Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Вредоносность возбудителей болезней и создание устойчивых сортов как способ защиты агрофитоценозов 14
1.1 Типы устойчивости растений к паразитическим организмам, обусловливающие их механизмы и характер наследования 22
1.2 Механизмы устойчивости растений к возбудителям болезней 34
1.3 Генетика устойчивости растений к возбудителям болезней 47
1.4 Создание сортов, устойчивых к возбудителям болезней
1.4.1 Методы селекции, оценки и отбора устойчивых к паразитическим организмам генотипов в связи с типами устойчивости 64
1.4.2 Методы селекции сортов, устойчивых к фузариозу колоса 74
1.4.3 Доноры устойчивости к возбудителю бурой ржавчины 80
1.4.4 Вредоносность возбудителей болезней на пшенице 94
1.5 Математическое моделирование и развитие эпифитотий 101
1.5.1 Классификация математических моделей 105
ГЛАВА 2. Условия, материал и методика исследований 110
2.1 Почвенно-климатические условия проведения опытов 110
2.2 Материал и методика исследований 115
2.2.1 Методы изучения вирулентности Puccinia triticina 126
2.2.1 Методы сбора и хранения инфекционного материала и методы оценки устойчивости сортов в полевых инфекционных питомниках и теплице 127
2.2.2 Методы изучения вредоносности Puccinia triticina Rob. ex Desm. f. sp. tririci Erikss 129
ГЛАВА 3 Вирулентность популяции возбудителя puccinia triticina в зависимости от сортового состава 131
3.1 Структура северокавказской популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы 131
3.2 Вирулентность P. triticina по отношению к линиям сорта Thathcer c известными генами устойчивости 137
3.3 Вирулентность P.triticina по отношению к сортам озимой мягкой пшеницы 147
ГЛАВА 4. Иммунологическая характеристика сортов и линий озимой пшеницы к возбудителют бурой ржавчины (Puccinia triticina Rob. ex Desm f. Sp. tritici Erikss. et Henn.) 150
4.1 Тип реакции растений на внедрение патогена и интенсивность поражения сортов и линий озимой пшеницы возбудителем бурой ржавчины 151
4.2 Продолжительность латентного периода 157
4.3 Размер урединиопустул и количество продуцируемых ими спор Puccinia triticina Erikss. 162
4.4 Динамика нарастания степени поражения сортов и линий озимой пшеницы при инокуляции растений возбудителем Puccinia triticina Rob. ex Desm f. Sp. tritici Erikss. et Henn . 165
4.4.1 Развитие эпифитотии Puccinia triticina Rob. ex Desm f. Sp. tritici Erikss. et Henn. во времени 166
ГЛАВА 5. Наследование иммунологических реакций сортами и линиями озимой мягкой пшеницы к возбудителю бурой ржавчины в связи стипами устойчивости 174
5.1 Гибридологический анализ устойчивости озимой мягкой пшеницы к P. triticina 175
5.2 Диаллельный анализ количественных показателей устойчивости растений озимой мягкой пшеницы к возбудителю бурой ржавчины 181
ГЛАВА 6. Недобор зерна, обусловленный p. triticina 192
6.1 Селекционно-иммунологический способ защиты урожая от воздействия P. triticina как средство борьбы с недобором зерна 193
6.1.1 Изменчивость морфофизиологических показателей структуры урожая озимой мягкой пшеницы при поражении P. triticina 196
6.1.2 Пороги вредоносности P. triticina на сортах озимой мягкой пшеницы с различным уровнем устойчивости к патогену 210
ГЛАВА 7. Обоснование экспертной системы развития эпифитотии бурой ржавчины в ценозе мягкой озимой пшеницы 250
Заключение 258
Список литературы 261
- Методы селекции, оценки и отбора устойчивых к паразитическим организмам генотипов в связи с типами устойчивости
- Методы изучения вирулентности Puccinia triticina
- Вирулентность P. triticina по отношению к линиям сорта Thathcer c известными генами устойчивости
- Динамика нарастания степени поражения сортов и линий озимой пшеницы при инокуляции растений возбудителем Puccinia triticina Rob. ex Desm f. Sp. tritici Erikss. et Henn
Введение к работе
Актуальность темы определяется тем, что она посвящена вопросам повышения эффективности защиты агрофитоценозов и направлена на решение важных проблем продовольственной безопасности страны, за счет создания и внедрения в селекционную практику и производство новых высокопродуктивных устойчивых сортов озимой мягкой пшеницы. А взаимодействие двух направлений защиты растений (селекционно-иммунологического и химического) позволит продлить срок «жизни» препаратов и защитных иммунологических свойств сортов, снизить себестоимость защитных мероприятий и уменьшить пестицид-ное давление на агроценоз. Исследовательскую работу выполняли в соответствии с заданиями государственных и ведомственных программ НИР, номер госрегистрации 01.200.115505.
Цели и задачи исследований. Основная цель исследований состоит в том, чтобы, моделируя эпифитотийные процессы возбудителя Puccinia triticina на сортах озимой мягкой пшеницы с различным уровнем устойчивости к патогену, определить оптимальные соотношения факторов биотической и абиотической природы в ограничении развития заболеваний и уменьшении его вредного влияния на формирование хозяйственно значимой части урожая. Достижение цели было связано с решением следующих задач:
– изучить вирулентность популяции Puccinia triticina в зонах проведения исследований;
– разработать метод классификации генотипов по фенотипическому проявлению защиты особенностей с учетом вредоносности патогена;
– изучить изменение морфологических показателей на различающихся по устойчивости генотипах при поражении возбудителем Puccinia triticina;
– разработать метод толерантных и толремных форм с определенными иммунологическими показателями;
– разработать метод оценки селекционного материала с учетом вредоносности возбудителя заболевания;
– разработать имитационные модели развития Puccinia triticina на различных генотипах для выявления критических фаз в развитии эпифитотий;
– разработать модель, оптимизирующую защиту посевов от возбудителя бурой ржавчины с учетом экономических порогов вредоносности.
Научная новизна исследований. Впервые установлены закономерности в изменении морфофизиологических показателей продуктивности, возникающие в ответ на заражение паразитами внутри групп генотипов, различающихся по уровню устойчивости.
Разработана принципиально новая феноменологическая модель, объясняющая относительную стабильность массы 1000 зерен.
Разработана новая система отбора толерантных генотипов на жестком искусственном инфекционном фоне возбудителя Puccinia triticina.
Установлена зависимость скорости развития возбудителя от температуры воздуха, что позволяет разработать новую модель, которую можно использовать при прогнозе развития заболевания, планировании защитных мероприятий и изучении влияния температуры на продолжительность скрытого периода течения болезни.
Разработана новая модель, прогнозирующая давление Puccinia triticina на ценоз пшеницы.
Установлена зависимость между недобором зерна и фазой развития растений в момент инокуляции Puccinia triticina.
На основании предложенных моделей разработана блок-схема экспертной системы, моделирующая логику специалиста в области защиты растений. Проверка алгоритмов расчета на экспериментальном материале показала достаточно высокую достоверность расчетов по алгоритмам системы.
Значительно расширен сортимент источников и доноров к Puccinia triticina, сохраняющих устойчивость длительный период времени.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Генетическая структура популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы Puccinia triticina Rob. ex desm. f. sp. tritici Erikss.
-
Вирулентность Puccinia triticina Rob. ex. desm. f. sp. tritici Erikss. по отношению к сортам пшеницы мягкой озимой.
-
Иммунологическая характеристика сортов и линий пшеницы озимой мягкой по устойчивости к возбудителю бурой ржавчины.
-
Генетический контроль устойчивости к возбудителю бурой ржавчины у сортов пшеницы мягкой озимой.
-
Недобор зерна, обусловленный Puccinia triticina.
-
Пороги вредоносности Puccinia triticina на сортах пшеницы мягкой озимой с различным уровнем устойчивости к патогену.
Практическая значимость и реализация результатов исследований
Сельскохозяйственному производству рекомендован широкий набор генетически разнообразных сортов озимой пшеницы, которым дана всесторонняя иммунологическая характеристика по устойчивости к возбудителю бурой ржавчины. Для снижения риска возникновения эпифитотий, оптимизации фи-тосанитарной и экологической обстановки разработаны пороги вредоносности P. triticina, что позволит увеличить урожайность и стабилизировать валовые сборы зерна пшеницы в регионе.
Апробация работы и публикация результатов исследований
Основные результаты работы докладывались на заседаниях методической комиссии КНИИСХ (2004–2011 гг.); 8 International wheal conference, St. Petersburg, Russia 2010; Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию ВНИИБЗР, г. Краснодар, 2010; IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, г. Краснодар, 2010; Международной научно-практической конференции «Роль тритикале в стабилизации и увеличении производства зерна и кормов», Ростов-на-Дону, 2010; V Международной научно-практической конференции «Агротехнический метод защиты растений от вредных организмов».
По материалам докторской диссертации опубликовано 31 научная работа, 12 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 288 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, рекомендаций для практического использования, списка литературы 282 источников, в том числе 164 иностранных автора. Диссертация включает 65 таблиц, 5 рисунков.
Автор выражает большую благодарность директору ГНУ «Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П. П. Лукьянен-ко», академику РАН, доктору с.-х. наук Романенко А. А., заведующей отделом селекции и семеноводства пшеницы и тритикале, академику РАН, доктору с.-х. наук Беспаловой Л. А., заведующей лабораторией селекции пшеницы на устойчивость к болезням, доктору с.-х. наук Абловой И. Б. за помощь в подготовке диссертационной работы.
Методы селекции, оценки и отбора устойчивых к паразитическим организмам генотипов в связи с типами устойчивости
Ржавчинные болезни зерновых культур известны со времен античности, с IV в. до н. э. Можно думать, что это лишь первые письменные упоминания, поскольку в это время в Древнем Риме как народная традиция уже было обычным празднование Робигалий, т. е. жертвоприношений в честь бога Робиго – Ржавчины. Двадцать пятого апреля этому богу приносили в жертву рыжую собаку или лису, дабы насытившись ими, он не нападал на посевы. Следует отметить наблюдательность древнеримских земледельцев: уже в наше время выявлено, что 25 апреля – среднемноголетняя дата первого появления ржавчины на посевах пшеницы (Zadoks, 1982). Кроме мистических приемов защиты, народы разных стран вырабатывали и реалистические способы, которые мы сейчас назвали бы агротехническими. Так, Плиний (цит. по 1937 г.) отмечает, что поражение пшеницы ржавчиной гораздо меньше на продуваемых ветром горных склонах, чем в низинах. В Эфиопии традиционное земледелие требует высева пшеницы в самом конце сезона дождей, чтобы большая часть вегетации растений проходила в засушливый сезон. В это время чрезвычайно низкая влажность воздуха не позволяет образовываться росе, препятствуя, таким образом, развитию болезни. Надо полагать, что древние земледельцы на своем нелегком опыте выяснили, что ущерб от ржавчины может значительно превышать сокращение урожая при развитии растений в условиях засухи. Только современные устойчивые сорта и применение химических средств защиты позволили выращивать пшеницу в Эфиопии в сезон наибольшей влагообеспеченности и в несколько раз повысить сборы зерна (Дмитриев, 1976).
Зерновые культуры существенно различаются по уровню потерь от болезни. Представленные в таблице 1.1 данные адекватно отражают различия культур, поскольку получены еще до массового применения фунгицидов, способных в значительной мере исказить картину естественных взаимоотношений паразита и хозяина.
Установлено, что наиболее чувствительным является овес, далее следуют пшеница и рожь, причем последняя втрое менее чувствительна, чем овес. Поскольку все три вида возбудителей систематически и биологически достаточно близки друг другу, основной причиной выявляемых различий следует считать биологические и физиологические различия видов хозяина. Сравнение типов фотосинтеза данных культур показало, что у овса основная доля ассимилятов создается за счет фотосинтеза флаг-листа; для пшеницы фотосинтез флаг-листа и стебля имеет примерно равное значение; у ржи основная доля приходится на стебель под колосом (Назаров, Соколова, 2000). Это, видимо, и объясняет различия культур по вредоносности ржавчины. Очевидно, что поражение флаг-листа у овса и пшеницы в гораздо большей степени скажется на формировании урожая, чем у ржи (Дмитриев, 1976).
Бурая ржавчина пшеницы до настоящего времени остается одной из наиболее вредоносных болезней несмотря на значительный прогресс в изучении природы устойчивости к ней растений, структуры и изменчивости популяций патогена и достижения в практической селекции.
Возбудитель бурой ржавчины Puccinia triticina адаптирован к различным агроклиматическим условиям, вследствие чего бурая ржавчина встречается ежегодно во всех регионах культивирования пшеницы. Потери урожая от листовой ржавчины значительны. Так, в США, несмотря на большие успехи в создании устойчивых коммерческих сортов, потери урожая составили в целом 4,8; 4,8; 0,7; 2,4; 0,8; 2,9; 1,6 % в 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998 гг. соответственно. В некоторых штатах потери были значительно выше, например, в Калифорнии в 1996 г. Они достигли 12 %, в Оклахоме в 1997 г. – 10 % (Long, 2000).
Использование генетически обусловленной устойчивости является наиболее экономным и потому наиболее предпочтительным методом снижения потерь урожая. Доказано, что возделывание устойчивых сортов – один из самых эффективных способов защиты посевов от возбудителей болезней (Пересыпкин, 1991; Рассел, 1982; Жученко, 2001). Даже умеренная устойчивость сорта к ржавчине дает ощутимый экономический эффект при возделывании его на больших площадях. А. А. Воронкова (1974, 1980) и Л. И. Сидо-рина (1974) отмечали, что сорт озимой пшеницы Безостая 1, который в свое время отличался высокой устойчивостью к желтой ржавчине, средней полевой устойчивостью и выносливостью к бурой и стеблевой ржавчине, выращиваемый в СССР на площади 5–8 млн га более 15 лет, давал дополнительно несколько центнеров зерна с каждого гектара только за счет устойчивости к видам ржавчины.
Селекционная работа по созданию сортов, устойчивых к болезням, очень сложна. Сложность заключается в том, что устойчивость растений можно выявить только при контакте двух живых организмов: растения – хозяина и патогена. При этом необходимо учитывать, что популяции фитопато-генов – это динамичные системы, в которых постоянно происходят процессы изменения генетической структуры, агрессивности, приводящие к тому, что ранее устойчивые сорта становятся восприимчивыми. Свидетельством этому является история создания сортов, устойчивых к стеблевой ржавчине, в США, Аргентине и других странах (Лелли, 1980; Watson., Luig, 1962). У нас в стране сорта Аврора и Кавказ поразились биотипом 77 расы возбудителя бурой ржавчины на третий год после их широкого распространения в производстве (Одинцова, 1988; Воронкова, 1980).
Методы изучения вирулентности Puccinia triticina
Родственные пшенице виды злаков представляют собой обширный резервуар полезной генетической вариабельности, включая гены устойчивости к болезням, которые могут быть использованы для улучшения пшеницы. В период 1970–1990-х гг. интенсивно осваивали генофонд устойчивости диких сородичей пшеницы – эгилопсов, пырея, а также диких диплоидных пшениц. Дикие сородичи могут быть разделены на три группы, согласно возможности использования их генетических ресурсов и в зависимости от их геномной конституции. К первой группе относятся виды, между которыми перенос генов может быть достигнут посредством прямой гибридизации, рекомбинации гомологичных хромосом и возвратными скрещиваниями. Эта группа включает гексаплоидные староместные расы, дикие и культурные тетраплоиды, эгилопсы – носители A и D геномов и Tr.timopheevii. Ко второй группе относятся виды, из которых перенос генов в мягкую пшеницу возможен, но затруднен – диплоидные виды Aegilops – доноры В-генома и полиплоиды, имеющие общий с гексаплоидной пшеницей геном. Гены, локализованные на гомологичных хромосомах, могут быть перенесены посредством процедур, обозначенных для первой группы. К третьей группе относятся виды, имеющие геномы гомеологичные геномам пшеницы, и от которых перенос генетического материала весьма затруднен (Bothmer et al., 1992; Jiang et al., 1994).
Наиболее продуктивным источником новых генов устойчивости к бурой ржавчине пшеницы оказался вид Ae. tauschii. Восемь генов устойчивости к настоящему времени картированы (Lr21, Lr22а, Lr32, Lr39, Lr40, Lr41, Lr42, Lr43); есть сообщения, что из образца этого вида перенесены в мягкую пшеницу еще три гена (Hussein et al., 1997).
В мягкую пшеницу из Ae. speltoides перенесены четыре гена устойчивости – Lr28, Lr35, Lr36, Lr47; один – из Ae. ventricosum; один (Lr19) – из Ae. umbellulata; три – из Agropyron elongatum (Lr24, Lr19, Lr29) и один (Lr38) – из Ag. intermedium. Три гена перенесены из ржи – Lr25, Lr26, Lr45.
Несмотря на то, что к настоящему времени было осуществлено множество переносов полезных чужеродных генов, лишь небольшое количество из них можно использовать в коммерческих целях. Большинство чужеродных хромосомных сегментов, интродуцированных из дикорастущих родственных видов злаков в пшеницу, либо не компенсируют в достаточной мере потерю пшеничного хроматина либо содержат нежелательные гены, вызывающие снижение урожая и качества (Jiang et al., 1994; Friebe et al., 1996).
Обнаружено, что на хромосомах D-генома с высокой частотой встречаются гены, подавляющие проявление генов устойчивости к бурой ржавчине. Предполагается, что супрессоры специфичны по отношению к генам устойчивости. Не исключено, что благодаря существованию супрессоров, многие попытки перенесения генов устойчивости от диких сородичей были безуспешны (Bai, Knott, 1992).
Действие ряда Lr-генов проявляется в частичной устойчивости к бурой ржавчине. Их наличие не предотвращает колонизации листовой ткани, но снижает скорость распространения патогена. К таким генам относятся, например, Lr11, Lr16, Lr17, Lr18 (Dyck, Kerber, 1985).
По мнению A. P. Roefs (1988) J. A. Kolmer (1996), гены устойчивости взрослых растений Lr13 и Lr34 по отдельности и вместе обеспечивают наиболее прочную устойчивость к бурой ржавчине во всем мире. Ген Lr34 обеспечивает устойчивость на таком же высоком уровне, как у известных по устойчивости сортов Akabozu и BH1146. Так, при инокуляции в фазе взрослых растений линия Thatcher с геном Lr34, сорта Akabozu, BH1146 и восприимчивый сорт Morocco имели латентный период, равный 272, 247, 254 и 163 часам, количество пустул на 1 см2 – 2, 21, 15 и 32, соответственно (Rubiales, Niks, 1995). J. A. Kolmer (1996) считает также, что во многих сортах из различных стран мира, проявляющих устойчивость по типу «slow – rusting» (частичную устойчивость) к бурой ржавчине имеется ген Lr34 один или в сочетании с другими генами.
P. L. Dyck (1991) предположил, что ген Lr34 появился в Южной Америке, когда в начале ХХ в. там интродуцировали сорт Chinese Spring, который в дальнейшем широко включали в селекционные программы. Многие сорта, характеризующиеся признаками неспецифической или частичной устойчивости, имеют в родословной сорта Chinese Spring и Frontana, из которых первый имеет ген Lr34, а второй – Lr12 и Lr13. Поэтому, вероятно, гены устойчивости взрослых растений Lr12, Lr13, Lr34 присутствуют в них (Kolmer, 1996).
Сорта с геном Lr34 сохраняют частичную устойчивость до настоящего времени. Генотипы пшеницы, несущие Lr34, можно отобрать по морфологическому маркеру – некрозу верхушек листьев (Singh, 1992). Показано, что в генотипе сорта Canthatch ген Lr34 инактивирует супрессор гена устойчивости к стеблевой ржавчине, находящийся на хромосоме 7DL, что приводит к восстановлению устойчивости (Kerber, Aung, 1999).
Реакция ряда сортов, имеющих ген Lr34, на инокуляцию возбудителем бурой ржавчиной проявляется по типу 2+, при этом наблюдается значительное снижение количества пустул в сравнении с сортом Thatcher без этого гена. Сочетание Lr34 с геном Lr13 дает тип реакции «0;» (Kolmer, 2001, 2002).
S. C. Drijepondt и Z. A. Pretorius (1998) показали, что взрослые растения с Lr34 имели более длительный латентный период, меньшее количество пустул на единицу площади листовой поверхности и значимо меньший их размер в сравнении с восприимчивыми сортами пшеницы. Показатели площади под кривой развития болезни у сортов пшеницы, имеющих ген Lr34 (один или в сочетании с другими генами) были в 2–100 раз меньше, чем у высоко восприимчивого сорта. Таким образом, устойчивость, обусловленная геном Lr34, имитирует неспецифическую устойчивость.
Ген Lr46, обнаруженный у сорта Pavon 76, созданного в 1976 г., также контролирует устойчивость типа slow-rusting или частичную устойчивость. Его устойчивость до сих пор эффективна в Мексике и других странах мира. Площадь под кривой развития болезни у этого сорта составляет 9 % от площади воспри-55 имчивого сорта Jupateco 73. Методом гибридологического анализа показано, что устойчивость Pavon 76 наследуется как частично доминантный признак. По расщеплению в F3 и F5 определено, что она контролируется двумя генами с аддитивным эффектом. Посредством моносомного анализа показано, что один из генов slow-rusting локализован на хромосоме 1В (Singh, 1998).
Неспецифическая устойчивость пшеницы к листовой ржавчине, по результатам многих исследований, наследуется как признак, обусловленный немногими, часто двумя-тремя генами малого эффекта. Наследуемость оценивается на уровне 0,5–0,9, что свидетельствует о том, что растения с этим типом устойчивости легко могут быть отобраны в процессе селекции (Bjarko, Line, 1988; Lee, Shaner, 1985; Kuhn et al., 1978).
К настоящему времени выполнено значительное количество работ по генетике неспецифической устойчивости пшеницы к листовой ржавчине. Результаты многих исследователей свидетельствуют, что ее показатели хорошо коррелируют между собой (Das et al., 1993; Pieters et al., 1990; Ohm, Shaner, 1976).
Вместе с тем, компоненты неспецифической устойчивости – продолжительность латентного периода, количество и размер пустул наследуются независимо, так как коэффициенты корреляции между этими признаками не полностью ассоциированы. Продолжительность латентного периода является основным компонентом неспецифической устойчивости, ответственным за 67 % вариабельности по этому признаку. Устойчивость значительно сильнее выражена у взрослых растений, чем у проростков (Broers, 1989).
К настоящему времени выполнен ряд исследований по определению наследования признака длины латентного периода. Посредством скрещивания линии пшеницы CI 13227 с восприимчивым сортом Suwon 92 установлено, что продолжительность латентного периода является, которая является главным компонентом устойчивости образца пшеницы CI 13227, обусловлена четырьмя генами неравного действия (Shaner, Buechley, 2002).
Вирулентность P. triticina по отношению к линиям сорта Thathcer c известными генами устойчивости
Полностью иммунных к фузариозу колоса форм или сортов пшеницы не обнаружено, но по степени восприимчивости выявлены значительные различия. Впервые, исследователь. J. C. Arthur (1891) обратил внимание на различный уровень восприимчивости сортов к возбудителю болезни. С того времени был выявлен ряд генотипов, использующихся в селекции донорами устойчивости к фузариозу колоса (Lin et al., 1992; Liu et al., 1991; Liu, Wang, 1991; Wang et al., 1989; Bai, Zhou, 1989; Bai, Xiao, 1989;.Hanson et al., 1950)
J. J. Christensen et al. (1929) выявили различия в уровнях восприимчивости у 350 образцов рода Triticum, испытанных ими. За период c 1936 по 1950 гг., E. W. Hanson et al. (1950), изучив несколько сотен сортов и тысячи гибридов и селекционных линий на предмет устойчивости к болезни, выделили формы, проявившие относительную устойчивость. Лучшими из них были сорта Haynes и Progress.
В Китае в области изучения устойчивости к фузариозу был достигнут значительный прогресс. С 1977 по 1983 гг. в лабораторных и полевых условиях проходили испытания около 17 тысяч различных генотипов мягкой пшеницы. Только 32 образца показали высокую степень устойчивости, остальные показали себя высоко восприимчивыми. Устойчивые формы , в основном, происходили из районов, где наблюдаются частые эпифитотии болезни, например район реки Янцзы. За период 1957–1988 гг. было зарегистрировано 15 лет с умеренным поражением пшеницы и 4 года с сильным. В годы эпифитотий потери урожая достигали 40 % (Liu, 1984). Из устойчивых, 32 образцов, большинство были мелкоколосыми, позднеспелыми, слабозимостойкими и высокорослыми. Данные образцы, из-за низкой продуктивности, было невозможно использовать в производстве. Некоторые из них использовали в селекционных программах, в качестве родительских форм, но они не передавали свою устойчивость более продуктивным потомкам, потому что обладали плохой комбинационной способностью (Wang, Liu, 1991; Johnston, Martin, 1982). Однако в процессе селекции был получен хорошо передающий гибридам признаки урожайности и, что главное, устойчивость к болезни – сорт Sumai 3, обладающий высокой комбинационной способностью. Он успешно и широко используется во многих странах мира в качестве донора устойчивости к фузариозу колоса (Wang et al., 1989; Bai et al., 1990; Wang, Liu, 1991; Zhuang, Li, 1993).
Из 3000 инорайонных и местных сортов и линий Японии наименьшая восприимчивость к болезни фузариоз колоса отмечена у форм азиатского происхождения, а местный сорт яровой пшеницы Nobeoka Bozu-Komugi показал себя наиболее устойчивым (1985).
Ученый C. H. Snijders (1990) в течение четырех лет оценивал при искусственном заражении грибом F. culmorum 257 сортов яровой и озимой пшеницы и обнаружил очень высокую генетическую вариацию устойчивости. Сорта пшеницы, устойчивые к возбудителю F. Culmorum, также проявляли устойчиввость к F. graminearum. Отобраны были 25 генотипов с высокой устойчивостью, ни один из которых не обладал иммунитетом.
В 1990г Wilcoxson R. D. et al. изучали 15 сортов селекции США и 6 сортов яровой пшеницы китайской селекции. По данным исследований сорт Stoa имел наименьшее поражение. Остальные сорта, по признаку устойчивости, показали значительное варьирование по годам. Сорт Wheaton – самый восприимчивый. Средневосприимчивыми были сорта Telemark, Era, Marshal, Nordic. Сорта Sumai 3 и Fan 1 соответствовали сорту Marshal, по уровню устойчивости, а остальные сорту Wheaton.
Й. Караджова и М. Младенов (1983) изучали резистентность сортов озимой пшеницы к фузариозу колоса, а именно, к наиболее распространенным видам его возбудителей F. poae, F. Moniliforme, F. graminearum, F. culmorum. Французский сорт Бизель обладал самой высокой толерантнстью и устойчивостью ко всем четырем видам фузариев. Болгарский сорт Садово супер так же оказался высоко толерантным. I. Milatovic et al. (1982) в лабораторных и полевых условиях в Загребском институте селекции и растениеводства оценивали 173 линии пшеницы на предмет устойчивости к фуза-риозу колоса. Линии резко различались между собой по искомому признаку. Из них были отобраны генотипы, пригодные для использования в селекции по данному признаку. H. L. Mielke (1974) проведена сравнительная оценка на устойчивость к фузариозу колоса 39 сортов озимой и яровой пшеницы в условиях искусственного заражения. Сорт Кари супер показал себя наиболее устойчивым. По данным, полученным в ходе исследований проводимых Д. Добревой (1982), сорта Ямбол 2, Маллерон, 5460-630, Гордеиформе 432 и Сарик 70 слабо поражались на фоне искусственного заражения. M. Moldovan et al. (1987) выделили сорта Turda 195, Alina, F199, Transilvania, 33F1-22 которые, по их мнению, представляют интерес для селекции на устойчивость к фузариозу колоса.
Слабопоражаемыми сортами, по многочисленным литературным данным, являются: Norin 34, Frontana, Новокрымка 0102, Fermo, Turda 195, Кооператорка, Arina, Белоцерковская 198, Monarinka, Ringo Star, Калужская 9, Bence, Praag 8, Peking 8, Kincso, Libellula, Sabre, и др. (Snijders, 1990; Mesterhazy, 1989 и др.).
Лучшими, по показателям, характеризующим устойчивость к болезни, среди сортов озимой мягкой пшеницы, по данным, полученным в УСГИ, оказались: Обрий, Одесская 66, Одесская юбилейная 75, Федоровка, Лютесценс 2555/83, Эритроспермум 822/83, а среди твердой озимой пшеницы: Гордеи-форме 1443/82 и Гордеиформе 1401/85 (Гонтаренко, 1990).
Иммунологическая оценка, проведенная О. Г. Калантаевской (2000), перспективных линий селекции Приморского НИИ сельского хозяйства, а также образцов яровой пшеницы из коллекции ВИР, на искусственном и естественном фонах, принесла следующие результаты. Степень поражения варьировала от 2,0 до 95,0 %, но абсолютно устойчивых образцов выявлено не было. Высокую устойчивость на искусственном инфекционном фоне проявили три сорта: Ke Fang 4 (Китай), Nobeoka Bozu (Япония), Саррубра (Россия). Сорт Приморская 14 селекции Приморского НИИСХ выделяется устойчивостью к синтезу вомитоксина.
В 1992–1998 гг. в КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко было изучено 358 образцов из коллекций разных стран мира для поиска источников и доноров устойчивости. Частота средневосприимчивых и устойчивых форм в разные годы составляла 0,9–13,7 %. Относительную устойчивость проявили сорта: Московская 39, Краснодарская 6, Саратовская остистая, Истра, Лютесценс 9 (Россия); Honja, Impulsa, Panka, (Хорватия); Одесская 16 (Украина); Ikarus, Rindo, Kincso, Krapec, Bence, Zombor, Star (Венгрия); TAMW 105, Hadm. Remus, 18084/84 3449675 (Германия); Livius (Австрия); CNO 792/He, Victoria (Испания); Sineron, Funduleja 705, Turda 81/77 (Румыния); Arapachoe, Lee/Frontana, Karl, Dinasty, Cardinal (США); WSP 96.6, Pegassos, Batts (Перу); IWH/HJS/VPM, Fr. 842 (Франция) Buck Рalenque, Buck Catriel, Cooperaition Maipue, Klein Estrella, (Аргентина). Китайские образцы Nung Ta 173, China 7, Faishan 1, Zhong 5, Pekin 11, Fenkang 8 проявили среднюю устойчивость к болезни. Комплексом ценных признаков и, сравнительно, высокой устойчивостью к болезни, в условиях Краснодарского края, отмечены: Ringo Star, WSP 96.6, Nung Ta 173 и Livius. Данные сорта включены в селекционный процесс с целью получения рекомбинантов, объединяющих гены устойчивости, выносливости и адаптивности местных сортов с их генами. Остальные формы, с помощью метода сложной ступенчатой гибридизации, используются для создания промежуточных линий и доноров резистентности. (Колесников и др., 2001; Аблова, 1998).
Динамика нарастания степени поражения сортов и линий озимой пшеницы при инокуляции растений возбудителем Puccinia triticina Rob. ex Desm f. Sp. tritici Erikss. et Henn
Изучаемый материал в ржавчинном питомнике высевали двух-, трех-рядковыми делянками селекционной кассетной сеялкой Hege 80. Длина рядка составляла 70 см, ширина междурядия – 22,5 см, где каждым десятым номером был размещен сорт накопитель инфекции. В качестве индикатора восприимчивости использовали сильно поражающийся сорт, хорошо адаптированный к местным условиям, имеющий развитую листостебельную массу Michigan Amber. Материал высевали в двух вариантах. В агротехнологиче-ском опыте площадь делянки составляла 5 м, повторность трехкратная, три варианта: инокуляция, инокуляция+фунгицид, контроль (без инокуляции и без обработки фунгицидом).
Вредоносность бурой ржавчины в опытах изучали методом сопоставления элементов структуры урожая (массы 1000 зерен, продуктивной кустистости, озерненности колоса, массы зерна с одного растения и массы зерна одного колоса) у инокулированных и защищенных фунгицидом растений.
Изменение хлорофиллов (a и b) определяли методом, описанным в сборнике «Физиолого-генетические основы повышения продуктивности зерновых культур» (Тарчевский и др., 1975). Количество пигментов выражали в мг/1 г сырой массы листовых пластинок. Актовность фермента каталазы изучали мо методу И. М. Кольтгофа и Е. В. Сендела (1948), показателем ее активности служило количество (мл) 0,01 N раствора гипосульфита натрия (Na2S2O3) необходимого на титирование суспензии, включающей 1 г сырой массы навески. Определение количественного грибного белка в листьях растений проводили методом иммуноферментного анализа (Чканников и др., 1990). Количество грибного белка выражали в мкг/1 г сырой массы листовых пластинок. Для определения количества антигенов гриба в фазу молочно-восковой спелости отбирали по 10 флаговых листьев, которые измельчали и отбирали усредненные пробы массой 1 г, сохраняемые до анализа в жидком азоте. Количественное определение грибных антигенов изучали методом иммунофер-ментного анализа (ИФА).
Ферментную реакцию в экстрактах незараженных и зараженных листьев сортов и линий озимой пшеницы определяли при комнатной температуре в течение 20 мин.
Экспериментальные данные статистически обрабатывались методами корреляционного анализа на персональном компьютере с использованием пакета прикладных программ в составе Excel 2010 и дисперсионного анализа по методике Б. А. Доспехова (2011).
Исследования популяции P. triticina включает следующие наиболее важные практические аспекты: 1) выявление частоты встречаемости изолятов патогена вирулентных к предполагаемому донору устойчивости к болезни, 2) определение влияния сортов пшеницы на состав популяции.
История изучения популяций возбудителей ржавчинных болезней началась со времени, когда было выяснено, что вирулентность является дифференциальным признаком по отношению к сортам пшеницы (Stakman, Levine, 1922; Mains, Jackson, 1926). Вирулентность наследуется как типичный мен-делирующий признак (Newton, Johnson, 1932).
Появление генетических маркеров, и в первую очередь таких как вирулентность, характеризующих индивидуумы (изоляты, клоны, физиологические расы), дало возможность изучать статику и динамику популяций, механизмы изменчивости (Михайлова, 2006).
При широком внедрении в производство устойчивый сорт может потерять свою резистентность по комплексу причин, основными из которых являются: возникновение новых физиологических рас патогена путем мутаций и рекомбинаций генов, а также, давление отбора со стороны устойчивого сорта на расы, доминирующие в популяции. В результате частота встречаемости рас, к которым сорт проявил устойчивость, значительно снижается (Рассел, 1982).
Основная причина потери сортами устойчивости к бурой ржавчине – изменения в генетической структуре популяции патогена. Изучение структуры и изменчивости популяций ржавчинных грибов представляет существенный интерес. Нами сделана попытка проследить эволюцию как расового, так и генотипического состава популяции возбудителя бурой ржавчины на Кубани в зависимости от сортового состава. Расовая дифференциация позволяет судить о составе популяции гриба, устанавливать динамику рас по годам, а генетическая дифференциация направляет селекцию на использование эффективных генов устойчивости при создании новых сортов и дает более полную генетическую информацию о патогене.
Так, в 30-х гг. прошлого столетия на Кубани была доминантной раса 65. Созданные в это время П. П. Лукьяненко сорта – Первенец, Краснодар-ка 622, Новоукраинка 83 имели ген устойчивости против этой расы. В послевоенные годы доминирующим был сорт Новоукраинка 83. Все эти сорта к 1948 году потеряли устойчивость вследствие распространения расы 77 (Лукьяненко, 1968). В середине 50-х гг. прошлого столетия на смену Новоук-раинке 83 пришел сорт Безостая 4, а с 1959 г. началась эра Безостой 1. На протяжении 16 лет, в основном, возделывались сорта с полевой устойчивостью: Скороспелка 3, защищенная геном 3а, Безостая 4, Безостая 1, Ранняя 12 и расовый состав оставался без особого изменения (Воронкова, 1980) .