Взаємодія озимої пшениці та збудників хвороб зерна в агроценозах України

Размещено на http://www.allbest.ru/

національний аграрний університет

УДК 633.11 : 632.4

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Взаємодія озимої пшениці та збудників хвороб зерна в агроценозах України

06.01.11 - фітопатологія

Яринчин Андрій Миколайович

Київ 2006

Загальна характеристика роботи

озима пшениця хвороба зерно

Актуальність теми. Одним з найефективніших і надійних методів захисту рослин від збудників хвороб зерна - таких як фузаріоз колоса і альтернаріоз, є виведення і використання стійких сортів, які здатні тривалий період регулювати чисельність збудника хвороби. Проте створення генетично захищених сортів потребує необхідних знань структури популяції збудника, природи стійкості рослини-живителя до патогену, закономірностей їх взаємодії (Бабаянц Л.Т., 1990).

Тому для вирішення проблеми фузаріозу колоса і альтернаріозу необхідне вивчення структури популяцій грибів р. Fusarium Lk:Fr. і р. Alternaria Nees, дослідження особливостей їх взаємодії з рослиною-живителем і між собою з метою обґрунтування принципів створення штучних інфекційних фонів у селекційних програмах, та встановлення значення різних факторів в патологічному процесі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота проводилася автором у 2003-2005 рр. в межах наукової програми „Захист рослин” за завданням 01.01. „Розробити теоретичні основи формування патогенності основних збудників хвороб та їх взаємодію із стійкістю рослин для обґрунтування селекції на імунітет”, номер державної реєстрації 0101U003709. Дослідження проводилися на базі Інституту захисту рослин УААН і Інституту мікробіології і вірусології НАНУ.

Мета і завдання дослідження. Мета - вивчити особливості взаємодії грибів р. Fusarium і р. Alternaria між собою і з рослиною-живителем в агроценозах України.

Для досягнення поставленої мети виконувалися такі завдання:

- вивчення стійкості перспективних і рекомендованих для виробництва сортів озимої пшениці до збудників фузаріозу колоса і альтернаріозу;

- збір інфекційного матеріалу фузаріозу колоса і альтернаріозу в усіх агрокліматичних зонах України;

- дослідження особливості заспорення поверхні зерна озимої пшениці спорами грибів р. Fusarium і р. Alternaria;

- дослідження взаємодії між видами р. Fusarium під час інокуляції озимої пшениці їх сумішшю;

- дослідження взаємодії грибів р. Fusarium із грибами р. Alternaria при спільному їх вирощуванні в лабораторних умовах;

- дослідження розвитку різних структур грибів р. Fusarium і р. Alternaria на поверхні зерна озимої пшениці;

- вивчення активності ряду гідролітичних ферментів та каталази в популяціях грибів р. Fusarium і р. Alternaria.

Об'єкт дослідження - взаємодія грибів р. Fusarium, р. Alternaria і рослин озимої пшениці.

Предмет дослідження - поширені в Україні популяції видів р. Fusarium, р. Alternaria і сорти озимої пшениці.

Методи дослідження. Польовий - для визначення ураженості рослин озимої пшениці збудниками хвороб зерна. Лабораторний - для визначення внутрішнього зараження зерна озимої пшениці, виділення збудників в чисту культуру, визначення видів і патогенності ізолятів збудників фузаріозу колосу, вивчення зовнішнього заспорення поверхні зерна озимої пшениці збудниками фузаріозу і альтернаріозу, вивчення взаємодії між різними видами р. Fusarium і р. Alternaria, вивчення взаємодії зернівки озимої пшениці і грибів р. Fusarium і р. Alternaria та виявлення активності ряду гідролітичних ферментів та каталази в популяціях грибів р. Fusarium і р. Alternaria. Методи варіаційної статистики - для встановлення рівня достовірності отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Удосконалено методику створення штучного інфекційного фону фузаріозу колоса.

Вперше показаний зв'язок між зовнішнім заспоренням зерна озимої пшениці спорами збудників хвороб і внутрішнім зараженням.

Вперше досліджена конкурентна взаємодія між видами р. Fusarium в комплексі для штучної інокуляції.

Вперше досліджений паразитичний розвиток різних структур грибів р. Fusarium на поверхні зернівки озимої пшениці.

Вперше продемонстрована роль гідролітичних ферментів в конкурентній взаємодії різних видів р. Fusarium.

Практичне значення одержаних результатів. Удосконалено методику визначення стійкості сортів озимої пшениці до фузаріозу колоса на основі зовнішнього заспорення поверхні зерна спорами грибів р. Fusarium і р. Alternaria, що може бути використано у селекційних програмах.

З метою наукового обґрунтування створення штучних інфекційних фонів у селекції стійких до фузаріозу колоса сортів озимої пшениці запропоновано метод підбору складових комплексу видів р. Fusarium. Це дає можливість запобігати взаємного пригнічення розвитку видів і зниження ефективності зараження.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у плануванні та проведенні експериментальних досліджень, обробці, аналізі та узагальненні результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Матеріали, викладені в дисертації, були оприлюднені на конференції молодих вчених „Сучасні проблеми захисту рослин” (Інститут захисту рослин УААН, м. Київ, 2004 р.); Міжнародній науково-практичній конференції „Генетичні ресурси для адаптивного рослинництва: мобілізація, інвентаризація, збереження, використання” (Оброшино, 2005 р.); конференції молодих вчених „Екологічно обгрунтований захист рослин” (Інститут захисту рослин УААН, м. Київ, 2005 р.).

Публікації результатів досліджень. За матеріалами дисертації опубліковано 6 праць, з яких 3 статті - у фахових виданнях, 3 тези доповідей - в матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається із вступу, 8-ми розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Дисертація викладена на 157 сторінках машинописного тексту, містить 16 таблиць, 35 рисунків, 1 додаток. Список використаної літератури включає 272 найменувань. Таблиці, рисунки, список використаних джерел і додатки займають 38 сторінок.

Основний зміст роботи

Огляд літератури. На основі аналізу узагальнених даних літератури висвітлено біологічні особливості грибів рр. Fusarium і Alternaria, поширеність та шкодочинність фузаріозу колоса і альтернаріозу. Узагальнені відомості про методи створення інфекційних фонів збудників фузаріозу колоса при вивченні стійкості сортів озимої пшениці. Описані особливості взаємодії збудників фузаріозу колоса і альтернаріозу з тканинами рослини-живителя, механізми проникнення і поширення збудників хвороб зерна в тканинах рослини-живителя. Наведені дані про роль ферментативної активності грибів рр. Fusarium і Alternaria в процесах життєдіяльності.

Умови та методики проведення досліджень. Стійкість до фузаріозу колоса перспективних і рекомендованих для виробництва сортів та збір інфекційного матеріалу збудників фузаріозу і альтернаріозу проводили на природному інфекційному фоні в трьох агрокліматичних зонах України: Полісся - Житомирська (Андрушівська державна сортовипробувальна станція (ДСВС)) і Київська (Бородянська ДСВС) області; Лісостеп - Тернопільська область (Тернопільська ДСВС); Степ - Херсонська область (дослідні поля Інституту землеробства південного регіону, м. Херсон). Вивчення стійкості сортозразків озимої пшениці з метою пошуку ефективних джерел стійкості і особливостей заспорення поверхні зернівки на штучному інфекційному фоні фузаріозу колоса проводили в умовах Київської області (на дослідному полі Інституту захисту рослин УААН (ІЗР) у с. Глеваха). Лабораторні дослідження з вивчення енергії проростання, схожості, внутрішнього зараження хворобами, заспорення поверхні зерна озимої пшениці, а також електронно-мікроскопічні дослідження проводили на базі ІЗР у лабораторії імунітету сільськогосподарських культур до хвороб. Визначення видового складу збудників фузаріозу і альтернаріозу, дослідження конкурентних відносин між збудниками хвороб зерна, а також дослідження ферментативної активності грибів проводили на базі Інституту мікробіології і вірусології НАН України у відділі фізіології та систематики мікроміцетів. Наведена коротка характеристика природно-кліматичних умов районів проведення досліджень і метеорологічні дані вегетаційних періодів 2003-2005 рр.

Польові обліки ураженості рослин фузаріозом колоса і збір інфекційного матеріалу проводили за загальноприйнятою методикою (Рекомендации..., 1988), у фазу молочно-воскової стиглості зерна. Визначення енергії проростання, схожості, зараженості хворобами проводили методом пророщування зерна у вологих камерах згідно ДСТУ 4138-2002 та загальноприйнятих в фітопатології методик (Методические рекомендации..., 1989; Наумова Н.А., 1970). Ідентифікацію видів здійснювали при мікроскопічному дослідженні з урахуванням морфологічних особливостей їх мікро- і макроконідій, наявності або відсутності хламідоспор (Билай В.И., 1977; Domsch, Gams, Anderson, 1980; Ellis M.B., 1993; Пидопличко Н.М., 1977; Booth C., 1971; Gerlach W., Nirenberg H., 1982; Nelson P.E., Tousson T.F., Marasas W.T.O., 1983). Заспореність поверхні зерна визначали шляхом змивання суспензії спор (ДСТУ 4138-2002). Визначення взаємодії різних видів фузаріїв на поживному середовищі проводили методом лунок (Методы експериментальной микологии, 1982). Патогенність ізолятів грибів р. Fusarium визначали шляхом зараження набору сортів озимої пшениці, використовуючи індивідуально-парні касети (Клечковская Е.А., 1999). Інфекційний фон фузаріозу колоса створювали шляхом обприскування колекції сортів озимої пшениці суспензією конідій грибів р. Fusarium за загальноприйнятою методикою (Бабаянц Л., Мештерхази А., Вехтер Ф. и др., 1988). Дослідження розвитку різних структур гриба проводили за допомогою електронної мікроскопії за загальноприйнятими методиками (Карупу В.Я., 1984). Активність ферментів обміну вуглецевих сполук визначали якісним методом, розробленим в лабораторії фізіології грибів Інституту ботаніки Регенсбурзького університету (ФРН) (Molitoris H.P., 1978; 1986, Molitoris H.P., Schaumann K., 1986). Активність каталази визначали модифікованим нами методом визначення каталазної активності Beers and Sizer (Beers R.F., Jr., and Sizer J.W., 1952). Статистичну обробку проводили за методикою Б.А. Доспехова ( 1979).

Поширення фузаріозу колоса, визначене шляхом польових обліків. Обліки упродовж трьох років досліджень виявили поширення фузаріозу колоса до 17,7% на 30 перспективних та рекомендованих для виробництва сортів на природному інфекційному фоні збудника хвороби. Ознаки ураження озимої пшениці були нетиповими - в основному у вигляді знебарвлення лусочок без специфічного рожевого нальоту міцелію грибів.

Ураження різних сортів озимої пшениці коливалося в залежності від року і місця досліджень від 0% до 17,7% (табл. 1). Найбільший розвиток хвороби спостерігався в зонах Полісся і Лісостепу. В посушливих умовах зони Степу практично не було виявлено ознак ураження під час вегетації озимої пшениці.

Проведені дослідження показали, що у випадку неепіфітотійного розвитку фузаріозу колоса в польових умовах неможливо провести попереднє визначення стійкості перспективних та рекомендованих для виробництва сортів озимої пшениці. За таких умов ураженість хворобами зерна озимої пшениці можна виявити лише лабораторними методами.

Таблиця 1. Ступінь ураження озимої пшениці фузаріозом колоса в польових умовах (2003-2005 рр.)

Поширення фузаріозу колоса та альтернаріозу, визначене лабораторними методами. З метою точного визначення внутрішнього ураження зерна озимої пшениці збудниками хвороб, всі обліковані сорти пророщувалися в умовах вологої камери. Ураженість фузаріозом по роках коливалась в межах 0-10% (табл. 2). Візуально не виявлено залежності між внутрішньою ураженістю фузаріозом й ураженістю, виявленою під час польових обліків. Отже, для виявлення ураженості озимої пшениці фузаріозом колоса польові обліки є малоефективними, більш точним показником є ураженість зерна, пророщеного у вологих камерах.

Ураженість зерна озимої пшениці альтернаріозним „чорним зародком” можна виявити лише в лабораторних умовах. Практично, на всіх зернівках, що не проростали і не мали нальоту міцелію грибів р. Fusarium, виявлявся міцелій грибів р. Alternaria, що свідчило про їх шкодочинну дію на посівні властивості зерна. Якщо фіксувати лише такі зернівки, то процент зараження озимої пшениці альтернаріозом коливався в межах 0-16% (що було зафіксовано нами протягом 2003-2004 рр.) (табл. 2).

По-іншому проявлявся розвиток грибів р. Alternaria - у вигляді ледь помітного неозброєним оком потемніння поверхні зернівки і фільтрувального паперу навколо неї внаслідок розвитку міцелію і спороношення. Як правило, такі зернівки були виповнені і добре проростали. При фіксуванні і такого прояву розвитку альтернаріозних грибів, ураження альтернаріозом досягало 48%, а в основному коливалося в межах 30-40% (що було зафіксовано нами протягом 2005 р.).

Таблиця 2. Ураженість озимої пшениці хворобами зерна, виявлена методом пророщування у вологих камерах (2003-2005 рр.)

Зерно озимої пшениці із Лісостепу характеризувалося найсильнішим ураженням альтернаріозом (до 48%). Найменший ступінь ураження альтернаріозом виявлений в зоні Степу в 2005 р. у сортів Дріада - 1%, Находка 4 і Херсонська 99 - по 11%. При цьому вони мали схожість на рівні 98-100%.

Видовий склад грибів р. Fusarium в різних зонах України, їх патогенність. За 2003-2005 рр. в межах України із облікованого зерна озимої пшениці було виділено та ідентифіковано 34 ізоляти грибів р. Fusarium (табл. 3). Найчастіше щорічно виділялися F. culmorum (8 ізолятів, або 23,5 %), F. sporotrichiella v. poae (син. F. poae) (7 ізолятів, 20,6%), F. oxysporum (5 ізолятів, 14,7%). Для них не спостерігалося приуроченості до якоїсь певної агрокліматичної зони.

Таблиця 3. Видовий склад угруповання грибів роду Fusarium в основних агрокліматичних зонах України в 2003-2005 роках

П - Полісся, ЛС - Лісостеп, С - Степ

З метою створення колекції протягом 2003-2004 рр. було виділено у чисту культуру 15 штамів грибів р. Fusarium. Дослідження їх патогенності показало, що більшість штамів - 13 ізолятів (87%) відноситься до патогенних і лише 2 штами (13%) є середньопатогенними (табл. 4). Слабопатогенних штамів не було виділено взагалі.

Наявність значної кількості патогенних штамів грибів р. Fusarium підтверджує постійну загрозу розвитку епіфітотії фузаріозу колоса при виникненні сприятливих погодних умов.

Таблиця 4. Патогенність виділених ізолятів грибів р. Fusarium

Заспорення поверхні зерна озимої пшениці в різних агрокліматичних зонах України. Протягом 2003-2005 рр. робили змиви із зерна озимої пшениці, зібраного в різних агрокліматичних зонах України і підраховували спорове навантаження грибів р. Fusarium і A. alternata на одну зернівку. Вивчали значення поверхневого заспорення збудниками хвороб зерна озимої пшениці, його вплив на посівні властивості і внутрішнє зараження.

Заспорення озимої пшениці спорами грибів р. Fusarium було дуже незначне і коливалося в межах 0-356 спор/зернівку. Заспорення озимої пшениці A. alternata виявилося більш високим і коливалося в межах 59-5511 спор/зернівку. В межах Лісостепу було відмічено найбільшу заспореність A. alternata (до 5511 спор/зернівку). Враховуючи, що і рівень внутрішнього зараження фузаріозом там був найвищий (див. табл. 2), виявлено взаємозв'язок між зовнішнім заспоренням A. alternata і внутрішнім зараженням фузаріозом.

Заспорення поверхні зерна озимої пшениці в умовах штучного інфекційного фону фузаріозу колоса. Підрахунок заспорення поверхні зерна озимої пшениці після штучної інокуляції комплексом видів р. Fusarium виявив незначну пряму залежність (коефіцієнт кореляції дорівнює 0,53) між заспоренням спорами грибів р. Fusarium і внутрішньою зараженістю фузаріозом. Взаємозв'язок виявляється лише при зараженні 10% зерна і вище, тому в природних умовах ми його не виявили. Таку залежність можна використовувати як один із критеріїв при визначенні стійкості сортів озимої пшениці до збудників фузаріозу колоса.

Взаємодія грибів р. Fusarium під час штучної інокуляції озимої пшениці. Для дослідження взаємодії різних видів р. Fusarium було проведено зараження колекції сортів озимої пшениці в умовах дослідного поля в с. Глеваха в 2004-2005 рр. Інокуляція здійснювалась комплексом найбільш поширених видів р. Fusarium, склад якого наведений в таблиці 5.

Таблиця 5. Склад комплексу видів р. Fusarium, що використовувався для штучної інокуляції різних сортів озимої пшениці в 2004-2005 роках

Після збору урожаю із зерна кожного зараженого сорту озимої пшениці було виділено по 2-3 ізоляти грибів р. Fusarium на поживне середовище для визначення їх виду. В 2004 р. переважаючими видами були F. culmorum (60%), F. oxysporum (17,8%) і F. sporotrichiella var. poae (20%). Не було виділено F. gibbosum і F. sambucinum. В 2005 р. не було виділено F. gibbosum і F. semitectum. У порівнянні з 2004 р. зменшилася частка F. sporotrichiella var. poae до 5,7%, але збільшилися частки F. avenaceum (до 12,6%) і F. sambucinum (до 14,9%). Переважаючими видами в 2005 р. були F. culmorum (49,4%), F. oxysporum (17,2%) і F. sambucinum.

Як показують результати досліджень за 2004-2005 рр. жодного разу не виділявся F. gibbosum. Тому відпадає необхідність його участі в створенні комплексу видів для штучної інокуляції. Не підлягає сумніву роль F. culmorum, F. oxysporum і F. sporotrichiella var. poae, як основи для створення комплексу. Частки інших видів в комплексі коливалися в залежності від погодних умов року і взаємовідносин всередині штучно створеної суміші.

Взаємодія видів р. Fusarium під час спільного вирощування. В лабораторних умовах методом створення лунок в „газонах” досліджувалась взаємодія тих самих видів, що входили до складу комплексу для штучної інокуляції. Крім того, деякі види були представлені різними штамами для виявлення їх впливу один на одного. В лабораторних умовах були вивчені штами видів F. gibbosum, F. sambucinum і F. semitectum. Вони проявили різну ступінь несумісності при вирощуванні з іншими видами р. Fusarium (табл. 6). Тому, на нашу думку, їх не варто змішувати в подальших роботах зі створення штучних інфекційних фонів, з метою запобігання взаємного пригнічення і зниження ефективності зараження.

Взаємодія грибів р. Fusarium і A. alternata під час спільного вирощування. При спільному вирощуванні грибів р. Fusarium і р. Alternaria не виявили зон пригнічення росту чи розвитку повітряного міцелію в зоні контакту колоній. Мікроскопічні дослідження міцелію не виявили пригнічення або стимуляції часу початку спороношення грибів. Виявлено значну різницю в швидкості росту міцелію між F. culmorum і A. alternata. Лише на першу добу після посіву вони мають приблизно однакову швидкість росту (0,055 - 0,149 мм/год), але вже починаючи з другої доби швидкість росту міцелію F. culmorum (0,31-0,36 мм/год) в 1,6-2,8 разів перевищує A. alternata (0,14-0,2 мм/год) і зберігається такою до повного заповнення простору для росту (6-та доба). Не відмічено росту міцелію одного гриба над міцелієм іншого або зменшення площі колонії якогось гриба внаслідок його витіснення. При чому, навіть при вирощуванні даних штамів в окремих чашках Петрі, у них зберігаються ті ж самі швидкості лінійного росту, що і при спільному вирощуванні.

Таблиця 6. Конкурентні відносини різних видів і штамів грибів р. Fusarium виявлені методом лунок

Примітка: + - слабкий розвиток міцелію в лунках, ++ - середній розвиток міцелію в лунках, +++ - сильний розвиток міцелію в лунках; (-) - слабке пригнічення росту міцелію в лунках, (--) - середні зони лізису навколо лунок, (---) - великі зони лізису навколо лунок

Тому, на штучному поживному середовищі, за рахунок більшої швидкості росту міцелію F. culmorum встигає зайняти більшу площу живлення. Цей факт, можливо, пояснює переваги в конкурентній боротьбі грибів цього роду за спільні джерела живлення перед A. alternata.

Розвиток структур F. Culmorum і A. Alternata на поверхні зерна озимої пшениці. Для вивчення механізмів взаємодії грибів р. Fusarium з поверхнею зернівки, за допомогою скануючої електронної мікроскопії досліджено паразитичний розвиток F. culmorum на поверхні зерна озимої пшениці протягом перших 54 годин після зараження. Виявлено відсутність різниці в розвитку структур гриба на поверхні зернівки різних за стійкістю сортів. Знайдені подібності в розвитку F. culmorum на поверхні зерна і на інших субстратах (ґрунт і поживні середовища): поява перших ростових трубок через 6 год.; гриб представлений в основному міцелієм; конідії, що лежать скупченнями, не проростають. На відміну від розвитку гриба в ґрунті, на поверхні зернівки спори формувалися на коротких фіалідах або безпосередньо на гіфах, при чому поява перших конідій відмічена через 8 год., а через 20-24 год. після нанесення суспензії спостерігалося їх масове утворення і проростання. Виявлено проникнення гіф F. culmorum в алейроновий шар зернівки через 48 год., після нанесення суспензії.

Ферментативна активність грибів Р. Fusarium і A. Alternata. Для виявлення значення ферментативної активності в патологічному процесі у грибів р. Fusarium і р. Alternaria, ми провели порівняння активності каталази, целюлази і ендо-1,4-в-ксиланази у ізолятів, що відрізняються за способами живлення: паразитичні штами (A. alternata 6; 7.1; 28.3; 34.2; 00461; 00781; F. avenaceum 55011; F. culmorum 55001; 55004; 55017; F. gibbosum 55008; 55018; F. oxysporum F-82; 55015; F. sambucinum 55007; 55012; F. semitectum 55009; 55010; F. sporotrichiella v. poae 55002; 55005; 55016) та сапротрофні і ендофітні штами (A. alternata 63/1-1; К; F. sporotrichiella v. poae 56/1-2; 56/1-3; 56/1-7).

Каталазна активність грибів р. Fusarium і A. Alternata. Фіксували якісний прояв каталазної активності при додаванні перекису водню в культуральну рідину за 3-бальною шкалою. Облік результатів тесту проводили на 4 і 5 добу росту штамів грибів на двох рідких середовищах: стандартне середовище Чапека (багате) і 0,2% розчин середовища Чапека (бідне). В середньому на двох середовищах у грибів р. Fusarium каталазна активність проявлялася по різному в залежності від виду і штаму. Дуже сильне і сильне проявлення каталазної активності (бали 3 і 2, відповідно) виявлене у всіх штамів F. sporotrichiella v. poae, при чому не залежно від джерела виділення. Найменша каталазна активність виявлена у F. avenaceum 55011 і F. sambucinum 55007 (бал 0-1). Всі інші досліджувані види р. Fusarium мали проміжну інтенсивність реакції з балами 0,5-2. Для більшості видів і штамів р. Fusarium необхідною умовою високої активності каталази є повноцінне вуглецеве живлення.Відмічено залежність активності каталази від розміру і кількості конідій, які продукує той чи інший вид р. Fusarium: чим більшу кількість мікроконідій і невеликих макроконідій утворює гриб (наприклад, F. sporotrichiella v. poae), тим вища каталазна активність. І навпаки, чим більший розмір конідій (наприклад, F. avenaceum), тим нижча активність каталази. Встановлена нами кореляція між процесами спороношення грибів р. Fusarium і накопиченням позаклітинної каталази дозволяє зробити припущення про участь цього ферменту в процесах спороутворення.Так само, при вивченні активності позаклітинної каталази у 8 штамів A. alternata, встановлені чітко виражені штамові різниці, а також різниці обумовлені складом поживного середовища і часу культивування. У більшості штамів A. alternata, незалежно від джерела виділення, прослідковувалася сильна каталазна активність до балу 2, в основному при вирощуванні на стандартному середовищі Чапека. Винятком були A. alternata 00461 і 00781, активність каталази яких була вища лише на 0,2% розчині середовища Чапека. Тобто, так само для високої каталазної активності гриби A. alternata потребують повноцінного вуглецевого живлення.

Целюлазна активність A. Alternata і грибів Р. Fusarium. Облік результатів тестів на наявність целюлази і ксиланази через різну швидкість лінійного росту міцелію ми проводили на 2-гу, 3-тю і 4-ту добу росту штамів грибів р. Fusarium, і на 3-тю, 7-му і 10-ту добу росту штамів A. alternata. У процесі дослідів реєстрували ширину зони просвітлення середовища навколо колонії відповідної культури гриба та інтенсивність просвітлення цієї зони. Було встановлено, що всі штами A. alternata, виділені із зерна озимої пшениці активно утворюють целюлазу. Найсильніше дана властивість гриба виявлялася на 10-ту добу обліків. Ширина зони просвітлення коливалася в межах 0,67 - 4,83 мм. В той же час непатогенні штами A. alternata (К - виділений з плодів яблук і 63/1-1 -із стебла Molinia coerulea) могли як проявляти целюлазну активність (63/1-1), так і не проявляти її (К). При чому у штаму 63/1-1 була зафіксована найбільша зона просвітлення - 8,85 мм, яка майже в 2 рази перевищує найактивніший фітопатогенний штам.Більшість видів р. Fusarium мали низьку целюлазну активність, або вона взагалі була відсутня. Найбільші зони активності були виявлені у F. gibbosum 55008, F. sambucinum 55012 - на 4 добу вирощування, F. semitectum 55009 і 55010, які були в межах 0,15-3,65 мм.У штамів F. sporotrichiella v. poae, виділених із зараженого зерна озимої пшениці, активність целюлази мала середній рівень (ширина зони просвітлення в межах 0,15-1,35 мм). Виключенням був штам 55002, у якого не виявлено активності цього ферменту. У ендофітних штамів F. sporotrichiella v. poae целюлазна активність проявлялася дуже слабко (ширина зони просвітлення до 0,15 мм).

Ендо-1,4-в-ксиланазна активність A. Alternata і грибів Р. Fusarium. У всіх штамів A. alternata виявлена ксиланазна активність. В більшості випадків ширина зони просвітлення зростала по мірі росту колонії, але із зростанням ширини зони просвітлення зменшувалася її інтенсивність. У штамів, виділених із зерна озимої пшениці, на 3 добу вирощування ширина зони просвітлення коливалася в межах 1,85-4,35 мм і у більшості випадків була більш інтенсивно просвітлена (бали інтенсивності просвітлення ++ і +++). Непатогенні штами A. alternata (К і 63/1-1) мали ширину зони просвітлення на рівні 1,5-2 мм, її інтенсивність мала бали + і ++.На 7-му добу вирощування інтенсивність просвітлення зон активності ферменту у фітопатогенних штамів зменшилася, а у непатогенних - навпаки, збільшилася. На 10-ту добу вирощування вже не спостерігалося різниці в ендо-1,4-в-ксиланазній активності у штамів, виділених із різних джерел. Ширина зони просвітлення коливалася в межах 1,85-5 мм, а її інтенсивність мала бал ++.У всіх видів р. Fusarium виявлена ендо-1,4-в-ксиланазна активність, але виключенням були штами F. sambucinum 55007 і F. semitectum 55009. Найсильніший прояв активності ферменту був виявлений у F. culmorum 55004, F. gibbosum 55008, F. sambucinum 55012, F. semitectum 55010, F. sporotrichiella v. poae 55005, які мали ширину зони просвітлення від 1 мм до 8,5 мм (в залежності від доби вирощування). В більшості випадків відмічено збільшення ширини зони активності із віком колонії.У інших представників р. Fusarium, а саме у F. avenaceum 55011, F. culmorum 55001 і 55017, F. oxysporum 55015, F. sporotrichiella v. poae 55002, 55016, 56/1-2, 56/1-3, 56/1-7 рівень ксиланазної активності був меншим і, в залежності від доби вирощування, ширина зони просвітлення була в межах 0 - 3,35 мм.У штамів F. sporotrichiella v. poae, виділених із зерна озимої пшениці і різних частин Phragmites communis, реєструвалась низька активність ксиланази, за виключенням патогенного штаму 55005 з шириною зони просвітлення до 8,5 мм. Різниці за рівнем ксиланазної активності між патогенними і ендофітними штамами не виявлено.За комплексом целюлазної і ксиланазної активності найбільш активними виявилися F. gibbosum 55008, F. sambucinum 55012 і F. semitectum 55010 (рис. 2). На даних рисунках прозорість зони дії ферментів показана через різну інтенсивність забарвлення стовпчиків величини зони: чим більш інтенсивне забарвлення - тим вищий бал прозорості був в даному варіанті.Порівняння цих даних з вивченням конкурентних взаємовідносин між видами р. Fusarium (табл. 6), виявило пряму залежність між рівнем ферментативної активності і пригніченням інших видів р. Fusarium. Тобто, під час вирощування в чашках Петрі в якості „газону” F. gibbosum 55008, F. sambucinum 55012 і F. semitectum 55010 одним з головних факторів пригнічення росту і лізис повітряного міцелію інших видів був саме високий рівень екзоферментної активності. Тому целюлазну і ендо-1,4-в-ксиланазну активність грибів потрібно розглядати, на наш погляд, як фактори міжвидової конкурентної боротьби за спільні джерела живлення.

Висновки

1. У зв'язку з періодичним характером розвитку епіфітотій хвороб зерна, за роки досліджень (2003-2005 рр.) в Україні виявлено помірний розвиток ураження фузаріозом, що досягав 17,7%. В основному симптоми хвороби спостерігалися в зонах Полісся і Лісостепу. В посушливих умовах зони Степу фузаріоз колоса практично не був виявлений.2. Встановлено, що практично всі сорти пшениці незалежно від року досліджень були уражені збудниками альтернаріозного „чорного зародку”. Ураженість альтернаріозом досягала 48%.3. В Київській, Житомирській, Тернопільській і Херсонській областях серед грибів р. Fusarium найбільш поширеними були F. culmorum, F. sporotrichiella v. poae, F. oxysporum. Більшість ізолятів грибів р. Fusarium були патогенні. Аналіз епідеміологічної ситуації показує, що в агроценозах України циркулює така кількість інфекції, яка при сприятливих умовах може призвести до виникнення епіфітотії.4. Показано, що на природному інфекційному фоні заспорення поверхні зернівки озимої пшениці спорами A. alternata вище 3000 спор/зернівку може свідчити про внутрішню зараженість фузаріозом вище 5%. Виявлено пряму залежність між заспоренням зернівки грибами р. Fusarium і внутрішньою зараженістю фузаріозом при внутрішньому зараженні 10% і вище.5. Показано необхідність попередньої перевірки сумісності видів і штамів грибів р. Fusarium в суміші для штучної інокуляції. Знайдено найбільш ефективний склад суміші грибів р. Fusarium для штучної інокуляції озимої пшениці: F. culmorum, F. oxysporum і F. sporotrichiella var poae. До них не бажано додавати F. gibbosum, F. sambucinum і F. semitectum.6. Не виявлено антагоністичних відношень між грибами F. culmorum і A. alternata. Лише за рахунок більшої швидкості росту міцелію F. culmorum встигає зайняти більшу площу живлення і має переваги в конкурентній боротьбі за спільні джерела живлення перед A. alternata.7. Досліджено паразитичний розвиток F. culmorum на поверхні зерна озимої пшениці в часі протягом перших 54 годин після зараження. Розвиток різних структур гриба проходить незалежно від стійкості сортів. На відміну від сапротрофного розвитку F. culmorum в ґрунті, при паразитичному способі живлення на поверхні зернівки, спори формувалися на коротких фіалідах або безпосередньо на гіфах, на так званих бластичних конідієгенних клітинах. Поява перших конідій відмічена через 8 год. Через 20-24 год. після нанесення суспензії спостерігалося їх масове утворення і проростання. Виявлено проникнення гіф F. culmorum в алейроновий шар зернівки через 48 год. після нанесення суспензії.8. Встановлений зв'язок каталазної активності видів р. Fusarium з процесами морфогенезу: чим більшу кількість мікроконідій і невеликих за розмірами макроконідій утворює гриб, тим вища каталазна активність, і навпаки. Більшість штамів A. alternata характеризувалися високою активністю ферменту. Не виявлено різниці в активності каталази у патогенних і непатогенних штамів.9. Показано роль гідролітичних ферментів целюлази і ендо-1,4-в-ксиланази у грибів р. Fusarium як факторів міжвидової конкурентної боротьби за спільні джерела живлення.10. Удосконалено методику створення штучного інфекційного фону фузаріозу колоса. Суть удосконалення полягає в доборі видів і штамів збудників для різних грунтово-кліматичних зон України шляхом визначення їх сумісності методом лунок і активності гідролітичних ферментів - целюлази і ендо-1,4-в-ксиланази.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Яринчин А.М. Взаємозв'язок між заспоренням поверхні зерна озимої пшениці, його схожістю і зараженням хворобами // Захист і карантин рослин. - 2004. - Вип. 50. - С. 141-148.

2. Яринчин А.М. Патологія зерна озимої пшениці при зараженні збудниками фузаріозу // Захист і карантин рослин. - 2005. - Вип. 51. - С. 37-42.

3. Лісовий М.П., Марченко О.Н., Яринчин А.М. Розвиток Fusarium culmorum (W.G.Sm.) Sacc. на поверхні зерна озимої пшениці // Вісник аграрної науки. - 2005. - № 12. - С. 18-20. (Особистий внесок здобувача: проаналізовано наукову літературу, проведено експериментальні дослідження, зроблено висновки).

4. Яринчин А.М. Взаємозв'язок між заспоренням поверхні зерна озимої пшениці, його схожістю і зараженням хворобами // Сучасні проблеми захисту рослин: Тези доп. конф. молодих вчених (14 вересня 2004 р.).- К.: „Колобіг”, 2005.- С. 41-42.

5. Яринчин А.М. Патологія зерна озимої пшениці при штучному зараженні збудниками фузаріозу // Генетичні ресурси для адаптивного рослинництва: мобілізація, інвентаризація, збереження, використання: Тези доповідей міжнародної науково-практичної конференції (Оброшино, 29 червня - 1 липня 2005 р.). - Оброшино, 2005. - С. 206-207.

6. Яринчин А.М. Використання видів роду Fusarium в суміші для штучної інокуляції озимої пшениці // Екологічно обгрунтований захист рослин: Тези доповідей конференції молодих учених (4-7 жовтня 2005 р.). - К.: „Колобіг”, 2005. - С. 140-145.

Анотація

Яринчин А.М. Взаємодія озимої пшениці та збудників хвороб зерна в агроценозах України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 06.01.11 - фітопатологія. Національний аграрний університет, Київ, 2006.У процесі досліджень установлено ступінь розвитку та поширення фузаріозу колоса та альтернаріозу в різних грунтово-кліматичних зонах України на перспективних та рекомендованих для виробництва сортах озимої пшениці. Виявлені найбільш поширені види р. Fusarium, визначена їх патогенність. Показано значення зовнішнього заспорення грибами рр. Fusarium і Alternaria у визначенні внутрішнього ураження. З метою наукового обґрунтування створення штучних інфекційних фонів вивчено можливість сумісності різних видів р. Fusarium в комплексі для штучної інокуляції. За допомогою електронної скануючої мікроскопії досліджено паразитичний розвиток різних структур F. culmorum на поверхні зерна озимої пшениці в часі протягом перших 54 годин після зараження. Встановлений зв'язок каталазної активності видів р. Fusarium з процесами морфогенезу. Показано роль гідролітичних ферментів целюлази і ендо-1,4-в-ксиланази у грибів р. Fusarium як факторів міжвидової конкурентної боротьби за спільні джерела живлення.

Ключові слова: фузаріоз колосу, альтернаріоз озимої пшениці, заспореність поверхні зерна, комплекс видів для інокуляції, ферментативна активність.

Аннотация

Яринчин А.Н. Взаимодействие озимой пшеницы и возбудителей болезней зерна в агроценозах Украины. - Рукопись.Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 06.01.11 - фитопатология. Национальный аграрный университет, Киев, 2006.В процессе исследований на протяжении 2003-2005 гг. обнаружено незначительное развитие поражения озимой пшеницы фузариозом колоса, которое достигало 17,7%, что обуславливалось периодическим характером развития эпифитотий болезней зерна. В основном симптомы болезни выявлялись в зонах Полесья и Лесостепи. В засушливых условиях Степи фузариоз колоса практически не был выявлен.

Установлено, что практически все сорта пшеницы независимо от года исследований были заражены возбудителями альтернариозного “черного зародыша”. Зараженность альтернариозом достигала 48%.В Киевской, Житомирской, Тернопольской и Херсонской областях среди грибов р. Fusarium наиболее распространенными были F. culmorum, F. sporotrichiella v. poae, F. oxysporum. Большинство изолятов грибов р. Fusarium были патогенные. Анализ эпидемиологической ситуации показывает, что в агроценозах Украины циркулирует такое количество инфекции, которая при благоприятных условиях может привести к возникновению эпифитотии.

Показано, что на природном инфекционном фоне заспорение поверхности зерновки ози...