СПОСОБ ОТБОРА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ СОИ С КОМПЛЕКСНОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ВОЗБУДИТЕЛЯМ ПЕПЕЛЬНОЙ ГНИЛИ И ФУЗАРИОЗНОГО УВЯДАНИЯ
METHOD OF SELECTION OF SOURCE MATERIAL FOR BREEDING OF SOYABEAN PLANTS WITH COMPLEX RESISTANCE TO CHARCOAL ROT AND FUSARIUM WILT CAUSATIVE AGENTS

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в селекции растений.
На сегодняшний день известно, что рост площадей и урожайности сельскохозяйственных культур в мире сопровождаются увеличением распространения возбудителей болезней растений, способных нанести значительный ущерб урожаю и качеству семян. К ним относятся, в частности, возбудители пепельной гнили - гриб М. phaseolina и фузариозного увядания - грибы рода Fusarium spp. Возбудители пепельной гнили и фузариозного увядания широко распространены повсюду. Однако наибольшая распространенность и вредоносность возбудителя пепельной гнили отмечаются в регионах с сухим и жарким летом или в засушливые годы в регионах с умеренным или влажным климатом, а наибольшая распространенность и вредоносность возбудителей фузариозного увядания отмечаются в зонах с влажным муссонным климатом, при орошении или в годы с избытком осадков в критические периоды развития растений.
Возбудитель пепельной гнили М. phaseolina поражает более чем 500 видов цветковых растений, включая культурные и сорные растения. Возбудители фузариозного увядания Fusarium spp. также поражают широкий круг растений, включая практически все сельскохозяйственные культуры. Несмотря на то, что в ряде случаев возбудителем пепельной гнили инфицируются до 80-100% растений, вследствие умеренных температур воздуха и хорошей увлажненности почвы симптомы болезни могут не проявляться в течение всего онтогенеза. В благоприятных условиях среды развитие пепельной гнили на растениях не обнаруживается даже на искусственных инфекционных фонах и при искусственном заражении растений.
В целом признано, что пепельная гниль является болезнью механической закупорки микросклероциями сосудов ксилемы растений в условиях дефицита влаги в почве. Такие особенности возбудителя пепельной гнили, специфический характер взаимоотношений с растениями-хозяевами и почти полное отсутствие токсинов у этого гриба привели к тому, что до настоящего времени, несмотря на высокую вредоносность пепельной гнили, ни у одного вида растений так и не сформировалась специфическая генетическая устойчивость к этому патогену. В связи с этим в мире ни на одной сельскохозяйственной культуре не созданы иммунные к пепельной гнили (М. phaseolina) сорта.
Возбудители фузариоза относятся к группе факультативных паразитов и в благоприятных условиях поражают растения в течение всей вегетации. Грибы из рода Fusarium spp. вызывают корневые гнили всходов и взрослых особей, загнивание плодов и семян, трахеомикозы сосудистой системы растений в период цветения и формирования плодов, вызывающие быстрое увядание и гибель всего растения. Трахеомикозное увядание чаще встречается в южных регионах в условиях эпизодических обильных осадков и последующих сухих периодов на фоне высоких приземных температур воздуха, определяющих активный рост мицелия патогена в тканях растений-хозяев.
В разное время на некоторых видах культурных растений были обнаружены источники устойчивости к отдельным видам грибов рода Fusarium и создан ряд устойчивых к этому патогену сортов. Однако селекция на устойчивость растений к возбудителям фузариоза повлекла за собой коэволюцию грибов рода Fusarium spp., направленную в сторону повышения агрессивности и преодоления иммунитета растений-хозяев к этому грибу. В результате даже иммунные или высокоустойчивые к фузариозу сорта и гибриды культурных растений через время начинают поражаться новыми, более агрессивными расами этого патогена. Исходя их вышесказанного, становится ясно, что создание комплексно устойчивого к пепельной гнили и фузариозному увяданию исходного материала чрезвычайно актуально.
Известен способ оценки растений сои на устойчивость к пепельной гнили Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid., основанный на выращивании растений, анатомическом исследовании тканей растений в течение онтогенеза на наличие мицелия и микросклероциев патогена в растении-хозяине, а также на известной зависимости образования микросклероциев в тканях растения-хозяина при увеличении осмотического давления клеточного сока в них до критических для патогена значений и развития физиологической засухи для мицелия гриба (Саенко Г.М., Зеленцов С.В., Пивень В.Т. Роль водного стресса в формировании микросклероциев Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. в тканях сои. / Масличные культуры. Науч.-техн. бюллетень ВНИИМК. - Вып.1 (138), 2008, с.57-62).
Недостатком известного способа является то, что предлагаемый способ оценки устойчивости растений к пепельной гнили основан только на микроскопических и анатомических исследованиях. Оценка относительной устойчивости к этому патогену осуществляется только по наличию или отсутствию микросклероциев в тканях растения-хозяина. При этом отсутствуют количественные критерии оценки устойчивости к этому патогену (возбудителю пепельной гнили). В известном способе отсутствует возможность оценки устойчивости растений к другим патогенным грибам, в частности к грибам рода Fusarium Link. В целом применение известного способа оценки растений на устойчивость к пепельной гнили М. phaseolina не позволяет выполнять количественную оценку устойчивости к этому патогену, а в условиях орошения и в благоприятные по увлажнению годы из-за повышенной оводненности тканей растений не позволяет выполнить даже качественную оценку на устойчивость к патогену.
Известен способ оценки исходного материала сои на устойчивость к пепельной гнили, основанный на сравнении осмотического давления клеточного сока (ОДКС) растения-хозяина и критического ОДКС внутри гифов гриба этого патогена, включающий выращивание растений, адаптированных к высоким летним температурам и дефициту осадков, отбор растительных образцов для выделения клеточного сока в трех нижних междуузлиях, т.е. в прикорневой зоне 3-5 типичных вегетирующих растений на разных этапах онтогенеза растений, в том числе и в периоды онтогенеза «плодо-образование - налив семян», определение осмотического давления выделенного клеточного сока растения, выделение гриба пепельной гнили из надземных частей растений в чистую культуру в лабораторных условиях с использованием методик выделения фитопатогенных грибов из различных органов растений; культивирование культуры гриба в жидких безагарных питательных средах (например, на среде Чапека); определение критического для роста и развития патогена ОДКС, при котором для возбудителя пепельной гнили наступает «физиологическая засуха»; выделение форм растений с их ОДКС ниже, чем критическое ОДКС мицелия этого возбудителя болезни для использования их в качестве исходного материала для селекции растений на устойчивость к пепельной гнили (Саенко Г. М., Лучинский А. С., Зеленцов С. В. Сортовой полиморфизм сои по динамике осмотического давления клеточного сока растений в онтогенезе в связи с чувствительностью к возбудителю пепельной гнили - Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. / В сб. статей 2-й межд. конф. по сое: «Современные проблемы селекции и технологии возделывания сои». - Россия, Краснодар, 9-10 сентября 2008 г. - С.104-112).
1
2
Недостатком известного способа, взятого нами в качестве прототипа, является то, что предлагаемая технология основана на том, что для определения ОДКС растения отделяют всю надземную часть растения от корневой системы в зоне корневой шейки, а это приводит к активному непрерывному испарению воды всей поверхностью отобранных растений за счет отсутствия подтока водных растворов из корневой системы и вызывает непрерывное увеличение концентрации клеточного сока и его осмотического давления в растительных тканях надземной части растений. При этом оценка осмотического давления клеточного сока только в наиболее оводненной прикорневой части центрального побега в зоне непосредственного формирования микросклероциев снижает точность оценок и занижает фактическую разницу между количественными значениями этого показателя, свойственного для целого растения, у генотипов с генетически повышенным и пониженным осмотическим давлением клеточного сока, особенно в благоприятных по увлажнению условиях среды. Кроме этого отжим клеточного сока из прикорневой части центрального побега приводит к потере всего растения, а в случае определения осмотического давления клеточного сока у растений ранних гибридных поколений (F-F) в дальнейшем исключает получение от них семенного потомства. Кроме этого в известном способе отсутствует возможность оценки устойчивости растений к патогенным грибам рода Fusarium spp.
Задача, решаемая изобретением, повышение точности выделения устойчивых к пепельной гнили форм растений и обеспечение возможности отбора форм растений с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили и фузариозного увядания на основе количественной оценки устойчивости к этим патогенам при сохранении жизни растений для получения от них потомства.
Цель изобретения состоит в выявлении форм растений с осмотическим давлением клеточного сока (ОДКС) в их тканях, в критические по потреблению ими воды периоды онтогенеза (плодообразование и налив семян), препятствующим образованию микросклероциев возбудителя пепельной гнили в сосудистых системах побегов растений-хозяев и развитию мицелия возбудителей фузариозного увядания в тканях растения без использования искусственных инфекционных фонов или искусственного заражения растений этими патогенными грибами, а также в осуществлении определения ОДКС растения без отделения всей надземной его части от корневой системы.
Технический эффект достигается тем, что в известном способе оценки исходного материала растений на устойчивость к пепельной гнили, включающем выращивание растений, выделение клеточного сока из тканей 3-5 типичных вегетирующих растений в периоды онтогенеза «плодообразование - налив семян», определение осмотического давления клеточного сока (ОДКС) каждого из этих растений, отбор форм растений с их ОДКС ниже, чем критическое ОДКС внутри мицелия возбудителя пепельной гнили М. phaseolina, согласно изобретению для определения ОДКС растения используют ткани верхней части его главного побега или ткани верхней части наиболее развитых боковых побегов первого порядка, а в качестве растений с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили М. phaseolina и фузариозного увядания Fusarium spp. отбирают формы растений с их ОДКС в диапазоне значений 670-930 кПа.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного условиями осуществления действий («использованием веществ»): в заявляемом техническом решении для определения ОДКС растения используют ткани верхней части его главного побега или ткани верхней части наиболее развитых боковых побегов первого порядка, а в прототипе - нижней (а также «режимом»)в качестве растений с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили и фузариозного увядания отбирают формы растений с их ОДКС в диапазоне 670-930 кПа. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «НОВИЗНА».
Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, мы не обнаружили решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными. Эти отличительные от прототипа признаки для специалиста в области селекции явным образом не следуют из известного на сегодня существующего уровня техники. Нашими многолетними исследованиями была выявлена возможность повышения точности оценки устойчивости растений сои к возбудителю пепельной гнили, а также возможность количественной оценки устойчивости к возбудителям фузариозного увядания и отбора исходного материала с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили и фузариозного увядания. И это было достигнуто за счет отличительных признаков заявляемого способа: по результатам оценки выделяют формы растений с осмотическим давлением клеточного сока в периоды плодообразования и налива семян, находящимся в диапазоне значений между 670 и 930 кПа, нижний предел которого превышает критическое для возбудителя фузариозного увядания осмотическое давление клеточного сока (670 кПа), приводящее к деградации и гибели его мицелия в тканях растения-хозяина, но не превышает верхний предел диапазона (930 кПа), являющийся критическим для возбудителя пепельной гнили и приводящий к массовому формированию микросклероциев возбудителя, укупоривающих проводящую сосудистую систему растения-хозяина. Выделенные сортообразцы или сорта растений с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили и фузариозного увядания используют непосредственно в промышленном производстве или в качестве исходного материала для селекции растений, устойчивых отдельно к пепельной гнили или к фузариозному увяданию, а также к комплексу этих патогенов. Исходя их этого можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию патентоспособности «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».
Заявляемое техническое решение соответствует и критерию патентоспособности «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ», так как оно может быть использовано в сельском хозяйстве, и, кроме того, в описании изобретения представлены средства и методы, с помощью которых возможно осуществление технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.
Способ осуществляют следующим образом. Выращивают растения сои. В периоды онтогенеза «плодообразование - налив семян» выделяют клеточный сок из тканей верхней части главного побега или тканей верхней части наиболее развитых боковых побегов первого порядка на 3 - 5 типичных вегетирующих растениях, сохраняя их на их собственных корнях в почве до получения семян. Определяют осмотическое давление выделенного клеточного сока (ОДКС) каждого растения. И в качестве растений с комплексной устойчивостью к возбудителям М. phaseolina и фузариозного увядания Fusarium spp. отбирают формы растений с их ОДКС в диапазоне 670 - 930 кПа.
2
Пример осуществления способа. В условиях центральной климатической зоны Краснодарского края, отличающейся высокими летними температурами приземного воздуха и почвы, а также практически ежегодными позднелетними засухами, оценивали 52 образца сои отечественного и иностранного происхождения и различной степени адаптации к высоким летним температурам и дефициту осадков. Кроме этого в эксперименте использовали гибридные растения поколения F из 24 гибридные комбинации сои с участием родительских форм с различной засухоустойчивостью и полевой устойчивостью к фузариозному увяданию.
2
Все оцениваемые сортообразцы сои выращивали в 2007-2009 годах по следующей технологии. Предшественник сои - озимая пшеница. После уборки предшественника проводили лущение стерни. Основная обработка почвы под сою - улучшенная зябь, включающая дискование на глубину 8-10 см и вспашку на глубину 22-25 см с выравниванием поверхности. Весенняя обработка зяби включала в себя однократную предпосевную культивацию на глубину 4-6 см. Из-за высокого титра резидентных клубеньковых бактерий в почве бактериальные удобрения не применяли. Сев сои осуществляли в III декаде апреля 4-рядной селекционной сеялкой СКС-6А с междурядьями 70 см. Делянки 4-рядные площадью 14 м в 4-кратной повторности. Густота стояния растений 300-350 тыс/га. В течение вегетационного периода проводили 2 междурядных культивации. В фазе 3 настоящих листьев у сои применяли гербицид пульсар в дозе 1,0 л/га. В течение всей вегетации проводили фенологические наблюдения и оценивали распространенность и развитие пепельной гнили и фузариозного увядания на растениях сои.
2
В фазы 1-го настоящего (тройчатосложного) листа, полного цветения, плодообразования, налива семян и физиологического созревания путем отжима из измельченных тканей верхней части главных или боковых побегов 3-5 типичных растений каждого сортообразца выделяли клеточный сок и определяли концентрацию клеточного сока рефрактометрическим методом на рефрактометре ИРФ-22. Осмотическое давление клеточного сока (ОДКС) в тканях растений определяли по известной методике, описанной в Практикуме по физиологоии под ред. Н.Н.Третьякова (М.: Агропромиздат, 1990, с.17), а также с помощью расчетных таблиц, приведенных в приложении этого же Практикума на стр.254-260. Для удобства вычислений осмотического давления клеточного сока на основании этих таблиц нами вычислено и предложено регрессионное уравнение с величиной достоверности аппроксимации R=1 следующего вида:
2
y=14,5527+(69,4075×Кс)+(1,2437×Кс),
где y - осмотическое давление клеточного сока, кПа;
Кс - концентрация клеточного сока, %.
Отдельно определяли ОДКС внутри мицелия возбудителей пепельной гнили М. phaseolina и фузариозного увядания Fusarium spp. Для этого культивировали культуры грибов на жидких питательных средах Чапека с последовательным добавлением кратных навесок нейтрального осмотически активного вещества - полиэтиленгликоля 6000 (ПЭГ-6000), обеспечивающего последовательное увеличение осмотического давления (ОД) среды. При этом ОД среды, при котором полностью прекращался рост мицелия гриба, принимался за критический уровень ОДКС, при котором выравнивалось осмотическое давление внутри и вне мицелия и наступала «физиологическая засуха» для патогена. Дальнейшее увеличение ОДКС питательной среды приводило к полной гибели мицелия данного возбудителя.
В результате было установлено, что критическое ОДКС для возбудителя пепельной гнили, при котором наступает «физиологическая засуха» для гриба М. phaseolina и массово формируются микросклероции, составляет 930 кПа. Критическое ОДКС для возбудителя Fusarium spp., при котором полностью прекращается рост мицелия, составляет 670 кПа. ОДКС среды выше этого уровня приводит к деградации и гибели мицелия патогена.
Эксперимент по сравнительному анализу динамики ОДКС в прикорневой и верхней части растений показал их высокую сопоставимость (табл.1).
Как следует из представленных в табл.1 данных, показатели ОДКС тканей прикорневой и верхней частей одних и тех же растений сои были очень близкими и отличались не более чем на 9%. Тенденция к некоторому увеличению ОДКС в верхней части главных побегов растений в целом объясняется близостью к испаряющей поверхности листьев.
Таблица 1
Сравнительная динамика осмотического давления клеточного сока в разных ярусах растений сои
Сорт
Степень засухоустойчивости
Ярус растения
ОДКС в основные фазы развития растений, кПа
1-й настоящий лист
полное цветение
плодообразование
налив семян
физиологическое созревание
Вилана
высокая
прикорневой
490
630
780
830
540
верхний
500
635
785
830
550
отклонение, ±%
+2
+3
+3
0
+2
Парма
средняя
прикорневой
460
620
870
940
590
верхний
460
620
890
970
620
отклонение, ±%
0
+3
+3
+3
+5
Приморская 86
низкая
прикорневой
560
740
1200
1070
700
верхний
570
760
1260
1150
760
отклонение, ±%
+2
+3
+5
+7
+9
Особенно это заметно у сортов с низким уровнем засухоустойчивости, выведенных в условиях влажного муссонного климата. Тем не менее общая динамика изменения ОДКС в онтогенезе в прикорневой и верхней частях главных побегов у всех типов сортов имеет очень высокую положительную взаимосвязь с коэффициентами корреляции не ниже r=0,99. При этом оценка ОДКС в верхней части растений полностью сохраняет межсортовые различия по реакции к условиям среды во все фазы онтогенеза растений. Таким образом, отжим клеточного сока растений из тканей верхней части побегов растений позволяет вполне адекватно оценить ОДКС генотипа в конкретных условиях среды. Полученные таким образом данные ОДКС тканей сортов сои в онтогенезе за 2007-2009 г. представлены на табл.2.
Анализ представленных в табл.2 данных свидетельствует о различиях в онтогенетической динамике ОДКС у различных сортов. Так, ткани растений всех сортов были максимально оводнены на начальных этапах развития. ОДКС в фазу формирования 1-го настоящего листа варьировала в пределах 380-560 кПа. При дальнейшем развитии растений отмечали последовательное возрастание ОДКС тканей до фаз плодообразования и налива семян в плодах. В этот период плоды становятся основными аттрагирующими центрами растений, требующими максимального количества воды, сначала на свое формирование, а позже на формирование и налив семян. В этот период все исследуемые сорта по ОДКС разделились на три основных типа:
- тип А - ОДКС сортов превышает критическое ОДКС возбудителя пепельной гнили (930 кПа);
- тип В - ОДКС этой группы сортов не достигает критического уровня 930 кПа, но находится выше критического ОДКС для возбудителя фузариозного увядания, составляющего около 670 кПа;
- тип С - ОДКС сортов не превышает 670 кПа.
Таблица 2
Осмотическое давление клеточного сока (ОДКС) тканей некоторых сортов сои в онтогенезе
(среднее за 2007-2009 г.)
Сорт
Тип онтогенетической динамики ОДКС*
ОДКС в основные фазы развития растений, кПа
1-й настоящий лист
полное цветение
плодообразование
налив семян
физиологическое созревание
Амфор
Тип А
560
760
1170
1100
700
Армавирская 2
530
740
1220
1090
660
Славия
Тип АВ
490
660
870
930
590
Изидор
510
690
820
920
620
Вилана
Тип В
540
650
800
830
540
Рента
510
600
820
860
520
Альба
Тип ВС
420
510
650
670
430
Валента
Тип С
380
460
650
630
400
Белгородская 6
450
410
650
600
420
* - тип динамики ОДКС устанавливается в критические по влагопотреблению периоды плодообразования и налива семян.
Кроме этого выделены переходные, промежуточные типы онтогенетической динамики ОДКС в тканях сортов сои. Так, в наиболее засушливом 2007 г. ОДКС некоторых сортов в фазы плодообразования и налива семян немного превышали уровень 930 кПа, в наиболее благоприятном по увлажнению 2009 г. имели значения несколько ниже этого критического уровня. Такие сорта были отнесены к промежуточному типу АВ.
ОДКС еще одной группы сортов в период плодообразования и налива семян варьировало в пределах 650-690 кПа, во влажный 2009 г. находилось ниже критического уровня 670 кПа, а в сухой 2007 г. - несколько выше этого уровня. Группа таких сортов была отнесена к промежуточному типу ВС.
К концу фазы налива семян и начале фазы физиологического созревания из-за нарастающего разрушения хлорофилла в листьях и прекращения фотосинтеза концентрация сахаров в тканях растений и, как следствие этого, ОДКС снижались практически у сортов всех типов.
Одновременно с определением ОДКС тканей растений исследуемых сортов для оценки распространенности болезни (Р) подсчитывали количество пораженных пепельной гнилью и фузариозом растений на каждом сорте, а также по 5-бальной шкале развития болезни (R) определяли, в какой степени поражены растения. Полученные данные представлены в табл.3 и 4.
Как следует из представленных в табл.3 данных, на ранних этапах развития растений их поражение возбудителем пепельной гнили отсутствовало. Первые растения из группы сортов с онтогенетической динамикой ОДКС типа А с признаками поражения пепельной гнилью были отмечены в период начала максимального водопотребления - в фазу плодообразования. В этот период у таких сортов ОДКС тканей превысило критическое ОДКС возбудителя пепельной гнили и достигло 1170-1220 кПа, что вызвало трахеомикозное увядание растений. У других типов сортов ОДКС в этот период оставалось ниже критического для пепельной гнили уровня 930 кПа.
В фазу налива семян у сортов типа А ОДКС тканей сохраняло сверхкритические значения (1090-1100 кПа). Соответственно увеличивалось количество пораженных растений и степень развития болезни. Пораженные растения также обнаруживали в группе сортов с промежуточным типом АВ, осмотическое давление клеточного сока у которых достигло околокритических для возбудителя пепельной гнили значений 930 кПа. Сорта со значениями ОДКС, соответствующими типам В и ВС, в эту фазу оставались здоровыми. Однако у сортов с динамикой ОДКС типа С, несмотря на самые низкие значения ОДКС, отмечали появление пораженных пепельной гнилью растений с распространенностью болезни 60-67% и ее развитием 27-31%.
Таблица 3
Распространенность и развитие возбудителя пепельной гнили М. phaseolina на растениях сои разных типов ОДКС в онтогенезе
(среднее за 2007-2009 г.)
Сорт
Тип динамики ОДКС
Распространенность и развитие пепельной гнили в фазы развития растений, %
1-й настоящий лист
полное цветение
плодообразование
налив семян
физиологическое созревание
Р*
R**
Р
R
Р
R
Р
R
Р
R
Амфор
тип А
0
0
0
0
51
15,2
81
30,5
100
38,5
Армавирская 2
0
0
0
0
37
7,9
78
28,2
100
36,9
Славия
тип АВ
0
0
0
0
0
0
63
20,0
95
27,6
Изидор
0
0
0
0
0
0
55
17,6
95
28,3
Вилана
тип В
0
0
0
0
0
0
0
0
90
18,0
Рента
0
0
0
0
0
0
0
0
90
21,6
Альба
тип ВС
0
0
0
0
0
0
0
0
90
20,6
Валента
тип С
0
0
0
0
0
0
60
26,7
100
42,1
Белогорская 6
0
0
0
0
0
0
67
30,8
100
41,0
* - Р - распространенность болезни;
** - R - развитие болезни.
В фазу физиологического созревания растений практически все исследуемые сорта сои оказались поражены пепельной гнилью. В этот период онтогенеза, несмотря на снижение ОДКС тканей за счет потери воды всей поверхностью созревающих растений, последовательно сокращалась общая оводненность тканей. В связи с этим для мицелия пепельной гнили наступила необратимая физиологическая засуха, спровоцировавшая массовое образование микросклероциев в сосудистой системе растений.
В целом, у сортов сои типов А и частично АВ, трахеомикозное увядание в острозасушливый (2007) год начиналось еще в фазы плодообразования и налива семян, а у сортов типа С - с фазы налива семян, что вызывало частичную гибель растений, а у выживших - существенное снижение репродуктивной нагрузки. У сортов сои типов В и ВС укупорка сосудистой системы микросклероциями развилась только в период физиологического созревания, когда налив семян был полностью завершен. Поэтому поражение таких растений пепельной гнилью практически не влияло на урожаи семян.
Таблица 4
Распространенность и развитие возбудителя фузариоза Fusarium spp. на растениях сои разных типов ОДКС в онтогенезе
(среднее за 2007-2009 г.)
Сорт
Тип динамики ОДКС
Распространенность и развитие фузариоза в фазы развития растений, %
1-й настоящий лист
полное цветение
плодообразование
налив семян
физиологическое созревание
P*
R**
Р
R
Р
R
Р
R
Р
R
Амфор
тип А
30
36,4
37
42,5
21
17,8
8
3,6
13
15,6
Армавирская 2
31
32,4
40
39,5
23
18,6
7
3,7
12
15,4
Славия
тип АВ
31
29,7
39
36,4
26
22,1
10
5,0
22
18,7
Изидор
30
30,9
38
32,6
24
23,5
12
5,6
26
21,0
Вилана
тип В
31
32,2
40
33,6
32
21,6
12
4,6
29
23,4
Рента
30
33,6
37
31,5
31
23,7
14
5,8
32
26,5
Альба
тип ВС
32
36,7
42
39,1
45
37,2
36
24,7
60
50,1
Валента
тип С
30
35,3
45
45,0
57
46,8
65
65,0
70
68,4
Белгородская 6
30
35,9
48
48,2
53
45,3
60
65,3
70
75,4
* - Р - распространенность болезни;
** - R - развитие болезни.
Развитие пепельной гнили на боковых побегах всех исследуемых сортов было полностью идентичным таковому на главных стеблях.
Динамика распространенности и развития фузариоза в онтогенезе на исследуемых сортах сои подчинялась иной закономерности (табл.4).
Первые признаки поражения растений фузариозом у всех сортов сои отмечали уже на стадии проростков. В фазе 1-го настоящего листа распространенность фузариоза составляла 20-32%, а развитие болезни 30-37%. В фазу полного цветения растений распространенность фузариоза еще увеличилась и достигла 37-48%, а развитие составило 32-48% без определенных закономерностей между группами сортов с различными типами ОДКС.
Однако начиная с фазы плодообразования между группами сортов стали обнаруживаться различия по пораженности фузариозом. Так, минимальные значения параметров распространенности и развития болезни были отмечены у группы сортов с ОДКС типа А, а максимальные - у сортов с ОДКС типа С. По количеству пораженных фузариозом растений и степени развития болезни между этими группами сортов разница была более чем в два раза. Сорта типов АВ, В и ВС занимали промежуточное положение.
В фазу налива семян выявленные тенденции усилились. Сорта с наибольшим осмотическим давлением клеточного сока (тип А) характеризовались минимальной распространенностью фузариоза и развитием болезни, составляющими соответственно 7-8 и 3,6-3,7%. Ранее имевшие место на таких растениях фузариозные некротические пятна высохли и отслоились, а на их месте из раневого каллуса образовалась здоровая функционирующая ткань. В то же время у растений типа С с докритическими (<670 кПа) для возбудителя фузариоза уровнями ОДКС распространенность и развитие фузариоза продолжали увеличиваться, достигая в среднем по этой группе 60-65%, приводя к постепенному патогенному разрушению сосудистой системы растений и развитию диффузного трахеомикозного увядания посевов. При этом у растений с выраженным трахеомикозным увяданием в фазу налива семян по мере прекращения подачи воды из корневых систем в надземную часть побегов через разрушенную сосудистую систему отмечали увеличение ОДКС надземных тканей сои до уровня критических и сверхкритических (≥930 кПа) для возбудителя пепельной гнили значений ОДКС. При этом во всех тканях, пораженных фузариозом растений, массово формировались микросклероции. Именно этим объясняется факт поражения растений пепельной гнилью в фазу налива семян у сортов сои с динамикой ОДКС типа С, несмотря на самые низкие (600-630 кПа), докритические для возбудителя этой болезни значения ОДКС в этот период онтогенеза (см. табл.3).
1
2
В ряде случаев отжим клеточного сока из тканей главного побега нежелателен из-за вынужденной потери плодов и семян, сформировавшихся в этой части стебля. Такие ситуации могут складываться при оценке ОДКС у индивидуальных растений ранних (F и F) гибридных поколений. Как правило, у большинства видов растений, склонных к ветвлению, большая часть репродуктивной нагрузки формируется на главном побеге, зачастую составляя до 70-90% от общей массы плодов на всем растении. Поэтому определение ОДКС на боковом побеге, особенно без сформированных плодов, представляет собой более щадящий вариант.
Сравнительная динамика ОДКС в тканях главного и бокового побегов представлена в табл.5.
Как следует из представленных в табл.5 данных, показатели ОДКС тканей главного и бокового побегов у тех же растений сои из-за единой проводящей сосудистой системы были очень близкими и в критические периоды водопотребления: плодообразование - налив семян варьировали в пределах от -3 до +4%. Общая динамика изменения ОДКС в онтогенезе в различных частях растений у всех типов сортов имеет очень высокую положительную взаимосвязь с коэффициентами корреляции не ниже r=0,98. При этом оценка ОДКС в тканях боковых побегов полностью сохраняет межсортовые различия по реакции к условиям среды во все фазы онтогенеза растений. Таким образом, отжим клеточного сока растений из тканей боковых побегов позволяет вполне адекватно оценить ОДКС отдельного растения с минимальными потерями плодов и семян.
Таблица 5
Сравнительная динамика осмотического давления клеточного сока в разных частях растений сои некоторых родительских форм и гибридов F<sub>1</sub> (2009 г.)
Родительская форма, гибрид
Часть растения
ОДКС в основные фазы развития растений
полное цветение
плодообразование
налив семян
физиологическое созревание
кПа
откл. ±,%
кПа
откл. ±,%
кПа
откл. ±,%
кПа
откл. ±,%
Вилана <img file="00000001.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
главный побег
640
-
810
-
820
-
560
-
боковой побег
620
-3
810
0
810
-1
580
+4
Д-277 <img file="00000002.tif" he="5" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
главный побег
550
-
680
-
740
-
450
-
боковой побег
540
-2
700
+3
760
+3
480
+7
F<sub>1</sub> Вилана×Д-277
главный побег
520
-
650
-
800
-
520
-
боковой побег
520
0
630
-3
780
-2
530
+2
Фора <img file="00000001.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
главный побег
450
-
650
-
630
-
400
-
боковой побег
430
-4
650
0
640
+2
430
+8
Славия <img file="00000002.tif" he="5" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
главный побег
660
-
850
-
920
-
560
-
боковой побег
650
-2
840
-1
920
0
580
+4
F<sub>1</sub> Фора×Славия
главный побег
430
-
630
-
640
-
420
-
боковой побег
410
-5
610
-3
640
0
440
+5
1
2
Таким образом, оценка осмотического давления клеточного сока растений в критические периоды плодообразования и налива семян при создании исходного материала для селекции растений с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили и фузариозного увядания позволяют выделить формы растений с осмотическим давлением клеточного сока в тканях, находящимся в диапазоне значений между 670 и 930 кПа, нижний предел которого превышает критическое для возбудителя фузариозного увядания осмотическое давление клеточного сока (670 кПа), приводящее к деградации и гибели его мицелия в тканях растения-хозяина, но не превышающим верхний предел диапазона (930 кПа), являющийся критическим для возбудителя пепельной гнили и приводящий к массовому формированию микросклероциев этого гриба, укупоривающих проводящую сосудистую систему растения-хозяина. Отжим клеточного сока в верхней части побегов позволяет повысить точность и надежность оценок вследствие предотвращения завядания растений, сохраняющих неповрежденную корневую систему. В ранних гибридных поколениях F-F осмотическое давление клеточного сока определяют не в тканях главного побега, а в тканях верхней части одного из наиболее развитых боковых побегов первого порядка. Такая процедура позволяет сохранить на уникальных гибридных растениях максимальное количество плодов и семян.
Итак, заявляемые признаки позволяют выявлять формы растений с ОДКС в их тканях в критические по потреблению ими воды периоды онтогенеза (плодообразование - налив семян), препятствующим образованию микросклероциев возбудителя пепельной гнили в сосудистых системах растений-хозяев и развитию мицелия возбудителей фузариозного увядания в тканях растений без использования искусственных инфекционных фонов или искусственного заражения растений этими патогенными грибами, а ОДКС растений определять без отделения всей надземной части растения от его корневой системы. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность отбора форм растений с комплексной устойчивостью к возбудителям пепельной гнили и фузариозного увядания на основе количественной оценки устойчивости к этим патогенам при сохранении жизни растений для получения от них потомства, т.е. достижение поставленной цели и решение поставленной задачи.