CC BY
17
УДК 633.11:632.938
Доктор биол наук Л.Г. ТЫРЫШКИН (СПбГАУ, [email protected]) Соискатель ОТ. МИШЕНЬКИНА (УльНИИСХ, [email protected]) Доктор с.-х. наук В.Г. ЗАХАРОВ (УльНИИСХ, [email protected])
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА ВИРУЛЕНТНОСТЬ
И АГРЕССИВНОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯ КОРОНЧАТОЙ РЖАВЧИНЫ ОВСА
Овес, корончатая ржавчина, факторы внешней среды, вирулентность, агрессивность
Согласно современным научным представлениям два основных показателя патогенных свойств бпотрофных паразитов злаков - вирулентность и агрессивность - определяется главным образом генотипами возбудителя болезни и растения-хозяина. Однако в нашей предыдущей работе было показано изменение вирулентности [1-4] и агрессивности [5] возбудителя листовой ржавчины пшеницы Puccinia íriíicina Erikss. под действием химических и физических факторов внешней среды. Остается неясным, характерно ли данное явление только для данного паразита 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. coronelía (Corda) - возбудителя корончатой ржавчины овса.
Проростки 6-ти случайным образом отобранных образцов овса выращивали на светоустановке (20-22°С, постоянное освещение - 2500 люкс) в кювете на поливаемой водой вате. Восемь монопустульных изолятов возбудителя корончатой ржавчины выделили из популяции, собранной с листьев восприимчивых образцов овса в Северо-Западном регионе России в 2015 г. и поддерживали на отрезках листьев сорта Боррус. Каждым изолятом заразили помещенные на смоченную водой вату отрезки листьев этого сорта и через 4 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 мг/л), хлористого калия (0,48 мг/л), однозамещенного фосфорнокислого натрия (0,66 мг/л); одну кювету с листьями на воде выдерживали при 18°С. Через 3 суток изоляты использовали для инокуляции помещенных на воду отрезков листьев одних и тех же проростков образцов овса. Типы реакции на заражение учитывали на 9 сутки после инокуляции 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 [6]. Данная методика изучения вирулентности 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.
Только для одного из восьми изучаемых изолятов патогена не выявили различий в вирулентности ко всем сортам овса, используемым в данной работе для дифференциации Р. coronelía, после его размножения в разных вариантах опыта. Для остальных клонов гриба показано влияние изучаемых веществ или температуры на вирулентность к одному или нескольким генотипам хозяина. Отметим, что все взятые для исследования генотипы возбудителя ржавчины были вирулентны к помещенным на воду отрезкам листьев всех дифференциаторов, поэтому в данном исследовании невозможно было выявить изменения фенотипов от авирулентности к вирулентности. Типы реакций растений на заражение 3-мя изолятами Р. coronelía представлены в табл. 1. Для некоторых комбинаций изолят - сорт 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 абсолютное совпадение типов реакций интактных растений и отрезков листьев.
Таблица1. Типы реакций растений овса на заражение монопустульными изолятами возбудителя корончатой ржавчины после их размножения в разных условиях среды
Клон размножен на Образец
к-13935 к-258 к-6691 к-3404 к-11159 Боррус
Клон 1
Вода 3 3 3 3 3 3
Хлористый калий 3 3 3 3 3 3
Аммиачная селитра 3 3 1 3 3 0
ГМК 3 3 3 3 3 3
Бензимидазол 3 3 0 3 0 3
Вода, 18 С 0 3 0 3 3 3
Фосфорнокислый натрий 0 3 0 3 3 3
Клон 2
Вода 3 3 3 3 3 3
Хлористый калий 3 3 2 3 3 3
Аммиачная селитра 0 3 3 0 3 0
ГМК 3 3 2 0 0 3
Бензимидазол 3 3 0 3 2 3
Вода, 18 С 3 0 0 3 3 3
Фосфорнокислый натрий 3 3 3 3 3 3
Клон 3
Вода 3 3 3 3 3 3
Хлористый калий 3 3 3 3 3 3
Аммиачная селитра 0 0 0 0 3 3
ГМК 3 3 3 3 3 3
Бензимидазол 0 3 3 3 3 1
Вода, 18 С 0 0 0 3 0 0
Фосфорнокислый натрий 3 3 3 3 3 3
Таким образом, впервые показана зависимость фенотипического проявления вирулентности возбудителя корончатой ржавчины овса от условий размножения конкретного изолята патогена. Изменения вирулентности под действием факторов внешней среды обусловлены модификационной изменчивостью по типу фенокопий, поскольку после размножения конкретного клона в отсутствии фактора он проявляет вирулентность, характерную для изолята, размноженного на листьях в воде.
Во втором эксперименте отрезки листьев сорта Боррус раскладывали в кюветы на вату, смоченную водой, водными растворами гидразида малеиновой кислоты (10 мг/л), бензимидазола (40 мг/л), нитрата аммония (1,29 мг/л), хлористого калия (0,48 мг/л), однозамещенного фосфорнокислого натрия (0,66 мг/л); одну кювету с листьями на воде выдерживали при температуре 18°С. Через 9 суток уредоспоры каждой их полученных субпопуляций переносили в воду и концентрацию спор в каждой суспензии уравнивали путем подсчета количества сор под микроскопом и соответствующего разведения. Данными суспензиями равномерно заражали отрезки листьев сорта Боррус, помещенные на смоченную водой вату. Через 9 суток после инокуляции под лупой подсчитывали количество пустул P. coronata 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 каплях объемом 2 мкл. Статистическую обработку данных проводили с помощью однофакторного дисперсионного анализа [7] с использованием оригинальной программы, созданной в Microsoft Excel 2010. Результаты опыта приведены в табл. 2.
Полученные данные указывают на то, что ряд изучаемых факторов внешней среды влияют на показатели агрессивности популяции возбудителя корончатой ржавчины овса на восприимчивом сорте. В данном эксперименте такое влияние не выявлено только для пониженной температуры. Присутствие соли калия значимо повышало, а соли азота и бензимидазола понижало оба изучаемых показателя агрессивности.
Таблица 2. Характеристики агрессивности популяции возбудителя корончатой ржавчины после ее размножения при разных условиях внешней среды
Популяция размножена на Количество пустул на отрезке листа Количество спор в пустуле
Вода 8,2 2600
Хлористый калий 12,1 5200
Аммиачная селитра 3,6 1500
ГМК 8,3 2000
Бензимидазол 4Д 1300
Вода, 18 С 10,1 2800
Фосфорнокислый натрий 5,4 2700
НСР 2,9 410
Размножение гриба на листьях, помещенных на раствор гидразида малеиновой кислоты, приводило к снижению спорулирующей способности пустул, а на раствор соли фосфора - к статистически меньшему количеству пустул на единицу листовой поверхности.
В целом результаты исследования подтверждают основной вывод, сделанный при изучении другой системы взаимодействия (пшеница - возбудитель листовой ржавчины) -фенотипические проявления вирулентности и агрессивности патогена являются лабильными показателями, в значительной степени зависящими от факторов внешней среды, воздействующими на патоген при его размножении на восприимчивом сорте хозяина.
Снижение вирулентности и агрессивности возбудителя болезни под действием азотного (и в меньшей степени фосфорного) удобрения позволяет предполагать возможность нового подхода к борьбе с ржавчинами путем внекорневой подкормки растений простыми химическими веществами в достаточно низких концентрациях. Принципиальная успешность данного подхода показана для нескольких селекционных линий мягкой пшеницы (в печати).
Для проверки возможности снижения развития корончатой ржавчины при внекорневых подкормках удобрениями проростки 16 образцов овса селекции Ульяновсого НИИСХ выращивали на смоченных водой ватных валиках в кюветах на светоустановке. Растения 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. согопШа. На следующие сутки проростки в кюветах возвращали в вертикальное положение. Через 12 суток подсчитывали количество пустул патогена восприимчивого типа на каждом растении; статистическую обработку данных проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа [7]. На проростках 7 образцов (Н 2139, Н 2150, Н 2247, Н 2258, Н 2273, 789/14, 790/14) в контрольном варианте количество пустул было крайне низким, что, вероятнее всего, объясняется устойчивостью данных форм к используемому в работе инокулюму патогена (данные формы не включены в анализ). Не отмечено статистически значимых различий по показателю «количество пустул на лист» для восприимчивых образцов Н 2016, Н 2123, Н 2104, Н 2186 (табл. 3). Для остальных 5 линий различия между контрольным и опытными вариантами были высоко значимы (Р>0.95). Значимое взаимодействие факторов образец овса х обработка у восприимчивых к используемому инокулюму Р. согопШа форм указывает на то, что снижение развития болезни не может быть связано с повышением неспецифической устойчивости растений под действием внекорневых подкормок. Наиболее вероятным объяснением полученных результатов является изменение вирулентности ряда генотипов гриба под действием азота и фосфора; экспериментальные данные, полученные при изучении вирулентности монопустульных изолятов патогена (табл. 1), подтверждают эту гипотезу.
ТаблицаЗ. Количество пустул Р. coron ata на листьях интактных проростков селекционных образцов овса после внекорневых подкормок удобрениями
Образец Предобработка
вода аммиачная селитра аммиачная селитра + фосфат натрия
H 2016 19,5 24,7 23,8
И 2123 15,3 17,7 21,7
И 2104 35,8 38,9 35,0
H 2186 18,4 17,7 15,4
И 2058 11,2 13,2 4,3
H 2199 41,3 21,6 13,2
И 2241 19,4 7,0 4,0
И 2416 54,8 7,3 9,9
И 2070 15,0 2,3 1,3
HCP()j;i5 ~ 5,8
Таким образом, впервые в мире показано снижение развития корончатой ржавчины на проростках некоторых генотипов овса в результате внекорневой подкормки азотным и смесью азотного и фосфорного удобрений. Полученные данные указывают на теоретическую возможность борьбы с корончатой ржавчиной в полевых условиях на некоторых высоковосприимчивых сортах овса путем внекорневых подкормок удобрениями в крайне низких концентрациях.
Литература
1. Тырышкин Л.Г. Повышение частичной устойчивости к листовой ржавчине почти-изогенных линий пшеницы с Ьг генами под действием бензимидазола - результат изменения вирулентности патогена // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 34 - С. 50-54.
2. Тырышкин Л.Г. Изменение вирулентности возбудителя листовой ржавчины пшеницы под действием элементов минерального питания // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 35. - С. 85-89.
3. Тырышкин Л.Г. Изменение вирулентности возбудителя листовой ржавчины пшеницы под действием температуры // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 36. - С. 33-38.
4. Тырышкин Л.Г. Влияние разных значений рН на вирулентность и агрессивность
возбудителя листовой ржавчины пшеницы Pnccinict triticina Erikss.» 11 Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - 2015. - № 40. С. 45-49.
5. Тырышкин Л.Г. Влияние элементов минерального питания на агрессивность возбудителя листовой ржавчины пшеницы Pnccinict triticina Erikss. // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2015.-№38.-С. 29-33.
6. Mains Е.В., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss // Phytopath. - 1926. - УЛ6. - № 1. - P. 89-120.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979.-416с.
УДК 631.8.022.3: 635.64
Канд. биол. наук P.C. ГАМЗАЕВА
(СПбГАУ, [email protected])
ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОБЩУЮ БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ
Яровой ячмень, биопрепараты, Флавобактерин, Мизорин, минеральные удобрения
Яровой ячмень является одной из важнейших основных зернофуражных культур мира. По валовому сбору и посевным площадям среди зерновых культур он имеет большой удельный вес, как в нашей стране, так и в мировом земледелии. Широкое использование ячменя объясняется не только благоприятным биохимическим составом его зерна, но и рядом хозяйственно-биологических особенностей, которые во многом определяют столь обширный ареал возделывания по сравнению с другими зерновыми культурами. По сравнению с пшеницей и овсом он имеет более короткий вегетационный период и способен формировать высокие урожаи, как при коротком, так и при длинном световом дне.
По использованию в народном хозяйстве ячмень относится к универсальным культурам. Его зерно содержит крахмал (50-60%) и белок (11-15%). Важно, что в белке имеются все незаменимые аминокислоты (лизин, метионин, триптофан), большое количество солей железа, калия, кальция, магния, фосфора и кремния [1].
Ячмень обладает огромным разнообразием форм, приспособленных к произрастанию в различных почвенных и климатических условиях. Кроме того, для ячменя характерен быстрый темп развития, что делает эту культуру незаменимой не только в северных районах, но и в жарких, острозасушливых областях.
В сравнении с другими зерновыми культурами ячмень характеризуется коротким периодом поглощения питательных веществ. Ко времени выхода в трубку он выносит почти 75% азота и калия, около 46% фосфора, потребляемых за весь период вегетации. Поэтому для получения высоких урожаев зерна очень важно, чтобы он был обеспечен питательными веществами с начала своего развития. Компенсировать недостаток питания первого периода вегетации ячменя в последующие фазы развития невозможно. Эта биологическая особенность определяет повышенную требовательность ячменя к условиям питания в стартовый период. На формирование 1т зерна ячмень расходует 26 кг азота, 11 - фосфора и 26 кг калия [ 1 ].
Сокращение использования в сельском хозяйстве минеральных и органических удобрений обострило проблему снабжения растений азотом, поскольку без него невозможны устойчивые урожаи зерна хорошего качества [2].
Согласно современным представлениям, дополнительное поступление азота в почву под небобовыми растениями происходит, главным образом, в результате ассоциативной азотфиксации. На сегодня выявлено более 12 тыс. различных видов высших растений, способных вступать в ассоциации с азотфиксирующими микроорганизмами [3].
