CC BY
55
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (146-147), 2011
ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН Orobanche cumana Wallr. ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КОРНЕВЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ КУЛЬТУР, НЕ ЯВЛЯЮЩИХСЯ ЕЁ ХОЗЯЕВАМИ
Н.М. Арасланова,
кандидат сельскохозяйственных наук
Т.С. Антонова,
доктор биологических наук
Т.А.Челюстникова,
старший научный сотрудник
С.А. Рамазанова,
кандидат биологических наук
С.З. Гучетль,
кандидат биологических наук
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, д. 17,
Тел. (861) 275-86-53,
E-mail: araslanova-nina@mail.ru
Ключевые слова: заразиха, популяции, семена, прорастание, корневые выделения, кукуруза, провокационные посевы, подсолнечник
УДК 582.952.6:633.854.78
Введение. Заразиха подсолнечная (Orobanche cumana Wallr.) - облигатный цветковый
паразит из высших растений, является одним из наиболее вредоносных патогенов для культуры подсолнечника. Прорастая в корни растений подсолнечника, заразиха отнимает у них воду и питательные вещества, угнетая их тем самым часто до полной гибели. Цикл жизнедеятельности заразихи сводится к образованию массы мельчайших семян, которыми она распространяется. Семена являются источником инфекции в почве, где они могут сохранять жизнеспособность свыше 10, а по некоторым данным 15-20 лет.
В настоящее время в ряде районов юга РФ, как и в других странах, возделывающих подсолнечник, появились новые расы паразита, которые стали поражать весь отечественный сортимент и гибриды иностранной селекции. Особенно высоко вирулентна заразиха в некоторых районах Ростовской области (Антонова и др., 2009). Актуальными стали все аспекты её контроля. В частности, привлекательна идея использования для очистки почвы от семян заразихи растений, не являющихся её хозяевами, но способных стимулировать прорастание семян паразита. Идея эта не новая и высказывалась ещё в середине прошлого века.
Корни растений выделяют в почву вещества, необходимые для осуществления их поглотительной функции. Одним из путей эволюции растений-паразитов из сем. Orobanchaceae является то, что прорастание их семян происходит специализированно под воздействием веществ хозяина. По мнению Э.С. Терёхина (1988) зависимое прорастание семян заразихо-вых - одна из важнейших эволюционных адап-таций наряду с высокой семенной продуктивностью и длительно сохраняющейся жизнеспособностью части семян.
Первые сообщения о зависимом прорастании семян заразиховых появились ещё в 1853, 1887 гг. (Lindley, 1853; Koch, 1887). Многочисленные последующие исследования других авторов подтвердили это явление (Beck-mannagetta, 1890; Шрейнер, 1904; Chabrolin, 1934; Brown et al.,1951; Kadry, Tewfic, 1956 и др.). В начале прошлого века семена заразихи, особенно незрелые, были способны прорастать и в воде, на смеси Кноппа, и в слабом растворе лимонной кислоты (Vaucher, 1827; Schacht, 1854; Плачек и Стебут, 1915). Однако к 70-м годам у семян O. cumana такая способность утратилась (Антонова, 1978).
Факт стимулирования прорастания семян O. cumana корневыми выделениями растений, не являющихся хозяевами этого паразита, отмечен впервые И.Г. Бейлиным. В его исследова-
ниях были использованы салат, лён, соя и кукуруза. Через 24 дня от замачивания семян заразихи в растворе корневых выделений этих культур их всхожесть на салате составляла 13 %, льне - 8, сое - 8, кукурузе - 6 %. (Бей-лин, 1940).
Цель нашего исследования - изучение способности к прорастанию семян заразихи из новых высоковирулентных популяций, а также разных лет и мест сбора под влиянием корневых выделений сельскохозяйственных культур, не являющихся её хозяевами, и определение возможности применения их посевов в качестве провокационных для борьбы с заразихой.
Материалы и методы. Сотрудниками лаборатории иммунитета и электрофореза ВНИИМК была создана коллекция семян О. ситапа, собранных в течение последних 10 лет. Они различны по вирулентности и географическому происхождению. Объектом исследований послужили семена 8 популяций (табл. 1). Ранее нашими исследованиями было показано, что эти популяции отличаются по вирулентности (степени поражения дифференциатора, устойчивого к расе G).
Равное количество проростков каждого сорта одной культуры помещали корнями в 150 мл воды. В воде проростки выращивали в течение 5 дней при температуре 22-24 оС и естественном освещении. После этого воду, в которой находились корни, использовали как раствор корневых выделений. Наливали полученные растворы в чашки Петри, помещали туда кусочки поролона, накрытые фильтровальной бумагой, на которую насыпали семена заразихи (рис. 1).
Проращивание проводили в термостате при температуре 25 оС. На 10-й день учитывали количество проросших семян.
Рисунок 1 - Проращивание семян заразихи
в присутствии корневых выделений сельскохозяйственных культур
Таблица 1 — Происхождение популяций заразихи
*Степень
№ Место сбора Год сбора поражения дифференциатора, устойчивого к расе О
20 Ростовская обл., Константиновский район 2008 31
34 Ростовская обл., Белокалитвинский район 2008 36
37 Волгоградская обл., Волгоградский район 2008 11
38 Ростовская обл., Тацинский район 2008 35
40 Краснодарский край, ст. Копанская 2006 3
42 Ставропольский край, Светлоградский район 2005 5
43 Краснодарский край, Каневской район 2003 1
44 Европейская часть Турции 2008 4
15 количество клубеньков заразихи на 1 пораженное растение
Семена проращивали в корневых выделениях 22 гибридов кукурузы, 5 сортов сои, 2 сортов льна масличного, клещевины, горчицы сарепт-ской и белой, рапса озимого и ярового, сурепицы, вики, донника. Контрольное проращивание проводили под воздействием корневых выделений сорта подсолнечника ВНИИМК 8883.
Для получения корневых выделений семена перечисленных выше культур проращивали в рулонах увлажнённой фильтровальной бумаги в условиях термостата в течение 3-5 дней при температуре 25-26 оС. Отбирали 2-дневные проростки, корни которых достигали 2-3 см.
Результаты и обсуждение.
Корневые выделения 22 гибридов кукурузы по-разному стимулировали прорастание семян паразита (табл. 2). Выделялись гибриды Arobase, ЗПСК 341, PR39R 86. Всхожесть семян Константиновской популяции (№ 20) в их присутствии достигала 80 %, 73, 64 % соответственно. Семена других популяций заразихи также лучше прорастали под влиянием экссудатов из корней этих гибридов, чем других. В то же время корневые выделения гибридов ЛГ 2372 и Краснодарец 194 МВ вообще не вызвали прорастания семян из некоторых популяций заразихи, а из других всхожесть составила от 1 до 5 % (табл. 2).
В эксперименте были выдержаны равные условия при получении корневых выделений гибридов. Семена разных популяций заразихи (хранившиеся в замороженном состоянии для сохранения их всхожести) также помещали в одинаковые условия - одну чашку Петри с раствором корневых выделений одного гибрида.
Поэтому различия по указанным выше гибридам кукурузы, вызвавшим максимальное и минимальное прорастание семян заразихи, по-видимому, могут быть связаны с их сортовыми особенностями, например, как с разной концентрацией стимулятора, так и с наличием ингибитора в корневых выделениях. Известны сообщения (Brown et al., 1951; Mallet, 1973; Whitney, 1978), что возрастание концентрации экссудатов из корней растения-хозяина в жидком растворе способствовало увеличению доли проросших семян у сорных заразиховых до некоторого оптимального уровня, после чего наблюдалось торможение прорастания. Авторы объясняли это наличием в экссудатах не только стимулятора, но и ингибитора прорастания. Причём соотношение обоих компонентов могло варьировать в зависимости от сорта или разновидности хозяина.
Данные таблицы 2 показывают, что в корневых выделениях одного и того же гибрида прорастание семян заразихи из разных популяций было различным. Эти различия нельзя связать с разной всхожестью семян, так как все они имели 96-100 % прорастания в контрольном растворе корневых выделений подсолнечника.
Семена заразихи из Константиновского
района Ростовской области (№ 20) и из Каневского района Краснодарского края (№ 43) прорастали в наибольшем количестве. Следует отметить, что заразиха из этих популяций имеет разную вирулентность в отношении дифференциатора, устойчивого к расе G: № 43 слабую, а № 20 - сильную (степень поражения 1 и 31 соответственно). По-видимому, вирулентность заразихи в настоящее время никак не отражается на способности семян прорастать или не прорастать под влиянием выделений из корней кукурузы.
В то же время под воздействием экссудатов из корней всех гибридов кукурузы, представленных в таблице 2, всхожесть семян заразихи из Волгоградской области (№ 37) была слабой и варьировала от 0 до 10 %. Объяснить этот факт можно лишь нечувствительностью большинства семян этой популяции к экссудатам корней кукурузы.
Эксперимент был продолжен с гибридом PR39R 86, вызвавшим 64 % прорастания семян заразихи из наиболее вирулентной Константинов-ской популяции (№ 20). Пятидневные проростки этого гибрида помещали между двумя пластинами пенопласта, выстланными льняной тканью, скрепляли их между собой и помещали в сосуд с питательным раствором Кноппа, где выращивали в течение 20 дней. Общий вид экспериментальной установки с растениями кукурузы представлен на рисунке 2А. Через 4 дня выращивания пластины раскрывали, насыпали на растущие корни семена заразихи Константиновской популяции (№ 20) и вновь помещали в сосуд с питательным раствором. Растения выращивали в оптимальных условиях освещённости и температуры.
Через 21 день доля проросших семян заразихи составила 93 %. При этом проростки её проникали в поверхностные слои кортекса корней кукурузы. Однако далее развитие паразита прекращалось (рис. 2Б), стадия клубенька не наступала, а проростки бурели и погибали.
Этот эксперимент показал, что конкретно данный гибрид, а также Arobase и ЗПСК 341 можно применять в качестве провокаторов для очистки почвы от семян заразихи, в частности в Константиновском районе Ростовской области, где она имеет самую высокую степень ви-
Таблица 2 - Прорастание (%) семян заразихи из разных популяций под влиянием корневых выделений гибридов кукурузы
Гибрид Популяция заразихи, №
20 34 37 38 40 42 43 44
ПТК - 260 10 4 2 6 1 3 17 8
ЗПТК - 209 7 4 3 0 4 1 19 12
Delitop 3 0 0 0 2 28 8 2
Antares 21 2 0 6 0 1 46 1
НССЦ - 444 16 0 0 1 0 0 10 5
ZPTC 7 2 2 0 2 0 11 0
Краснодарец 194 МВ 1 1 0 0 1 2 5 4
ЛГ 2372 1 0 0 0 0 2 3 0
Arobase 80 21 5 17 6 8 59 21
Lexxor 3 7 0 0 1 1 25 3
Gabi 12 2 1 3 4 0 40 15
СЗТК 191 30 6 2 5 6 2 34 7
ЗПСК 434 2 1 1 0 1 0 26 2
ПТК - 260 14 6 2 8 1 2 25 11
MAS - 217 18 3 2 4 3 20 9 14
Dolar 50 10 5 10 20 10 50 20
PR39R 86 64 35 10 23 20 3 71 20
ЗПСК 341 73 47 5 10 30 53 50 20
Splendis 50 30 5 5 30 10 50 20
Celest 20 5 5 2 10 10 50 10
Galina 40 5 5 2 20 10 50 20
Derric 20 5 1 10 3 2 20 10
Подсолнечник 100 96 98 96 97 98 100 99
Рисунок 2 — А - растения кукурузы в экспериментальной установке для проращивания семян заразихи. Б - прорастание семян О. ситапа в присутствии корней (к) кукурузы и незначительное проникновение проростков в наружные слои коровой паренхимы (показано стрелками).
заразихи из разных популяций. Проростки заразихи способны проникать в корни кукурузы, однако погибают в наружных слоях кортекса. Гибриды Arobase, ЗПСК 341, PR39R 86 наиболее пригодны для использования их в качестве провокационных посевов при уничтожении семян заразихи в почве. Однако действие гибридов избирательно и необходимо проводить предварительное тестирование того, как влияют экссудаты их корней на способность к прорастанию семян заразихи, собранных на каждом конкретном поле.
рулентности. Говорить о возможности применения для такой цели других гибридов кукурузы можно только после предварительного изучения реакции семян заразихи из конкретных мест сбора на экссудаты из конкретных гибридов, что не представляет особой сложности. Поскольку это экологически чистый способ очистки почвы от заразихи, то его можно взять на вооружение там, где удаётся получать высокие урожаи кукурузы.
Корневые выделения масличных культур, которые тоже были использованы в нашем эксперименте, также оказали различное влияние на прорастание семян изучаемых популяций заразихи. Семена этих популяций не прорастали в присутствии корневых выделений клещевины, озимого рапса, донника, вики и сорта сои Лакта. Доля проросших семян была невысока в целом и на экссудатах из корней других культур (табл. 3), составляя от 0 до 10 %. Это показывает, что сортимент культур, приведенный в таблице 3, непригоден для глубокой очистки полей от семян заразихи.
Таким образом, семена изученных популяций заразихи имеют разную чувствительность к воздействию корневых выделений гибридов кукурузы и ряда масличных культур, что не связано с их вирулентностью. Гибриды кукурузы различаются по способности их корневых выделений вызывать прорастание семян зара-
Таблица 3 — Прорастание семян заразихи (%)
в присутствии корневых выделений масличных культур
Культура, сорт Популяция заразихи, №
20 34 37 38 40 42 43 44
Сурепица озимая 2 0 0 0 0 0 2 0
яровая 10 2 0 2 5 5 10 5
Горчица сарепт-
ская
Росинка 10 2 3 2 3 5 5 2
Горчица белая Колла 0 4 0 0 0 0 0 2
Рапс
яровой 0 0 0 2 0 0 2 1
Соя
Лира 0 0 0 0 0 1 3 0
Лакта 0 0 0 0 0 0 0 0
Вилана 0 0 0 0 0 0 1 5
Фора 0 1 0 0 0 0 0 1
Парма 7 5 0 1 0 0 2 5
Лён
ВН 620 2 0 0 0 0 10 0 0
ВН 630 1 0 0 0 0 5 0 0
Подсолнечник
ВНИИМК 8883 100 96 98 96 97 98 100 99
Список литературы
1. Антонова. Т.С. Вирулентность популяций заразихи на подсолнечнике в регионах Северного Кавказа / Т.С. Антонова, Н.М. Арасланова, С.З. Гучетль, Е.Н. Трембак, Т.А. Челюстникова, С.А. Рамазанова // Вестник
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (146-147), 2011
Россельхозакадемии. - 2009. - №.3. - С. 66-69.
2. Антонова, Т.С. Развитие гаустория заразихи подсолнечной (Orobanche rnmana Wallr.) и защитная реакция у иммунных форм подсолнечника /Т.С. Антонова // Дисс. канд. биол. наук. - Краснодар, 1978. - 146 с.
3. Бейлин, И.Г. О взаимоотношениях O. rnmana и подсолнечника / И.Г. Бейлин // Растение и среда. - М.: АН СССР, 1940. - Т.1. -
C.175-192.
4. Бейлин, И.Г. Цветковые полупаразиты и паразиты / И.Г. Бейлин. - М.: Наука, 1968. - 118 с.
5. Терёхин, Э.С. Репродуктивная биология сорных заразиховых / Э.С. Терёхин. - Л.: Наука, 1988. - 128 с.
6. Brown, R. The stimulation of Orobanche minor Sm. I. Assay Technique and bulk preparation of the stimulant / R. Brown, A.D. Greenwood, A.W. Johnson, A.G. Long // Biochem. J. -1951. - Vol. 48. - P. 559-568.
7. Plakhine, D. Ecophysiological consideration of Orobanche cumana germination / D. Plakhine,
D.M. Joel // Helia. - 2010. - Vol. 33. - P. 13-18.
8. Labrousse, P. Several mechanisms are involved in resistance of Helianthus to Orobanche cumana Wallr. / P. Labrousse, M.S. Arnaud, H. Serieys, A. Berville, and P. Thalouan // Ann. Bot. - 2001.88. - P. 859-868.
9. Beck-mannagetta, G.R. Monographie der Gattung Orobanche / G.R. Beck-mannagetta // Biol. Bot. - 1890. - Bd 19. - S. 1-275.
10. Шрейнер Я.Ф. подсолнечная заразиха (Orobanche cumana Wallr.) и способы борьбы с нею / Я.Ф. Шрейнер // СПб., 1904 28 с.
11. Chabrolin, C. La germination des grains d' Orobanche / C. Chabrolin // C.r. Acad. sci.A (France). 1934. Vol. 198. P. 2275-2277.
12. Kadry, A.E. Seed germination in Oro-banche crenata Forsk / A.E. Kadry, H. Tewfic // Sven. bot.tidskr. 1956 Bd 50, N 2. S. 270-286.
13. Vaucher, J.P. Monographie des Orobanches / J. P.Vaucher // Geneve. - Paris, 1827. -172 р.
14. Schacht, H. Beiträge zur Anatomie und Phsiologie der Gewäsche / H.Schacht // Berlin, 1854. - 1-329.
15. Плачек, E№. Подсолнечник / E.M. Пла-чек, А.И. Стебут // Тр. Саратовской с-х. опытной станции. - 1915. - Вып. 5. - С. 1-67.
16. Lindley, J. The wegetable Kingdon / J. Lindley // 1853. 3 rd edn. Bradburg et Evans, London.
17. Koch, L. Die Entwicklungs gechichte der Orobanchen mit besonderer Berücksichtung ihrer Beziehungen zu den Kulturpflanzen / L. Koch. -Heidelberg, 1887. - S. 1-389.
