ОТБОР ГЕНОВ ВИРУЛЕНТНОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЯ СТЕБЛЕВОЙ

УДК: 632.93; 632.4
ОТБОР ГЕНОВ ВИРУЛЕНТНОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЯ СТЕБЛЕВОЙ РЖАВЧИНЫ НА
ВЗРОСЛЫХ РАСТЕНИЯХ СОРТОВ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ С ПРИЗНАКАМИ
РАСОСПЕЦИФИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
Гладкова Е.В., кандидат сельскохозяйственных наук,
Волкова Г.В., доктор биологических наук,
Ковалева Е.О, младший научный сотрудник
ФГБНУ «Всероссийский НИИ биологической защиты растений»
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected],
Изучен отбор генов вирулентности возбудителя стеблевой ржавчины на взрослых
растениях сортов озимой пшеницы с признаками расоспецифической устойчивости Бригада
и Курень. Установлено значительное влияние на изменчивость популяции возбудителя
стеблевой ржавчины пшеницы сорта Бригада (R=0,42). Для сорта Курень R составил 0,36,
Гелиос - 0,26.
Ключевые слова: стеблевая ржавчина, пшеница, расоспецифическая устойчивость,
гены вирулентности
Введение
На юге России ведущее место в севооборотах занимают хлебные злаки. Особое место
в зерновом хозяйстве принадлежит пшенице – главной продовольственной культуре, посевы
которой составляют около 1,5 млн. га. Серьезную опасность для урожая представляют
грибные инфекции. Одним из вредоносных заболеваний пшеницы является стеблевая
ржавчина, вызываемая грибом Puccinia graminis f. sp. tritici Erikss. et Henn. При
благоприятных условиях потери урожая могут достигать 80 % . Вредоносность возбудителя
стеблевой ржавчины проявляется как в нарушении водного баланса растений (усилении
транспирации), ослаблении ассимиляции углекислоты, снижении интенсивности
образования и оттока углеводов, так и в уменьшении роста и задержке развития растений.
Патоген вызывает множество разрывов эпидермиса стебля. При очень сильном развитии
растений возможно полегание посевов пшеницы, резко снижается урожай вследствие так
называемого истекания зерна. Образуется щуплое зерно с очень плохими хлебопекарными
качествами. Патоген имеет широкий круг злаковых растений-хозяев, в числе которых как
культурные, так и различные дикорастущие растения. В России стеблевая ржавчина имеет
наибольшее распространение на Северном Кавказе: в Краснодарском и Ставропольском
краях. [1-5].
Целью нашей работы явилось изучение отбора генов вирулентности возбудителя
стеблевой ржавчины озимой пшеницы с признаками расоспецифической устойчивости.
Материалы и методы
Для определения расоспецифической устойчивости сортов к патогену в феврале
месяце в поле брали монолиты с растениями, которые затем выращивали в условиях теплицы
и камеры искусственного климата в 5-литровых вазонах.
В фазу колошения растений пшеницы проведена их инокуляция урединиоспорами
популяции гриба, собранной на территории Северного Кавказа. Благоприятные для развития
патогена условия - температура + 22-25 оС, интенсивность освещения 12-20 тыс. лк при
фотопериоде 16 ч (Zadoks, 1965) [6], относительная влажность воздуха при проведении работ
составляла 60-70 %. После проявления болезни собирали образцы спор с каждого изучаемого
сорта. Собранные образцы спор дифференцировали на всходах 40 моногенных линиях.
Равномерное проявление пустул на листьях достигалось проведением инокуляции смесью
спор гриба со спорами ликоподия в соотношении 1:400 [7]
По результатам дифференциации определяли частоту генов вирулентности по M.S.
Wolfe и E. Schwarzbach (1975) [8] в популяции гриба под влиянием генотипов различных
сортов пшеницы.
Статистическая обработка данных:
Различия между популяциями по генам вирулентности оценивали с помощью
расстояния Роджерса [9]:
Hr = ½
где pi 1 – частота i-го фенотипа в первой популяции;
pi 2 – частота i-го фенотипа во второй популяции.
Среднюю вирулентность популяции определяли по Д. Мартенсу [10]:
M= Pg/n,
где Pg – количество изолятов, вирулентных ко всем
сортам-дифференциаторам;
n – общее количество изолятов.
Результаты
Проведено изучение влияния различных генотипов трех перспективных сортов
озимой пшеницы отечественной селекции на изменчивость структуры популяции P. graminis
f. sp. tritici. Сорта Бригада, Курень характеризовались расоспецифической устойчивостью к
болезни; Гелиос - восприимчивый сорт.
Установлено, что частота изолятов, вирулентных к линиям с известными генами
устойчивости, на одних сортах была направлена на увеличение их содержания, на других
оставалась на уровне их встречаемости в популяции, на третьих снижалась до полной
элиминации (таблица 1).
Таблица 1 - Частота изолятов P. graminis f.sp., вирулентных к моногенным линиям Sr,
под влиянием генотипов сортов озимой пшеницы с различными типами устойчивости к
патогену (камера искусственного климата ФГБНУ ВНИИБЗР, 2015 г.)
Частота изолятов в образцах урединиоспор, %
Гены
вирулентности, pp
1
1
5
6
7a
8a
8b
9a
9b
9d
9e
9f
9g
10
11
12
13
Исходная
популяция
2
21,1
0,0
36,8
15,7
89,4
100
0,0
26,3
42,1
26,3
73,6
100
68,4
0,0
36,8
0,0
Сорта с
расоспецифической
устойчивостью
Курень
Бригада
3
4
9,3
10,3
0,0
6,9
13,8
10,3
37,1
3,4
41,6
51,7
41,6
100
0,0
0,0
4,6
10,3
87,9
96,5
27,7
6,8
83,3
3,4
100
27,5
4,6
17,2
0,0
0,0
32,4
17,2
0,0
0,0
Восприимчивый
сорт
Гелиос
5
18,5
0,0
7,4
81,4
100
100
0,0
55,2
74,1
18,5
51,8
62,9
62,9
7,4
5,0
0,0
1
14
15
16
17
19
20
21
22
23
24
25
26
27
29
30
31
32
33
35
36
37
Dp2
1
WLD
Средняя
вирулентность по
Мартенсу, %
Индекс Роджерса
2
63,1
63,1
100
100
100
100
100
100
100
0,0
0,0
47,3
0,0
63,1
0,0
0,0
0,0
5,2
26,3
42,1
10,5
63,1
2
100
3
4,6
13,8
46,2
64,8
4,6
100
23,1
13,8
13,8
0,0
9,3
4,6
4,6
0,0
9,3
0,0
0,0
0,0
32,4
9,3
9,3
32,4
3
37,1
Продолжение таблицы 1
4
5
3,4
66,6
3,4
48,1
37,9
92,5
3,4
100
3,4
74,1
27,5
92,5
6,8
7,4
0,0
37,1
10,3
62,9
0,0
0,0
6,8
18,5
3,4
25,9
6,8
22,2
13,7
74,1
17,2
92,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
88,8
0,0
88,8
24,1
37,1
3,4
18,5
6,8
33,3
4
5
37,9
40,7
46,6
22,5
14,8
45,3
-
0,36
0,42
0,26
Под влиянием генотипа сорта с расоспецифической устойчивостью Курень
произошло увеличение частоты изолятов с генами вирулентности pp: 7a, 9d, 25, 30, 35;
уменьшение частоты изолятов с генами вирулентности pp: 1, 6, 8a, 8b, 9b, 10, 14, 15, 16, 17,
19, 21, 22, 23, 26, 36, Dp2, WLD. На уровне исходной популяции оставалась частота изолятов
с pp: 9e, 9f, 9g, 12, 20, 27, 37; произошла элиминация pp: 29, 33. Не обнаружены изоляты c pp:
5, 9a, 11, 13, 24, 31, 32.
Под действием сорта с расоспецифической устойчивостью Бригада отмечено
увеличение частоты изолятов с генами вирулентности pp: 9d, 25, 27, 30; уменьшение
изолятов с генами вирулентности pp: 1, 6, 7a, 8a, 9b, 9e, 9f, 9g, 10, 12, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21,
23, 26, 29, 36, 37, Dp2, WLD; на одном уровне остается частота изолятов с генами pp: 5, 8b;
произошла элиминация изолятов с генами pp: 22, 33, 35. Не обнаружены изоляты c pp: 9a, 11,
13, 24, 31, 32.
Под действием восприимчивого сорта Гелиос отмечено увеличение частоты изолятов
с генами вирулентности pp: 7a, 8a, 9b, 9d, 15, 25, 27, 29, 30, 33, 35; уменьшение изолятов с
генами вирулентности pp: 6, 9e, 9f, 9g, 12, 16, 19, 20, 21, 22, 23, 26, 36, Dp2, WLD; на одном
уровне остается частота изолятов с генами pp: 1, 8b, 10, 11, 14, 17, 37. Не обнаружены
изоляты c pp: 5, 9a, 13, 24, 31, 32.
Таким образом, сорта Бригада и Курень с расоспецифической устойчивостью к
патогену способствовали увеличению частоты изолятов с генами вирулентности pp: 9d, 25,
30; уменьшению изолятов с генами pp: 1, 6, 8a, 9b, 10, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 23, 26, 36, Dp2,
WLD; элиминации изолята с p 33. Не обнаружены изоляты c pp: 9a, 11, 13, 24, 31, 32.
В результате изучения влияния генотипов сортов на изменчивость популяции
возбудителя стеблевой ржавчины с использованием индекса Роджерса установлена
сопоставимость полученных данных с максимальным показателем для сорта Бригада R=0,42.
Для сорта Курень R=0,36, Гелиос R=0,26.
Средняя вирулентность исходной популяции гриба была на уровне 46,6 %, на
восприимчивом сорте Гелиос – 45,3 %, на сорте Курень – 22,5 %, на сорте Бригада – 14,8 %.
Полученная информация представляет как научный интерес, с точки зрения познания
микроэволюционных процессов, протекающих в популяции патогена под влиянием генотипов
различных сортов, так и практический – при территориальном размещении сортов пшеницы с
целью управления популяцией ржавчинного гриба.
Список литературы
1. Волкова, Г.В. Изучение отбора генов вирулентности Puccinia triticina Erikss.
сортами озимой пшеницы в Северо-Кавказском регионе / Г.В. Волкова, Т.П.
Алексеева, М.В. Добрянская, Д.А. Кольбин // Материалы II Всероссийской
конференции «Современные проблемы иммунитета растений к вредным
организмам». – Санкт-Петербург, 2008. – С. 50-52.
2. Волкова, Г.В. Стеблевая ржавчина пшеницы на Северном кавказе:
распространённость, внутрипопуляционная структура и изменчивость по
вирулентности / Г.В. Волкова, Е.В. Синяк, И.М. Балапанов // Наукa Кубани. - 2010.
- N 2. - С. 38-41
3. Волкова, Г.В. Стеблевая ржавчина - опасное заболевание пшеницы / Г.В. Волкова,
Е.В. Синяк // Защита и карантин растений. - 2011.- № 11. - С. 14.
4. Рсалиев, Ш.С. Вирулентность новых патотипов стеблевой ржавчины в Казахстане /
Ш.С. Рсалиев // Вторая Всероссийская конференция «Современные проблемы
иммунитета растений к вредным организмам». - СПб., 2008. - С. 87-90.
5. Наумов, Н.А. Ржавчина хлебных злаков в СССР / Н.А. Наумов. - Л.: Сельхозгиз,
1939.
6. Zadoks, J.C. Epidemiology of wheat rust in Europa / J.C. Zadoks // FAO Plant
Protection Bulletin. - Vol. 13, No. 5. - 1965.
7. Parlewliet, I.E. Variation for latent period one of the component of partial re-sistance in
barley to yellow rust by P. striiformis. / I.E. Parlwliet // Cereal rust. Rull., 1980. – 81. – v.
8. – P. 2-17.
8. Wolfe, M. The use of virulence analysis in cereal mildews / M. Wolfe, E. Schwarzbach //
Phytopath. Ztschr. - 1975, 82, 4: P. 297-307.
9. Rogers J.S. Measures of genetic similarity and genetic distance. Studies in Genetics //
University of Texas. - Austin. - 1972. - P. 143-145.
10. Martens J.W. Stem rust of east in Canada in 1967 / J.W. Martens // Can. J. Plant Dis.
Serv. - 1968. - Vol. 48. - № 1. - P. 17-19.