Отбор на устойчивость к заразихе расы G из популяции кондитерского подсолнечника

Заразиха (Orobanche cumana Wallr.) – облигатный паразит подсолнечника, широко распространен в большинстве стран мира, возделывающих эту культуру, и является одним из главных ограничивающих факторов в получении высоких урожаев. O. cumana – высшее травянистое растение, паразитирующее на корнях растений-хозяев, относящихся к нескольким видам дикой и культурной флоры. Однако в ходе эволюции этот вид заразихи стал паразитировать преимущественно на подсолнечнике, утратив собственные корни, листья и способность к фотосинтезу.

Проростки паразита внедряются в молодые корни растений подсолнечника, формируя в них многоклеточный гаусториальный орган, в котором со временем дифференцируется его собственная проводящая система, объединённая с сосудистым цилиндром корня. Благодаря ей растение-паразит получает воду и питательные вещества из растения-хозяина. Снаружи корня из клеток паразита формируется так называемый клубенёк, из которого впоследствии вырастает стебель заразихи. Над поверхностью почвы растение представляет собой рыхлое колосовидное соцветие, состоящее из стебля и сидящих на нём цветков. В каждом цветке созревает плод – коробочка, в которой образуется большое количество мелких пылевидных семян.

Заразиха, паразитирующая на подсолнечнике, весьма плодовита. Ещё в прошлом веке было установлено, что на нормально развитом стебле заразихи могут образоваться до ста коробочек, несущих в общей сложности от 200 до 500 тыс. семян, которые легко разносятся ветром, водой, а также сельскохозяйственными механизмами. Увеличение семенной продуктивности представляет собой общий признак высокоспециализированных паразитных покрытосеменных и является механизмом, компенсирующим вероятность встречи паразита и растения-хозяина. Семена O. cumana в природных условиях способны сохранять всхожесть до 20 лет. При таком продолжительном периоде сохранения всхожести и огромном количестве семян с одного растения их концентрация в пахотном слое почвы увеличивается катастрофически. Имея большой коэффициент размножения, более вирулентные биотипы заразихи быстро размножаются и поражают на больших площадях бывшие ранее устойчивыми сорта.

Скорость формирования новых рас заразихи в настоящее время сильно возросла. Если в 50 - 70-х гг. прошлого столетия интервал до появления новой расы O. cumana составлял 20 - 25 лет, то в начале 2000-х новые расы заразихи на подсолнечнике стали появляться каждые 5 - 6 лет. Происходит быстрое выравнивание расовой структуры популяции заразихи в сторону доминирования наиболее вирулентной расы. В силу сопряженной эволюции растения-хозяина и паразита внедрение в производство заразихоустойчивых сортов не означает окончательной победы над заразихой. В процессе естественного отбора на фоне устойчивых сортов происходит появление более вирулентных биотипов заразихи, которые способны выжить и размножиться. Поэтому необходимо постоянно и систематически вести селекционную работу, направленную на сохранение контроля над расообразованием заразихи. Исследования лаборатории иммунитета ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК показали, что в настоящее время доминирующее положение в популяции заразихи занимает раса G. В этой связи особо важное значение приобретает отбор форм кондитерского подсолнечника на устойчивость к новой расе заразихи для последующего использования в селекционных программах.

Главная задача этой работы – сочетание в одном генотипе сортовой популяции подсолнечника признака крупноплодности и заразихоустойчивости. Исследования проводили в 2019 - 2021 гг. на центральной экспериментальной базе ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК. В качестве донора устойчивости к расе G заразихи использовали заразихоустойчивую линию RG (Or7), созданную в лаборатории иммунитета ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК. Реципиентом служил крупноплодный сорт подсолнечника СПК плюс. На пространственно изолированном участке проводили посев ручными сажалками с расстановкой растений 70×70 см (густота стояния 20 тыс. шт./га). Для получения стерильных форм линии RG (Or7) использовали аквакастрацию, проводя ежедневный смыв пыльцы обоеполых трубчатых цветков следующего круга цветения корзинки. Через 2 - 3 часа проводили опыление растений с нанесением пыльцы отцовской формы. В осенне-зимний период использовали камеры искусственного климата фитотрона ВНИИМК с фотопериодом 16/8 часов (день/ночь). Светильники «Фотос 4» с лампами ДРЛ-700 обеспечивали освещенность 14 килолюкс. Искусственный инфицированный фон на ЦЭБ ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК создавали путем внесения инфицированной почвы после оценки селекционного материала на устойчивость к заразихе расы G в условиях теплиц ФТК, а также остатков семян заразихи в количестве 3 кг, собранных в предыдущие годы на гибридах иностранной селекции, имеющих ген (Or7) устойчивости к расе G. Для оценки селекционного материала в теплицах ФТК ВНИИМК в почвенно-песчаную смесь были внесены семена заразихи расы G из расчета 200 мг на 1 кг смеси. В качестве контроля использовали поражаемый современными расами заразихи сорт подсолнечника ВНИИМК 8883 ул.

В 2019 г. в полевых условиях проведено скрещивание 35 растений линии RG (Or7) в качестве материнской формы смесью пыльцы 55 корзинок растений крупноплодного сорта СПК плюс. В осенне-зимний период полученные гибридные семена (F1) 23 семей высеяли в камере фитотрона, где было проведено их опыление смесью пыльцы 50 корзинок крупноплодного сорта СПК плюс для получения семян поколения BC1. В полевых условиях 2020 г. на искусственно созданном инфицированном фоне устойчивые гибридные растения BC1 опыляли пыльцой 55 корзинок растений крупноплодного сорта СПК плюс для получения семян BC2. Для дальнейшей работы на инфицированном фоне были отобраны 50 растений, не пораженных заразихой. В 2021 г. семена отобранных растений BC2 были объединены и высеяны на пространственно изолированном участке, инфицированном семенами расы G заразихи, где в процессе вегетации был проведен жесткий негативный отбор с удалением всех пораженных заразихой растений. На изолированном заразиховом фоне было отобрано 500 растений подсолнечника, семена которых были ещё раз проверены на устойчивость   к заразихе в условиях теплицы (табл. 1).

Таблица 1. Этапы селекционной работы по введению гена заразихо-устойчивости Or7 в генофонд популяции кондитерского подсолнечника

Анализ полученных данных показал, что уже первый цикл отбора увеличил частоту встречаемости устойчивых растений в популяции крупноплодного подсолнечника на 29%. Второй цикл показал резкое увеличение устойчивости: с 29% до 44%. При этом наблюдалось значительное снижение средней степени поражения в популяции (табл. 2).

Таблица 2. Оценка популяции крупноплодного подсолнечника на устойчивость к расе G заразихи

Эффективность такого типа отбора была показана ещё в прошлом веке в исследованиях Jenkins & al. при селекции кукурузы на устойчивость к гельминтоспориозу.

Применение последовательного комплекса методов гибридизации, возвратных скрещиваний и группового переопыления позволило создать популяцию подсолнечника, устойчивую к поражению наиболее распространённой и агрессивной расой G заразихи, для селекции резистентных крупноплодных сортов подсолнечника кондитерского направления. При использовании методов отбора устойчивых к заразихе форм при свободном цветении на жестком инфицированном фоне повышение устойчивости к этому паразиту происходит медленно, но для получения высокопродуктивного селекционного материала с указанным признаком применяемые методы являются наиболее результативными. Эти методы позволяют получить постепенное повышение устойчивости к зара-зихе при одновременном сохранении высокого полиморфизма, позволяющего вести селекцию крупноплодных сортов подсолнечника на дальнейшее повышение продуктивности.

В. ХАТНЯНСКИЙ, Т. АНТОНОВА, А. ДЕЦЫНА, И. ИЛЛАРИОНОВА, ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК