ОЦЕНКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА СОРГО САХАРНОГО НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ПЫЛЬНОЙ ГОЛОВНЕ

УДК 633.174.1:632.4

Оценка исходного материала сорго сахарного на устойчивость к пыльной головне

Алабушев А.В. ¹, доктор сельскохозяйственных наук

Ковтунова Н. А.¹, кандидат сельскохозяйственных наук

Ковтунов В. В.¹, кандидат сельскохозяйственных наук

Романюкин А. Е.¹, кандидат сельскохозяйственных наук

Матвиенко Е. В.², кандидат биологических наук

¹ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской»

347740, Россия, Ростовская обл., г. Зерноград, Научный городок, д. 3

E-mail: n-beseda@mail.ru

²ФГБНУ «Поволжский НИИ селекции и семеноводства им. П. Н. Константинова»

446442, Россия, Самарская обл., г. Кинель, п. Усть-Кинельский, ул. Шоссейная, д. 76

Создание и внедрение в производство сортов с устойчивостью к болезням — один из самых экономичных и экологически безопасных путей увеличения производства зерна. В связи с этим современная селекционная работа с культурой сорго направлена на создание не только высокоурожайных сортов, но и устойчивых к болезням, в том числе к пыльной головне. Цель данной работы — провести оценку коллекционного материала сорго сахарного на устойчивость к поражению пыльной головнёй и выделить источники устойчивости для использования в селекционном процессе. Объекты исследований — 200 образцов коллекции, в том числе отечественные образцы, созданные в различных научных учреждениях (АНЦ «Донской», Поволжский НИИСС и др.) и зарубежные образцы, предоставленные ФИЦ «ВИГРР им. Н. И. Вавилова». Погодные условия вегетационных периодов 2016‒2017 годов способствовали естественному проявлению пыльной головни на растениях сорго сахарного, что позволило провести оценку образцов на устойчивость к данной болезни. Максимальное поражение восприимчивых образцов достигало 5 баллов. В коллекции выявлено 23,0%, или 46 образцов, с высокой устойчивостью к пыльной головне, 26,0%, или 52 образца, с практической устойчивостью (поражение растений у них составляло до 5%). Наибольшей устойчивостью к данному патогену обладали формы из США, Индии, стран Восточной Европы. В ходе работы выделено 46 образцов с высокой устойчивостью к данному патогену, в том числе 28 образцов из России. Выделены образцы, являющиеся источниками высокой устойчивости к пыльной головне и отвечающие требованиям, предъявляемым к родительским формам для гибридизации: раннеспелостью, среднерослостью. Образцы Зерноградское 1/1339, Сахарное 20, Редколистное 1366/1, Капитал, К-179/3, К-918, К-1800/1, К-4573 также являются ценными по продуктивности, так как при более коротком вегетационном периоде имеют площадь листовой поверхности и количество листьев на уровне стандарта.Ключевые слова: сорго, коллекция, образец, поражение, пыльная головня.

Создание и внедрение в производство сортов с устойчивостью к болезням — один из самых экономичных и экологически безопасных путей увеличения производства и заготовки зерна (Сурков и др., 2007; Дорошенко, Шишкин и др., 2017). Так, потери сельскохозяйственной продукции от поражения различными болезнями в отдельные годы могут достигать 80%. У сорго ощутимое снижение урожайности зерна вызывают инфекционные болезни, в том числе пыльная головня (Гурский, Землянов, 2012; Каплин, Матвиенко, 2014). Возбудитель пыльной головни сорго — гриб Sorosporium reillianum Мс. Alp. f. Sorghi Geschele. Признаки поражения: вздутия на метёлках, покрытые белой или розовой оболочкой, которая позже превращается в чёрную пылящую массу. После освобождения спор на месте метёлки остаются волокна — остатки проводящей системы (Кривченко, Хохлова, 2008). Заболеванию присущ полиморфизм симптомов: кроме разрушения соцветий оно может проявляться в форме израстания цветков, розеточности листьев, поражения стеблей и листовых пластинок (рис. 1).

Рис. 1. Поражение растений сорго сахарного пыльной головнёй

Поражённые растения отстают в росте, сильно ветвятся. Распространяется пыльная головня с семенами и через почву (Силаев, Костина и др., 2005; Рыжова, 1989). Согласно исследованиям А. И. Силаева (2004; 2005а) недобор зерна сорго в результате поражения головнёй может достигать 80%, зелёной массы — 30%. Поражение пыльной головнёй не только снижает продуктивность, но и значительно ухудшает биохимические показатели зелёной массы: уменьшается содержание сырого протеина, жира, клетчатки, БЭВ (Силаев, 2004; 2005б).

В связи с этим современная селекционная работа направлена на создание не только высокоурожайных сортов, но и устойчивых к болезням, в том числе к пыльной головне. Внедрение в производство таких сортов и гибридов позволит сократить расходы на различные способы защиты от инфицирования растений. Использование методов гибридизации на фертильной основе позволяет создавать сорта, отвечающие данным требованиям (Матвиенко, 2017). Поэтому выделение источников устойчивости к головнёвым болезням является актуальным направлением в селекции сорго. Цель данной работы — провести оценку коллекционного материала сорго сахарного на устойчивость к поражению пыльной головнёй и выделить источники устойчивости для использования в селекционном процессе.

Методика исследований. Объекты исследований — 200 образцов коллекции, в том числе отечественные образцы (106 шт.), созданные в различных научных учреждениях (АНЦ «Донской», Ставропольский НИИСХ, Башкирский НИИСХ, НИИСХ Юго-Востока и др.), и зарубежные образцы, предоставленные ФИЦ «ВИГРР им. Н. И. Вавилова» (94 шт.), которые по происхождению условно были разделены на десять групп:

США — 30 образцов;

Австралия — 11 образцов;

Индия — 3 образца;

страны Ближнего и Дальнего Востока (Китай, Палестина) — 7 образцов;

страны Восточной Европы (Украина, Болгария) — 9 образцов;

страны Центральной и Западной Европы (Сербия, Венгрия, Германия) — 14 образцов;

страны Южной Америки (Бразилия, Аргентина) — 6 образцов;

страны Центральной Америки (Гватемала, Мексика) — 6 образцов;

страны Южной Африки (Мозамбик, ЮАР) — 4 образца;

страны Северной Африки (Марокко, Судан) — 4 образца.

Исследования проводились на опытном участке ФГБНУ АНЦ «Донской» в Ростовской области в 2016‒2017 годах в соответствии с «Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур» (1985) и «Методикой полевого опыта» Б. А. Доспехова (1985).

Посев проводился широкорядным способом в I декаде мая с нормой высева 200 тыс. всхожих семян на 1 га. Образцы высевались на однорядковых делянках площадью 7 м²_, через каждые 10 номеров размещали стандартный сорт сорго сахарного Зерноградский янтарь. Поражение растений сорго пыльной головнёй определяли в фазу молочно-восковой спелости согласно балльной шкале:

0 баллов — высокая устойчивость, поражение отсутствует;

1 балл — практическая устойчивость, поражение не превышает 5%;

2 балла — слабая восприимчивость, поражение не превышает 20%;

3 балла — средняя восприимчивость, поражение не превышает 40%;

5 баллов — сильная восприимчивость, поражение более 40% (Кривченко, Хохлова, 2008).

Статистический анализ полученных данных проведён с использованием программы Statistica 10.0.

Результаты исследований. Погодные условия вегетационных периодов 2016 и 2017 годов способствовали естественному проявлению пыльной головни на растениях сорго сахарного, что позволило провести оценку образцов на устойчивость к данной болезни. Максимальное поражение восприимчивых образцов достигало 5 баллов. Стандартный сорт Зерноградский янтарь имел поражение 2 балла.

В коллекции выявлено 23,0%, или 46 образцов, с высокой устойчивостью к пыльной головне (поражение отсутствовало), 26,0%, или 52 образца, с практической устойчивостью (поражение растений у них составляло до 5%), 10,0%, или 20 образцов, с сильной восприимчивостью, остальные имели слабую и среднюю восприимчивость (рис. 2).

Рис. 2. Распределение образцов коллекции сорго сахарного по устойчивости к пыльной головне (2016‒2017 гг.)

Анализ поражения образцов пыльной головнёй в зависимости от происхождения показал, что наибольшей устойчивостью обладали формы из США, Индии, стран Восточной Европы: у них среднегрупповые значения (медиана) находились на отметке 1 балл (поражено до 5% растений). Наибольший размах варьирования по данному показателю наблюдался в группе образцов из России, США, Восточной Европы, Южной Америки (поражение от 0 до 5 баллов). Наибольшая однородность отмечена у форм из Южной и Северной Африки: 25‒75% всех образцов имели поражение в пределах 2 баллов (рис. 3).

1. Российская Федерация 2. Австралия 3. США 4. Индия 5. Восточная Европа 6. Западная и Центральная Европа 7. Центральная Америка 8. Южная Америка 9. Дальний и Ближний Восток 10. Южная Африка 11. Северная Африка

Рис. 3. Поражение пыльной головнёй образцов коллекции сорго сахарного в зависимости от происхождения (2016‒2017 гг.)

Устойчивость к пыльной головне носит промежуточный и доминантный характер (Пурдик, 1991), поэтому использование резистентных образцов коллекции в селекционной программе позволит создать новые, устойчивые к поражению пыльной головнёй сорта и гибриды сорго.

В ходе работы выделено 46 образцов с высокой устойчивостью к данному патогену, в том числе:

28 образцов из России (Саратовское 90, Капитал, Ярик, Алга, К-10847 и др., а также образцы селекции АНЦ «Донской»: Зерноградское 1/13, Северное 1634/2, Тополёк 1096/6, КС-388/44);

8 образцов из США (К-1660, К-179/3, К-229/1, К-576, К-275 и др.);

3 образца из Австралии (К-1437/2, К-1802, К-1800/1);

2 образца из стран Восточной Европы (Сахарное 7 и К-1583 (Украина));

по 1 образцу из Индии (К-918), стран Ближнего и Дальнего Востока (К-813/3 (Китай)), Центральной и Западной Европы (К-4573 (Сербия)), Южной и Центральной Америки (К-3055 (Бразилия) и К-3434 (Гватемала)) (рис. 4).

Рис. 4. Распределение образцов с высокой устойчивостью по происхождению (2016‒2017 гг.)

Для использования устойчивых образцов в качестве родительских форм для гибридизации они должны иметь продолжительность вегетационного периода до 110 дней. Применение форм с более продолжительным периодом вегетации приведёт к тому, что у родительских форм фаза цветения не совпадёт, и гибридизация будет невозможна.

В табл. 1 приведены образцы — источники высокой устойчивости к пыльной головне, отвечающие требованиям, предъявляемым к родительским формам для гибридизации: раннеспелостью (вегетационный период — 92‒103 дня), среднерослостью (высота растений — 174‒200 см). Площадь листовой поверхности является маркерным признаком высокой урожайности зелёной массы у сорго сахарного (Алабушев, Ковтунова и др., 2017; Романюкин, Шишова и др., 2017). Некоторые образцы при более коротком вегетационном периоде имеют площадь листовой поверхности и количество листьев на уровне стандарта (Зерноградское 1/1339, Сахарное 20, Редколистное 1366/1, Капитал, К-179/3, К-918, К-1800/1, К-4573). Поэтому можно сказать, что данные образцы также являются ценными по продуктивности.

1. Характеристика образцов сорго сахарного с высокой устойчивостью к пыльной головне (2016‒2017 гг.)

Заключение. В коллекции выявлено 23,0%, или 46 образцов, с высокой устойчивостью к пыльной головне, 26,0%, или 52 образца, с практической устойчивостью (поражение растений у них составляло до 5%).

Наибольшей устойчивостью к данному патогену обладали формы из США, Индии, стран Восточной Европы. Наибольший размах варьирования данного показателя наблюдался в группе образцов из России, США, Восточной Европы, Южной Америки (поражение от 0 до 5 баллов).

В ходе работы выделено 46 образцов с высокой устойчивостью к данному патогену, в том числе 28 образцов из России.

Выделены образцы — источники высокой устойчивости к пыльной головне, отвечающие требованиям, предъявляемым к родительским формам для гибридизации: раннеспелостью, среднерослостью. Образцы Зерноградское 1/1339, Сахарное 20, Редколистное 1366/1, Капитал, К-179/3, К-918, К-1800/1, К-4573 являются также ценными по продуктивности, так как при более коротком вегетационном периоде имеют площадь листовой поверхности и количество листьев на уровне стандарта.

Литература

Селекция проса в Центрально-Чернозёмном селекцентре / Ю. С. Сурков, А. Ю. Сурков, Ю. С. Суркова, В. И.. Аверьянова // Селекция и семеноводство полевых культур: юбилейный сборник научных трудов. Ч. 1. — Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2007. — С.34‒37.

Дорошенко Э. С. Оценка устойчивости селекционного материала ячменя к листовым болезням в условиях Ростовской области / Э. С. Дорошенко, Н. В. Шишкин, О. С. Павленко // В сб.: Эпидемии болезней: мониторинг, прогноз, контроль. — Большие Вязёмы: Изд-во ФГБНУ «ВНИИ фитопатологии», 2017. — С.405‒411.

Гурский Н. Г. Защита сорго сахарного от болезней / Н. Г. Гурский, В. А. Землянов // Защита и карантин растений. — 2012. — № 2. — С.51‒52.

Каплин В. Г. Болезни сорго и обоснование предпосевной обработки семян в борьбе с ними в лесостепи Самарской области: монография / В. Г. Каплин, Е. В. Матвиенко. — Кинель: РИЦ СГХА, 2014. — 110 с.

Кривченко В. И. Головнёвые болезни зерновых культур // Изучение генетических ресурсов зерновых культур по устойчивости к вредным организмам: методическое пособие / В. И. Кривченко, А. П. Хохлова. — Москва: Россельхозакадемия, 2008. — С.32‒85.

Силаев А. И. Рекомендации по защите сорго от головнёвых болезней в Поволжье / А. И. Силаев, Г. И. Костина, А. Г. Ишин. — Саратов‒С.-Петербург: ВИЗР, 2005. — 12 с.

Рыжова Н. Н. Виды головни сорго на Северном Кавказе и обоснование мер борьбы с ними: автореф. дисс. … канд. биол. наук. — Москва, 1989. — 20 с.

Силаев А. И. Концепция адаптивной защиты сорго от головнёвых болезней в Поволжье / А. И. Силаев // Агро XXI. — 2004/2005а. — № 1‒6. — С.10‒13.

Силаев А. И. Влияние головнёвой инфекции на биохимические показатели больных и здоровых растений сорго и питательную ценность вегетативной массы / А. И. Силаев // Агро XXI. — 2004/2005б. — № 1‒6. — С.8‒10.

Матвиенко Е. В. Оценка селекционного материала сорго зернового к различным болезням для засушливых условий среднего Поволжья / Е. В. Матвиенко // АгроЭкоИнфо. — 2017. — № 4. — С.19.

Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 2. — М.: Колос, 1985. — 263 с.

Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. — М.: Агропроизд., 1985. — 351 с.

Пурдик Н. П. Устойчивость сорго к возбудителям головнёвых болезней и создание аналогов на этот признак: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. — С.-Петербург, 1991. — 19 с.

Основные факторы повышения урожайности и качества зелёной массы сорго / А. В. Алабушев, Н. А. Ковтунова, А. Е. Романюкин, С. И. Горпиниченко, Г. М. Ермолина // Успехи современного естествознания. — 2017. — № 6. — С.50‒55.

Урожайность и качество зелёной массы сортов сахарного сорго в АНЦ «Донской» / А. Е. Романюкин, Е. А. Шишова, Г. М. Ермолина, С. И. Горпиниченко // Роль современной селекции и агротехники в мерах борьбы с засухой: материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 140-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ П. Н. Константинова (11‒13 июля 2017 г., г. Кинель, Самарская обл.). — Казань: Издательство «Бук», 2017. — С.47‒52.

Evaluation of sweet sorghum resistance to head smut

Alabushev A. V. ¹, Dr. Agr. Sc.

Kovtunova N. A.¹, PhD Agr. Sc.

Kovtunov V. V.¹, PhD Agr. Sc.

Romanyukin A. E.¹, PhD Agr. Sc.

Matvienko E. V.², PhD Biol. Sc.

¹Agrarian Research Center “Donskoy”

347740, Russia, the Rostov region, Zernograd, Science Town, 3

E-mail: n-beseda@mail.ru

²Volga Research Institute of Plant Breeding and Seed Science n. a. P. N. Konstantinov

446442, Russia, the Samara region, Kinel, poselok Ust-Kinelskiy (village), Shosseynaya str., 76

Development and introduction of disease-resistant varieties are economically effective and ecologically safe to increase grain production. Therefore modern sorghum breeding aims at obtaining of both high-productive and disease-resistant varieties, including tolerance to head smut. The investigation was done to evaluate the resistance of the sweet sorghum collection to head smut and determine sources of resistance to be used in plant breeding. 200 varieties and lines of domestic and foreign genotypes performed as objects of study. Weather conditions in 2016‒2017 were favorable for natural head smut infection, enabling resistance tests to the disease. The highest infection level scored 5. 23.0% or 46 genotypes showed high tolerance to head smut and 26.0% or 52 genotypes had up to 5% of infection in the collection. Genotypes from the USA, India and Eastern Europe were the most tolerant to the disease. Experiments determined 46 highly resistant genotypes, including 28 varieties and lines from Russia. Early season medium-stem parental materials were selected as sources of high resistance to head smut for hybridization. “Zernogradskoe 1/1339”, “Sakharnoe 20”, “Redkolistnoe 1366/1”, “Kapital”, K-179/3, K-918, K-1800/1, K-4573 are valuable genotypes, regarding their productivity, since they have standard leaf surface area and number under shorter growing season.

Keywords: sorghum, collection, variety, line, infection, head smut.

References

1. Selektsiya prosa v Tsentralno-Chernozemnom selektsentre / Yu. S. Surkov, A. Yu. Surkov, Yu. S. Surkova, V. I.. Averyanova // Selektsiya i semenovodstvo polevykh kultur: yubileynyy sbornik nauchnykh trudov. Ch. 1. — Voronezh: FGOU VPO VGAU, 2007. — P.34‒37.

2. Doroshenko E. S. Otsenka ustoychivosti selektsionnogo materiala yachmenya k listovym boleznyam v usloviyakh Rostovskoy oblasti / E. S. Doroshenko, N. V. Shishkin, O. S. Pavlenko // V sb.: Epidemii bolezney: monitoring, prognoz, kontrol. — Bolshie Vyazemy: Izd-vo FGBNU “VNII fitopatologii”, 2017. — P.405‒411.

3. Gurskiy N. G. Zashchita sorgo sakharnogo ot bolezney / N. G. Gurskiy, V. A. Zemlyanov // Zashchita i karantin rasteniy. — 2012. — No. 2. — P.51‒52.

4. Kaplin V. G. Bolezni sorgo i obosnovanie predposevnoy obrabotki semyan v borbe s nimi v lesostepi Samarskoy oblasti: monografiya / V. G. Kaplin, E. V. Matvienko. — Kinel: RITs SGKhA, 2014. — 110 p.

5. Krivchenko V. I. Golovnevye bolezni zernovykh kultur // Izuchenie geneticheskikh resursov zernovykh kultur po ustoychivosti k vrednym organizmam: metodicheskoe posobie / V. I. Krivchenko, A. P. Khokhlova. — Moscow: Rosselkhozakademiya, 2008. — P.32‒85.

6. Silaev A. I. Rekomendatsii po zashchite sorgo ot golovnevykh bolezney v Povolzhe / A. I. Silaev, G. I. Kostina, A. G. Ishin. — Saratov‒St. Petersburg: VIZR, 2005. — 12 p.

7. Ryzhova N. N. Vidy golovni sorgo na Severnom Kavkaze i obosnovanie mer borby s nimi: avtoref. diss. … kand. biol. nauk. — Moscow, 1989. — 20 p.

8. Silaev A. I. Kontseptsiya adaptivnoy zashchity sorgo ot golovnevykh bolezney v Povolzhe / A. I. Silaev // Agro XXI. — 2004/2005a. — No. 1‒6. — P.10‒13.

9. Silaev A. I. Vliyanie golovnevoy infektsii na biokhimicheskie pokazateli bolnykh i zdorovykh rasteniy sorgo i pitatelnuyu tsennost vegetativnoy massy / A. I. Silaev // Agro XXI. — 2004/2005b. — No. 1‒6. — P.8‒10.

10. Matvienko E. V. Otsenka selektsionnogo materiala sorgo zernovogo k razlichnym boleznyam dlya zasushlivykh usloviy srednego Povolzhya / E. V. Matvienko // AgroEkoInfo. — 2017. — No. 4. — P.19.

11. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya selskokhozyaystvennykh kultur. Ed. 2. — Moscow: Kolos, 1985. — 263 p.

12. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta / B. A. Dospekhov. — Moscow: Agroproizd., 1985. — 351 p.

13. Purdik N. P. Ustoychivost sorgo k vozbuditelyam golovnevykh bolezney i sozdanie analogov na etot priznak: avtoref. dis. … kand. s.-kh. nauk. — St. Petersburg, 1991. — 19 p.

14. Osnovnye faktory povysheniya urozhaynosti i kachestva zelenoy massy sorgo / A. V. Alabushev, N. A. Kovtunova, A. E. Romanyukin, S. I. Gorpinichenko, G. M. Ermolina // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. — 2017. — No. 6. — P.50‒55.

15. Urozhaynost i kachestvo zelenoy massy sortov sakharnogo sorgo v ANTs “Donskoy” / A. E. Romanyukin, E. A. Shishova, G. M. Ermolina, S. I. Gorpinichenko // Rol sovremennoy selektsii i agrotekhniki v merakh borby s zasukhoy: materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy 140-letiyu so dnya rozhdeniya akademika VASKhNIL P. N. Konstantinova (11‒13 iyulya 2017 g., g. Kinel, Samarskaya obl.). — Kazan: Izdatelstvo “Buk”, 2017. — P.47‒52.