Содержание к диссертации
Страницы
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ 11
ПЯТНИСТОСТЕИ ЛИСТЬЕВ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЯЧМЕНЯ К
БОЛЕЗНЯМ
1.1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ 11
ПЯТНИСТОСТЕИ ЯЧМЕНЯ
1.1.1. Сетчатая пятнистость 11
Распространение и вредоносность болезни 11
Таксономия возбудителя 12
Специализация 12
Симптоматика болезни 13
Морфологические особенности конидиального и сумчатого 14 спороношения
Эпидемиология 15
1.1.2. Темно-бурая пятнистость 15
Распространение и вредоносность болезни 15
Таксономия возбудителя 16
Специализация 17
Симптоматика болезни 17
Морфологические особенности конидиального и сумчатого 18 спороношения
Эпидемиология 20
1.1.3. Ринхоспориоз 20
Распространение и вредоносность болезни 20
Таксономия возбудителя 21
Специализация 21
Симптоматика болезни 22
Морфологические особенности конидиального и сумчатого 23 спороношения
Эпидемиология 23
1.2. СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ПЯТНИСТОСТЕИ 24
ЛИСТЬЕВ ЯЧМЕНЯ
1.2.1. Сорта-дифференциаторы для анализа популяций гемибиотрофных 24
патогенов ячменя
Сетчатая пятнистость ячменя 24
Темно-бурая пятнистость ячменя 26
Ринхоспориоз ячменя 28
1.2.2. Микроэволюционные процессы в популяциях возбудителей 34
пятнистостеи ячменя
1.3. УСТОЙЧИВОСТЬ ЯЧМЕНЯ К ВОЗБУДИТЕЛЯМ ПЯТНИСТОСТЕИ 42
ЛИСТЬЕВ
1.3.1. Методы выявления источников устойчивости к гемибиотрофным 42
патогенам
Лабораторный скрининг 43
Методы создания искусственных инфекционных фонов к 44 возбудителям пятнистостеи листьев ячменя
Источники устойчивости к сетчатой пятнистости 46
Генетика устойчивости . 53
Источники устойчивости к темно-бурой пятнистости 65 0.5. Генетика устойчивости 68
Источники устойчивости к ринхоспориозу 72
Генетика устойчивости 78
HORDEUM VULGAIiE SUBSP. SPONTANEUM- ЦЕННЫЙ ИСТОЧНИК 85 УСТОЙЧИВОСТИ К БОЛЕЗНЯМ
ИСТОЧНИКИ ГРУППОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЯЧМЕНЯ К 90 БОЛЕЗНЯМ
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 93
2.1. Выявление источников групповой устойчивости ячменя к 93
возбудителям сетчатой, темно-бурой пятнистостей и ринхоспориозу
Скрининг образцов ячменя устойчивых к P. teres и С. sativiis в 93 лаборатории
Оценка сортов и образцов ячменя к листовым болезням на 95 естественном инфекционном фоне в поле
Оценка образцов.ячменя к P. teres на искусственном инфекционном 98 фоне в поле
Методы создания исходного материала для селекции ячменя с ' 98 групповой устойчивостью к болезням
Генетический анализ устойчивости ячменя к сетчатой и темно-бурой 99 пятнистостям в лаборатории
Выявление генетического разнообразия устойчивости ячменя к 101 сетчатой и темно-бурой пятнистостям с использованием мейотического потомства грибов P. teres и С. sativiis
Выявление генетического разнообразия у новых источников 102 устойчивости ячменя к возбудителю сетчатой пятнистости
Выявление генетического разнообразия у новых источников 105 устойчивости ячменя к возбудителю темно-бурой пятнистости
2.5. Выявление числа генов устойчивости к возбудителю сетчатой 106
пятнистости у сложных гибридов ячменя с использованием мейотического
потомства патогена
ГЛАВА 3. Устойчивость ячменя к листовым пятнистостям ПО
3.1. Оценка устойчивости районированных и перспективных для 110
районирования сортов ячменя к листовым пятнистостям на
Государственных сортоучастках (ГСУ) в Северо-Западном регионе РФ
Выявление коллекционных образцов ячменя с групповой 116 устойчивостью к болезням в лаборатории
Оценка устойчивости образцов ячменя к листовым пятнистостям на 124 естественном инфекционном фоне в условиях опытного поля ВИЗР
Оценка устойчивости сортов, образцов и линий ярового ячменя к 126 листовым пятнистостям на опытных делянках ЛНИИСХ Белогорка
Оценка устойчивости коллекционных образцов ячменя ВИР к 128 листовым пятнистостям
ГЛАВА 4. Выявление генетического разнообразия устойчивости ячменя к 131
сетчатой .и темно-бурой пятнистостям с использованием мейотического
потомства грибов P. teres и С. sativus
4.1 Характер наследования вирулентности гриба P. teres к сортам ячменя с 132
известными генами устойчивости
4.1.1. Характер наследования вирулентности гриба P. teres к новым 136
источникам устойчивости
Анализ тождественности генов авирулентности у изолятов гриба Р. 143 teres к различным образцам ячменя
Характер наследования вирулентности гриба С. sativus к различным 161 сортам ячменя
Анализ тождественности генов авирулентности у изолятов гриба 169 С. sativus к различным образцам ячменя
ГЛАВА 5. Выявление числа генов устойчивости к возбудителю сетчатой 182
пятнистости у сложных гибридов ячменя с использованием мейотического потомства патогена
5.1. Выявление изолятов с определенными генами вирулентности к 183
известным донорам устойчивости среди мейотического потомства гриба Р.
teres
Выявление линий сложных гибридов ячменя с двумя и более генами 188 устойчивости к возбудителю сетчатой пятнистости с использованием маркированных изолятов гриба
Выявление линий сложных гибридов ячменя с двумя и более генами 196 устойчивости к возбудителю сетчатой пятнистости на основании анализа расщепления по вирулентности в аскоспоровой популяции P. teres
Оценка линий сложных гибридов ячменя на естественном и .204 искусственном инфекционных фонах
ГЛАВА 6. Генетическая детерминация устойчивости к P. teres и С. sativus и 206
выявление гомозиготных по устойчивости линий F3 от скрещивания устойчивых образцов ячменя
ВЫВОДЫ 211
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 214
Введение к работе
Ячмень {Hordeum vulgare L.) является ценной зернофуражной и продовольственной культурой. Зерно ячменя используется в качестве сырья для пивоварения, кондитерской, хлебопекарной, фармацевтической, текстильной и кожевенной промышленности. Однако наибольший объем (70-75%) от валового сбора зерна этой культуры приходится на кормовые цели для нужд животноводства (Лукьянова и др., 1990).
В Северо-Западном регионе России около 10% пахотных земель занимают серые хлеба (Уровни и тенденции..., 2000).
Ячменное зерно - это основное сырье для пивоваренной промышленности. В настоящее время для России, и для Северо-Западного региона в частности, остро встал вопрос о выращивании больших объемов зерна пивоваренных сортов ячменя для нужд бурно развивающейся пивоваренной промышленности (Радюкевич и др., 2002).
Основными факторами, лимитирующими получение высокого урожая качественного зерна, являются вредоносные болезни. В Северо-Западном регионе России основное -значение среди наиболее опасных и вредоносных болезней ячменя имеют пятнистости листьев, вызываемые гемибиотрофными патогенами: сетчатая (возбудитель Pyrenophora teres Drechsler.), темно-бурая (возбудитель Cochliobolus sativus Drechs. ex Dastur) пятнистости и ринхоспориоз (возбудитель Rhynchosporium secalis (Oud.) J.J. Davis).
Развитие одного из видов пятнистостей выше порога вредоносности в Северо-Западной Нечерноземной Зоне РФ происходит, в среднем, 5 раз за 10 лет. Наиболее распространенной и вредоносной болезнью ячменя является сетчатая пятнистость. Потери урожая ячменя от этого заболевания в период эпифитотий могут составлять от 20 до 40% (Обухович, Мицкевич, 1982). При этом вредоносность болезни состоит не только в прямых потерях урожая из-за сниженного фотосинтеза растений, но и в снижении качества зерна.
В последнее время отмечено нарастание вредоносности гриба С. sativus как возбудителя темно-бурой пятнистости листьев в посевах ярового ячменя. Это заболевание ежегодно проявляется на коллекционных и производственных посевах ячменя в Северо-Западном Нечерноземной Зоне России и при благоприятных условиях для развития болезни ее распространенность может достигать 100%, а развитие 50-90%, что можно было наблюдать в 2003 году на посевах ячменя Ленинградской области.
Ринхоспориоз распространен повсеместно. Эта болезнь наиболее вредоносна в Северо-Западном регионе РФ на яровом ячмене при затяжной холодной весне. Последняя эпифитотия ринхоспориоза была зафиксирована в этом регионе в 2001 году, когда развитие болезни на отдельных восприимчивых сортах достигало 80% (Ишкова, 2002).
Наиболее экономически выгодным и экологически безопасным способом борьбы с этими патогенами является возделывание устойчивых сортов.
Создание коллекций источников устойчивости с.-х. культур различного происхождения, в том числе и ячменя к листовым пятнистостям является базовой работой при целенаправленной селекции устойчивых сортов. Особенности биологии популяций гемибиотрофных патогенов ячменя и их жизненных циклов определяют методологию поиска эффективных источников устойчивости (Афанасенко, 1996).
Для успешной селекции ячменя на устойчивость к листовым пятнистостям необходимы генетически охарактеризованные доноры устойчивости.
К настоящему времени наиболее полно изучена генетика устойчивости ячменя к возбудителям сетчатой пятнистости и ринхоспориозу.
Несмотря на то, что поиски эффективных источников устойчивости ячменя к возбудителям гемибиотрофных патогенов проводятся уже достаточно длительный период в нашей стране и за рубежом, генетическая коллекция доноров устойчивости к возбудителям сетчатой пятнистости и
7 ринхоспориозу представлена небольшим количеством высокоэффективных генов устойчивости и одним, ценным для селекции геном длительной устойчивости к возбудителю темно-бурой пятнистости. Сведения о донорах групповой устойчивости ячменя к перечисленным болезням в литературе отсутствуют.
Одной из стратегий создания сортов ячменя с длительной устойчивостью к болезням является объединение в одном генотипе нескольких генов устойчивости от используемого донора(ов). Для определения числа генов устойчивости к болезни, у создаваемых с использованием нескольких генов устойчивости селекционных линий, необходимо проведение дополнительных скрещиваний, получения потомства F2 и его анализ. Ускорить данный процесс и сэкономить время и трудовые ресурсы возможно при использовании молекулярных маркеров определенных генов устойчивости. По объективным причинам, в настоящее время селекция с использованием молекулярных маркеров генов устойчивости пока не получила широкого применения. В работах Н.В. Мироненко (2005) и О.А. Филатовой (2005) на основании выявленных закономерностей межорганизменнои генетики патосистем ячмень - P. teres и ячмень - С. sativus была обоснована возможность использования мейотического потомства от скрещивания изолятов грибов с определенным генотипом вирулентности для выявления числа генов и генетического разнообразия устойчивости у источников устойчивости ячменя. В данной работе предпринята попытка практической реализации этих разработок для выявления генетического разнообразия новых доноров устойчивости ячменя к возбудителям сетчатой и темно-бурой пятнистостей и числа генов устойчивости, в созданных Т.Н. Радюкевич в ЛНИИСХ сложных гибридах ячменя.
Цель и задачи исследований. Целью исследования являлось создание коллекции генетически разнородного исходного материала для селекции сортов ячменя с групповой устойчивостью к возбудителям пятнистостей листьев.
Для достижения данной цели предполагалось решить следующие задачи:
1. Охарактеризовать устойчивость районированных сортов ячменя, а
также коллекционного и селекционного материала по устойчивости к группе
листовых пятнистостей на Северо-Западе России.
2. Выявить источники устойчивости ячменя к возбудителям
пятнистостей листьев и образцы с групповой устойчивостью.
Выявить генетическое разнообразие устойчивости у новых доноров ячменя, с использованием мейотического потомства от внутривидовых скрещиваний изолятов P. teres и С. sativus.
Провести скрещивания источников устойчивости к P. teres и С. sativus между собой и выявить гомозиготные по устойчивости к' обоим возбудителям линии F3.
Определить число генов устойчивости у линий сложных гибридов ячменя, созданных в ЛНИИСХ, с использованием различных доноров устойчивости.
Научная новизна исследований. Охарактеризована групповая устойчивость к P. teres,. С. sativus и R. secalis коллекций источников и доноров устойчивости к отдельным болезням. Выявлено четыре новых источника групповой устойчивости к сетчатой, темно-бурой пятнистостям и ринхоспориозу: к-3.0594, к-30597, к-29830 и 2994 Tibet White 9; семь - к возбудителям сетчатой и темно-бурой пятнистостей: к-29830, к-30023, к-30597, к-29438, к-30594, к-30452 и к-30451; и два к возбудителям сетчатой пятнистости и ринхоспориозу - к-27737 и к-8727.
Впервые реализован способ выявления генетического разнообразия устойчивости ячменя к P. teres и С. sativus, основанный на доказанных ранее взаимодействиях генов устойчивости и авирулентности в изучаемых патосистемах по типу ' ген-на-ген. В результате проведенной работы обнаружено, что у образцов к-23874, к-30013 и к-30141 устойчивость детерминирована геном Rptlb, у образцов к-15812 и к-30479 - генами Rptlb и Р15, у образца к-15811 - генами Pt5, Ptl3 nptl4 и у образца к-19979 - Rpt2c, ptl7 (либо pt 18), pt 11 nptl2.
Определено, что устойчивость к темно-бурой пятнистости у образцов к-29438, к-30453, к-29636, к-30594, к-29830, к-30023, к-30597 и к-27557 детерминирована геном Rcs5. Выявлено, по крайней мере, два новых эффективных гена устойчивости ячменя к возбудителю темно-бурой пятнистости, донорами которых являются образцы к-30501 и к-30452.
Впервые для определения числа генов устойчивости у селекционных линий сложных гибридов ячменя было использовано мейотическое потомство гриба P. teres. Отобрано 19 линий сложных гибридов, генотип которых представлен двумя и более генами, представляющих интерес для создания сортов ячменя с длительной устойчивостью к возбудителю сетчатой пятнистости.
Практическая значимость работы.
В качестве доноров групповой устойчивости ячменя к P. teres, С. sativus и R. secalis для практической селекции в Северо-западном регионе РФ ' могут быть рекомендованы образцы: к-30594, к-30597, к-29830 и 2994 Tibet White 9; к P. teres и С. sativus - к-29830, к-30023, к-30597, к-29438, к-30594, к-30452 и к-30451; и к P. teres и R. secalis - к-27737 и к-8727.
Созданная коллекция генетически охарактеризованных изолятов гриба P. teres с признаками редкой вирулентности к донорам эффективных генов может быть использована для выявления селекционных линий, устойчивость которых детерминирована двумя и более генами.
10 Для практической селекции на длительную устойчивость рекомендуются гомозиготные по устойчивости линии Бз сложных гибридов ячменя, в генотипе которых имеются два и более генов устойчивости к возбудителю сетчатой пятнистости, а также линии F3 с групповой устойчивостью к возбудителям сетчатой и темно-бурой пятнистостям.
Апробация работы и публикации результатов исследования. Результаты работы были представлены на: координационном совете по проблемам иммунитета растений к болезням и вредителям (Санкт-Петербург, 2003); конференции аспирантов и молодых ученых на тему: "Микология и альгология - 2004" (Москва, 2004); III Всероссийской научно-практической конференции по агротехническому методу защиты растений от вредных организмов (Краснодар, 2005); II Всероссийском съезде по защите растений "Фитосанитарное оздоровление экосистем" (Санкт-Петербург, 2005); конференции аспирантов и молодых ученых на тему: "Формирование конкурентоспособности молодых ученых" СЗНМЦ (Санкт-Петербург-Пушкин, 2005).
Материалы исследований опубликованы в 4 печатных работах, 1 находится в печати.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 270 страницах машинописного текста, из них 29 страниц приложения и состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 39 таблицами и 4 рисунками. Библиография включает 331 источник, из них 258 на иностранном языке.
