 3. З. 13−14.

15. Скачкова Л. В, Дорохов Б. А. Селекція озимої пшениці на опірність бурої іржі за умов Центрально-чорноземній зони // Проблеми та шляху підвищення стійкості рослин і екстремальних умов середовища у зв’язку з завданнями селекції: Тез.докл. Л., 1981. Ч. 3. З. 19.

16. Соколов М. С. Нові методи селекції: генна інженерія і клітинна селекція // Сільськогосподарська біологія. 2000. № 4. З. 17−23.

17. Сурін Н. А. Бутовська Л.К. Сорти зернових культур і багаторічних трав. Новосибірськ, 2003. З. 32.

18. Гучний В. К. Генна і хромосомная інженерія рослин // Сільськогосподарська біологія. 2004. № 7. З. 12−16.

19. Эйгес М. С., Вайсфельд Л. И., Волченко Г. А. Підвищення ефективності внутрішньовидовий гібридизації методом хімічного мутагенезу // Матеріали доповідей 1-ой Російської науково-практичній конференції «Актуальні проблеми інновацій з нетрадиційними рослинними ресурсами і шляхом створення функціональних продуктів». 2001.

20. Ячевская Г. Л., Наумов А. А. Використання методу віддаленій гібридизації в селекції пшениці. М., 1990.