CC BY
31
УДК 528.8i: 633.11: 632.4
Канд. биол. наук Л.Е. КОЛЕСНИКОВ
(СПбГАУ, [email protected]) Канд. физ.-мат. наук В.Г. СУРИН (ООО МИП- ИНЭНКО РАН, [email protected] ) Канд. с.-х. наук Ю.Р. КОЛЕСНИКОВА
(ГНУ ВИР Россельхозакадемии, [email protected])
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ К ВОЗБУДИТЕЛЮ МУЧНИСТОЙ РОСЫ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Яровая мягкая пшеница, мучнистая роса, активные оптические тестеры, точное земледелие, стресс-индекс, математические модели
Мониторинг состояния посевных угодий - одно из основных направлений повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Традиционные лабораторные методы исследования являются дорогостоящими и трудоемкими. Необходимые результаты аналитических измерений, как правило, сопровождаются деструкцией объекта исследования и не могут быть получены in situ. Поэтому быстрый сенсорный контроль актуален при решении прикладных задач земледелия и может быть использован для экспресс-оценки состояния агроценозов [i]. Специфичность кривых спектральной отражательной способности растений позволяет с достаточной точностью распознавать отдельные виды и изменения сельскохозяйственной растительности, в том числе при поражении возбудителями болезней [2].
Для внедрения инструментальных методов исследования и, в частности, применения оптических тестеров в практике природопользования и защиты растений необходимы данные по отражательным характеристикам природных объектов и разным видам сельскохозяйственных культур. При этом спектральные зависимости могут служить своеобразными «оптическими портретами» исследуемых объектов и их состояний [3].
Пшеница — одна из важнейших стратегических зерновых культур, на долю которой приходится около трети мирового производства зерна, обеспечивающего продовольствием более половины населения земного шара. В Российской Федерации посевы пшеницы занимают более 25 млн. га; яровая пшеница является одной из основных возделываемых зерновых культур и занимает 55 - 60% от общей площади их посевов [4].
Особую опасность для основных зерносеющих регионов РФ представляет возбудитель мучнистой росы пшеницы Blumeria graminis (DC) Speer f. sp. tritici (= Erysipe graminis (DC) f. sp. tritici Marchal). В годы эпифитотий потери урожая пшеницы от мучнистой росы могут достигать более 50% [5,6].
В связи с этим цель настоящей работы - изучить адаптивный потенциал яровой мягкой пшеницы различного происхождения по устойчивости к возбудителю мучнистой росы с использованием фотометрического метода оценки стресс-реакций растений.
Растительным материалом исследования послужили 25 сортов яровой мягкой пшеницы различного происхождения, предоставленные для исследования отделом генетических ресурсов пшениц ВИРа.:
- Россия, Европейская часть (Эстер, к-64544, МИС, к-64567, Московская 35, к-48762, Воронежская 6, к-57114, Крестьянка, к-60468, Башкирская 24, к-61195, Тулайковская 10, к-63714, Керба, к-64112, Амир, к-64253, Подмосковная 10, к-64552, Мильтурум 63, к-64566, Энгелина, к-64569);
- Россия, Азиатская часть (Линия 1639/з 12165, к-55161, Линия 2773/з 4963, к-55164, Омская 18, к-58220, Алтайская 50, к-59569, Тулунская 12, к-63361);
- Центральная/Западная Европа (Triso, к-64981, Thasos, к-63469);
- Северная Европа (к-52361, WW 15370, к-52367, Tilly, к-52785, WW 14069, к-52786, WW 16151, к-52790).
Место проведения исследования - кафедра защиты и карантина растений СПбГАУ. Опыты выполнены в агроэкологических условиях Ленинградской области на естественном инфекционном фоне на опытном поле Пушкинских лабораторий ВИРа.
Почвы опытного участка - дерново-подзолистые, легкосуглинистые. Содержание гумуса в пахотном слое 3,5%. Реакция почвенного раствора слабокислая.
В полевом опыте образцы пшеницы были высеяны 5-10 мая на делянках площадью 1,0 м2 рядовым способом посева с междурядьями 15 см и расстоянием в ряду 1-2 см (300 зерен/м2). Глубина заделки семян: 5 - 6 см.
Исследования проводили в 2012 г. Изучение характеристик структуры урожая образцов мировой коллекции пшеницы (масса 1000 зерен и площади флагового листа) проводили в соответствии с методическими указаниями [7].
Потенциальную урожайность сортов яровой пшеницы Уз (т/га) рассчитывали по продуктивной кустистости и числу растений, высеянных на 1 м2: Уз= MкКпРп х 10000, где: Мк -масса зерен колоса одного растения (т), Кп - продуктивная кустистость образца, Рп - плотность посева (число растений на 1 м2).
Интенсивность поражения пшеницы мучнистой росой (рис. 1) рассчитывали по показателям: условная величина развития болезни [8], число и площадь пятен с налетом, тип реакции по шкале Mains E.B., Dietz S.M. [9].
Размер инфекционных структур возбудителя мучнистой росы определяли с помощью окулярного микрометра. Площадь пятен с налетом рассчитывали в предположении об их эллиптической форме с использованием выражения:
S п.м. = m nab,
где а и b - значения полуосей эллипса (в линиях окулярного микрометра), m - масштабный коэффициент микроскопа.
В качестве основного инструмента для проведения работ был использован активный двухканальный (с искусственной подсветкой объекта исследования) оптический тестер АДТ-М. Прибор фиксировал значения коэффициентов отражения в красной Ur (0,66 мкм) и инфракрасной Uu-(0,91мкм) областях спектра, являющихся индикатором процессов, происходящих на «красной границе» поглощения хлорофиллом и отражающих состояние клеточных структур, наличие воды в тканях листа (соответственно). По величине Ui- можно судить об обводненности листовых тканей. Чем выше Uir, тем ниже содержание воды. В красном диапазоне спектра растительность характеризуется низким отражением вследствие сильного поглощения света хлорофиллом. Для растительности при отсутствии стрессовых воздействий характерно падение спектральной кривой в красном диапазоне и резкий подъем в ближнем ИК-диапазоне.
В качестве интегрального индикатора состояния растений был использован стресс-индекс (обратный вегетационный индекс): F = Ur / Uir, который численно характеризует степень угнетения растения. Минимальная величина F соответствует наилучшему состоянию растения, при котором, как правило, в растении отмечается больше хлорофилла и наибольшая биомасса. С ростом F эти показатели снижаются.
При проведении компьютерной обработки данных использовали методы описательной статистики, корреляционного и регрессионного анализов, реализованные в пакетах прикладных программ SPSS 18.0, Statistica 6.0.
В результате проведенных исследований вначале осуществлено ранжирование сортов яровой мягкой пшеницы по устойчивости к возбудителю мучнистой росы, затем полученные данные анализировались совместно со значениями стресс-индекса.
Данные распределения образцов яровой мягкой пшеницы в порядке возрастания интенсивности развития болезни, числа и площади пятен с налетом отражены на рис. 1-3. Не выявлено симптомов развития болезни на сортах Энгелина, к-64459 (F =0,11) и WW 15370, к-64459 (F =0,15).
120
100
Рис. 1. Особенности развития возбудителя мучнистой росы на образцах яровой мягкой пшеницы, 2012 г.
ф с ■ч
90
£ п; с о с
о
60
40
2<3
тг
-ч тт
П? -о я. а> I к ы ш -и СГ 1
41 СП! ю р ж
ж 1
А
А
2
| ^ Л
а ?
*
г , $
В й 4
сл Ь
$ я
— ол
к
Образец
Рис. 2. Изменение числа пятен возбудителя мучнистой росы на образцах яровой мягкой пшеницы, 2012 г.
Образец
Рис. 3. Изменение площади пятен возбудителя мучнистой росы на образцах яровой мягкой пшеницы, 2012 г.
На сортах и линиях пшеницы с отсутствием симптомов развития болезни (Ям=0%) значение стресс-индекса составляло Б=0Д3±0,02. Развитие болезни от 1% вплоть до 50 % обуславливало пропорциональное возрастание величины стресс-индекса (рис.4). При дальнейшем развитии болезни значение стресс-индекса резко падает: Б = 0,15±0,01.
Стресс-индекс,Р
Развитие, %
Рис. 4. Изменение стресс-индекса в зависимости от интенсивности развития мучнистой росы пшеницы, 2012 г.
Зависимость изменения площади пятен возбудителя мучнистой росы болезни от величины стресс-индекса представлена в виде экспоненциальной функции: 8п=0,343071+ЕХР(-0,92686+5,1644Б) (рис. 5а). Для этого случая изменение Б от 0,1 до 0,2 приводило к изменению площади пятен 8 п.м. с 1,00 до 1,45 мм2 (на 44,56%), от 0,2 до 0,3 - 8 п.м. = 1,45 - 2,20 мм2 (на 51,66%), от 0,3 до 0,4 - 8 п.м. = 2,20- 3,46 мм2 (на 57,09%), от 0,4 до 0,5 - 8 п.м. = 3,46- 5,58 мм2 (на 60,91%).
Зависимость числа пятен возбудителя мучнистой росы от величины стресс-индекса (рис. 5б) представлялась в виде полиномиальной регрессии третьей степени Ким. = - 9,5+57Р+57Р2+57Б3.
Изменение Б от 0,15 до 0,20 приводило к изменению числа пятен мучнистой росы Кп.м. с 0,58 до 4,71, от 0,2 до 0,3 - Км. = 4,71 - 14,40 , от 0,3 до 0,4 - = 14,40- 26,27, от 0,4 до 0,5 - К.м. = 26,27- 40,66 .
Г=0,44
Г2=0,48 0 о
0
0 ^^^ О \
о О
0,26 0,30 0,34
Стресс-индекс, F
0,30 0,34
Стресс-индекс,F
а) б)
Рис. 5. Зависимости стресс-индекса пшеницы от площади (а) и числа пятен с налетом (б) возбудителя
мучнистой росы пшеницы, 2012 г.
Результаты сравнения шкал порядковой (тип реакции в баллах 0-4) и измерительной (по стресс-индексу) в линейном, квадратическом и кубическом приближениях в диапазоне F=0,11-0,35 отражены на рис. 6 и в таблице. Не выявлено значимых различий между рассматриваемыми приближениями. Это означает, что линейную шкалу можно рекомендовать использовать для построения имитационных моделей и проведения градуировок оптического тестера.
Наличие корреляционной связи между устойчивостью к возбудителю мучнистой росы и значениями стресс-индекса подтверждают результаты ранжирования изученных образцов по комплексу агронометрических и фитопатологических показателей.
Высокопродуктивные образцы (Крестьянка, к-60468, Thasos, к-63469, Керба, к-64112, Алтайская 50, к-59569, Линия 2773/з 4963, к-55164, Подмосковная 10, к-64552) отличались достоверно меньшим значением стресс-индекса F = 0,16±0,01 (на 45,1%) в отличие от среднепродуктивных (Tilly, к-52785, WW 14069, к-52786, Ростань, к-63391, к-52361, Амир, к-64253, WW 15370, к-52367, Мильтурум 63, к-64566, WW 16151, к-52790, Московская 35, к-48762, Энгелина, к-64569, Линия 1639/з 12165, к-55161) - F = 0,30±0,02 (по критериям: Манна-Уитни - U, экстремальных реакций Мозеса - М, Колмогорова-Смиронова - Кс при Р<0,05)).
Высокопродуктивные сорта пшеницы отличались достоверно большей на 28,6% массой 1000 зерен (Mi000 = 39,94±0,77 мг, согласно статистическим критериям: U, М, Кс при Р<0,05), большей на 23,1% потенциальной урожайностью (Уз= 3,13±0,37 т/га), практически одинаковой площади флаг-листа - на 0,2% (Sn=14,26±0,91 см2) и характеризовались достоверно большей интенсивностью поражения возбудителем мучнистой росы, изученной по комплексу показателей (U, M, Кс при Р<0,05): условное развитие болезни (по шкале) - на 21,44% (Ям= 18,69±7,34%), число пятен с налетом - на 69,00% (Км=26,88±11,15), площадь пятен - на 28,42% (Sn = 2,08±0,38 мм2) в отличие от сравниваемой группы образцов (M1000 = 31,07±1,02 мг, Уз= 2,54±0,21 т/га, Sn=14,29±0,80 см2, Ям= 15,39±5,46%, N„=15,91±5,02, Sn = 1,62±0,35 мм2).
Т а б л и ц а. Изменение стресс-индекса от выявленного типа реакции образцов яровой мягкой пшеницы (2012 г.)
Образец Тип реакции Стресс-индекс
Энгелина, к-64569 0 0,11
WW 15370, к-52367 0 0,15
МИС, к-64567 2 0,16
Эстер, к-64544 2 0,18
Triso, к-64981 3 0,24
к-52361 3 0,50
WW 14069, к-52786 3 0,26
Воронежская 6, к-57114 3 0,21
Омская 18, к-58220 3 0,11
Крестьянка, к-60468 3 0,18
Тулайковская 10, к-63714 3 0,26
Амир, к-64253 3 0,28
Ростань, к-63391 3 0,24
Подмосковная 10, к-64552 3 0,22
Московская 35, к-48762 4 0,30
Tilly, к-52785 4 0,30
WW 16151, к-52790 4 0,35
Линия 1639/з 12165, к-55161 4 0,25
Линия 2773/з 4963, к-55164 4 0,32
Алтайская 50, к-59569 4 0,35
Башкирская 24, к-61195 4 0,25
Thasos, к-63469 4 0,19
Керба, к-64112 4 0,27
Тулунская 12, к-63361 4 0,19
Мильтурум 63, к-64566 4 0,27
Зависимость изменения стресс-индекса от выявленного типа реакции растений Тм в отношении возбудителя мучнистой росы (рис. 7) описана регрессионным уравнением (г2=0,42): Тм=-5,974^(1,97+1,02?).
Рис. 6. Сравнение шкал порядковой (тип реакции в баллах 0-4) и измерительной (по стресс-индексу) в линейном, квадратическом и кубическом приближениях в диапазоне Р=0,11-0,35, 2012 г.
Рис. 7. Зависимость стресс-индекса от типа реакций яровой мягкой пшеницы в отношении возбудителя мучнистой росы, 2012 г.
Реализация предложенных спектрометрических измерительных и описательных процедур в практике растениеводства, точного земледелия и защиты растений, как в форме построенных шкал учета, так и регрессионных моделей, позволит дистанционно, по значениям стресс-индекса, оценить адаптивный потенциал яровой мягкой пшеницы различного происхождения к агроэкологическим факторам среды. Предложенные математические модели позволят дать иммунологическую характеристику генетического разнообразия р. ТпНеит Ь. к болезням и, в частности, к возбудителю мучнистой росы на основе использования в фитопатологическом анализе активных оптических тестеров.
Л и т е р а т у р а
1. Сурин В.Г. Прикладная полевая спектроскопия. Средства и методы // LAP LAMBERT Academic Publishing (Германия), 2013. - 108 с.
2. Бекмухамедов Н.Э., Карабкина Н.Н. Изменение спектральных характеристик растений яровой пшеницы зараженных грибковыми болезнями // Сельское, лесное и водное хозяйство. - 2013. - № 10 (URL: http://agro.snauka.ru. Дата обращения 2013/10/1169).
3. Сурин В.Г., Колесников Л.Е., Кувалдин Э.В, Саблина Ю.Р. Сравнительный фотометрический и биолокационный методы оценки состояния растений: Сб. научных статей: Источники биоактивных излучений. Минералы. Электрические поля. Растения. - М.:МНТО РЭС им. А.С. Попова, - 2006. -- С.48-54.
4. Кольс О.Е., Ложкина Н.И., Прокуратова А.С., Калиненко Н.А. Развитие листостеблевых болезней зерновых культур при длительном применении средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири. Сельскохозяйственные науки// Фундаментальные исследования. - № 8. - 2006. - С. 66-68.
5. Веденеева М.Л., Маркелова Т.С., Кириллова Т.В., Аникеева Н.В. Стратегия селекции болезнеустойчивых сортов пшеницы в Поволжье. Бурая ржавчина, мучнистая роса, пыльная и твердая головня // Агро XXI. - 2002. - №2. - C.12- 13.
6. Колесников Л.Е., Павлова М.Н., Рыхлова К.В. Влияние возбудителей болезней листьев на урожайность и экономическую эффективность возделывания яровой пшеницы // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2013. - № 29. - C. 19-23.
7. Мережко А.Ф., Удачин Р.А., Зуев В.Е. и др. Пополнение, сохранение в живом виде и изучение мировой коллекции пшеницы, эгилопса и тритикале: Метод. указ. - СПб.: ВИР, 1999. - С. 32-35.
8. Гешеле Э.Э. Основы фитопатологической оценки в селекции растений. - М., - 1978. - 203 с.
9. Mains E. В., Dietz S. M. Physiologic forms of barley mildew Erysiphe graminis hordei Marchai // Phytopathology. - 1930 . - V. 20. - N3. - Р. 220-239.
УДК 636.22/28.082 Канд. биол. наук В.С. ГРАЧЕВ
(СПбГАУ, [email protected]) Соискатель Е.В. ЖИВОГЛАЗОВА
(СПбГАУ, [email protected])
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНБРИДИНГА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДАХ РАЗВЕДЕНИЯ АЙРШИРСКОГО СКОТА
Инбридинг, методы разведения, продуктивность, айрширская порода
Инбридинг является неотъемлемой частью современного разведения животных. В настоящее время в племенных стадах селекция ведется на лидеров породы, что приводит к увеличению инбридинга. Негативным аспектом роста инбридинга является снижение у животных показателей воспроизводства и проявление рецессивных летальных генов [1]. Инбридинг может применяться при разных методах разведения: кроссе линий (кросс - группа животных, полученная спариванием самцов одной линии с самками другой линии) и при внутрилинейном разведении.
Многочисленные исследования показали, что спаривание животных, находящихся в отдаленных степенях родства, не оказывает заметного отрицательного влияния на конституцию и воспроизводительные способности потомства. Но все же инбридинг целесообразно применять только
