CC BY
89
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11111 УДК: 631.52.635-2
распространение стеблевой ржавчины на Северном кавказе и иммунологическая характеристика ряда сортов озимой пшеницы
к патогену
Г. в. волковА, доктор биологических наук, зав. лабораторией (e-mail: [email protected]) о. А. кУдиновА, научный сотрудник о. о. Мирошниченко, младший научный сотрудник
Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений, Краснодар, п/о 39, 350039, Российская Федерация
Резюме. На территории России стеблевая ржавчина ежегодно встречается в основных зернопроизводящихрегионах: Северном Кавказе, Западной Сибири, Поволжье. Учитывая близость Северо-Кавказского региона к Ближнему Востоку и Закавказью, угандийская (Ug 99) раса TTKSK представляет для региона наибольшую опасность. Поэтому ежегодные мероприятия по мониторингу распространения и прогнозу стеблевой ржавчины в Северо-Кавказском регионе особенно актуальны для предотвращения возможных эпифитотий. Цель работы - оценить распространение Puccinia graminis на производственных и селекционных посевах озимой пшеницы в Северо-Кавказском регионе России, а также охарактеризовать устойчивость перспективных сортов озимой пшеницы к местной популяции возбудителя стеблевой ржавчины. В 2016-2018гг. проведен мониторинг посевов пшеницы в 5 агроклиматических зонах Северного Кавказа, выявлены распространение и степень развития болезни, изучена устойчивость к P. graminis 11 перспективных сортов пшеницы в условиях искусственного инфекционного фона и оценена вредоносность патогена. Критериями устойчивости служили тип реакции растений в баллах, степень поражения в процентах. Инокуляцию растений, учет типа реакции, степени развития и подсчет потерь урожая осуществляли по стандартным методикам. Болезнь в регионе проявляется очагами и ежегодно регистрируется в Кировском районе Ставропольского края с максимальным развитием 30 %. По результатам иммунологической оценки сорт Стан, потери урожая которого не превышали 4,5 %, проявил высокую устойчивость, сорта Адель, Антонина и Уруп -умеренно устойчивы (потери урожая 11,2... 12,3%), остальные сорта были в разной степени восприимчивы к патогену (потери урожая 11,7.23,1%). Сорта, показавшие устойчивую реакцию к P. graminis в условиях искусственного инфекционного фона и сохраняющие свою урожайность, рекомендованы к широкому использованию в производстве в зонах постоянного проявления патогена и как источники устойчивости для включения в селекционные программы.
Ключевые слова: озимая пшеница, стеблевая ржавчина, Puccinia graminis, распространение, развитие болезни, сорта, устойчивость.
Для цитирования: Волкова Г.В., Кудинова О.А., Мирошниченко О.О. Распространение стеблевой ржавчины на Северном Кавказе и иммунологическая характеристика ряда сортов озимой
пшеницы к патогену //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 10. С. 43-45. DOI: 11.24411/0235-2451-2018-11111.
Стеблевая ржавчина, вызываемая грибом Puccinia graminis Реге. ^ sp. Мйа, - одно из наиболее вредоносных заболеваний озимой пшеницы. Патоген вызывает множество разрывов эпидермиса стебля. При очень сильном развитии растений возможно полегание посевов пшеницы, резко снижается урожай вследствие так называемого истекания зерна. В отличие от других видов ржавчин, только этот патоген способен вызвать гибель растения (рис. 1) [1].
Большинство усилий по борьбе с Р. graminis исторически были сосредоточены на сортах, устойчивых к патотипам гриба. С 1960-х гг. до недавнего времени эта стратегия позволяла контролировать болезнь во многих странах мира [2].
Появление в Восточной Африке в 1999 г. новой вирулентной расы ТТ^К (ид99), которая быстро распространилась в сопредельные страны, создает все большую угрозу мировому производству пшеницы [3]. Вредоносность этой расы объясняется ее вирулентностью к гену Sr31, который обеспечивал эффективную защиту сортов пшеницы от патогена последние 30 лет. Раса ТТ^К была обнаружена в Кении в 2004 г., в Эфиопии в 2005 г., в Йемене и Судане в 2006 г., а вирулентность для Sr31 была обнаружена в Иране в 2007 г. [4]. К тому же, менее чем за пять лет, появились дополнительные вариации патотипов в пределах опасной расы, которые были вирулентны к Sr24 и Sr36 [5]. В последние годы в нескольких африканских странах было выявлено в общей сложности 13 вариантов ид99, а доля сортов и линий, неустойчивых к опасной расе и ее вариантам, возрастает [6].
На территории России стеблевая ржавчина ежегодно встречается в основных зернопроизводящих регионах: Северном Кавказе [7, 1], Западной Сибири [8], Поволжье [9]. Так, в 2013 и 2014 гг. на полях Саратовской области в условиях эпифитотии были обнаружены изоляты, поражающие моногенную линию с геном Sr31 с типом реакции 3 балла и степенью поражения 50 % [10]. В связи с изложенным, ежегодный мониторинг стеблевой ржавчины в Северо-Кавказском регионе особенно актуален для предотвращения возможных эпифитотий.
рис. 1. Поражение листьев, стебля и колоса пшеницы стеблевой ржавчиной (оригинальное фото) Достижения науки и техники АПК. 2018. Т 32. № 11 - 43
Цель работы - оценить распространение P. graminis в Северо-Кавказском регионе России и охарактеризовать устойчивость перспективных сортов озимой пшеницы к местной популяции возбудителя стеблевой ржавчины.
Условия, материалы и методы. В качестве инфекционного материала использовали образцы урединиоспор, собранные в результате маршрутных обследований в 2015-2017 гг. в Краснодарском, Ставропольском краях и Ростовской области.
Материалом для иммунологической оценки служили 9 перспективных сортов озимой пшеницы селекции НЦЗ им. П. П. Лукьяненко (Стан, Адель, Антонина, Баграт, Доля, Лауреат, Табор, Уруп, Этнос,) и 2 сорта из АНЦ «Донской» (Гелиос, Губернатор Дона).
По тепло- и влагообеспеченности условия вегетационных сезонов, в том числе в мае, в 2016-2018 гг., когда проводили полевые эксперименты, были благоприятными для развития стеблевой ржавчины пшеницы.
Маршрутные обследования посевов пшеницы для оценки распространения патогена проводили в конце мая - начале июня в 5 агроклиматических зонах Северного Кавказа, выделенных по ряду параметров, основные из которых - среднесуточные значения температур и суммы осадков в вегетационный период. При сборе инфекционного материала растения обследовали в десяти точках, расположенных по диагонали поля на примерно равном расстоянии одна от другой. На селекционных посевах оценивали каждую делянку в четырех повторностях. Распространение болезни рассчитывали по общепринятой методике [11] по формуле:
Р = п-100/М,
где Р - распространенность болезни на поле, %; N -общее количество учтенных растений, шт.; п - количество больных растений, шт.
Для оценки интенсивности развития болезни использовали шкалу Петерсона.
Иммунологическую оценку сортов проводили на опытном поле ВНИИБЗР в 2016-2018 гг. на искусственном инфекционном фоне по методике Анпилоговой, Волковой (2000) [12].
Фитопатологические критерии для иммунологической оценки сортов озимой пшеницы - тип реакции растений в баллах и степень поражения в процентах. Инокуляцию растений осуществляли в начале мая, в фазе колошения ^ 58-59) [12]. Первичное проявление болезни фиксировали на 10...12 сут после инокуляции, максимальное развитие отмечали в период молочно-восковой спелости зерна ^ 79). Степень поражения и тип реакции определяли по существующим методикам, при этом использовали следующую шкалу оценки: 0 - нет пятен или урединий; TR - незначительный уровень уреди-ний; R - мелкие урединии с некрозом; М - смесь мелких и крупных урединий с хлорозом; MR - умеренный размер урединий с некрозом; MS - умеренный размер урединий с хлорозом; S - крупные урединии [13].
Потери урожая для оценки вредоносности стеблевой ржавчины выявляли путем сравнения массы зерна с 1 м2, собранного с пораженной и контрольной (защищенной фунгицидом) делянок. Подсчет проводили по формуле [14]:
А = (Ук - У0 / Ук) х 100,
где А - потеря урожая с 1 м2, %; Уо - масса 1000 зерен в опыте, г; Ук - масса 1000 зерен в контроле, г.
Результаты и обсуждение. Распространение и развитие стеблевой ржавчины пшеницы в СевероКавказском регионе носит очаговый характер. Ежегодно болезнь находили в южной предгорной агроклиматиче-
44 -
ской зоне (Кировский район Ставропольского края). В 2016 г. погодные условия были особенно благоприятны для гриба, среднее развитие патогена составило 5 %, максимальное - 30 % в очагах с типом реакции 3.4 балла. В 2017 г. стеблевая ржавчина зафиксирована также в центральной (Крыловский район Краснодарског края) зоне со степенью развития болезни до 1 % и типом реакции 1.2 балла. В 2018 г. заболевание отмечено только в Кировском районе, с типом реакции 2 балла и максимальным развитием 10 %.
Кировский район расположен на юге Ставропольского края в зоне достаточного увлажнения, что в сочетании с теплым климатом способствует развитию патогена. Также очень важно для развития стеблевой ржавчины наличие промежуточного хозяина барбариса, который широко распространен именно в этом районе. На листьях барбариса происходит прорастание телиоспор гриба весной и образование эцидий. Это ведет к раннему возобновлению инфекции фитопатогена и на пшенице.
Иммунологическая оценка перспективных сортов озимой пшеницы относительно стеблевой ржавчины показала (см. табл.), что в разные годы степень их поражения изменялась в зависимости от погодных условий. Максимальная в опыте степень поражения (60.90 % с типом реакции 3.4 балла) зафиксирована у сортов Гелиос и Лауреат, а минимальная (10.15 % с типом реакции 1 балл) - у сорта Стан.
Таблица. Иммунологическая оценка сортов озимой пшеницы относительно северокавказской популяции возбудителя стеблевой ржавчины и вредоносность патогена (опытное поле ВНИИБЗР, среднее за 2016-2018 гг.)
Сорт Поражен-ность, % (индекс по шкале CIMMIT) Урожайность, г/м2 Снижение урожайно-сти, %
контрольный участок* инфекционный участок
Стан 10 726 693 4,5
Адель 20 (1Ш) 749 665 11,2
Антонина 15 (1Ш) 730 640 12,3
Уруп 15 (1Ш) 711 623 12,3
Баграт 25 (1Ш) 722 637 11,7
Табор 25 (1^) 715 623 12,9
Губернатор
Дона 20 (1^) 721 624 13,4
Этнос 30 (1^) 750 634 15,5
Доля 60 733 567 22,6
Лауреат 80 717 562 21,6
Гелиос 70 695 534 23,1
*на фоне применения фунгицида.
По результатам проведенной оценки, сорта ранжированы по степени устойчивости к патогену следующим образом (рис. 2):
устойчивые со степенью поражения до 10 % и типом реакции 1 балл ^ по шкале С1ММ1Т) - Стан;
Рис. 2. Распределение сортов озимой пшеницы по степени устойчивости к северокавказской популяции возбудителя стеблевой ржавчины: ■-среднеустойчивые; -средневос-приимчивые; ■ - восприимчивые.
_ Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. №11
среднеустойчивые со степенью поражения 10.. .20 % и типом реакции 1.2 балла (MR) - Адель, Антонина, Уруп. При этом у сорта Адель отмечено изменение типа реакции на заражение патогеном, что может указывать на его постепенную потерю устойчивости;
средневосприимчивые со степенью поражения 20.50 % и типом реакции 2.3 балла (MS) - Баграт, Губернатор Дона, Табор, Этнос;
восприимчивые со степенью поражения более 50 % и типом реакции 3 балла (S) - Доля, Гелиос, Лауреат.
Как известно, существует прямая зависимость между интенсивностью развития болезни и недобором урожая. При этом P. graminis наиболее вредоносен, по сравнению с возбудителями других видов ржавчин. По результатам нашим исследований общая тенденция увеличения недобора урожая с возрастанием степени поражения сортов стеблевой ржавчиной сохраняется. Минимальная потеря урожая (4,5 %) отмечена у устойчивого к патогену сорта
Стан. В группе среднеустойчивых сортов (Адель, Антонина, Уруп) потери урожая составляли 11,2.12,3 %, в группе средневосприимчивых (Баграт, Губернатор Дона, Табор, Этнос) - 11,7.15,5 %, в группе восприимчивых (Доля, Лауреат, Гелиос) - 21,6.23,1 %.
выводы. В результате маршрутных обследований посевов озимой пшеницы на территории Северного Кавказа установлено, что стеблевая ржавчина ежегодно регистрируется в южной предгорной агроклиматической зоне (в Кировском районе Ставропольского края) с максимальным развитием в 2016 г. 30 %, и периодически - в центральной зоне (Крыловской район Краснодарского края). Патоген очень вредоносен -потери урожая на восприимчивых сортах превышали 20 %. Для предотвращения возможных эпифитотий в зонах постоянного проявления стеблевой ржавчины, целесообразно возделывать устойчивые и среднеу-стойчивые сорта озимой пшеницы.
Литература.
1. Создание исходного материала яровой мягкой пшеницы для селекции на устойчивость к стеблевой ржавчине (Puccinia graminis Pers. f. sp. tritici), в том числе и к расе Ug99, в России / И.Ф. Лапочкина, О.А. Баранова, В.П. Шаманин и др. // Вави-ловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. № 3. С. 320-328. DOI: 10.18699/VJ16.167.
2. The Emergence of Ug99 Races of the Stem Rust Fungus is a Threat to World Wheat Production / R. P. Singh, D. P. Hodson, J. Huerta-Espino et al. //Annual Review of Phytopathology. 2011. Vol. 49. P. 465-481. DOI: 10.1146/annurev-phyto-072910-095423.
3. Right-Sizing Stem Rust Research/P. G. Pardey, J. B. Beddow, D. J. Kriticos et al. //Science. 2013. Vol. 340. P. 147-148. DOI: 10.1126/science.340.6138.1288-c/
4. Detection of wheat stem rust (Puccinia graminis f. sp. tritici) race TTKSK(Ug99) in Iran // K. Nazari, M. Mafi, A. Yahyaoui et al. / Plant Disease. 2009. Vol. 93. P. 317-317.
5. The global cereal rust monitoring system // D.P. Hodson, K. Cressman, K. Nazari et al. // In: Proceedings of Oral Papers and Posters, Technical Workshop, BGRI, Cd. Obregón, Sonora Mexico. 2009. P. 35-46.
6. Emergence and spread of new races of wheat stem rust fungus: continued threat to food security and prospects of genetic control/R.P. Singh, D.P. Hodson, Y. Jin, E. S. Lagudah, et al. //Phytopathology. 2015. Vol. 105. P. 872-884. DOI: 10.1094/PHYTO-01-15-0030-FI.
7. Волкова Г.В., Синяк Е.В. Стеблевая ржавчина пшеницы// Защита и карантин растений. 2011. № 11. С. 14-16.
8. Селекция яровой мягкой пшеницы на устойчивость к местной популяции и к вирулентной расе UG99 стеблевой ржавчины в условиях Западной Сибири / В.П. Шаманин, А.И. Моргунов, Я. Манес и др.// Вестник ВОГиС. 2010. Т. 14. № 2. С. 223-231.
9. Маркелова Т.С. Фитосанитарная ситуация в агроценозе злаковых культур Поволжья // Защита и карантин растений. 2015. № 5. С. 22-23.
10. Вероятная угроза распространения расы UG99 Puccinia graminis f. sp. tritici пшеницы на Юго-Востоке России / С.Н. Сибикеев, Т.С. Маркелова, Э.А Баукенова и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2016. № 1. С. 18-20.
11. Санин С.С. Фитосанитарная экспертиза зерновых культур: рекомендации. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2002. 140 c.
12. Анпилогова Л. К., Волкова Г. В. Методы создания искусственных инфекционных фонов и оценки сортообразцов пшеницы на устойчивость к вредоносным болезням (фузариозу колоса, ржавчинам, мучнистой росе): Методические рекомендации. Краснодар: РАСХН. ВНИИБЗР, 2000. 28 с.
13. Roelfs A.P., Singh R.P., Saari E.E. Rust deseases of wheat: concepts and methods management. Mexico: CIMMIT, 1992. 81 р.
14. Методы селекции и оценки устойчивости пшеницы и ячменя к болезням в странах - членах СЭВ /Л. Бабаянц, А. Меш-терхази, Ф. Вехтер и др. Прага: Координационный центр, 1988. 321 с.
Spread of Stem Rust in the North Caucasus and Immunological Characteristic of Some Winter Wheat Varieties with Respect to the Pathogen
G.V. Volkova, O.A. Kudinova, O.O. Miroshnichenko
All-Russian Research Institute of Biological Plant Protection, Krasnodar, p/o 39, 350039, Russian Federation Abstract. On the territory of Russia, stem rust occurs annually in the main grain-producing regions: the North Caucasus, Western Siberia, the Volga region. Given the proximity of the North Caucasus region to the Middle East and Transcaucasia, the Ugandan (Ug 99) race TTKSK poses the greatest danger to the region. Therefore, annual measures to monitor the spread and forecast of stem rust in the North Caucasus region are particularly relevant to prevent possible epiphytoty. The purpose of this work was to describe the distribution of Puccinia graminis on production and breeding crops of winter wheat in the North Caucasus region of Russia, as well as to characterize the stability of promising cultivars of winter wheat to the local population of the stem rust agent. In 2016-2018, the monitoring of wheat crops in five agro-climatic zones of the North Caucasus was carried out; the spread and degree of development of the disease were revealed; the resistance of 11 promising varieties of wheat to P. graminis was studied under conditions of an artificial infectious background. Resistance criteria were the type of reaction of plants in points and the degree of damage in percent. Inoculation of plants, accounting of the type of reaction, the degree of development and crop loss calculation were carried out by standard methods. It was established that in the region the disease manifests itself locally and is annually registered in Kirov district of Stavropol Krai with a maximum development of 30%. The results of the immunological evaluation revealed that Stan cultivar showed a stable resistant, the loss of its yield did not exceed 4.5%. Adele, Antonina, Urup cultivars were moderately resistant (their yield losses were 11.2-12.3%). Other varieties were susceptible to the pathogen to varying degrees; their yield losses were 11.7-23.1%. Varieties, resistant to P. graminis under conditions of the artificial infectious background and maintaining their yield, are recommended for cultivation in areas of permanent manifestation of the pathogen and for the inclusion in breeding programs as the sources of resistance. Keywords: winter wheat; stem rust; Puccinia graminis; distribution; disease development; varieties; resistance. Author Details: G.V. Volkova, D. Sc. (boil.), head of laboratory (e-mail: [email protected]); O.A. Kudinova, research fellow; O.O. Miroshnichenko, junior research fellow.
For citation: Volkova G.V., Kudinova O.A., Miroshnichenko O.O. Spread of Stem Rust in the North Caucasus and Immunological Characteristic of Some Winter Wheat Varieties with Respect to the Pathogen. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 11. Pp. 43-45(in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11111.
Достижения науки и техники АПК. 2018. Т 32. № 11
45
