Биохимический состав листьев устойчивых и восприимчивых к бурой ржавчине сортов яровой мягкой пшеницы

поражены ржавчиной на 90 и 80% соответственно;, а линии с генами Lr 13, 34 и 10 - на 30, 20 и 50% соответственно (табл. 6).

Отсутствие различий между контролем и опытом для 2-х образцов указывает на то, что влияние обработки химикатом не связано с повышением неспецифической устойчивости растений, а, скорее всего, объясняется снижением в популяции патогена частот изолятов, вирулентных к конкретных генам устойчивости. Для сорта Тэтчер и линии с геном Lr14b не выявлено различий в массе 100 семян в опыте и контроле (табл. 6); для остальных линий обработка приводила к повышению данного показателя на 20-40%. Полученные данные указывают на то, что повышение массы семян не связано с непосредственным влиянием подкормки на растения, а обусловлено меньшим поражением линий листовой ржавчиной в результате обработки аммиачной селитрой.

Л и т е р а т у р а

1. Тырышкин Л.Г., Мирская Г.В., Сидоров А.В. Влияние элементов минерального питания на экспрессию Lr генов устойчивости мягкой пшеницы к листовой ржавчине // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2013. - № 32. - С. 36-39.

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. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416с.

УДК 633.1:632.4:577.1 Канд. биол. наук Л.Е. КОЛЕСНИКОВ

БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЛИСТЬЕВ, УСТОЙЧИВЫХ И ВОСПРИИМЧИВЫХ К БУРОЙ РЖАВЧИНЕ, СОРТОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

Яровая мягкая пшеница, биохимический анализ, бурая ржвчина, многомерный анализ степени устойчивости

В настоящее время одной из актуальных задач селекции является создание элементного «портрета» сортов зерновых культур для выявления генотипов, содержащих оптимальное соотношение микроэлементов, а также обладающих значительным потенциалом адаптации к агроэкологическим условиям возделывания. Растения накапливают в биомассе большое число микроэлементов, многие из которых выступают в качестве кофакторов многих ферментов, участвуют в фотосинтезе, азотном и белковом обмене, образовании биологически активных соединений, регулируют процессы роста и развития [1].

Выявление роли различных факторов в формировании элементного состава растений дает возможность создать новый селекционный материал, характеризующийся как высокой питательной ценностью зерна, так и устойчивостью к абиотическим и биотическим факторам среды, и в частности, к вредным организмам [1,2].

На урожайность пшеницы и качество зерна существенное влияние оказывает степень ее поражения возбудителем бурой ржавчины пшеницы. (Puccinia triticina Erics.). Важное значение в борьбе с бурой ржавчиной пшеницы имеет возделывание устойчивых сортов [3].

В связи с этим целью настоящей работы было определение биохимического (элементного) состава листьев у устойчивых и восприимчивых к возбудителю бурой ржавчины сортов яровой мягкой пшеницы. Ранее подобных исследований не проводилось.

Растительным материалом исследования послужили 17 сортов и линий яровой мягкой пшеницы, выращенные в агроэкологических условиях Пушкинских лабораторий ВИРа в 2012 г. Образцы были предоставлены для исследования отделом генетических ресурсов пшениц ВИРа. Место проведения исследования - кафедра защиты и карантина растений СПбГАУ, лаборатория водной и промышленной экотоксикологии при научно-исследовательском институте Гигиены,

профпатологии и экологии человека Федерального медико-биологического агентства (НИИГПЭЧ ФМБА России).

Многоэлементный анализ зерен яровой мягкой пшеницы проводили с применением метода масс-спектрального анализа с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) на масс-спектрометре ICP-MS 7700х Agilent. В листьях (флаг-листьях) яровой мягкой пшеницы определяли содержание 19 химических элементов: Na, Mg, Al, К, Са, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Zn, Se, Sr, Mo, Ba, Pb, Sb. Листья собирали для лабораторного анализа в фазу молочной спелости зерна пшеницы. Определяли многоэлементный состав листьев образцов, устойчивых (c отсутствием симптомов патогенеза в период вегетации) и восприимчивых к болезням.

Степень устойчивости пшеницы к бурой ржавчине оценивали в фазу начала молочной спелости зерна как по общепринятым фитопатологическим показателям: интенсивность поражения (по шкале Р.Ф. Петерсона), типу реакции Майнса и Джексона [4], так и с использованием дополнительных параметров: число пустул, площадь пустулы, рассчитанной по формуле площади эллипса [5]. Использование данного комплекса показателей позволило расширить спектр методов статистического анализа данных, применимых к исследованию, и повысить точность выявленных различий в определении биохимического (элементного) состава зерна у групп устойчивых и восприимчивых сортов яровой мягкой пшеницы.

В качестве устойчивых образцов с симптомами отсутствия патогенеза были отобраны: Klein Lucero, к-43140; Кинельская 61, к-64869; Этюд, к-65022; Саратовская 74, и-145118; изогенные линии Thatcher c генами Lr9 и Lr19.

На образцах пшеницы, отнесенных к группе восприимчивых к болезни (Лавруша, к-64984; Богарская 56, к-48761; WW 14069, к-52786; Selpek, к-52351; WW 15370, к-52367; линия Thatcher c геном Lr1), средняя интенсивность поражения Ra. колебалась от 17 до 73% (число пустул на лист Nn. - от 37 до 187, площадь пустулы Sa. - от 0,01682 до 0,10833 мм2, тип реакции Тб : 3-4).

Сводные результаты содержания химических элементов в листьях у устойчивых и восприимчивых к бурой ржавчине образцов представлены в табл. 1.

Устойчивые образцы, по сравнению с восприимчивыми, отличались достоверно меньшими значениями содержания преимущественно тяжелых металлов: V (на 20,7%), Cr (на 56,9%), Fe (на 24,5%), Co (на 28,2%), Zn (на 44,6%); Pb (на 32,4%), Sb (на 70,7%), а также Na (на 79,5%), что подтверждено результатами сопоставления 95%-доверительных интервалов для средних значений содержания химических элементов в листьях образцов.

Методом нахождения достоверных значений ранговой корреляции Спирмена (P<0,05) определено, что рост значений отдельных показателей устойчивости определялся увеличением содержания в листьях Al (интенсивность развития, % - Ra.: r= 0,33; число пустул - Na: r= 0,30); Mn (R6.: r= 0,48); Mg (площадь пустулы, мм2 - S б.: r= 0,45, тип реакции - Тб. : r= 0,44). Интенсивность развития болезни снижалась с увеличением содержания в листьях Se (Ra.: r= - 0,59).

Вероятно, селен оказывает сильное влияние на основные жизненные процессы в растениях, стимулирует их рост и развитие, что может сказываться на устойчивости пшеницы к болезням. Например, по данным [6], обработка растений селенитом натрия оказывала стимулирующее действие на растяжение листовой поверхности пшеницы, повышала содержание в листьях пшеницы основного фотосинтетического пигмента хлорофилла а и хлорофилла b, ускоряла развитие растений и увеличивала их сухую биомассу.

Токсическое воздействие сурьмы на образцы (фитотоксичность) может проявляться в конкуренции с жизненно важными метаболитами растений, что способствует ослаблению проявлений признака устойчивости пшеницы к болезням [7].

Т а б л и ц а 1. Содержание химических элементов в листьях, устойчивых и восприимчивых к возбудителю бурой ржавчины, образцов яровой мягкой пшеницы

Группы образцов Ст. показатель N0, мкг/г мкг/г А1, нг/г К, мкг/г Са, мкг/г V, нг/г Сг, нг/г Мп, нг/г Ее, мкг/г

Среднее 72,20* 1388,65 43,33 16657,53 4979,41 0,08* 0,12* 43,52 94,71*

Стд. ошибка 10,00 144,32 13,46 1365,21 1087,14 0,00 0,01 11,64 6,20

Устой- 95%- 52,50 1104,33 16,81 13968,06 2837,74 0,08 0,10 20,59 82,50

чивый сорт довер. интервал 91,90 1672,97 69,84 19347,00 7121,08 0,08 0,15 66,45 106,93

Изм. к

восприим -79,49 -9,27 -1,42 -7,06 -7,06 -20,72 -56,86 -26,59 -24,47

чивому, %

Среднее 129,59 1517,42 43,94 17833,63 5330,85 0,09 0,20 55,10 117,88

Восприимчивый сорт Стд. ошибка 18,00 187,60 4,95 893,77 445,52 0,00 0,01 11,85 4,43

95%- 94,13 1147,84 34,19 16072,90 4453,19 0,09 0,18 31,76 109,15

довер. интервал 165,05 1887,00 53,70 19594,36 6208,52 0,10 0,22 78,43 126,62

* элементы, содержание которых достоверно отличалось у устойчивых и восприимчивых к бурой ржавчине образцов

Группы образцов Ст. показатель Со, нг/г Си, нг/г N1, нг/г Ъп, нг/г Бе, нг/г Sr, нг/г Мо, нг/г Ва, нг/г

Устойчивый сорт Среднее 0,02* 6,34 1,34 18,93* 0,02 50,45 1,80 63,55

Стд. ошибка 0,00 1,08 0,40 1,79 0,01 12,15 0,39 17,32

95%-довер. интервал 0,02 4,22 0,54 15,41 0,01 26,51 1,03 29,43

0,02 8,46 2,14 22,45 0,04 74,40 2,58 97,66

Изм. к восприим чивому, % -28,23 15,39 14,31 -44,60 -1,92 -5,47 6,57 3,48

Восприимчивый сорт Среднее 0,03 5,36 1,15 27,38 0,02 53,21 1,69 61,33

Стд. ошибка 0,00 1,18 0,20 2,20 0,01 4,61 0,34 6,13

95%-довер. интервал 0,03 3,04 0,75 23,04 0,00 44,13 1,01 49,25

0,03 7,69 1,55 31,71 0,05 62,29 2,36 73,41

Группы образцов Ст. показатель РЬ, нг/г Sb, нг/г Развитие, % Число пустул на лист Площадь пустулы, мм2 Тип реакции

Устойчивый сорт Среднее 0,24* 0,01* 0,00 0,00 0,00 0,00

Стд. ошибка 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

95%-довер. интервал 0,21 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00

0,28 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00

Изм. к восприимчивому, % -32,38 -104,60

Восприимчивый сорт Среднее 0,32 0,03 23,67 71,84 0,07 3,50

Стд. ошибка 0,01 0,00 9,85 24,07 0,01 0,22

95%-довер. интервал 0,30 0,03 2,39 19,86 0,04 3,02

0,34 0,03 44,96 123,82 0,10 3,98

Накопление в листьях пшеницы тяжелых металлов (V, Бе, Со, 2п, РЬ, Сг, Mn) усиливало интенсивность развития возбудителя бурой ржавчины пшеницы. Возможно, это можно объяснить тем, что тяжелые металлы вызывают изменения белкового спектра грибов, воздействуя, по-видимому, на синтез белков на уровне транскрипции и трансляции, влияют на их ферментную активность, а также влияют на прорастание спор [8]. Результаты сопоставления данных по

содержанию химических элементов в листьях и зернах [9] у устойчивых и восприимчивых к возбудителю бурой ржавчины образцов яровой мягкой пшеницы представлены в табл. 2. У группы образцов, отличающихся устойчивостью к возбудителю бурой ржавчины, по сравнению с восприимчивыми образцами, отмечены более низкие значения М§, Mn, Se и повышенное содержание Си. Указанные микроэлементы необходимы для нормального роста и развития пшеницы. Они отвечают за важнейшие физиологические процессы в растении, участвуют, в частности, в регулировании окислительно-восстановительных реакций процессов дыхания, фотосинтеза. Помимо этого, под действием меди активизируется синтез хлорофилла даже в тканях, утративших эту способность за счет активирования дыхательных цепей с участием медьсодержащих оксидаз [10].

Т а б л и ц а 2. Изменение в биохимическом составе листьев и зерен у сортов и линий яровой мягкой пшеницы, характеризующихся устойчивостью к бурой ржавчине, по сравнению с восприимчивыми

образцами

Хим. элемент Изменение, %

Зерно Лист.

^а* ** 129,13 -79,49

Мм -5,81 -9,27

А1** 88,65 -1,42

К 2,64 -7,06

Са 41,66 -7,06

Сг* -15,47 -56,86

Мп - 4,11 -26,59

Бе* 17,91 -24,47

Со* 24,11 -28,23

Си 0,53 15,39

N1 - 32,25 14,31

§е** - 61,42 -1,92

Мо -14,03 6,57

РЬ* 10,21 -32,38

*- статистически достоверно различались по содержанию в листьях ** - статистически достоверно различались по содержанию в зернах

Для сортов и линий яровой мягкой пшеницы, безусловно, характерны различия в распределении исследованных химических элементов в листьях и зернах, что согласуется с результатами исследований, приведенными в работе [1]. Нами, помимо вышеизложенного, показана зависимость проявления признака устойчивости образцов к возбудителю бурой ржавчины от их многоэлементного состава. Выявлены достоверные различия в биохимическом составе устойчивых и восприимчивых к болезни сортов и линий яровой мягкой пшеницы. Отмечено, что изменения содержания большинства изученных химических элементов (64,3%) как в листьях, так и в зернах у устойчивых образцов, по сравнению с восприимчивыми, характеризовались разнонаправленными тенденциями. Сорта и линии яровой мягкой пшеницы, характеризующиеся отсутствием симптомов патогенеза, отличались меньшим содержанием в листьях тяжёлых металлов V, Бе, Со, 2п, РЬ, Сг, Мп, а также 8Ь и А1, некоторые из которых относятся к группе особо опасных экотоксикантов.

Л и т е р а т у р а

1. Валеева Г.Р. Роль отдельных факторов в формировании элементного состава растений: Автореф. дис... канд. хим. наук. - Казань, 2004. -21 с.

2. Годовой отчет по региональной программе КГМСХИ по устойчивому развитию сельского хозяйства в Центральной Азии и Южном Кавказе за 2011-2012 гг.

3. Гультяева Е.И., Садовая А.С., Шайдаюк Е.Л. Молекулярно-генетический скрининг новых российских сортов мягкой пшеницы по устойчивости к бурой ржавчине // Вестник защиты растений. - СПб.: ВИЗР.-2014. - С. 26-29.

4. Mains E.B., Jackson H.C. Physiologic specialisation in leaf rust Puccinia triticina Erikss et Henn. // Phytopathology. - 1926. - V.16. - P.89-120.

5. Колесникова Ю.Р. Влияние агроэкологических факторов на продуктивность яровой мягкой пшеницы и развитие возбудителей болезней в условиях Северо-Запада РФ: Автореф. дис... канд. с.-х. наук.- СПб. 2012. -22с.

6. Кулагина Ю.М., Головацкая И.Ф. Влияние селенита натрия на рост и развитие растений пшеницы в зависимости от способа обработки // Вестник Томского государственного университета. (Биология). -Вып. №2 (14).- 2011. -С. 56-64.

7. Савинова Л.Н., Попова А.А., Ланина А.А. Изучение влияния соединений тяжелых металлов на рост и развитие растений // Техносфера, безопасность жизнедеятельности, образование: Межвуз. сб. статей (Междунар. заоч. науч.практ. конференция. 17 апреля 2013 г.). - Тула: Изд. ТГПУ им. Л. Н. Толстого.-2013.- С. 257-265.

8. Горбунова Е.А., Терехова В.А. Тяжелые металлы как фактор стресса для грибов: проявление их действия

на клеточном и организменном уровнях // Микология и фитопатология. -1995. - Т.29. - Вып. 4. - С.63-69.

9. Колесников Л.Е., Павлова М.Н., Колесникова Ю.Р. Биохимический состав зерна у устойчивых и восприимчивых к бурой ржавчине сортов яровой мягкой пшеницы // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 36. - C.46-50.

10. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. -Л.,1974. -323 с.

УДК 633.32:631 Доктор с.-х наук В.А. ПОЗДНЯКОВ

Соискатель А.В. ПОЗДНЯКОВ

(ГНУ ЛНИИСХ, pozdnyakov39@mail.ru) Зав. лабораторией А.И. ДРИЖАЧЕНКО

СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ И НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ - РЕЗЕРВАТОВ ПАТОГЕНОВ ПО УРОВНЮ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Многолетние травы, листовые патогены, магнитная индукция

К настоящему времени накоплено множество экспериментальных данных о влиянии слабых и крайне слабых постоянных, переменных и комбинированных магнитных полей (МП) на уровне земных на биологические системы. Н.А. Белова изучала действие слабых комбинированных магнитных полей (КМП) в режиме параметрического резонанса, а также КМП скрайне слабыми амплитудами переменной компоненты на регенерацию планарий, гравитропическую реакцию в отрезках стеблей растений, образование активных форм кислорода в нейтрофилах мышей [1]. В работе использовались комбинированные магнитные поля (КМП). КМП, состоящее из коллинеарно направленной постоянной BDC и переменной BAC, создавались следующим способом. В качестве постоянной компоненты поля использовали локальное поле Земли в месте расположения тест-системы, а переменную компоненту, направленную параллельно земному полю, создавали с помощью катушечной пары Гельмгольца диаметром 39 см. Величину постоянной компоненты поля BDC определяли с помощью феррозондового магнитометра типа СГК-64М (завод "Геологоразведка") с 0.01 мкТл. Амплитуду и частоту (f) переменной компоненты задавали с помощью генератора ГЗ-112. Амплитуду переменной компоненты поля BAC устанавливали с учетом величины передаточного коэффициента (к =10 мкТл/1В) катушки Гельмгольца. КМП - в режиме магнитного параметрического резонанса (МПР). Значения соотношения амплитуд постоянного и переменного компонентов поля BAC/BDC, а также частоты (f) переменной компоненты поля устанавливали в соответствии с теорией МПР. Н.А. Белова в своей работе не рассматривает проблему дифференциации генотипов многолетних трав и их хозяев - переносчиков патогенов по признаку магнитной индукции.

Имеется значительное количество других работ, выполненных со слабыми на уровне земных магнитными полями на различных иммунологических объектах (кроме многолетних трав) флоры и фауны. Определяющей для рассматриваемого научного направления является работа советского ученого А.Г. Гурвича [2]. Показано, что комбинированные магнитные поля с крайне слабыми