Устойчивость к засухе интрогрессивных линий яровой мягкой пшеницы с генетическим материалом пырея удлиненного

   Актуальность. Для создания засухоустойчивых сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) актуально использование генофондов родственных злаков, включая пырей удлиненный Thinopyrum ponticum (Podpěra) Z.-W. Liu & R.-C. Wang (= Agropyron elongatum (Host) P. Beauv.).

   Материалы и методы. Интрогрессивные линии яровой мягкой пшеницы с генетическим материалом T. ponticum и сорта-стандарты были изучены в полевых условиях в южной лесостепи Западной Сибири (г. Омск) по стандартным методам. Расчет показателей экологической пластичности образцов по продуктивности и элементам структуры урожая был проведен по методике S. A. Eberhart and W. A. Russell. В период исследований в регионе были отмечены длительная засуха в 2012 г., а также нерегулярные жесткие засухи в 2013, 2014 и 2017 гг.

   Результаты. Анализ экологической пластичности адаптированных к условиям региона стандартов показал, что сорт ‘Памяти Азиева’ соответствовал экстенсивному типу, а сорта ‘Дуэт’ и ‘Эритроспермум 59’ – интенсивному. В условиях засухи продуктивность сорта ‘Памяти Азиева’ определялась стабильным формированием числа продуктивных стеблей, числа зерен и массы зерна главного колоса, но отмечена пластичность по массе 1000 зерен. Сорта ‘Дуэт’ и ‘Эритроспермум 59’ проявили экологическую пластичность за счет усиления развития двух-трех элементов структуры урожая. Интрогрессивные линии в засушливые годы превосходили сорта-стандарты по продуктивности в 1,1–2,2 раза. Пять линий были схожи с сортом ‘Памяти Азиева’ по показателям пластичности и стабильности. В условиях засухи у них отмечено высокое и стабильное формирование трех или четырех элементов структуры урожая. Остальные линии интенсивного типа формировали урожай за счет компенсаторного развития трех элементов структуры урожая (в разных сочетаниях) при наступлении благоприятных условий.

   Заключение. Интрогрессивные линии с генетическим материалом T. ponticum перспективны для создания резистентных к засухе сортов яровой мягкой пшеницы с различными адаптационными механизмами.

1. Baker L., Grewal S., Yang C.Y., Hubbart-Edwards S., Scholefield D., Ashling S., et al. Exploiting the genome of Thinopyrum elongatum to expand the gene pool of hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics. 2020;133(7):2213-2226. DOI: 10.1007/s00122-020-03591-3

2. Белан И.А., Россеева Л.П., Блохина Н.П., Григорьев Ю.П., Мухинa Я.В., Трубачеева Н.В. и др. Ресурсный потенциал сортов пшеницы мягкой яровой для условий Западной Сибири и Омской области (аналитический обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(4):449-465. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.4.449-465

3. Ceoloni C., Kuzmanović L., Forte P., Gennaro A., Bitti A. Targeted exploitation of gene pools of alien Triticeae species for sustainable and multi-faceted improvement of the durum wheat crop. Crop Pasture Science. 2014;65(1):96-111. DOI: 10.1071/CP13335

4. Chen Q., Conner R.L., Laroche A., Thomas J.B. Genome analysis of Thinopyrum intermedium and Thinopyrum ponticum using genomic in situ hybridization. Genome. 1998;41(4):580-586. DOI: 10.1139/G98-055

5. Colmer T.D., Flowers T.J., Munns R. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany. 2006;57(5):1059-1078. DOI: 10.1093/JXB/ERJ124

6. David M. Pollen grain expression of intrinsic and osmolyte induced osmotic adjustment in a set of wheat cultivars. Romanian Agricultural Research. 2012;29(7):45-52.

7. Eberhart S.A., Russell W.A. Stability parameters for comparing varieties. Crop Science. 1966;6(1):36-40. DOI: 10.2135/cropsci1966.0011183X000600010011x

8. Ерещенко Д.В., Хлебова Л.П. Использование пыльцевого анализа для оценки засухоустойчивости яровой твердой пшеницы. Труды молодых ученых Алтайского государственного университета. 2017;(14):6-9.

9. Goncharov N.P. Scientific support to plant breeding and seed production in Siberia in the XXI century. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2021;25(4):448-459. DOI: 10.18699/VJ21.050

10. Койшыбаев М. Болезни пшеницы. Анкара: ФАО; 2018. URL: http://old.belal.by/elib/fao/1032.pdf [дата обращения: 05. 09. 2022].

11. Kosová K., Vítámvás P., Urban M.O., Kholová J., Prášil I.T. Breeding for enhanced drought resistance in barley and wheat – drought-associated traits, genetic resources and their potential utilization in breeding programmes. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding. 2014;50(4):247-261. DOI: 10.17221/118/2014-CJGPB

12. Kuzmanović L., Ruggeria R., Ableb J.A., Bassic F.M., Maccaferrid M., Tuberosad R. et al. Yield of chromosomally engineered durum wheat–Thinopyrum ponticum recombinant lines in a range of contrasting rain-fed environments. Field Crops Research. 2018;228:147-157. DOI: 10.1016/j.fcr.2018.08.014

13. Лепехов С.Б. Об оценке жаро- и засухоустойчивости растений. В кн.: Современное состояние и перспективы развития земледелия и растениеводства (к 60-летию Целины): сборник научных трудов. Барнаул; 2014. С.82-97.

14. Li A., Liu D., Yang W., Kishii M., Mao L. Synthetic hexaploid wheat: yesterday, today, and tomorrow. Engineering. 2018;4(4):552-558. DOI: 10.1016/j.eng.2018.07.001

15. Passioura J. The drought environment: physical, biological and agricultural perspectives. Journal of Experimental Botany. 2007;58(2):113-117. DOI: 10.1093/jxb/erl212

16. Плотникова Л.Я., Кузьмина С.П., Айдосова А.Т., Дегтярев А.И. Изменение агрономических свойств пшенично-пырейных гибридов при создании доноров для селекции пшеницы, адаптированных к условиям лесостепной зоны Западной Сибири. Омский научный вестник. 2014;2(134):155-159.

17. Плотникова Л.Я., Кузьмина С.П., Фризен Ю.В. Биохимические показатели качества зерна перспективных линий мягкой пшеницы с генами Аgropyron elongatum устойчивых к стеблевой ржавчине. Успехи современного естествознания. 2019;(12):20-26. DOI: 10.17513/use.37263

18. Плотникова Л.Я., Сагендыкова А.Т., Кузьмина С.П. Оценка устойчивости к бурой ржавчине и экологической пластичности интрогрессивных линий мягкой пшеницы с генами Аgropyron elongatum. Аграрная Россия. 2016;(9):5-13.

19. Плотникова Л.Я., Серюков Г.М., Шварц Ю.К. Цитофизиологические механизмы устойчивости к бурой ржавчине у пшенично-пырейных гибридов, созданных на основе Agropyron elongatum. Микология и фитопатология. 2011;45(5):443-454.

20. Потоцкая И.В., Шаманин В.П., Шепелев С.С., Моргунов А.И. Синтетическая гексаплоидная пшеница как исходный материал для селекции на засухоустойчивость в условиях Западной Сибири. Вестник Омского ГАУ. 2019;1(33):38-46.

21. Россеев В.М., Белан И.А., Россеева Л.П. Использование метода in vitro в селекции пшеницы мягкой яровой. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2016;2(136):5-9.

22. Salina E., Adonina I., Badaeva E., Kroupin P., Stasyuk A., Leonova I. et al. Thinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases. Euphytica. 2015;204(1):91-101. DOI: 10.1007/s10681-014-1344-5

23. Sallam A., Alqudah A.M., Dawood M.F.A., Baenziger P.S., Börner A. Drought stress tolerance in wheat and barley: Advances in physiology, breeding and genetics research. International Journal of Molecular Science. 2019;20(13):3137. DOI: 10.3390/ijms20133137

24. Сибикеев С.Н., Дружин А.Е. Пребридинговые исследования почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы с комбинацией транслокаций от Agropyron elongatum (Host.) P. B. и Aegilops ventricosa Tausch. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(3):310-315. DOI: 10.18699/VJ15.040

25. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию: [сайт]. URL: https://reestr.gossortrf.ru [дата обращения 01. 02. 2023].

26. Taeb M., Koebner R.M., Forster B.P. Genetic variation for waterlogging tolerance in the Triticeae and the chromosomal location of genes conferring waterlogging tolerance in Thinopyrum elongatum. Genome. 1993;36(5):825-830. DOI: 10.1139/G93-110

27. Turner N.C. Adaptation to water deficits: a changing perspective. Australian Journal of Plant Physiology. 1986;13(1):175-190. DOI: 10.1071/PP9860175

28. Упелниек В.П., Белов В.И., Иванова Л.П., Долгова С.П., Демидов А.С. Наследие академика Н. В. Цицина – современное состояние и перспективы использования коллекции промежуточных пшенично-пырейных гибридов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012;16(3):667-674.

29. Василевский В.Д. Индексная оценка засухоустойчивости сортов мягкой яровой пшеницы разных групп спелости в южной лесостепи Западной Сибири. В кн.: Аграрная наука – сельскому хозяйству. Сборник материалов XIV Международной научно-практической конференции. В 2-х книгах. Книга 1. Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет; 2019. С.159-161.

30. Zhang X., Dong Y., Wang R.R. Characterization of genomes and chromosomes in partial amphiploids of the hybrid Triticum aestivum × Thinopyrum ponticum by in situ hybridization, isozyme analysis, and RAPD. Genome. 1996;39(6):1062-1071. DOI: 10.1139/g96-133