Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БЕЛОЙ И СЕРОЙ ГНИЛЕЙ ПОДСОЛНЕЧНИКА II
1.1. Симптомы заболеваний. Цикли развития возбудителей, их распространенность и хозяйственная вредоносность II
1.2. Внутривидовая дифференциация возбудителей по патогенности. Факторы, обусловливающие внутрипопуляционную структуру патогенов 15
1.3. Гистологические аспекты взаимоотношения растений и возбудителей белой и серой
гнилей. Патогенез. Иммуногенез 21
1.4. Характеристика методов определения устойчивости и отбора устойчивых форм подсолнечника к возбудителям белой и серой гнилей 29
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 2. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 35
2.1. Место проведения исследований 35
2.2. Сбор инфекционного материала. Выделение изолятов в чистую культуру 40
2.3. Изучение культурально-морфологических особенностей, свойств патогенности и фитотоксичности штаммов 43
2.4. Разработка экспресс-метода оценки устойчивости и отбора устойчивых форм подсолнечника к мицелию и фитотоксическим метаболитам возбудителей 62
2.5. Гистологические аспекты взаимоотношения растений подсолнечника и возбудителей
белой и серой гнилей 74
2.6. Разработка метода создания искусственного инфекционного фона возбудителей в
условиях поля 92
Глава 3. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ И ОТБОР УСТОЙЧИВЫХ ФОРМ ПОДСОЛНЕЧНИКА К ВОЗБУДИТЕЛЯМ БЕЛОЙ И СЕРОЙ ГНИЛЕЙ 100
3.1. Оценка и отбор устойчивых форм на начальных этапах селекционного процесса с применением экспресс-метода 100
3.2. Оценка и отбор устойчивых форм на последующих этапах селекционного процесса с применением инфекционного фона в условиях поля 103
3.3. Пути использования методов иммунологической оценки и отбора устойчивых к возбудителям белой и серой гнилей форм подсолнечника в селекционном процессе 108
ВЫВОДЫ 113
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 115
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 116
- Симптомы заболеваний. Цикли развития возбудителей, их распространенность и хозяйственная вредоносность
- Место проведения исследований
- Оценка и отбор устойчивых форм на начальных этапах селекционного процесса с применением экспресс-метода
Введение к работе
Основной задачей развития агропромышленного комплекса в нашей стране на период до 1990 года является удовлетворение потребностей населения продуктами питания. В решениях майского Пленума ЦК КПСС (1982 г.) особое внимание уделяется улучшению снабжения страны мясом, молоком, плодоовощной продукцией и растительным маслом. К концу двенадцатой пятилетки планируется увеличение количества растительного масла на душу населения до 13,2 кг.
Подсолнечник - основная масличная культура в Советском Союзе. Его масло - высоко каллорийный продукт, обладающий хорошими вкусовыми качествами, широко применяется в пищевой промышленности. В последнее время значительно повысился интерес к растительным жирам. Это обусловлено содержанием в них необходимых для человека биологически активных веществ, которые по качеству значительно превосходят животные жиры и сливочное масло. В связи с этим производство подсолнечного масла в мире увеличилось с 2,1 млн. тонн в I96I-I963 гг. до 3,6 млн.тонн (Борисоник и др., 1981).
Одним из факторов, ограничивающих рост урожая подсолнечника и значительно снижающих его качество, являются возбудители белой и серой гнилей. В последние годы они широко прогрессируют как в нашей стране, так и за рубежом. Существующие агротехнические и химические мероприятия по защите этой культуры от указанных болезней не приносят должного эффекта. Поэтому проблему, снижения эпифитотий белой и серой гнилей до экономически неощутимого уровня необходимо решать комплексно. При этом особое внимание следует уделять селекции подсолнечника на устойчивость к патогенам. Создание устойчивых сортов и гибридов в значительной степени за- висит от уровня изученности свойств патогенности возбудителей, механизмов взаимодействия растения-хозяина и патогенов, а также от наличия простых и достоверных методов оценки устойчивости и отбора устойчивых форм к указанным патогенам.
Исследование внутривидовой структуры популяций возбудителей болезней раскрывает условия формирования свойств патогенности и фитотоксичности паразитов, а также возможное наличие корреляции этих свойств с их культурально-морфологическими признаками. Такая информация позволяет выявить как широко распространенные, так и потенциально опасные штаммы,и на их фоне проводить оценку и отбор устойчивых форм. Это обеспечивает создание сортов и гибридов с широким генетическим диапазоном устойчивости, что будет препятствовать быстрой потере указанных свойств при районировании (Вавилов, 1964; Расселл, 1982).
Изучение гистопатогенеза раскрывает пути проникновения и распространения мицелия в растительных тканях. Выяснение характера иммунологических реакций в ответ на заражение дает представление о механизмах взаимодействия растения-хозяина и патогенов (Тарр, 1975). Понимание этих процессов раскрывает роль различных категорий иммунитета в устойчивости подсолнечника к возбудителям болезней. Такие исследования необходимы при выборе приемов заражения, оптимальной инфекционной нагрузки и методов определения интенсивности поражения растений (Горленко, 1973; Гешеле, 1978). Перечисленные факторы являются главными условиями разработки методов оценки устойчивости и отбора устойчивых форм подсолнечника к возбудителям белой и серой гнилей. Такие методы должны обеспечивать оценку и отбор устойчивых растений одновременно к мицелию и токсинам патогенов; достоверность отбора устойчивых форм; со- хранение их жизнеспособности с целью получения потомства и вовлечения его в последующий селекционный процесс. Они также должны гарантировать выбраковку сильновосприимчивых форм и контроль за проявлением свойств устойчивости растений в ходе селекционного процесса. Перечисленные вопросы относятся к числу малоизученных.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение внутривидовой структуры возбудителей белой и серой гнилей подсолнечника по патогенности на территории' Украинской ССР; иссле дование гистологических аспектов взаимоотношения растения-хозяина и патогенов, а также разработка методов оценки устойчивости и отбора устойчивых форм на всех этапах селекционного процесса.
При решении поставленных задач мы использовали общетеоретические положения и известные в литературе результаты исследований устойчивости растений к некротрофным паразитам. Внутриводовую дифференциацию патогенов изучали путем отбора инфекционного материала на районированных сортах подсолнечника в различных поч-венно-климатических зонах республики. Использовали известные и модифицированные нами методы изучения культурально-морфологи-ческих особенностей» свойств патогенности и фитотоксичности штаммов. Характер взаимоотношения растения-хозяина и патогенов изучали исследованием путей и способов проникновения и распространения мицелия паразитов в растительных тканях. Определяли также характер иммунологических реакций в ответ на заражение. Для этого применяли гистологические методы исследований. Для разработки методов оценки устойчивости усовершенствовали известные и разрабатывали новые приемы искусственного заражения и создания искусственного инфекционного фона. С этой целью проводили поиск эффек- тивных сред для наработки инокулюма и культуральной жидкости патогенов, разрабатывали способы получения оптимальных инфекционных нагрузок, а также шкалу определения интенсивности поражения растений при искусственной инокуляции возбудителями белой и серой гнилей.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом института и является частью исследований темы: "Усовершенствовать методы оценки устойчивости подсолнечника к белой и серой гнилям в различные фазы роста и развития растений в условиях искусственного заражения". Шифр: 0.Ц.016/051.05.Ц., номер государственной регистрации 0182.2055463.
Научная новизна работы. Впервые на территории Украинской ССР установлена внутривидовая дифференциация возбудителей белой и серой гнилей подсолнечника по патогенности. Определены особенности иммунологической реакции растений в ответ на заражение. Разработан и защищен авторским свидетельством "Способ определения устойчивости растений к микроорганизмам - возбудителям белой и серой гнилей и их токсинам". Усовершенствован метод создания искусственного инфекционного фона в полевых условиях.
Практическая ценность работы. На основании результатов исследований внутривидовой структуры установлено, что популяции возбудителей белой и серой гнилей подсолнечника в условиях УССР делятся на две группы, различающиеся культурально-морфологическими особенностями, свойствами патогенности и фитотоксичности. Они используются для наработки инокулюма с целью создания искусственного инфекционного фона. Оценка устойчивости и отбор устойчивых форм подсолнечника на фоне различных по патогенности штам- мов обеспечивает создание сортов с широким генетическим диапазоном устойчивости.
Установленные особенности иммунологической реакции растений дают возможность значительно повысить достоверность оценки и отбора устойчивых растений на ранних фазах их развития. Разработанный способ определения устойчивости растений к микроорганизмам -возбудителям белой и серой гнилей и их токсинам позволяет в течение короткого времени проводить оценку устойчивости большого количества селекционного материала. При наличии условий ускоренного выращивания растений в течение одного года возможно провести оценку устойчивости в 3-4 поколениях подсолнечника. Указанный способ обеспечивает выбраковку восприимчивых и высокую достоверность отбора устойчивых растений при дозировании инфекционной нагрузки. Он дает возможность проводить оценку и отборы устойчивых форм одновременно к мицелию и токсинам патогенов. При этом отобранные устойчивые растения возможно высаживать в почву и получать потомство с целью вовлечения его в последующий селекционный процесс. Усовершенствованный метод создания искусственного инфекционного фона обеспечивает заражение всех испытуемых растений. Он позволяет вести оценку устойчивости одновременно, к обоим патогенам и дозировать инфекционную нагрузку с целью жесткой выбраковки восприимчивого материала. Это значительно повышает достоверность отбора устойчивых форм.
Апггробация работы. Результаты исследований доложены на конференции молодых ученых и специалистов в Украинском научно-исследовательском институте защиты растений (1982 г.), на заседаниях секции микологии и фитопатологии Украинского ботанического общества (1982 и 1983 гг., Киев^ на Всесоюзном координационно- методи- ческом совещании по методам оценки устойчивости подсолнечника к белой и серой гнили (1983 г., Харьков), а также на совместном заседании координационно-методической комиссии Южного отделения ВАСХНИЛ по заданию "Генетические и физиолого-биохимические основы селекции сельскохозяйственных растений" и научного совета АН УССР по проблеме "Цитология и генетика" (1984 г., Дубляны, Львовская область).
Публикации. По результатам исследований опубликованы три работы и получено авторское свидетельство № I020067A, в которых изложены основные положения диссертации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 130 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, выводов и предложений производству, содержит 19 таблиц, 26 рисунков. Список использованной литературы включает 150 наименований, в том числе 52 иностранных источников.
Исследования проводились в лаборатории иммунитета растений Украинского научно-исследовательского института защиты растений, в Украинском научно-исследовательском институте растениеводства, селекции и генетики им.Юрьева и на Украинской опытной станции Всесоюзного научно-исследовательского института масличных культур с 1979 по 1984 гг.
Выражаю сердечную благодарность за ценные советы и критические замечания в период проведения исследований доктору биологических наук, профессору Грисенко Г.В., кандидатам биологических наук: Кондратюк Л.К., Пантелееву В.К., Пидопличко В.Н., Суворовой Г.С.
Шелеховой Л.Н.
Преклоняюсь перед светлой памятью кандидата биологических наук Зражевекой Т.Г., которая обучила меня технике основных фи-топатологических методов.
С чувством глубокой признательности благодарю моего руководителя доктора биологических наук, профессора Лесового М.П. за содержательные уроки в области основ иммунитета растений и фитопатологии, за неоценимый вклад в формирование научного кругозора и выбор направления исследований.
Симптомы заболеваний. Цикли развития возбудителей, их распространенность и хозяйственная вредоносность
Возбудителями белой и серой гнилей подсолнечника являются грибы Whetaelinia sclerotiorum (Lib.) Korf et Dumont (синонимы Sclerotinia sclerotiorum d5By и Sclerotinia libertiana Fuck.) и Botrytis cinerea Рега.Оба патогена поражают растения в течение всех периодов органогенеза, вызывая заболевания корней, стеблей и корзинок.
При поражении растений W. sclerotiorum в фазе семядольных листьев, корни мацерируются и отваливаются. Семядольные листья увядают, обесцвечиваются или буреют. Затем на них появляется белый войлочный мицелий со склероциями (Лобик, 1925; Кудряшова, 1968; Байдин, 1969). При поражении растений в фазе 3-5 пар настоящих листьев у основания стебля отмечаются бурые мокрые пятна с белым войлочным налетом. Верхушка растения поникает, листья увядают. Затем пораженный участок стебля размочаливается и надламывается. Внутри его образуется масса склероциев. Корни при этом размягчаются и отмирают (Владимирская, 1951; Наумова, 1954; Коновалова, 1965). При поражении корзинок, на дорсальной их стороне появляется светло-коричневое пятно, быстро увеличивающееся в размерах и охватывающее значительную часть корзинки. С развитием болезни пораженная часть становится рыхлой и легко продавливается. На дорсальной и лицевой сторонах таких корзинок появляется белый войлочный мицелий. Плодущий слой наполняется серыми гладкими склероциями, которые просматриваются через размочаленную ткань на дорсальной стороне (Коновалова, 1955; Лукашевич, 1965; Коченкова и др., 1968).
Как указывают Алексеева и Таов (1971) при поражении подсолнечника возбудителем серой гнили в фазе семядольных листьев на них проявляются бурые мокрые пятна. С течением болезни пятна покрываются буровато-серым порошистым налетом с темно-коричневыми гофрированными склероциями. В фазе 3-5 пар настоящих листьев, заболевание проявляется на первом междоузлии и распространяется во все стороны, образуя на стебле темно-серые пятна. Пораженные участки покрываются конидиальным спороношением и единичными склероциями. На дорсальной стороне пораженных корзинок проявляется светло-бурое мокрое пятно, которое с развитием болезни покрывается темно-серым конидиальным налетом или плоскими темно-коричневыми склероциями. Затем конидиальный налет отмечается и на семенах. Таким образом, в начале заболевания на подсолнечнике белая и серая гнили проявляются в виде бурых мокрых пятен, которые с течением болезни значительно увеличиваются в размерах. Затем на поверхности зараженной грибом w. sclerotiorum ткани появляется белый войлочный мицелий. При поражении грибом В. СІ-пегеа- серый пушистый. Мицелий возбудителя белой гнили формирует склероции. В молодом возрасте они имеют светло-розовую окраску. По мере старения склероции темнеют, приобретая темно-серый цвет. Мицелий B.cinerea образует обильное конидиальное спороношение и гофрированные склероции темно-коричневого цвета (Рудаков,1959).
Место проведения исследований
Как указывает Вавилов (1966), разнообразие сортов обеспечивает эволюционную дивергенцию паразитов по свойствам патогеннос-ти. Поэтому внутрипопуляционную структуру возбудителей белой и серой гнилей изучали в изолятах,выделенных из различных сортов подсолнечника,в зонах его интенсивного возделывания,в частности -Армавирского 3497, Восход, Харьковский 101, ВНИИМК 8883 и Старт.
Разработку методов оценки устойчивости и отбора устойчивых форм подсолнечника к возбудителям белой и серой гнилей проводили в вегетационных опытах в Украинском научно-исследовательском институте защиты растений, а также в полевых опытах на экспериментальной биологической станции АН УССР, расположенной в поселке Глеваха Фастовского района Киевской области в 1980 и 1981 гг.
Апробацию указанных методов осуществляли на селекционной базе Украинского научно-исследовательского института растениеводства, селекции и генетики им.Юрьева (УНИИРСиГ, г.Харьков) в 1980, 1981 и 1982 гг , а также на Украинской опытной станции Всесоюзного научно-исследовательского института масличных культур (ВНИИМК, г.Запорожье) в 1981 и 1982 гг. Метеорологическая характеристика указанных селекционных центров представлена в таблице 2. Данные взяты из агрометеорологического бюллетня Харьковской гидрометеорологической абсерватории и Запорожской метеостанции.
Как указывает Гойман (1954), интенсивный рост и физиологическая активность мицелия большинства патогенов,в том числе возбудителя серой гнили подсолнечника отмечается при температуре Ю-25С и влажности воздуха от 50 до 100%. В указанных условиях наблюдается высокая степень развития болезней растений, в том числе серой гнили. Из данных представленных в таблице 2, видно, что температура воздуха на селекционной базе УНИИРСиГ им.Юрьева в течение вегетационного периода с 1981 по 1983 гг. колебалась в пределах 12,0-24,0С. Относительная влажность воздуха в этих районах составляла 54-98%.
Оценка и отбор устойчивых форм на начальных этапах селекционного процесса с применением экспресс-метода
Известно, что использование в селекционной практике комбинированного инфекционного материала может значительно сокращать количество испытаний и затрачиваемых на них средств, а также обеспечивать создание сортов с комплексной устойчивостью (Гешеле, 1975; Гешеле, 1978). Это послужило основанием для оценки устойчивости подсолнечника на комбинированном инфекционном фоне белой и серой гнилей. Инокулюм указанных патогенов смешивали в соотношении 1:1 и разбавляли водой в 2 раза. Такая последовательность сохраняла установленную оптимальную инфекционную нагрузку каждого из возбудителей. Выращивание и заражение растений проводили по методике, описанной в разделе 2.4. Испытывали 35 селекционных образцов, полученных в отделе селекции масличных культур УкрНИИ растениеводства, селекции и генетики им. Юрьева. Оценку и отбор устойчивых форм проводили по количеству устойчивых растений. Математическую обработку данных осуществляли по методу дисперсионного анализа (Доспехов, 1973).
