Оценка устойчивости дикорастущих видов Helianthus к високовирулентной заразихе (orobanthe cumana), поражающей подсолнечник в Ростовской области РФ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ISSN 0202-5493.МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып.2 (148-149), 2011

Т.С. Антонова, доктор биологических наук Н.М. Арасланова,

кандидат сельскохозяйственных наук Е.А. Стрельников, младший научный сотрудник Т.А.Челюстникова, старший научный сотрудник С.А. Рамазанова, кандидат биологических наук С.З. Гучетль, кандидат биологических наук

ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17, тел. (861)275-86-53, факс (861)254-27-80 e-mail: [email protected]

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ДИКОРАСТУЩИХ ВИДОВ HELIANTHUS К ВЫСОКОВИРУЛЕНТНОЙ ЗАРАЗИХЕ (Orobanche cumana Wallr.), ПОРАЖАЮЩЕЙ ПОДСОЛНЕЧНИК В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ РФ

Ключевые слова: подсолнечник, дикие виды, устойчивость, заразиха, высоковирулентные расы

УДК 632.9:633.854.78

Введение. Во многих странах, возделывающих подсолнечник, облигатный паразит заразиха (Orobanche cumana Wallr.), относящийся к высшим цветковым растениям, счи-

тается одним из наиболее опасных факторов, влияющих на производство этой культуры. За прошедшие пятнадцать лет усилия селекционеров разных стран представить генетические источники устойчивости к заразихе в гибридах подсолнечника сопровождались возникновением новых вирулентных рас, которые быстро преодолевали все известные гены резистентности [1]. Поэтому в странах, имеющих проблему заразихи, по-прежнему большинство исследований сосредоточено на создании и характеристике новых источников устойчивости к самым вирулентным расам, а также на изучении генетической структуры и изменчивости популяций O. cu-mana и их эволюции, чтобы развивать долгосрочные стратегии для контроля над этим паразитом.

В России O. cumana имеет столетнюю историю паразитизма на подсолнечнике. За этот период подсолнечник трижды попадал под угрозу исчезновения, когда его возделывание было нерентабельным из-за сильного поражения растений заразихой. Однако проблему успешно решали путем создания устойчивых сортов, гибридов и строгого соблюдения в бывшем СССР научно обоснованных севооборотов.

Поскольку семена заразихи прорастали в присутствии корневых выделений как восприимчивых, так и устойчивых генотипов подсолнечника, то возделывание устойчивых сортов и гибридов с середины 70-х до середины 90-х годов прошлого столетия привело к уничтожению основных запасов семян паразита в полях. На протяжении 90-х годов было даже трудно найти и собрать необходимое количество семян заразихи для создания инфекционных фонов при тестировании устойчивости к ней селекционного материала. Проблема не возникала вплоть до начала нынешнего века.

Высокая рентабельность производства семян подсолнечника в РФ на протяжении 90-х годов привела к повсеместному нарушению землепользователями продолжительности севооборотов, особенно в Ростовской области. Там подсолнечник часто возвращают на прежнее место через 1-3 года. В результате такой интенсификации производства семян этой культуры во многих районах Ростовской области возникли и размножились биотипы заразихи, быстро преодолевшие иммунитет как отечественного сортимента, так и зару-

бежных гибридов. Этому в значительной степени способствовало также использование в то время в качестве посевного материала гибридов подсолнечника иностранной селекции, которые были восприимчивы к местным популяциям заразихи (таких как Ригасол, Принтасол, Каргилл 207 и др.). Благодаря их возделыванию произошло быстрое возобновление воспроизводства семян паразита в почве.

Врынчану с соавторами [2] дифференцировали пять рас паразита от А до Е на пяти хозяевах-дифференциаторах, имеющих гены устойчивости от Or1 до Or5. Обозначение этих рас (кроме расы А) не совпадало с наименованиями рас в СССР, где буквой В была названа не одна раса, а так называемый комплекс рас В, а буквой С был обозначен очень вирулентный биотип, появившийся в начале 70-х в Молдавии на границе с Румынией и преодолевший устойчивость к комплексу рас В у возделываемого в то время сортимента подсолнечника. Создание устойчивых к этому биотипу сортов и гибридов способствовало уничтожению запасов семян паразита в полях РФ с середины 70-х до середины 90-х.

В Испании в 1995 г. появилась и быстро распространилась новая раса F, преодолевшая все известные гены устойчивости от Or1 до Or5 [3; 4; 5]. Устойчивость к ней была найдена как у дикорастущего подсолнечника, так и культурного [6; 7; 8]. Однако вскоре там была идентифицирована более вирулентная раса (обозначенная как раса G), поражающая устойчивые к расе F возделываемые гибриды [9]. Вирулентные расы, преодолевающие ген устойчивости Or5, были также идентифицированы в Румынии в 1996 г. [10], в Болгарии [11] и в Турции, где новые биотипы обозначены, как более вирулентные, чем в других странах [12]. В Ростовской области РФ, по нашим данным [13; 14,] присутствуют биотипы заразихи, преодолевающие устойчивость генов Or5, Or6, Or7, совместное действие генов or6or7 и устойчивость гибридной комбинации 16 х 25, резистентной к расе G в Румынии. Однако, идентичны ли российские биотипы заразихи расам F, G, H, обнаруженным в Турции и других странах, пока неясно. Более того, некоторые биотипы превосходят по вирулентности образец семян из Турции, состоящий из смеси рас F, G, H.

Об устойчивости ряда однолетних и многолетних дикорастущих видов подсолнечника

к поражению разными расами O. cumana из других стран уже сообщалось ранее [15; 16; 17; 7; 18]. Было показано, что дикорастущие виды Helianthus составляют главный резерв генов, контролирующих устойчивость к новым вирулентным расам заразихи.

Однако, устойчивы ли дикорастущие виды подсолнечника к современным высоковирулентным биотипам заразихи из Ростовской области, неизвестно. И в силу того, что номенклатура рас O. cumana в Российской Федерации ещё не приведена в соответствие с таковой в других странах, этот вопрос требует изучения.

Целью наших исследований было испытать однолетние и многолетние виды дикорастущего подсолнечника из коллекции Кубанской опытной станции ВИР на устойчивость против высоковирулентных биотипов заразихи из Ростовской области РФ.

Материалы и методы. Изучались 40 образцов однолетних и многолетних видов He-lianthus из коллекции Кубанской опытной станции ВИР. Однолетние виды: H. annuus L. - 5 образцов разных лет интродукции, H. petiolaris Nutt. subsp. petiolaris - 3 образца, H. debilis Nutt. - 3 образца, H. praecox Eng-leman & Gray subsp. praecox, H. argophyllus Torr & Gray - 2 образца. Многолетние виды: H. californicus DC., H. decapetalus L. - 2 образца, H. divaricatus L., H. qlaucophyllus Smith., H. floridanus L., H. qiqanteus L. - 4 образца, H. qrosseserratus G. Martens - 3 образца, H. hirsutus Raf., H. laetiflorus Pers., H. maximiliani Schrad. - 3 образца, H. mollis Lam., H. multiflorus Hook. Fl. Bor. Am., H. nut-talii Torr. & Gray subsp. nuttallii, H. nuttalii Torr & Gray subsp.parishii, H. occidentalis subsp. plantagineus (Torr. & Gray) Heiser, H. salicifolius Dietr. - 3 образца, H. tuberosus L.

Устойчивость однолетних видов подсолнечника оценивали в теплице. Семянки высевали рядами по 15 штук в короба, емкостью 250 кг почвенно-песчаной смеси, смешанной с семенами заразихи 200 мг на 1 кг смеси. Растения выращивали в течение 45 дней после появления всходов, затем выкапывали и учитывали количество клубеньков и побегов паразита. В качестве восприимчивого контроля использовали сорт ВНИИМК 8883.

Для ускорения прорастания семян многолетних образцов подсолнечника использовали процедуры их предпосевной обработки, описанные Русо с соавторами [15]. Наклю-

нувшиеся семянки высевали по три штуки в цветочные горшки объёмом 5 литров, заполненные смесью почвы с песком и семенами заразихи, которые вносили по 200 мг на 1 кг почвенной смеси. Растения каждого образца коллекции выращивали в 10 горшках в течение 4 месяцев (1-й месяц - в теплице при температуре 25-27 оС, затем в естественных условиях под открытым небом в течение июня-августа 2010 г. с поливом при высыхании верхнего слоя почвы). Использовали семена заразихи из двух популяций: наиболее вирулентной - из Тацинского района Ростовской области, и мало вирулентной - из Ейского района Краснодарского края. Учитывали количество цветоносов заразихи, появившихся на поверхности почвы. Затем растения подсолнечника выкапывали и учитывали на их корнях общее количество клубеньков и побегов паразита.

Для определения способности корней многолетних образцов подсолнечника стимулировать прорастание семян O. cumana их проращивали при температуре 25 оС в рулонах влажной фильтровальной бумаги, поставленных вертикально в стеклянный сосуд с небольшим количеством воды на дне. Для создания влажной камеры сосуд накрывали прозрачной плёнкой. Рулоны разворачивали, когда корни проростков подсолнечника достигали 3-5 см. Насыпали на корни семена заразихи и снова сворачивали рулоны. Дальнейшее совместное культивирование проходило при температуре 25-30 оС и фотопериоде 16 часов. Через 20 и 30 дней разворачивали рулоны и наблюдали прорастание семян паразита с помощью стереоскопического микроскопа.

Результаты и обсуждение. Заразиха из Тацинского района Ростовской области, собранная в 2009 г., проявила себя одной из самых вирулентных в отношении сортимента подсолнечника, как отечественного, так и зарубежного. Как уже сказано выше, она преодолевает действие известных генов устойчивости Or5, Or6, Or7, совместное действие генов or6or7 и устойчивость гибридной комбинации 16 х 25, резистентной к расе О в Румынии. В этой популяции концентрация биотипа, преодолевающего устойчивость к расе О, одна из самых высоких [13]. Заразиха Копанская из Краснодарского края менее вирулентна, её вирулентность не превышает таковую расы Е. И к ней имеется устойчи-

вость у некоторых возделываемых сортов и гибридов подсолнечника.

Результаты исследования этих двух популяций показывают, что изученные образцы однолетнего подсолнечника сильно поражаются Тацинской заразихой из Ростовской области. Выделяется лишь H. petiolaris с незначительной степенью поражения (1-3 клубенька на одно поражённое растение). Однако к заразихе Копанской из Краснодарского края этот вид полностью устойчив, так же, как образцы H. debilis и H. praecox (табл. 1). В исследованиях Terzic et al. [18], показано, что в Сербии эти виды проявляют устойчивость к расе Е O. cumana. Наши данные согласуются с этим.

Таблица 1

Реакция 14 образцов однолетних дикорастущих видов Helianthus из коллекции ВИР на заражение заразихой

O. cumana из двух популяций: Краснодарского края и Ростовской области

Вместе с тем наличие уже значительно более вирулентных популяций заразихи, преодолевающих устойчивость этих однолетних видов, не позволяет рекомендовать их для использования в скрещиваниях с культурным подсолнечником с целью улучшения иммунитета.

Многолетние образцы подсолнечника в большинстве своём проявили полную устойчивость, за исключением незначительного поражения H. mollis и отдельных аналогов у видов H. giganteus, H. grosseserratus, H.

тахтШат, Н. salicifolius, Н. тиШАогш (табл. 2). Это незначительное поражение образцов-аналогов можно рассматривать как следствие гетерогенности дикорастущих видов и возможности проявления изменчивости их признаков, в частности устойчивости или восприимчивости [15].

Большинство многолетних видов, изучавшихся в нашем исследовании, были испытаны ранее Русо c ^авторами [15] на их устойчивость к заразихе в Испании. Наши данные показывают, что они устойчивы в настоящее время и к высоковирулентной заразихе в Ростовской области РФ.

Таблица 2

Реакция 27образцов многолетних дикорастущих видов ИеНаМкт из коллекции ВИР на заражение заразихой

О. ситапа из двух популяций: Краснодарского края и Ростовской области

На устойчивость к заразихе из разных стран многолетних видов и Fl от них культурного подсолнечника указывали многие

Происхождение популяций O. cumana

Образцы однолетних видов Helianthus Номер Краснодарский край, Ейский район Ростовская область, Тацинский район

интродукции пораженных растений, % степень пора-же-ния* пораженных растений, % степень пора-

жения*

H. annuus 398940 26 2 100 57

H. annuus 407260 38 3 100 48

H. annuus 440524 31 5 100 76

H. annuus 441082 44 11 100 103

H. annuus 545580 41 7 100 97

H. petiolaris 440560 0 0 80 1

H. petiolaris 440612 0 0 92 2

H. petiolaris 503232 0 0 86 3

H. debilis 545666 0 0 73 38

H. debilis 560388 0 0 64 27

H. debilis 560395 27 3 100 23

H. praecox 560400 0 0 86 30

H. argophyllus 545664 33 4 100 57

H. argophyl- ARY 39 6 100 22

lus mosambik 1809

* Степень поражения среднее число клубеньков и побегов

заразихи на одно пораженное растение подсолнечника

Происхождение популяций O.

cumana

Образцы многолетних видов Helianthus Номер Краснодарский край, Ейский р-н Ростовская область, Тацин-ский р-н

интродукции поражен- степень поражен- степень

ных пора- ных пора-

расте- же- расте- же-

ний, ния* ний, ния*

% %

H. floridanus - 0 0 0 0

H. decapetalus** 440439 0 0 0 0

H. decapetalus - 0 0 0 0

H. divaricatus 545674 0 0 0 0

H. hirsutus 560389 0 0 0 0

H. mollis 530453 0 0 100 1

H. laetiflorus** 1886 0 0 0 0

H. tuberosus 441026 0 0 0 0

H. californicus** 530447 0 0 0 0

H. giganteus 489253 0 0 0 0

H. giganteus** - 0 0 0 0

H. giganteus - 0 0 100 1

H. giganteus 441029 0 0 0 0

H. grosseserratus 545698 0 0 100 2

H. grosseserratus** 545711 0 0 0 0

H. grosseserratus - 0 0 0 0

H. maximiliani 440553 0 0 0 0

H. maximiliani 2099 0 0 67 2

H. maximiliani - 0 0 0 0

H. nuttallii - 0 0 0 0

H. nuttallii - 0 0 0 0

H. salicifolius** 440074 0 0 0 0

H. salicifolius - 0 0 0 0

H. salicifolius - 0 0 100 1

H. glaucophyllus - 0 0 0 0

H. multiflorus - 0 0 100 2

H. occidentalis** 611801 0 0 0 0

* Степень поражения - среднее число клубеньков и побегов

заразихи на одно пораженное растение подсолнечника; ** Образцы, испытанные на способность их корневых выделе-

ний вызывать прорастание семян заразихи.

ISSN 0202-5493.МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып.2 (148-149), 2011

авторы [15; 7; 1; 19; 18; 6]. Сукно с соавторами [6] показали, что скрещиваемость видов с разными уровнями плоидности и передача заразихоустойчивости и бэккросс--поколениям практически осуществимы. Осуществима и передача устойчивости к заразихе культурному подсолнечнику от дикорастущих многолетних видов с разными уровнями плоидности. Поэтому необходимо и в России развивать экспериментальную работу в этом направлении для осуществления селекционных программ по созданию сортимента подсолнечника, устойчивого к новым расам О. ситапа.

Потенциально иммунитет к заразихе у подсолнечника может выражаться в отсутствии у корней способности стимулировать прорастание семян паразита. Поэтому представляло интерес выяснить прорастают ли семена заразихи из изученных популяций в присутствии корней многолетних образцов, обозначенных знаком (**) в таблице 2. Семена обеих популяций заразихи активно прорастали как на корнях, так и на всей площади фильтровальной бумаги, пропитавшейся корневыми выделениями растений подсолнечника. Проростки заразихи начинали проникать в корни подсолнечника, однако развитие клубенька не происходило (рисунок 1).

Рисунок 1 - Растения Н. саИ/огтсш возраста 20 дней после прорастания с семенами О. ситапа, проросшими на их корнях и на всей поверхности фильтровальной бумаги, пропитанной корневыми выделениями этого вида подсолнечника, увеличение х21.

Проникшие в корень гаусториальные клетки паразита погибали в наружных слоях кортикальной паренхимы и отличались от окружающих клеток корня светло-бурым цветом. Это свидетельствует о том, что иммунитет изученных дикорастущих многолетних образцов подсолнечника к заразихе не связан с отсутствием у них стимулирующего воздействия корневых выделений на семена паразита. Иммунитет скорее связан с физио-лого-биохимическими особенностями кортикальных клеток корня.

Выводы. Таким образом, наиболее вирулентные биотипы О. ситапа из Ростовской области РФ поражают изученные образцы однолетних видов дикорастущего подсолнечника из коллекции Кубанской опытной станции ВИР. Однако они не преодолевают иммунитет у изученных образцов многолетних видов. Семена заразихи прорастают в присутствии корней изученных образцов: Н. decapetalus, Н. ¡авНАогш, Н. саИ/огтсш, Н. giganteus, Н. grosseserratus, Н. salicifolius, Н. occidentalis. Проростки заразихи начинают проникать в корни этих видов, однако их гау-сториальные клетки быстро погибают в наружных слоях кортикальной паренхимы.

Авторы выражают благодарность д. б. н. В.А. Гавриловой, Т. Толстой и администрации Кубанской опытной станции ВИР за сотрудничество и предоставленные семена дикорастущих образцов подсолнечника.