CC BY
23
УДК 633.18:575.1
сорт риса магнат, созданный с Помощью биотехнологии
П.И. КОСТЫЛЕВ1, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Е.В. КРАСНОВА1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
А.А. РЕДЬКИН1, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник
Н.В. РЕПКИНА1, младший научный сотрудник Ж.М. МУХИНА2, доктор биологических наук, зав. лабораторией
Е.В. ДУБИНА2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
1ВНИИ зерновых культур им. И.Г. Калиненко, Научный городок, 3, Зерноград, Ростовская обл., 347740, Россия
2ВНИИ риса, п. Белозерный, 3, Краснодар, 350921, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. Среднеспелый сорт риса Магнат (Дон 1664), несущий гены устойчивости к пирикуляриозу, создан во ВНИ-ИЗК совместно с лабораторией биотехнологии ВНИИ риса методом маркерной селекции в результате индивидуального отбора из гибридной популяции (Pi 2 * Боярин) * (Pi 1+33 * Боярин), полученной от ступенчатого скрещивания. Отбирали гибриды, совмещающие в себе скороспелость, низко-рослость, неосыпаемость и фертильность колосков. После их анализа были выделены формы, несущие доминантную аллель гена устойчивости к пирикуляриозу в гомозиготном состоянии. Для контроля наличия доминантных аллелей до-норных генов устойчивости к пирикуляриозу Р-1, Р'1-2, Ri-33 в лаборатории биотехнологии ВНИИ риса осуществляли анализ микросателлитных ДНК-маркеров, сцепленных с указанными генами, с использованием метода полимеразной цепной реакции и электрофореза. Сорт Магнат относится к среднеспелой группе, вегетационный период от залива до полной спелости - 125дн. Высота растений в среднем 96 см, длина метелки 17-18 см, количество колосков 186 шт. Зерна овальной формы, средней величины, длиной 8,3 мм, шириной 3,1 мм, толщиной 2,2 мм. Масса 1000 зерен 22-26 г. Сорт устойчив к пирикуляриозу, полеганию и осыпанию. Его урожайность в конкурсном испытании в среднем за 2 года составила 8,25 т/га, что выше, чем у сорта Боярин, на 1,1 т/га. Ключевые слова: рис, сорт, урожайность, конкурсное испытание, устойчивость к пирикуляриозу Для цитирования: Сорт риса магнат, созданный с помощью биотехнологии / П.И. Костылев, Е.В. Краснова, А.А. Редькин, Н.В. Репкина, Ж.М. Мухина, Е.В. Дубина //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №3. С. 10-12.
Одна из важнейших продовольственных культур планеты - рис, производство который лишь немного отстает от пшеницы. В России основные площади посевов риса находятся в Южном федеральном округе, где главная доля приходится на Краснодарский край. Второе место по объемам производства занимает Ростовская область [1].
Поскольку площади, пригодные для возделывания этой ценной крупяной культуры, в нашей стране ограничены, валовой сбор зерна предполагается увеличивать путем повышения урожайности. Большую роль в решении этой проблемы играет выведение новых продуктивных сортов, устойчивых к стресс-факторам, в частности, к болезням [2]. Выращиваемые сегодня сорта, наряду со своими достоинствами, обладают существенным недостатком - низкой устойчивостью пирикуляриозу. Как показали Divya В. с соавторами
(2013, 2014), сорта риса, устойчивые к этому заболеванию, способны избегать эпифитотии, что увеличивает урожайность и валовые сборы зерна риса. Одновременно сокращается применение химических средств защиты, что снижает пестицидную нагрузку на экосистему и позволяет производить экологически безопасную продукцию [3, 4].
Цель наших исследований - создание и передача на государственное испытание нового высокопродуктивного среднеспелого сорта риса, устойчивого к полеганию и пирикуляриозу, обладающего высокими технологическими качествами зерна, хорошо приспособленного к местному климату и почвам.
Условия, материалы и методы. Исходным материалом для создания сорта Магнат послужили сорт селекции ВНИИЗК Боярин (подвид японика) и образцы (подвид индика) с генами устойчивости к пирикуляриозу C101 LAC (донор генов Pi-1+Pi-33) и C101A-51 (Pi-2), от ступенчатого скрещивания которых была получена гибридная популяция, а из нее путем индивидуального отбора выделено элитное продуктивное растение.
Работу проводили с использованием межподвидо-вой и межсортовой гибридизации, индивидуального отбора растений во втором и последующих поколениях из гибридного материала. Для контроля наличия доминантных аллелей донорных генов устойчивости к пирикуляриозу Pi-1, Pi-2, Pi-33 в лаборатории биотехнологии ВНИИ риса осуществляли анализ микросателлитных ДНК-маркеров, сцепленных с указанными генами, на основе метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) и электрофореза [5].
Селекционную работу проводили в полевых и лабораторных условиях. Фенологические наблюдения, полевые учеты, оценки растений на поражение болезнями и степень полегания осуществляли по методике Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур [6]. Отбирали растения, которые по морфо-биологическим особенностям были похожи на сорт Боярин. Лучшие образцы проверяли на наличие генов устойчивости. Затем проводили пирами-дирование генов (объединение в одном генотипе).
Результаты и обсуждение. Гибридизацию сорта Боярин с донорами генов Pi-1, Pi-2, Pi-33 провели в г. Пролетарске в 2003 г. Первое поколение гибридов (2004 г.) отличалось высокой стерильностью колосков (до 95 %) и бурой окраской цветковых чешуй (дикий тип). Это было связано со структурными различиями хромосом родительских форм, относящихся к разным подвидам.
В 2005 г. из 600-700 растений второго поколения в каждой комбинации отобрали по 20-25 форм, совмещающих в себе скороспелость, низкорослость,
¡123456 7 8 Й 10 Боярин РИ Nb |
Рис. 1. Электрофореграмма, показывающая перенос гена Р1 1 в гибридные растения: нижняя полоса - ген отсутствует у сортов Боярин, Nb и линий 3, 7 и 10; верхняя - ген есть в гомозиготном состоянии у донора Р1 1 и линий 5, 6 и 9; две бледных полосы 1, 2, 4, 8 - гетерозиготы.
Таблица 1. Характеристика сорта риса Магнат, г. Пролетарск, 2012-2013 гг.
Признак Сорта
Боярин Магнат
Урожайность, т/га 7,15 8,25
Период вегетации, дней 116 125
Высота растений, см 85,0 96,0
Длина метелки, см 13,5 17,0
Количество колосков в метелке, шт. 116 186
Масса 1000 зерен, г 29,2 24,2
Пленчатость, % 21,3 22,1
Выход крупы, % 67,3 69,1
Выход целого ядра, % 78,5 87,2
Стекловидность, % 92,4 94,0
неосыпаемость и фертильность колосков. После их анализа были выделены линии, несущие доминантную аллель гена устойчивости в гомозиготном состоянии (рис. 1).
Для дальнейшей работы отобрали формы с комплексом хозяйственно ценных признаков, которые по морфологии были идентичны сорту Боярин, но при этом имели гены устойчивости к пирикуляриозу.
2013 г. под названием Магнат (Дон 1664) передали на государственное сортоиспытание (с 2014 г.).
Магнат - первый в России сорт, созданный во ВНИИЗК совместно с ВНИИ риса методом маркерной селекции с переносом двух генов устойчивости к очень опасной болезни - пирикуляриозу.
Он относится к среднеспелой группе, вегетационный период от залива до полной спелости составляет 125 дн. (табл. 1). Созревает на 9 дн. позже стандарта Боярин.
Разновидность - нигро-апикулята. Окраска колосковых и цветковых чешуй соломенно-желтая с черной верхушкой. Растения формируют компактные кусты с вертикальным расположением листьев и метелок. Высота растений в среднем 96 см, что на 11 см больше стандарта. Метелка прямостоячая, компактная, длиной 17-18 см (рис. 3).
Рис. 2. Электрофореграмма образцов риса, показывающая наличие маркеров генов Pi 1 и Pi 2. Образцы 57 и Б (Боярин) несут рецессивные аллели в гомозиготном состоянии; образцы РИ, Pi2 и 58-63 - доминантную.
В 2006 г. получили аналоги сорта Боярин, несущие гены Р1-2 или РИ+Р1-33. В 2007 г. их скрестили между собой для объединения всех трех генов в одном генотипе: (Р1-2 х Боярин) х (РИ+33 х Боярин). Из 50-и полученных в результате гибридизации зерновок в теплице ВНИИ риса были выращены гибриды 1-2 поколений, проведен ПЦР-анализ на наличие генов устойчивости к патогену и среди расщепляющейся популяции выделены растения с тремя генами резистентности. Формы F2, имеющие все три гена устойчивости, в 2008 г. пересадили в чек ОПХ «Пролетарское» (Ростовская обл.) для размножения и хозяйственно биологической оценки. В следующих поколениях от их самоопыления отбирали лучшие по продолжительности вегетационного периода линии. Для ДНК-анализа использовали листья лишь с тех растений, которые созревали к сентябрю и имели высокую фертильность колосков. Это позволило увеличить количество гомозиготных форм. Из них после ПЦР-анализа оставляли на посев лишь семена растений с доминантными аллелями генов Р1 в гомозиготном состоянии (рис. 2).
В 2011 г. из 1,5 тыс. линий выделился по продуктивности образец 1664/11, который формировал более 10 т/га зерна. Его в 20122013 гг. изучили в конкурсном сортоиспытании, а в
Рис. 3. Метелки сорта риса Магнат
Среднее количество колосков (186 шт.) на 70 шт. выше, чем у Боярина, первичные метелки несут до 250 зерен. Колоски (зерна) овальной формы, средней величины, длиной 8,3 мм, шириной 3,1 мм, толщиной 2,2 мм. Масса 1000 зерен 22-26 г (в среднем 24,2 г). Отношение длины зерновки к ширине 2,7. Зерновка белая, стекловидная (94,0%). Пленчатость зерна - 22,1%. Выход крупы 69,1%, целого ядра - 87,2%. Сорт устойчив к пирикуляриозу, полеганию и осыпанию.
В среднем за годы конкурсного испытания в ФГУП «Пролетарское» урожайность сорта Магнат составила 8,25 т/га, что выше, чем у сорта Боярин на 1,1 т/га (см. табл. 1). Большая величина этого показателя формируется благодаря крупной метелке и увеличенной густоте стояния из-за повышенной кустистости, по сравнению со стандартом.
В производственном испытании в ФГУП «Пролетарское» Ростовской области в 2013 г. на площади 0,32 га новый сорт показал урожайность 8,2 т/га. Кроме того, их результаты свидетельствуют о высокой технологичности сорта Магнат, неполегаемости и возможности прямой уборки комбайном.
Сорт предлагается к использованию в производстве в Северо-Кавказском и Нижневолжском регионах Российской Федерации для выращивания по обычной технологии, а также с получением всходов по естественным запасам влаги или из под слоя воды.
Таблица 2. Оценка экономической эффективности сорта риса Магнат
Сорт Средняя урожайность, т/га Затраты руб./ га Прибыль руб./га Рентабельность, % Годовой экономический эффект, руб./га
Боярин, стандарт Магнат 7,15 8,25 30000 32000 41500 50500 138,3 157,8 9000
Дополнительный условно чистый доход при возделывании нового сорта риса благодаря увеличению урожайности достигает 9000 руб./га (табл. 2), рентабельность его производства - 157,8% (на 20% выше, чем у Боярина). Кроме того, при его выращивании можно прогнозировать значительное снижение затрат на обработку фунгицидами.
Выводы. Среднеспелый сорт риса Магнат (Дон 1664), несущий гены устойчивости к пирикуляриозу,
создан методом маркерной селекции из гибридной популяции ^ 2 х Боярин) * ^ 1+33 * Боярин). Его урожайность в КСИ в среднем за 2 года составила 8,25 т/га, что выше, чем у сорта Боярин на 1,1 т/га. Внедрение этого сорта в производство позволит дополнительно производить около 1 т/га зерна риса на сумму 9 тыс. руб. Предлагается производственное испытание этого сорта в условиях Ростовской и Астраханской областей, Краснодарского края, Калмыкии и Дагестана.
Литература
1. Костылев П.И., Степовой В.И., ПарфенюкА.А. Северный рис. - Ростов: ЗАО «Книга», 2004. - 576 с.
2. Ерыгин П.С., Натальин Н.Б. Рис. - М.: Колос, 1968. - 226с.
3. Divya B., Robin S., Rabindran R., Manjunath H., Valarmathi P., Joel A. J. Resistance reaction of gene introgressed lines against rice blast (Pyricularia oryzae) disease/Australasian Plant Pathol., 2013. - P.3-17.
4. Divya B., Biswas A., Robin S., Rabindran R., Joel A. Gene interactions and genetics of blast resistance and yield attributes in rice (Oryza sativa L.) / Journal of Genetics, 2014. - Vol. 93. - Issue 2. - P. 415-424.
5. Мухина Ж.М. Использование ДНК-маркеров для изучения генетического разнообразия растительных ресурсов. - Краснодар: Просвещение-Юг, 2008. - 98 с.
6. Методика Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. М.: - Сельхозиздат, 1985. - 243 с.
RICE VARIETIY MAGNAT CREATED uSING BIOTECHNOLOGY
P.I. Kostylev1, E.V. Krasnova1, A.A. Red'kin1, N.V. Repkina1, J.M. Mukhina2, E.V. Dubina2
'All-Russian Research Institute of Grain Crops after I.G. Kalinenko, Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Rostov region, 347740, Russia 2All-Russian Research Institute of Rice, Belozerny set., 3, Krasnodar, 350921, Russia
Summary. Mid-ripening rice variety Magnat (Don 1664), carrying genes for resistance to rice blast, was created at All-Russia Research Institute of Grain Crops in collaboration with the biotechnology laboratory of All-Russia Rice Research Institute by marker breeding as a result of individual selection from the hybrid population (Pi 2 x Boyarin) x (Pi 1+33 x Boyarin), obtained by step crossing. We selected the hybrids, combined earliness, stunting, nonshattering and fertility of grains. After analysis the forms were identified, which carry the dominant allele of the gene of resistance to rice blast in the homozygous state. To monitor the presence of the dominant donor alleles of blast resistance gene Pi-1, Pi-2, Pi-33 the DNA analysis of microsatellite markers linked to these genes using polymerase chain reaction (PCR) and electrophoresis was performed in the biotechnology laboratory of All-Russia Rice Research Institute. Developed variety Magnat was referred to the mid-season group, the vegetation period from planting to full maturity is 125 days. The average plant height is 96 cm, panicle length is 17...18 cm, number of spikelets is 186. Grains are oval, middle sized, length is 8.3 mm, width is 3.1 mm, thickness is 2.2 mm. Weight of 1000 grains is 22.26 g. The variety is resistant to rice blast, lodging and shattering. Its productivity in competitive tests was 8.25 t/ha on average for 2 years, which is higher than for the variety Boyarin by 1.1 t/ha. Keywords: rice, variety, productivity, competitive test, resistant to blast disease.
Author Details: P.I. Kostylev, Dr. Sc. (Agr.), Head of Laboratory (e-mail: [email protected]); E.V. Krasnova, Cand. Sc. (Agr.), Leading Researcher; A.A. Red'kin, Cand. Sc. (Agr.), Researcher; N.A. Repkina, Junior Researcher; Zh.M. Mukhina, Dr. Sc. (Biol.), Head of Laboratory, E.V. Dubina, Cand. Sc. (Biol.), Senior Researcher
For citation: Kostylev P.I., Krasnova E.V., Red'kin A.A., Repkina N.V., Mukhina J.M., Dubina E.V. Rice varietiy magnat created using biotechnology. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. T.29. №3. pp. 10-12 (In Russ)
Требования к оформлению статей в журнале «Достижения науки и техники АПК»
В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.
Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.
В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.
Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.
Объем публикации 9-12 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.
Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.
На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: [email protected].
Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.
Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.
Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.
