Селекция на устойчивость к фитопатогенам
Селекция растений на устойчивость к болезням — сложный, многоступенчатый и беспрерывный процесс. Создаваемые сорта и гибриды сельскохозяйственных культур должны также обладать хорошим качеством продукции, высокой урожайностью и другими ценными показателями.
Устойчивость к болезням должна быть относительно стабильной и обеспечивать защиту сортов и гибридов на период возделывания их в производстве. Многие исследователи считают, что длительно сохраняющейся и стабильной может быть как олигогенная вертикальная, так и полигенная горизонтальная устойчивость. Такой устойчивостью, обусловленной «большими» генами и направленной против определенных групп патогенов, могут обладать конвергентные сорта. Для создания конвергентных сортов наибольшую ценность имеют гены устойчивости с широким спектром действия. Более длительно устойчивыми могут быть также сорта, сочетающие вертикальную устойчивость с горизонтальной, т.е. многобарьерные сорта.
Одним из вариантов эффективного использования генов расоспецифической устойчивости является создание мультилинейных сортов. Такие сорта состоят из фенотипически сходных линий, несущих различные гены устойчивости. Они поддерживают стабильность рас в популяциях паразита, снижают скорость нарастания инфекции, т.е. моделируют процессы, происходящие в природных популяциях. В случае поражения какой-то линии, она может быть заменена другой. Такие сорта можно легко модифицировать. Болезнь на них развивается как на сортах с горизонтальной устойчивостью. Эффективность определенного типа устойчивости при создании стабильноустойчивых сортов и гибридов пшеницы зависит от того, против какого возбудителя болезни она направлена, какова скорость его изменчивости, образования вирулентных патотипов и распространения инфекции. Она также зависит от силы и продолжительности эпифитотии, условий окружающей среды и других факторов.
Большинство селекционеров и фитопатологов выступают за генетическое разнообразие и против генетической узости сортов. Уязвимость сортов, частые вспышки массовых эпифитотий являются следствием генетической однородности сортов и использования в селекции одних и тех же или ограниченного числа генов устойчивости [Кривченко, 1981].
Выбор метода селекции определяется поставленными задачами, имеющимися в распоряжении селекционеров и фитопатологов материально-технической базы и другими условиями.
В настоящее время при селекции растений на устойчивость к болезням используются методы гибридизации, мутагенеза и отбора. Селекционерами используются простые и сложные, внутривидовые, межвидовые, отдаленные скрещивания, химические и физические мутагены. Отборы устойчивых генотипов растений проводятся на фонах естественных и искусственных эпифитотий в обычных селекционных посевах и специальных полевых питомниках, в условиях закрытого грунта (теплицы, оранжереи, климатические камеры) и лабораторий [Гешеле, 1978; Бабаянц 2001].
При простых скрещиваниях возможно получение устойчивых генотипов и, даже, трансгрессий устойчивости за счет взаимодействия генов родительских форм. Однако селекционерами чаще всего используются полные и неполные беккроссы, ступенчатые, конвергентные и другие виды сложных скрещиваний. Это связано со следующими причинами. Чем больше признаков и свойств прорабатывается селекционером, тем сложнее программа гибридизации. Часто устойчивость к болезням сцеплена с рядом отрицательных признаков и свойств и наследуется с ними. Или у гибридов вместе с устойчивостью наблюдается промежуточное наследование других основных признаков и свойств. Это вызывает необходимость повторных скрещиваний промежуточных форм с хозяйственно ценными. Такое чаще всего наблюдается в том случае, когда в качестве доноров устойчивости используются недостаточно отработанные формы от межвидовой и межродовой гибридизации. Некоторые из таких форм могут нести даже признаки исходных дикарей.
Сложная гибридизация используется при селекции на групповую или комплексную устойчивость к болезням и вредителям. Методом беккроссов можно создать устойчивые к болезням аналоги поражаемых сортов или близких к ним линий. Он является основным методом селекции на расоспецифическую устойчивость. Однако гены могут обладать различной способностью передавать устойчивость при многократных скрещиваниях с восприимчивым сортом [Смирнова и др., 1977]. В некоторых случаях при беккроссах и других повторных скрещиваниях с восприимчивыми сортами, когда гены устойчивости наследуются независимо друг от друга, селекционеры отбирают формы с меньшей или обедненной устойчивостью. Такие формы обладают меньшим числом генов устойчивости, но в некоторых более удачно могут сочетаться другие ценные признаки и свойства. Если донор обладает многими несцепленными в блоки малыми генами, то при беккроссах устойчивость обусловленная ими распадается.
У самоопыляющихся культур при ступенчатых скрещиваниях (прерывистые, беспрерывные) представляется возможность решения нескольких задач. Возможно объединение в одном генотипе устойчивости всех участвующих в гибридизации родительских форм к одной или нескольким болезням. Можно получить новую устойчивость или ее трансгрессию за счет полимерного, аддитивного, комплементарного и других взаимодействий генов и действия генов модификаторов.
При селекции многобарьерных и конвергентных сортов, обладающих различными типами устойчивости, действие малых генов может быть маскировано действием больших генов устойчивости. В этом случае необходимо иметь вирулентные к большим генам расы-биотипы-патотипы, на фоне которых можно выявить действие других генов. Если таких патотипов не имеется, то в процессе селекции можно потерять устойчивость обусловленную малыми генами. Этот случай был назван Ван дер Планком (1966) «эффектом Вертифолии». Аналогичная необходимость в вирулентных к различным генам устойчивости «тестирующих» расах возникает при конвергентной селекции. При отсутствии таковых можно использовать различные маркеры генов устойчивости [Попереля, Бабаянц, 1978]. Для определения числа генов устойчивости в селектируемых линиях можно пользоваться методом гибридологического анализа.
При селекции перекрестноопыляющихся культур на устойчивость к болезням селекционеры широко применяют инбридинг или рекуррентную селекцию. Последняя состоит из чередующихся инбридингов и аутбридингов. Эти методы позволяют сконцентрировать в линиях и гибридах гены как с аддитивным, так и с неаддитивным эффектом. Возможны и другие типы скрещиваний (беккросс, синтетические и др.).
Дикие сородичи культурных растений являются источниками устойчивости растений ко многим болезням. В научной литературе имеются многочисленные примеры успешного переноса с помощью отдаленной гибридизации устойчивости к заболеваниям от отдельных видов в большинство сельскохозяйственных культур.
Значимость отдаленной гибридизации при селекции на иммунитет возрастает, т.к. с каждым годом все острее возникает потребность в новых эффективных генах устойчивости. Возможности ее значительно повысились в связи с унификацией и разработкой методов преодоления нескрещиваемости, использованием для этих целей культуры клеток и тканей и других достижений.
При селекции на устойчивость к болезням применяются массовый и индивидуальный отборы. Они могут применяться как самостоятельно, так и чередоваться с гибридизацией и другими методами. В этих случаях индивидуальный отбор (метод Педигри) является основным.
Оценка по устойчивости к болезням и вредителям
В борьбе с различными болезнями и вредителями растений огромная роль принадлежит не только агротехническим и химическим средствам, но и селекции.
Устойчивость растений к заболеваниям связана со сложной системой их морфо-физиологических особенностей. Они могут не поражаться, если их фенофазы и цикл развития патогена, не совпадают. Устойчивость или слабая поражаемость может быть обусловлена анатомическими особенностями строения листа, стебля, цветка, физиологическими и биохимическими свойствами растений.
Для оценки селекционного материала на устойчивость используют данные естественного заражения и проводят специальные испытания с искусственным внесением инфекции на инфекционных и провокационных фонах, которые организуются на изолированных участках, в теплицах, оранжереях, в вегетационных домиках, где можно создавать оптимальные условия для быстрого и надежного заражения растений, грибами, бактериями и вирусами. Оценка устойчивости растений к болезням проводится в процентах или в баллах.
У насекомых повреждающих культурные растения специализация выражена значительно слабее, чем у грибов, бактерий и вирусов.
Они могут повреждать все формы определенного вида, а порой все виды данного рода растений. (примеры – клоп – черепашки, саранча).
Сорта и формы растений не повреждаемые вредителями, или обладающие способностью восстанавливать рост поврежденных органов и тканей называются устойчивыми.
Различия по степени повреждения разных сортов с/х культур обуславливаются следующими особенностями:
— анатомо-морфологическими. Отдельные органы и ткани имеют такое строение, которое препятствует проникновению насекомого к месту питания или вообще повреждению их. (опушение, восковой налет, форма листа, наличие химических веществ отпугивающих насекомых, выполненная соломина).
— физиологическими. Различия в сроках фенофаз различных сортов и насекомых (пшеница – ранние сроки фазы всходы-кущение позволяют уйти от заражения шведской мухой).
— способностью сортов восстанавливать или компенсировать рост поврежденных насекомыми органов и тканей. (некоторые сорта пшеницы образовывают вторичные побеги кущения при повреждении растений личинками шведской мухи).
— биохимического состава тканей и органов растений (картофель — в листьях которого содержится алкалоид демиссин не повреждается колорадским жуком).
Для оценки устойчивости сортов к вредителям применяют полевые и лабораторно-полевые методы.
Методы заражения можно сгруппировать в следующие группы:
1) заражение через почву – применяют для обитающих в почве патогенов (корневые гнили)
2) заражение семян – применяют при оценке к головне (пшеница, ячмень, кукуруза)
3) заражение листьев – используют при оценке устойчивости к ржавчине, мучнистой росе и некоторым вирусным и бактериальным болезням — заражение или сухими спорами или суспензией
4) заражение через цветок – при оценке устойчивости к пыльной головне, спорынье ржи.
Степень устойчивости сортов определяют путем подсчета среднего числа пораженных растений или количества вредных насекомых, приходящихся на единицу площади (1м 2 ) – для болезней общего типа – пыльная головня, увядание. Если речь идет о листовых болезнях, которые поражают все листья, но в разной степени, то учет ведут % площади листа, которая поражена по специальным шкалам.
В селекции используют и лабораторные методы оценки (заразиха подсолнечника, ложно-мучнистая роса).
Оценка на пригодность к механизированному возделыванию
Полегание бывает стеблевое и прикорневое.
Стеблевое – наклон стебля происходит по длине нижнего междоузлия.
Прикорневое – у самого основания стебля.
Устойчивые и неустойчивые сорта и линии отличаются между собой по анатомическому строению.
Устойчивые – имеют более мощную склеренхимную ткань, большую толщину междоузлий. Первые два междоузлия укороченные. Корни расположены радиально, более толстые и прочные. Хорошо развита вторичная корневая система.
Устойчивость к полеганию оценивают по 5 и 9-ти бальной системе (5 и 9 отсутствует полегание, 1 – механизированная уборка невозможна).
Осыпание – приводит к большим потерям урожая.
У пшеницы осыпание связано со строением колосковых чешуй.
Устойчивые сорта имеют жесткие грибы, чешуи с широким основанием в листе их прикрепления к стержню колоса, киль и жилкование у них выражены более резко. Сорта по этим признакам отличаются четко.
Твердые пшеницы осыпаются значительно меньше мягких.
Наиболее распространенный метод оценки сортов к осыпанию – оценка их при перестое на корню.
Селекция на устойчивость к болезням и вредителям сельскохозяйственных растений
Наиболее опасные болезни пшеницы — различные виды ржавчины. Особенно вредоносна бурая листовая ржавчина, которая в годы массового ее распространения резко, иногда в 1,5—2 раза, снижает урожай пшеницы. Создать сорта, устойчивые к ржавчине, очень трудно. Селекционерам неоднократно удавалось вывести такие сорта, но они быстро теряли эту устойчивость- К тому же работа в значительной мере осложнялась и тем, что сорт, устойчивый к одной или даже нескольким расам ржавчины, оставался восприимчивым к другим.
Основные методы в селекции на устойчивость к ржавчине — внутривидовая и отдаленная гибридизация. На большие возможности этого метода указывает создание на основе скрещивания географически отдаленных форм высокоустойчивого ко всем трем видам ржавчины (листовой, стеблевой и желтой) сорта Безостая ( Среди мировой коллекции имеется несколько образцов,обладающих полным иммунитетом ко всем видам и расам ржавчины, Использование их в скрещиваниях и выращивание полученных гибридов в различных условиях при искусственном заражении посевов — один из главных путей создания ржавчиноустойчивых сортов.
К числу очень важных задач селекции относится выведение сортов яровой пшеницы и ячменя, устойчивых к головне, особенно к пыльной. Применяемое для борьбы с ней термическое протравливание семян — прием очень сложный и трудоемкий, а химические препараты недостаточно эффективны. Опыт работы селекционеров НИИСХ Юго-Востока показал, что путем гибридизации можно создавать устойчивые к пыльной головне сорта яровой пшеницы: в результате скрещивания сорта Лютесценс 62 с канадским сортом Китченер были получены практически устойчивые к пыльной головне сорта Лютесценс 758 и Саратовская 33.
Таким образом, используя внутривидовую и отдаленную гибридизацию, а также отбор из образцов мировой коллекции и дикорастущих форм, создают сорта, устойчивые к наиболее опасным вредителям различных полевых культур [3] .
Селекция на высокое качество продукции сельскохозяйственных культур
Создание сортов, дающих продукцию высокого качества, — одна из важнейших задач селекции. Новые сорта пшеницы должны иметь зерно с высоким содержанием белка и клейковины. Особенно ценятся сорта мягкой пшеницы, которые при высоком содержании этих веществ имеют и высококачественную (прочную и эластичную) клейковину. Сорта пшеницы, в зерне которых содержится не менее 28% клейковины и 14% протеина, называются сильными. Из их муки выпекается самый лучший хлеб. Мука сильных сортов, добавленная даже в небольшом количестве к муке обычных сортов, улучшает качество хлеба. Поэтому сорта сильной пшеницы называются сортами-улучшителями.
Источник https://vuzlit.com/2205782/selektsiya_ustoychivost_fitopatogenam
Источник https://studopedia.ru/22_65652_otsenka-po-ustoychivosti-k-boleznyam-i-vreditelyam.html
Источник https://studwood.net/721682/agropromyshlennost/selektsiya_ustoychivost_boleznyam_vreditelyam_selskohozyaystvennyh_rasteniy
