CC BY
16
УДК 633.11:632.938
Доктор биол наук Л.Г. ТЫРЫШКИН (СПбГАУ, [email protected])
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА ВИРУЛЕНТНОСТЬ И АГРЕССИВНОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯ КАРЛИКОВОЙ РЖАВЧИНЫ ЯЧМЕНЯ
Ячмень, карликовая ржавчина, факторы внешней среды, вирулентность, агрессивность
Вирулентность и агрессивность биотрофных паразитов злаков - два основных показателя их патогенных свойств; вирулентность (качественный признак) определяет способность конкретного генотипа гриба паразитировать на конкретном генотипе хозяина; агрессивность (количественный показатель) определяет успешность паразитирования вирулентного генотипа патогена. По современным данным, эти свойства в первую очередь связаны с генотипом конкретного изолята фитопатогенного гриба. Однако в нашей предыдущей работе было показано изменение вирулентности и агрессивности возбудителей листовой ржавчины пшеницы [1, 2] и корончатой ржавчины овса [3] под действием химических и физических факторов внешней среды. Остается неясным, характерно ли данное явление только для узкого ряда паразитов или оно широко распространено, либо даже универсально для других облигатных патогенов злаковых культур. Цель настоящей работы - изучение влияния различных факторов среды на вирулентность и агрессивность Р. ИоМе1 - возбудителя карликовой ржавчины ячменя.
В первом эксперименте растения восприимчивого к ржавчине сорта ячменя Белогорский выращивали на светоустановке (20-22°С, постоянное освещение - 2500 люкс) в кювете на поливаемой водой вате. Десять монопустульных изолятов Р. Иогс1е1 выделили из популяции, собранной с листьев восприимчивых образцов ячменя в Северо-Западном регионе России в 2015 г. и поддерживали на отрезках листьев сорта Белогорский, помещенных на смоченную водой вату. Каждым изолятом заразили помещенные на смоченную водой вату отрезки листьев этого сорта и через четверо суток часть листьев переносили в кюветы с ватой, смоченной водой и водными растворами гидразида малеиновой кислоты (ГМК, 10 мг/л), бензимидазола (40 мг/л), нитрата аммония (1,29 г/л), хлористого калия (0,48 г/л), однозамещенного фосфорнокислого натрия (0,66 г/л); одну кювету с листьями на воде выдерживали при 18°С. Через трое суток изоляты использовали для инокуляции помещенных на воду отрезков листьев одних и тех же растений 8-и случайным образом отобранных образцов ячменя из коллекции ВНИИ генетических ресурсов растений. Через 8 суток типы реакции на заражение патогенном учитывали по шкале: 0 - отсутствие симптомов поражения; 0; - некрозы без образования пустул; 1 - очень мелкие пустулы, окруженные некрозом; 2 - крупные пустулы, окруженные некрозом либо хлорозом; 3 - крупные пустулы без некроза и хлороза; типы реакции 0-2 соответствуют авирулентности патогена, 3 - вирулентности гриба [4]. Использование этой разработанной нами методики изучения влияния факторов среды на вирулентность позволяет полностью исключить влияние факторов внешней среды на устойчивость анализируемых растений и, кроме того, элиминировать возможное влияние на результаты гетерогенности образцов, используемых для дифференциации изолятов.
Для каждого образца выявили изменение вирулентности монопустульных изолятов патогена под действием изучаемых факторов среды. Частота клонов, вирулентных к образцам кк-18687, 30942, 19713, 6619, 4564, 31152, 31176, 31199 после их размножения на отрезках восприимчивого сорта в воде, составила 50, 100, 100, 100, 70, 100, 100 и 90%, соответственно. Частота вирулентных клонов, после из размножения в присутствии бензимидазола была 10, 40, 30, 0, 0, 20, 30 и 40%. Частота вирулентных клонов после из размножения в присутствии соли калия ко всем изучаемым образцам была 100%. Частота вирулентных клонов после из размножения в присутствии фосфорнокислого натрия
составила 30, 80, 40, 50, 60, 90, 90 и 100%. Частота встречаемости клонов, вирулентных к изучаемым образцам ячменя, размноженных в присутствии соли азота - 20, 20, 20, 30, 0, 40, 30 и 50%. После размножения изолятов гриба в присутствии ГМК частоты вирулентности были 50, 70, 90, 80, 70, 90, 100 и 90%. После размножения при пониженной температуре частота вирулентных клонов к образцам кк-18687, 30942, 19713, 6619, 4564, 31152, 31176, 31199 была 80, 100, 80, 80, 80, 100, 90 и 100%.
Типы реакций отрезков листьев на заражение 3-мя изолятами возбудителя ржавчины представлены в табл. 1. Для некоторых комбинаций было проведено изучение вирулентности на интактных растениях при заражении одним и тем же изолятом патогена, размноженным в разных условиях, одного и того же проростка. Наблюдали различную вирулентность одного и того же клона гриба после его размножения в разных условиях.
Таким образом, как для ранее изученных возбудителей ржавчин пшеницы и овса, вирулентность монопустульных изолятов Р. ИоМе1 зависит от условий их размножения и является лабильным показателем. Направление модификационной изменчивости по вирулентности определяется природой воздействующего фактора: бензимидазол и соль азота и для ряда изолятов патогена обусловливают изменение вирулентности к отдельным образцам ячменя в сторону авирулентности, калий - изменение от авирулентности к вирулентности, а направление изменчивости под действием ГМК, фосфора и пониженной температуры зависит как от генотипа хозяина, так и генотипа возбудителя.
Таблица1. Типы реакций отрезков листьев растений ячменя на заражение монопустульными изолятами возбудителя карликовой ржавчины после их размножения
в разных условиях среды
Образец, № каталога ВИР 18687 30942 19713 6619 4564 31152 31176 31199
Клон 1
Вода 0 3 3 3 0 3 3 3
Бензимидазол 0 3 3 0 0 3 3 3
Калий 0 3 3 3 3 3 3 3
Фосфор 0 3 0 3 3 0 3 3
Азот 0 3 3 3 0 3 0 0
ГМК 0 3 0 0 3 0 3 3
18 С 0 3 0 3 3 3 3 3
Клон 2
Вода 3 3 3 3 3 3 3 3
Бензимидазол 0 0 0 0 0 0 0 0
Калий 3 3 3 3 3 3 3 3
Фосфор 0 3 0 3 3 3 3 3
Азот 0 0 0 0 0 0 3 3
ГМК 0 0 3 0 0 3 3 3
18 С 3 3 3 3 2 3 3 3
Клон 3
Вода 0 3 3 3 3 3 3 3
Бензимидазол 0 3 3 0 0 0 3 3
Калий 3 3 3 3 3 3 3 3
Фосфор 1 3 0 0 0 3 3 3
Азот 0 0 0 0 0 3 0 3
ГМК 0 0 3 3 0 3 3 0
18 С 0 3 3 0 3 3 3 3
Во втором эксперименте отрезки первых листьев проростков сорта Белогорский раскладывали в кюветы на вату, обильно смоченную водой, водными растворами бензимидазола (40 мг/л), нитрата аммония (1,29 мг/л), хлористого калия (0,48 мг/л), однозамещенного фосфорнокислого натрия (0,66 мг/л) и инокулировали суспензией уредоспор сборной популяции Р. hordei (смесь сборов с нескольких восприимчивых сортов ячменя на поле Пушкинского филиала ВИР, 2015 г.). Кюветы переносили на светоустановку с постоянной температурой 22 °С; одну кювету с листьями на воде выдерживали при температуре 15°С.
Через 9 суток подсчитывали количество пустул на 20-и отрезках листьев в каждой кювете. Выявлены существенные различия по изучаемому показателю между вариантами опыта (табл. 2).
Таблица 2. Количество пустул Р. hordei после размножения популяции патогена на отрезках листьев восприимчивого сорта при разных условиях внешней среды
Отрезки листьев Количество пустул на отрезке листа
Вода 33,2
Хлористый калий 34,1
Аммиачная селитра 23,6
Бензимидазол 7,2
Вода, 15 С 22,1
Фосфорнокислый натрий 28,3
НСР ЗД
Наибольшее количество пустул было сформировано на отрезках листьев в воде и на растворе хлористого калия; наименьшее - на отрезках листьев в растворе бензимидазола; отличия от контроля были существенны для всех вариантов, кроме воздействия на отрезки листьев соли калия. Полученные данные могут объясняться как изменением агрессивности патогена под действием факторов среды, так и повышением или понижением неспецифической устойчивости растений под действием абиотического фактора, изменением вирулентности ряда генотипов патогена в популяции в генам устойчивости экспериментального сорта ячменя.
Для строгого доказательства наличия либо отсутствия модификационной изменчивости именно по агрессивности уредоспоры каждой их полученных субпопуляций возбудителя карликовой ржавчины переносили в воду и концентрацию спор в каждой суспензии уравнивали путем подсчета количества уредоспор под микроскопом и соответствующего разведения до 30 х 103 спор/мл. Данными суспензиями равномерно заражали отрезки листьев сорта Белогорский, помещенные на смоченную водой вату. Через 9 суток после инокуляции под лупой подсчитывали количество пустул Р. ИоМе1 восприимчивого типа на каждом отрезке листа. Количество уредоспор в пустулах определяли при переносе 20-ти пустул гриба в 1 мл воды и подсчете количества спор в 5-и каплях объемом 2 мкл под микроскопом. Результаты опыта приведены в табл. 3.
ТаблицаЗ. Характеристики агрессивности популяции возбудителя карликовой ржавчины ячменя после ее размножения при разных условиях внешней среды
Популяция размножена Количество пустул Количество уредоспор в пустуле
Вода 11,1 2800
Азот 3,4 1150
Калий 19,2 3200
Фосфор 5,8 2400
Бензимидазол 4,6 1000
Температура 15 С 2Д 1200
НСР 3,0 350
Для всех вариантов опыта выявлены существенные отличия от контроля как по количеству пустул на единицу площади листовой поверхности, так и по спорулирующей способности пустул. Оба показателя агрессивности популяции, размноженной в присутствии соли калия, были статистически значимо выше по сравнению с популяцией, размноженной на отрезках листьев в воде; для остальных вариантов размножения Р. ИоМе1 агрессивность популяции была ниже по сравнению с контролем. Достаточно очевидно, что в данном опыте отсутствует влияние изучаемых факторов на отрезки листьев растений , т.е. гипотеза о том, что наблюдаемые различия связаны с влиянием факторов среды на экспрессию неспецифической (горизонтальной) устойчивости может быть отброшена. Таким образом, единственная гипотеза, корректно объясняющая полученные данные - модификационная изменчивость возбудителя карликовой ржавчины ячменя по агрессивности под действием факторов внешней среды. У используемой в настоящей работе популяции патогена хлористый калий повышал 2 компонента агрессивности, а бензимидазол, соли фосфора, азота и пониженная температура снижали как количество пустул на единицу листовой поверхности, так и количество уредоспор в пустуле.
Снижение вирулентности и агрессивности изучаемого патогена под действием соли азота открывает теоретическую возможность борьбы с карликовой ржавчиной ячменя путем внекорневых подкормок данным химикатом. Для проверки этого предположения в 3-ем эксперименте проростки 9-и коммерческих сортов ячменя в стадии одного листа помещали в кюветы горизонтально и опрыскивали водой, растворами аммиачной селитры (концентрация соли 1,29 г/л; концентрация N - 0,45 г/л), либо аммиачной селитры и однозамещенного фосфорнокислого натрия (концентрация соли 0,66 г/л; концентрация Р -0,3 г/л), кюветы накрывали стеклами и помещали на светоустановку. Через сутки растения опрыскивали водной суспензией уредоспор сборной популяции Р. ИоМе1. На следующие сутки проростки в кюветах возвращали в вертикальное положение. Через 12 суток подсчитывали количество пустул патогена восприимчивого типа на каждом растении. Результаты представлены в табл. 4.
Таблица 4. Количество пустул возбудителя карликовой ржавчины на листьях проростков коммерческих сортов ячменя при внекорневой подкормке удобрениями
Сорт Предобработка растений
Вода аммиачная селитра аммиачная селитра+фосфат натрия
Суздалец 208,2 34,1 19,2
Annabel 69,3 35,0 34,2
Московский 86 117,0 72,1 43,1
Чилл 59,9 34,3 5,5
Деспина 6,7 6,1 8,2
Изумруд 65,4 24,4 4Д
Яромир 64,3 34,2 24,4
JB flavour 43,8 31,1 9,3
Cheerio 22,4 6,2 8,2
НСР = 7,2
Во всех вариантах на листьях сорта Деспина количество пустул возбудителя ржавчины было низким и одинаковым для всех вариантов. Для остальных изученных сортов выявлено существенное снижение болезни на проростках после их обработки за сутки до заражения ржавчиной раствором аммиачной селитры; наиболее отчетливо это было выражено при внекорневой подкормке смесью азотного и фосфорного удобрений - для 3-х сортов Изумруд, Чилл и Суздалец число пустул патогена на обработанных проростках было меньшим по сравнению с контролем более чем в 10 раз. Учитывая, что количество надежных
источников устойчивости ячменя к данной болезни крайне ограниченно (по нашим данным в настоящее время вообще отсутствуют источники высокоэффективной ювенильной резистентности против популяции патогена из Северо-западного региона Российской Федерации), обработка растений растворами макроэлементов питания может рассматриваться как теоретически перспективный метод борьбы с карликовой ржавчиной ячменя.
Литература
1. Тырышкии Л.Г. Изменение вирулентности возбудителя листовой ржавчины пшеницы под действием элементов минерального питания // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - 2014. - № 35. - С. 85-89.
2. Тырышкии Л.Г. Влияние элементов минерального питания на агрессивность возбудителя листовой ржавчины пшеницы Puccinia triticina Erikss // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. -2015.-№38.-С. 29-33.
3. Тырышкии Л.Г., Мишенькина О.Г., Захаров В.Г. Влияние факторов внешней среды на вирулентность и агрессивность возбудителя корончатой ржавчины овса // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2016. - № 42. - С. 82-86.
4. Mains Е.В., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss // Phytopath. - 1926. - V. 16. - № 1. - P. 89-120.
УДК 581.1:633.16:546.48
Доктор с.-х. наук В.П. ЦАРЕНКО (СПбГАУ, 15агспкорго("а)та\ 1. ш) Аспирант Д.А. ОВСЯНКО (СПбГАУ, апс1го\ 5 (7 mail.ru)
УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КАРТОФЕЛЯ И ЯЧМЕНЯ, ВЫРАЩЕННЫХ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ
УДОБРЕНИЯ
Тяжелые металлы, картофель, ячмень, система удобрений, микрополевой опыт, дерново-подзолистая почва
Загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ), особенно в районах, примыкающих к крупным мегаполисам и промышленным зонам, в последнее время стало объектом пристального внимания общества в связи с установленным влиянием ТМ на экологические условия проживания, на здоровье населения. Поэтому проблеме загрязнения окружающей среды и в частности земель сельскохозяйственного назначения, тяжелыми металлами посвящены многие научные исследования. Для обеспечения прав населения промышленных регионов на безопасное для здоровья состояние окружающей среды, включая получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции, необходимы исследования влияния антропогенной нагрузки на свойства почв и воздействия ТМ на урожайность и качество основных сельхозкультур региона. Для Ленинградской области среди таких культур важное место занимают картофель и ячмень. Имеющиеся в настоящее время исследования оценки взаимосвязи урожайности и качества картофеля и ячменя с уровнем содержания ТМ в почве достаточно противоречивы.
В работе исследовалось влияние тяжелых металлов на растения картофеля и ячменя, возделываемых в звене севооборота картофель-ячмень- однолетние травы (вико-овсяная смесь). Результаты работы могут иметь определенное теоретическое и практическое значение для ведения земледелия на загрязненных почвах, получения экологически
