Содержание к диссертации
Введение 4
Глава I БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЯ 13 ПАСМО (СЕПТОРИОЗА) ЛЬНА: СПОСОБЫ И УСЛОВИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ, ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКАЯ СГШЦИАЛИЗАЦИЯ И ПАТОГЕНЕЗ
1.1 Способы и условия распространения септориозов 13
Развитие пасмо на льне-долгунце в связи с метеорологи- 16 ческими условиями вегетационного периода
Характер проявления септориозов и патогенез возбудите- 27 ля пасмо льна-долгунца
Выделение возбудителя пасмо льна в чистую культуру, 31 рост гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. на разных питательных средах
Филогенетическая специализация гриба Septoria linicola 44 (Speg.) Gar., возбудителя болезни льна пасмо
Глава II РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ВРЕДОНОСНОСТЬ СЕП- 54
ТОРИОЗОВ И ПАСМО ЛЬНА-ДОЛГУНЦА
Распространенность септориозов 54
Вредоносность септориозов и пасмо на льне-долгунце 58
Глава III ИНФЕК1ДТТОННО-ШОВОКАЦИОННЫЕ ФОНЫ ДЛЯ 74 ОЦЕНКИ ЛЬНА НА УСТОЙЧИВОСТЬ К СЕПТОРИОЗУ
Способы создания инфекционно-провокационных фонов 74 на септориозы
Совершенствование методики создания инфекционно- 79 провокационного фона на пасмо и разработка способа оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо и хозяйственно полезным признакам
Глава IV ГЕНОФОНД ЛЬНА - ИСТОЧНИК ФОРМ УСТОЙЧИ- 97 ВЫХ К СЕПТОРИОЗУ И ДРУГИМ БОЛЕЗНЯМ, ВЗАИМОСВЯЗЬ УСТОЙЧИВОСТИ и эколого-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
4.1. Источники устойчивости к септориозу форм культурных 97
растений и взаимосвязь географического происхождения
и устойчивости
4.2. Перспективы поиска источников устойчивости к септо- 104
риозу у льна
4.3. Характеристика мировых генетических ресурсов льна по 106
устойчивости к болезням и поиск источников устойчивости к пасмо
Глава V ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЬНА К 130 СЕПТОРИОЗУ (ПАСМО), ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТБОРА И СОЗДАНИЕ НОВЫХ УСТОЙЧИВЫХ ФОРМ
Генетический контроль устойчивости сельскохозяйст- 130 венных культур к септориозам
Генетический контроль устойчивости льна к пасмо (сеп- 138 ториозу)
Успехи и проблемы в селекции на устойчивость к септо- 163 риозам
Отбор устойчивых к пасмо форм льна в гибридных рас- 166 щепляющихся популяциях
Создание линий льна, устойчивых к пасмо 169
Характеристика новых линий льна, устойчивых к пасмо 177 по основным элементам продуктивности
ВЫВОДЫ 185
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 187
Список используемой литературы 189
Приложения 210
Введение к работе
Болезни сельскохозяйственных растений продолжают причинять значительный вред сельскому хозяйству. Так в период с 1993 - 2005 гг. Россия теряла из-за болезней от 10,0 до 35,7 % зерна, средние потери за год составили 15,4 млн. тонн или 19,2% (Sanin et al., 2006). Не исключение в этом и сеп-ториозы, распространенность и вредоносность которых нарастает с начала 80-х годов прошлого века (Новожилов, 1997; Назарова, Соколова, 2000; Назарова и др., 2006). По степени распространенности и вредоносности септо-риоз зерновых культур, сои и других культур относится к числу наиболее опасных (Ahmed, et.al., 1984; Санин, 1997; Xiaokun Yang. 2000; Zhang, et.al., 2001; Артемова, 2005; Дымова, Малыш, 1986 и др.). В России септориоз получил распространение во всех регионах зернопроизводства, потери урожая от него составляют 20.. .40 %, ухудшается качество зерна (Жученко, 1997).
Септориоз (пасмо) льна широко распространенное и вредоносное заболевание во всех льноводных зонах. Заражение льна во время цветения приводит к значительным потерям семян, при этом наблюдается отрицательная корреляция с количеством семян, их весом (Ferguson et.al., 1987). Потери на льносоломе, на полях с сильным развитием пасмо, составляют четверть урожая (Цветков, 1978, 1979). Пораженность растений льна-долгунца возрастает по мере созревания, а следовательно возрастает и вредоносность пасмо, снижается крепость луба, номер льноволокна, выход длинного волокна (Баталова, Кумачева, 1983). За счет ухудшения качества льноволокна на один номер снижается прибыль (на 10 %) от его реализации.
Лен-долгунец {Linum usitatissimiim L.) — исконно русская сельскохозяйственная культура. Основная ценность льна заключается в уникальных свойствах волокна. Ткани, изготавливаемые из него, характеризуются большой прочностью, эластичностью, долговечностью, устойчивостью против гниения. Из льняного волокна изготавливают широкий ассортимент бытовых и технических тканей от батиста и кружев до брезента и пожарных рукавов.
Льняное масло широко используется в пищевой, химической, авиационной и медицинской отраслях промышленности.
Объем производства льноволокна в настоящее время не удовлетворяет потребности отечественной легкой промышленности, в среднем за -2005 -2008 годы он составил 50,9 тыс.т, при 152 тыс.т за 1981 - 1985 годы. Это связано с сокращением посевных площадей льна-долгунца (с 550 тыс. га в 1985 г. до 79,9 тыс. га в 2008 г.). Но несмотря на это, Российская Федерация входит в число трех ведущих стран мира вместе с Китаем и Францией, осуществляющих производство льнопродукции в больших масштабах, а удельный вес российского льноволокна в структуре мирового производства составляет около 20 %. В мире производится ежегодно около 300 тыс. тонн льноволокна (Понажев, 2005).
Ведущая роль в возрождении отрасли наряду с экономическими и техническими факторами принадлежит селекции, способной сочетать в одном сорте высокую потенциальную продуктивность и экологическую устойчивость. Потенциальная урожайность волокна новых сортов льна-долгунца 20...25 ц/га и более, семян 8 ... 13 ц/га. В арсенале у селекционеров имеются селекционные линии льна-долгунца с содержанием волокна 40 % и более (Марченков, 2002).
В настоящее время более 85 % посевных площадей льна-долгунца занято устойчивыми к ржавчине сортами (Лошакова и др., 2005), 19 сортов, включенных в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, устойчивы к фузариозному увяданию, тогда как сорта льна-долгунца, устойчивые к пасмо, в Госреестре РФ на 2008 год отсутствуют.
До 1978 года пасмо являлось карантинным заболеванием для льна. Снятию карантина для льна-долгунца способствовало его широкое распространение во всех зонах возделывания культуры, хотя до настоящего время пасмо остается карантинным для льна масличного в России.
Создание сортов, устойчивых к пасмо, является одной из главных задач в селекции льна-долгунца. Решение этой проблемы невозможно без вовлечения в селекционный процесс новых источников устойчивости, для чего необходимо вести их поиск среди мирового разнообразия льна. Для повышения эффективности использования новых источников в селекции необходимо знание эколого-генетических особенностей наследования устойчивости, однако генетический контроль устойчивости льна к пасмо практически не известен. В тоже время, генетика устойчивости льна к ржавчине изучена хорошо (Flor, Comstock, 1972; Singh et al., 1981; Кутузова, 1993), имеется достаточно большой потенциал эффективных в условиях нашей станы генов устойчивости (Кутузова, 1994). Генетический контроль устойчивости к фуза-риозному увяданию льна изучен также достаточно полно, идентифицировано десять генов устойчивости (Knowles, Houston, 1956; Рожмина, 2004). Изучена генетика устойчивости к септориозу пшеницы (Septoria tritici, S.nodorum), известны эффективные гены устойчивости (Bronnimann, 1974; Nelson, Gates, 1982; Wilson, 1985; Camacho-Casa, 1989; Тырышкин, Ершова, 2004; Goodwin, 2007 и др.). Созданы сорта сельскохозяйственных культур устойчивые к сеп-ториозам.
Повышение устойчивости растений к болезням может быть достигнуто на основе интегрированного подхода к данной проблеме в системе «хозяин -паразит - среда».
В этой связи наиболее целесообразно вести селекцию на специализированных инфекционных фонах, создаваемых в различных условиях внешней среды, где проявляется разнообразие нормы реакции изучаемого признака на разных стадиях онтогенеза. В условиях инфекционного фона возможна как дифференциация селекционного материала по степени устойчивости, так и усиление интенсивности отбора по селектируемому признаку.
Цель исследований. Разработка эколого-генетических основ создания устойчивого к септориозу селекционного материала льна-долгунца на основе использования мирового генофонда льна с учетом филогенетической специализации, биологических особенностей возбудителя пасмо, гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. и культуры льна.
Задачи исследований:
выявить закономерности развития септориоза на растениях льна-долгунца в зависимости от метеорологических условий Нечерноземной зоны РФ во время вегетации;
изучить биологические особенности и филогенетическую специализацию гриба Septoria linicola (Speg.) Gar.;
изучить применительно к современным сортам вредоносность болезни пасмо с использованием современных средств инструментальной оценки;
провести поиск и выделить источники устойчивости льна к пасмо;
определить зоны наибольшего распространения комплексно устойчивых к основным болезням форм льна;
установить характер наследования устойчивости к пасмо у сортов различного географического происхождения и разработать эколого-генетические подходы создания устойчивых к пасмо форм льна;
создать доноры устойчивости к пасмо и новые формы льна для использования в селекционных программах.
Научная новизна работы. Впервые определены эколого-генетические аспекты наследования устойчивости льна к септориозу. Создан новый селекционный материал льна и доноры устойчивости к пасмо.
Впервые разработан способ одновременной оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо (Septoria linicola (Speg.) Gar.) и хозяйственно полезным признакам (Патент на изобретение № 2242872 от 2004 г.), использование которого позволяет проводить отбор на эти признаки с первых этапов селекции льна-долгунца.
Впервые для Центрального района Нечерноземной зоны России установлено существенное влияние на развитие пасмо метеорологических условий июля месяца, что позволяет прогнозировать степень его развития в фазу желтой спелости и определять необходимость принятия упредительных мер для защиты льна-долгунца. Разработана математическая модель, позволяющая осуществлять прогноз.
В результате оценки мирового генофонда льна (1565 образцов) выявлены новые источники устойчивости к септориозу (пасмо). Выявлены географические зоны наибольшего количества форм льна устойчивых к основным болезням (ржавчина, фузариоз).
Уточнены условия для выделения гриба Septoria linicola (Speg.) Gar., в чистую культуру, оптимизированы питательные среды для его культивирования. Впервые установлено, что в искусственных условиях возможно заражение, возбудителем пасмо растений, относящихся к другим родам.
Теоретическая и практическая ценность работы. В результате многолетней оценки мирового генофонда льна с использованием инфекционно-провокационного фона выявлены источники устойчивости к пасмо. Анализ информации по устойчивости образцов коллекции льна к основным заболеваниям (ржавчина, фузариоз, антракноз) позволил установить зоны наибольшего проявления устойчивых форм. Выявлены коллекционные образцы с комплексной устойчивостью к двум (ржавчина, фузариоз) и трем болезням (ржавчина, фузариоз, пасмо). Использование этих источников в селекционных программах позволит повысить эффективность селекционной работы по созданию устойчивых к болезням сортов льна. Создана база данных по устойчивости коллекционных образцов к основным заболеваниям (фузариозное увядание, ржавчина, антракноз, пасмо).
В результате детального анализа метеорологических данных за период с 1981 по 2007 год, с учетом развития растений льна-долгунца и степени развития пасмо в фазе желтой спелости, установлено существенное влияние
на проявление пасмо осадков третьей декады мая и всего июля, что позволяет прогнозировать степень развития болезни ко времени созревания культуры и определять необходимость принятия упредительных мер.
Разработан способ оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо (возб. Septoria linicola (Speg.) Gar.) и хозяйственно полезным признакам, позволяющий создавать устойчивые и высокопродуктивные сорта льна-долгунца.
Установлено, что поражение льна-долгунца в средней и сильной степени (балл 3 и 4) приводит к снижению качества льноволокна (прочности, гибкости, метрического номера волокна), его неоднородности по длине.
Изучен характер наследования устойчивости льна к возбудителю болезни пасмо. Установлено, что признак контролируется полигенно. В систему генетического контроля степени развития пасмо существенный вклад вносят гены с аддитивным действием. В развитии пасмо присутствует разнонаправленное доминирование. Создан новый устойчивый к пасмо селекционный материал льна.
Основные положения, выносимые на защиту:
филогенетическая специализация гриба Septoria linicola (Speg.) Gar. -возбудителя пасмо, условия для его выделения и культивирования в условиях in vitro, перспективность селекционной работы на устойчивость к пасмо;
влияние метеорологических условий вегетационного периода на степень развития пасмо; математическая модель для осуществления прогноза его развития к фазе желтой спелости, использование которой позволяет решать необходимость принятия упредительных мер для защиты льна-долгунца от пасмо;
влияние поражения растений льна-долгунца пасмо на неоднородность льноволокна по его длине; использование компаратора цвета для опреде-
ления качества льноволокна при поражении растении льна-долгунца пасмо;
способ оценки гибридного материала льна-долгунца по устойчивости к пасмо и хозяйственно ценным признакам для использования с первых этапов селекции;
база данных по устойчивости образцов коллекции льна к основным грибным заболеваниям (ржавчина, фузариоз, пасмо, антракноз) для использования в селекции. Коллекционные образцы с групповой устойчивостью к двум (ржавчина, фузариоз; ржавчина, антракноз), трем (ржавчина, фузариоз, пасмо) заболеваниям;
особенности генетического контроля устойчивости льна к возбудителю болезни пасмо (Septoria linicola (Speg.) Gar.), перспективность селекции на устойчивость. Новые селекционные линии и доноры устойчивости к этому заболеванию.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на Adaptation in Plant Breeding XTV Еисафіа Congress (Финляндия, 1995), 4th Work shop of the FAO network on flax (Rouen, Франция, 1996), международной научно-практической конференции «Генетические ресурсы культурных растений» (С.Петербург, 2001 г.), научно-практической конференции, посвященной 95-летию селекции льна-долгунца на Северо-западе России (Псков, 2005); международной научно-прак-тической конференции «Состояние и перспективы развития научных исследований по льну-долгунцу» (Торжок, 2005); Всероссийской научной школе молодых селекционеров по льну-долгунцу (Смоленская ГОСХОС, п. Сто-долище, 2006 г., Псковский НИИСХ, Псков, 2007 г.); 2-ой Вавиловской международной конференции «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке» (С.-Петербург, 2007).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 60 печатных работ в России и за рубежом, в т.ч. 2 книги. Получено 3 патента на изо-
бретения. Один из авторов главы «Лен» в учебнике «Частная физиология полевых культур» под редакцией Е.И. Кошкина.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 284 страницах, включая 49 таблиц, 13 рисунков и 20 приложений. Список цитируемой литературы содержит 278 наименований, в том числе 98 на иностранных языках.
Работа является результатом многолетних исследований, проводившихся лично автором в период с 1980 по 2009 год. При формировании базы данных по устойчивости образцов коллекции к болезням (ржавчина, фузари-озное увядание, антракноз) помощь по сбору первичной информации оказали сотрудники ВНИИ льна Н.И. Лошакова, Т.В. Крылова, Л.П. Кудрявцева.
Автор искренне благодарен за советы в процессе выполнения работы и при оформлении диссертации доктору биологических наук, член корреспонденту РАСХН А.А.Жученко.
Соискатель считает своим долгом выразить благодарность за оказан
ную помощь и поддержку своим коллегам: доктору биологических-наук Т.А.
Рожминой, доктору сельскохозяйственных наук О.Ю. Сорокиной, кандида
там сельскохозяйственных наук А.А. Янышиной, Б.Ф. Карпунину, Т.П. Су-
хопаловой; кандидату технических наук Т.А. Кудряшовой, инженеру Л.М.
Николаевой. '
УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проведены с 1980 по 2009 гг. в полевых и вегетационных опытах на окультуренных дерново-подзолистых легко- и среднесуглинистых почвах в Опытно-производственном хозяйстве ВНИИ льна Торжокского района, Тверской области, при соблюдении семипольного севооборота с двумя полями многолетних трав. Лен-долгунец возделывается после яровых зерновых. Обработка почвы - общепринятая для льна-долгунца в мелкоделя-ночных опытах.
Вегетационные опыты проводили в сосудах Митчерлиха или вегетационных сосудах объемом пять литров в соответствии с общепринятыми методическими указаниями. Качество волокнистой продукции полевых опытов оценивали в лаборатории технологического анализа и лаборатории стандартизации ВНИИ льна.
Исследования выполнены в соответствии с методическими указаниями по селекции льна-долгунца (Торжок, 1987), методическими указаниями по фитопатологическим работам со льном-долгунцом (Москва, 1969), методическими указаниями — изучение коллекции льна {Linum usitatissimum L.){Ленинград, 1988), методическими указаниями по проведению технологической оценки льносоломы и опытов по первичной обработке льносырья (Торжок, 1972) и другими методикам. В соответствии с изменением №1 ГОСТа 24383-89 «Треста льняная. Требования при заготовках», ГОСТом 24383 «Треста льняная. Требования при заготовках». Изменение № 1.
Результаты исследований обработаны методами дисперсионного или корреляционного анализа с использованием компьютерной программы «Sta-tistica — 6.0», а также корреляционно-регрессионного анализа с использованием компьютерной программы «Stadia 7.0». Анализ гибридов Fi по устойчивости к пасмо выполнен с использованием метода Хеймана (Hauman, 1954).
