CC BY
1
ISSN pr. 2412-608Х, ISSN on. 2412-6098 Масличные культуры. Вып. 3 (199). 2024
Агрохимия, агропочвоведение, защита и карантин растений
Научная статья
УДК 633.854.78:582.284.21
DOI: 10.25230/2412-608Х-2024-3-199-40-45
Реакция разных генотипов подсолнечника на искусственное заражение возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein. в условиях фитотрона
Нина Михайловна Арасланова Татьяна Сергеевна Антонова Светлана Леонидовна Саукова Мария Вячеславовна Ивебор
ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. им. Филатова, д. 17
Тел.: (861) 275-86-53
Аннотация. В связи с разнообразием вирулентных биотипов возбудителя ржавчины, наблюдающимся в последние годы, возникает необходимость проведения скрининга современных генотипов подсолнечника на устойчивость к ним с применением инокулята монопустульного происхождения. Искусственное заражение растений урединио-спорами монопустульных изолятов определённых биотипов возбудителя ржавчины даёт возможность всесторонне изучить реакцию анализируемых генотипов подсолнечника. Известно, что защитные механизмы растений при инвазии патогена проявляются в зависимости от вирулентности паразита, величины инфекционной нагрузки, от условий внешней среды и физиологического состояния растений. А различия в степени поражения и в типе проявления реакции при искусственном заражении растений являются показателями генетической разнородности по признаку устойчивости. Цель работы - разработать шкалу для определения типа реакции растений подсолнечника на искусственное заражение в условиях фитотрона мо-нопустульным споровым инокулятом биотипа P. helianthi с кодом вирулентности 700 и оценить возможность её использования для иммунологической характеристики разных генотипов. Разрабо-
танная шкала даёт возможность дифференцировать генотипы подсолнечника по степени поражения и таким образом выявить образцы, отличающиеся своей реакцией от сильнопоражаемых. Приведённые иллюстрации признаков поражения растений упрощают классификацию степени восприимчивости образцов подсолнечника. Выделенные с применением шкалы среднеустойчивые генотипы 1-28, 1-25 и 2-16 могут быть использованы в качестве исходного материала в селекции на устойчивость к ржавчине.
Ключевые слова: подсолнечник, генотип, тип реакции, шкала, возбудитель ржавчины, биотип, инокулят монопустульного происхождения, уреди-ниоспоры
Для цитирования: Арасланова Н.М., Антонова Т.С., Саукова С.Л., ИвеборМ.В. Реакция разных генотипов подсолнечника на искусственное заражение возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein. в условиях фитотрона // Масличные культуры. 2024. Вып. 3 (199). С. 40-45.
UDC 633.854.78:582.284.21
Reaction of the different sunflower genotypes on artificial inoculation by rust pathogen Puccinia helianthi Schwein. in phytotron Araslanova N.M., leading researcher, PhD in agriculture Antonova T.S., chief researcher, doctor of biology Saukova S.L., senior researcher, PhD in biology Iwebor M.V., leading researcher, PhD in agriculture
V.S. Pustovoit All-Russian Research Institute of Oil Crops
17 Filatova str., Krasnodar, 350038 Russia Те1: (861) 275-86-53 [email protected]
Abstract. In recent years, we can observe the diversity of virulent biotypes of rust pathogen. Therefore, it is necessary to screen the modern sunflower genotypes for resistance to such biotypes using a monopustule inoculant. The artificial inoculation of plants by uredini-ospores of monipustule isolates of certain rust biotypes enables to study comprehensively reaction of analyzed sunflower genotypes. It is known, that protection mechanism at pathogen invasion depends on a parasite virulence, a volume of an infection level, environmental conditions, and a physiological state of plants. The differences in affection level and a type of reaction under artificial inoculation of plants are markers of genetic heterogeneity by a trait of resistance. The purpose of the work was to develop a scale for determination of a reaction type of sunflower plants under the artificial inoculation by the monopustule spore isolate of P. helianthi biotype 700 in phytotron and to estimate a possibility to use it for immunological characteristics of the different sunflower genotypes. The developed scale
can be used for the differentiation of sunflower genotypes by an infection level and then to select samples, which are differed by their reaction from the strongly infected. The presented pictures illustrate symptoms of plant infection and make it easy to classify a level of susceptibility of sunflower samples. Using the scale, we selected the middle resistant 1-28, 1-25, and 2-16, which can be used as initial material in breeding for resistance to rust.
Key words: sunflower, genotype, reaction type, scale, rust pathogen, monopustule inoculant, uredini-ospores
Введение. Один из основных факторов, снижающих урожай и качество семян подсолнечника, - болезни. Ржавчина, возбудителем которой является облигатный паразит - базидиальный гриб Puccinia helianthi Schwein., известна со времён начала истории культуры подсолнечника. Потери урожая при её развитии в зависимости от степени поражения могут достигать 40 % [1]. Она в очередной раз становится препятствием на пути производства семян главной масличной культуры РФ. По данным Российского сельскохозяйственного центра, в Саратовской, Пензенской, Волгоградской, Ульяновской, Оренбургской областях, Алтайском и Ставропольском краях в 2021 г. наблюдались локальные участки с эпифитотийным развитием болезни [2]. В Волго-Уральском регионе снижение урожайности семян подсолнечника достигало 30 % в зависимости от возделываемых гибридов и их устойчивости к ржавчине [2]. В условиях Краснодарского края в период 2007-2017 гг. отмечалось ежегодное поражение растений сортов подсолнечника возбудителем ржавчины. Распространённость болезни достигала 52 % [3]. Селекция на устойчивость к возбудителю ржавчины P. helianthi ведётся с начала XIX века. Первым успехом в результате многолетних отборов в РФ были сорта с низкой степенью поражения и поздним появлением спороношения [4]. В 80-е годы прошлого века был создан селекционный материал, в том числе и сорт Кремний, устойчивый к распространённой в те годы расе 1 (100 по современ-
ной номенклатуре) [5; 6]. Однако со временем в ходе сопряжённой эволюции подсолнечника и возбудителя ржавчины появились новые, более вирулентные биотипы паразита, которые сумели преодолеть действие генов устойчивости возделываемого сортимента. Методы селекции устойчивых к ржавчине сортов подсолнечника в прошлом веке предусматривали использование для искусственного заражения смеси урединиоспор полевых изоля-тов Р. ЪвИапШ из разных регионов [5]. В период 2017-2023 гг. в различных регионах РФ были выявлены 27 новых, различающихся по вирулентности биотипов Р. ЪеИаЫЫ. Среди них биотип с кодовым номером 700, который был обнаружен во всех обследованных регионах и составлял 50 % совокупной выборки изолятов [7]. В связи с разнообразием вирулентных биотипов возбудителя ржавчины, наблюдающимся в последние годы, возникает необходимость корректировать методы оценки устойчивости.
Целью исследования было разработать шкалу для определения типа реакции растений подсолнечника на искусственное заражение в условиях фитотрона монопу-стульным споровым инокулятом биотипа Р. ЪвИапШ с кодом вирулентности 700 и оценить возможность её использования для иммунологической характеристики разных генотипов.
Материалы и методы. Исследования проводили в лаборатории иммунитета ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК. В качестве ино-кулята для искусственного заражения растений использовали биотип монопустуль-ного происхождения с вирулентным кодом 700 как преобладающий в выборке изолятов. Получение и размножение чистых клонов урединиоспор описано нами ранее [8].
Объектом исследования были 10 генотипов подсолнечника разного происхождения, включая контрольный восприимчивый образец. Семена высевали рядами в цветочные ящики вместимостью 6 кг
почвы и помещали в камеру искусственного климата, где растения выращивали при температуре 25 оС днём и 23 оС ночью при 16-часовом фотопериоде до появления второй пары настоящих листьев. Для заражения использовали по 10 растений каждого образца. Инокулят готовили, помещая жизнеспособные урединиоспоры биотипа 700 в воду из расчёта 1 мг на 10 мл воды. С помощью камеры Горяева подсчитывали количество урединиоспор в суспензии. Доводили до оптимальной концентрации 100-110 тыс. в 1 мл воды. Согласно методике, разработанной в 80-е годы прошлого века, такое количество урединиоспор необходимо для 100 % поражения контрольного образца [5]. Полученную суспензию наносили опрыскиванием на поверхность влажных листьев экспериментальных растений. Заражённые растения помещали во влажную камеру на 24 часа при температуре 20 оС. Затем выращивали в прежних климатических условиях. Полив осуществляли ежедневно. Через шесть суток после заражения наблюдали появление первых признаков поражения на листьях. На 10-е сутки от заражения учитывали количество поражённых растений, количество пустул на листьях и классифицировали в соответствии с их реакциями по предложенной нами шкале. Для статистической обработки использовали метод дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова [9].
Результаты и обсуждение. Искусственное заражение растений урединио-спорами монопустульных изолятов определённых биотипов даёт возможность всесторонне изучить реакцию анализируемых генотипов подсолнечника. Известно, что защитные механизмы растений при инвазии патогена проявляются в зависимости от вирулентности паразита, величины инфекционной нагрузки, условий внешней среды и физиологического состояния растений. А различия в степени поражения и в типе проявления реакции при искусственном заражении растений являются показателями генетической разнородности по признаку устойчивости [10].
Первая шкала для определения рас P. graminis была составлена Стэкменом и опубликована в 1959 г. [10]. В 1986 г. Yang S.M. et al. применили эту шкалу для идентификации расовой принадлежности P. helianthi на подсолнечнике [11], а Gulya and Masirevic модифицировали её в 1996 г. [12]. Приводим её для сравнения: 0 - иммунитет, отсутствие урединий; 1 - очень устойчивый, очень маленькие пустулы (0,2 мм), скудно спорулирующие; 2 -устойчивый, небольшие (< 0,4 мм), слабо спорулирующие пустулы; 3 - восприимчивый, пустулы 0,4-0,6 мм в диаметре; 4 -очень восприимчивый, пустулы > 0,6 мм) [12]. Мы разработали шкалу учёта типа реакции растений подсолнечника в фазе двух пар настоящих листьев на 10-е сутки после искусственного заражения возбудителем. От вышеизложенной она отличается тем, что наряду с состоянием уреди-ний и их размером учитывается степень поражения (среднее количество урединий на листе), что даёт возможность дифференцировать восприимчивый и выявлять генетически разнородный материал подсолнечника. Шкала иллюстрирована фотографиями с признаками поражения растений, которые соответствуют приведённым типам реакции (табл. 1).
Все экспериментальные растения изученных генотипов поразились возбудителем ржавчины биотипа 700, но различались между собой по степени поражения (табл. 2).
Образцы 1-28, 1-25 и 2-16 по типу иммунологической реакции оценены как среднеустойчивые. При 100 %-ном поражении растений среднее количество пустул на листе этих образцов составляло 2,7, 7,1 и 7,7 шт. соответственно. Ко времени учёта формировались мелкие уреди-нии с хлоротичным пятном. Генотипы 119, 2-11 и 2-18 показали себя как средне-восприимчивые. Пустулы размером 0,2 мм со слабой споруляцией, их количество соответствовало баллу 4. Образцы 2-15 и 1 -27 поразились со степенью, превышающей поражение контрольного варианта. Они были отнесены к сильно восприимчивым (рисунок).
Таблица 1
Шкала иммунологической реакции растений подсолнечника на заражение возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein.
Балл Тип реакции растений подсолнечника Степень поражения листьев подсолнечника после заражения возбудителем ржавчины Р. НвИалМ Признаки поражения на листьях подсолнечника
0 Иммунный, высокоустойчивый Отсутствие видимой реакции на заражение &
1 Устойчивый Пустулы отсутствуют, мелкие, светлые точечные пятна в местах попадания спор на лист SP
2 Среднеустой-чивый Мелкие пустулы в количестве до 10, часто без спороноше-ния (не вскрываются)
3 Слабовосприимчивый Мелкие и средние пустулы в количестве больше 10, хлоро-тичные пятна L.J
4 Средневоспри-имчивый Средние отдельные пустулы диаметром 0,2 мм в количестве больше 20 со слабой спо-руляцией t Ш
5 Восприимчивый Крупные, бархатистые пустулы диаметром 0,4 мм в количестве от 30 до 40, зрелые урединио-споры свободно высыпаются, наблюдаются сливающиеся хлоротичные пятна
6 Сильно восприимчивый Крупные бархатистые сливающиеся пустулы диаметром 0,6 мм с небольшим хлоро-тичным пятном или без него, обильно спорулирующие, в количестве больше 40 Uli
Таблица 2
Результаты оценки иммунологической реакции растений разных генотипов подсолнечника на искусственную инокуляцию спорами биотипа 700 Puccinia helianthi Schwein.
*Генотип, № Поражено, % Среднее количество пустул на листе, шт. Степень поражения, балл Тип реакции
1-19 100 22,6 ± 5,4 4 Средневосприимчивый
1-20 100 36,7 ± 9,1 5 Восприимчивый
1-25 100 7,7 ± 2,1 2 Среднеустойчивый
1-27 100 44,6 ± 9,4 6 Сильновосприимчивый
1-28 100 2,7 ± 1,4 2 Среднеустойчивый
2-11 100 25,9 ± 9,4 4 Средневосприимчивый
2-15 100 98,3 ± 12,7 6 Сильновосприимчивый
2-16 100 7, 1 ± 1,4 2 Среднеустойчивый
2-18 100 25, 3 ± 5,6 4 Средневосприимчивый
Контроль 100 59, 3 ± 11,5 6 Сильновосприимчивый
НСР05 20,4
* обозначение генотипов выбрано произвольно
Рисунок - Поражённые возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein. (биотип 700) листья растений подсолнечника генотипа 2-15 на 9-е сутки после искусственного заражения (ориг.)
Статистическая обработка полученных данных по количеству пустул на листьях изученных генотипов показала достоверные на 5 %-ном уровне значимости различия между образцами с различными типами реакции.
Разработанная нами шкала даёт возможность в условиях фитотрона дифференцировать генотипы подсолнечника по степени поражения и, таким образом,
выявить образцы, отличающиеся от силь-нопоражаемых. Приведённые иллюстрации признаков поражения растений упрощают классификацию степени восприимчивости образцов.
Заключение. Таким образом, проведённые исследования показали, что все растения проанализированных генотипов подсолнечника с разной степенью восприимчивы к биотипу 700 P. helianthi при искусственном заражении. Однако иллюстрированная шкала даёт возможность разграничить их по типу реакции и выделить генотипы со слабой степенью поражения. Образцы, выделенные как средне-устойчивые: 1-28, 1-25 и 2-16, могут быть использованы в качестве исходного материала в селекционной работе на устойчивость к ржавчине.
Список литературы
1. Sackston W. Studies on sunflower rust. III. Occurrence, distribution, and significance of races of Puccinia helianthi Schwein. // Canadian Journal of Botany. -1962. - Vol. 40. - P. 1449-1458.
2. Десять самых распространенных болезней подсолнечника: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://agrotrend.ru/news/18938-10-samyh-rasprostranennyh-bolezney-podsolnechnika (дата обращения: 26.12.2023).
3. Децына А.А., Терещенко Г.А., Илларионова И.В. Распространенность ржавчины на сортах подсолнечника в условиях Краснодарского края // Масличные культуры. Науч.-тех. бюл. ВНИИМК. -2018. - Вып. 2 (174). - С. 101-106.
4. Пустовойт Г.В., Слюсарь Э.Л. Пути создания устойчивых к ржавчине сортов подсолнечника // Селекция и семеноводство. - М.: Колос, 1982. -С. 9-11.
5. Слюсарь, Э.Л. Расы ржавчины подсолнечника // Защита растений. - 1981. - № 11. - С. 42-43.
6. Пустовойт В.С. Межвидовые ржавчино-устойчивые гибриды подсолнечника // Тезисы докладов совещания по отдалённой гибридизации растений и животных. - М., 1958. - Вып. 2. - С. 24.
7. Арасланова Н.М., Антонова Т.С., Саукова С.Л., Ивебор М.В. Разнообразие биотипов возбудителя ржавчины подсолнечника в регионах Российской Федерации // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2023. - № 24 (5). - С. 792-798. DOI: 10.30766/2072-9081.2023.24.5.792-798.
8. Арасланова Н.М., Антонова Т.С., Саукова С.Л., Ивебор М.В., Питинова Ю.В. К искусственному заражению растений подсолнечника современными патотипами возбудителя ржавчины для использования в селекции на иммунитет // Масличные культуры. - 2021. - № 3 (187). - С. 58-64.
9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки). - М.: Агро-промиздат, 1988. - 352 с.
10. Гешеле Э.Э. Основы фитопатологической оценки в селекции растений. - М.: Колос, 1978. - 206 с.
11. Yang S.M., Antonelli E.E., Luciano H., Lucinai N.D. Argentine and Australian sunflower rust differentials to four North American cultures of Puccinia helianthi from North Dakota // Plant Disease. - 1986. -Vol. 70. - P. 883-886.
12. Gulya T.J., Masirevic S. Inoculation and evaluation methods for sunflower rust // Proc. of 18th Sunflower Research Workshop. - Bismarck, ND, 1996. -P. 31-38.
References
1. Sackston W. Studies on sunflower rust. III. Occurrence, distribution, and significance of races of Puc-cinia helianthi Schwein. // Canadian Journal of Botany. - 1962. - Vol. 40. - P. 1449-1458.
2. Desyat' samykh rasprostranennykh bolezney podsolnechnika: [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa: https://agrotrend.ru/news/18938-10-samyh-rasprostranennyh-bolezney-podsolnechnika (data obrashcheniya: 26.12.2023).
3. Detsyna A.A., Tereshchenko G.A., Illarionova I.V. Rasprostranennost' rzhavchiny na sortakh pod-solnechnika v usloviyakh Krasnodarskogo kraya // Maslichnye kul'tury. Nauch.-tekh. byul. VNIIMK. -2018. - Vyp. 2 (174). - S. 101-106.
4. Pustovoyt G.V., Slyusar' E.L. Puti sozdaniya ustoychivykh k rzhavchine sortov podsolnechnika // Sel-ektsiya i semenovodstvo. - M.: Kolos, 1982. - S. 9-11.
5. Slyusar' E.L. Rasy rzhavchiny podsolnechnika // Zashchita rasteniy. - 1981. - № 11. - S. 42-43.
6. Pustovoyt V.S. Mezhvidovye rzhavchi-noustoychivye gibridy podsolnechnika // Tezisy dokla-dov soveshchaniya po otdalennoy gibridizatsii rasteniy i zhivotnykh. - M., 1958. - Vyp. 2. - S. 24.
7. Araslanova N.M., Antonova T.S., Saukova S.L., Ivebor M.V. Raznoobrazie biotipov vozbuditelya rzhavchiny podsolnechnika v regionakh Rossiyskoy Federatsii // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. -2023. - № 24 (5). - S. 792-798. DOI: 10.30766/20729081.2023.24.5.792-798.
8. Araslanova, N.M., Antonova T.S., Saukova S.L., Ivebor M.V., Pitinova Yu.V. K iskusstvennomu zara-zheniyu rasteniy podsolnechnika sovremennymi pato-tipami vozbuditelya rzhavchiny dlya ispol'zovaniya v selektsii na immunitet // Maslichnye kul'tury. - 2021. -№ 3 (187). - S. 58-64.
9. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s os-novami statisticheskoy obrabotki). - M.: Agropromiz-dat, 1988. - 352 s.
10. Geshele E.E. Osnovy fitopatologicheskoy otsenki v selektsii rasteniy. - M.: Kolos, 1978. - 206 s.
11. Yang, S.M., Antonelli E.E., Luciano H., Lucinai N.D. Argentine and Australian sunflower rust differentials to four North American cultures of Puccinia helianthi from North Dakota // Plant Disease. - 1986. -Vol. 70. - P. 883-886.
12. Gulya T.J., Masirevic S. Inoculation and evaluation methods for sunflower rust // Proc. of 18th Sunflower Research Workshop. - Bismarck, ND, 1996. -P. 31-38.
Сведения об авторах
Н.М. Арасланова, вед. науч. сотр., канд. с.-х. наук Т.С. Антонова, зав. лаб., гл. науч. сотр., д-р биол. наук С.Л. Саукова, ст. науч. сотр., канд. биол. наук М.В. Ивебор, вед. науч. сотр., канд. с.-х. наук
Получено/Received 28.08.2024
Получено после рецензии/Manuscript peer-reviewed 30.08.2024
Получено после доработки/Manuscript revised 03.09.2024 Принято/A ccepted
07.10.2024 Manuscript on-line 30.11.2024
