Структура патогенных свойств популяции возбудителя твердой головни пшеницы (Tilletia caries (D. C. ) tul) в Центрально-Черноземном регионе Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 632.4:633.11/16

DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-2-399-403

СТРУКТУРА ПАТОГЕННЫХ СВОЙСТВ ПОПУЛЯЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЯ ТВЕРДОЙ ГОЛОВНИ ПШЕНИЦЫ (TILLETIA CARIES (D.C.) TUL) В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОМ РЕГИОНЕ

© Ю.В. Зеленева1*, В.В. Плахотник2), В.П. Судникова2)

1) Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33 E-mail: zelenewa@mail.ru 2) Cреднерусский филиал Федерального государственного научного бюджетного учреждения «Федеральный научный центр им. И.В. Мичурина» (Среднерусский филиал ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина») 392533, Российская Федерация, Тамбовская обл., Тамбовский р-н, пос. Новая Жизнь, ул. Молодежная, 1

E-mail: tmbsnifs@mail.ru

Поражение твердой головней ведет к высоким потерям урожая пшеницы, влияющим на качество зерна. Начало распространения твердой головни на яровой пшенице в агрофитоценозе Поволжья, Урала, Сибири, Центрально -Черноземного региона приходится на 90-е гг. XX века. В начале XXI века распространение увеличилось, достигнув в 2004 г. в некоторых хозяйствах эпифитотийного уровня. Центрально-черноземная популяция возбудителя твердой головни пшеницы дифференцируется на 13 физиологических рас, среди которых 11 выявлены для региона впервые и одна 13 (6) новая. Доминирующее положение занимает высокоагрессивная раса 9. В формообразовательном процессе популяции возбудителя твердой головни пшеницы (Tilletia caries (d.c.) tul) определяющая роль принадлежит сортам-хозяевам. Различную степень эффективности к твердой головне могут обеспечить семь Bt-генов, в их числе высокую эффективность - Bt 4, Bt 9, Bt 10, среднюю - Bt 6, Bt 8, низкую -Bt 1, Bt Z. Среди рекомендованных к районированию сортов озимой и яровой пшеницы доля устойчивых сортов к твердой головне составляет 7,5 % (Августа, Данэко, Богданка, Синтетик), яровой - 8,3 % (Экадо 109, Безен-чукская 182, Йолдыз, Фаворит).

Ключевые слова: пшеница; сорт; патоген; твердая головня; популяция; вирулентность; устойчивость; восприимчивость

ВВЕДЕНИЕ

Поражение твердой головней ведет к высоким потерям урожая пшеницы, влияющим на качество зерна. Даже при незначительном выявлении пораженных растений в семенных посевах (5 больных растений на 150 кв. м) ведут к выбраковке посева. Заболевание может быть причиной снижения всхожести и густоты стояния растений, уменьшается и количество зерновок в колосе.

В мире известны три вида возбудителей твердой головни пшеницы, в России - два, отличающиеся в основном по характеру распространения. Вид Tilletia caries более специфичен для северных районов возделывания пшеницы, Tilletia levis - южных и юго-восточных.

Возбудитель Tilletia caries в одинаковой степени поражает как озимую, так и яровую пшеницу. Отличается высокой вредоносностью. Помимо прямых потерь урожая (разрушение колоса) вызывает скрытые потери, которые могут в несколько раз превысить прямые. Загрязненное телиоспорами твердой головни зерно токсично и непригодно к использованию ни на какие цели, т. е. урожай полностью теряется.

Начало распространения твердой головни на яровой пшенице в агрофитоценозе Поволжья, Урала, Сибири, Центрально-Черноземного региона приходится на 90-е гг. XX века. В начале XXI века распростране-

ние увеличилось, достигнув в 2004 г. в некоторых хозяйствах эпифитотийного уровня.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

С целью изучения патогенных комплексов возбудителей болезней проводили маршрутные обследования производственных и селекционно-семеноводческих посевов зерновых колосовых культур в ЦЧР (Тамбовская, Липецкая, Воронежская, Орловская, Курская, Белгородская области). При сборе материала и фитосанитарной экспертизе руководствовались рекомендацией, изданной под ред. С.С. Санина [1]. Микологическую экспертизу осуществляли, пользуясь определителями грибов В.И. Ульянищева [2]. Для инокуляции пшеницы твердой головней использовали метод заспорения семян телиоспорами [3], для унификации данных по устойчивости использовали соответствующую шкалу учета поражения [4-5]. Изучение взаимоотношений в патоси-стемах растение-хозяин - патоген в зерновом агрофито-ценозе ЦЧР проводили на сортах-тестерах идентифицированных генов устойчивости: возбудителя твердой головни пшеницы ^-гены).

В качестве инокулюма использовали биоматериал, наиболее полно отражающий патогенные свойства естественных популяций: сложные образцы, высокоагрессивные расы 9, 10.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Центрально-черноземная популяция возбудителя твердой головни пшеницы дифференцируется на 13 физиологических рас, среди которых 11 выявлены для региона впервые и одна 13 (6) новая (табл. 1).

Доминирующее положение занимает высокоагрессивная раса 9, представленность которой в популяции составляет 26,3 %. К высокоагрессивным относится также раса 10, занимающая в популяции наряду с расой 14 второе место (10,5 %). Распространенность остальных среднеагрессивных рас незначительна (по 5,2 %).

Следует отметить, что высокоагрессивные физиологические расы доминируют в структуре популяций головневых грибов.

В настоящее время известно 14 генов, детерминирующих устойчивость пшеницы к возбудителю твердой головни. Результаты исследования дифференциа-

ции популяции по патогенным свойствам приведены в табл. 2.

Исходя из теории Флора «ген на ген» и приведенных в табл. 2 данных, можно констатировать, что популяция обладает широкой вирулентностью и высокой агрессивностью. На долю вирулентных генов (рр-гены) приходится 84,5 %, агрессивных - 61,5 %.

В популяции не зарегистрированы лишь два гена, вирулентных к генам Bt 4 и И 9.

Различную степень эффективности к твердой головне могут обеспечить семь И-генов, в их числе высокую эффективность - И 4, И 9, Bt 10, среднюю - И 6, И 8, низкую - И 1, И 7.

Донор И 10 проявляет высокую эффективность на всех континентах. Несмотря на исключительную позднеспелость, он широко используется в селекционных программах на озимой пшенице в США, яровой - Канаде [6].

Таблица 1

Структура внутривидовой дифференциации популяций возбудителей твердой головни пшеницы (Tilletia caries) по патогенным свойствам

№ п/п Физиологическая раса Представленность в популяции, % Степень агрессивности

1 9* 26,3 высокая

2 10 10,5 высокая

3 14* 10,5 средняя

4 1* 5,2 средняя

5 4* 5,2 средняя

6 8* 5,2 средняя

7 11* 5,2 средняя

8 13 (6) 5,2 средняя

9 17* 5,2 средняя

10 19* 5,2 средняя

11 20* 5,2 средняя

12 3* 5,2 средняя

13 6* 5,2 средняя

Примечание: * - выявлена в ЦЧР впервые; ** - новая раса.

Таблица 2

Внутривидовая дифференциация популяции твердой головни пшеницы (Tilletia caries)

по патогенным свойствам

№ п/п Тест-сорта Символ гена Пораженность, % Эффективность

1 Martin Bt1=M 9,5 низкая

2 Hussar Bt2=H 21,0 неэффективен

3 Ridit Bt3=Rd 43,1 неэффективен

4 Turkei Bt4=T 0,0 высокая

5 Hohenheimer Bt5=H - неизвестна

6 Rio, Burt, Oro Bt6=R 5,0 средняя

7 Martin Bt7=M 24,3 неэффективен

8 Vaygla 305 Bt8=C 4,0 средняя

9 Sel 1165-31-57 Bt 9=E 0,0 высокая

10 Sel H66-23 Bt10=v 0,5 высокая

11 Заря BtZ 9,3 низкая

12 Turkey 10016 (y) BtX 18,3 неэффективен

13 Turkey 10016 (x) Bty 21,5 неэффективен

14 CI 6155 Btw 21,5 неэффективен

Контроль Мироновская 808 - 38

Экологическая, экономическая и социальная значимости районирования устойчивых сортов общеизвестны.

Но приходится констатировать, что для ЦЧР этот вопрос скорее проблематичный.

С использованием искусственного инфекционного фона была изучена устойчивость к возбудителю твердой головни пшеницы (Tilletia caries) у 53 районированных сортов озимой и 48 яровой пшеницы. Установлено, что

Таблица 3

Результаты оценки районированных сортов пшеницы в ЦЧР к твердой головне (Tilletia caries)

№ п/п Сорт Степень поражения твердой головней, % Класс устойчивости

Озимая пшеница

1 Августа 9 R

2 Антонивка 13 M

3 Ариадна 22 M

4 Базальт 31 S

5 Безенчукская 380 26 S

6 Белгородская 12 42 S

7 Белгородская 16 31 S

8 Бирюза 46 S

9 Богданка 9 R

10 Волжская 100 19 M

11 Волжская К 30 S

12 Губернатор Дона 18 M

13 Дон 93 48 S

14 Донская Безостая 51 SS

15 Донской Сюрприз 38 S

16 Донэко 5 R

17 Заря 18 М

18 Звонница 56 SS

19 Инна 19 M

20 Корочанка 41 S

21 Косовыця 29 S

22 Латанивка 36 S

23 Льговская 4 53 SS

24 Мироновская 100 64 SS

25 Мироновская 808 23 M

26 Московская 39 14 M

27 Московская 56 15 M

28 Московская 70 18 M

29 Одесская 267 41 S

30 Северодонецкая Юбилейная 29 S

31 Синтетик 9 R

32 Скиперт 12 M

33 Сурава 28 S

34 Черноземка 88 55 SS

Яровая пшеница

1 Йодыз 3 R

2 КВС Авилон 19 M

3 КВС Торридон 30 S

4 Крестьянка 11 М

5 Курьер 30 S

6 Курская 2038 20 М

7 Прохоровка 20 М

8 Симбирцит 20 М

9 Тризо 38 S

10 Тулайковская 10 14 M

11 Фаворит 6 R

12 Черноземноуральская 2 40 S

13 Экада 109 0 RR

14 Безенчукская 182 0 RR

15 Воронежская 7 10 М

16 Донская Элегия 15 М

17 Краснокутка10 13 S

среди рекомендованных к районированию сортов озимой пшеницы доля устойчивых сортов к твердой головне составляет 7,5 % (Августа, Данэко, Богданка, Синтетик), яровой - 8,3 % (Экадо 109, Безенчукская 182, Йолдыз, Фаворит) (табл. 3).

ВЫВОДЫ

Анализ патогенных свойств инфекционного материала, собранного на районированных в агроклиматических зонах ЦЧР сортах, позволяет заключить, что в формообразовательном процессе популяций возбудителей болезней определяющая роль принадлежит сортам-хозяевам как основному фактору стабилизирующего отбора.

Различную степень эффективности к твердой головне могут обеспечить семь В^генов, в их числе высокую эффективность - Bt 4, Bt 9, Bt 10, среднюю -Bt 6, Bt 8, низкую - Bt 1, Bt 7.

Среди рекомендованных к районированию сортов озимой и яровой пшеницы доля устойчивых сортов к твердой головне составляет 7,5 и 8,3 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Санин С.С. Фитосанитарная экспертиза зерновых культур (болезни растений). М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2002. 138 с.

2. Ульянищее В.И. Определитель головневых грибов. М., 1968. 182 с.

3. Кривченко B.И. Устойчивость зерновых колосовых к возбудителям головневых болезней. М.: Колос, 1984. 304 с.

4. Криеченко B.И., Криеченко B.И., Мягкова Д..B., Щелко Л.Г. Изучение устойчивости зерновых культур и расового состава возбудителей болезней (методические указания). Л., 1978. 108 с.

5. Плахотник B.B., Зеленева Ю.B., Судникова B.n., Бокунова Л..B. Источники и доноры устойчивости яровой пшеницы к особо опасным болезням в Центрально-Черноземном регионе (каталог). Тамбов: Изд. дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2013. 2б с.

6. Demeke T., Laroche A., Gaudet D.A. A DNA marker for the Bt-1G common bunt resistance gene in wheat // Genome. 1996. V. 39. № 1. P. 51-5б.

Поступила в редакцию 3 марта 2G17 г.

Зеленева Юлия Витальевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры медицинской биологии с курсом инфекционных болезней, е-mail: zelenewa@mail.ru

Плахотник Владимир Васильевич, Среднерусский филиал Федерального государственного научного бюджетного учреждения «Федеральный научный центр имени И.В. Мичурина» (Среднерусский филиал ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина»), п. Новая Жизнь, Тамбовский район, Тамбовская область, Российская Федерация, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией иммунитета растений, e-mail: tmbsnifs@mail.ru

Судникова Валентина Павловна, Среднерусский филиал Федерального государственного научного бюджетного учреждения «Федеральный научный центр имени И.В. Мичурина» (Среднерусский филиал ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина»), п. Новая Жизнь, Тамбовский район, Тамбовская область, Российская Федерация, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории иммунитета растений, e-mail: tmbsnifs@mail.ru

UDC б32.4:б33.11/1б

DOI: 1G.2G31G/181G-G198-2G17-22-2-399-4G3

THE STRUCTURE OF PATHOGENIC PROPERTIES OF THE POPULATION OF THE WHEAT BALL SMUT AGENT TILLETIA CARIES (D.C.) TUL) IN THE CENTRAL BLACK-EARTH REGION

© Y.V. Zeleneva1', V.V. Plahotnik2', V.P. Sudnikova2)

1)1 Tambov State University named after G.R. Derzhavin 33 Internatsionalnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: zelenewa@mail.ru 2) Middle Russian Branch of Federal State Scientific Budgetary Institution "Federal Scientific Centre named after I.V. Michurin" (Middle-Russian Branch of FSBSI "FSC named after I.V. Michurin") 1 Molodezhnaya St., Novaya Zhizn Settlem., Tambov province, Tambov region, Russian Federation, 392533

E-mail: tmbsnifs@mail.ru

The effects of ball smut activity leads to high losses of wheat yield, affecting grain quality. The beginning of the ball smut spreading on spring wheat in the agrophytocenosis of the Volga region, the Urals, Siberia, the Central Black-Earth Region falls on the 90s of the XX century. At the beginning of XX century, the spread has increased, reaching an epiphytotytic level in some farms in 2004. The central black earth population of the causative agent of the wheat ball smut is differentiated into 13 physiological races, among which 11 were identified in the region for the first time and one 13 (6) is new. The dominant position is occupied by the highly aggressive race 9. In the formative process of the population of the causative agent of the wheat ball smut (Tilletia caries (d.c.) tul) the determining role belongs to the host cultivars. Seven Bt-genes can provide different degree of efficiency to the ball smut, among which Bt 4, Bt 9, Bt 10 are with high degree of

efficiency, Bt 6, Bt 8 - medium, Bt 1, Bt Z - low. Among the recommended cultivars of winter and spring wheat for the crop zonation, the share of resistant to the head smut cultivars is 7.5 % (Avgusta, Daneco, Bogdanka, Syntetik), spring - 8.3 % (Ekado 109, Bezenchukskaya 182, Yoldyz, Favorit). Key words: wheat; cultivar; pathogen; ball smut; population; virulence; resistance; susceptibility

REFERENCES

1. Sanin S.S. Fitosanitarnaya ekspertiza zernovykh kul'tur (bolezni rasteniy) [Phytosanitary examination of grain-crops (plants' diseases)]. Moscow, Federal State Scientific Institution "Rosinformagrotekh", 2002, 138 p. (In Russian).

2. Ulyanishchev V.I. Opredelitel'golovnevykhgribov [Bunt Fungus Determinant]. Moscow, 1968, 182 p. (In Russian).

3. Krivchenko V.I. Ustoychivost' zernovykh kolosovykh k vozbuditelyam golovnevykh bolezney [Resistance of Grain Cereals to Agents of Bunt Diseases]. Moscow, Kolos Publ., 1984, 304 p. (In Russian).

4. Krivchenko V.I., Krivchenko V.I., Myagkova D.V., Shchelko L.G. Izuchenie ustoychivosti zernovykh kul'tur i rasovogo sostava vozbuditeley bolezney (metodicheskie ukazaniya) [Study of the Stability of Grain Crops and Racial Content of Diseases Agents]. Leningrad, 1978, 108 p. (In Russian).

5. Plakhotnik V.V., Zeleneva Yu.V., Sudnikova V.P., Bokunova L.V. Istochniki i donory ustoychivosti yarovoy pshenitsy k osobo opasnym boleznyam v Tsentral'no-Chernozemnom regione (katalog) [Sources and Donors of Spring Wheat Stability to the Most Dangerous Diseases in Central Black-Earth Region (Catalogue)]. Tambov, Publishing House of Tambov State University named after G.R. Derzhavin, 2013, 26 p. (In Russian).

6. Demeke T., Laroche A., Gaudet D.A. A DNA marker for the Bt-10 common bunt resistance gene in wheat. Genome, 1996, vol. 39, no. 1, pp. 51-56.

Received 3 March 2017

Zeleneva Yuliya Vitalevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Agriculture, Associate Professor of Medical Biology with a Course of Infectious Diseases Department, e-mail: zelenewa@mail.ru

Plahotnik Vladimir Vasilyevich, Middle Russian Branch of Federal State Scientific Budgetary Institution "Federal Scientific Centre named after I.V. Michurin" (Middle-Russian Branch of FSBSI "FSC named after I.V. Michurin"), Novaya Zhizn Settlem., Tambov province, Tambov region, Russian Federation, Candidate of Biology, Head of Plant Immunity Laboratory, e-mail: tmbsnifs@mail.ru

Sudnikova Valentina Pavlovna, Middle Russian Branch of Federal State Scientific Budgetary Institution "Federal Scientific Centre named after I.V. Michurin" (Middle-Russian Branch of FSBSI "FSC named after I.V. Michurin"), Novaya Zhizn Settlem., Tambov province, Tambov region, Russian Federation, Candidate of Agriculture, Senior Research Worker of Plant Immunity Laboratory, e-mail: tmbsnifs@mail.ru

Информация для цитирования:

Зеленева Ю.В., Плахотник В.В., Судникова В.П. Структура патогенных свойств популяции возбудителя твердой головни пшеницы Tilletia caries (d.c.) tul) в Центрально-Черноземном регионе // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2017. Т. 22. Вып. 2. С. 399-403. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-2-399-403

Zeleneva Y.V., Plahotnik V.V., Sudnikova V.P. Strukture patogennykh svoystv populyatsii vozbuditelya tverdoy golovni pshenitsy Tilletia caries (d.c.) tul) v Tsentral'no-Chernozemnom regione [The structure of pathogenic properties of the population of the wheat ball smut agent Tilletia caries (d.c.) tul) in the Central Black-Earth Region]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2017, vol. 22, no. 2, pp. 399-403. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-2-399-403 (In Russian).