Начало формы УДК 633.11:581.143.6 КАКИМЖАНОВА А.А

УДК 633.11:581.143.6
КАКИМЖАНОВА А.А., НАУАНОВА А.П.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГРИБА FUSARIUM GRAMINEARUM SCHWABE И
ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО МЕТАБОЛИТОВ В КЛЕТОЧНОЙ СЕЛЕКЦИИ ПШЕНИЦЫ
(ЗАО «Казахский аграрный университет им. С.Сейфуллина»)
Представлены результаты исследований по изучению влияния различных концентраций
культурального фильтрата (КФ) гриба F.graminearum на каллусогенез и регенерационную
способность каллусной ткани пшеницы. Установлен стрессовый характер действия высоких
концентраций КФ (50-100%) при котором происходит ингибирование роста каллусной ткани.
Для получения устойчивых регенерантов пшеницы к фузариозу необходимо использовать
30% КФ в питательной среде.
В условиях сухой степи Cеверного Казахстана в посевах зерновых культур проявляются
паразитизм, агрессивность возбудителей фузариоза. Отмеченное диктует необходимость
всестороннего изучения биологии возбудителей фузариозной корневой гнили пшеницы и
получение устойчивых регенерантов к отмеченному заболеванию.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Микологический анализ растительных остатков, семян и пораженной ткани прикорневой зоны
растений проведен по методикам М.К. Хохряковой [1] и З.П. Карамшук [2]. Способность
фитопатогенов ассимилировать различные источники углерода и азота изучена на твердой
среде Чапека – Докса по методике В.Лилли и Г.Барнет [3].
Для проведения селекции in vitro на устойчивость к фузариозу каллусную ткань различных
сортов мягкой яровой пшеницы, полученную из незрелых зародышей, выращивали на средах
Мурасиге-Скуга с различными концентрациями культуральных фильтратов (КФ) гриба F.
graminearum Schwabe [4, 5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В результате микологических анализов было обнаружено, что из пораженных отрезков
прикорневой зоны и первого междоузлия растений пшеницы, среди видов грибов рода
Fusarium наиболее часто и в наибольшем количестве выделяется вид F.graminearum Schwabe
- фузарий злаковый. Культурально-морфологические признаки отмеченного патогена изучены
на различных питательных средах. При выращивании гриба F.graminearum на картофельном
агаре на пятые сутки просматривался хорошо развитый воздушный мицелий. Колонии гриба
имели округлую форму мицелиального типа, которые возвышались над субстратом и имели
неровные края. Воздушный мицелий в этих колониях был хорошо развитым, белым,
пушистым. Субстратный мицелий имел бело-розовую, розовую, желто-розовую окраску,
которая впоследствии при старении колонии приобретала светло-бурый цвет. Макроконидии
имели веретеновидно-серповидную форму с постепенно суживающейся верхней клеткой, с
ясно выраженной ножкой у основания, с 5 перегородками, размеры макроконидии в среднем
составили - 35-49 х 3,5-5 мкм. Микрокондии отсутствовали.
На жидкой среде Чапека F.graminearum растет колониями различного размера. Воздушный
мицелий хорошо развит, хлопьевидно-пушистый, бело-розовый. Строма темно-розовая. На
жидкой среде Чапека через 30 суток F.graminearum образует толстую грибную слизистую
массу, имеющую резкий запах земляничного мыла. На жидкой среде Чапека происходит
изменение рН среды. Реакция среды на 21 суток достигает 8, на 28 суток - 10, а через 40
суток - 11. При этом рост колонии прекращается.
Результаты наших исследований свидетельствуют о различной степени ассимиляции видами
грибов рода Fusarium источников углерода и азота.
В зависимости от различных источников углерода, кроме крахмала, у F.graminearum
изменчивость культурально-морфологических признаков не наблюдалось. На всех средах
Чапека-Докса с различными источниками углерода гриб имел хорошо развитый, белый,
пушистый, хлопьевидно-пушистый воздушный мицелий. Строма была от розового до охряно-
желтого цвета. Поверхность колонии неровная, края волокнистые.
На среде Чапека-Докса с крахмалом у F.graminearum наблюдался интенсивный рост колонии
гриба (табл. 1). Поверхность колонии шерстистая, края ровные, воздушный мицелий и строма
белого цвета.
Таблица 1 - Рост колоний гриба F.graminearum в зависимости от источников углерода и азота
Различные виды грибов рода Fusarium могут использовать в качестве источников азота
разнообразные органические и минеральные соединения, нитриты и газообразный аммиак.
Из испытанных источников азота наиболее высокий уровень роста у F.graminearum
отмечается на средах с азотнокислым аммонием и аспарагином. Затем по степени
пригодности следовали азотнокислый калий, щавелевокислый аммоний. Слабый рост этого
гриба отмечен на среде Чапека-Докса с сернокислым, виннокислым аммонием и глутамином.
При этом у F.graminearum воздушный мицелий был пленчатым, слабо развитым.
Различные источники азота на окраску воздушного и субстратного мицелия, на поверхность и
края колоний F.graminearum практически не влияли.
Действия КФ гриба F.graminearum на рост каллусной ткани пшеницы изучали на сортах
Саратовская 29, Пиротрикс 28 и Целинная Юбилейная. В результате исследований установлено, что под действием КФ сильнее угнетаются клеточные структуры каллусной ткани,
затем корешки и меньшее негативное влияние КФ проявляется на ростках у проростков.
Ось абсцисс – концентрация КФ патогена: а – контроль (без КФ) ; б – 10%; в – 20%; г – 30%; д
– 50%; е – 70%; ж – 100%. Ось ординат: масса каллусной ткани (мг).
Рисунок 1. Прирост биомассы каллусов различных сортов мягкой яровой пшеницы на
селективных средах.
Анализ каллусов, культивируемых на селективных питательных средах показал, что в
зависимости от концентрации КФ меняется не только структура каллусной ткани, но ее цвет и
внешний вид. При проведении визуального анализа оценивали консистенцию, цвет и размеры
каллусов (рис. 1). На контроле каллус был плотный, гроздевидной структуры, желтого или
светло-желтого цвета. На вариантах с 10% и 20% концентрации КФ каллус был более
обводненным, чем на контроле, но имел плотные участки, цвет – светло- желтый. Угнетение
роста каллусов отмечалось при концентрации 30% КФ в питательной среде. При пересадке
каллусной ткани изучаемых сортов на селективные среды, в которые был внесен КФ гриба
F.graminearum в количестве 70% и 100%, рост каллуса прекращается. Токсичность
метаболитов фитопатогена приводит к загниванию каллусной ткани и лизису клеток каллуса.
Под действием высокой концентрации КФ возбудителя фузариоза зерновых культур
выявились сортовые различия по чувствительности каллусной ткани к метаболитам патогена.
Прирост биомассы каллусов сорта Целинная Юбилейная при концентрации КФ 50-70% в
среде был ниже всего лишь на 29-37% по сравнению с контролем. На этих вариантах
ингибирование роста каллусной ткани сорта Пиротрикс 28 составило 59-66%, а по сорту
Саратовская 29 - 63-77%.
После культивирования каллуса на селективной среде морфогенные каллусы
пересаживались на среду для регенерации. В результате одноступенчатого пассажа на
селективной среде с КФ гриба F.graminearum были получены растений - регенеранты (рис. 2).
Концентрации КФ патогена повлияли не только на морфологические особенности каллусов, а
также на их способность к регенерации побегов и ризогенезу. При построении дозовых кривых
концентрации КФ по регенерационной способности каллусов было выявлено, что каллусная
ткань, культивируемая на питательных средах с высоким содержанием метаболитов, не
способны к морфогенезу.
Некоторые исследователи считают, что однократная селекция является самой эффективной
при клеточной селекции на устойчивость к грибным болезням. После укоренения они были
пересажены в сосуды с почвой для предварительной оценки потомства линий регенерантов
на устойчивость к основному возбудителю фузариоза пшеницы в условиях Северного
Казахстана.
Ось абсцисс – концентрация КФ патогена: 1 – 10%, 2 – 20%, 3 – 30%, 4 – 50%. Ось ординат:
регенерационная способность (%).
Рисунок 2. Регенерационная способность каллусных тканей сортов мягкой яровой пшеницы в
зависимости от концентрации КФ фитопатогена.
ВЫВОДЫ
Не все источники углерода и азота пригодны для роста и развития гриба F.graminearum.
Содержание в питательной среде галактозы, глутамина и сернокислого аммония ингибирует
рост патогена, что необходимо учитывать при создании препаратов фунгицидного характера.
На основе проведенных исследований рекомендуется использование 10-30% КФ
фитопатогенов в клеточной селекции для создания устойчивых исходных форм к грибным
болезням. Применение методов клеточной селекции позволяет за более короткий срок
получить исходный материал, обладающий устойчивостью к таким неблагоприятным
факторам среды, как поражение патогенными грибами из рода Fusarium.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хохряков М.К. Методические указания по диагностике корневых гнилей хлебных злаков. –
Л., 1997. –57с.
2. Карамшук З.П. Способ выделения возбудителей инфекционных корневых гнилей из
пораженных зерновых культур. // Патентное изобретение №5651 от 15.01.98.
3. Лилли В., Барнет Г. Физиология грибов. М., 1953. –С.501.
4. Шаяхметов И.Ф., Асфандиярова Р.Р. Фитотоксичность культурального фильтрата Fusarium
oxysporum Shlecht к каллусной ткани пшеницы. // Микология и фитопатология. 1991. т.25, Вып.
4. –С.343-347.
5. Карамшук З.П., Науанова А.П. Способ получения исходного материала для селекции
пшеницы in vitro толерантного к действию токсинов культурального фильтрата гриба
р.Fusarium. Авторское свидетельство №32451 (2000/0382.1 от 10.04.2000).
***
Мақалада жасушалық селекцияда бидайдың фузариоз ауруына төзімді регенеранттар алу
үшін осы аурудың негізгі қоздырғышы болып саналатын F.graminearum саңырауқұлағының
30%-дық метаболиттерін пайдалану ұсынылған. Сонымен қатар жаздық жұмсақ бидайдың
Целинная Юбилейная сортының каллус ұлпалары патогеннің улы заттарына басқа
сорттармен салыстырғанда әлдеқайда төзімді екені көрсетілген.
***
The results of investigations about influence of different concentrations of F.graminearum fungi
cultural filtrates (CF) on the callus genesis and regenerative ability of wheat callus tissue was
presented. The stress character of the influence high concentration of CF (50-100%) has been
established: inhibition of the callus tissue growing. Using of 30% CF in nutrition surroundings is
necessary for obtaining the wheat regenerants, stable to fusariosis.