CC BY
44
МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (142-143), 2010
С.Г. Бородин,
доктор сельскохозяйственных наук И.А. Котлярова,
кандидат сельскохозяйственных наук
Ю.М. Соснина,
младший научный сотрудник
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, 17, тел.:(861) 254-27-91, факс (861)274-43-10 e-mail:[email protected]
СОЗДАНИЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА, УСТОЙЧИВОГО К ВОЗБУДИТЕЛЮ СУХОЙ ГНИЛИ КОРЗИНКИ ПОДСОЛНЕЧНИКА
Ключевые слова: сухая гниль, методы, инфекционный фон, иммунологическая шкала, инокуляция, индивидуальный отбор
УДК 633.854.78: 631.524.86
Введение. Колоссальные потери количества и качества урожая несет сельское хозяйство от вредных организмов, примерно 25 % ежегодно [4]. Грибы рода Rhizopus Ehrenb., вызывающие
сухую гниль корзинки, являются одними из опасных и вредоносных патогенов растений подсолнечника. В пораженных грибом соцветиях семена формируются щуплыми, недоразвитыми, и как следствие снижаются урожай, масличность, повышается лузжистость семянок, увеличивается количество свободных жирных кислот в масле семян [1, 10, 12].
Существуют разные способы защиты подсолнечника от этой болезни, например: агротехнические, химические. Самым экономичным методом борьбы с сухой гнилью подсолнечника является придание сортам устойчивости. Хорошая агротехника и применение ядохимикатов в сочетании с устойчивостью являются эффективным средством снижения вредоносности возбудителя и локализации источника инфекции.
Селекция на устойчивость к грибам рода Rhizopus Ehrenb. чрезвычайно сложна из-за отсутствия у них хорошо выраженной расоспецифичности и узкой приспособленности к кругу хозяев. Эти грибы - факультативные паразиты, обладающие широкой специализацией. Характер генетического контроля устойчивости полигенный. Форм подсолнечника, устойчивых к заболеванию, нет [4, 7, 8].
Имеются сведения, датированные 1978 г., что индийским специалистам удалось выделить устойчивые формы из культурного подсолнечника, однако они были мало использованы при создании коммерческих гибридов [11]. В 1980 г. Yang et al. обнаружили устойчивые биотипы, работая с дикими видами: H. divaricatus, H. hirsutus, H. laetiflorus, H. resinosus. Но передать культурному подсолнечнику устойчивость к сухой гнили, присущую дикарям, довольно сложно [14].
Любой сорт подсолнечника является гетерогенной популяцией и биотипы, входящие в ее состав, наследственно различаются по масличности, урожаю семянок, устойчивости к болезням и другим признакам. Считается, что высокий уровень горизонтальной устойчивости к различным болезням, в том числе к возбудителю сухой гнили подсолнечника, можно сформировать в результате отбора на инфекционном фоне с помощью правильно подобранных методов испытания и оценки [2, 5, 8].
Материал и методы. В качестве исходного материала были использованы сорта-популяции подсолнечника селекции ВНИИМК различных групп спелости. Выделение, а также получение чистых культур и размножение грибов рода Rhizopus Ehrenb. осуществляли по общепринятым методикам [6, 9]. Оценку и отбор устойчивых форм проводили в искусственных и естественных условиях при массовом развитии патогена. Искусственное заражение осуществляли путем опрыскивания корзинки водной суспензией патогена, а также помещением зараженных зерновок овса и семянок подсолнечника под листья обертки. Водная суспензия готовилась путем смыва дистиллированной водой спорангиев со спорами 7-дневной культуры гриба, выращенного на картофельно-глюкозном агаре в чашках Петри. Нанесение на одну корзинку 4-5 мл споровой суспензии с концентрацией 4500-5000 спор/мл обеспечивает наибольшее число случаев заражения и обеспечивает дифференциацию селекционного материала по устойчивости к сухой гнили. Инфекционное начало для заражения методом нанесения инфекции под лист обертки получали размножением чистой культуры гриба на стерильных зерновках овса и семянках подсолнечника. Оценку степени устойчивости растений подсолнечника к возбудителю сухой гнили проводили по разработанной нами шкале (табл. 1).
Таблица 1 — Шкала для оценки селекционного материала подсолнечника на устойчивость к сухой гнили
Устойчивость, балл Поражение поверхности корзинки,% Кислотное число масла, мг КОН Степень устойчивости (восприимчивости)
4 0 0,8±0,2 R - устойчивый
3 1-25 1,2±0,1
2 25-50 1,9±0,5 MR - среднеустойчивый
1 51-75 2,7±0,6 S - восприимчивый
0 75-100 10,2±5,4 VS - сильно восприимчивый
Выделение растений подсолнечника, устойчивых к сухой гнили, осуществляли методом индивидуального отбора с оценкой по потомству в условиях массового развития патогена. Отбира-
ли селекционные образцы с 3-4 баллами устойчивости. В лабораторных условиях определяли кислотное число масла в соответствии с ГОСТом 10858-77. Хозяйственно полезные признаки учитывали по методике, принятой в отделе селекции сортов подсолнечника.
Результаты и обсуждение. Сорта и селекционные семьи подсолнечника характеризуются большой гетерогенностью по генам устойчивости к болезни. Выделить наиболее устойчивые биотипы и закрепить этот признак можно проведением многократного индивидуального отбора в условиях естественной и искусственной эпифитотии. Наиболее эффективна оценка в условиях естественной эпифитотии при реальных инфекционных нагрузках. Однако в природе массовое развитие возбудителя сухой гнили наблюдается нерегулярно и зависит от многих факторов. Степень поражения сухой гнилью корзинок подсолнечника во многом определяется погодными условиями, инфекционной нагрузкой и очень слабо зависит от сорта.
По литературным данным и нашим наблюдениям, грибы рода Rhizopus БЬгепЬ. обладают органо-тропной и онтогенетической специализацией. Возбудитель сухой гнили поражает только зрелые, поврежденные ткани корзинки в основном во второй половине онтогенеза подсолнечника. Инфекция распространяется аэрогенным путем. А симптомы болезни появляются в период созревания [1, 12, 13, 14].
С учетом развития грибов рода Rhizopus БЬгепЬ. для создания искусственного инфекционного фона с равномерным распределением инокулюма применили и изучили эффективность трех способов нанесения инфекции на корзинку подсолнечника (табл. 2).
Таблица 2 — Способы инокуляции корзинок подсолнечника возбудителем сухой гнили
_Краснодар, ВНИИМК, 2006-2008 гг.
Способ инокуляции корзинки подсолнечника возбудителем сухой гнили Распространенность болезни, %
1. Помещение зараженных зерновок овса под лист обертки 82,0
2. Помещение зараженных семянок подсолнечника под лист обертки 86,0
3. Опрыскивание водной суспензией патогена 95,0
Инокулировали корзинки подсолнечника в фазе цветения в утренние часы путем опрыскивания при помощи пульверизатора лицевой поверхности корзинки водной суспензией патогена и вкалыванием зараженных зерновок овса и семянок подсолнечника под лист обертки. В фазе созревания проводили учет количества растений с пораженными корзинками.
Все три способа инокуляции обеспечивали возможность надежного контакта анализируемых растений с патогеном и способствовали его хорошему развитию Использование инокулюма в виде водной суспензии "чистой культуры гриба" создает лучшую выравненность фона, гарантированное заражение патогенном, отличается простотой и легкостью нанесения. Изоляция корзинки пергаментными изоляторами способствует сохранению капель влаги и создает благоприятные условия для успешного развития возбудителя сухой гнили. По нашим наблюдениям, при осуществлении инцухтирования, при проведении парных и групповых переопылений растений подсолнечника инокуляцию корзинок лучше проводить путем опрыскивания водной суспензией. Для создания искусственной эпифитотии на фоне свободного цветения культуры больше подходит способ нанесения зараженного материала под лист обертки.
В процессе онтогенеза растения подсолнечника испытывают состояния различной восприимчивости к патогенам. Наиболее уязвимую фазу в отношении возбудителя сухой гнили у сортов подсолнечника различных групп спелости установили в результате инокуляции корзинки в разные периоды вегетации (табл. 3).
По полученным данным, сорт подсолнечника скороспелой группы Бузулук наиболее восприимчив к патогену в фазе конец цветения. Распространенность сухой гнили при искусственном заражении достигает 92,7 %. Для сортов среднеспелой группы Мастер и СПК наиболее уязвимая фаза - начало цветения, распространенность болезни 91 %.
Надёжный контакт паразита с хозяином определяется как условиями рассеивания инфекционного начала, так и совмещением периода его рассеивания с максимально восприимчивой фазой вегетации растения. Для определения степени совпадения периодов восприимчивости сортов к су-
хой гнили и рассеиванием заразного начала изучили динамику лета спор грибов рода Rhizopus Ehrenb. в течение вегетации подсолнечника по методике Н.А. Наумова (1937) (рис. 1).
Таблица 3 — Распространенность (%) сухой гнили при искусственном заражении в разные фазы вегетации подсолнечника
_г. Краснодар, ВНИИМК, 2006-2008 гг.
Сорт Фаза вегетации Распространенность болезни, %
Бузулук (скороспелый) Бутонизация 10 ,7
Начало цветения 56,1
Конец цветения 92,7
НСРо5 9,7
Мастер (среднеспелый) Бутонизация 13,5
Начало цветения 93,0
Конец цветения 64,5
НСРо5 5,6
СПК (среднеспелый) Бутонизация 13,6
Начало цветения 90,3
Конец цветения 52,6
НСРо5 6,9
В результате наблюдений установили, что наибольшее количество спор в воздухе отмечалось в третьей декаде июня и первой декаде июля - 13600 спор в 1 м3. Значительная часть спор рассеивается уже к началу цветения сортов. Массовое выбрасывание спор происходит в довольно короткий период (на 50-59-й день от всходов) и совпадает с фазой цветения у большинства сортов подсолнечника. Именно эта фаза развития растений подсолнечника у таких сортов является критическим периодом восприимчивости к грибами рода Rhizopus БЬгепЬ.
16000
14000
Рисунок 1 - Динамика лета спор грибов рода Rhizopus БЬгепЬ., 2008 г.
В начале работы выделение устойчивых форм и накопление признака устойчивости к сухой гнили осуществляли с помощью искусственного заражения корзинки с использованием самоопыления и индивидуального отбора растений, в меньшей степени пораженных этой болезнью.
В качестве исходного материала использовали 8 сортов разных групп спелости. Сорта по-разному реагировали на инокуляцию и принудительное опыление. В результате 3-летнего индивидуального отбора на основе сортов Фаворит, СУР, Р-453, Альбатрос не удалось выделить устойчи-
вый к сухой гнили материал из-за низкой завязываемости семян (как результат самоопыления) и сильной степени поражения поверхности корзинки возбудителем. Используя сорта Березанский, Мастер, Бузулук, СПК, выделили 57 семей без видимых признаков поражения сухой гнилью (табл. 4).
Таблица 4 — Результаты 3-летнего индивидуального отбора семей подсолнечника, устойчивых к сухой гнили корзинок
Краснодар, ВНИИМК, 2006-2008 гг.
Происхождение Количество зараженных растений, шт. Количество выделенных семей, шт.
Березанский 40 25
Мастер 160 25
Бузулук 120 4
СПК 40 3
Фаворит 40 0
СУР 40 0
Р-453 40 0
Альбатрос 120 0
Из 600 инокулированных растений удалось выделить всего около 9 % биотипов с третьим и четвёртым баллом устойчивости. Неэффективность такого способа повышения устойчивости связана, скорее всего, с факторами пассивной устойчивости сортов (биофизические, анатомические, морфологические, физиологические и другие признаки), т.е. обусловлена механизмами устойчивости.
В 2008 г. высокоустойчивые к сухой гнили 11 семей, отобранные из сорта Мастер, и 7 семей из сорта Бузулук с хорошими морфологическими признаками, оценили в питомнике первого года изучения по продуктивности (табл. 5).
Судя по данным анализов, у всех инцухт-поколений имела место депрессия по основным элементам продуктивности. Из оцениваемого материала удалось выделить только 2 высокоустойчивые семьи, не уступающие контролю по урожайности и сбору масла с 1 га. Все отобранные номера характеризовались повышенной устойчивостью к сухой гнили и пониженным показателем кислотного числа масла в семенах по сравнению с контролем. Следовательно, систематические отборы форм, устойчивых к сухой гнили, с использованием искусственного заражения значительно истощают физиологический потенциал растений. Постоянная инокуляция корзинок приводит к ослаблению растений, нарушению обмена веществ. Растения теряют способность подавлять развитие патогена, усиливается интенсивность поражения, исчезает дифференциация по устойчивости, что значительно затрудняет выделение устойчивых форм. Повышение устойчивости, которое нам удалось достичь в процессе работы, не компенсирует снижение продуктивности у выделенных устойчивых форм.
Таблица 5 - Характеристика лучших селекционных образцов, устойчивых к сухой гнили
Краснодар, ВНИИМК, питомник 1-го года изучения, 2008 г.
№№ Селекционный Поражение сухой гнили, % Масличность абс. сухих семянок, % Масса 1000 Кислотное Урожай- Сбор мас-
номер семянок, г число масла, мг КОН ность, т/га ла, т/га
1 27-8-21-3 5,0 50,5 45,1 0,7 2,1 1,0
2 39-4-46-2 5,0 47,6 56,4 0,8 1,7 0,7
3 39-4-46-3 5,3 49,2 60,4 0,8 1,7 0,8
4 48-3-49-2 0 51,6 54,2 0,8 3,1 1,4
к Бузулук с/эл 22,0 51,0 59,0 1,3 3,8 1,7
1 40-2-56-1 16,7 52,1 50,6 0,7 1,3 0,6
2 40-2-56-2 6,1 52,2 46,5 0,6 2,7 1,3
3 40-2-56-3 11,0 52,5 55,2 0,8 2,4 1,1
4 49-2-57-1 15,8 52,1 61,7 0,7 2,9 1,4
5 49-5-60-1 4,8 50,4 52,6 0,8 2,7 1,2
6 49-5-60-3 0 50,9 59,1 0,8 3,2 1,5
7 34-4-72-1 15,0 50,7 62,9 0,8 3,0 1,4
8 34-4-72-3 5,3 50,4 62,9 0,7 2,3 1,1
к Мастер с/эл 52,2 52,5 60,2 1,3 3,5 1,6
Для выделения исходного материала, устойчивого к возбудителю сухой гнили, необходима разработка иных подходов и критериев отбора.
Одним из наиболее эффективных способов создания устойчивого материала является проведение индивидуального отбора в условиях естественной или искусственно созданной эпифито-тии. Так в 2007 г. на участке размножения межсортового гибрида МС-2205 сложились благоприятные условия для развития сухой гнили. Распространенность болезни достигала 85 %. На этом естественном по проявлению сухой гнили фоне было отобрано 50 растений без признаков поражения возбудителем с хорошими морфологическими признаками. Полученный материал проанализировали в лабораторных условиях по массе 1000 семян, масличности, кислотному числу масла семян, и согласно разработанной нами иммунологической шкалы (см. табл. 1) выделили 17 высокоустойчивых образцов.
В 2008 г. усиление и накопление полевой устойчивости у отобранных семей осуществляли с помощью переопыления лучших семей при свободном цветении на изолированном участке, где создавали условия, имитирующие естественную эпифитотию патогена. За основу взяли метод отбора, предложенный Р. Робинсоном (4, 8). Идея метода - повышение неспецифической устойчивости на интенсивном инфекционном фоне при свободном цветении и жестком отборе устойчивых биотипов.
Массовое развитие возбудителя сухой гнили создавали путем инокуляции заранее высеянного восприимчивого сорта (исходная популяция), который служил накопителем инфекции. Отобранные образцы высевались по семьям. К фазе цветения на накопителе наблюдалось сильное развитие патогена. Распространенность болезни достигала 85 %.
Для равномерного распределения инфекции на опытном участке делянки с накопителем располагали довольно часто и равномерно. Им засевали и все защитные полосы, в том числе по периметру участка (рис. 2). Такая схема обусловлена тем, что основная масса спор сухой гнили оседает около места образования. Кроме того, на сорте с неспецифической устойчивостью распространение заболевания происходит довольно медленно.
Рисунок 2 - Схема посева: | — сорт-накопитель инфекции; | | - оцениваемые сортообразцы
В течение вегетации осуществляли фенологические наблюдения и биометрические измерения. В фазе созревания проводили оценку поражения болезнями. Учитывали урожай каждой семьи индивидуально. В лабораторных условиях определяли некоторые биохимические показатели семян (табл. 6). Кроме того, на участке с искусственно созданной эпифитотией отобрали 20 корзинок, которые не поразились сухой гнилью при инокуляции. В лабораторных условиях определяли массу семян с корзинки и массу 1000 семянок, изучали биохимические показатели. В 2009 г. лучшие по комплексу признаков семьи оценили по продуктивности и поражению болезнями в питомнике 1-го года изучения (табл. 7).
Таблица 6 — Характеристика лучших номеров подсолнечника по результатам оценки в условиях искусственно созданной эпифитотии возбудителя сухой гнили
г. Краснодар, ВНИИМК, 2008 гг.
№ Селекционный номер Поражение сухой гнилью, % Масличность абс. сухих семянок, % Кислотное число масла, мг КОН Урожайность, т/га Сбор масла, т/га
1 116 20,0 41,4 0,6 3,0 1,1
2 121 10,8 44,6 0,4 2,9 1,2
3 122 18,9 43,8 0,8 2,4 1,0
4 123 8,3 45,6 0,6 3,3 1,4
5 129 11,1 43,4 0,4 2,9 1,1
6 130 8,6 44,5 0,5 2,6 1,0
9 145 21,6 42,1 0,6 2,9 1,1
10 149 8,1 44,1 0,6 2,9 1,2
К - исходная популяция 63,2 42,7 1,6 2,6 1,0
Таблица 7 — Оценка селекционных номеров, устойчивых к сухой гнили, в питомнике 1-го года изучения
г. Краснодар, ВНИИМК, питомник 1-го года изучения, 2009 г.
Селекционный Вегета- Высота, Маслич- Сбор масла, Урожай-
номер ционный см ность, т/га ность,
период, дни % т/га
123 90 217 46,5 1,5 3,6
129 88 209 46,4 1,5 3,6
130 88 218 44,7 1,3 3,4
149 89 225 47,1 1,4 3,5
1083 88 208 46,0 1,5 3,5
1094 89 204 48,5 1,9 4,2
1096 89 207 46,1 1,7 4,1
1099 87 208 45,7 1,4 3,4
К - Юбилейный 92 227 51,0 1,7 3,8
К - СПК 88 228 46,0 1,4 3,3
В качестве контроля, аналогичного по длине вегетационного периода, использовали сорт СПК. Проводили фенологические наблюдения, биометрические измерения, учет урожая семян и фитооценку. По результатам оценки были выделены селекционные номера, значительно (в 2-3 раза) превышающие контроль по устойчивости к сухой гнили и при этом не уступающие ему по масличности и продуктивности. Лучшие из выделенных номеров превосходили контроль по урожайности семян на 0,8-0,9 т/га, а по сбору масла - на 0,3-0,5 т/га.
Из лучших семей, выявленных на основе оценки потомств, отобранных по продуктивности и сохранению признака устойчивости в условиях искусственной эпифитотии, сформировали 3 популяции (с. 786, с. 787, с. 785). В 2009 г. в питомнике предварительного сортоиспытания их изучили по продуктивности и поражению болезнями. Полученный селекционный материал с повышенной устойчивостью к сухой гнили обладал хорошей выравненностью по фенотипу и не уступал сорту-контролю по урожайности (табл. 8).
Таблица 8 — Оценка устойчивых к сухой гнили селекционных номеров в предварительном сортоиспытании
г. Краснодар, ВНИИМК, ПСИ, 2009 г.
Происхожде-ние Вегетационный период, дни Масса 1000 семянок, г Поражение сухой гнилью, % Маслич- ность, % Сбор масла, т/га Урожайность, т/га
с. 785 91 96,8 8,0 45,6 1,6 3,8
с. 786 92 97,5 16,0 46,2 1,6 3,7
с. 787 91 100,3 9,3 46,5 1,7 4,0
К - Юбилейный 97 59,0 24,0 52,2 1,8 3,8
К - СПК 91 96,7 22,7 46,5 1,6 3,7
Выводы. Выделение устойчивых форм к сухой гнили необходимо проводить в условиях естественной или искусственной эпифитотии при свободном цветении. Постоянная инокуляция корзинки патогеном при закрытом цветении ослабляет растения, приводит к депрессии по продуктивности. Выделить устойчивые формы методом индивидуального отбора при постоянном инфицировании корзинки очень сложно. Критическим периодом восприимчивости к грибам рода Rhizopus Ehrenb. является фаза цветения. Проведение негативного отбора восприимчивых биотипов неэффективно, так как симптомы болезни появляются после цветения растений подсолнечника.
Список литературы
1. Бородин, С.Г. Грибы рода Rhizopus Ehrenb. на подсолнечнике / С.Г. Бородин, И.А. Кот-лярова // Науч.-техн. бюл. ВНИММК. - Краснодар, 2007. - Вып. 2(137). - С. 55-57.
2. Борьба с болезнями растений: устойчивость и восприимчивость / Под ред. Р. Стейплза, Г. Теннисена. - М.: Колос,1984. - С 20-33.
3. Гешеле, Э.Э. Основы фитопатологической оценки в селекции растений / Э.Э. Гешеле. -М.: Колос, 1978. - 305 с.
4. Коновалов, Ю.Б. Селекция растений на устойчивость к болезням и вредителям / Ю.Б. Коновалов. - М.: Колос, 2002. - 135 с.
5. Захаренко, В.А. Методика по оценке устойчивости сортов полевых культур к болезням на инфекционных и провокационных фонах / В.А. Захаренко, А.М. Медведев, С.А. Ерохина и др. -М.: Россельхозакадемия, 2000.
6. Наумов, Н.А. Методы микологических и фитопатологических исследований / Н.А. Наумов. - 1937. - 207 с.
7. Основы патологии растений / С.Тарр. - М.: Изд-во Мир,1975. - С 218-232.
8. Плотникова, Л.Я. Иммунитет растений и селекция на устойчивость к болезням и вредителям / Л.Я. Плотникова. - М.: Колос, 2007. - 358 с.
9. Хохряков. М.К. Методические указания по экспериментальному изучению фитопатоген-ных грибов. - Л., 1976. - 72 с.
10. Acimovic, M. Prouzrokovaci bolesti suncokreta i njihovo suzbijanje / M. Acimovic // Nolit-Beograd. - 1983. - Р. 104.
11. Agrawat, J.M. Some observations on Rhizopus head rot of sunflower in Rajasthan, India / J.M. Agrawat, O P. Vaish, S.J. Mathur // Proc. of 8th. Int. Sunflower Conf., 23 - 27 July, 1978. - Minneapolis, 1978. - P. 264-270.
12. Rogers, C.E. Rhizopus head rot of sunflower; etiology and severity in the southern plains / C.E. Rogers, T.E. Thompson, D.E. Zimmer // Plant Dis. - 1978. - V. 62. - № 9. - P. 769-771.
13. Sirry, A.R. Head rot disease of sunflower in Egypt / A.R. Sirry et al. // Agr. Rev. - 1978. - V. 56. - № 2. - P. 105-112.
14. Yang, S.M. Rhizopus head rot of cultivated sunflower in Texas / S.M. Yang, et al. // Plant Diss. Rep. - 1979. - V. 63. - № 10. - P. 833-835.
