Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 10
1.1. Биология и морфология гриба Puccinia striiformis f.sp. tritici 10
1.2. Распространение и вредоносность возбудителя желтой ржавчины пшеницы 15
1.3. Изучение структуры популяции P. striiformis по расовому составу и вирулентности 22
1.4. Генофонд и типы устойчивости пшеницы к возбудителю желтой ржавчины 30
1.5. Меры борьбы с возбудителем желтой ржавчины пшеницы 37
ГЛАВА 2. Место, условия, материалы и методы проведения исследований 46
2.1. Место проведения исследований 46
2.2. Условия проведения исследований 46
2.3. Материалы исследований 49
2.4. Методы исследований 52
ГЛАВА 3. Интенсивность развития и генетическая структура популяции возбудителя желтой ржавчины пшеницьі на северном Кавказе 70
3.1. Интенсивность развития возбудителя желтой ржавчины пшеницы в различных агроклиматических зонах Северного Кавказа на производственных посевах и участках Госсортосети 70
3.2. Характеристика расового и фенотипного состава популяции P. striiformis на Северном Кавказе 75
3.3. Генетическая структура популяции гриба на Северном Кавказе з
3.4. Особенности отбора по признаку вирулентности в популяции патогена в зависимости от устойчивости растения-хозяина 85
ГЛАВА 4. Генофонд устойчивости пшеницы к возбудителю желтой ржавчины 109
4.1. Иммунные особенности перспективных сортов озимой пшеницы по отношению к возбудителю желтой ржавчины в полевых условиях 109
4.2. Неспецифическая устойчивость сортов озимой пшеницы отечественной селекции к P. striiformis 123
4.3. Коллекционные образцы озимой и яровой пшеницы, редкие виды пшеницы aAegilops tauschii, устойчивые к заболеванию 127
4.4. Эффективность известных генов устойчивости (Yr) и их
комбинаций к P. striiformis в разные фазы развития растений .131
ГЛАВА 5. Эффективность ряда приемов по снижению вредоносности возбудителя желтой ржавчины пшеницы 135
5.1. Влияние сортосмешанных посевов на снижение развития возбудителя желтой ржавчины 135
5.2. Эффективность применения индукторов болезнеустойчивости против патогена на сортах озимой пшеницы, различающихся по устойчивости 138
ГЛАВА 6. Экономическая эффективность применения сортосмешанных посевов пшеницы и индукторов болезнеустойчивости против возбудителя желтой ржавчины пшеницы 146
6.1. Экономическая эффективность применения сортосмешанных посевов пшеницы против возбудителя желтой ржавчины пшеницы 146
6.2. Экономическая эффективность применения индукторов болезнеустойчивости против возбудителя желтой
ржавчины пшеницы 147
Заключение 150
Предложения производству и селекционной практике 152
Сокращения 153
Список литературы
- Изучение структуры популяции P. striiformis по расовому составу и вирулентности
- Условия проведения исследований
- Характеристика расового и фенотипного состава популяции P. striiformis на Северном Кавказе
- Эффективность применения индукторов болезнеустойчивости против патогена на сортах озимой пшеницы, различающихся по устойчивости
Введение к работе
Актуальность исследований. Одним из вредоносных заболеваний пшеницы является желтая ржавчина, вызываемая грибом Puccinia striiformis f.sp. tritici. Патоген снижает урожай, качество семян, может вызвать 100 % потерю урожая при наличии оптимальных погодных условий (Кайдаш и др., 1976; Добрянская и др., 1999; Chen, 2005).
В последние годы частота возникновения заболевания на Северном Кавказе возросла, что связано с возделыванием восприимчивых сортов, образованием агрессивных рас, изменением климата в регионе, заносом инфекции с сопредельных территорий.
Возделывание в производстве устойчивых к болезням сортов, а также применение альтернативных экологичных мер борьбы приобретают все большую актуальность и значимость. Создание устойчивых сортов невозможно без глубоких знаний эволюции, состава популяции, внутрипопуляционных взаимоотношений, специализации и изменчивости возбудителя болезни. Важна информация о генетических основах и типах устойчивости растения-хозяина. Необходимы сведения об источниках устойчивости, оценке и отборе устойчивых к болезням генотипов. Поэтому работа, посвященная изучению патосистемы «пшеница – возбудитель желтой ржавчины» и агробиологическому обоснованию приемов снижения инфекционного потенциала гриба, актуальна и важна.
Степень разработанности темы. Проведенный анализ литературы свидетельствует о достаточной изученности биоэкологических особенностей развития возбудителя желтой ржавчины пшеницы (Кайдаш и др., 1972; Chen, 2005; Yue et al., 2010 и др.), вредоносности и распространения патогена (Wellings, 2011; MacKenzie, 2011 и др.), генетической структуры популяции гриба (Boshoff et al., 2002; Wellings, Kandel, 2004 и др.). В настоящее время известно уже около 100 генов устойчивости к P. striiformis, выделено большое количество источников устойчивости к патогену (McIntosh et al., 2011 и др.).
В России исследования патосистемы «пшеница – возбудитель желтой ржавчины» в последние годы не проводились. До 1993 г. такие работы велись во ВНИИ биологической защиты растений (г. Краснодар) (Кайдаш и др., 1972; Краева и др., 1973; Анпилогова и др., 1995). С 2007 г. исследования по данной проблематике были возобновлены по причине увеличения частоты встречаемости патогена на юге России и появления новых агрессивных рас желтой ржавчины (MacKenzie, 2011). Учитывая тот факт, что ржавчинные заболевания распространяются на сотни и тысячи километров, эти опасные расы могут мигрировать на Северный Кавказ. Поэтому крайне необходим мониторинг распространения и развития возбудителя желтой ржавчины, его вирулентности, генетического разнообразия растения-хозяина, а также разработка и применение альтернативных экологичных мер борьбы с патогеном. Это и определило направление данных исследований.
Цель исследований. Изучение генетических механизмов взаимоотношений в системе «Triticum aestivum L. – P. striiformis f.sp. tritici» и агробиологическое обоснование приемов снижения инфекционного потенциала возбудителя желтой ржавчины пшеницы на Северном Кавказе.
Задачи исследований:
изучить распространение и развитие возбудителя желтой ржавчины пшеницы в различных агроклиматических зонах Северного Кавказа;
дать характеристику расового состава и генетической структуры популяции P. striiformis f.sp. tritici на Северном Кавказе;
выявить особенности отбора по признаку вирулентности в популяции патогена в зависимости от устойчивости растения-хозяина;
определить типы устойчивости у сортов озимой пшеницы отечественной селекции к P. striiformis в полевых и камерных условиях;
оценить коллекционные образцы озимой и яровой пшеницы, редких видов пшеницы и эгилопса на устойчивость к заболеванию;
определить эффективность известных генов устойчивости (Yr) и их комбинаций к P. striiformis в разные фазы развития растений;
изучить влияние сортосмешанных посевов на снижение развития возбудителя желтой ржавчины;
оценить эффективность применения индукторов болезнеустойчивости против патогена на сортах озимой пшеницы, различающихся по устойчивости.
Научная новизна. Проведено электронное картирование распространения и развития возбудителя желтой ржавчины пшеницы на Северном Кавказе (2009-2012 гг.). Определена внутрипопуляционная структура P. striiformis в Северо-Кавказском регионе с использованием расширенного набора сортов-дифференциаторов и близкоизогенных линий пшеницы; выявлен фенотипный и расовый состав гриба; проведен ретроспективный анализ. Определены типы устойчивости к патогену 43 высеваемых на юге России сортов озимой пшеницы. Выявлены 344 новых источника устойчивости к P. striiformis среди образцов пшеницы, ее редких видов и Ae. tauschii коллекции ВНИИР им. Н.И. Вавилова. Определена эффективность 42 известных в литературе генов устойчивости (Yr) и их комбинаций. Изучено влияние сортосмешанных посевов и трех индукторов болезнеустойчивости на снижение развития возбудителя желтой ржавчины.
Теоретическая значимость работы. Выявлены генетические механизмы взаимоотношений в патосистеме «T. aestivum L.–P. striiformis f.sp. tritici».
Практическая значимость работы. Производственной практике предложены результаты фитосанитарного мониторинга (в виде электронных карт) распространения и развития желтой ржавчины на Северном Кавказе для разработки прогноза развития заболевания, рационального сорторазмещения, защитных мероприятий; 23 сорта пшеницы со специфической и 20 – с неспецифической устойчивостью к патогену; приемы снижения развития возбудителя желтой ржавчины на основе смеси сортов с возрастной и неспецифической устойчивостью в соотношении 4 : 1 и индуктора болезнеустойчивости Фитохит-Т при норме расхода 100 г/га в фазу выхода растений в трубку.
Практической селекции предложены 23 источника расоспецифической и 20 – неспецифической устойчивости к возбудителю желтой ржавчины, 344 устойчивых коллекционных образца пшеницы, ее редких видов и Ae. tauschii, 26 носителей эффективных Yr-генов и их комбинаций.
Методология и методы исследований. Теоретической и методологической основой диссертации являлись научные труды отечественных и зарубежных ученых. Исследования выполнены с использованием общепринятых полевых, вегетационных, лабораторных и статистических методов.
Основные положения, выносимые на защиту:
особенности генетической структуры популяции возбудителя желтой ржавчины пшеницы на Северном Кавказе;
типы устойчивости перспективных сортов озимой пшеницы к закавказской популяции P. striiformis, распространенной на Северном Кавказе. Новые источники устойчивости;
прием снижения развития возбудителя желтой ржавчины – сортосмешанные посевы пшеницы;
особенности влияния индукторов хитозанового ряда на снижение развития P. striiformis.
Cтепень достоверности и апробация результатов. Эксперименты проведены в соответствии с общепринятыми методиками. Достоверность выводов подтверждена статистической обработкой данных.
Результаты исследований доложены на 4th Regional Yellow Rust conference (Turkey, Antalia, 2009), 12th International Cereal Rusts and Powdery Mildews Conference (Turkey, Antalia, 2009), 5-ом съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2009), Всероссийской научно-производственной конференции «Современные иммунологические исследования, их роль в создании новых сортов и интенсификации растениеводства» (Большие Вяземы, 2009), выставке НТТМ-2010 (Москва, 2010), конференции «Генетика и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Белоруссия, Минск, 2010), 8-ой Международной конференции по пшенице (Санкт-Петербург, 2010), 7-ой Международной научно-практической конференции «Современные мировые тенденции в производстве и применении биологических средств защиты растений» (Краснодар, 2012), 3-ей Всероссийской и международной конференции «Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам» (Санкт-Петербург, 2012), 3-ей Вавиловской международной конференции «Идеи Н.И. Вавилова в современном мире» (Санкт-Петербург, 2012), 6-ой международной научно-практической конференции «Агротехнический метод защиты растений от вредных организмов» (Краснодар, 2013), Международном симпозиуме «Микроорганизмы и биосфера» (Кыргызстан, Бишкек, 2013), Technical Workshop BGRI 2013 (India, New Delhi, 2013), 15-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2013» (Москва, 2013).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 каталог, 1 методическое указание.
Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 227 страницах машинописного текста и включают 21 рисунок, 35 таблиц, 5 приложений. Список литературы включает 288 источников, из них 193 – иностранных авторов.
Изучение структуры популяции P. striiformis по расовому составу и вирулентности
На территории Испании локальные очаги инфекции иногда регистрируются на орошаемых посевах в долине реки Эбро (Rijsdijk, 1976). В Италии, по данным Vallega и Zetelli (1979), массовая вспышка болезни имела место в 1979 году.
В Португалии патоген обнаруживается практически ежегодно и повсеместно. Сильные вспышки отмечаются во время холодных весен, главным образом, на континентальной части страны. Локальные очаги инфекции особенно часты к северу от реки Таго (Santiago, 1962). Бывают периоды, когда патоген развивается интенсивно и непрерывно на протяжении 4-5 лет (Цадокс, 1970). К примеру, в период 1957-1961 годы ежегодно имели место довольно сильные эпифитотии желтой ржавчины практически по всей стране.
Во Франции эпифитотии желтой ржавчины на севере, западе и в центре страны отмечаются один раз в 2-4 года (Goix, 1980). Особенно разрушительной была панфитотия на севере страны в 1936 году, когда на восприимчивых сортах озимой пшеницы потери урожая достигали 60-70 % (Hassebrauk, 1970; 1974).
В странах Скандинавии патоген был зафиксирован в южных районах преимущественно на поздних сортах пшеницы. Наиболее сильно (до 30 %) поражались посевы на юге Швеции (Gustavsson, 1959).
В Польше и Чехии из-за возделывания устойчивых к патогену сортов желтая ржавчина имеет ограниченное распространение (Vechet, 1993).
В Центральной Европе желтая ржавчина преимущественно распространена в Швейцарии и бывшей Югославии. В Швейцарии наиболее сильная эпифитотия зафиксирована в 1961 году с потерей 30 % урожая (Bronnimanu, 1961; Kobel, 1961). В бывшей Югославии патоген поражал посевы ячменя и пшеницы, а также около 60 видов дикорастущих злаков. Вредоносность в отдельные годы достигала 30%(Zadoks, Ubels, 1962).
В странах ближневосточного региона зерновые культуры занимают от 40 до 80 % посевных площадей. Ведущей культурой является пшеница, посевы которой поражаются желтой ржавчиной на больших площадях (Safaa, 2010). Это представляет реальную угрозу посевам пшеницы в сопредельных странах, в частности Северо-Кавказского региона РФ. В Турции болезнь встречается повсеместно, но преимущественное распространение имеет в более прохладных плоскогорьях Центральной и Восточной Анатолии, во Фракии и горных районах Курдистана (Kinaei, 1983; Raelfs, Bushnell, 1985).
В Иране желтая ржавчина считается самым вредоносным заболеванием пшеницы. Возбудитель развивается ежегодно в районах с влажным климатом на побережье Каспийского моря и в горных областях вдоль хребта Эльбрус; наиболее сильные эпифитотии отмечаются каждые 4-5 лет (Abusaidi, 1977). Отсюда инокулюм распространяется в другие районы страны и за ее пределы (ICARDA annual report, 1985).
В Афганистане на посевах пшеницы патоген развивается ежегодно. Наиболее сильные эпифитотии отмечались в период 1964-1967 годы, тогда потери урожая достигли 50-60 % (Saari, 1976; Muhammad, 1982).
В Пакистане, по данным Duveiller et al. (2007), в 2005 году желтая ржавчина нанесла ущерб на 100 млн. долларов США.
В Китае среди других болезней желтая ржавчина является доминирующей (Xie, 1994; Li, 1995). Эпифитотия линейной ржавчины произошла в Китае в 2002 году и затронула приблизительно 6,6 млн. га на пшенице в 11 провинциях и вызвала потери урожая 1,3 млн. т (Wan et al., 2004).
Желтая ржавчина была основной болезнью в Центральной Азии (Казахстан, Киргизия, Таджикистан, Туркмения и Узбекистан) в конце 90-х и в начале 2000-х годов. Потери урожая составляли 20-40 % в 1999 и 2000 годах (Morgounov et al., 2004). В 2009 году в Узбекистане и Таджикистане вспыхнула эпифитотия желтой и бурой ржавчины. Так как весна была необычно влажной, эпифитотия желтой ржавчины была обнаружена и в других областях региона Центральной Азии и Закавказья. Все, кроме одного из 24 выпущенных и рекомендуемых сортов пшеницы в Узбекистане, оказались восприимчивы к желтой ржавчине (Шарма, Халикулов, 2009).
В Казахстане основной ареал желтой ржавчины находится в южном и юго-восточном регионах. Постоянный природный очаг локализован в горной зоне Алматинской области на высоте 1500-2000 м над уровнем моря. За последние 20 лет локальные эпифитотии желтой ржавчины на пшенице наблюдались в 1992, 1999, 2000, 2002 годах (Койшибаев и др., 2005). В Ташкентской области Узбекистана степень поражения производственных посевов достигала 38,6 % в 1997 году, 53 % в 1998 году, а в 1999 году - 70 % (Хакимов, 2002).
На юге Украины желтая ржавчина является одним из самых вредоносных заболеваний на зерновых. За последние годы эпифитотии наблюдались в 1991, 2001, 2005, 2006, 2007 годах. Потери урожая достигали 50 % и более. При этом поставщиком инфекции является Закавказье и Северный Кавказ (Маслий, 2007).
На территории России, и в первую очередь на Северном Кавказе, на протяжении длительного периода, вплоть до конца 60-х годов, желтая ржавчина серьезного значения не имела. Хотя патоген эпизодически регистрировали, но массового распространения болезнь не получала (Морозова, 1974). По-видимому, иммунологические характеристики сортов с горизонтальной устойчивостью и отсутствие необходимых экоресурсов не позволяли патогену распространяться в степные районы, где сухое, жаркое лето крайне неблагоприятно для развития гриба.
В 2005-2007 годах желтую ржавчину начали фиксировать в Ленинградской области (Гультяева и др., 2007), а в 2007 году в Псковской и Новгородской областях (Гультяева и др., 2008).
Начиная с 1990 года на Северном Кавказе, прежде всего в Краснодарском крае, отмечается устойчивая тенденция расширения ареала возбудителя желтой ржавчины (Чуприна и др., 1999).
В условиях Северного Кавказа межвегетационный период пшеницы составляет около трех месяцев. За это время заразное начало на послеуборочных остатках полностью погибает. Источником инфекции пшеницы могут быть злаковые травы. Н.А. Наумов (1932) приводит список более тридцати названий дикорастущих злаков, на которых паразитирует P. striiformis. В годы с влажным прохладным летом на злаковых многолетних травах желтая ржавчина может развиваться до глубокой осени. Однако в сухое жаркое лето злаки практически не
Условия проведения исследований
В качестве инфекционного материала для анализа популяции возбудителя желтой ржавчины были использованы образцы урединиоспор, собранные в Краснодарском, Ставропольском краях, республике Адыгея и Ростовской области с производственных посевов озимой пшеницы и на Госсортоучастках в 2009-2011 годах. Выделено и идентифицировано 284 монопустульных изолята P. sriiformis.
С целью выявления особенностей отбора по признаку вирулентности в популяции патогена в зависимости от устойчивости растения-хозяина отобраны клоны гриба, различающиеся по спектру вирулентности.
Для полевой иммунологической оценки сортов пшеницы озимой мягкой и твердой, коллекционных сортообразцов, пшениц редких видов, Ае. taiischii, типов устойчивости растения-хозяина в камерных условиях, определения эффективности генов устойчивости (Yr) во взрослом состоянии растений, эффективности индукторов болезнеустойчивости и сортосмешанных посевов против возбудителя желтой ржавчины применяли синтетическую популяцию патогена, содержащую все выявленные нами аллели вирулентности патогена.
Размножение инфекционного материала, выделение монопустульных изолятов возбудителя болезни проводили на высоковосприимчивом сорте Kaw (США).
Дифференциацию монопустульных изолятов P. striiformis вели на стандартных наборах сортов-дифференциаторов (международном, европейском, американском), австралийском наборе близкоизогенных линий сорта Avocet и двух дополнительных сортах-дифференциаторах (таблица 3). С помощью этих же сортов и линий изучали эффективность генов устойчивости (Yr) к патогену во взрослом состоянии растений. Таблица 3 - Наборы сортов-дифференциаторов, близкоизогенных линий сорта Avocet и дополнительных сортов с известными генами для тестирования клонов
Для изучения иммунологических свойств растения-хозяина и выявления особенностей отбора по признаку вирулентности в популяции патогена отобраны 43 перспективных сорта озимой пшеницы, внесенных в Государственный реестр РФ и проходящих Государственное испытание. Из них 30 сортов озимой пшеницы селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко: Айвина, Афина, Булгун, Верта, Грация, ГРОМ, Зимница, Зимтра, Золотко (тв.), Иришка, Коллега, Краснодарская 99, Красота, Кума, Ласточка, Лебедь, Лига 1, Лира, Паллада, Память, Патриарх, Первица, Ростислав, Сила, Соратница, Старшина, Уния (тв.), Файл, ЮМПА, Юнона; 12 сортов селекции ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко: Агат донской, Аскет, Донской маяк, Ермак, Зарница, Зерноградка 10, Изюминка, Кремона, Регата, Ростовчанка 7, Селянка, Станичная и 1 сорт Прикумской ОСС -Степнячка.
В камерных условиях изучали типы устойчивости к желтой ржавчине 13 отечественных сортов пшеницы: Зимница, Иришка, Краснодарская 99, Кремона, Ласточка, Паллада, Первица, Победа 50, Ростислав, Селянка, Соратница, Старшина, ЮМПА, проявивших замедленный тип развития болезни в полевых испытаниях.
С целью поиска источников устойчивости к возбудителю желтой ржавчины на искусственном инфекционном фоне изучали 587 коллекционных образцов из ВНИИР им. Н.И. Вавилова, из них 315 — озимой и яровой мягкой пшеницы, 248 -редких видов пшеницы и 24 - эгилопса.
Оценку эффективности сортосмешанньгх посевов и индукторов болезнеустойчивости против возбудителя желтой ржавчины пшеницы проводили на сортах озимой пшеницы с ценными хозяйственными признаками, но различающихся по типам устойчивости: Батько - неспецифическая устойчивость к патогену (тип реакции взрослых растений 2,3 балла), Восторг - возрастная устойчивость (тип реакции 1(2) балла).
Для оценки эффективности индукторов болезнеустойчивости против патогена были отобраны три препарата, предоставленные сотрудниками ВИЗР (г. Пушкин): Фитохит, Фитохит-Т, Хитоплан. Биологическим стандартом послужил препарат Альбит, ТПС, химическим - Альто супер, КЭ, зарегистрированыи в России для защиты пшеницы от желтой ржавчины (Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов..., 2013 г.).
Для определения интенсивности развития болезни в период с 2009 по 2011 гг. были проведены маршрутные обследования производственных посевов озимой пшеницы и посевов Госсортосети в пяти агроклиматических зонах Северного Кавказа.
Экспедиционному обследованию подлежали следующие районы: Краснодарский край - Белореченский, Брюховецкий, Выселковский, Гулькевичский, Динской, Ейский, Кавказский, Каневский, Кореновский, Крыловский, Курганинский, Кущевский, Лабинский, Ленинградский, Мостовский, Новокубанский, Павловский, Староминский, Тбилисский, Тимашевский, Успенский, Усть-Лабинский, Щербиновский; республика Адыгея -Кошехабльский, Майкопский, Теучежский; Ставропольский край -Андроповский, Буденновский, Георгиевский, Кировский, Кочубеевский, Левокумский, Минераловодский, Нефтекумский, Советский, Степновский; Ростовская область - Егорлыкский, Зерноградский, Целинский.
Всего за три года было обследовано 24 района в Краснодарском крае, 3 - в республике Адыгея, 10 - в Ставропольском крае, 3 - в Ростовской области. Учеты проводили в фазу цветения - молочной спелости зерна (фаза 65-80 по Zadoks) до массовых фунгицидных обработок (рисунок 5). По результатам обследований проведено электронное картирование фитосанитарной информации с использованием информационной системы «GeoLook» (2012).
Характеристика расового и фенотипного состава популяции P. striiformis на Северном Кавказе
За период исследований выявлены тенденции внутрипопуляционных изменений в структуре гриба, вызванные биотическими и абиотическими факторами окружающей среды (таблица 14): - увеличение частоты встречаемости генов вирулентности (рр): 1, 2+HVII, 2+6, 2+6+25, 3a+4a+ND, 4b, 6, 7, 10, 10+Mor, 20+6, 25+7, A, SU; - увеличение с последующим снижением частоты встречаемости генов вирулентности (рр): 17, 18, 21, 3a+S+Ste+Ste2, Prl+Pr2; - снижение частоты встречаемости генов вирулентности (рр): 8, 8+19, 26, 27, 32, Ехр1+Ехр2, Ра1+Ра2+РаЗ; - снижение с последующим увеличением частоты встречаемости генов вирулентности (рр): 3a+4a+V23, 7+22+23; - содержание примерно на одном уровне генов (рр): 2+9, 9, 15; -гены вирулентности, встречающиеся в популяции эпизодически (рр): 3a+4a+D+Dru+Dru2, 24, SD+25, 3b+4b+H46; - отсутствие в популяции генов вирулентности (рр): 2+3a+4a+Yam, Зс+Min, 5,25+32, SP,Trl+Tr2, Туе. Средняя вирулентность популяции по Martens, % 9,5 11,6 10,8 изогенные линии с генами устойчивости Yr: 7, 8, 9, 10 подключались в дис мере поступления семян )ференциацию по
Статистический анализ данных подтвердил высокий уровень генетического разнообразия популяции патогена. Индекс Шеннона по генам вирулентности за годы исследования составил 2,79; 2,89 и 2,79 соответственно. Из этих показателей следует, что наиболее генетически разнообразная популяция была в 2010 году, наименее - в 2009 и 2011 годах. Различия по частотам генов вирулентности были наибольшими между 2009 и 2011 годами (R=0,411), средними между 2009 и 2010 годами (R=0,331) и наименьшими между 2010 и 2011 годами (R=0,226).
Анализ качественного состава популяции патогена выявил отсутствие изолятов с генами вирулентности p2+3a+4a+Yam, рЗс+Min, р5, р25+32, pSP, pTrl+Tr2, рТуе и низкую частоту встречаемости (до 5 %) генов вирулентности рр: 3a+4a+D+Dru+Dru2, 3a+4a+ND, 3b+4b+H46, 2+9, 10+Mor, 24, Prl+Pr2, SD+25. Комплементарные им гены устойчивости Yr необходимо включать в новые сорта пшеницы, т.к. они способны сдержать развитие болезни на начальных этапах онтогенеза растения-хозяина. Исходя из средних показателей за три года исследований, наиболее вирулентной популяция P. striiformis была в 2010 году (показатель составил 11,6 %), наименее - в 2009 году (9,5 %). Изменение структуры популяции происходит на фоне появления новых рас в соседнем регионе, изменения климатических условий, но в большей степени от структуры возделываемых сортов.
Постоянные изменения в сортовой структуре посевов пшеницы находят свое отражение в расовом и генетическом составе популяции возбудителя желтой ржавчины пшеницы. В агроэкосистемах на растение-хозяина значительно усиливается давление движущего отбора при использовании генетически однородных сортов и гибридов. В качестве ответной реакции происходит массовое размножение и закрепление новых фенотипов вредного организма. Поэтому необходим постоянный контроль направленного отбора сортами физиологических рас и генов вирулентности с целью планирования структуры сортовых посевов.
В 2011 году в условиях теплицы нами была изучена реакция всходов 44 сортов пшеницы (включенных в Государственный реестр РФ и проходящих Государственное испытание) на 36 различающихся по вирулентности фенотипов гриба P. striiformis. В 2012 году 23 сортов - на 37 различающихся по вирулентности фенотипов гриба. Фенотипы содержат разное число генов вирулентности, возможность закрепления которых на генофонде хозяина достаточно велика.
Как следует из полученных в 2011 году данных (таблица 15), сорта, в зависимости от генотипа, проявляли восприимчивость к различному числу фенотипов: от нуля (на сорте Золотко) до 32 (на сорте Паллада). Такие сорта, как Булгун, Зимница, Грация, Ростислав, Ермак, Изюминка, Сила, Зимтра и др. (36 сортов или 81,8 % из числа изученных) поражались 19-30 фенотипами патогена из 36 изученных. В меньшей степени (2-17 фенотипами патогена) поражались сорта: Краснодарская 99, Агат донской, Уния, Коллега, Ласка, Кремона, Красота.
Золотко 0 сорт не поразился ни одним фенотипом Большое количество фенотипов патогена обладает широкой специализацией к возделываемым сортам (таблица 16). Максимальное количество сортов поражали фенотипы с регистрационными номерами 1/20 (рр: 6, 2+6+НК, 2+6+25, 7+22+23, 8, 9, 18, 21, 27) и 1/35 (рр: 6, 9, 18, 21, Ехр1+Ехр2), расы 6Е4 и 0Е0 соответственно, проявив вирулентность к 39 из 44 исследуемых сортов (88,6 %). Высокую вирулентность проявили 26 фенотипов (регистрационные номера: 1/3, 1/6, 1/14, 1/17, 1/22, 1/31, 1/32, 1/41, 1/44, 1/45, 1/46 и др.), поразив свыше 50 % сортов каждый и относящиеся к расам 4Е4, 5Е0, 7Е20, 4Е6, 2Е0, 7Е4, 6Е4, 0Е0, 5Е132, 1Е0, 16Е0 и др. соответственно. Наименьшую вирулентность показали 4 фенотипа с регистрационными номерами 3/11 (рр: 1, 6, 2+6+НК, 7, 9, 15, 17, 18, 27, A, 3a+S+Ste+Ste2), 3/20 (рр: 1, 3a+4a+ND, 4b, 6, 2+6+НК, 17, 18, 27, А, Pal+Pa2+Pa3, 3a+S+Ste+Ste2), 3/65 (рр: 1, 4Ь, 6, 2+6+НК, 8, 9, 17, 18, А), 3/72 (рр: 4Ь, 6, 2+6+НК, 9, 17, 18, 27, А, Ра1+Ра2+РаЗ). Фенотип с регистрационным номером 3/11 (раса 5Е0) поразил один сорт - Коллега. Фенотип с регистрационным номером 3/20 (раса 5Е8) поразил сорта Паллада и Сила. Фенотипы с регистрационными номерами 3/65 и 3/72 (расы 5Е0 и 4Е0) поразили по три сорта (Паллада, Память, Регата и Донской маяк, Коллега, Кремона соответственно).
Изучаемые сорта проявляли высокую способность отбирать и многие гены вирулентности (таблица 17). Все 27 генов вирулентности отобрали 17 (или 38,7 % из 44 изученных) сортов озимой пшеницы (Булгун, Грация, Ермак, Зерноградка 10, Зимница, Изюминка, Иришка и др.). Сорт Золотко не отобрал ни одного гена, из привлеченных в исследование. В зависимости от генотипа сорта отбору в большей степени подвержены гены вирулентности рр: 1, 4Ь, 6, 2+6+НК, 2+6+25, 7, 7+22+23, 8, 9, 15, 17, 18, 21, 27, 32, А, Ехр1+Ехр2, Ра1+Ра2+РаЗ, 3a+S+Ste+Ste2; в меньшей - p2+HVII, р8+19, plO, plO+Mor, р25+7, pPrl+Pr2, pSD, pSU.
Эффективность применения индукторов болезнеустойчивости против патогена на сортах озимой пшеницы, различающихся по устойчивости
В подразделе 1.5 было подробно освящено эффективное применение двух-, трех- и четырехкомпонентных смесей как против желтой ржавчины, так и против других болезней. Однако эффективная сортосмесь одного региона может быть полностью неэффективной в другом регионе. Это может быть связано, как с районированием сортов, включенных в смесь, так и с отличающимся по вирулентности фенотипным составом патогена. В связи с этим эффективная смесь должна включать районированные сорта для данного региона. Сорта должны быть выровнены по биометрическим параметрам и срокам созревания, а также полярно различны по типу устойчивости, т.е. иметь отличающуюся генетическую основу. Нами для данного эксперимента, заложенного на искусственном инфекционном фоне, были отобраны два широко используемых в производстве на Северном Кавказе сорта озимой пшеницы (Батько и Восторг), схожих по биометрическим показателям и срокам созревания. Сорт Восторг - полукарлик, высотой 73-88 см, среднеранний, созревает на 4-5 сут позже стандарта (сорт Скифянка), высокоустойчив к желтой ржавчине. Сорт Батько короткостебельный, 87-98 см, скороспелый, созревает на 1 сут позже стандарта, средневосприимчив к желтой ржавчине (Беспалова и др., 2004). Их высевали в соотношении 1R: 1S и 4R:1S, а также чистые сорта. Контролем служил сорт Батько. По полученным за 3 года данным следует, что при соотношении 1R:1S степень поражения растений в 2,6 раза ниже пораженности восприимчивого сорта (S) (таблица 29, рисунок 21). При этом прибавка урожая составила 12,2 %, а биологическая эффективность 61,0 %. В соотношении 4R:1S степень поражения снизилась до 8,2 %, что в 4,5 раза ниже контроля, прибавка урожая достигла 21,7 %, а биологическая эффективность 78,0 %.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение сортосмешанных посевов пшеницы является эффективным способом для снижения инфекционного потенциала возбудителя желтой ржавчины пшеницы. Соотношение 4 : 1 сорта Восторг с возрастной устойчивостью и сорта Батько -неспецифическая устойчивость позволило снизить степень поражения пшеницы патогеном в 4,5 раза, а прибавка урожая достигла 21,7 %.
Полученные результаты согласуются с данными ряда зарубежных исследователей, раскрывших механизм действия сортосмесей, заключающийся в снижении пространственной плотности восприимчивых растений, барьерном эффекте невосприимчивых растений, индукции устойчивости (Шпаар и др., 1993; Шпаар, 1994). Для производственной практики с целью снижения инфекционного потенциала возбудителя желтой ржавчины пшеницы рекомендуется применение смеси сортов Восторг и Батько в соотношении 4:1.
Для подбора эффективных биорациональных средств защиты пшеницы от возбудителя желтой ржавчины пшеницы были испытаны три индуктора болезнеустойчивости. За период 2009-2012 года испытаны индукторы болезнеустойчивости хитозанового ряда: Фитохит, П с нормой расхода 100 г/га, Фитохит-Т, П - 100 г/га, Хитоплан, П - 2 л/га, предоставленные сотрудниками ВИЗР (г. Пушкин). Биологическим эталоном служил регулятор роста растений и фунгицид Альбит, ТПС с нормой расхода 30 мл/га, обладающий индуцирующим действием. В опыт был подключен химический фунгицид Альто супер, КЭ с нормой расхода 0,5 л/га (Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов..., 2013). Эффективность препаратов изучали на двух сортах озимой пшеницы с различными типами устойчивости к возбудителю желтой ржавчины. Сорт Восторг обладает возрастной устойчивостью, Батько -неспецифической устойчивостью к патогену.
При обработке растений озимой пшеницы сорта Восторг в фазу весеннего кущения индукторами устойчивости (таблица 30) установлено, что Фитохит-Т и Хитоплан способствовали максимальному снижению (1,7 и 1,8 % соответственно) конечной степени поражения пшеницы желтой ржавчиной по сравнению с контролем (без обработки). Обработки индуктором устойчивости Фитохит и биологическим эталоном Альбит способствовали меньшему снижению поражения по сравнению с контролем (без обработки), которое составило 2,2 и 2,0 % соответственно. Увеличение массы 1000 зерен также было больше в вариантах с применением Фитохит-Т (3,4 %) и Хитоплан (3,2 %).
На сорте Батько максимальное снижение конечной степени поражения пшеницы болезнью по сравнению с контролем было отмечено при обработке растений индуктором Фитохит-Т (12,9 %). Обработка растений этого сорта остальными препаратами также способствовала существенному снижению конечной степени поражения желтой ржавчиной по сравнению с контролем без обработки. Биологический эталон Альбит способствовал снижению конечной степени поражения желтой ржавчиной до 14,2 %. Большему увеличению массы 1000 зерен озимой пшеницы сорта Батько способствовала также обработка растений препаратом Фитохит-Т (6,6 %). Применение индуктора Хитоплан дало увеличение массы 1000 зерен на 6,4 %, а Фитохит - 5,7 %. Биологический стандарт Альбит дал увеличение массы 1000 зерен на 6,0 % по сравнению с необработанным контролем.
