CC BY
41
ISSN pr. 2412-608Х, ISSN on. 2412-6098 Масличные культуры. Вып. 4 (180), 2019
Защита растений, иммунология
УДК 633.854.78:582.284.21
DOI: 10.25230/2412-608Х-2019-4-180-107-112
Определение расовой принадлежности изолятов ржавчины (Puccinia helianthi Schwein.), поражающей подсолнечник в некоторых регионах РФ
Н.М. Арасланова,
кандидат сельскохозяйственных наук
Т.С. Антонова,
доктор биологических наук
М.В. Ивебор,
кандидат сельскохозяйственных наук В.И. Хатнянский,
кандидат сельскохозяйственных наук
ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. им. Филатова, д. 17
Тел.: (861) 275-86-53
E-mail: araslanova-nina@mail.ru
Для цитирования: Арасланова Н.М., Антонова Т.С., Ивебор М.В., Хатнянский В.И. Определение расовой принадлежности изолятов ржавчины (Puccinia helianthi Schwein.), поражающей подсолнечник в некоторых регионах России // Масличные культуры. - 2019. - Вып. 4 (180). - С. 107-112.
Ключевые слова: подсолнечник, растения, ржавчина, возбудитель, изолят, раса.
В последние 20 лет в России и других странах, возделывающих подсолнечник, происходит нарастание распространённости и интенсивности проявления ржавчины. Сведения о распространении ржавчины на подсолнечнике поступают из разных регионов РФ, возделывающих культуру. Так, в условиях Тамбовской области за период с 1992 по 2015 гг. было отмечено несколько эпифи-тотий ржавчины, которые сменялись последующими депрессиями патогена (А.А. Выприцкая, 2015). В Краснодарском крае с 2007 по 2017 гг. частота встречаемости ржавчины на сортах подсолнечника варьировала от 16 до 52 % в зависимости от погодных условий и группы спелости (А.А. Децына, Г.А. Терещенко, И.В. Илларионова, 2018). Имеются сведения о сильном поражении подсолнечника ржавчиной в Саратовской области
(Ю.Е. Сибикеева, 2013) Основная причина этого явления - возникновение новых вирулентных рас Puccinia helianthi Schwein. В России расовая принадлежность возбудителя болезни не изучалась с 1983 г. Цель работы определить расовую принадлежность возбудителя ржавчины, поражающей подсолнечник в регионах РФ. В лаборатории иммунитета и молекулярного маркирования ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК проведено определение расовой принадлежности изолятов Puccinia helianthi Schwein. с применением общепринятого в мировой практике набора линий-дифференциаторов устойчивости подсолнечника к ржавчине. Изоля-ты были собраны на посевах подсолнечника в Саратовской, Липецкой областях и Краснодарском крае. Дифференцированы пять рас P. helianthi с кодами вирулентности: 100, 300, 700, 722 и 772.
UDC 633.854.78:582.284.21
Race identification of isolates of Puccinia helianthi Schwein. that affects sunflower in some regions of Russia.
N.M. Araslanova, PhD in agriculture T.S. Antonova, doctor of agriculture M.V. Iwebor, PhD in agriculture V.I. Khatnyansky, PhD in agriculture
V.S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops
17 Filatova str, Krasnodar, 350038, Russia
Tel.: (861) 275-86-53
E-mail: araslanova-nina@mail.ru
Key words: sunflower, plants, rust, pathogen, isolate, race
In the last 20 years in Russia and other countries cultivating sunflower, the prevalence and the intensity of rust manifestation has been increasing. The information on the spread of rust on sunflower comes from the different regions of the Russian Federation where the crop is being cultivated. Specifically, in the conditions of the Tambov region for the period from 1992 to 2015 several epiphytotics of rust were noted, which were replaced by subsequent pathogen depressions (A.A. Vypritskaya, 2015). From 2007 to 2017, in the Krasnodar region, the frequency of occurrence of rust on sunflower varieties varied from 16 to 52%, depending on weather conditions and ripeness group (A.A. Detsyna, G.A. Tereshchenko, I.V. Illarionova, 2018). There is evidence of severe sunflower damage by rust in the Saratov region (Yu.Ye. Sibikeyeva, 2013). The main reason for this phenomenon is the emergence of new virulent races of Puccinia helianthi Schwein. In Russia, the pathogen race of this disease has not been studied since 1983. The aim of the work is to determine the race of the rust pathogen that affects sunflower in the regions of the Russian Federa-
tion. In the V.S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops we identified the race of Puccinia helianthi Schwein. using a customary for world practice set of differentiating lines of sunflower resistance to rust. The isolates were collected on sunflower crops in the Saratov, Lipetsk and Krasnodar regions. We differentiated five races of P. helianthi with virulence codes: 100, 300, 700, 722 and 772.
Введение. Ржавчина - одна из наиболее распространённых болезней подсолнечника. Возбудитель её, узкоспециализированный гриб Puccinia helianthi Schwein., - облигатный паразит, поражает подсолнечник во всех регионах его возделывания. Все стадии развития паразита проходят на растении подсолнечника. Гриб распространяется в межклетниках тканей подсолнечника, проникая гаусториями в его клетки, отнимает у растений питательные вещества и воду, вследствие чего нарушаются процессы фотосинтеза, иссушаются листья (рис. 1).
Рисунок 1- Поражение растений подсолнечника возбудителем ржавчины
в Саратовской области, 2018 г., справа - нижняя сторона листа (ориг.)
Вредоносность ржавчины напрямую зависит от интенсивности развития болезни и погодных условий. Поражение растений подсолнечника на ранних фазах
развития, может привести к прекращению их роста и гибели [ 1].
Первые сведения о распространении этой болезни появились в 1866-1868 гг. В это время развитие отрасли производства подсолнечника в России только начиналось. Ржавчина стала первым серьёзным препятствием на пути становления культуры подсолнечника. Эпифитотии возникали периодически и повсеместно до 1937 г. Проблема касалась всех стран, возделывающих эту культуру. Сообщения о сильном поражении подсолнечника возбудителем ржавчины поступали из Канады, Германии, Австрии, Италии, Румынии, Сербии, Швеции и Америки [2].
В ходе народной селекции в течение нескольких десятилетий (1866-1920 гг.) были получены толерантные сорта типов «зелёнка» и «фуксинка» (первый из них аналогичен широко известному ныне признаку "stay green", а второй отличался антоциановой окраской лузги семянок). Но они не решали проблему борьбы с ржавчиной. Только с введением генов устойчивости при скрещивании с однолетним дикорастущим видом подсолнечника из Техаса - Helianthus ruderalis Wenzl. -удалось получить сорта, которые не поражались P. helianthi [3].
На территории Северной Америки Sax-ton W.E. в 1962 г. выделил четыре расы P. helianthi, наиболее распространенной из них была раса 1. В Мексике были выявлены расы 2, 3 и 4. В СССР до 1986 г. также была известна раса 1 [3].
В 1984 г. методом многократного индивидуального отбора из межвидовых гибридов подсолнечника с применением искусственного заражения и оценки устойчивости к ржавчине был создан и передан в сортоиспытание ржавчино-устойчивый сорт Кремний [4]. С внедрением этого сорта и его аналогов проблема, связанная с патогеном, была решена на долгое время.
Известно, что повышение температуры окружающей среды приводит к усилению агрессивности ржавчинных грибов. На фоне изменения климатических условий за последние 20 лет в России и других
странах, возделывающих подсолнечник, вновь происходит нарастание распространённости и интенсивности проявления ржавчины.
Сведения о распространении ржавчины на подсолнечнике поступают из разных регионов РФ, возделывающих культуру. Так, в условиях Тамбовской области за период с 1992 по 2015 гг. было отмечено несколько эпифитотий ржавчины, которые сменялись последующими депрессиями патогена. Две последние из них были в 2010 и 2015 гг. В конце периода вегетации 2015 г. распространенность ржавчины на отдельных полях достигала 100 % при интенсивности поражения 80 % [5].
В Краснодарском крае с 2007 по 2017 гг. частота встречаемости ржавчины на сортах подсолнечника варьировала от 16 до 52 % в зависимости от погодных условий и группы спелости [6].
С 2013 г. стали поступать сведения о сильном поражении подсолнечника ржавчиной в Саратовской области [7].
Нарастание поражения подсолнечника ржавчиной отмечено также и в других странах. Об этом свидетельствуют сообщения из США, где распространение ржавчины возросло с 17 % в 2002 г. до более 70 % в 2011-2012 гг. Потери урожая, связанные с этим заболеванием, достигали 80 % [8].
Распространение ржавчины и возникновение новых вирулентных рас возбудителя многие учёные связывают с частотой генетических рекомбинаций, происходящих в жизненном цикле патогена [9].
Ржавчинные грибы имеют сложный цикл развития, включающий три стадии (весеннюю, летнюю и зимнюю), пять различных форм спороношения (спермации, эцидиоспоры, уредоспоры, телейтоспоры, базидиоспоры). Жизненный цикл происходит с чередованием гаплоидной и диплоидной стадий развития. Спермации и эцидии относятся к гаплоидной стадии развития, остальные - к диплоидной. После заражения подсолнечника эцидиоспо-
рами на нижней, а иногда и верхней стороне листьев образуются ржаво-коричневые мелкие подушечки - уредо-пустулы с уредоспорами. Часто после формирования спермогониев на нижней стороне листа вместо эцидий образуются уредопустулы с уредоспорами, и таким образом гриб развивается по сокращенному циклу. Так, по некоторым данным, завершение половой стадии P. helianthi не наблюдалось в Северной Дакоте до 2008 г. После 2008 г. возникла эпифитотия на всей территории выращивания подсолнечника в Миннесоте и Северной Дакоте [9]. На культурном и дикорастущем подсолнечнике там же было выявлено в общей сложности 39 рас P. helianthi. Среди них доминирующими были расы 334 и 336 (по старой классификации их относили бы к расе 3). Распространение этих рас в 2007 г. было 49 %, а в 2008 г. - 39 %. Раса 336 поражает шесть из девяти линий-дифференциаторов подсолнечника. Хотя раса 777, вариант 700 (по старой классификации № 4), встречалась редко, на сегодняшний день у этой расы самый высокий код вирулентности, она способна поражать девять линий-дифференциаторов [9].
В России расовый состав возбудителя ржавчины не определялся с 1983 г.
Целью данной работы является определение расовой принадлежности изоля-тов P. helianthi из некоторых регионов РФ с применением общепринятых линий-дифференциаторов устойчивости подсолнечника.
Материалы и методы. Исследования проводили на центральной экспериментальной базе ВНИИМК в 2017-2019 гг. Поражённые ржавчиной листья были собраны в 2017-2018 гг. на посевах подсолнечника в Саратовской, Липецкой областях и Краснодарском крае. Образцы поражённых листьев хранили в холодильнике. Для определения формулы вирулентности использовали восемь стандартных линий: СМ-90 и СМ 29, Р-386, HAR-1, HAR-2, HAR-3, HAR-4, HAR-
5, а в качестве дифференциатора, восприимчивого ко всем расам возбудителя - сорт ВНИИМК 8883. Использование этих линий и триплетного кода для номенклатуры ржавчины было предложено специальным международным комитетом. Присущие линиям-дифференциаторам гены устойчивости к Р. ЪеНапШ и их возможные реакции на заражение приведены в таблице 1.
Таблица 1
Пример расчёта кода вирулентности и расовой принадлежности Рыеата helianthi по общепринятой номенклатуре
Линия-дифференциатор Кодовый номер Наличие генов устойчивости Реакция на заражение: S - восприимчивая; К - устойчивая
Триплет1
S37-388 1 - S S S S S S
CM 90 2 К S к S S S
CM 29 4 R2 + Rlo к к S S S S
Триплет 2
P-386 1 к к S к к к
HAR-1 2 к к к к S S
HAR-2 4 Кз к к к к к S
Триплет 3
HAR-3 1 К4Ь к к к к к к
HAR-4 2 к к к к к S
HAR-5 4 ^с! к к к S к S
Код вирулентности 10 30 51 70 72 76
0 0 0 4 0 6
Если поражена одна линия-дифференциатор в триплете 1, а в остальных триплетах нет - код вирулентности равен 100. При поражении двух линий в первом триплете их кодовые номера складываются (1 + 2 = 3), код вирулентности равен 300. При поражении трёх линий в триплете -(1 + 2 + 4 = 7), код вирулентности равен 700. Самый высокий код вирулентности по данной номенклатуре - 777 при поражении трёх линий в трёх триплетах.
Семена линий-дифференциаторов устойчивости подсолнечника высевали рядами в цветочные ящики, вмещающие 6 кг почвы, и помещали на стеллаж, где растения выращивали при температуре 23-25 оС, 16-часовом световом дне до второй пары настоящих листьев. Полив осуществляли ежедневно. Поражённые ржавчиной листья с уредопустулами за-
кладывали во влажную камеру на 24 ч для возобновления споруляции. Затем смывали споры кисточкой в дистиллированную воду. С помощью камеры Горяева подсчитывали количество уредоспор в суспензии. Оптимальная концентрация для поражения восприимчивого материала подсолнечника на 100 % должна составлять 100-110 тыс. уредоспор в 1 мл воды [3]. Опрыскивали приготовленной суспензией растения, сформировавшие вторую пару настоящих листьев, и помещали их на 24 ч во влажную камеру. После инокуляции растения выращивали в тех же условиях до появления признаков поражения на листьях (рис. 2). Обычно при температуре 25 оС инкубационный период длится 9 дней. При появлении пустул учитывали количество поражённых растений каждого дифференциатора.
Рисунок 2 - Заражённые возбудителем ржавчины растения линий-дифференциаторов устойчивости подсолнечника в цветочных ящиках (ориг.)
Результаты и обсуждение. При определении расовой принадлежности изоля-тов Р. ЪеИаЫЫ, поражающих подсолнечник в разных регионах России, в общей сложности было выявлено пять рас с кодами вирулентности: 100, 300, 700, 722 и 772 (табл. 2 и 3).
Таблица 2
Реакция линий-дифференциаторов устойчивости подсолнечника к ржавчине при искусственном заражении их возбудителем Риеата НвНапМ из некоторых регионов РФ
Только один из 12 изученных изолятов Р. ЪеНаЫЫ из Липецкой области был отнесён к расе 100 (раса 1- по старой номенклатуре). Этот изолят поразил все растения восприимчивого сорта ВНИИМК 8883. Сильное поражение дифференциаторов СМ 90 и СМ 29 изолятами, собранными в Краснодаре, Липецкой и Саратовской областях, указывает на то, что возбудитель преодолел действие их генов устойчивости. Код вирулентности этих изолятов - 300.
Таблица 3
Расовая принадлежность некоторых изолятов возбудителя ржавчины из Краснодарского края, Липецкой и Саратовской областей
№ изолята Год и место сбора Расовая принадлежность
1 2017, Саратовская область, 700
2 722
3 700
4 2018, окрестности Краснодара 300
5 -//- 300
6 2018, Липецкая область 100
7 300
8 700
9 772
10 2018, Саратовская область 300
11 300
12 700
Изолятам из окрестностей Краснодара присвоен код вирулентности 300, по старой номенклатуре их отнесли бы к расе 3. Напомним, что в 1981 г. наличие в Краснодарском крае расы 3 было предположительным и её оценивали как «слабовирулентную» [3]. Реакция растений на заражение возбудителем ржавчины тестировалась по шкале, в которой учитывали размер уредопустул, их количество или площадь листьев, покрытых пустулами. Растения с 2-5 уредопустула-ми возбудителя на листе по шкале учёта степени поражения тогда считались устойчивыми [3]. В наших исследованиях количество пустул на листьях дифференциатора СМ 90 варьировало от 40 до 80 (рис. 3).
Рисунок 3 - Уредопустулы изолята РиссМа ЫвМапШ из окрестностей Краснодара с кодом вирулентности 300 на листе линии-дифференциатора устойчивости подсолнечника СМ 90 (ориг.)
Мы полагаем, что в процессе эволюции раса 3 стала более агрессивной. Этот вопрос требует дополнительного изучения. При изучении представленного количества изолятов мы не применяли шкалу интенсивности поражения, которая предусматривает оценку иммунности дифференциатора. Для оценки резистентности растений линий-дифференциаторов мы принимали во внимание только нали-
Линия- Кодовый Реакция на заражение:
дифференциатор номер В - восприимчивая; У - устойчивая
Триплет1
ВНИИМК 8883 1 В В В В В
CM 90 2 У В В В В
CM 29 4 У У В В В
Триплет 2
P-386 1 У У У У В
HAR-1 2 У У У В В
HAR-2 4 У У У У В
Триплет 3
HAR-3 1 У У У У У
HAR-4 2 У У У В В
HAR-5 4 У У У У У
Код вирулентности расы возбудителя 100 300 700 722 772
чие или отсутствие уредопустул без учёта степени поражения.
На некоторых полях Липецкой и Саратовской областей также была выявлена раса 300. Там же были обнаружены и расы 700, 722 и 772.
Таким образом, образцы возбудителя ржавчины из Липецкой области были представлены четырьмя расами: 100, 300, 700, 772. Образцы из Саратовской области 2017 г. были отнесены к 700 и 722 расам, а собранные в 2018 г. - к 300 и 700. Образцы с полей из окрестностей Краснодара были идентифицированы как раса 300.
Полученные предварительные результаты показывают, что по регионам РФ расовая принадлежность возбудителя ржавчины подсолнечника может быть различной. Впервые в России зарегистрированы новые вирулентные расы P. helianthi 700, 722 и 772, которые преодолели действие известных генов устойчивости. Исследования необходимо продолжить с привлечением большей выборки изолятов возбудителя.
Список литературы
1. Лекомцева С.Н. Порядок Ржавчинные // Жизнь растений. Т. 2. Грибы / Под ред. М.В. Гор-ленко. - М.: Просвещение, 1976. - С. 353-363.
2. Sackston W.E. Studies on sunflower rust. III. Occurrence, distribution, and significance of races Puccinia helianthi // Can. J. Bot. - 1962. - No 40. -P. 1449-1458.
3. Слюсарь Э.Л. Расы ржавчины подсолнечника // Защита растений. - 1981. - № 11. - 42 с.
4. Слюсарь Э.Л. Ржавчиноустойчивый сорт подсолнечника // Масличные культуры. - 1983. -№ 4. - С. 37-38.
5. Выприцкая А.А. Микобиота подсолнечника в Тамбовской области: монография. - Тамбов: Принт-Сервис, 2015. - С. 78-81.
6. Децына А.А., Терещенко Г.А., Илларионова И.В. Распространённость ржавчины на сортах подсолнечника в условиях Краснодарского края // Масличные культуры. Науч.-тех. бюл. ВНИИМК. -2018. - Вып. 2 (174). - С. 101-106.
7. Сибикеева Ю.Е. Микозы подсолнечника в Саратовской области и меры борьбы с ними / Поле деятельности. - Июль 2013. - № 7. - С. 34-35.
8. Markell S., Gulya T., McKay K., Hutter M., Hollingsworth C., Ulstad V., Koch R., and Knudsvig A. Widespread occurrence of the aecial stage of sunflower rust caused by Puccinia helianthi in North Dakota and Minnesota in 2008 // Plant Disease. - 2009. - 93 Vol. 93 (6). - P. 668. DOI: 10.1094/PDIS-93-6-0668C:6.
9. Qi Lili, Gulya T., Seiler G., Hulke B., Vick B. Identification of resistance to new virulent races of rust in sunflowers and validation of DNA markers in the gene pool // Phytopathology. - 2011. - 101. -P.241-249.
References
1. Lekomtseva S.N. Poryadok Rzhavchinnye // Zhizn' rasteniy. T. 2. Griby / Pod red. M.V. Gorlenko. - M.: Prosveshchenie, 1976. - S. 353-363.
2. Sackston W.E. Studies on sunflower rust. III. Occurrence, distribution, and significance of races Puccinia helianthi // Can. J. Bot. - 1962. - No 40. -P.1449-1458.
3. Slyusar' E.L. Rasy rzhavchiny podsolnechnika // Zashchita rasteniy. - 1981. - № 11. - 42 s.
4. Slyusar' E.L. Rzhavchinoustoychivyy sort podsolnechnika // Maslichnye kul'tury. - 1983. -№ 4. - S. 37-38.
5. Vypritskaya A.A. Mikobiota podsolnechnika v Tambovskoy oblasti: monografiya. - Tambov: Print-Servis, 2015. - S. 78-81.
6. Detsyna A.A., Tereshchenko G.A., Illarionova I.V. Rasprostranennost' rzhavchiny na sortakh podsolnechnika v usloviyakh Krasnodarskogo kraya // Maslichnye kul'tury. Nauch. tekh. byul. VNIIMK. - 2018. - Vyp. 2 (174). - S. 101-106.
7. Sibikeeva Yu.E. Mikozy podsolnechnika v Saratovskoy oblasti i mery bor'by s nimi / Pole deyatel'nosti. - Iyul' 2013. - № 7. - S. 34-35.
8. Markell S., Gulya T., McKay K., Hutter M., Hollingsworth C., Ulstad V., Koch R., and Knudsvig A. Widespread occurrence of the aecial stage of sunflower rust caused by Puccinia helianthi in North Dakota and Minnesota in 2008 // Plant Disease. - 2009. - 93 Vol. 93 (6). - P. 668. DOI: 10.1094/PDIS-93-6-0668C:6.
9. Qi Lili, Gulya T., Seiler G., Hulke B., Vick B. Identification of resistance to new virulent races of rust in sunflowers and validation of DNA markers in the gene pool // Phytopathology. - 2011. - 101. -P.241-249.
Получено: 23.09.2019 Принято: 11.11.2019 Received: 23.09.2019 Accepted: 11.11.2019
