Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Ботаники и генетики»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема «Возбудитель ржавчины ириса Puccinia iridis представителя семейства ирисовые (Iridacea) в частности рода ирис (Iris)»

Выполнил (а) студент 246 гр:

Григорьева О.А.

Проверил научный руководитель,

канд. с.-х. наук, доцент: Прусова Н.Г.

Курган 2013 г.



Введение

Защита цветочных, декоративных и газонных растений от болезней приобретает все большее значение в связи с расширяющимися работами по озеленению городов других населенных пунктов, созданием новых цветоводческих хозяйств и лесопарков, ботанических и дендросадов, интродукцией новых древесно-кустарниковых и цветочных культур.

Течение патологического процесса у цветочно-декоративных, газонных и интродуцированных растений, защита их от болезни имеют ряд особенностей, отличающих их от таковых в лесном и сельском хозяйстве. Прежде всего, эти особенности связаны с тем, что цветочно-декоративные, газонные растения и интродуценты выращиваются в не традиционных условиях существования этих растений, часто под сильным антропогенным давлением. При выращивании тесно переплетаются элементы открытого и закрытого грунта, различных географических зон и урбанизированных воздействием городской среды. ржавчинный гриб ирис растение

Цель исследования - изучить развитие ржавчинного гриба Puccinia iridis (Wint) на дикорастущих и культурных видах рода ирис в условиях Курганской области. Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить ржавчинные грибы, паразитирующие на ирисах Курганской области.

2. Провести микроскопические исследования покровных тканей листа ириса, пораженных возбудителем ржавчины.

3. Выделить споры ржавчинного гриба, поражающего ирисы, и идентифицировать её.

4. Выявить степень заражения по шкале Э. Стекмана и М. Левина(1922).

5. Сравнить пораженные возбудителем ржавчины дикорастущие и декоративные ирисы. Отметить степень поражения.

6. Выявить влияние ржавчинного гриба на анатомическое строение питающих растений.



Глава 1. Обзор литературы

1.1 Общая характеристика ржавчинных грибов

Порядок: Ржавчинные (Pucciniales=Uredinales)

Грибы, относящиеся к этому порядку, вызывают заболевания многих растений. Симптомы поражения растений -- пятна или полосы обычно ржаво-бурого цвета, это связано с присутствием в спорах этих грибов пигмента, близкого по химическому строению к каротину [Рис 1]. Отсюда название всей группы грибов этого порядка -- ржавчинные грибы. [1] Ржавчинные грибы вызывают инфекционные заболевания, называемые грибными или микозами.

Ржавчинные грибы имеют сложный цикл развития. Для них характерно несколько следующих друг за другом спороношений, оканчивающихся образованием покоящихся спор, называемых телиоспорами. Эндогенный мицелий ржавчинных распространяется по межклетникам тканей растений - хозяев.[2] Еще одна особенности ржавчинных грибов - разнохозяйность, то есть способность развиваться в одной из стадии на одном, а в других стадиях - на другом виде растений. Существуют и однохозяйственные ржавчинные грибы, у которых все стадии проходят на одном виде растений. Если в цикле развития гриба входят все типы спороношения, характерные для порядка, его называют полным. У многих видов ржавчинных отсутствует один или несколько типов спороношения, следовательно, развитие данного вида идет по неполному циклу.[2]

Полный цикл развития ржавчинных грибов состоит из 3 стадий и 5 спороношений. Первая стадия - весенняя, или эциальная.

На этой стадии гриб образует два спороношения: спермации в спермагониях (пикниоспоры в пикниях) и эциоспоры в эциях. [Рис 2]

Развитие ржавчинных грибов по полному циклу осуществляется следующим образом. Эциостадия ржавчинных грибов чаще всего развивается весной или в начале лета, в результате первичного заражения растений базидиоспорами. Базидиоспоры ржавчинных грибов раздельнополы. На базидии образуется по 4 базидиоспоры двух половых знаков.[2] В этой стадии гриб образует два спороношения: спермогонии и эции. Спермогонии -- это маленькие незаметные вместилища, в которых формируются очень мелкие споры -- спермации; они не вызывают заражения растений, но играют важную роль в половом процессе. Эции -- более крупные вместилища, имеющие форму бокальчиков, корзиночек, продолговатых разрывов или пузыревидных вздутий, заполненных порошащей золотисто-желтой или оранжевой массой эциоспор. По мере созревания эциоспоры высыпаются из эциев и служат (у разнохо-зяйных видов) для заражения другого хозяина.[3]

С заражения растений эциоспорами начинается урединиостадия цикла развития гриба. Урединиостадия ржавчинных грибов развивается летом и слагается обычно из нескольких генераций урединиоспор. Они имеют вид порошащих светло-желтых или оранжевых скоплений, образующихся в урединиях, представляющих собой округлые или продолговатые разрывы эпидермиса и кутикулы (пустулы). Урединиоспоры вновь заражают растения данного вида, обеспечивая тем самым быстрое распространение паразита и массовое развитие болезни.[3] В течение одного вегетационного периода образуется несколько поколений урединиоспор. За лето может образоваться до 10 поколений урединиоспор. Чем короче период от заражения до возникновения нового поколения, тем быстрее распространяется болезнь.[2]

В конце периода вегетации растения в урединиях на дикариотическом мицелии начинают формироваться телиоспоры (телиостадия).[2] Телиостадия характеризуется наличием двух спороношений: телиоспор и базидиоспор. Телиоспоры обычно образуются к концу вегетационного периода и представляют собой покоящиеся споры ржавчинных грибов. Они снабжены толстыми оболочками, имеют темную окраску и чаще всего предназначены для сохранения в зимний период. Телиоспоры выходят на поверхность растений в виде порошащих темно-бурых или черных скоплений через разрывы покровных тканей (открытые телиопустулы) либо размещаются под эпидермисом (закрытые телиопустулы). У некоторых видов телиоспоры располагаются на поверхности растений в виде студенистых скоплений или тонких волосовидных столбиков. После перезимовки телиоспоры прорастают, образуя базидии с базидиоспорами; базидиоспоры вновь осуществляют переход гриба на другой вид растения-хозяина и вызывают первые весенние заражения. У некоторых видов прорастание телиоспор, образование базидиоспор и заражение ими растений происходят в конце вегетационного периода.[3] После перезимовки прорастают в росток, на верхнем конце которого формируется четырехклеточная базидия. Каждая клетка базидии дает по одной базидиоспоре, сидящей на короткой ножке - стеригме.[2]

Базидиоспоры осуществляют первое весеннее заражение растений. У разнохозяйных видов при помощи базидиоспор осуществляется переход гриба на другой вид растения - хозяина. У некоторых видов прорастание телиоспор, образование базидиоспор и заражение ими растений происходит в конце периода вегетации.

На протяжении цикла развития осуществляется чередование (смена) ядерных фаз гриба: гаплоидной, дикариотичной и диплойдной. Гаплойдная фаза начинается с базидии и базидиоспор. В результате заражения базидиоспорами формируется гаплоидный мицелий и образуется гаплоидные спороношения - спермации.

Диплоидная фаза начинается со слияния двух гаплоидных спермациев или мицелиев с разными половыми знаками без кариогамии. На дикариотичном мицелии закладываются дикариотичные эциоспоры. При заражении растений эциоспорами образуется урединиоспороношение, состоящее из нескольких поколений (генераций) урединиоспор. Затем развиваются телиоспоры, В телиоспорах осуществляется кариогамия, образуется диплойдное ядро, а при развитии из них базидии происходит редукционное деление и формирование гаплойдных базидиоспор разных половых знаков.[2,3]

Как указывалось выше, существуют виды ржавчинных грибов, развивающихся по неполному циклу, то есть в цикле их развития представлены не все стадии.[2]

Порядок ржавчинных грибов делят на семейства:

1. На основании строения телиоспор - они могут развиваться на ножке или без нее, быть одиночными или в цепочках, иметь разную форм. [ Рис 3]

2. Строения и особенностей развития эциев - эции могут быть окружены псевдоперидием как у видов Puccinia; они могут выступать из листа сначала в закрытом виде и при созревании их стенки вскрываются, формируя своеобразную решетку, через кото-рую выходят эциоспоры, например, у ржавчины груши Gymnosporangium sabinae;

3. специализации в отношении растений - хозяев. Учитывается вид и род растения-хозяина, однохозяйнность или разнохозяйнность гриба, спороношение ржавчинного гриба, которое зафиксировано на данном растении.[4]

С учетом указанных признаков в настоящее время в порядке Uredinales разными авторами описывается разное число семейств (до 14). [2]

Важнейшие из них - сем. Pucciniaceae и сем. Melampsoraceae.

В семействе пуккциниевых насчитывается 69 родов (Dictionary of the Fungi, 2001). Наиболее распространены следующие:

1. Уромицес - Uromyces. Телиоспоры этого рода одноклеточные, эции с перидием. Многие виды рода Uromyces в урединио - и телиостадиях паразитируют на бобовых растениях, а в эциальной -- на молочаях. В роде около 500 видов, наиболее известны среди них U. pisi -- на горохе, U. betae - на свекле.

2. Род Puccinia (пуккциния) с двухклетными телиоспорами, эции с псевдоперидием. Представители этого рода паразитируют на многих видах злаков - Р. graminis, P. coronifera, P. recondita, P. triticina и другие, а также на различных видах двудольных. Весьма вредоносен P. helianthi на подсолнечнике.

3. Род фрагмидиум - Phragmidium (сем. Phragmidiaceae) с многоклеточными телиоспорами. В большинстве паразиты розоцветных (розы, малины и другие). Все виды однохозяинные.

4. Род Хризомикса - Chrysomyxa (сем. Coleosporiaceae), телиоспоры в ветвистых цепочках. Паразиты хвойных и двудольных.[4]

Поражение растений ржавчинниками в большинстве случаев локальное, проявляется болезнь лишь в том месте, куда проник росток споры патогена,[4] проникновения патогена через естественные ходы (устьица, чечевички) или непосредственно через кутикулу. Характер их воздействия на поражаемую ткань часто стимулирующий, так как механизм патогенности не редко включает ростовые вещества. Облигатные паразиты предпочитают здоровые, хорошо развитые растения, заражают неповрежденные ткани, меристему.

Тип их питания только паразитический, поэтому облигатные паразиты или вообще на растут на питательных средах, или очень медленно развиваются на средах специального состава.[2,4]

1.2 Характеристика возбудителя ржавчины ириса (Puccinia iridis (W))

Возбудитель ржавчины ириса -- разнохозяйный гриб (Puccinia iridis (W)). Ржавчина сильно поражает листья, на которых летом образуются многочисленные ржаво-коричневые продолговатые порошащие подушечки, выступающие через разрывы эпидермиса, -- урединии (урединиопустулы). Созревающие в них урединиоспоры в течение всего вегетационного периода заражают листья ириса. Заражение тканей ириса спорами гриба (Puccinia iridis(W)) происходит довольно быстро. Через два часа после помещения здорового экземпляра растения к образцам, которые являются зараженными, в тканях не инфицированного ириса так же наблюдаются споры ржавчинного гриба. При этом, у опытного образца увеличивается фотосинтетическая активность и транспирация, потому, что паразитический гриб (Puccinia iridis(W)) активирует ростовые процессы растения. От момента заражения промежуточного хозяина (крапива двудомная, валериана) базидиоспорами до образования спермагониев и эций проходит 10--11 дней, а от заражения эциоспорами до появления урединии с урединиоспорами( видов ириса) и от заражения урединиоспорами до образования новых урединий -- 5--7 дней.Период появления пустул на листьях ириса -- вторая половина лета (июль-август). Ближе к осени на пораженных листьях появляются черные бархатистые выпуклые спороношения гриба в виде штрихов -- телиопустулы. Образующиеся в них телиоспоры зимуют на отмерших частях растений, а затем при помощи ветра распространяются и прорастают базидиями с базидиоспорами. Последние заражают валериану и крапиву(Valeriбna, Urtica), на листьях которых развивается эциостадия гриба.

Пораженные ржавчиной листья ириса желтеют и преждевременно засыхают, а в некоторых случаях на поверхности погибающих, загнивающих листьев развивается мицелии гриба. Ежегодно сильное развитие ржавчины может привести к ослаблению или слабому цветению, а так же к гибели растений.

Это опасное заболевание распространено главным образом в южных районах России.

1.3 Общая характеристика рода ирис (Iris(L))

Имрис, или Касамтик (Нris(L)) -- род многолетних корневищных растений семейства касатиковые, или ирисовые (Iridaceae). Ирисы встречаются на всех континентах. Род насчитывает около 800 видов. [6]

Стебли ириса одиночные или по нескольку чаще ветвистые, от 10 до 150 см высоты. Листья плотные, мечевидные, прямостоячие двухрядные. Цветки разнообразны по окраске, форме и размеру. Цветок имеет простой венчиковидный околоцветник, состоящий из шести долей или листочков. Наружные листочки околоцветника отогнуты вниз, внутренние направлены вверх. Доли околоцветника раздвинуты таким образом, что любая их деталь видна. А загадочный блеск цветка, особенно заметный при косых лучах солнца или электрическом освещении, объясняется строением клеток кожицы, фокусирующих свет как миниатюрные оптические линзы.[5]

Цветки -- одиночные или в соцветиях, у отдельных видов слегка душистые. Цветки ирисов очень своеобразны: у них нет чашелистиков и лепестков. Форма цветка близка к строению орхидеи. Околоцветник -- трубчатый, с шестираздельным отгибом. Основания лепестков срастаются в трубку, внутри которой находится нектар. В средней полосе России ирисы цветут с конца мая и до июля. Ирисы отличаются высокой зимостойкостью, к почве неприхотливы, но не переносят сильно увлажнённой почвы, поэтому их лучше высаживать на склонах. Цветы выращивают на одном месте до семи лет.[6]

Семенная коробочка трехгранная. Семена сплюснутые или почти шаровидные. Семенами размножаются в основном дикие виды, а садовые выращивают из семян лишь в том случае, когда стремятся получить новые сорта. Сортовые гибридные ирисы размножаются только вегетативно.[5]

Корневая система расположена в верхнем пахотном слое, расположение надземное, как у многих корневищных растений. Оно разрастается по поверхности почвы и состоит из частей, то широких и длинных, то узких и коротких (каждая часть - годичный прирост. По количеству частей можно определить возраст куста. В утолщенных корневищах откладываются питательные вещества, которые используются для развития боковых почек, роста молодых боковых побегов, образования цветочных органов и развития цветоноса. Весной из почки развивается пучок сидячих мечевидных листьев, а за лето вырастает новая часть корневища. Во время роста листьев у их основания появляются шнуровидные корни. Эти корни углубляются в почву, притягивают корневище к земле, и оно переходит из вертикального положения в горизонтальное. К осени у каждого годичного побега листья отмирают и остаются лишь на конце розетки из нескольких листьев. Внутри розетки к этому времени закладываются цветочные бутоны. Розетка остается зеленой до глубокой осени и так зимует под снегом, а весной листья быстро растут, и из середины розетки выходит цветонос. Уже во время цветения у основания цветоноса появляются боковые ветви-розетки. После цветения цветонос и листья на старой части корневища отмирают, и жизнь продолжают боковые розетки. Таким образом, у ириса каждый побег развивается два года. В первый год идет вегетативный рост, во второй -- развитие завершается цветением. Корневище быстро разрастается, его части начинают теснить друг друга и мешают нормальному росту соседних, поэтому выращивать ирисы на одном месте без деления нельзя более пяти лет. Когда побеги перестают развивать цветоносы, корневище прекращает ветвиться, все боковые почки становятся спящими, и теперь корневище наращивается в одном направлении. У сибирских ирисов такого расположения корневищ не наблюдается, и при посадке они заглубляются на 5--7 см. Корни ириса недолговечны и живут два вегетативных периода, а части корневища - 5-6 лет. Корни уходят неглубоко (на 15--25 см), при пересадке они сильно повреждаются, но быстро восстанавливаются. [5,6]

1.4 Взаимоотношения «паразит - хозяин»

Физиолого-биохимические взаимоотношения, складывающиеся между патогеном и растением-хозяином в процессе инфекции, представляют собой сложные регуляторные взаимосвязи между двумя организмами. Изучение этих взаимосвязей на различных уровнях - от организменного до клеточного - показывают, что на разных этапах развития ржавчинных болезней включаются различные механизмы защитных реакции растения.

Развиваясь на поверхности листа ириса, ростковые трубки урединиоспоры вступают в контакт с покровными тканями листа. Исследования под сканирующим электронным микроскопом показали, что происходит разрушение покровных тканей в непосредственной близости от апекса ростковой трубки; гриб выделяет экзоферменты, расщепляют клеточную стенку кутикулы листа.

Ржавчинные грибы в естественных условиях развиваются только в живой ткани растений (облигатный паразитизм). Взаимоотношения между патогеном и растением - хозяином могут складываться по-разному - в зависимости от реакции растения на внедрение гриба.

При совместной комбинации паразита и растения-хозяина эти взаимоотношения складываются в начале без видимого ущерба для обоих участников, напоминая симбиотическое взаимодействие. Дальнейшее развитие ржавчинных грибов в тканях растения приводит к значительным изменениям в структуре и функциях клеток растения. Взаимоотношения двух организмов на этой стадии развития болезни сопровождаются активным обменом метаболитами между возбудителем ржавчины и цитоплазмой растения.

Будучи гетеротрофными организмами, ржавчинные грибы получают питательные вещества из тканей растения - хозяина. Эта группа прошла длинный эволюционный путь приспособления к метаболизму питающего растения. Возбудитель ржавчины ирисов - (Puccinia iridis (Wint)) - не вызывает снижения уровня метаболических процессов на начальных этапах своего развития, это происходит только с началом спороношения гриба. Патоген чрезвычайно тонко регулирует транспорт метаболитов и минеральных веществ в тканях растения-хозяина, поддерживая высокую концентрацию питательных веществ в клетках мезофилла листа, окружающих пустулу.

Когда гриб переходит к массовому спороношению и потребляет большое количество питательных веществ, окружающая пустулу ткань хозяина теряет хлорофилл. Если пустулы расположены близко друг от друга, то весь лист ириса становится хлоротичным: происходят процессы, связанные с ускоренным увяданием. В этот период идет быстрый распад органелл в клетках, окружающих пустулы. Деградация белков в увядающей ткани значительно повышает концентрацию аминокислот. Физиологически молодые ткани зеленых островков, возникающие вокруг пустул ржавчины, поддерживают способность накапливать аминокислоты, создавая тем самым приток этих соединений в сторону гриба.

Внедрение ржавчины приводит к значительным изменениям в строении и функциях всего пораженного растения. Локально в зоне распространения инфекции в мезофилле растения происходит разрыв межклеточных связей, за счет экзоферментов и механического давления гиф гриба.

Развиваясь в межклеточном пространстве, гифа гриба оказывает значительно более слабое влияние на цитоплазму клеток растения-хозяина по сравнению с гаусториями.

Возбудители ржавчинных болезней - облигатные паразиты - стоят на высшей ступени приспособления к тканям питающего растения. Ржавчина вызывает деструктивные изменения в хлоропластах растения, что отражается на работе углеводного обмена, фотосинтеза, дыхания, транспирации и транспорта веществ. В то же время, наблюдается сложный характер изменения фотосинтеза у растений, пораженных ржавчиной. Как правило, фотосинтез увеличивается в начальной фазе заражения ржавчинными грибами в результате ускоренного оттока ассимилянтов из здоровых участков к центрам инфекции, то позднее наступает снижение фотосинтетической активности, вызванное уменьшением количества хлорофилла и ключевых белков.

Изучение физиологии взаимоотношений патогена и растения-хозяина при ржавчинных заболеваниях ирисов, позволила в развитии инфекции выделить две критические фазы, от которых зависит степень устойчивости растений. Первая фаза - эктофильная - начинается от момента образования ростковой трубки из прорастающей урединиоспоры, затрагивает период формирования инфекционных структур гриба и сопровождается проникновением гриба в ткани растения. В этот период гриб очень лабилен, тонко реагирует на изменение условий внешней среды - температуры, влажности, света.

Второй критический период в развитии взаимоотношений между патогеном и растением - хозяином связан с установлением паразитических отношений между возбудителем и растением (эндофильная фаза).

Этот период начинается с проникновения специализированного органа гриба - гаустории - в клетку растения, когда устанавливается тесный контакт патогена с цитоплазмой растения. В месте контакта с клеткой растения образуется пограничная зона, через которую происходит непосредственный обмен метаболитами между растением и патогеном.

Ржавчинные грибы интенсивно используют энергию липидов в эктофильной стадии. Переход к эндофильной стадии развития сопровождается изменением направленности их метаболизма от липидного к преобладающему углеводному обмену. Это имеет приспособительное значение: возбудители ржавчины адаптируются к условиям существования в тканях растения, основу обмена веществ которых составляют углеводы, образующиеся в процессе фотосинтеза.

1.5 Влияние погодных условий на развитие ржавчинных грибов

Многолетние наблюдения и широкие исследования по изучению болезней культурных растений показали, что интенсивность их распространения и развития определяется характером взаимоотношений трех компонентов: возбудителя болезни, растения- хозяина и внешней среды. [7] При этом, внешняя среда играет огромную роль, как в самом возникновении заболевания, так и в его развитии. Среди сложного комплекса факторов, входящих в понятие среда, решающая роль принадлежит климату и погоде.

Ржавчинные грибы относятся к особой группе возбудителей болезней растений, способные вести только паразитный образ жизни. Их развитие связано с условиями погоды в период накопления, сохранения инфекционного начала и заражения растений.[2] Здесь ведущими факторами выступают тепло- и влагосодержание воздуха, продолжительность рос и частота выпадения осадков. В период покоя влияние погоды на патоген сказывается через состояние основной поражаемой культуры, а так же промежуточного хозяина.[2]

Тепло. Температура среды является одним из основных факторов, определяющих возможность возникновения заболевания растений и степень их вредоносности.

Табл.1. Температурные показатели развития ржавчины ирисов.

Вид ржавчины	Стадия развития возбудителя болезни	Температура, оС
		Нижний предел	Оптимум	Верхний предел
Возбудитель ржавчины ириса	Прорастание спор	2	25	31
	Заражение растений	10	23-25	35
	Развитие в тканях растений	2	20	-

Споры ржавчинных грибов прорастают только при наличии капельной влаги или при влажности воздуха, близкой к насыщению. Продолжительность сохранения влаги на растениях зависит, главным образом, от температуры. При нарастании температуры, скорость испарения влаги с поверхности растений возрастает, что и ограничивает возможность их заражения. В связи с этим, необходимо знать температуру среды, обеспечивающую достаточную продолжительность увлажнения растений.[7]

Значительные понижения температуры, а особенно ее резкие колебания, ухудшают состояние растений и повышают их восприимчивость к болезням. Однако, ржавчинные грибы поражают не ослабленные, а хорошо развитые растения. В этом случае условия среды, обеспечивающие нормальное развитие растения, являются благоприятными и для патогена. Развитие ржавчины на ирисах наиболее интенсивно происходит на участках с загущенными посадками. Микроклимат таких «островков», с их пониженными температурами и повышенным влагосодержанием приземного воздуха, обуславливает активный рост растений; переувлажнение их тканей и, как следствие этого, ослабление устойчивости к болезням.[2,7]

Решающее значение фактор температуры приобретает в период развития гриба в растении-хозяине. Температура в это время определяет скорость течения инкубационного процесса и циркуляции патогена на растении, а так же его плодовитость, то есть динамику накопления заразного начала и проявление болезни. Для ржавчины ирисов этот фактор имеет особое значение, так как возбудитель развивается быстро, в течение нескольких дней, и, за период вегетации растений, воспроизводит себя многократно.

Влага. Содержание влаги в окружающей среде оказывает значительное влияние на появление и развитие болезни на всех этапах патологического процесса и, в значительной степени, определяет продолжительность сохранения жизнеспособности ржавчинных грибов. Однако, практически решающее значение фактор влажности имеет лишь в течение сравнительно короткого периода - от начала прорастания спор до проникновения патогена в растение. В то же время, воздействие этого фактора на процесс заселения растения-хозяина спорами настолько велико, что оно редко превосходит влияние температурных условий среды. Так, споры ириса прорастают только при наличии капельно-жидкой влаги.[2]

Основным источником капельно-жидкой влаги являются осадки в виде дождя и росы. Массовое развитие болезни отмечается во влажные годы, характеризующиеся обильным выпадением осадков в течение всего вегетационного периода. Наиболее благоприятные условия для заражения растений создаются при затяжных моросящих дождях; сильные дожди ливневого характера вызывают смыв и механическое уничтожение инфекционных зачатков, ограничивают распространение и развитие заболевания.[2,7]

Свет. Воздействие света на течение инфекционного процесса начинает проявляться еще до заражения растений. Положительное действие света сказывается на скорости развития ржавчинных болезней в растении-хозяине: чем больше света, тем короче инкубационный период у ржавчинных грибов. Основное значение света в развитии болезней состоит в формировании восприимчивости растений к заражению. Ржавчинные грибы живут за счет продуктов фотосинтеза. В условиях интенсивного освящения активизируются процессы ассимиляции, углеводного и белкового обмена, что, в свою очередь, стимулирует развитие паразитирующих на них патогенов.[7]

Ветер. Ветер выступает одним из основных факторов в течение болезни, так как способствует переносу спор. Содержание спор в воздухе и их рассеивание имеют сравнительно четкий выраженный сезонный характер. Наибольшее количество спор в воздухе отмечается летом и осенью. Это связано с сезонным развитием гриба. Основными факторами, регулирующими распространение инфекции, являются скорость и направление ветра, а также интенсивность турбулентного перемешивания воздуха. При переносе спор на дальние расстояния снижается их жизнеспособность. Это значительно ограничивает вероятность заражения растений.[2,7]

Таким образом, климатические факторы в распространении и развитии ржавчинных грибов имеют огромное значение.



Глава 2. Место, объект, методы исследования

2.1 Характеристика природно-климатических условий Курганской области

Курганская область расположена в азиатской части России, на юго-западе Западно-Сибирской равнины, в бассейне реки Тобол. Зауралье занимает площадь в 71,5 тыс. кв. км. Среди областей и республик Урала Курганская область - одна из меньших по размерам. Её протяженность с запада на восток - 430 км, с севера на юг - 290 км. Нашими соседями являются на севере и северо-западе Свердловская область, на западе и юго-западе - Челябинская, на юге и юго-востоке Казахстан, на востоке и северо-востоке Тюменская область.

Область расположена в трех природных зонах: лесной, лесостепной и степной. Территория области отгорожена Уральским хребтом от влажных и теплых воздушных масс с запада, но легкодоступна холодным арктическим и сухим южным воздушным вторжениям, что обуславливает жёсткость климата и неуступчивость метеорологических условий. Климат Курганской области континентальный умеренного пояса. Континентальность климата проявляется в понижении влажности воздуха, меньшим количеством осадков, а также в резком изменении суточных температур и значительных годовых амплитудах колебания температур воздуха вследствие более суровой и продолжительной зимы, и сравнительно теплого лета.

В пределах области расположены бассейны рек Тобола, Исети, Миасса. Характерными особенностями этих рек являются: малый уклон, большая извилистость русла, медленная скорость течения (0,3-0,5 м/с). Протекают они среди широкой поймы (0,4-2 км), образуя много излучин, заводей и стариц. Режим питания рек зависит в основном от количества осадков. Основная масса осадков выпадает в летний период.

Самая крупная артерия района - река Тобол, пересекающая область с юго-запада на северо-восток и достигающая в ширину 17-42 км. В настоящее время пойма Тобола имеет неодинаковое строение в пределах области. В южной части пойма довольно широкая, имеет волнистый рельеф с песчаными волами и гривами в прирусловой части. Центральная пойма более выровнена, с отдельными логами и замкнутыми западинами. Характерно обилие стариц вытянутых вдоль русла.

Рельеф Курганской области, в общем равнинный, со слабым наклоном на северо-восток (абсолютные высоты от 120 до 200 м). Местность изобилует множеством котловин, придающих неповторимый облик нашему краю.

Понижения бывают самой различной формы и величины - от нескольких кв. метров до десятков га, глубиной от 20-30 см до 10 м и более. Эти низины, или так называемые блюдца, большей частью заняты водой, образуя озера.

В пределах Курганской области подстилающими почвы горными породами являются горизонтально залегающие толщи палеогенового, неогенового и четвертичного возраста.

Породы четвертичного возраста имеют более однообразную окраску. На таких породах в Курганской области формируются черноземные почвы с относительно высоким содержанием гумуса и с большой мощностью перегнойного слоя. Они покрывают более трети поверхности области:

Черноземы выщелоченные. Перегнойный горизонт составляет 45-20 см. это наиболее плодородные почвы Курганской области.

Черноземы обыкновенные. Не образуют в пределах области сплошных массивов. Они встречаются в сочетании с солонцеватыми черноземами, солонцами. Больше всего распространены в южных пределах области.

Черноземы солонцеватые. Основными распространениями солонцеватых черноземов является территория к востоку от реки Тобол. В виде вкраплений встречаются и в других частях области.

Солончаки. В пределах области солончаки приурочены к днищам высохших озер и стариц рек, приболотным и приозерным понижениям, речным притокам.

Солонцеватые почвы занимают наиболее пониженные участки местности. Формируются на тяжелых суглинках и глинах.

Солонцы распространены на равнинных водораздельных участках между Тоболом и Ишимом, Исетью и Миассом.

Серые лесные почвы формируются в области аллювиальных и эоловых песков и супесей древних террас рек. На них в природных условиях произрастают сосновые боры.

2.2 Место исследований

В ходе исследования по данной теме были выбраны стационарные участки в пределах Курганской области (микрорайон Тополя, село Вилкино, берег реки Боровлянки, город Курган), в пределах, которых проводился мониторинг за объектами исследования (виды рода ирис, споры возбудителя ржавчины ириса).

Рис. 1. Карта Курганской области. Места сбора материала:

№1 - микрорайон Тополя;

№2 - село Вилкино Юргамышский район;

№3 - берег реки Боровлянки Притобольный район;

№4 - город Курган.

1. Два стационарных участки были выделены в микрорайоне Тополя в 15 км от города Кургана: тополиная роща и поименный луг - места произрастания ириса согдийского (Iris sogdiana(L.,)). [Приложение 1. Рис.11,12,13]

2. Второй участок - село Вилкино, Юргамышского района, находящееся в 150 километров от города Кургана. Место произрастания ириса германского (Iris germanica(L.,)) - затененный жилой двор с повышенным увлажнением почвы (с понижением в микрорельефе местности). [Приложение 1. Рис. 14,15].

3. Третий участок-берег реки Боровлянка в Притобольном районе в 36 километрах от Кургана, точечное местонахождение ириса сибирского (Iris sibirica(G.,)) [Приложение 1. Рис. 16,17,18].

4. Пятый участок - цветник города Кургана в городском саду - (Iris germanica(L.,)).

2.3 Методы исследования

При проведении исследований необходимо учитывать: время появления болезни, ее распространенность, интенсивность и вредоносность. Эти показатели определяют путем наблюдения и учета на стационарных участках или при маршрутных обследованиях. Для этого нами были использованы методы:

1. Визуальные.

Стационарные пробные участки были выделены в типичных по почвенным и климатическим условиям региона. Исследовано 5 участков в ходе летне-осенней производственной практики.

На стационарных участках проводились систематические наблюдения за ирисами. Для выявления ржавчинных заболеваний в каждом из 5 участков было выделено по 1 учетной площадке размером 1х1 мІ.

(участок №1 Притобольного р-на, берег реки Боровлянка, 36 км от Кургана;

участок № 2 город Курган, цветники и клумбы в городском саду;

участок №3: г. Курган район СтальМоста, частный цветник;

участок №4: село Вилкино, Юргамышского р-на, Курганской обл, 150км от Кургана, жилой двор, затененный сырой участок;

участок № 5: мкр Тополя, 15км от Кургана, тополиная роща, пойменный луг;).

Как на стационарных участках, так и при маршрутных исследованиях нами была использована диагностика по внешним признакам поражения растений. Для выявления возбудителя на ирисах, внимательно рассматривались их споронешения. При обнаружении спор, готовили препараты и исследовали их под микроскопом.

2. Приготовление микроскопических препаратов.

На чистое предметное стекло, обезжиренное 40%- раствором этилового спирта, наносят пипеткой Ѕ капли воды. Препаровальной иглой отделяют небольшое количество налета мицелия или споровой массы, переносят в каплю воды, измельчают второй иглой. Если налет мицелия не удается отделить от ткани растения, то острым скальпелем или препаровальной иглой отделяют маленький кусочек пораженной ткани и переносят в каплю воды, измельчают двумя иглами и накрывают покровным стеклом.[2]

3. Статистический.

При осмотре и характеристике количества пораженных растений учитываются три показателя:

1) Распространенность болезни: определяется количеством пораженных растений. Этот показатель выражается в процентах и характеризуется размером площади инфицированных листьев;

Для оценки состояния растений необходимо иметь четкое представление о распространенности (частоте встречаемости), интенсивности или степени поражения, а так же о течении развития болезни.

Распространенность болезни - это отношение числа больных растений к их общему числу в пробе.[8] выражают ее в процентах, вычисляя по формуле:

P=, где

P - пораженность, %;

n- количество больных растений в пробе, шт;

N- общее количество просмотренных растений в пробе, шт;

Рис. 2. Пораженность растений ржавчиной на исследованных площадках.

2) Интенсивность или степень поражения растений: количественный показатель проявления болезни, ее определяют по площади пораженной поверхности органов растений, покрытых пятнами, пустулами, или по степени проявления других симптомов заболеваний. Для оценки интенсивности поражений растений разработаны глазомерные, относительные шкалы: балловые, процентные, иллюстрационные, специфичные для каждого заболевания. (Рис 2)

Расчет средней интенсивности поражения больных растений проводят по формуле:

R= , где

R- средняя интенсивность развития болезни, % или баллы;

?_(ab)- сумма произведений числа растений (а) на соответсвующий процент поражения (b);

N- общее число учетных растений.

Развитие болезни отражает усредненную степень поражения делянки или всего поля.

3) Тип поражения: проявляется в особенностях защитных и других реакций растения в ответ на внедрение инфекции. Словестными шкалами пользуются, когда невозможно определить проявление болезни в процентах. Словестная шкала имеет следующие градации: не пораженные, слабо, средне и сильно пораженные растения. Более широко распространены балловые шкалы, по которым степень развития болезни оценивается в баллах. Там, где можно установить площадь пораженной поверхности, применяется процентная шкала, которая может соответствовать балловой оценке, но выражается в процентах.



Рис.3. Шкала учета пораженности хлебных злаков и злаковых трав линейной, или стеблевой ржавчиной (Э. Стекмана и М. Левина (1922)).

Данная шкала может быть использована для учета поражения ирисов ржавчинным грибом (Puccinia iridis (Wint)), поскольку шкала учета основывается на форме листовой пластины и жилковании, лист ириса имеет линейное жилкование и аналогичную форму характерную для злаковых.

На основе имеющейся шкалы была построена индивидуальная шкала оценки иммунности растений ириса. Тип поражения определяют главным образом при учете пораженности растения ржавчиной. Различные реакции растений на внедрение ржавчинной инфекции определяют по баллам. (См. Рис. 4)



Глава 3. Результаты исследования

3.1 Количественные показатели пораженности растений

Для учета количественных показателей поражённости растений рода ирис (Iris) на каждой пробной площадке брали 5 проб по 5 растений, данная выборка будет оптимальной, поскольку, группы ирисов, которые мы видим, это одно растение, у которого из одного корня выходит много стеблей. Произрастают в границах своего ареала скученно, между отдельными особями минимальные расстояния, следовательно, вероятность заражения растений будет практически стопроцентной.

Количественные показатели растений по всем описанным методам представлены в таблице 2.

Табл.2. Количественные показатели пораженности растений рода ирис ржавчинным грибом (Puccinia iridis(Wint)).

№ площадки	Распространенность Р(%)	Интенсивность R(%)	Тип поражения
2	? 15 д 0,5	? 8 д 1	II
3	?72,3 д 1,3	? 36 д 1,5	IV
4	?83,9 д 1,2	? 42 д 0,9	VI
5	?89,5 д 0,9	? 46 д 0,5	VI

Среднее арифметическое отклонение:

д = ±



1 2 3 4 5 6

Рис. 4. Шкала учета пораженности растений ржавчинным грибом (на оснований шкалы Э. Стекман и М. Левина (1922)).

Значение баллов следующее:

0 - Невосприимчивость. Симптомы заболевания отсутствуют . Даже при проникновений гриба в такие растения он вскоре прекращает свое развитие. В местах проникновения паразита в растение могут возникнуть небольшие хлоротические или некротические пятна, однако без признаков спороношения гриба;

1 - Высокая устойчивость (очень слабая поражаемость). В местах внедрения инфекции появляются некротические пятна. Иногда образуются единичные очень мелкие пустулы ( спороношение гриба), окруженные кольцом хлоротической ткани. Этот, а так же предшествующий тип поражения, характеризуют так называемую сверхчувствительность растения, клетки которого, быстро отмирая в ответ на внедрение возбудителя болезни, прекращают его развитие;

2 - Значительная устойчивость. В результате заражения образуются небольшие уредопустулы, окруженные широким хлоротическим кольцом. Последнее так же представляет собой характерную защитную реакцию растения, указывающую на его значительную устойчивость к данному возбудителю болезни;

3 - Слабая устойчивость. В местах заражения - крупные урединиопустулы с большим количеством урединиоспор и наряду с этим бледно-желтый ореол, свидетельствующий о наличии некоторой, хотя и слабой, устойчивости растения к данной болезни;

4 - Крупные урединиопустулы с очень небольшим хлоротическим кольцом (ореолом) или без такого кольца. Такой тип поражения характерен для растений, восприимчивых к данному возбудителю.[8]

3.2 Диагностика летних и зимних спор

Диагностирование спор ржавчинных грибов проводилось на растеиях семейства ирисовые: ирис германский (Iris germanica (L.)), ирис согдийский(Iris sogdiana(L.)).

Споры выделялись методом микроскопирования и проводилась их микрофотосъемка (увеличение в 840 раз). Пользуясь «Определителем ржавчинных грибов СССР» (Ульянищев Т.2., 1978). Определяли летние и зимние споры по их форме и типу оболочки. На пораженных растениях были обнаружены ржавчинный гриб рода Pucciniaceae порядка Uredinalis класса Teliosporomicetes отдела Basidiomicota.

Рис.5. Эций и эциоспоры Puccinia iridis Wint (ржавчина ириса) на Valeriana.

Эции преимущественно на нижней стороне листьев в небольших группах; перидий чашевидный с разорванными и отогнутыми краями.

Эциоспоры шаровидные, многогранные, продолговатые, 18-25 х 15-18 мкм; оболочка бесцветная, толщиной до 1 мкм толщиной, мелкошиповатая.

0 - I на видах Valeriana, Urtica.

Рис.6. Урединиоспоры Puccinia iridis Wint (ржавчина ириса) на Iris sulphurea C.

Уредоспоры округлые, эллипсоидальные, продолговатые 25-32 х 22-25 мкм; оболочка светло-коричнево-бурая, шиповатая, с 3-4 проростковыми порами, снабжёнными небольшими плоскими двориками.

Уредокучки овальные или продолговатые, на обеих сторонах листьев, рассеянные. 0,5-1,2 мм в длину или небольших группах,в которых расположены по кругу, порошащиеся, коричнево-бурые.



Рис. 7. Телейтоспоры Puccinia iridis Wint (ржавчина ириса) на Iris sulphurea C.

Телейтоспоры булавовидные, эллипсодиальные, продолговатые, 35-52 х 16-23 мкм, на вершине округлые, удлиненные или усеченные, к основанию сужены; оболочка желто-бурая 1,5-2,5 мм толщиной, на верхушке утолщена от 5 до 14 мкм, гладкая, ножка окрашенная, такой же длинны как и спора, прочная.

Телейтокучки так же на обеих сторонах листьев, одиночные, иногда сливающиеся, овальные или продолговатые, небольшие, плотные, не порошащиеся, черные.

II-III стадий развиваются на видах Iris.

3.3 Влияние возбудителя ржавчинного гриба Puccinia iridis (Wint) на анатомического строения питающих его растений

Вредоносность ржавчинных грибов заключается не только в том, что патогены, проникая в ткань растения-хозяина, питаются за его счет, но и в уменьшении ассимиляционной поверхности, что часто является причиной отмирания листьев и стеблей. Нарушение анатомической целостности тканей растений под влиянием ржавчинных грибов приводит к изменению транспорта воды, минеральных и органических веществ, дестабилизирует физиологическое состояние растений, делая их наиболее уязвимыми к абиотическим факторам окружающей среды.

Согласно данным литературы Puccinia iridis (Wint) разнохозяйственный вид: спермагонии (0) и эции (I) развиваются на растениях вида Valeriana и Urtica ,а урединии (II) и телии (III) - на видах рода Iris. Поэтому объектами исследований явились несколько видов растений - хозяев: Urtнca diуica, Iris germanica, Iris sogdiana.L,. пораженных ржавчинным грибом P. iridis,.W.

3.3.1 Анатомическое строение вегетативного побега Urtнca diуica L

На поверхности стебля с двух сторон расположены ребра, заполненные уголковой колленхимой. Стебель покрыт эпидермой, на которой располагаются волоски. Под эпидермой располагается первичная кора, состоящая из 1-2 слоев колленхимы уголкового типа, затем следуют крупные клетки овальной формы - это паренхима первичной коры. За слоем эндодермы располагается центральный цилиндр, в состав которого входит - однослойный перицикл, открытые коллотеральные пучки, паянные в единое кольцо склеренхимой перициклического происхождения, затем слудует перимедулярная зона сердцевины. В проводящих пучках ксилема представленна первичными и вторичными элементами, состоящими из узкопросветных и широкопросветных сосудов соответственно. Флоэма дифференцирована на первичную, которая частично по периферии пучка превратилась в склеренхиму и вторичную, выполняющую типичную функцию, характерную для флоэмы. Камбии состоит и 3-4 слоев клеток. В целом, анатомическое строение стебля U. diуica L,. соответствует типичному строению стебля травянистых двудольных растений пучкового типа.



Рис.8. Стебель U. diуica L,. (продольный срез, листья удалены; увеличение х 26)

Рис. 9. Поперечный срез стебля U. diуica L., контроль (увел.15Ч20)

Кс - ксилема; Фл - флоэма.

У пораженных растений, созревшие эции ржавчинного гриба P.iridis (W) на стебле вызывают разрыв эпидермы, тогда роль покровных тканей берет на себя наружный слой паренхимы первичной коры, расположенный под эпидермой; в этом случае наблюдается утолщение наружных клеточных стенок клеток паренхимы.

Существенных изменений в анатомическом строении первичной коры под влиянием инфекции не наблюдается, но эндодерма выражена слабее, по сравнению с контролем. При поражении стебля проводящие пучки также развиты слабее, они отличаются более мелкими размерами, чем в контрольном варианте.

В опытном варианте выявлено отсутствие в стебле кольца склеренхимы перициклического происхождения (рис. 2). Возможно, что наблюдаемая делигнификация клеток склеренхимы стебля под влиянием инфекции связана с дополнительным оттоком углеводов из флоэмы пораженного растения путем радиального транспорта к месту внедрения возбудителя в ткани растения-хозяина. В опытном варианте также отмечается более слабое развитие перимедулярной зоны сердцевины.

Рис. 10. Поперечный срез стебля U. diуica L, пораженного ржавчинным грибом P.iridis (W), эцидиальное спороношение (увел.15Ч20):

Кс - ксилема; Фл - флоэма; Эц - эций.

3.3.2 Анатомическое строение листа U. diуica L

Лист имеет перистое жилкование. Под и над главной жилкой расположено несколько слоев уголковой колленхимы. В центральной жилке находится закрытый коллатеральный проводящий пучок без механической обкладки. На верхней стороне главной жилки листа имеется утолщенное ребро. Мезофилл листа слабо дифференцирован и представлен 4-5 слоями клеток со слабо развитыми межклетниками. Среди клеток эпидермиса верхней и нижней сторон листа в большом количестве встречаются литоцисты -- клетки, содержащие цистолиты. Эпидермис верхней стороны листа состоит из клеток многоугольных в очертании или с сильно извилистым контуром, без волосков или покрыт простыми волосками. Лист имеет 3 типа волосков: простыми, железистыми и жгучими.

Ржавчинный гриб P.iridis (W) - разнодомный вид. Спермогонии формируются, как правило, на листьях U. diуica (L)., под эпидермисом, с плоским или несколько вогнутым гимением и сходящимися в виде усеченного конуса стеригмами. Эции (цеомы) развиваются на U. diуica (L)., а уредо- и телейтостадии на видах рода Iris. Эцидии располагаются группами до 1 см диаметром, оранжевые, сливающиеся друг с другом, около 0,1 см величиной (рис. 4).

Рис. 11. Эции ржавчинного гриба P.iridis (W). на листе U. diуica L., (увел. 10Ч15).

Поражение листа U. diуica (L)., ржавчиной вызывает недоразвитие проводящих пучков листьев. В месте внедрения гриба отмечается некроз эпидермы, мезофилла листа, вплоть до полного выпадения некротизированной ткани из листа (Рис. 11).



Рис. 12. Поперечный срез листа U. diуica (L)., (средняя жилка), пораженного ржавчинным грибом P. iridis (W)., эцидиальное спороношение (увел.15Ч20): Кс - ксилема; Фл - флоэма; Эц - эций.

Как видно из данных Таблицы 3, под воздействием гриба-паразита наблюдается явление гипертрофии тканей у U. diуica (L)., В результате деформации ткани стебля под действием ржавчинного гриба средняя длина клеток хлоренхимы U. diуica (L)., составляет 85,2 мкм, что в 1,6 раза больше по сравнению с контролем (45,6 мкм).

...