Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
Глава 2. Условия, исходный материл и методы исследований 37
2.1. Почвенно-климатическая характеристика 37
2.2. Метеорологические условия 38
2.3. Исходный материал и методы исследований 41
Глава 3. Видовой состав, патогенность возбудителей фузариоза початков и распространенность болезни 48
3.1. Видовой состав и паразитические свойства основных возбудителей фузариоза початков 48
3.2. Развитие фузариоза початков на линиях различных подвидов кукурузы 55
3.3. Развитие фузариоза початков в связи с повреждаемостью их хлопковой совкой и кукурузным мотыльком 62
Глава 4. Комбинационная способность кукурузы по урожайности и устойчивости к вредным организмам 71
4.1. Изучение исходного материала по устойчивости к основным болезням 71
4.2. Оценка комбинационной способности линий по устойчивости к болезням фузариозной этиологии 75
4.3. Комбинационная способность линий по продуктивности, устойчивости к кукурузному мотыльку и хлопковой совке 90
Глава 5. Вредоносность болезней фузариозной этиологии и возможности ее уменьшения 104
Оценка вредоносности фузариоза и гиббереллеза початков 104
5.1. Оценка вредоносности болезней фузариозной этиологии, хлопковой совки и кукурузного мотылька 108
5.2. Влияние скрытой фузариозной инфекции на всхожесть семян кукурузы 115
Выводы 123
Список использованной литературы 127
Приложения 149
- Исходный материал и методы исследований
- Развитие фузариоза початков на линиях различных подвидов кукурузы
- Оценка комбинационной способности линий по устойчивости к болезням фузариозной этиологии
- Влияние скрытой фузариозной инфекции на всхожесть семян кукурузы
Введение к работе
Актуальность темы Ставропольский край - один из крупнейших производителей кукурузы, где одним из факторов увеличения производства зерна и стабилизации его сборов может стать высокая устойчивость гибридов к абиотическим и биотическим факторам. Однако возможности устойчивости гибридов, как фактора повышения урожайности и улучшения фитосанитарного состояния агроэкосистем, используются недостаточно полно. Считается, что в настоящее время генетический потенциал сортов и гибридов кукурузы реализуется в целом по стране только на 30 - 40 %, а в ряде случаев и еще меньше (Климашевский, 1991).
В Предгорной зоне Ставрополья представляется перспективным изучение этиологии фузариоза початков, где отмечается высокая распространенность кукурузного мотьшька и хлопковой совки, с целью уточнения роли первичных и вторичных факторов в возникновении патологий роста и развития растений, а также оценки возможности снижения вредоносности болезни в системе защиты растений. Фузариоз початков, обусловливая развитие фузариоза всходов и стеблевых гнилей, приводит к ухудшению посевных и урожайных качества семян. Чрезвычайная актуальность проблемы фузариоток-сикозов и необходимость оздоровления гибридных семян, продовольственного и кормового зерна от фузариозной инфекции предполагают поиск наиболее эффективных путей ее решения, основным из которых является селекция на иммунитет.
Цель и задачи исследований. Цель работы - определение этиологии фузариоза початков, его распространенности, вредоносности и возможности ограничения болезни путем селекции на устойчивость в Предгорной зоне Ставропольского края.
В соответствии с целью исследований предстояло решить следующие задачи:
установить видовой состав возбудителей фузариоза початков, их сезонную динамику и комплекс доминирующих видов для направленного скрининга к ним кукурузы в селекции на устойчивость;
определить распространенность и вредоносность болезни, в том числе в связи с повреждаемостью початков хлопковой совкой и кукурузным мотыльком;
выявить линии кукурузы, устойчивые к основным болезням и вредителям, в том числе источники групповой и комплексной устойчивости;
оценить комбинационную способность линий по урожайности, устойчивости к болезням фузариозной этиологии, хлопковой совке и кукурузному
рос национальная! БИБЛИОТЕКА |
мотыльку;
- определить возможности уменьшения распространения фузариоза по
чатков и его последствий посредством селекции на устойчивость и протрав
ливания семян.
Научная новизна: впервые в предгорной зоне Ставропольского края описан видовой состав возбудителей фузариоза початков кукурузы, структура их патогенных комплексов (включая и грибы других родов) и определена фи-тосанитарная значимость различных типов фузариозного поражения;
- получены новые данные о комбинационной способности линий по
комплексу основных, признаков (урожайности, устойчивости к вредным орга
низмам), их наследуемости и эффективности отбора ценных генотипов по
фенотипу;
- определена суммарная вредоносность хлопковой совки и скрытого
фузариоза семян и предложена шкала для краткосрочного прогноза вредо
носности хлопковой совки и фузариоза початков, в зависимости от степени
их поврежденности.
Практическая значимость. Соавторство в гибридах: Виктория MB, включенному в Госреестр по Центрально-Черноземному, Северо-Кавказскому и Средневолжскому регионам; Камилла - по Северо-Кавказскому региону на зерно и силос. Создание новых линий и выявление в рабочих коллекциях источников групповой устойчивости к болезням; разработка с участием автора иллюстрированной шкалы оценки скрьпой зараженности семян грибами рода Fusarium, а также шкалы оценки кукурузы на устойчивость к засухе; шкалы оценки суммарной вредоносности хлопковой совки, кукурузного мотылька и фузариоза початков для семеноводческих и производственных посевов.
Апробация работы. Материалы исследований были доложены на первой Всероссийской конференции по иммунитету растений к болезням и вредителям (Санкт-Петербург, 2002), второй Всероссийской научно-практической конференции "Агротехнический метод в защите растений от вредных организмов" (Краснодар, 2002), научно-практической конференции "Селекция, семеноводство, производство зерна кукурузы" (Пятигорск, 2002), а также представлены в ежегодных отчетах Всероссийского НИИ кукурузы перед Российской Академией сельскохозяйственных наук.
Опубликование результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 5 работ и 2 - в печати. Получено 2 авторских свидетельства на гибриды кукурузы, внесенные в Государственный реестр селекционных достижений Российской Федерации.
Декларация личного участия автора. Диссертация содержит фактиче-
ский материал, полученный лично автором в течение 1998 - 2002 гг. В небольшом объеме использованы результаты, полученные в рамках двустороннего научно-технического сотрудничества ВНИИ кукурузы и ВНИИ защиты растений (идентификация видового состава грибов рода Fusarium)..
Тема исследований входила в государственные-научные программы 1998 - 2002 гг. в соответствии с планом НИР Всероссийского НИИ кукурузы по программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению АПК Российской Федерации на 1996 - 2000 гг. (номер госрегистрации 01910047919).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из ведения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка литературы, включающего 230 работ, в том числе 106 иностранных и приложения. Изложена на 156 страницах машинописи, иллюстрирована 28 таблицами и 28 рисунками.
Исходный материал и методы исследований
Работа проводилась в 1998 - 2002 гг. путем постановки полевых и лабораторных опытов на материале различных групп спелости и уровня устойчивости к болезням и вредителям. Исходный материал представлен гибридами и самоопыленными линиями Всероссийского НИИ кукурузы, Венгрии, Германии, а также коллекционными образцами ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова. Ежегодно в инфекционном питомнике изучалась устойчивость к головневым грибам, стеблевым гнилям и болезням початков 73 линий (53 зубовидных и 20 кремнистых). Из них 28 линий селекции ВНИИ кукурузы, а остальные - селекционных учреждений Западной Европы и США. К фузариозу по- чатков оценивалось 80 линий: 36 - зубовидных (Z. mays subsp. Indentata), 15 кремнистых (Z. mays subsp. Indurata), 17 сахарной (Z. mays subsp. Saccharata), no 6 - лопающейся (Z. mays subsp. Everta) и белозерной, а также 120 гибридов в тестерных и диаллельных скрещиваниях. На высоком естественном инвазионном фоне проведена оценка более 200 образцов в питомнике создания ли- ний. В качестве стандартов по устойчивости к головневым грибам использовали линии А 632 (к пыльной) и Со 125 (к пузырчатой), а в диаллельных скрещиваниях - гибриды Ньютон и РИК 340. Распространенность болезней и повреждений учитывалась в специаль- ных опытах и сортоиспытаниях, на вегетирующих растениях в предубороч- ный период и на зернотоках (в процессе переборки семенных партий). Использовали пунктирный способ сева, через 35 см в ряду, 60 тыс. растений на 1 га. Полевые опыты закладывали в Предгорной зоне Ставропольского края, в полях 3-польного севооборота. Посев проводили ручными сажалками в опти- мальные сроки. Изучаемый материал высевали в 2 - 4 повторениях, в зависи- мости от цели опыта. Агротехника — общепринятая для данной зоны. Для борьбы с сорняками перед посевом вносили гербицид Харнес в дозировке 2,5 л/га. Заделка гербицида проводилась культиватором КПС - 4. Густоту стояния растений формировали в фазе 4-5 листьев. В фазе 6 -7 листьев и перед цветением метелок проводили сортовые прополки.
Уход за посевами заключался в проведении двух культивации и двух ручных прополок. Фенологические наблюдения и изучение исходного материала проводили по Методическим указаниям по селекции кукурузы (1982) и Методическим указаниям ВИР (1985). В ходе фенологических наблюдений отмечали даты: всходов, цветения метелок, початков и созревания зерна. В мелкоделяночных опытах учет болезней проводился путем осмотра всех собранных початков с установлением распространенности и развития болезни по балльным и процентным шкалам, в зависимости от вида опыта. Состояние здоровья семян оценивалось с использованием методов фи-топатологической экспертизы (Наумова, 1951), а также посредством определения поверхностной и глубинной инфекции в полевых условиях: путем на- ружного осмотра (макроскопически) и при помощи лупы и бинокуляра в ус ловиях лаборатории. Для оценки изреженности всходов или патологии их на чального роста и развития при скрытой зараженности семян грибной инфек цией применяли метод грунтконтроля. При изучении фузариоза и гибберел- леза початков на искусственном инфекционном фоне опыты закладывали в 3 повторениях.
Минимальная длина ряда -7 м, который разделен на 2 полуяру са по вариантам заражения: в верхушку и в центр початка. В этом опыте было использовано 8 линий, различающихся по устойчивости к стеблевым гнилям и фузариозу почйтков, кукурузному мотыльку, эректоидности початков и длине оберток. Инфекционное начало грибов F. gramineamm и F. monilifonne выращивали в колбах на автоклавированном зерне ячменя в течение месяца, затем подсушивали до сыпучего состояния и хранили в холодильнике до ис- пользования. Инокуляция початков проводилась методом "зубочисток", спустя 7 - 8 дней после появления рылец (Методические рекомендации по оценке кукурузы на комплексную устойчивость к вредителям и болезням, ВИЗР, 1989). Определение видовой принадлежности возбудителей фузариоза початков, распространенных в естественных условиях проводили совместно с сотрудниками лаборатории микологии и фитопатологии Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений (в.н.с. Иващенко, В.Г. и с.н.с. Шипиловой Н.П.) в соответствии с методами, изложенными в руководствах У. Герлаха и X. Ниренберг (Gerlach, Nirenberg.1982) и П. Нельсона с соавторами (Nelson et al., 1983). Для классификации линий и гибридов по устойчивости к фузариозу початков использовали 3-балльную шкалу, предложенную ВНИИ кукурузы (Немлиенко, 1959): до 5 пораженных зерновок - слабая степень поражения; до 20 - средняя; более 20 зерновок - сильная. Применительно к задачам наших исследований дальнейшая доработка шкапы проводилась по типам поражения и проявлению реальных соотношений фракций семян с признаками визуальной пораженное (до обмолота - после обмолота). Предлагаемая 5-балльная шкала (рис. 3) оказалась приемлемой как для иммунологической оценки, так и фитоэкспертизы семян (Иващенко, Сотченко, в печати).
Развитие фузариоза початков на линиях различных подвидов кукурузы
Улучшение химического состава зерна является одной из важнейших задач селекции кукурузы. По данным М. И. Смирновой - Иконниковой (1963), наибольшее количество общего белка содержится в зерне лопающейся и сахарной кукурузы, наименьшее - в зерне крахмалистой. Важно отметить, что повышение питательной ценности корма благоприятно не только для роста и развития сельскохозяйственных животных и птицы, но также патогенных грибов и вредителей кукурузы.
Ранее показано (Ключко и др., 1977; Флоря, 1981; Шапиро, I9S5) существенное влияние качества корма на репродуктивный потенциал и вредоносность вредителей и болезней кукурузы. Трехлетняя оценка устойчивости к основному возбудителю болезни F. moniliforme, проведенная на 20 генотипах, выявила достоверность различий в устойчивости к болезням среди нескольких подвидов кукурузы (табл. 5, рис.6).
Как видно из представленных данных, наиболее сильное развитие фуза-риоза початков наблюдалось в 1998 г. Площадь поражения початка у раннеспелой линии сахарной кукурузы СН 12 составила 30,3 % , а у F 2, РН 63, РН 57 - в пределах 18. - 24 %. В 2000 - 2001 гг. интенсивность поражения линий была соответственно ниже в 2,5-3,5 раза, причем корреляционная зависимость показателей пораженности 2000 - 2001 гг. была средней (г = 0,564), а в сравнении с 1998 г. практически отсутствовала; г = 0,163, г = - 0,065. Объясняется это, на наш взгляд, различной степенью редукции початков у линий, что приводит к изменению соотношения пораженной площади початка к общей. Независимо от условий вегетации, наиболее высокой устойчивостью характеризовались линии: РН 36 - кремнистая, РН 56 - зубовидная, К 7118, SOT 95-112-91/1 и з 1156 - белозерные, Amber pop corn - лопающаяся. Они имели стабильно более низкую интенсивность поражения при искусственном заражении F. moniliforme. Встречаемость устойчивых линий среди образцов сахарной кукурузы отмечал Г.Е. Шмараев (1999). Распространенность болезни на естественном инфекционном фоне является характеристикой плотности популяций возбудителя болезни и вредителя, и успешности их проникновения к восприимчивым тканям. Учеты, проведенные в 1999 г. на 7 кремнистых и 7 зубовидных линиях (рис. 7), выявили в среднем сходный уровень распространенности фузариоза початков (58,8 и 59,8 %), но размах значений среди зубовидных линий был больше - от 33,3 до 92,8 % (у линий М 541 и М 138), в сравнении с 46 - 79 % у кремнистых (линии М 139 и РН 36).
Оценка комбинационной способности линий по устойчивости к болезням фузариозной этиологии
Дисперсионный анализ устойчивости линий к гиббереллезу, фузариозу початков и фузариозной стеблевой гнили выявил достоверные генотипиче-ские различия между гибридами по всем изучаемым признакам. Проведенное изучение позволило выделить 3 группы линий, достоверно различающихся эффектами общей комбинационной способности (ОКС) по устойчивости к гиббереллезной гнили початков: I - РГС 201 М и PC 2, имеющих высокие значения ОКС; II - GP 304, РП 210 М и GP 510, обладающих средней ОКС; III - PC 273 М и РГС 498 М, проявивших низкую ОКС (табл. 10). Их можно ранжировать в порядке уменьшения эффектов ОКС: РГС 201 М, PC 2, GP 304, РП 210 М, GP 510, GP 048, PC 273 М, РГС 498 М (приложение 7). Специфическая комбинационная способность (СКС) по устойчивости к гиббереллезной гнили початков проявилась в 7 гибридных комбинациях: PC 273 М х GP 304, РГС 498 М х GP 304, PC 2 х GP 304, РГС 201 М х РГС 498 М, РП 210 М х GP 510, GP 048 х GP 510 и GP 048 х РП 210 М. У линий PC 2, РГС 201 М и РГС 498 М большую роль при наследовании устойчивости к болезни играют гены с аддитивными эффектами, так как у них c gi CT2SI. У линий GP 510, GP 048, РП 210 М, GP 304 - преобладающую роль имеют гены с доминантными и возможно, эпистатическими эффектами (a si . о gi).
Для линии PC 273 М характерна практически равная значимость аддитивных и неаддитивных эффектов генов в наследовании устойчивости к гибереллезной гнили початков. Кроме того, относительно большое значение с si у линии GP 304 показывает, что она образует гибридные комбинации, у которых уровень устойчивости выше, чем ожидалось на основе средней ценности линий. Исследования 2002 г. (табл. 11) позволили выявить высокие значения ОКС у линии PC 2, средние - у GP 510 и GP 304, низкие - у PC 273 М и GP 048. Специфическая комбинационная способность проявилась в 11 гибридных комбинациях, но наиболее значимы константы СКС у РГС 201 М х GP 304, PC 2 х РГС 498 М, GP 510 х GP 048 и GP 048 х PC 273 М. У линий PC 2, PC 273 М в генетическом контроле устойчивости проявились эффекты аддитивного действия генов, у РГС 201М - доминирования, у остальных линий - эффекты аддитивно-доминантного действия генов. По данным двухлетнего изучения выявлено 3 группы линий : I - PC 2 и РГС 201 М, с высокой ОКС ; II - GP 304, GP 510 и РП 210 М, характеризующихся средней ОКС и III - GP 048, РГС 273 М, РГС 498, с низкой ОКС по устойчивости к гиббереллезной гнили початков. Высокая СКС по устойчивости проявилась в 2001-2002 гг. у трех гибридов: PC 2 х РГС 498, GP 048 х РП 210 М и GP 048 х РГС 201 М. Необходимо отметить, что благоприятные по сумме осадков условия августа 2001 года обусловили лучшее развитие F. graminearum, что способствовало большей дифференциации изучаемого материала. У линии РГС 201 М отмечены более высокие значения ОКС, а у гибридов GP 048 х РП 210 М, PC 2 х GP 304, PC 273 М х GP 304 и РП 210 М х GP 510 - более высокие значения СКС. Кроме того, относительно большое значение a si у линии GP 304 показывает, что она образует гибридные комбинации, у которых уровень устойчивости выше, чем ожидалось на основе средней ценности линий.
Как видно из представленных данных, у линий PC 2 и PC 273 М проявление устойчивости к болезни обусловлено эффектами аддитивного действия генов, у РГС 201 М - доминантными, а у остальных линий - аддитивно-доминантными. Анализ комбинационной способности изученных линий рабочей коллекции по устойчивости к фузариозной гнили початков (возб. F. moniliforme) позволяет ранжировать их в направлении уменьшения ОКС: GP 510, РГС 201 М, РГС 498 М, PC 273 М, GP 048, GP 304, РП 210 М, PC 2. Из таблицы 12 видно, что у шести линий преобладающее влияние на проявление устойчивости к болезни оказывают гены с аддитивными эффектами, причем у линий PC 2, РГС 201 М и РГС 498 М проявляются аддитивные, а у PC 273 М - неаддитивные эффекты генов в наследовании устойчивости к двум типам гнилей початков. Сравнительно высокое значение о si у линии GP 048 показывает, что 2 гибридные комбинации с ее участием (GP 048 х GP 304, GP 048 х GP 510) имеют наиболее высокие отрицательные значения (константы СКС). Это позволяет судить о высокой СКС линии GP 048. Высокая ОКС GP 510 позволяет использовать ее в качестве источника устойчивости к фузариозной гнили початков при создании линий второго цикла.
Влияние скрытой фузариозной инфекции на всхожесть семян кукурузы
В практике семеноводства наиболее важными являются: передача инфекции от семени к растению и от растения к растению. При этом наиболее опасны скрытые формы заражения, когда семена по своим внешним признакам мало отличаются от здоровых, но содержат инфекцию в области зародыша и в перикарпии. Ранее установлено, что семена кукурузы часто содержат незначительное количество инфекции грибов Acremonium kiliense (Reddy, Holbert, 1924), которую очень трудно обнаружить методом проращивания. На примере кукурузы, початки которой подвержены поражению многими грибами, показано (Иващенко, Никоноренков, 1989), что даже при слабом развитии фузариоза (1-2 зерновки пораженные F. moniliforme, и, как правило, удаляемые при сортировке) скрытое заражение может достигать 5-7 рядов зерен вокруг очага визуально различимого поражения. Это инфекционное начало локализовано, главным образом, в основании зерновки и обнаруживается лишь посредством биологического анализа. Третий путь проникновения инфекции — от растения к семени — связан с поверхностными источниками инфекции (конидиальное и сумчатое спороношение грибов рода Fusarium), локализованными на растительных остатках кукурузы, колосовых злаков и сорных растений, находящимися на поверхности почвы. Показано, что даже на заделанных в почву растительных остатках аскоспоры G. zeae сохраняли жизнеспособность не менее 2-х лет (Иващенко, 1994).
Как отмечают канадские исследователи (Reid et al., 1996), гриб F. gram in еа гит, находящийся латентно во фракции зараженных (визуально бессимптомных) семян, обусловливает накопление высоких концентраций DON (дезоксиниваленола - рвотного токсина). Описана также бессимптомная эндофитная колонизация кукурузы F. moniliforme (Bacon, Hinton, 1996) при которой гифы гриба распространяются только по межклетникам. Отсутствие симптомов у зараженных растений может представлять серьезную опасность, поскольку гриб может накапливать микотоксин в зерновках початка, не имеющего визуальных признаков болезни. Проводимые к настоящему времени зарубежные разработки по использованию методов спектроскопии (Dowell et al, 2002), уже успешно используются для обнаружения токсина фумонизи-на в единичных зерновках кукурузы зараженных F. veriicillioides (F.moniliforme). Технология, учитывающая изменение цвета и химического состава зерна может быть использована для быстрого и щадящего скрининга на наличие токсина, а также адаптирована для сортировки семеноводческих партий по зараженности грибом.
Скрытая семенная инфекция (с локализацией F. moniliforme преимущественно в алейроновом слое) приводит, как видно из данных таблицы 26, к уменьшению сохранившихся к уборке растений на 24,2 % в среднем. Однако, в зависимости от Локализации гриба и степени колонизации тканей зерновки (в области зародыша, боковая часть или верхушки зерновки) всхожесть снижалась на 2,5 - 81,0 %.
Согласно данным таблицы 26, основная часть семян взошла в течение 12 дней от даты посева, причем сходным образом в обоих вариантах опыта. Важно отметить, что у семян с фузариозной инфекцией часть всходов не завершает онтогенеза из-за патологии роста и развития (фузариоз всходов). Величина "отхода" составляет 3,4 %, а в контроле - 2 %. Таким образом, при посеве в оптимальный срок и отсутствии возврата холодов в период посев -всходы, остающийся запас фузариозной инфекции во фракции поверхностно слабо зараженных семян приводит к уменьшению густоты стояния растений на 24, 2 % в среднем. Основная масса семян дала всходы к 12 дню от посева, но небольшой прирост всхожести продолжался до 33 дня от начала всходов.
Как установлено ранее (Enerson et. al., 1991), неодновременное появление всходов кукурузы в ряду, а также наличие поздно взошедших семян приводит к уменьшению урожая. В то же время неодновременная всхожесть, приводящая к снижению урожая, не всегда является достаточным основанием для пересева в связи со стоимостью дополнительных затрат, кроме случаев, когда 50 или более процентов всходов появляются в более поздние сроки, как минимум спустя 3 недели. Полученные нами данные позволяют судить, что скрытая зараженность существенно снижает классность семян. Известно, что семена III класса не обеспечивают получения равномерных всходов в беспрорывочных пунктирных посевах даже при увеличении нормы высева (Володарский, 1986). Динамика полевой всхожести в графическом виде наглядно показывает практически полное сходство кривых, приведенных на рисунке 28.
