Введение к работе
Актуальность темы. Важным резервом дальнейшего повышения урожайности зерновых культур в сложных почвенно-климатических условиях Сибири является возделывание сортов, обладающих устойчивостью к комплексу абиотических' и биотических факторов среды, в том числе к возбудителям болезней и засолению.
Обыкновенная корневая гниль злаков - возбудитель Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker (syn. Helminthosporium sativum Pam., King et Bakke), в дальнейшем В. sorokiniana, - широко распространенное и вредоносное заболевание яровой пшеницы и ячменя в Западно-Сибирском регионе, приводящее к существенному (от 10 до 20%) недобору урожая и ухудшению его качества (Чулкина, 1985). Вредоносность болезни особенно высока в зонах производства продовольственного зерна. Наиболее эффективным и экологически безопасным методом борьбы с заболеванием является создание и возделывание устойчивых сортов.
Выращивание сельскохозяйственных культур на засоленных почвах сопровождается также значительным снижением продуктивности и ухудшением качества урожая. Проблема солеустойчивости возделываемых сортов имеет большое практическое значение, так как общая площадь солонцовых комплексов в Западной Сибири составляет 8,8 млн. га, в том числе пашни-4,4 млн. га (Семендяева, 1999).
В решении рассматриваемых вопросов очень важно на ранних этапах селекционного процесса объективно оценить исходный материал и отобрать формы, устойчивые к биотическим и абиотическим факторам среды. Большинство используемых для этой цели прямых и косвенных методов отличаются трудоемкостью и не позволяют провести анализ с достаточной оперативностью. Необходима разработка надежных, с высокой дифференцирующей способностью методов диагностики для экспрессной оценки стрессовых воздействий на растения.
Перспективными для этой цели являются биофизические методы, в частности, методы регистрации биохемилюминесценции клеток, тканей и органов растений, величина которой является интегральным показателем энергетического статуса организма в условиях нормы и повреждения (Тарусов, 1978; Веселова и др., 1983). Подобных исследований применительно к возбудителю обыкновенной корневой гнили злаков ранее не проводилось.
Цель исследований - разработка экспресс*методов с высокой
дифференцирующей способностью для диагностики устойчивости сортов
яровой пшеницы и ячменя к обыкновенной корневой гнили и засолению на
основе регистрации биохемилюминесценции корней и листовой ткани
проростков. *
Задачи исследований: '
1) изучить влияние экзогенных фитогормонов на линейный рост изолятов возбудителя обыкновенной корневой гнили злаков;
2) исследовать реакции растений на стрессовые факторы (патоген,
засоление) по уровню сверхслабого свечения корней;
-
исследовать индуцированное свечение корней и корневых экссудатов проростков сортов яровой пшеницы и ячменя, различающихся по устойчивости к обыкновенной корневой гнили и засолению;
-
изучить влияние патогена и засоления на процесс восстановления и разрушения фотосинтетического аппарата проростков пшеницы и ячменя по сигналу замедленной флуоресценции (ЗФ);
-
исследовать ЗФ листьев проростков сортов яровой пшеницы и ячменя, различающихся по устойчивости к обыкновенной корневой гнили и засолению.
Основные результаты исследований и научная новизна. Впервые разработаны и научно обоснованы новые с высокой дифференцирующей способностью экспресс-методы диагностики устойчивости сортов яровой пшеницы и ячменя к обыкновенной корневой гнили злаков по сверхслабому свечению корней и листовой ткани проростков. Исследовано влияние экзогенных фитогормонов на линейный рост изолятов возбудителя обыкновенной корневой гнили злаков. Выявлено две группы изолятов - быстро и медленнорастущие, на рост которых фитогормоны оказывают, в основном, ингибирующее воздействие. Сибирская популяция возбудителя на 80% представлена изолятами с высокой скоростью роста.
Исследовано влияние стрессовых факторов на собственное и индуцированное свечение корней и корневых экссудатов. Установлено, что возбудитель обыкновенной корневой гнили злаков изменяет амплитуду, кинетику свечения корней и величину свечения корневых экссудатов. Подобные исследования ранее не проводились. Засоление также изменяет амплитуду свечения корней.
Впервые для оценки устойчивости сортов зерновых культур к обыкновенной корневой гнили злаков и засолению использован прием этиоляции проростков с последующим их зеленением, что значительно увеличивает дифференцирующую способность метода.
Установлено, что по относительному изменению индуцированного свечения корней, корневых экссудатов и ЗФ листовой ткани после воздействия патогена и засоления можно судить о степени устойчивости сортов к данным стрессовым факторам.
Практическая ценность и реализация результатов. Разработаны новые инструментальные методы оценки относительной устойчивости сортов ячменя и пшеницы к возбудителю обыкновенной корневой гнили злаков по свечению корневых экссудатов и ЗФ листовой ткани проростков. Рекомендованы для производственной и селекционной практики сорта яровой пшеницы, обладающие повышенной устойчивостью к обыкновенной корневой гнили, а также методы ускоренной оценки сортов к стрессам биотического характера.
Апробация. Результаты исследований обсуждались на Всесоюзной школе-семинаре по био-термо-хемилюминесценции (Суздаль, 1990), Международной научно-технической конференции (Паланга, ,1991), Региональной конференции молодых ученых и аспирантов (Новосибирск,
1994), Международных научно-практических конференциях (Кемерово, 1999; Новосибирск, 1999), VII Селекционно-генетической школе (Новосибирск, 1999), VI научно-практической конференции (Новокузнецк, 1999).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 30 работ, в том числе два авторских свидетельства, в изданиях Сибирского физико-технического института аграрных проблем и других научных учреждений Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 176 страницах, включая приложения. Состоит из введения, 5 глав, выводов и практических рекомендаций, содержит 32 таблицы, 16 рисунков, 34 приложения, список литературы из 276 наименований, в том числе 87 иностранных.
