Активность ферментов у сортов сои с различной степенью устойчивости к септориозу Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 633.34(571.61):632.4

АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ У СОРТОВ СОИ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ УСТОЙЧИВОСТИ К СЕПТОРИОЗУ

Е.А. СЕМЕНОВА, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

С.А. ТИТОВА, аспирант

Л.К. ДУБОВИЦКАЯ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Дальневосточный ГАУ

E-mail: [email protected]

Резюме. Септориоз, ржавая пятнистость (возбудитель Septoria glycines Hemmi. Syn.) - один из важнейших биотических факторов, снижающих урожайность сои. В задачу исследования входило определение активности ферментов (пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы) в здоровых и пораженных сеп-ториозом листьях устойчивых и восприимчивых сортов сои. У устойчивых сортов активность пероксидазы в пораженных листьях была значительно выше (в 2-4 раза), чем в здоровых, во все фазы развития. У восприимчивых сортов она незначительно увеличивается в фазе третьего тройчатого листа, а в фазах цветения и бобообразования остается на уровне здоровых или даже снижается (сорт Хейхэ 14). Активность каталазы в листьях пораженных септориозом ниже, чем в здоровых. Наибольшее уменьшение активности каталазы (в 3-4,6 раза) наблюдается в фазе третьего тройчатого листа у устойчивых сортов. Удельная активность кислой фосфатазы в пораженных листьях устойчивых растений остается на уровне здоровых(К9979 В-70, сорт Хабаровская 98) или снижается в 1,5-3,5 раза (сортВега). Увоспри-имчивых сортов она уменьшается, по сравнению со здоровыми, в 5-7 раз. Таким образом, у устойчивых сортов сои пораженных септориозом наблюдается значительное повышение активности пероксидазы, активность каталазы снижается, активность кислой фосфатазы снижается незначительно или остается на уровне здоровых растений. У восприимчивых растений инфекция вызывает существенное нарушение метаболических процессов и приводит к снижению урожайности в среднем на 40 %. Полученные данные могут служить критерием устойчивости сои к S. glycines и их следует учитывать в практической селекции. Ключевые слова: соя, септориоз, пероксидаза, каталаза, кислая фосфатаза.

Основной соесеющий регионом на Дальнем Востоке - Амурская область, где сосредоточено 60 % её посевов. Производство и реализация сои занимает ведущее место в экономике хозяйств всех форм собственности в этом регионе. В 2011 г. площадь, занятая этой культурой, в области достигла 500 тыс. га, а средняя урожайность — 11 ц/га [1].

Сбор сои в значительной степени зависит от влияния ряда различных факторов, в том числе поражения болезнями и вредителями. Особенно вредоносны такие инфекции, как пероноспороз, септориоз, церкоспороз, бактериоз, которые освоили в качестве дополнительной экологической ниши семена.

Широкое использование пестицидов в борьбе с вредителями и болезнями растений значительно влияет не только на патогенного возбудителя, но и на растение-хозяина, а также на окружающую среду. Наиболее экономически выгодный и экологически безопасный метод борьбы - возделывание устойчивых сортов.

Взаимодействие возбудителя и хозяина вызывает значительные изменения в функциональном состоянии растений, что прежде всего отражается на уровне ферментативной активности [2, 3]. Поэтому изучение биохимических особенностей инфицированного растения представляет собой важный этап на пути познания природы устойчивости к патогенам.

Цель наших исследований - определить удельную активность пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы

в здоровых и пораженных Septoria glycines Hemmi в естественных условиях листьях сои.

Условия, материалы и методы. Полевые и лабораторные опыты проводили в 2009-2011 гг. на пяти сортах и одном сортообразце сои с различной степенью устойчивости к септориозу: Херсонская 1 (Украина), Альбуть (Белоруссия), Хейхэ 14 (Китай), К9979 В-70 (Венгрия), Вега (Амурская область), Хабаровская 98 (Хабаровский край).

Пробы отбирали в фазах третьего тройчатого листа, цветения, бобообразования в одно и то же время - утром после спада росы. Все учеты проводили по методике ВИР [4].

Активность пероксидазы определяли по методу Бояркина [5], каталазы - газометрическим способом [5], кислых фосфатаз - колориметрическим методом, основанным на количественном учете неорганического фосфора, образующегося при расщеплении органических фосфорных соединений в строго определенных условиях под действием этого фермента [6]. Определение белка проводили методом Лоури [7]. Биологическая и аналитическая повторности опытов 3-кратные. О достоверности различий между пораженными и здоровыми (контрольными) растениями судили по t-критерию Стъюдента при уровне вероятности (р) 0,05.

Результаты и обсуждение. До фазы третьего тройчатого листа все сорта поражались септориозом слабо. Болезнь достигала высокого уровня к периодам цветения и начала бобообразования.

К фазе цветения степень развития болезни увеличилась у восприимчивых сортов Херсонская 1, Альбуть и Хейхэ 14 ~ в 4 раз. У слабопоражаемых сортов Вега и Хабаровская 98, а также сортообразца К9979 В-70 септориоз нарастал медленно, пораженность увеличилась ~ в 2 раза и составила 5,9...10,7 % (табл. 1).

S. glycines поражает старые ткани растений и достигает наибольшего развития во второй половине вегетации. Степень поражения листьев устойчивых сортов в фазе бобообразования в среднем за 3 года составляла 20,5.25,2 %, восприимчивых - 55,0. 78,2 %. Меньше других в годы исследования поражался септориозом сортообразец К9979 В-70, к сильновосприимчивым отнесен сорт Хейхэ 14.

Важную роль в развитии устойчивости растений к патогену играет пероксидаза, которая участвует в детоксикации активных форм кислорода, образующихся в ходе физиологического стресса, вызванного патогенезом [8].

Удельная активность этого фермента в пораженных листьях устойчивых сортов сои значительно выше, чем в здоровых. В фазе третьего тройчатого листа у сортообразца К9979 В-70 и сортов Вега и Хабаровская 98 она возрастала в 2-4 раза, в фазе цветения - ~ в 2 раза, в фазе бобообразования - в 2-3 раза.

Считается, что активация пероксидазы в тканях растений, инфицированных патогеном, происходит либо из-за повышения активности имеющихся в клетке молекул энзима, либо в результате синтеза фермента de novo [9].

Активность пероксидазы в пораженных листьях восприимчивых сортов как увеличилась, так и уменьшилась, по сравнению с контролем (здоровые листья). Например, у сорта Херсонская 1 в фазе третьего трой-

— Достижения науки и техники АПК, №4-2012

Таблица 1. Удельная активность ферментов (ед/мг белка) в листьях сои, 2009-2011 гг.

Фенологические фазы По- ражен- ность, % Пероксидаза, x 10-3 Каталаза, x 10-4 Кислая фосфатаза, x 1Q-6

Сорт здоро- вые пора- жен- ные здо- ро- вые пора- жен- ные здоро- вые пора- жен- ные

К9979 3-й тройчатый лист Устойчивые 3,9 12S 5Q5 38 13 8 8

В-70 цветение S,6 5Q3 SS2 108 59 31 24

бобообразование 2Q,5 1Q57 3171 245 70 89 80

Вега 3-й тройчатый лист 5,4 111 19Q 36 9 3 2

цветение 1Q,7 177 33S 106 66 38 12

бобообразование 25,2 797 1596 154 48 65 33

Хаба- 3-й тройчатый лист 2,7 1QS 324 37 8 8 7

ров- ская цветение 5,9 262 463 99 56 25 20

98 бобообразование 23,6 15Q9 292S 235 91 90 81

Хер- 3-й тройчатый лист Восприимчивые 1Q,4 64 12Q 58 29 6 4

сон- цветение 42,Q 266 242 84 73 31 6

ская 1 бобообразование 65,2 622 639 168 112 120 25

Аль- 3-й тройчатый лист 9,5 74 S4 46 27 10 6

буть цветение 37,2 2S9 3Q1 110 68 29 11

бобообразование 55,Q 4Q5 439 193 96 67 23

Хейхэ 3-й тройчатый лист 12,7 99 112 56 39 17 8

14 цветение 54,5 269 179 88 70 70 10

бобообразование 7S,2 4Q5 2Q3 135 67 101 21

НСР05 1,7 1,2 1,6 1,6

чатого листа она увеличилась в 2 раза, в фазе цветения

- была ниже, чем у здоровых, а в фазе бобообразования достоверных различий не выявлено.

У сорта Альбуть в инфицированных листьях активность пероксидазы незначительно повышается в фазе третьего тройчатого листа, а в остальное время остается на уровне здоровых. У сильновосприимчивого сорта Хейхэ 14 в фазы цветения и бобообразования она снижается в 1,5 и 2 раза соответственно.

Сведения о роли каталазы в формировании взаимоотношений патогена и растения-хозяина противоречивы. Известно о различных ответных реакциях этого фермента у устойчивых растений: от сильной активации у овса при заражении корончатой ржавчиной до снижения активности у пшеницы пораженной стеблевой ржавчиной [3].

Удельная активность каталазы в листьях сои пораженных септориозом была ниже, чем в здоровых (см. табл. 1). В фазе третьего тройчатого листа в большей степени (3-4,6 раза) она уменьшается у устойчивых сортов. Низкая активность каталазы приводит к существенному накоплению Н202 в клетке, что создает неблагоприятные условия для патогена.

Увеличение степени поражения листьев в фазе бобообразования сопровождается снижением активности каталазы у всех изучаемых сортов сои. Возможно, это обусловлено разрушением хлорофилла и уменьшением интенсивности дыхания.

Фосфатазы - ферменты, участвующие в гидролизе сложных эфиров фосфорной кислоты. Они чрезвычайно широко распространены во всех живых клетках. Согласно литературным данным, кислая фосфатаза способна нейтрализовать действие широкого спектра инфекций, вызываемых различными микроорганизмами [10].

У сортов слабопоражаемых септориозом удельная активность этого фермента снижалась незначительно или сохранялась на уровне незараженных растений (см. табл. 1). У сортообразца К9979 В-70 и сорта Хабаровская 98 она практически не отличалась от контроля во все фазы развития. У сорта Вега наблюдалось уменьшение активности кислой фосфатазы в 1,5-3,5 раза.

Достижения науки и техники АПК, №4-2012 —

У растений восприимчивых к септориозу активность кислой фосфатазы была в 5-7 раз ниже, чем у здоровых, особенно сильно величина этого показателя снижалась у сортов Херсонская 1 и Хейхэ 14.

Вероятно, изменение активности кислой фосфатазы в листьях пораженных растений связано с нарушением углеводно-фосфорного и липидного обменов, которое происходит под влияние возбудителя септориоза.

Существенные отклонения в обмене веществ инфицированных растений, в том числе в накоплении энергии и синтезе белка сказались на продуктивности сои.

При анализе биометрических показателей растений было установлено, что слабопоражаемые сорта отличались высокостебель-ностью и хорошей облиственностью, а восприимчивые в большинстве были низкорослыми, их высота варьировала от 40,9 см у сорта Хейхэ 14 до 65,0 см у сорта Херсонская 1 (табл. 2).

Восприимчивые образцы характеризовались низкими показателями числа бобов, семян и массы семян с растения, а урожайность их была меньше, чем у устойчивых, в 1,3-2,4 раза. Самый высокий урожай сформировали растения устойчивого сорта Вега, наименьший - восприимчивого сорта Хейхэ 14.

Таблица 2. Показатели продуктивности сои, 2009-2011 гг.

Сорт Высота растений, см Число семян, шт./ раст. Масса семян с растения, г Урожай- ность, ц/га

Устойчивые

К 9979 В-70 76,4 33,1 4,5 28,4

Вега S2,4 5S,7 1Q,Q 39,2

Хабаровская 98 7Q,3 54,4 6,4 33,8

Восприимчивые

Херсонская 1 65,Q 41,4 5,6 17,8

Альбуть 6Q,9 31,6 4,S 26,0

Хейхэ 14 4Q,9 23,1 3,9 16,0

НСР05 2Q,3 19,S 3,7 2,4

Выводы. Таким образом, при поражении сои септориозом в листьях устойчивых сортов сои наблюдается значительное повышение удельной активности пероксидазы. Удельная активность каталазы снижается у устойчивых и восприимчивых сортов, но в большей степени у устойчивых в фазе третьего тройчатого листа. Удельная активность кислой фосфатазы у устойчивых сортов сои остается на уровне контроля или незначительно снижается при заражении. У восприимчивыхсортов сои инфекция вызывает существенное нарушение метаболических процессов, что приводит к снижению урожайности в среднем на 40 %. Полученные данные могут служить одним из критериев устойчивости сои к S. glycines и их следует учитывать в практической селекции.

-------------------------------------------- 25

Литература.

1. Посевные площади, валовые сборы и урожайность сельскохозяйственных культур по категориям хозяйств Амурской области: Стат. сб. Амурстат. - Благовещенск, 2011. - 258 с.

2. Семенова Е.А., Титова С.А., Дубовицкая Л.К. Энзиматическая активность инфицированных листьев Glycine max и Glycine soja, // Фундаментальные исследования, 2011. - № 12, вып. 4 - С. 708-711.

3. Серова З.Я. Окислительно-восстановительные процессы инфицированного растения - Мн.: Наука и техника, 1982. - 232с.

4. Методические указания по изучению устойчивости сои к грибным болезням/под ред. Н.И. Корсакова. - Л.: ВИР, 1979. - 46 с.

5. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. - М.: Колос, 1985. - 255 с.

6. Шаройко В.И., Иваченко Л.Е., Селихова О.А. Активность и множественные формы ферментов в семенах сои, полученных в разных агроклиматических условиях Амурской области. Часть 8. Кислая фосфатаза // Проблемы экологии Верхнего Приамурья : сб. научн. тр. /под общ. ред. Л. Г. Колесниковой. - Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2002. - Вып. 6. - С. 109-113.

7. Lowry O.H. et al. Protein measurement with the Folin phenol reagent// J. Biol. Chem. - 1951. - Vol. 193, N 1. - P. 265-275.

8. Анджана Г. И др. Изоформы пероксидазы кодирующие их РНК в листьях подсолнечника после заражения Alternaria helianthi// Физиология растений, 2007. - Т. 54, № 4. - С. 579-583.

9. Mader M., Walter C. De novo Synthesis and Release of Peroxidases in Cell Suspension Cultures of Nicotiana tabacum L. // Planta. - 1986. - Vol. 169. - P. 273-277.

10. Naoi N., Teruniko B. Acid phosphatases of aspergillus saitoi: purification and properties //Arel and biochem. - 1977. - Vol. 4, N 10. - Р. 1835-1838.

ACTIVITY OF ENZYMES AT GRADES OF THE SOYA WITH VARIOUS DEGREE OF STABILITY TO

SEPTORIOZ

E.A. Semenova, S.A. Titova, L.K. Dubovitskaya

Summary. Septoria or rusty spottiness (pathogen is Septoria glycines Hemmi. Syn.), is one of the most important biotic factors that reduce soybean yields. The purpose of the study was to determine the activity of enzymes (peroxidase, catalase and acid phosphatase) in healthy and diseased leaves, Septoria resistant and susceptible soybean varieties. In resistant varieties of soybean peroxidase activity in diseased leaves is much higher (2 - 4 times) than in healthy during all phases of development. In susceptible varieties of the enzyme activity increased slightly in the third phase of ternate leaves, in the phases of flowering and bean development remained at normal or even decreased (grade Heyhe 14). Catalase activity in leaves infected with Septoria, lower than in healthy subjects. The greatest decrease in catalase (3 - 4.6-fold) was observed in the third phase of ternate leaves with resistant varieties. The specific activity of acid phosphatase in infected leaves of resistant plants remained at healthy (in K9979-70, Khabarovsk grade 98) or decreases by 1.5 -

3.5 times (sort of Vega). In susceptible varieties of soybean acid phosphatase activity decreased in 5 - 7 times compared with the healthy. Thus, the resistant plants infected with Septoria, there is a significant increase in activity of peroxidase, catalase activity is reduced, activity of acid phosphatase decreased slightly or remained at healthy. In susceptible varieties of soybean infection causes a fundamental breach of metabolic processes and leads to lower yields on average by 40%. The data obtained can serve as a criterion for the stability of soybean to S. glycines and should be taken into account in practical breeding.

Key words: soya, septoria, peroxidase, catalase, acid phosphatase.

УДК 633.853.494:632.93 (470.58)

РЕАКЦИЯ СОРТОВ ЯРОВОГО РАПСА НА УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ В ЛЕСОСТЕПИ ЗАУРАЛЬЯ

Н.Н. МАКОВЕЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

А.А. ПОСТОВАЛОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Курганская ГСХА имени Т.С. Мальцева E-mail: [email protected]

Резюме. Исследования проводили с целью изучения возможности повышения семенной продуктивности ярового рапса в лесостепи Зауралья при его размещении по непаровому предшественнику путем использования более устойчивых к стрессовым факторам сортов. Объектом исследования были сорта Ратник(st), Аккорд, Фрегат, Юбилейный, СибНИИК 21 и СибНИИК 198, которые выращивали на фоне естественного плодородия и при внесении удобрений (NfS0P30).

В условиях жесткой засухи период вегетации сортов СибНИ-ИК 198 и СибНИИК 21 оказался короче, чем у остальных, на 5 дн., при избыточном увлажнении - на 2 дня. В засушливых условиях усиливалось поражение рапса фузариозом, а при избыточном увлажнении - корневой гнилью и альтернарио-зом. Наибольшая устойчивость к фузариозу в благоприятных условиях вегетации отмечена у сортов Аккорд, Фрегат, СибНИИК 198, у которых индекс развития болезни не превышал

5,5 %. К корневой гнили в засушливых условиях были более устойчивы Аккорд, Фрегат и СибНИИК 21, при избыточном

26 ----------------------------------------------------

увлажнении - Фрегат, Юбилейный, СибНИИК 198 и СибНИИК 21. К поражению альтернариозом листьев и плодов более устойчив Юбилейный (13,5 и 11 % соответственно). Минеральные удобрения в основном повышают резистентность сортов к поражению плодов альтернариозом и, выборочно - к корневой гнили, резистентность к которой в засушливых условиях выше у сортов Юбилейный, СибНИИК 198 и СибНИИК 21 (8,3...10,8 %), при благоприятных - у Ратника и Юбилейного (8,3.11,7 %).

Повышенной устойчивостью к стрессовым факторам характеризуются сорта Ратник и Аккорд, а продуктивностью

- Ратник, Аккорд и Юбилейный, обеспечившие по зерновому предшественнику без внесения удобрений сбор семян на уровне 1,46.1,83 т/га. Отзывчивость на минеральные удобрения выше у сортов Юбилейный и СибНИИК 198, урожайность которых при внесении N60P30 увеличивалась на 0,3 и 0,45 т/га соответственно..

Ключевые слова: Сорт ярового рапса, устойчивость к болезням (фузариоз, корневая гниль, альтернариоз), погодные условия, фон питания, урожайность.

Реализация потенциала семенной продуктивности рапса в значительной степени определяется обоснованным выбором сорта с учётом агроклиматических и производственных условий возделывания. При этом

— Достижения науки и техники АПК, №4-2012