Устойчивость сортов яровой твердой пшеницы к стеблевой ржавчине на фоне естественной инфекции

Пшеница твердая(Triticum durum Desf.) — продовольственная культура, второй по распространению вид пшеницы в мире. Зерно твердой пшеницы используется для производства лучших сортов макаронных изделий, манной крупы.

По данным Международного совета по зерну (International Grains Council, IGC), в данный момент посевные площади, занимаемые твердой пшеницей в мире, варьируют в пределах 12–17 млн га при средней урожайности 3,8 т/га и мировом производстве 37–40 млн т зерна в год, то есть 5% от общего производства пшеницы, проводятся научные исследования на расширение ареала возделывания твердых сортов пшеницы.

Основными мировыми производителями твердой пшеницы являются страны Северной Америки (Канада — 5,0–7,8 млн т, США — 1,5–2,8 млн т, Мексика — 2,0 млн т), Европейского союза (8,5–9,8 млн т, в том числе Италия — 4 млн т), Турция (4,0 млн т), страны Северной Африки (Марокко — 2,0 млн т, Алжир — 2,0 млн т, Тунис — 1,0 млн т), Казахстан (2,2 млн т).

В Казахстане твердая пшеница является одной из основных зерновых культур, посевные площади которой составляют 350–600 тыс. га (5–6% от общей площади посева яровой пшеницы). В 2020 году данная культура посеяна на площади 378 тыс. га, а производство оценивалось на уровне 472 тыс. т. Основные зоны возделывания твердой пшеницы (80%) в соответствии с подходящими природно-климатическими условиями размещены в Северном Казахстане — Костанайской, Акмолинской и Северо-Казахстанской областях. Она возделывается и в Алматинской, Актюбинской, Жамбылской и Карагандинской областях.

Несмотря на наличие условий возделывания твердой пшеницы в республике производство зерна твердых сортов пока не растет. Причиной этому является невысокая урожайность возделываемых сортов. В настоящее время из-за нехватки высококачественного зерна твердой пшеницы в Казахстане около 80% макаронных изделий получают из сортов мягкой пшеницы.

Зерносеющие регионы Казахстана нуждаются в экологически приспособленных сортах яровой твердой пшеницы — стабильно продуктивных по годам, имеющих хорошие и отличные технологические качества зерна, муки и макарон, устойчивых к основным патогенам пшеницы.

На посевах твердой пшеницы ежегодно появляются различные грибные заболевания, включая виды ржавчины. И хотя твердая пшеница в целом считается более устойчивой к ржавчине, чем другие виды, в природе образуются новые вирулентные расы патогена, снижающие урожайность этой культуры. Например, в Мексике средние потери урожая восприимчивых генотипов составили 51–71%, тогда как у устойчивых сортов снижение урожая было в пределах 5–11% в зависимости от срока посева.

По данным Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, Министерством сельского хозяйства Республики Казахстан в Алматинской области допущены сорта яровой твердой пшеницы Гордеиформе 254, Наурыз 6, Сеймур 17, в Жамбылской области — Наурыз 2, Сеймур 17, в Кызылординской и Туркестанской областях — Наурыз 2, Сеймур 17.

В 2015–2017 гг. в питомниках 16-18 КАСИБ (Казахстанско-Сибирская сеть по улучшению яровой пшеницы) проведено изучение сортов и линии твердой пшеницы в различных экологических пунктах Казахстана и России. В опытах от КазНИИЗиР были изучены линии Гордеиформе 18567-6, Гордеиформе 18585-2, Линия 19003, Линия 19029. По результатам изучения питомников 16-17 и 18 КАСИБ выявлены генотипы как для широкого ареала возделывания (третий кластер), так и имеющие локальное значение (первый кластер). Линия КазНИИЗиР Гордеиформе 18585-2 отнесена к сортам широкого ареала и рекомендована к использованию в селекции в качестве исходного материала.

В последние годы в Казахстане и России наряду с традиционными болезнями твердой пшеницы (листовая ржавчина, септориоз, твердая головня и др.) наблюдается развитие стеблевой ржавчины. В регионе существует опасность проникновения вредоносной расы стеблевой ржавчины Ug99 из стран Центральной Азии.

По данным Евдокимова и др. казахстанские сорта и линии твердой пшеницы Сеймур 17 (КазНИИЗиР), Лавина, Гордеиформе 69-08-2, Гордеиформе 178-05-2 (НПЦЗХ им. А.И. Бараева), Каргала 1514, P-1409 (Актюбинская СХОС, Казахстан), Гордеиформе 2383, Гордеиформе 1790 (Карабалыкская СХОС, Казахстан) обладают устойчивостью к расе Ug99 стеблевой ржавчины.

Таким образом, в настоящее время в связи с распространением стеблевой ржавчины в мире изучение и отбор болезнеустойчивых сортов являются основными задачами при селекции яровой твердой пшеницы.

Материалы и методы исследования

Материалом исследований были 15 сортов яровой твердой пшеницы (Triticum durum Desf.) различного географического происхождения, в том числе 11 сортов казахстанской селекции и 4 сорта зарубежной селекции (табл. 1).

Полевые опыты по изучению сортов и селекционных линий яровой твердой пшеницы проведены на экспериментальном опытном участке КазНИИЗиР в условиях предгорной зоны Алматинской области в 2022 году.

Почвы стационара — светло-каштановые суглинистые. Содержание гумуса в пахотном слое достигает 1,9–2,0%. Семена пшеницы высеяны сеялкой Wintersteiger (Австрия) по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур в 3-кратной повторности с площадью делянки 20 кв. м.

В полевых условиях с целью создания благоприятных условий для развития и распространения стеблевой ржавчины (возбудитель Puccinia graminis f. sp. tritici) посевы яровой твердой пшеницы были расположены рядом с восприимчивым сортом озимой мягкой пшеницы Богарная 56. Благоприятные погодные условия способствовали развитию болезни.

Проводились оценка поражения растений стеблевой ржавчиной, степень распространения болезни и устойчивости сортов к патогену. Оценка уровня поражения растений проводилась по модифицированной шкале Кобба с градацией 5%, 10%, 20%, 40%, 60% … 100%. Устойчивость сортов пшеницы оценена согласно шкале СИММИТ, при этом 0 — заболевание отсутствует, R — устойчивость (вместе пустул образуются четко выраженные хлорозные пятна, пораженность листьев до 5–10%), MR — средняя устойчивость (пустулы очень мелкие, окружены хлоротичной зоной, пораженность листьев не более 10–30%), MS — средняя восприимчивость (пустулы мелкие, пораженность листьев до 40–50%), S — восприимчивость (пустулы крупные, пораженность листьев до 75–100%).

Результаты и обсуждение

В 2021 году аномальная засуха привела к депрессии болезней на посевах зерновых культур и на злаковых растениях. В результате источники инфекции не сохранились ни на культурных посевах, ни на растениях-резерваторах — диких злаках.

Однако в 2022 году благодаря влажной весне болезни зерновых культур развивались в естественных условиях, несмотря на отсутствие источников инфекции. Можно заключить, что позднему появлению в регионе стеблевой ржавчины и других болезней на сортах озимой и яровой пшеницы способствовала заносная инфекция из южных регионов Центральной Азии.

По данным метеостанции КазНИИЗиР (Алмалыбак, Казахстан), в 2022 году на юго-востоке Казахстана погодные условия отличались от многолетних данных: за май, июнь и июль выпали 196,6 мм осадков при среднемноголетней норме 142,1 мм. Наибольшее количество дождя было в мае (145,4 мм) при норме 61,6 мм. Средняя летняя температура воздуха была выше среднемноголетней (23,27 °C) при норме 20,57 °C (рис. 1).

Метеорологические условия способствовали развитию болезней, вредителей и сорных растений. Так, в посевах яровой пшеницы отмечено сильное развитие стеблевой ржавчины (Puccinia graminis f. sp. tritici). Это самая опасная болезнь пшеницы, снижающая урожайность зерна до 50% и более. Первоначальные признаки болезни были отмечены на восприимчивом сорте твердой пшеницы Наурыз 2 в начале июня. Однако в это время отсутствие высоких температур (выше 25 °С) не позволило развитию инфекции, несмотря на достаточный уровень влажности на посевах. В конце июня в связи с наступлением жарких дней инфекция перешла на другие сорта яровой твердой пшеницы.

У сортов Салауат и Жакут 20 первоначальное и последующее развитие болезни было 20%, что является признаком медленного развития ржавчины (Slow rusting). Данное свойство в настоящее время является более предпочтительным, так как современные сорта и линии с медленным развитием ржавчины обладают низкими потерями урожая, несмотря на умеренное развитие инфекции (табл. 2).

По данным таблицы 2, на сортах Гордеиформе 254 и Наурыз 6 в фазе цветения и налива зерна растений отмечено умеренное развитие стеблевой ржавчины в пределах 30–40%, у сорта Наурыз 2 было сильное развитие инфекции до 60%.

Полученные результаты согласуются с данными Юсова и др. о том, что казахстанский сорт твердой пшеницы Сеймур 17 отличается устойчивостью к стеблевой ржавчине (рис. 2).

Созданные в Карабалыкской сельскохозяйственной опытной станции сорта яровой твердой пшеницы Алтын дала и Асангали 20 характеризуются поражением стеблевой ржавчиной на 20–30% и средней урожайностью в пределах 28,1 ц/га и 21,3 ц/га соответственно.

Для селекции повышенный интерес представляет сорт яровой тургидной пшеницы Каныш, названный в честь Каныша Сатпаева и Каныша Кудайбердиулы. Данный сорт защищен патентом Российской Федерации на селекционное достижение. Авторами сорта являются С.К. Темирбекова, И.М. Куликов, Ю.В. Афанасьева, Н.В. Давыдова, М.Ш. Бегеулов, И.И. Сардарова.

В данных исследованиях сорт Каныш проявил умеренную устойчивость (MR) — от 10 до 20% к стеблевой ржавчине.

Новый сорт твердой пшеницы Шарифа обладает умеренной устойчивостью к стеблевой ржавчине. Данный сорт создан в Карабалыкской сельскохозяйственной опытной станции методом индивидуального отбора из F5 гибридной комбинации «Гордеиформе 218 — Костанайская 1». Разновидность — гордеиформе. Сорт среднеспелый, вегетационный период — 84 дня. Устойчив к засухе и полеганию. Сорт устойчив к грибным болезням яровой пшеницы в регионе. Максимальная урожайность зерна по пару — 33,8 ц/га. Имеет высокие технологические качества зерна и макарон, стекловидность зерна — 81,7%, содержание сырой клейковины — 29,4%. Сорт допущен в производство с 2018 года по Акмолинской, Костанайской и Северо-Казахстанской областям.

Определена урожайность сортов яровой твердой пшеницы, созданных в КазНИИЗиР. Средняя урожайность зерна изучаемых сортов составила 25,52 ц/га. Высокий урожай зерна отмечен у среднеустойчивых сортов Салауат (40,00 ц/га), Наурыз 6 (36,67 ц/га) и Гордеиформе 254 (30,56 ц/га). Сильное развитие стеблевой ржавчины на сорте Наурыз 2 привело к снижению урожая до 12,41 ц/га.

Выводы

Таким образом, в условиях естественного развития стеблевой ржавчины многие сорта яровой твердой пшеницы казахстанской и зарубежной селекции показали различные реакции на проявление болезни.

Умеренное развитие инфекции (в пределах 30–40%) отмечено на сортах Гордеиформе 254 и Наурыз 6, сильное развитие (60%) было у сорта Наурыз 2. У сортов Салауат и Жакут 20 первоначальное и последующее развитие болезни было 20%, что является признаком медленного развития ржавчины (Slow rusting).

Казахстанские сорта твердой пшеницы Сеймур 17, Шарифа и российский сорт Каныш показали умеренную устойчивость к стеблевой ржавчине. Указанные сорта, обладающие другими хозяйственно ценными признаками, могут сдерживать развитие болезни в регионе.

Об авторах

Акерке Серикбайкызы1; докторант

akerke.serikbaikyzy@bk.ru; https://orcid.org/0009-0007-3886-6685

Шынболат Сырашович Рсалиев 2, доктор биологических наук, главный научный сотрудник

shynbolat63@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-6324-9565

Сулухан Кудайбердиевна Темирбекова3; доктор биологических наук, профессор

sul20@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0001-9824-6364

1 Казахский национальный аграрный исследовательский университет, пр-т им. Абая, 8, Алматы, 050010, Казахстан

2 Казахский научно-исследовательский институт земледелия и растениеводства, ул. им. Ерлепесова, 1, с. Алмалыбак,Алматинская обл., 040909, Казахстан

3 Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии, ул. Институт, 5, пос. Большие Вязёмы, Московская обл., 140000, Россия

УДК 632.4.01.08
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-387-10-128-133