CC BY
36
155М 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (155-156), 2013
ОСМОТИЧЕСКИ ЗАВИСИМОЕ ОБРАЗОВАНИЕ МИКРОСКЛЕРОЦИЕВ ПЕПЕЛЬНОЙ ГНИЛИ Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. В ТКАНЯХ КУЛЬТУРНОГО И ДИКОРАСТУЩИХ ВИДОВ СОИ (Сообщение I)
Г.М. Саенко,
кандидат биологических наук
С.В. Зеленцов,
доктор сельскохозяйственных наук
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, д. 17
Тел.: 8-929-852-72-04
e-mail: [email protected]
Проведённые исследования показали, что гриб Macrophomina phaseolina проникает в растения
сои на этапе всходов, сначала в межклеточные пектиновые слои, затем в сосудистую систему растений-хозяев. Из-за меньшего диаметра гифов по сравнению с внутренним диаметром сосудов, гриб не вызывает ни повреждений клеток сосудов, ни препятствуют поступлению из корневой системы воды и питательных веществ. Предложена гипотеза об осмотически зависимом склероциеоб-разовании в онтогенезе сои, основанная на градиенте осмотического давления внутри и вне мицелия гриба. В модельном эксперименте на различных сортообразцах 4-х различных видов сои показано, что вредоносность пепельной гнили проявляется при развитии водного стресса в почве и повышения концентрации клеточного сока в тканях растения-хозяина. При этом в проводящих сосудах наблюдается массовое образование мик-росклероциев, полностью закрывающих внутренние просветы сосудистой системы сои.
G.M. Saenko, S.V. Zelentsov. Osmotically dependent formation of charcoal rot microsclerotia acrophomina phaseolina (Tassi) Goid. in the tissues of cultivated and wild species of soybean (Report I).
The studies have shown that the fungus Mac-rophomina phaseolina penetrates soybean plants during germination, first in intercellular pectin layers, then in vascular system of host plants. Due to the smaller diameter of the hyphae in comparison with an internal diameter of vessels, the fungus does not cause any damage to the vascular cells and do not prevent intake of water and nutrients from the root system. The hypothesis of osmotically dependent formation of microsclerotia in ontogenesis of soybean was suggested based on the gradient of osmotic pressure inside and outside the mycelium of the fungus. The model experiment on different variety samples of 4 different soybean species has shown that harmfulness of charcoal rot is detected under the development of water stress in the soil and increase of the concentration of the cell juice in the tissues of a host plant. In addition, the mass formation of microsclerotia is observed in conducting vessels that is fully covering the inner opening of the soybean vascular system.
Ключевые слова: культурная соя, дикорастущая соя, пепельная гниль, Macrophomina phaseolina, микросклероции, осмотическое давление, клеточный сок, мицелий
УДК 632.9:633.853.52
Введение. Анализ литературных данных, а также собственных наблюдений за распространением и развитием пепельной гнили на сое показывает, что пепельная
гниль, возбудителем которой является гриб Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid., максимально проявляется на сое в острозасушливые годы, когда в тканях растений из-за дефицита воды повышается концентрация клеточного сока [3; 5; 6]. По мнению ряда авторов, механизм сопротивления растений сои к пепельной гнили может быть скорее физиологическим, нежели генетическим [7].
На основании выявленных взаимосвязей между влажностью окружающей среды и образованием микросклероциев нами была сформулирована гипотеза осмотически зависимого склероциеобразо-вания в онтогенезе растения-хозяина, основанная на градиенте осмотического давления внутри и вне мицелия гриба.
Многолетние наблюдения за развитием болезни на сое показали, что микроскле-роции пепельной гнили, как правило, формируются на поздних этапах развития этой культуры, когда усиливается потребление воды растущими репродуктивными органами. При этом практически неизвестны сообщения об образовании микросклероциев на ранних стадиях развития растений. В то же время в рамках нашей гипотезы при наличии мицелия в тканях сои при критических значениях осмотического давления клеточного сока (ОДКС) растения-хозяина микросклеро-ции должны образовываться на гифах независимо от фазы развития и возраста растений [1; 2].
Для проверки этой гипотезы был поставлен модельный эксперимент по формированию искусственных почвенных засух на ранних этапах онтогенеза сои.
Методы исследований. Для диагностики устойчивости к грибу и искусственного заражения растений сои M. phaseolina в условиях камеры искусственного климата использовали методику оценки подсолнечника на устойчивость к пепельной гнили О.И. Тихонова и В.Ф. Зайчук (1980). Для этого в условиях искусственного климата на инфекционном фоне при длине светового дня 16 ч выра-
щивали восьми сортообразцов культурной сои различного происхождения, а также сортообразцы полукультурной сои тонкой - G. gracilis, сортообразцы дикорастущей однолетней сои уссурийской -G. soja, и многолетней сои войлочной -G. tomen-tella.
Инокуляцию растений возбудителем пепельной гнили проводили способом одновременного посева в почву здоровых семян и инокулюма гриба. Для этого предварительно приготавливали инфекционный материал: из растительных
остатков сои, поражённой пепельной гнилью, брали кусочки сердцевины, заполненные микросклероциями гриба, и сеяли в чашки Петри на КГА. Культивировали в термостате при температуре 27-28 °С в течение 2-х суток. Затем пересевали гриб на плотный субстрат - семена подсолнечника. Приготовление субстрата вели следующим образом: к одной весовой части семян подсолнечника добавляли 0,5 части воды и стерилизовали св колбах в течение одного часа при давлении 1,2 атм. Выращивание гриба на семенах подсолнечника проводили 8-10 суток при температуре 27-28 °С.
Для заражения растений в ящики с песком высевали здоровые семена сои, одновременно в каждую лунку вносили 8-10-суточную культуру гриба на семянках подсолнечника. На одно здоровое семя сои помещали 2-3 семянки подсолнечника с инокулюмом гриба, песок регулярно поливали. Температуру песка поддерживали в пределах 25-27 °С.
Поражённость растений сои пепельной гнилью учитывали в фазе семядольных листьев. Растения выкапывали, промывали водой корневую систему. У проростков сои, поражённых пепельной гнилью, на корнях просматривали бурые язвы. Также для подтверждения наличия мицелия и микросклероциев в тканях растения делали продольные и поперечные срезы корешков и стеблей, окрашивали их в растворе метиленовой сини, после чего срезы исследовали под микроскопом. После этого проводили посевы кусочков из
поражённых тканей на питательную среду для подтверждения наличия гриба М. phaseolina [4].
Выращенные растения на стадии первого-второго тройчатосложного листа и в фазе бутонизации подвергали искусственной засухе путём прекращения полива. Через 5-7 суток на растениях с начальными признаками завядания проводили анатомические исследования стеблей. Для обнаружения мицелия гриба и микросклероциев при увеличении х200-400 просматривали окрашенные раствором метиленового синего тонкие поперечные и продольные срезы стеблей сои.
Результаты и обсуждение. В условиях оптимальной влажности почвы в сосудах уже на стадии примордиальных листьев в тканях растений всех исследуемых сорто-образцов были обнаружены гифы патогена, прорастающие сквозь срединные пектиновые пластинки между клеточными стенками соседних клеток. Мицелия гриба в сосудах протоксилемы и протофлоэмы не обнаруживали (рис. 1).
Искусственный водный стресс в фазе первого настоящего листа сои до потери тургора в тканях растений привел к образованию первых, полностью сформированных микросклероциев в срединном пектиновом межклеточном слое на уровне гипокотиля и эпикотильного междоузлия у всех культурных сортов и дикорастущих видов сои (рис. 2-4).
Рисунок 1 - Прорастание мицелия М. phaseolina между клеточными стенками недифференцированной паренхимы гипокотиля проростка, продольный разрез, сорт Дельта, *200 (ориг.)
Рисунок 2 - Формирование микросклероция М. phaseolina между клеточными стенками недифференцированной паренхимы гипокотиля сои, спровоцированное водным стрессом, сорт Дельта, *200 (ориг.) (здесь и далее стрелками показаны сформированные микросклероции)
Рисунок 3 - Формирование микросклероция М. phaseolina между клетками недифференцированной паренхимы эпикотиля сои сорта РВБ, продольный разрез, *200 (ориг.)
Рисунок 4 - Формирование микросклероция М. phaseolina в паренхиме эпикотиля дикорастущей сои войлочной -О. tomentella, продольный разрез, *400 (ориг.)
В фазе 2-го настоящего (тройчатосложного) листа растения-хозяина мицелий гриба пророс вверх по главному побегу уже до уровня узла 1 -го настоящего листа. Искусственное формирование водного стресса у растений культурных и дикорастущих видов сои в этот период привело к образованию микросклероциев уже в прозенхимных клетках - пористых трахеидах протоксилемы эпикотиля (рис. 5-6).
силемы во всей надземной части растений вплоть до уровня 4-го междоузлия (рис. 7).
Рисунок 5 - Формирование микросклероция в пористой трахеиде протоксилемы эпикотиля сои сорта Альба, продольный разрез, *200 (ориг.):
1 - микросклероций; 2 - пористые трахеиды
Рисунок 6 - Формирование микросклероциев в ксилеме эпикотиля дикорастущей сои войлочной - О. tomentella, продольный разрез, *200 (ориг.)
В фазе бутонизации (формирования растениями четвёртого-пятого узлов) водный стресс вызывал массовое образование микросклероциев в сосудах метак-
Рисунок 7 - Формирование микросклероциев в пористых и спиральных сосудах ксилемы четвёртого междоузлия сои сорта РВБ, продольный разрез, *200 (ориг.): 1 - микросклероции; 2 - пористый сосуд; 3 - спиральный сосуд
Аналогичная реакция на водный стресс в виде массового формирования микросклероциев в фазе бутонизации была обнаружена в сосудах метаксилемы полукультурной сои тонкой (G. gracilis) и дикорастущей уссурийской сои (G. soya) (рис. 8-9).
Рисунок 8 - Формирование микросклероция в спиральном сосуде ксилемы четвёртого междоузлия полукультурной сои тонкой G. gracilis, продольный разрез,
*200 (ориг.)
Проведённые исследования показали, что при наличии инфекционного начала в почве и благоприятных условий для раз-
вития возбудителя заражение растений происходит уже на этапе появления всходов (фаза семядольных листьев). Гриб, проникая в растение на самых ранних стадиях его развития, развивается в межклеточном пектиновом слое и не вызывает гибели соседних клеток. Затем гифы гриба проникают в сосудистую систему растений, но из-за гораздо меньшего диаметра по сравнению с внутренним диаметром сосудов прото- и метаксилемы также не вызывают ни повреждений клеток сосудов, ни препятствий для поступления из корневой системы воды и растворённых питательных веществ.
Рисунок 9 - Формирование микросклероциев в спиральных сосудах ксилемы четвёртого междоузлия дикорастущей сои G. soya, продольный разрез, *200 (ориг.)
В отдельные годы, при наличии оптимальных по влагообеспеченности условий для роста и развития сои в течение всего вегетационного периода (например, при искусственном орошении), внешние симптомы поражения надземной части растений могут не проявляться вплоть до физиологического созревания культуры. При этом ткани растений сои оказываются полностью свободными от микроскле-роциев.
Вредоносность пепельной гнили проявляется при развитии водного стресса в почве и повышении концентрации клеточного сока в тканях растения-хозяина. При этом в проводящих сосудах наблю-
дается массовое образование микроскле-роциев, полностью закрывающих внутренние просветы трахеид протоксилемы на начальных этапах развития растений сои или пористых и спиральных сосудов метаксилемы на более поздних этапах онтогенеза сои.
Выводы. Таким образом, установлено, что при оптимальном водообеспечении гифы гриба M. phaseolina из-за меньшего диаметра по сравнению с внутренним диаметром сосудов не препятствуют поступлению из корневой системы в надземную часть растения сои воды и питательных веществ. Вредоносность пепельной гнили проявляется при развитии водного стресса в почве и повышении концентрации клеточного сока в тканях растения-хозяина. При этом в проводящих сосудах наблюдается массовое образование микросклероциев, закрывающих внутренние просветы сосудистой системы сои. Эти наблюдения полностью подтверждают нашу гипотезу об осмотически зависимом склероциеобра-зовании в онтогенезе сои, основанном на градиенте осмотического давления внутри и вне мицелия гриба.
Список литературы
1. Зеленцов, С.В., Саенко Г.М. Гипотеза осмотически зависимого образования микросклероциев пепельной гнили Mac-rophominaphaseolina (Tassi) Goid. в тканях растений-хозяев // В сборнике трудов I Всероссийской интернет-конференции «Растения и микроорганизмы». - Казань, 2011. - С. 130-135.
2. Саенко, Г.М., Лучинский А.С., Зеленцов С.В. Динамика осмотического давления клеточного сока в тканях растений сои // Масличные культуры: Науч.-техн. бюл. ВНИИМК. - 2007 . - Вып. 2 (137). -С. 81-83.
3. Саенко, Г.М., Зеленцов С.В., Пивень В.Т. Роль водного стресса в формировании микросклероциев Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. // Масличные культуры: Науч. -техн. бюл. ВНИИМК. -2008. - Вып. 1 (138). - С. 53-57.
155М 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (155-156), 2013
4. Тихонов, О.И., Зайчук В.Ф. Ускоренный метод оценки устойчивости подсолнечника к пепельной гнили // Селекция и семеноводство. - 1980. - №
11. - С. 15-16.
5. Dhingra, O.D., Sinclair J.B. Biology and Pathology of Macrophomina phaseolina. - Viscosa, Minosa, Brasil, 1978. - 166 p.
6. Sinclair, J.B., Backman P.A. Compendium of soybean diseases. 3rd ed. // American Phytopathological Society, St. Paul, MN. - USA. - 1989. - 106 p.
7. Wrather, J.A., Shannon J.G., Carter
T.E., Bond J.P., Rupe J.C., Almeida A.M.R. 2008. Reaction of drought-tolerant soybean genotypes to Macrophomina phaseolina. - . Plant Health Progress, 2008. -
doi:10.1094/PHP-2008-0618-01 -RS - [Электронный ресурс]. - URL: ddr.nal.usda.gov/bitstream/10113/21179/1/ IND44122574.pdf - (дата обращения:
10.09.2010).
