CC BY
35
УДК 634.1.054
Сухова Е.А.1, Горбунова О.С.2, Савин Е.З.1, Немцева Н.В.3, Головин С.Е.4
1Оренбургский государственный университет E-mail: post@mail.osu.ru 2Оренбургский государственный педагогический университет
e-mail: ospu@ospu.ru 3Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН e-mail: ikvs@esoo.ru
4Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства
e-mail: vstisp@vstisp.org
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ И СОРТОВ СМОРОДИНЫ
К ТРАХЕОМИКОЗАМ
В современных условиях микозное увядание (трахеомикоз) вызвало повсеместно значительное сокращение площадей, занятых черной смородиной, что повлекло за собой негативные экологические, экономические и социальные последствия. За последнее десятилетие в Южном Оренбуржье, как и в других районах России, Казахстана, Украины отмечается вертицеллезное увядание черной смородины, ставшее причиной её гибели.
Увядание не обнаружено на золотистой и белой смородине (Ribes aureum, R. niveum). В незначительной степени повреждается красная смородина (R. гиЬгит),тогда как отдельные сорта черной смородины (Ribes nigrum) погибают до 90%. По результатам проведенных исследований выявлены наиболее устойчивые к трахеомикозам сорта Лучезарная, Ядреная, Глобус и ряд других сортов, резистентность которых оценивалась в 4-5 баллов. Наименее устойчивыми оказались сорта Селеченская, Русалочка, Вологда и прочие.
Основные патогены представлены грибами Fusarium spp., Alternaria spp., Verticillium spp. Выявлен факт активации грибов во второй половине вегетации (июль - сентябрь), что связано с условиями повышения температуры на фоне низкой влагообеспеченности, складывающимися в указанные месяцы на территории Оренбургской области. Установлено, что в случае комплексной инфекции с Verticillium spp. и Fusarium spp. у растений наблюдалось увядание и последующая гибель. Наиболее вероятной причиной гибели черной смородины следует считать грибы рода Verticillium. Выявлены видовые различия в продукции дубильных веществ, которые в наибольшем количестве обнаружены в коре и перимедулярной зоне золотой, белой и красной смородины. Наименьшее количество обнаружено в камбии черной смородины.
Проблема трахемикозного увядания черной смородины может быть успешно решена за счет подбора и возделывания устойчивых к патогену сортов. Полученные результаты позволяют продвинуться в понимании механизма формирования инфекционной устойчивости черной смородины, а также определить пути терапии и профилактики микозногоувядания Ribes nigrum.
Ключевые слова: смородина черная, красная, золотая, увядание, патогенны, дубильные соединения.
Введение
Микозное увядание (трахеомикоз) является наиболее вредоносным заболеванием плодовых кустарников и деревьев. Пораженные растения либо усыхают внезапно, либопостепенно отмирают в течение нескольких лет, что наносит значительный ущерб многолетним насаждениям. В современных условиях это заболевание вызвало значительное сокращение площадей, занятых черной смородиной, что повлекло за собой негативные экологические, экономические и социальные последствия.
Смородина относитсяк семейству крыжовниковых Grossulariaceae, к роду Ribes L., насчитывающему около 150 видов. Ареал распространения представителей данного семейства достаточно обширен: это области с уме-ренным климатом Евразии, Северо-Западной Африки,
Северной и Центральной Америки. Вместе с тем, главное сосредоточие видов Ribes L. - это Дальний Восток России, Япония, Китай, Маньчжурия, Гималаи и Северная Америка [16].
Смородина черная (Ribesшgrum L.) в России, в том числе и в Оренбуржье, является одной из ведущих ягодных культур [12]. Это растение, представленное более 110 видами, отличается высокой зимостойкостью и ценится за ежегодную урожайность до 40-45 ц/га, а такжеза быстрое созревание. Смородина широко воз-делывается на садово-дачных и приусадебных участках и заслуженно пользуется популярностью благодаря своим высоким питательным качествам.
В настоящее время массовая гибель кустов черной смородины, вызванная трахеомикозным увяданием, достигает 85-90%. Она охватила
регионы Восточной Украины (Харьковская, Донецкая области), где засыханию подвержены не только отдельные кусты, но и целые плантации [13], [17]. В России гибель черной смородины отмечена в Ростовской, Воронежской области, Нижнем и Среднем Поволжье. Ареалраспро-странения этого заболевания постоянно расширяется. За последнее десятилетие массовая гибель кустов черной смородины отмечена в Центральной, Южной и Восточной частях Оренбургской области. В течение последних 5-6 лет заболевание регистрируется в Бузулук-ском бору, а также в северо-западном регионе Оренбуржья. В 2015 году признаки этой болезни отмечены уже на некоторых сортах красной смородины. Имеются сведения, что гибель R. nigrum может быть вызвана грибами рода VerticilHum spp. [8], [3].
Патогены, вызывающие трахеомикоз, приурочены к жизни в древесине и сосудистой системе растения хозяина. Сапрофитно существующие в почве грибы из родов VerticilHum и Fusarium заражают растения через поврежденную корневую систему [6]. Заболевание может распространяться на больших площадях, приводя к массовой гибели растений.
К роду Verticillium относят несколько фи-топатогенных видов, вызывающих сосудистое увядание ратений. Среди них наибольшее распространение получили V. dahliae и V. albo-atrum, вызывающие гибель урожая различных культур по всему миру, что приводит к убыткам от ежегодных потерь на миллиарды долларов [19]. У представителей рода Verticillium кониди-еносцы одиночные, мутовчато-разветвленные, на них расположены фиалиды, часто бутыль-чатой формы и на концах заостренные. На фи-алидах видны одиночные или скопляющиеся в головки конидии, иногда склеенные слизью, быстро распадающиеся. Форма их разнообразна: шаровидные, яйцевидные, эллипсоидальные, веретеновидные. Они либо бесцветны, либо светло окрашены. Стерильные гифы ползучие, бесцветные или окрашенные. Эти грибы хорошо переносят неблагоприятные условия и сохраняют способность к дальнейшему самовоспроизведению за счет наличия хламидо-спор, гемм, склероций, микросклероций и дау-эрмицелия (рис. 1). Микросклероции - резко обособленные от мицелия темно-окрашенные
структуры, собранные в группы разнообразной формы (38,5-81,2x21-35 мкм). Они формируются за счет увеличения перегородок конидий и вздутия отдельных клеток. Дауэрмицелий -темноокрашенные гифы с увеличенным количеством перегородок. В этих местах клетки укорачиваются, вздуваются и принимают овальную форму. К числу видоизменений мицелия вертициллов некоторые исследователитакже относят оидий, или оидиоподобные образования. Хламидоспоры - хорошо обособленные овальные или шаровидные клетки, расположенные в гифе по 2-5 или цепочкой до 25 штук. Обычно они темно окрашенные, с болеетемной утолщенной оболочкой. При благоприятных условиях покоящаяся стадия гриба прорастает мицелием, на котором образуются конидии и конидиеносцы [19].
Заражение грибами рода УегНсШшт может стать серьезной проблемой для восприимчивых растений на зараженных почвах, поскольку гриб может сохраняться неопределенное время, в большинстве случаев в самих растениях. Микросклероции гриба способны сохраняться в почве в течение 10 и более лет. Однако, отмечено, что тепло, заболоченные почвы приводят к их быстрой гибели [21].
Рисунок 1 - Типы спороношения грибов из рода вертицилл (Verticillium):1 - микросклероции; 2 - дауэрмицелий с микросклероциями; 3 - дауэрмицелий; 4 - оидиоподобные образования; 5 - фиалоспоры; 6 - конидиеносец и конидии [13].
На рисунке 2 представлена схема цикла циркуляции вертициллезной инфекции среди растений. Патогенпроникает через раны корневой системынанесенные почвенными организмами.
В последствии, гифы гриба и токсины закупоривают сосуды, поражая ткани ксилемы [5]. В ответ на вторжение патогена, пораженное растение выделяетзащитные вещества, которые пытаются закрыть инфильтрацию клеток, чтобы ограничить дальнейшее движение грибка. Через закупоренныесосуды уменьшается приток воды из корневой системы, что приводит к проявлению угнетения [18].
Симптомы, вызванные грибом УеПюШит, развиваются в течение всего периода вегетации, но максимума достигают в июле и августе. На молодых проростках, еще плохо окорневев-ших, начинают опадать листья. Затем появляется перехват в основании побега.
После перезимовки на однолетних побегах образуется темная некротическая полоса, углубленная до древесины. Двух - четырехлетние ветви засыхают в течение всего вегетационного периода. Кора растрескивается и отмирает, листья увядают, побеги и ягоды засыхают. Не
исключено отмирание одной ветви или одной стороны растения [7], [19]. Болезнь проявляется хронически или может протекать в острой форме. Хронические симптомы - мелкие, желтые листья, ожоги листьев, медленный рост, низкая урожайность, отмирание побегов и ветвей. Саженцы черной смородины уже в питомнике подвергаются высокому риску заражения. Следует отметить, что микросклероции могут сохраняться как в почве, так и черенках, корнях и листьях поврежденного растения, приводя к заражению новых растений [20].
Согласно данным Евростат и ФАОСТАТ, крупнейшим производителем смородины в мире является Россия, занимающая 51% общей доли производства, второе место с показателем 30,7% мирового объема занимает Польша, третье место по объемам производства занимает Украина, четвертое - Англия, пятое - Дания [1]. Для того, что бы сохранить и нарастить в будущем производство черной смородины назрела необходимость выявить причины распространения заболевания, осуществить скрининг устойчивых сортов, что позволит в дальнейшем наметить пути борьбы с микозным увяданием черной смородины.
Рисунок 2 - Цикл развития грибов рода УегйсШит
Особого внимания заслуживают результаты исследований резистент-ности растений кразличного рода заболеваниям, обусловленной врожденным или приобретенным иммунитетом. Устойчивость растений к болезни ряд исследователей связывает с содержанием биологически активных веществ, в частности дубильных соединений, которые выполняют в растительном организме защитную функцию [9], [13].
Целью данного исследования явилось выявление устойчивых к увяданию сортов смородины, представленных в коллекции, а также анализ содержания в растениях дубильных веществ.
Методика исследования
Черенки различных сортов смородины, представленные в коллекции, были получены из Свердловской ОСС Московского ВСТИСП, РУП «Институт плодоводства» (Р. Беларусь), Орловского НИИ СП, Брянского опорного пункта ВСТИСП и других организаций.Ис-следования проводили согласно «Программе и методики сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур» [14].
Закладку опытных участков проводили на территории КСХ «Сакмара», в п. Сак-мара Оренбурскойобласти, и в Бузулукском бору на опытном участке лесного техникума. Посадку черенков осуществляли в школу ягодных культур в осенний (октябрь) или весенний период (апрель), высаживая их в ряд на расстоянии10-15 см друг от друга. Дистанция между рядами от 70 до 100 см. На участок первичного изучения сорта смородины выса-живалипо схеме 3x0,7-1,0 м.
Оценку состояния растений проводилипо пяти балльной шкале, по которойза 5 баллов принимали отсутствие признаков повреждения, напротив, 0-1 балл демонстрировал сильные повреждения или гибель растения. Затем рассчитывали средний балл повреждения по каждому сорту.
Для микробиологического анализа отбирали образцы растений черной смородины с хорошо выраженными признаками заболеваний: ослабленные, погибшие растения и внешне здоровые (контрольные). Образцы отбирали с интервалом в 2 недели. Выделение грибов осуществляли методом «влажных камер» [7].
Наблюдение продолжали регулярно в течение месяца. Идентификацию грибов осуществляли по определителю болезней растений [10].
Дубильные вещества определялив микрореакции, путем окрашивания срезов азотнокислым натрием, 20% раствором мочевины и 10% раствором уксусной кислоты. Через 3-4 минуты добавляли два объема 2Н едкого натрия. Проявление вишнево-красного окрашивания указывало на присутствие дубильных веществ [4]. Их содержание оценивали в баллах по пя-тибальной шкале.
Результаты исследования
В результате проведенных исследований было установлено, что наибольшую устойчивость к данному заболеванию проявляют сорта золотистой, белой и красной смородины. Среди сортов черной смородины более устойчивыми оказались следующие: Глобус, Лучезарная, Нива, Лукоморье, Краса Львова, Изюмная, Деликатес, Зеленоплодная, Глариоза. Их состояние оценивается на 4-5 баллов при полной сохранности растений (табл 1).
Удовлетворительную устойчивость проявили сорта - Альмяй, Бильская, Ожерелье и другие. Их сохранность находится в пределах 40-60%. Слабая устойчивость, вплоть до гибели, отмечена у 80% испытуемых сортов. Их состояние оценивалосьна 1-2 балла, а сохранность - 5-10%. Это сорта Селеченская, Русалочка, Вологда и прочие.
По результатам проведенных микологических исследований на образцах черной смородины сорта Селеченская, в весенне-летний период и поздней осенью грибы родаVerticiciПшm spp. были выявлены в наименьшем количестве либо отсутствовали. Их постепенное развитие начиналось с середины июня и достигало максимума в июле - августе. Это совпадало с массовым увяданием растений черной смородины (рис. 3).
Грибы рода Fusarium spp. встречались в значительных количествах с ранней весны до середины мая. Далее их доля несколько уменьшалась и вновь нарастала в августе. После этого их присутствие снижалось до минимума.
Максимальное количество представителей рода Alternaria spp.отмечено рано весной (апрель) и в мае - июне. В остальное время они обнаруживались в небольшом количестве
до конца сентября. Данные грибы были выявлены как в живых и увядающих, так и в усохших образцах.
Обращает на себя внимание факт активации грибов во второй половине вегетации (июль -сентябрь), что определяется температурными факторами и низкой влагообеспеченностью. В условиях Оренбургской области наиболее жаркий период приходится на указанные месяцы. Выявлено, что в случае комплексной инфекции с Verticillium spp. и Fusarium spp^ растений наблюдалось увядание и после-
1111
Рисунок 3 - Динамика развития грибов на образцах черной смородины (сорт Селеченская)
дующая гибель. Ряд исследователей отмечает, что возбудители сосудистого увядания Verticillium spp. и Fusarium spp. принадлежат подклассу Hypocreomycetideae, занимают практически один биотоп в растениях-хозяевах [13], [20]. Однако наиболее вероятной причиной гибели черной смородины следует считать грибы рода Verticillium.
На следующем этапе исследований было оценено содержание дубильных веществ, формирующих иммунитет самого растения. Дубильными веществами (таннидами) называются растительные полифенольные соединения с молекулярной массой от 500 до 20 ООО. Они являются производными пирогаллола, пирокатехина, флоро-глюцина. Среди них известны олигомеры и полимеры катехи-нов, лейкоантоцианидинов и ги-дроксистильбенов. Они не распадаются под действием кислот, образуя красно-коричневые продукты конденсации - флоба-фены (дуб, лапчатка прямостоячая, черника, черемуха и др.). Дубильные вещества содержатся в подземных и надземных
частях растений: накапливаются в клеточном соке. Значение тан-
Таблица 1 - Устойчивость смородины к вертицеллезному увяданию (данные за 2014-2015 гг.)
Степень устойчивости, Сорта Сорта красной и белой Сорта золотистой
в баллах черной смородины смородины смородины
4-5 (высокая) Лучезарная Штамбовая Шафрак
3(средняя) Глобус Ютерборгская Венера
Нива Уральская красавица Ляйсан
Лукоморье Мармелада
Краса Львова Сахарная
Глариоза
Зеленоплодная
Изюмная
Деликатес
Сударушка
Альмяй
Бильская
Ожерелье
Юризань
София
1-2 (низкая) Селеченская - -
Русалочка
Вологда
нидов для растений дискутируется. Предполагают, что они являются запасными веществами (накапливаются в подземных частях многих растений) и, обладая бактерицидными и фун-гицидными свойствами, препятствуют гниению древесины, то есть выполняют защитную функцию в отношении ряда патогенов [15].
Наибольшее количество дубильных веществ выявлено в коре однолетних побегов золотистой смородины - до 3-4 баллов, наименьшее - 2,8 балла в смородине красной (рис. 4 и 5). В камбии золотой смородины содержится наибольшее ко-
Рисунок 4 - Содержание дубильных веществ в тканях однолетних побегов смородины
Рисунок 5 - Содержание дубильных веществ в тканях двухлетних побегов смородины
личество 4,3 балла, а наименьшее в черной - 2,0 балла. В свою очередь, в красной смородине наибольшее количество дубильных веществ содержится в паренхиме, серцевине и перимедулярной зоне - от 1,8 до 3,8 балла. В черной смородине наименьшее содержание дубильных веществ, паренхиме и сердцевине - от 0,8 до 2,8 баллов.
По результатам исследований установлено, что наименьшее количество дубильных веществ содержится в черной смородине, которая как показано в представленных материалах исследований наиболее подвержена трахеомикозам.
С одной стороны, низкое содержание дубильных веществ может быть обусловлено генетически, определяя видовые и сортовые особенности иммунитета растений. С другой стороны, следует отметить, что на продукцию растениями полифенольных соединений могут оказывать непосредственное влияние сами грибковые патогены. В частности, известно, что грибы в стрессовых условиях способны осуществлять синтез различных вторичных метаболитов, участвующих в детоксикации активных форм кислорода (восстановленный глутатион, НАД(Ф) Н и др), образующихся в тканях растений [2], [11]. В результате это может явиться опосредованной причиной торможения сигнала к продукции полифенольных соединений у растения - хозяина, и, как следствие, приводить к подавлению защитных механизмов зараженного растения.
Представленные материалы могут явиться предпосылкой для проведения более масштабных исследований в этом направлении.
Сопоставляя полученные данные, можем утверждать, что сорта с относительно малым количеством дубильных веществ более восприимчивы к болезням.
Таким образом, исследования показали, что наиболее устойчивыми к трахеомикозам оказались сорта Лучезарная, Ядреная, Глобус и ряд других сортов, резистентность которых оценивалась в 4-5 баллов. Наименее устойчивыми оказались сорта Селеченская, Русалочка, Вологда и прочие. Основные патогенны представлены грибами трех родов - Fusarium spp., Alternaría spp., Verticillium spp.
Выявлен факт активации грибов во второй половине вегетации (июль - сентябрь), что связано с температурными факторами и низкой влагообеспеченностью, складывающимися в условиях Оренбургской области в указанные месяцы. Установлено, что в случае комплексной
Режим доступа:
инфекции с Verticillium spp. и Fusarium spp^ растений наблюдалось увядание и последующая гибель. Наиболее вероятной причиной гибели черной смородины следует считать грибы рода Verticillium.
Дубильные вещества в наибольшем количестве обнаружены в коре и перимедулярной зоне золотой, белой и красной смородины. Наименьшее количество обнаружены в камбии черной смородины.
Полученные результаты позволяют продвинуться в понимании механизма формирования инфекционной устойчивости черной смородины, а также определить пути терапии и профилактики увядания чёрной смородины.
14.06.2016
Список литературы:
1. Ассоциация производителей плодов, ягод и посадочного материала (АППЯПМ) [Электронный ресурс]. http://asprus.ru/blog/ocenka-obemov-mirovogo-proizvodstva-smorodiny-chemoj/.
2. Гарифзянов, А.Р. Образование и физиологические реакции активных форм кислорода в клетках растений [Электронный ресурс] / А.Р. Гарифзянов, Н.Н. Жуков, В.В. Иванищев // Современные проблемы науки и образования. - 2011. - N»2. - Режим доступа: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=4600.
3. Горбунова, О.С. К вопросу об увядании черной смородины / О.С. Горбунова. - НИЦ «Апробация», 2016.
4. Дженсен, У Ботаническая гистохимия / У. Дженсен. - Изд. «Мир» М. - 1965. - 289 с.
5. Дурынина, Е.П. Почвенные фитопатогенные грибы / Е.П. Дурынина, Л.Л. Великанов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. -107 с.
6. Общая и молекулярная фитопатология / Ю.Т. Дьяков и др.. - М.: Изд-во Общество фитопатологов, 2001.- 302 с.
7. Дядченко, Д.Г. Товарное садоводство в России: состояние, условие и переспективы развития / Д.Г. Дядченко // Труды ВНИИС им. И.В. Мичурина. «Научные основы эффективного садоводства». - Мичуринск. - 2006. - С. 545-549.
8. Иванова, Е.А. Биологические особенности Ribesnigrum L. При интродукции в условиях Оренбургского Приуралья : автореф. дис. ... канд. биол. наук / Е.А. Иванова. - Оренбург. 2008. - 21 с.
9. Кретович, В.Л. Биохимия растений / В.Л. Кретович. - М.1980. - 503 с.
10. Литвинов, М.А. Определитель микроскопических почвенных грибов / М.А. Литвинов. - Изд-во «Наука»: Л., 1967. - 303 с.
11. Меденцев, А.Г. Биосинтез нафтохинонов и цианидрезистентное дыхание в ответе микроскопических грибов (Fusarium, Verticillium и Yarrowia) на стрессовые воздействия : автореф. дис. ... канд. биол. наук / А.Г. Меденцев. - Пущино: Ин-т био-хим. и физиол. микроорганизмов им. Г.К. Скрядина, 2004. - 34 с.
12. Обоянский, А.Я. Чума черной смородины / А.Я. Обоянский // Всё о ягодных культурах. - 2013.
13. Потлайчук, В.И. Трахеомикозы древесных и кустарниковых растений на территории стран СНГ / В.И. Потлайчук, Л.Б. Хло-пунова // Вестник защиты растений. - 2002. - N1. - С. 35-50.
14. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур / Под ред. Седова Е.Н., Огольцовой Т.П. -Орел: Изд-во Всероссийского научно-исследовательского института селекции плодовых культур, 1999. - 608 с.
15. Разареннова, К.Н. Сравнительная оценка содержания ду-бильных веществ в некоторых видах рода GERANIUM L. флоры Северо-Запада / К.Н. Разареннова, Е.В. Жохова // Химия растительного сырья. - 2011. - N4. - С. 187-192.
16. Седов, Е.Н. Помология. Т. 4. Смородина, крыжовник / Е.Н. Седов. - Орел: ВНИИСПК, 2009. - 468 с.
17. Шагина, Т.В. Современное состояние культуры смородины чёрной в России / Т.В. Шагина // Сб. н. работ т. XXVIII, часть II «Садоводоводство и ягодоводство России». - Москва. - 2011. - С. 318-328.
18. Иммунитет растений / В.А. Шкаликов и др. ; под ред. проф. В.А. Шкаликова. - М.: КолосС, 2005. - 190 с
19. Pegg, G.F. Verticillium wilts / G.F. Pegg, B.L. Bradly. - New York: CABI Publishing. - 2002. - 432 pp.
20. Comparative Genomics Yields Insights into Niche Adaptation of Plant Vascular Wilt Pathogens [Electronic resource] / Steven J. Klosterman et al. // PLoS Pathogens, 2011. - V. 7. - N7. - e1002137. - URL: http://dx.doi.org/10.1371/journal.ppat.1002137
21. Diversity, Pathogenicity, and Management of Verticillium Species / Steven J. Klosterman et al. // Annu. Rev. Phytopathol.,2009. -V.47. - P. 39-62.
Сведения об авторах: Сухова Е.А., аспирант Оренбургского государственного университета Горбунова О.С., аспирант Оренбургского государственного педагогического университета
E-mail: ospu@ospu.ru Немцева Н.В., профессор Института клеточного и внутриклеточного симбиоза, заведующий лабораторией, доктор медицинских наук E-mail: ikvs@mail.esoo.ru_ Савин Е.З., профессор Оренбургского государственного университета, ведущий научный сотрудник,
доктор сельскохозяйственных наук Головин С.Е., Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства
E-mail: vstisp@vstisp.org 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, е-mail: post@mail.osu.ru
