Эколого-генетические аспекты устойчивости к септориозу (пасмо) в селекции льна-долгунца
Разработка методологии создания устойчивого к септориозу селекционного материала на основе использования мирового генофонда льна-долгунца с учетом его филогенетической специализации, биологических особенностей возбудителя пасмо и гриба Septoria linicola.
Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 29.01.2018 |
Размер файла | 336,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На правах рукописи
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УСТОЙЧИВОСТИ К СЕПТОРИОЗУ (ПАСМО) В СЕЛЕКЦИИ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство
КУРЧАКОВА ЛИЛИЯ НИКОЛАЕВНА
Москва - 2009
Диссертационная работа выполнена во Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте льна в 1980-2009 гг.
Научный консультант:
доктор биологических наук, член-корреспондент РАСХН Жученко Александр Александрович.
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук Лапочкина Инна Федоровна;
доктор биологических наук, профессор Родионова Анна Евгеньевна;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Белошапкина Ольга Олеговна.
Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова.
Защита состоится "21" апреля 2009 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центральных районов Нечернозёмной зоны по адресу: 143026, Московская обл., Одинцовский район, пос. Немчиновка - 1, ул. Калинина, дом 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИСХ ЦРНЗ.
Автореферат разослан " ____ " _____________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Мерзликин А.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Лен-долгунец (Linum usitatissimum L.) - исконно русская сельскохозяйственная культура. Основная ценность льна заключается в уникальных свойствах волокна, из которого изготавливают широкий ассортимент бытовых и технических тканей: от батиста и кружев до брезента. Объем производства льноволокна в настоящее время не удовлетворяет потребности отечественной легкой промышленности, в среднем за 2005-2008 годы он составил 50,9 тыс. т, при 152 тыс. т за 1981-1985 годы. Это связано с сокращением посевных площадей льна-долгунца (с 550 тыс. га в 1985 г. до 79,9 тыс. га в 2008 году). Одновременно с уменьшением объема производства продолжает снижаться качество льноволокна: средний номер составляет 10,2 при 12,1 в 1933 году. Поэтому одной из нерешенных проблем в льноводстве является получение высококачественной тресты и самого волокна.
Ведущая роль в возрождении отрасли наряду с экономическими и техническими факторами принадлежит селекции, способной сочетать в одном сорте высокую потенциальную продуктивность и экологическую устойчивость. Потенциальная урожайность волокна новых сортов льна-долгунца 20…25 ц/га и более, семян - 8…13 ц/га. В арсенале у селекционеров имеются селекционные линии с содержанием волокна 40 % и более (Марченков, 2002). Все сорта льна-долгунца, включенные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, устойчивы к ржавчине, 19 сортов устойчивы к фузариозному увяданию (Лошакова и др., 2005). В то же время сорта льна-долгунца, устойчивые к септориозу (пасмо), отсутствуют.
Распространенность и вредоносность септориозов нарастает с начала 80-х годов 20 века (Новожилов, 1997; Назарова и др., 2006).
Септориоз (пасмо) льна широко распространенное и вредоносное заболевание во всех льноводных зонах. До 1978 года пасмо являлось карантинным заболеванием для льна. Снятию карантина со льна-долгунца способствовало его широкое распространение во всех зонах возделывания культуры, хотя до настоящего времени пасмо остается карантинным для льна масличного в России.
Пораженность льна-долгунца пасмо возрастает по мере созревания растений, следовательно, возрастает и его вредоносность, снижается крепость луба, выход длинного волокна, номер льноволокна (Вахрушева, 1979; Баталова, Кумачева, 1983; Цветков и др., 1987). За счет ухудшения качества льноволокна на один номер снижается прибыль (на 10 %) от его реализации.
Создание сортов, устойчивых к пасмо, является одной из главных задач в селекции льна-долгунца. Решение этой проблемы невозможно без вовлечения в селекционный процесс новых источников устойчивости, для чего необходимо вести их поиск среди мирового разнообразия льна.
Для повышения эффективности использования новых источников в селекции необходимо знание эколого-генетических особенностей наследования устойчивости, однако генетический контроль устойчивости льна к пасмо практически не известен. Селекцию на устойчивость наиболее целесообразно вести на специализированных инфекционных фонах, создаваемых в различных условиях внешней среды, где проявляется разнообразие нормы реакции изучаемого признака на разных стадиях онтогенеза.
Цель исследований. Разработка эколого-генетических основ создания устойчивого к септориозу селекционного материала льна-долгунца на основе использования мирового генофонда льна с учетом филогенетической специализации, биологических особенностей возбудителя пасмо, гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. и культуры льна.
Задачи исследований:
· выявить закономерности развития септориоза на растениях льна-долгунца в зависимости от метеорологических условий Нечерноземной зоны РФ во время вегетации;
· изучить биологические особенности и филогенетическую специализацию гриба Septoria linicola (Speg.) Gar.;
· изучить применительно к современным сортам вредоносность болезни пасмо с использованием современных средств инструментальной оценки;
· провести поиск и выделить источники устойчивости льна к пасмо;
· определить зоны наибольшего распространения комплексно устойчивых к основным болезням форм льна;
· разработать эколого-генетические подходы создания устойчивых к пасмо форм льна;
· создать доноры устойчивости к пасмо и новые формы льна для использования в селекционных программах;
Научная новизна работы. Впервые определены эколого-генетические аспекты наследования устойчивости льна к септориозу. Создан новый селекционный материал льна и доноры устойчивости к пасмо.
Впервые разработан способ одновременной оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо (Septoria linicola (Speg.) Gar.) и хозяйственно полезным признакам (Патент на изобретение № 2242872 от 2004 г.), использование которого позволяет проводить отбор на эти признаки с первых этапов селекции льна-долгунца.
Впервые для Центрального района Нечерноземной зоны России установлено существенное влияние на развитие пасмо метеорологических условий июля месяца, что позволяет прогнозировать степень его развития в фазу желтой спелости и определять необходимость принятия упредительных мер для защиты льна-долгунца. Разработана математическая модель, позволяющая осуществлять прогноз.
В результате оценки мирового генофонда льна (1565 образцов) выявлены новые источники устойчивости к септориозу (пасмо). Выявлены географические зоны наибольшего количества форм льна устойчивых к основным болезням (ржавчина, фузариоз).
Уточнены условия для выделения гриба Septoria linicola (Speg.) Gar., в чистую культуру, оптимизированы питательные среды для его культивирования. Впервые установлено, что в искусственных условиях возможно заражение, возбудителем пасмо растений, относящихся к другим родам.
Теоретическая и практическая ценность работы. В результате многолетней оценки мирового генофонда льна с использованием инфекционно-провокационного фона выявлены источники устойчивости к пасмо. Анализ информации по устойчивости образцов коллекции льна к основным заболеваниям (ржавчина, фузариоз, антракноз) позволил установить зоны наибольшего проявления устойчивых форм. Выявлены коллекционные образцы с комплексной устойчивостью к двум (ржавчина, фузариоз) и трем болезням (ржавчина, фузариоз, пасмо). Использование этих источников в селекционных программах позволит повысить эффективность селекционной работы по созданию устойчивых к болезням сортов льна. Создана база данных по устойчивости коллекционных образцов к основным заболеваниям (фузариозное увядание, ржавчина, антракноз, пасмо).
В результате детального анализа метеорологических данных за период с 1981 по 2007 год, с учетом развития растений льна-долгунца и степени развития пасмо в фазе желтой спелости, установлено существенное влияние на проявление пасмо осадков третьей декады мая и всего июля, что позволяет прогнозировать степень развития болезни ко времени созревания культуры и определять необходимость принятия упредительных мер.
Разработан способ оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо (возб. Septoria linicola (Speg.) Gar.) и хозяйственно полезным признакам, позволяющий создавать устойчивые и высокопродуктивные сорта льна-долгунца.
Установлено, что поражение льна-долгунца в средней и сильной степени (балл 3 и 4) приводит к снижению качества льноволокна (прочности, гибкости, метрического номера волокна), его неоднородности по длине.
Изучен характер наследования устойчивости льна к возбудителю болезни пасмо. Установлено, что признак контролируется полигенно. В систему генетического контроля степени развития пасмо существенный вклад вносят гены с аддитивным действием. В развитии пасмо присутствует разнонаправленное доминирование. Создан новый устойчивый к пасмо селекционный материал льна.
Основные положения, выносимые на защиту:
· филогенетическая специализация гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. - возбудителя пасмо, условия для его выделения и культивирования в условиях in vitro, перспективность селекционной работы на устойчивость к пасмо;
· влияние метеорологических условий вегетационного периода на степень развития пасмо; математическая модель для осуществления прогноза его развития к фазе желтой спелости, использование которой позволяет решать необходимость принятия упредительных мер для защиты льна-долгунца от пасмо;
· влияние поражения растений льна-долгунца пасмо на неоднородность льноволокна по его длине; использование компаратора цвета для определения качества льноволокна при поражении растений льна-долгунца пасмо;
· способ оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо и хозяйственно ценным признакам для использования с первых этапов селекции;
· база данных по устойчивости образцов коллекции льна к основным грибным заболеваниям (ржавчина, фузариоз, пасмо, антракноз) для использования в селекции. Коллекционные образцы с групповой устойчивостью к двум (ржавчина, фузариоз; ржавчина, антракноз), трем (ржавчина, фузариоз, пасмо) заболеваниям;
· особенности генетического контроля устойчивости льна к возбудителю болезни пасмо (Septoria linicola (Speg.) Gar.), перспективность селекции на устойчивость. Новые селекционные линии и доноры устойчивости к этому заболеванию.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на Adaptation in Plant Breeding ХIV Eucarpia Congress (Финляндия, 1995), 4th Work shop of the FAO network on flax (Rouen, Франция, 1996), международной научно-практической конференции "Генетические ресурсы культурных растений" (С. -Петербург, 2001 г.), научно-практической конференции, посвященной 95-летию селекции льна-долгунца на Северо-западе России (Псков, 2005); международной научно-прак-тической конференции "Состояние и перспективы развития научных исследований по льну-долгунцу" (Торжок, 2005); Всероссийской научной школе молодых селекционеров по льну-долгунцу (Смоленская ГОСХОС, п. Стодолище, 2006 г., Псковский НИИСХ, Псков, 2007 г.); 2-ой Вавиловской международной конференции "Генетические ресурсы культурных растений в ХХ 1 веке" (С. -Петербург, 2007).
Работа является результатом многолетних исследований, проводившихся лично автором в период с 1980 по 2009 год. При формировании базы данных по устойчивости образцов коллекции к болезням (ржавчина, фузариозное увядание, антракноз) помощь по сбору первичной информации оказали сотрудники ВНИИ льна Н.И. Лошакова, Т.В. Крылова, Л.П. Кудрявцева.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 60 печатных работ в России и за рубежом, в т.ч. 2 книги. Получено 3 патента на изобретения. Один из авторов главы "Лен" в учебнике "Частная физиология полевых культур" под редакцией Е.И. Кошкина.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 284 страницах, включая 49 таблиц, 13 рисунков и 20 приложений. Список цитируемой литературы содержит 278 наименований, в том числе 98 на иностранных языках.
Автор выражает признательность за сотрудничество своим коллегам: доктору биологических наук Т.А. Рожминой, доктору сельскохозяйственных наук О.Ю. Сорокиной, кандидатам сельскохозяйственных наук: А.А. Янышиной, Б.Ф. Карпунину, Т.П. Сухопаловой; кандидату технических наук Т.А. Кудряшовой, инженеру Л.М. Николаевой.
Условия и методика проведения исследований. Исследования проведены с 1980 по 2009 гг. в полевых и вегетационных опытах на окультуренных дерново-подзолистых легко- и среднесуглинистых почвах. Опыты размещались в Опытно-производственном хозяйстве ВНИИ льна Торжокского района, Тверской области, при соблюдении семипольного севооборота с двумя полями многолетних трав. Почва под опытами характеризовалась кислой и слабокислой реакцией солевой вытяжки, повышенной и высокой обеспеченностью фосфором, средней и повышенной калием. Лен-долгунец возделывался после яровых зерновых. Обработка почвы - общепринятая для льна-долгунца в мелкоделяночных опытах.
Вегетационные опыты проводили в сосудах Митчерлиха в соответствии с общепринятыми методическими указаниями. Качество волокнистой продукции полевых опытов оценивали в лаборатории технологического анализа и лаборатории стандартизации ВНИИ льна.
Материалом исследований служила "Национальная коллекция русского льна" ВНИИЛ, насчитывающая 6600 образцов, которая признана ведущими экспертами по льну при FAO ООН (Rosenberg, 1993).
Исследования выполнены в соответствии с методическими указаниями: по селекции льна-долгунца (Торжок, 1987), фитопатологическим работам со льном-долгунцом (Москва, 1969), изучению коллекции льна (Linum usitatissimum L.) (Ленинград, 1988), проведению технологической оценки льносоломы и опытов по первичной обработке льносырья (Торжок, 1972) и другими. В соответствии с изменением №1 ГОСТа 24383-89 "Треста льняная. Требования при заготовках".
Результаты исследований обработаны методами дисперсионного или корреляционного анализа с использованием компьютерной программы "Statistica - 6.0", а также корреляционно-регрессионного анализа с использованием компьютерной программы "Stadia 7.0". Анализ гибридов F1 по устойчивости к пасмо выполнен с использованием метода Хеймана (Hauman, 1954).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Биологические особенности возбудителя пасмо (септориоза) льна: способы и условия распространения, филогенетическая специализация и патогенез. Основным источником распространения возбудителей септориозов являются семена, собранные с пораженных растений, и растительные остатки. Возбудитель болезни льна "пасмо" гриб Septoria linicola (Speg.) Gar. может сохраняться в почве на растительных остатках до четырех лет (Вахрушева, 1977).
Распространенность и вредоносность септориозов, в том числе и пасмо, в основном зависит от условий внешней среды: температуры, влажности, интенсивности освещения. Больший вред септориозы наносят в годы, когда лето бывает теплым и влажным.
Развитие пасмо на льне-долгунце в связи с метеорологическими условиями вегетационного периода.
Анализ метеорологических условий и развития пасмо на льне-долгунце, проведенный нами за период с 1981 по 2007 год (1981-1984, 1986-1988, 1991, 1993-2007 гг.), показал, что слабое развитие болезни на восприимчивом стандарте в питомниках отмечалось 4 года (1981, 1982, 1988, 2002 гг.), 19 лет болезнь носила эпифитотийный характер, степень развития составляла от 75 % до 100 %. Линейный корреляционный анализ влияния средних декадных значений температуры воздуха и осадков за вегетацию позволил установить достоверную (на 5 % уровне значимости) связь между степенью развития пасмо перед уборкой и суммой осадков в 3-ей декаде мая, во 2-й и 3-й декадах июля (r = 0,608, 0,457, 0,43 соответственно), а корреляция с суммой осадков 1-й декады июля - на 10 % уровне значимости. Не выявлено достоверной линейной зависимости развития пасмо от температуры воздуха, за исключением второй декады июля (коэф. корреляции достоверен на 10 % уровне значимости).
Отрицательное влияние на развитие пасмо на льне-долгунце недостаточного количества осадков в эти декады вегетационных периодов в 1981, 1982, 1988 и 2002 годах хорошо прослеживается на графике (рис. 1). Так, отсутствие осадков в 3-ей декаде мая и недостаточное их количество (14,6 %) в июле 2002 года, привело к тому, что степень развития составила всего 10 %. Развитию пасмо в 1999 году способствовали осадки во 2-ой декаде июля. Иная ситуация сложилась в 1982 году, когда во 2-ой декаде июля осадки не выпадали, а в 1 и 3-ей декадах их было меньше нормы, степень развития пасмо составила 24,3 %.
Рисунок 1. Зависимость степени развития пасмо от количества осадков и средней температуры воздуха в отдельные декады вегетационного периода (1981-2005 гг.): 1 - 1981 г., 2 - 1982 г., 3 - 1983, 4 - 1984, 5 - 1986, 6 - 1987, 7 - 1988, 8 - 1991, 9 - 1993, 10 - 1994, 11 - 1995, 12 - 1996, 13 - 1997, 14 - 1998, 15 - 1999, 16 - 2000, 17 - 2001, 18 - 2002, 19 - 2003, 20 - 2004, 21 - 2005 г.
Исследование различных форм нелинейной зависимости (логарифмическая, степенная, оптимума), показало, что более адекватно описывают влияние осадков третьей декады мая, первой, второй и третьей декад июля на развитие пасмо модель оптимума, коэффициент корреляции от 0,718 до 0,954. Вместе с тем, полученная модель и пригодна для оперативного прогнозирования развития пасмо на льне, рассматривая влияние метеорологических условий на развитие болезни, целесообразно учесть влияние всех достоверно влияющих факторов. Сделать это позволяет модель множественной линейной регрессии. Используя ее, можно осуществлять прогноз степени развития пасмо при определенных погодных условиях. Модель представляет собой уравнение:
Рб = а 0 + а 1*х 1 +а 2*х 2 +а 3*х 3 + а 4*х 4 = 46,7 + 0,711*х 1 + 0,289*х 2 + 0,192*х 3 + 0,00572*х 4,
где Рб - степень развития пасмо в %; а 0 - а 4 коэффициенты, описывающие влияние каждого из изучаемых факторов: а 0 = 0,68732; а 1 = 0,711; а 2= 0,289; а 3= 0,192; а 4= 0,00572; х 1 - осадки в III декаду мая, х 2 - осадки в I декаду июля, х 3 - осадки во II декаду июля, х 4 - осадки в III декаду июля.
Таблица 1. Прогноз степени развития пасмо на льне-долгунце
Количество осадков за декаду, мм |
Прогнозируемая степень развития пасмо, % |
||||
III мая (х 1) |
I июля (х 2) |
II июля (х 3) |
III июля (х 4) |
||
19,0* |
28,2* |
26,8* |
31,2* |
73,7 |
|
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
47,9 |
|
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
58,6 |
|
20,0 |
20,0 |
20,0 |
20,0 |
70,6 |
|
20,0 |
30,0 |
1,0 |
1,0 |
69,8 |
|
20,0 |
1,0 |
1,0 |
30,0 |
61,6 |
|
1,0 |
30,0 |
25,0 |
30,0 |
61,0 |
Примечание: * - средние многолетние показатели.
Так, прогноз по среднемноголетним данным, составленный по этому уравнению показал, что развитие пасмо может составлять 73,7 % (табл. 1). Это значение очень близко тому, что мы получили, рассчитав степень развития пасмо на восприимчивом стандарте (79,4 %) в среднем за 21 год.
Таким образом, проведенный анализ метеорологических условий и развития пасмо на льне-долгунце указывает на то, что на проявление пасмо существенное влияние оказывают метеорологические условия третьей декады мая и всего июля. Недостаточное количество осадков и повышенная температура воздуха в эти периоды отрицательно сказываются на развитии болезни.
Выделение возбудителя пасмо льна в чистую культуру, рост гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. на разных питательных средах.
Для проведения исследований по изучению биологических особенностей возбудителей болезней, селекционно-генетических и других часто необходимо иметь чистую культуру. Наиболее подходящим материалом для выделения возбудителя пасмо, являются пораженные части растений. Методики выделения различны. Garassini (1936) рекомендует технику разбавленной суспензии спор. Е.П. Проценко (1964) - поместить отдельную пикниду в каплю стерильной воды, раздавить ее прокаленной иглой и полученную взвесь нанести на питательную среду. Трудность выделения гриба S.linicola в чистую культуру заключается в том, что он растет медленно на всех средах. На третьи сутки можно обнаружить едва заметные невооруженным глазом мелкие колонии (Rost, 1937). В качестве веществ, пригодных для стерилизации растительного материала, рекомендуют: 2 % раствор сулемы (Rataj, 1953), 96 % спирт, 0,5 % раствор KMnO4, 0,3 % раствор формалина и другие вещества (Проценко, 1964).
Наши исследования показали, что только поверхностная стерилизация пораженных пасмо отрезков стеблей льна 96 % спиртом, 0,5 % раствором КМnО4, 0,3 % раствором формалина или 1 % хлората натрия (NaClO) осложняла возможность выделения гриба S.linicola из-за развития сапрофитной инфекции и бактерий. Добавление к питательной среде 0,1 % стрептомицина или 15 % медицинской желчи позволяло выделять гриб в чистую культуру. Однако выделение необходимо осуществлять через двое суток. Поскольку стрептомицин сдерживал развитие сапрофитной инфекции и бактерий не более чем на двое суток. Бычья желчь оказывала угнетающее действие на колонии сапрофитов более длительное время, однако их количество было очень велико, что также не представляло возможности для выделения гриба в чистую культуру позднее.
Работая с чистой культурой гриба важно знать, на каких питательных средах возбудитель растет лучше, на каких активнее идет спороношение. Лучшей питательной средой для роста чистой культуры гриба S. linicola K. Rataj (1953) считает стерильные стебли льна, отвар из стеблей льна, Z. Garassini (1936), О.Б. Натальина (1931), Е.М. Корнеева и Н.И. Лошакова (1978) - 1…2 % картофеле-глюкозный агар.
Результаты наших исследований по изучению чистой культуры гриба S. linicola на десяти различных по своему составу агаризованных питательных средах (голодной, картофельной, картофельно-глюкозной (КГА), картофельно-морковной, сусло, Чапека, Чапека-Докса, Билай, Ролена, Чапека на 15 % отваре стеблей льна) показали, что размер колоний, обильность спороношения и культурально-морфологические признаки зависят от среды культивирования. Так, хуже всего гриб рос и образовывал споры на голодном агаре. На 2 % КГА колонии серого, со временем серо-коричневого цвета, слабо выпуклые, войлочные, спороношение не обильное, на 16 сутки количество спор составляло 24*106, на 25 сутки - 37,5*106. На органоминеральной среде Чапека, приготовленной на 15 % отваре из стеблей льна, колонии также светло-серые, сырые, войлочные, но в отличие от КГА, они имели белый край, обильное спороношение, на 25 сутки количество спор - 800*106. Кроме того, на этих средах колонии гриба имели самый большой диаметр. На 10 сутки он составлял 8…12 мм, а на 25-30…32 мм. На питательной среде на основе пивного сусла колонии гриба имели светло-серый цвет, бархатистую структуру, хорошее спороношение, количество спор на 10 сутки составляло 13*106, тогда как на КГА к этому времени - 3,7*106 спор на колонию. На минеральных питательных средах цвет колоний чаще был белый, светло-серый, хотя на среде Чапека-Докса - серо-розовый, а на среде Ролена - бело-розовый. Их структура - плотная, бархатистая, размер на 10 сутки 6…9 мм, на 25-20…22 мм. На питательных средах Чапека и Билай отмечено обильное спороношение. На 16 сутки количество спор составляло 167*106 и 180*106, на 25-800*106 и 880*106 на колонию соответственно, слабое - на питательной среде Ролена - 100*106 спор на 25 сутки.
Для создания инфекционного фона часто используют чистые культуры гриба, размноженные на твердых субстратах. Наши исследования показали, что в контрольном варианте (на рисе) гриб хорошо спорулировал, хорошо развивался, но только в верхнем слое. На горохе мицелий развивался слабо, однако практически все зерна гороха были покрыты массой пикнид, и из пикнид в виде капель, усиков светло-коричневого цвета выделялись споры гриба. На зёрнах овса и отрезках льносоломы, без добавления глюкозы, развивались единичные пикниды, мицелий был развит слабо, добавление же к этим субстратам 2 % глюкозы способствовало массовому образованию пикнид. При создании инфекционного фона чистую культуру гриба, размноженную на овсе или отрезках льносоломы, можно равномерно распределить по рядкам питомника, кроме того, пикниды более стойки к неблагоприятным условиям внешней среды.
Изучение влияния освещения на рост и развитие чистой культуры гриба Septoria linicola показало, что в условиях освещения значительно интенсивнее идет спорообразование. Так, на 16-е сутки на среде Чапека при освещении образовывалось 337*106 спор, без освещения - 167*106 на колонию и соответственно на КГА 49,5*106 и 24,0*106. На 25-е сутки количество спор в обоих вариантах освещения сравнивалось.
Нашими исследованиями установлено, что только поверхностной стерилизации растительного материала недостаточно для успешного выделения гриба Septoria linicola в чистую культуру. Необходимо к питательным средам добавлять антибиотик, в частности стрептомицин в концентрации 0,1 %, или медицинскую (бычью) желчь - 15 %. Лучшими агаризованными питательными средами для культивирования чистой культуры гриба являются: среда на основе пивного сусла, минеральные среды Чапека и Билай, а также Чапека на 15 % отваре из стеблей льна. Из твердых питательных субстратов лучшими являются зёрна овса и отрезки льносоломы с добавлением глюкозы (2 %). Установлено, что освещение усиливает образование спор гриба S. linicola. Таким образом, результаты исследований позволили оптимизировать условия для выделения возбудителя пасмо в чистую культуру и его культивирования в условиях in vitro.
Филогенетическая специализация гриба Septoria linikola (Speg.)Gar.,возбудителя болезни льна пасмо.
Специализация паразитов по хозяевам (видам и родам) является важнейшим фактором, определяющим наличие иммунитета и устойчивости к болезням. Чем слабее выражена специализация, тем меньше шансов на существование (а следовательно и нахождение) иммунных сортов (Вавилов, 1935). Болезнь "пасмо" вызывает гриб из рода Septoria, относящийся к классу Deutermycetes - несовершенных грибов; порядок - сферопсидные или пикнидиальные - Sphaerapcidales или Picnidiales (Деменьтьев, 1977). Представители рода - факультативные паразиты или сапрофиты на растениях, поражают большую часть культурных растений и сорную растительность.
Наиболее распространенный возбудитель септориоза пшеницы, Septoria nodorum, не имеет строгой специализации, однако в естественных условиях редко наблюдаются эпифитотии этого заболевания на различных видах злаков.
Анализ литературы показал, что вид Septoria linicola (Speg.) Gar. может поражать, кроме вида Linum usitatissimum, все виды рода Linum (Проценко, 1964; Дорожкин и др., 1982). Исследованиями, проведенными Е.М. Корнеевой и Н.И. Лошаковой (1978) в условиях защищенного грунта, установлено полное отсутствие биологической совместимости возбудителя пасмо с культурами полевого севооборота (пшеница, ячмень, овес, клевер, картофель, горох). Несмотря на определенную изученность биологической специализации возбудителя пасмо, вопрос требовал уточнения в части возможности заражения в полевых условиях культур льняного севооборота и сорной растительности. Наши исследования показали, что в полевых условиях, при искусственном заражении культур льняного севооборота (лен, овес, ячмень, пшеница, клевер, горох, картофель), а также сорных растений (марь белая, осот розовый и желтый, пикульники, куриное просо, мокрица, фиалка трехцветная, ромашка непахучая и др.), пасмо хорошо проявлялось только на растениях льна. На других культурах признаки, характерные для проявления этого заболевания, не обнаруживались ни при визуальном просмотре, ни при микроскопическом исследовании препаратов с поврежденных участков. устойчивый септориоз селекционный лен
Анализ растений культур севооборота и сорных растений, выращенных при искусственном освещении, позволил выявить споры, морфологически сходные со спорами S. linicola, с одного листа гороха и одного стебля куриного проса при условии нанесения чистой культуры гриба на раневую поверхность листа. Их идентификация позволила сделать вывод, что гриб, выделенный с пораженных участков гороха и куриного проса, идентичен виду Septoria linicola (Speg.) Gar. Пораженность растений льна-долгунца сортов Белинка и Славный-82 на 7-е сутки составила 47 и 74 %, на 14 сутки 98 и 100 %. Таким образом, исследованиями впервые установлено, что в искусственных условиях возможно заражение растений, относящихся к другим родам (горох, куриное просо).
В естественных условиях поля специализация гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. ограничена льном, что позволяет надеяться на успех при поиске и создании новых форм льна, устойчивых к пасмо.
Распространенность и вредоносность септориозов и пасмо льна-долгунца.
Септориозы широко распространены во всех зернопроизводящих странах мира. У льна септориоз или "пасмо" впервые наблюдал и описал по материалам, собранным в Аргентине в 1909 году, Спегаццини. Болезнь быстро распространилась во многих странах мира. В СССР впервые пасмо обнаружила О.Б. Натальина летом 1930 года на коллекционном участке Приморского опорного пункта Дальневосточного отделения института защиты растений. В пятидесятые - шестидесятые годы в Советском союзе очаги пасмо наблюдались на масличном льне в Краснодарском крае, Крымской и Ростовской областях (Вахрушева, 1977).
На льне-долгунце пасмо впервые обнаружено в 1972 году на опытных полях Пушкинских лабораторий ВИР, в 1973 году на опытных полях ВНИИ льна, а также в производственных посевах многих льноводных областей (Калининской, Псковской, Смоленской, Могилевской, Витебской). В 80-е годы болезнь льна, называемая "пасмо", встречалась практически во всех районах льноводной зоны. В настоящее время это заболевание по степени распространенности и вредоносности занимает одно из первых мест среди болезней льна.
Вредоносность септориозов и пасмо на льне-долгунце.
Наши исследования, проведенные на позднеспелом сорте льна-долгунца Могилевский и среднеспелом - А-93, показали, что поражение растений во взрослой стадии развития, т.е. в фазах "зеленая" и "ранняя желтая" спелость, не оказало отрицательного влияния морфологические признаки: высоту растений, массу технической части стебля, содержание волокна, число семян. Растения льна к этому времени уже были сформированы.
Анализ трепаного и чесаного волокна этих сортов на компараторе цвета КЦ-3 свидетельствует о том, что показания компаратора выше при меньшей степени поражения растений льна пасмо. Действие компаратора цвета основано на способности лигнина, содержащегося в срединных пластинках волокна, поглощать свет при длине волны 360…400 нм. Таким образом, чем меньше лигнина содержится в срединных пластинках, тем выше показания компаратора (координата Z), и тем лучше качество волокна (табл. 2). Кроме того, анализ показал, что льноволокно неоднородно по длине. Если волокно из вершинной части несущественно различалось по показаниям, то из срединной и комлевой - существенно. Снижение качества наблюдалось при поражении растений льна в третьей и четвертой степени. Вместе с тем, даже поражение во второй степени часто приводило к существенному снижению показаний компаратора. Так, трепаное льноволокно сорта Могилевский, урожая 2004 года, достоверно хуже по качеству, уже при поражении растений льна во второй степени.
Инструментальный анализ чесаного льноволокна сортов Могилевский и А-93 подтвердил (табл. 3) результаты анализа, полученные с использованием компаратора цвета. С увеличением степени поражения растений льна пасмо, наблюдалось снижение прочности (разрывной нагрузки), гибкости. Снижение разрывной нагрузки в 2004 году наблюдалось уже при поражении растений сорта А-93 во второй степени. Гибкость волокна достоверно снижалась при поражении в третьей и четвертой степени в 2004 году и во второй степени у сорта А-93 в 2005 году. Линейная плотность волокна достоверно повышалась при поражении растений льна, начиная со второй степени в 2004 и третьей в 2005 году у обоих сортов, что также свидетельствует об ухудшении его качества.
Таблица 2. Влияние поражения растений льна-долгунца пасмо на качество льноволокна (интенсивность поглощения света (Z) компаратором цвета)
Балл поражения растений, А |
А-93 |
Могилевский |
|||||||
2004 год, трепаное льноволокно |
|||||||||
Область на стебле, Б |
Область на стебле, Б |
||||||||
Вершина |
середина |
комель* |
Ср. |
вершина |
середина |
комель |
Ср. |
||
0 |
14,3 |
16,8 |
17,2 |
16,1 |
16,6 |
20,4 |
20,0 |
19,0 |
|
1 |
14,4 |
17,4 |
17,6 |
16,5 |
16,2 |
18,1 |
18,5 |
17,6* |
|
2 |
14,5 |
17,1 |
16,6 |
16,1 |
15,6 |
15,3 |
16,9 |
15,9* |
|
3 |
14,7 |
15,2 |
14,6 |
14,8* |
14,2 |
15,5 |
15,5 |
15,1* |
|
4 |
14,6 |
13,9 |
13,9 |
14,1* |
14,5 |
12,8 |
12,6 |
13,3* |
|
Ср. |
14,5 |
16,1* |
16,0* |
15,4 |
16,4* |
16,7* |
|||
НСР 05 |
А - 0,6; Б - 0,5; АБ - 1,0 |
А - 0,6; Б - 0,5; АБ - 1,0 |
|||||||
2005 год, трепаное льноволокно |
|||||||||
1 |
14,5 |
17,3 |
17,4 |
16,4 |
14,6 |
13,4 |
13,5 |
13,8 |
|
2 |
15,4 |
16,3 |
17,4 |
16,4 |
14,4 |
13,4 |
12,9 |
13,6 |
|
3 |
14,5 |
14,0 |
12,9 |
13,8* |
14,2 |
12,4 |
11,2 |
12,6* |
|
4 |
13,7 |
12,8 |
13,2 |
13,2* |
14,8 |
12,5 |
11,1 |
12,8* |
|
Ср. |
14,5 |
15,1* |
15,2* |
14,5 |
12,9* |
12,2* |
|||
НСР 05 |
А - 0,5; Б - 0,4; АБ - 0,8 |
А - 0,7; Б - 0,6; АБ - нет |
|||||||
2004 год, чесаное льноволокно |
|||||||||
0 |
17,1 |
17,7 |
21,6 |
18,8 |
20,4 |
21,4 |
21,8 |
21,2 |
|
1 |
17,3 |
19,7 |
22,9 |
20,0 |
19,6 |
20,8 |
20,7 |
20,4 |
|
2 |
16,9 |
18,9 |
19,5 |
18,4 |
17,7 |
19,2 |
18,9 |
18,6 |
|
3 |
15,9 |
16,9 |
18,4 |
17,1 |
17,4 |
15,5 |
16,0 |
16,3 |
|
4 |
16,7 |
15,8 |
15,3 |
15,9 |
18,9 |
14,2 |
14,3 |
15,8 |
|
Ср. |
16,8 |
17,8 |
19,5 |
18,8 |
18,2 |
18,3 |
|||
2005 год, чесаное льноволокно |
|||||||||
1 |
21,3 |
20,0 |
18,9 |
20,1 |
18,2 |
15,4 |
15,6 |
16,4 |
|
2 |
19,2 |
18,8 |
18,3 |
18,8 |
14,8 |
15,3 |
14,5 |
14,9 |
|
3 |
16,1 |
14,8 |
14,8 |
15,2 |
13,4 |
13,6 |
13,0 |
13,3 |
|
4 |
16,3 |
14,0 |
13,7 |
14,7 |
15,0 |
15,1 |
13,2 |
14,4 |
|
Ср. |
18,2 |
16,9 |
16,4 |
15,3 |
14,8 |
14,1 |
Примечание: комель - нижняя прикорневая часть стебля льна-долгунца.
Проведенные исследования свидетельствуют о снижении качества льноволокна при поражении растений льна-долгунца пасмо в средней степени. Достоверное снижение разрывной нагрузки (прочности), гибкости волокна, метрического номера наблюдается при поражении растений в третьей и четвертой степенях, тенденция к снижению этих показателей отмечается уже при второй степени поражения.
Таблица 3. Влияние поражения растений льна-долгунца пасмо на качество льноволокна сортов Могилевский и А-93, 2004-2005 гг.
Показатели |
2004 г. |
2005 г. |
|||||||||
Степень поражения, балл |
Степень поражения, балл |
||||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
Могилевский |
|||||||||||
Разрывная нагрузка(даН) |
19,4 |
19,6 |
18,0 |
17,0* |
15,0* |
- |
11,5 |
13,5 |
11,3 |
12,2 |
|
НСР 05 |
1,68 |
1,22 |
|||||||||
Гибкость, мм |
54,4 |
56,0 |
56,7 |
45,4 |
45,0 |
- |
38,7 |
39,6 |
31,7 |
31,7 |
|
НСР 05 |
7,1 |
Нет |
|||||||||
Линейная плотность, текс |
3,8 |
3,3 |
4,1* |
4,7* |
5,4* |
- |
4,9 |
4,4 |
5,6* |
5,6* |
|
НСР 05 |
16,25 |
14,5 |
|||||||||
ОРНр**,гс/текс |
14,8 |
15,5 |
14,5 |
12,8 |
12,0 |
- |
10,9 |
11,7 |
10,0 |
10,1 |
|
А-93 |
|||||||||||
Разрывная нагрузка (даН) |
29,0 |
21,0 |
17,4* |
15,2* |
16,0* |
- |
10,7 |
12,4 |
11,0 |
11,3 |
|
НСР 05 |
1,84 |
Нет |
|||||||||
Гибкость, мм |
55,0 |
55,5 |
56,4 |
48,6* |
49,3* |
- |
44,6 |
36,2- |
30,7 |
31,3* |
|
НСР 05 |
6,5 |
7,8 |
|||||||||
Линейная плот-ность, текс |
4,8 |
4,7 |
5,3 |
5,2 |
6,3* |
- |
5,2 |
5,6 |
6,8* |
6,1* |
|
НСР 05 |
15,67 |
15,5 |
|||||||||
ОРНр, гс/текс |
16,1 |
11,2 |
10,5 |
9,5 |
9,6 |
- |
11,2 |
10,5 |
9,5 |
9,6 |
Примечание: * - достоверно на 5 % уровне значимости. ** ОРНр - относительная разрывная нагрузка.
Сканирование чесаного волокна позволяет визуально наблюдать и фиксировать различия в его качестве при поражении растений пасмо. Волокно от растений, непораженных пасмо или слабопораженых, более тонкое, ровное, а от пораженных в сильной степени - более грубое, бурое по цвету.
Оценка трепаного льноволокна сорта А-93 урожая 2005 года, полученного от растений, непораженных пасмо и пораженных в сильной степени (четвертой), показала разницу в качестве, равную одному номеру. Номер трепаного льноволокна от растений, непораженных пасмо, равнялся 11, а от сильнопораженных - 10. Средняя урожайность трепаного льноволокна в России в 2005 году была 0,59 т/га, а разница в его цене № 11 и № 10 составляла 4000 рублей за тонну. Выход длинного трепаного льноволокна около 50 %. Таким образом, недополученная прибыль за счет снижения качества льноволокна при поражении растений льна-долгунца пасмо, равнялась 1180 руб./га.
Инфекционно-провокационные фоны для оценки льна на устойчивость к септориозу.
Способы создания инфекционно-провокационных фонов на септориозы.
Селекцию на устойчивость наиболее целесообразно вести на специализированных инфекционных фонах, т.к. только в условиях инфекционного фона возможна дифференциация селекционного материала по степени устойчивости и отбор по этому признаку. При оценке на септориоз искусственные эпифитотии можно вызвать путем инокуляции всех или части испытуемых растений, а также делянок с очень восприимчивыми сортами, равномерно распределенными между делянками с селекционным материалом (Рассел, 1982).
Заражение льна септориозом или пасмо возможно проводить несколькими способами (Лошакова, 1986; Вахрушева, 1980): внесение чистой культуры возбудителя или пораженной льносоломы в почву до посева; инокуляция растений споровой суспензией. Кроме того, предлагается пораженную пасмо льносолому раскладывать непосредственно на рядки пробивающихся всходов льна (Вахрушева, 1980). Хорошее заражение пасмо можно получить при обсеве питомников восприимчивым сортом (Goulden, Stevenson, 1949).
Вопрос выявления менее трудоемкого способа создания инфекционного фона, позволяющего дифференцировать генотипы льна по устойчивости к пасмо, а также способа, позволяющего проводить одновременно оценку селекционного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо и параметрам продуктивности, является актуальным.
Совершенствование методики создания инфекционно-провокационного фона на пасмо и разработка способа оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо и хозяйственно полезным признакам.
Исследования проводили в полевых условиях Опытного поля ОПХ ВНИИ льна (в 1981-1983, 1986, 1993-1995, 2001 гг.).
Наши исследования по сравнению способов создания инфекционного фона для оценки льна на устойчивость к пасмо - внесение в почву до посева отрезков пораженной пасмо льносоломы или чистой культуры гриба Septoria linicola (Speg.) Gar.; внесение в почву до посева льна и расстил пораженной пасмо льносоломы по всходам; расстил пораженной пасмо льносоломы по всходам изучаемых образцов или по всходам восприимчивого сорта льна, высеянного вокруг опытных делянок, ярусов, показали, что варианты опыта по степени поражения существенно не различались. Достоверные различия сохранились только между сортами, включенными в анализ. Так, степень развития пасмо у сорта Торжокский-4, в среднем за три года, составила 25,0…37,4 %, а у сортов Лазурный и Спартак, соответственно, 44,5…50,6 % и 54,5…63,2 %. Взаимодействие факторов: способ создания инфекционного фона и сорт, также не оказало существенного влияния на достоверность оценки.
Результаты исследований по изучению возможности оценки льна-долгунца по устойчивости к пасмо при посеве 50, 25 или 15 семян показали, что число семян не оказало достоверного влияния на результаты.
Проверка лучших вариантов создания инфекционного фона и норм высева семян, проведенная на 104 селекционных номерах селекционного сортоиспытания и контрольного питомника 1986 года, показала, что степень развития пасмо достоверно ниже в контрольном варианте, где отрезки пораженной пасмо льносоломы вносились в почву до посева льна, разница с другими вариантами составляла 21,0…33,0 %. Различий между вариантами с расстилом пораженной пасмо льносоломы по всходам испытуемых образцов и по всходам восприимчивого сорта, высеянного вокруг ярусов с испытуемыми образцами, не наблюдалось. Степень развития пасмо в среднем по генотипам в этих вариантах составила 72,7 и 69,1 % при посеве 25 семян, 70,5 и 61,0 % - 15 семян.
Учитывая, что при расстиле пораженной пасмо льносоломы непосредственно на всходы испытуемых образцов возможен занос сопутствующей инфекции, более предпочтительным является создание инфекционного фона путем обсева опытных делянок (ярусов) восприимчивым сортом и расстил по его всходам пораженной пасмо льносоломы. Оценку образцов льна-долгунца по устойчивости к пасмо возможно проводить при посеве как 50, так 25 или 15 семян на делянку.
Традиционная селекция при создании сортов льна-долгунца предусматривает проведение отборов элитных растений при посеве гибридов квадратным (2,5 х 2,5 см) или рядовым (междурядья 10 см) способом. Совмещение на первом этапе селекционного процесса оценки по хозяйственно полезным признакам и по устойчивости к пасмо, проведение отбора по этим признакам, позволит создать не только высокопродуктивные, но и устойчивые сорта.
Результаты наших исследований по изучению влияния способа посева и способа создания инфекционного фона на развитие пасмо свидетельствуют о том, что на характер проявления болезни существенное влияние оказывают генотип, способ посева и способ создания инфекционного фона. При рядовом способе посева и создании инфекционного фона путем расстила пораженной пасмо льносоломы по всходам восприимчивого сорта, болезнь проявилась достаточно сильно (64,1; 60,2; 55,5 %) во все годы и была достоверно выше, чем при квадратном (49,0; 22,8 и 13,1 %), табл. 4. Сорта сохранили свои характеристики по устойчивости при обоих способах посева, так: Славный-82, Томский-16, Ника, Полесский-4 поразились достоверно выше, чем Белоснежка. При квадратном способе посева, только расстил пораженной пасмо льносоломы по всходам восприимчивого сорта, из-за низкой степени развития болезни в отдельные годы, не позволяет достаточно четко дифференцировать генотипы по этому признаку.
Таблица 4. Степень развития пасмо (%) у различных генотипов льна в зависимости от способа посева и создания инфекционного фона, 1993-1995 гг.
№ п/п |
Сорт (А) |
Рядовой посев, через 10 см (Б) |
Квадратный посев, 2,5см х 2,5 см (В) |
|||||||||||
Обсев восприимчивым сортом и льносолома, пораженная пасмо, по всходам этого сорта (С) |
||||||||||||||
Годы |
Среднее |
Годы |
Среднее |
+ Инокуляция суспензией (Д) |
||||||||||
1993 |
1994 |
1995 |
1993 |
1994 |
1995 |
Годы |
Сред |
|||||||
1993 |
1994 |
1995 |
Нее |
|||||||||||
1 |
Славный -82 |
98,0 |
72,3 |
83,8 |
84,7 |
78,3 |
44,3 |
39,6 |
54,1 |
100 |
85,4 |
64,0 |
83,1 |
|
2 |
КЛН-1 |
100 |
79,4 |
75,9 |
85,1 |
66,0 |
41,0 |
38,2 |
48,4 |
100 |
86,0 |
56,1 |
80,7 |
|
3 |
Полесский-4 |
87,0 |
52,8 |
74,2 |
71,3 |
67,3 |
24,2 |
8,8 |
33,4 |
98,2 |
80,9 |
57,7 |
78,9 |
|
4 |
Шумпер.тон. |
73,5 |
53,5 |
64,7 |
69,9 |
52,7 |
20,8 |
12,3 |
28,6 |
93,0 |
71,7 |
55,1 |
73,3 |
|
5 |
Leona |
88,7 |
72,5 |
64,7 |
75,0 |
61,0 |
19,8 |
23,1 |
34,6 |
85,0 |
72,4 |
48,7 |
68,7 |
|
6 |
Fortuna |
22,7 |
69,8 |
61,1 |
51,2 |
26,7 |
16,9 |
10,3 |
18,0 |
83,7 |
71,7 |
61,1 |
72,2 |
|
7 |
Ника |
87,3 |
57,8 |
53,9 |
66,3 |
71,3 |
50,0 |
17,5 |
46,3 |
100 |
77,8 |
36,2 |
71,3 |
|
8 |
Томский-16 |
67,5 |
46,7 |
38,1 |
50,8 |
71,3 |
30,0 |
15,8 |
39,0 |
83,7 |
86,9 |
50,0 |
73,5 |
|
9 |
Natasja |
18,5 |
25,0 |
14,2 |
19,2 |
12,0 |
5,4 |
1,2 |
6,2 |
28,0 |
47,3 |
6,2 |
27,2 |
|
10 |
Б-14 |
68,5 |
74,8 |
61,4 |
68,2 |
47,7 |
15,0 |
10,0 |
24,2 |
95,8 |
69,4 |
50,8 |
72,0 |
|
11 |
Л-44-16 |
78,0 |
67,9 |
52,0 |
65,9 |
63,3 |
5,0 |
4,1 |
24,1 |
100 |
65,5 |
44,2 |
69,9 |
|
12 |
Sinter |
44,0 |
62,8 |
67,5 |
58,1 |
15,6 |
13,7 |
0 |
9,8 |
62,5 |
51,3 |
45,2 |
53,0 |
|
13 |
Белоснежка |
0 |
26,9 |
10,2 |
12,3 |
4,7 |
0 |
0 |
1,6 |
12,5 |
44,7 |
7,8 |
21,7 |
|
Ср.по сортам |
64,1 |
60,2 |
55,5 |
59,4 |
49,0 |
22,8 |
13,1 |
28,3 |
80,2 |
70,0 |
43,3 |
65,3 |
Способ создания инфекционного фона |
Обсев восприимчивым сортом и льносолома по его всходам (С) |
Обсев восприимчивым сортом и льносолома по его всходам (С) и С + Инокуляция (Д) НСР 05-5,6 |
|
Способ посева |
Рядовой (Б) и квадратный (В) - НСР 05 = 6,8 |
Квадратный (В) |
|