CC BY
14
УДК 633.11:632.938 Доктор биол. наук Л.Г. ТЫРЫШКИН
(СПбГАУ, tyryshkinlev@rambler.ru)
ИЗМЕНЕНИЕ ПОРАЖЕННОСТИ ПОЧТИ-ИЗОГЕННЫХ ПО ЬЯ ГЕНАМ ЛИНИЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ЛИСТОВОЙ РЖАВЧИНОЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНЕКОРНЕВОЙ ПОДКОРМКИ АЗОТНЫМ УДОБРЕНИЕМ
Пшеница, листовая ржавчина, азотные удобрения, внекорневая подкормка, устойчивость
В нашей предыдущей работе [1] впервые в мире было выявлено влияние элементов минерального питания (азот, фосфор, калий) на степень поражения листовой ржавчиной (возбудитель Рисиша Шйста Erikss.). проростков почти-изогенных линий пшеницы сорта Тэтчер с Lr генами резистентности к данной болезни. При поливе растений растворами хлористого калия, азотнокислого кальция и фосфорнокислого натрия с повышенными по сравнению с нормой концентрациями было отмечено снижение либо повышение количества пустул патогена по сравнению с проростками, поливаемыми водой. Изменение степени поражения было различным для разных линий, а также зависело от концентрации солей. Наиболее отчетливо повышение частичной устойчивости проявлялось при повышенных концентрациях азота и особенно при совместном действии азота и фосфора [1]. Изучение вирулентности монопустульных изолятов патогена на проростках линий, выращенных при поливе водой и различными удобрениями, а также вирулентности клонов, размноженных на растениях восприимчивого сорта при разных фонах минерального питания, на линиях, поливаемых водой, показало, что повышение/снижение уровня пораженности растений связано с изменением специфической вирулентности гриба под действием элементов минерального питания [2]. На основе этих данных теоретически можно было бы предполагать, что и обработка листьев растений растворами солей может приводить к изменению степени поражения болезнью. Цель настоящей работы - экспериментальная проверка влияния внекорневых подкормок растений почти-изогенных линий пшеницы азотными удобрениями на их пораженность листовой ржавчиной.
Растения почти-изогенных линий с генами Lr23 и Lr34 выращивали на светоустановке (22°С, постоянное освещение - 2500 люкс) в кюветах на вате при поливе водой; проростки в стадии одного листа опрыскивали водой, растворами азотнокислого кальция (3,8 г/л), аммиачной селитры (1,29 г/л) и мочевины (0,95 г/л) (концентрация N 0,45 г/л), однозамещенного фосфата натрия (0,66 г/л) (конц. Р205 0,3 г/л), хлористого калия (0,16 г/л) (конц. К20 0,3 г/л), а также смесью азотнокислого кальция и однозамещенного фосфата натрия. Через 2-е суток растения опрыскивали водной суспензией уредоспор сборной популяции Р. Шйста (смесь сборов из Северо-Западного региона, Поволжья и южного Дагестана, 2013г.). Через 12 суток подсчитывали количество пустул Р. Шйста на срединной части листьев длиной 5 см. Статистическую обработку данных проводили с помощью однофакторного дисперсионного анализа [3]. Результаты эксперимента представлены в табл.1.
Т а б л и ц а 1. Характеристика проростков линий сорта Тэтчер изогенных по генам Ьг устойчивости к листовой ржавчине по устойчивости к болезни (число пустул) при внекорневой подкормке растений различными веществами
Линия с Ьг геном Предобработка
вода Са(Ы03)2 КаШР04 Са(Ы03)2 + КаШР04 КС1 N№N03 НСР
23 22,1 7,4 10,1 5,9 20,1 9,8 15,8 2,71
34 21,9 9,1 9,1 8,5 19,7 9,9 15,6 2,87
По сравнению с растениями, обработанными водой, во всех вариантах, за исключением обработки хлористым калием, наблюдали повышение частичной устойчивости к листовой ржавчине, причем наиболее отчетливо оно проявлялось в варианте с внекорневой подкормкой Са(К0з)2 + КаШР04 (хотя и в пределах ошибки в сравнении с обработкой кальциевой селитрой). Таким образом, впервые показано влияние внекорневых подкормок азотом и фосфором на повышение
устойчивости проростков 2-х линий пшеницы к ржавчине; это влияние более выражено при использовании азота в нитратной и аммонийной форме по сравнению с имидной.
Для выявления наиболее оптимальных концентраций элементов минерального питания и времени предобработки растений для снижения поражаемости ржавчиной растения линий с генами Lr10 и Lr22а выращивали аналогичным способом и за сутки до заражения ржавчиной опрыскивали растворами аммиачной селитры, фосфорнокислого натрия и их комбинаций в различных концентрациях; кроме того, проростки опрыскивали смесью данных веществ в тройной по отношению к норме концентрацией за 5 и 3-е суток до заражения, в день заражения, через трое суток после заражения, а также в одном варианте в день заражения и через трое суток после инокуляции. Результаты приведены в табл. 2 и 3.
Т а б л и ц а 2. Число пустул листовой ржавчины на проростках линий сорта Тэтчер изогенных по Ьг генам устойчивости при обработке листьев элементами минерального питания за сутки до заражения возбудителем болезни
Обработка Линия с Ьг геном
10 22а
Вода 11,1 10,7
ШР3 4,1 3,9
ШР5 6,7 9,9
№ 9,2 11
N1 3,9 3,8
N3 3,3 3,3
Р1 7 6,9
Р3 13,4 9,6
№3 8,1 14,3
ШР 3,1 5,5
НСР 3,2 2,5
Для двух изучаемых линий получены аналогичные результаты. Предобработка проростков азотным удобрением в одинарной и тройной концентрации приводила к снижению развития ржавчины приблизительно в 3 раза; обработка фосфорнокислым натрием в одинарной концентрации статистически значимо снижало количество пустул патогена, однако, повышение концентрации в 3 раза приводило к отсутствию различий в сравнении с вариантом обработки растений водой. При сочетании азотного и фосфорного удобрений наилучшими вариантами были №Р3 и №Р. При повышении концентрации до №Р5 устойчивость линий заметно снижалась (в случае с линией с геном Lr22а до уровня обработанных водой растений). При одинарной концентрации азота присутствие фосфора снижает уровень устойчивости проростков к ржавчине; однако этого не наблюдается при тройной по отношению к норме концентрации азотнокислого аммония.
Т а б л и ц а 3. Число пустул листовой ржавчины на проростках линий сорта Тэтчер изогенных по Ьг генам устойчивости при обработке листьев азотнокислым аммонием и однозамещенным фосфорнокислым натрием в разные сроки
Обработка, сутки до/после заражения Линия с Ьг геном
10 22
Вода 11,1 10,7
-5 9,7 12,6
-3 3,9 4
-1 4,1 3,9
0 2,9 4,7
0+3 5,7 2,9
+3 11 11,2
НСР 3,2 2,5
Обработка растений данных линий в разные сроки смесью N^(N03) (1,29 г/л) + №Н2Р04 (0,66 г/л) выявила значимое снижений числа пустул патогена при предобработке проростков за трое и
одни сутки до инокуляции и в день заражения; различия отсутствовали при обработке растений за 5 суток до заражения и через 3 суток после него (табл. 3). Полученные данные указывают на правильность сделанного выше предположения о влиянии элементов минерального питания (при поливе их растворами проростков) и в случае их применения в качестве внекорневых подкормок на специфическое снижение вирулентности патогена к конкретным генам устойчивости; вероятно, за 5 суток происходит снижение концентрации химикатов в растении, а после заражения химические вещества не оказывают влияния на паразитирование гриба.
Для проверки возможного взаимодействия элементов минерального питания при их использовании для полива растений и для внекорневой подкормки линии с генами Lr13, Lr23 и Lr34 выращивали при постоянном поливе водой, нормой NPK, тройными по сравнению с нормой концентрациями KCl и Ca(NO 3)2 + NaH2PÖ4. За сутки до заражения ржавчиной растения каждого варианта опрыскивали либо водой, либо раствором Ca(NO3)2 + NaH2PÜ4. Результаты представлены в табл. 4.
Т а б л и ц а 4. Характеристика проростков пшеницы изогенных по Lr генам по устойчивости к ржавчине (число пустул) при различных комбинациях элементов минерального питания и внекорневой подкормке
Фон выращивания Обработка за сутки до заражения НСР
вода N3P3
Линия с геном Lr13
вода 20,3 8,0 3,59
N3P3 6,6 6,6
K3 22,5 5,9
NPK 23,6 5,3
Линия с геном Lr23
вода 16,6 8,5 3,09
N3P3 6,8 7,1
K3 21,9 6,4
NPK 18,8 7,2
Линия с геном Lr34
вода 22,9 9,0 4,14
N3P3 9,3 7,7
K3 22,9 7,5
NPK 21,7 10,8
Результаты опыта подтверждают ранее полученные данные о резком повышении частичной устойчивости линий при их выращивании при постоянном поливе повышенными дозами азота и фосфора, и снижении устойчивости под действием полива раствором хлористого калия у линий с определенным уровнем резистентности при поливе водой (в данном эксперименте линия с геном Lr23). При этом во всех случаях (за исключением полива тройной дозой Ca(NÜ3)2 + NaH2PÜ4) внекорневая подкормка приводит к двух-, трехкратному повышению устойчивости к ржавчине, независимо от фона выращивания проростков.
Поскольку влияние внекорневой подкормки элементами минерального питания на пораженность проростков пшеницы листовой ржавчиной было выявлено только для 5 почти-изогенных линий серии Тэтчер, в работу также были включены дополнительно 9 линий пшеницы. Растения выращивали при постоянном поливе водой либо раствором KCl и за сутки до заражения возбудителем ржавчины опрыскивали либо водой, либо раствором NH4CNO3) + NaH2PÜ4. Результаты представлены в табл. 5.
Т а б л и ц а 5. Характеристика проростков линий сорта Тэтчер изогенных по Lr генам по устойчивости к листовой ржавчине (число пустул) при различных фонах выращивания и предобработке растений фосфором и азотом
Линия с Lr геном Фон выращивания НСР
Вода, обработка К3, обработка
вода N3P3 Вода N3P3
1 11,9 8,4 16,5 5,2 5,69
2b 4,2 0 15,9 3,3 3,43
2а 1,8 1 10,1 0 4,37
10 17,5 2,9 15,8 1,1 5,03
13 14,2 3 16,7 4,3 5,75
14а 12,8 5,7 16,8 3,6 4,12
14b 10 5,4 15,8 4,1 5,55
20 3,9 1,6 16,1 5,2 3,56
21 12,6 4,5 14,5 3,1 5,83
22 9,8 2,9 14,9 3,1 5,65
23 10,9 3,1 14,5 6,6 4,55
26 8,2 1 15,9 3,2 4,05
34 15,9 3,7 16,9 4,7 5,58
35 13,6 6 15,9 3,4 4,88
Для всех линий выявлено снижение числа пустул возбудителя листовой ржавчины в результате внекорневой подкормки азотом и фосфором, хотя в некоторых случаях для линий, выращиваемых на воде, это снижение было статистически незначимым. Особенно отчетливо это снижение прослеживается при выращивании растений на фоне хлористого калия.
Т а б л и ц а 6. Характеристика взрослых растений линий сорта Тэтчер изогенных по Lr генам по пораженности листовой ржавчиной и массе семян при внекорневой обработке аммиачной селитрой
Линия с Lr геном Обработка Развитие болезни, % Масса 100 семян*
13 вода 90 1,0
NH4(NOS) 30 1,31
34 вода 90 0,96
NH4(NOS) 20 1,20
10 вода 90 0,89
NH4(NOS) 50 1,28
14b вода 90 1,02
NH4(NOS) 80 1,02
Тэтчер вода 90 1,08
NH4(NOS) 90 1,08
*-НСР = 0,2 (P=0.05).
Зависимость вирулентности возбудителя листовой ржавчины от элементов минерального питания открывает принципиально новую возможность снижения пораженности растений пшеницы листовой ржавчиной путем внекорневой подкормки растений азотным удобрением. Для проверки данного предположения в полевых условиях трижды за сезон вегетации взрослые растения четырех изогенных линий пшеницы и рекуррентного сорта опрыскивали раствором аммиачной селитры (1,29 г/л). В контрольном варианте без обработки сорт Тэтчер и линии с генами Lr 13, 34, 10 и 14b были поражены ржавчиной на 90%; в опытном варианте рекуррентный сорт и линия с геном Lr14b были
поражены ржавчиной на 90 и 80% соответственно;, а линии с генами Ьг 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 Ьг14Ь 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 Ьг 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
(СПбГАУ, kolesnikov_leoni@rambler.ru) Доктор мед. наук О.Н. ТАНЮХИНА (ФГУП «НИИ ГПЭЧ», tanyukhina@rihophe.ru) Соискатель О.И. БУРОВА (ФГУП «НИИ ГПЭЧ», burova.olga.spb@mail.ru)
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,
