Содержание к диссертации
Введение
Глава I CLASS Обзор литератур CLASS ы 5
1.1. Вредоносность и распространение бурой ржавчины 5
1.2. Методы снижения потерь от болезней 6
1.3. Определение устойчивости и толерантности И
1.4. Механизмы толерантности 14
1.5. Критерии толерантности и их использование в селекции зерновых культур 18
1.6. Толремность 19
1.7. Реакция на пинцировку колоса 21
Глава П Цель и задачи, материал и методика исследований, условия проведения опыта 25
2.1. Цель и задачи 25
2.2. Материал и методика исследований 25
2.3. Условия проведения опыта , 32
Глава Ш Результаты исследований 35
3.1. Реакция на пинцировку, как тест на устойчивость сортов пшеницы к депрессирующим факторам на примере засухоустойчивости 35
3.2. Оценка толерантности сортов пшеницы к бурой ржавчине по реакции на пинцировку 51
3.3. Перспективы использования в селекции оценки толерантности по реакции на пинцировку 78
Выводы 86
Предложения селекционной практике 88
Список литературы 89
Приложение 102
- Определение устойчивости и толерантности
- Материал и методика исследований
- Реакция на пинцировку, как тест на устойчивость сортов пшеницы к депрессирующим факторам на примере засухоустойчивости
- Перспективы использования в селекции оценки толерантности по реакции на пинцировку
Введение к работе
Потери, которые несёт сельское хозяйство в результате поражения болезнями,огромны. По данным ООН в мире ежегодно они составляют около 74 млрд. долларов. Болезни и вредители уносят около 10-15% урожая сельскохозяйственных культур (Рассел, 1982). Кроме прямых потерь от болезней, сильно страдает качество продукции. Некоторые болезни, например твёрдая головня пшеницы, спорынья, фузариоз колоса, при сильном развитии делают продукцию вообще непригодной для потребления. Проблему потерь сельскохозяйственной продукции от болезней можно решать различными способами. Все они имеют свои преимущества и недостатки.
Химический способ борьбы отличается простотой и быстротой достижения цели, но требует материальных затрат на закупку препаратов и разработку новых более совершенных. Существенным недостатком этого метода является то, что химический метод вызывает загрязнение окружающей среды и самой продукции. Более предпочтительным является применение различных биопрепаратов, безвредных для окружающей среды и человека, а также разработка более совершенных технологий применения химических средств защиты.
Поэтому по-прежнему самым выгодным, экологически чистым и безопасным является выведение устойчивых сортов. Однако селекция на устойчивость к болезням имеет свои трудности. Устойчивость, контролируемая одним геном (вертикальная устойчивость), является недолговечной защитой и с появлением новых более вирулентных рас устойчивость теряется. Поэтому работа по выведению таких сортов должна идти постоянно. Более долговременной защитой обладают сорта с горизонтальной устойчивостью, но и они могут терять устойчивость в процессе использования данного сорта, хотя есть примеры многолетнего
сохранения устойчивости отдельных сортов.
Но сам признак устойчивости (если она не носит характер иммунитета) ещё не гарантирует отсутствие потерь в годы сильного и среднего развития болезни. Кроме этого, устойчивость сортов вызывает ускорение расообразовательного процесса для преодоления этой устойчивости, в результате появляются новые более вирулентные расы. Все эти недостатки можно устранить или, по крайней мере, сгладить их отрицательное влияние, высевая так называемые толерантные или выносливые сорта, то есть сорта способные сохранять достаточный уровень урожайности при поражении болезнями, в некоторых случаях даже значительном поражении. Оценка на толерантность связана с определёнными дополнительными затратами времени и средств. Необходимо сравнивать урожайность или её элементы с двух участков, опытного и контрольного, на котором отсутствие болезни поддерживается внесением фунгицидов. Или сравниванием результатов разных лет: эпифитотииного и с отсутствием болезни.
Поэтому было бы интересно найти такой метод, который позволил бы работать, не сравнивая данные полученные с двух участков, а проводить исследования только на зараженном или в год сильного развития болезни.
Представляет интерес изучить возможность использования метода пинцировки колоса пораженных растений для оценки степени толерантности сортов. Предпосылкой этому послужили успешные опыты использования значения реакции на пинцировку колоса (удаление части колосков) для оценки засухоустойчивости сортов. Засуха является сильнодействующим депрессирующим фактором, на который отзывается реакция на пинцировку. Чем она больше, тем менее засухоустойчив сорт (Коновалов, Хупацария, Королёва, 1981). Поражение болезнью также является сильным депрессирующим фактором и мы предположили, что по подобию, реакция на пинцировку на фоне заражения позволяет выявить уровень толерантности сортов.
Определение устойчивости и толерантности
Изложение результатов исследования толерантности следует начать с определения самих терминов: устойчивость, толерантность.
По Г.Э.Расселу (Рассел. 1982) устойчивость это любой наследуемый признак растения-хозяина, ослабляющий влияние паразитизма, то есть устойчивые растения меньше повреждаются паразитами, чем восприимчивые. Это очень широкое понятие устойчивости. Оно подразумевает снижение интенсивности поражения болезнью и не обязательно в результате непосредственного влияния хозяина на развитие и активность паразита. Так все формы ухода от поражения болезнью включены в это определение.
Есть более узкое определение устойчивости, предложенное Р.А. Робинсоном (Robinson, 1969), которое определяет устойчивость, как способность хозяина помешать паразиту в результате их непосредственного контакта.
Все типы устойчивости по своей физиологической сущности являются результатом таких процессов, которые ограничивают рост и развитие патогена в тканях растения хозяина. Применительно к сорту устойчивость это его иммунологическая характеристика, которую определяют по типу реакции растений на внедрение паразита и по степени развития симптомов заражения. Максимальное проявление устойчивости это полная иммунность растения. Очень тесно с понятием устойчивость связаны понятия выносливости или толерантности, то есть меньшие потери урожая при равных степенях развития болезни (Robinson, 1969; Schafer, 1971) В выносливом растении, по мнению Schafer (1971) развитие паразита не обязательно задерживается, а даже наоборот, может протекать более интенсивно.
И.У.Бадденхаген (Стейплаз, Тенниссен, 1984) считает, что это определение малопригодно для применения в селекции на толерантность по двум основным причинам. Во-первых, отбор отдельных растений в имеющих большое значение ранних расщепляющихся потомствах нельзя проводить основываясь на толерантности, поскольку нельзя судить о продуктивности растения, в случае если оно не поражено болезнью. Можно только наблюдать растения с большим или меньшим количеством симптомов заболевания. Во-вторых, продуктивность растения и степень проявления болезни результат взаимодействия во времени. Однако степень проявления болезни оценивается в течении вегетационного периода только один или несколько раз и определение толерантности, как меньшее снижение урожайности при равных степенях развития болезни показало, что подобное определение приводит к смешиванию этого понятия с представлениями о не поддающихся измерению различиях в развитии болезни во времени (Caldwel at all 1958; Simons, 1966; Simons, 1969). Поэтому Бадденхаген предлагает ограничить понятие толерантности, как выражение продуктивности растения при инфицировании системным патогеном. Растение толерантно, если степень его поражения несколько ниже, чем у соседних растений при равном инфецировании системным патогеном.
Некоторые авторы (Гешеле, 1971; Бельков, 1977; Politovski, 1978; Барабаш, Матуз, 1980) считают, что выносливость является одним из показателей неспецифической горизонтальной устойчивости.
Под выносливостью сорта понимают меньшую потерю продуктивности при условии одинаковой динамики нарастания интенсивности поражения по сравнению с сортом, у которого наблюдается большая потеря продуктивности (Гешеле,1971). Сортовую выносливость устанавливают сравнением урожаев растений на инфекционном фоне и без него.
Следует различать два понятия: а) выносливый благодаря полевой устойчивости, для которой характерно медленное нарастание интенсивности поражения, то есть менее вредоносное, чем у сортов, не обладающих полевой устойчивостью, для которых характерно более быстрое увеличение интенсивности поражения и поэтому более вредоносное; б) физиологически толерантный, когда сорт при таком же развитии болезни, как у не толерантного, всё же меньше снижает урожай (Гешеле, 1978).
По мнению А.Е. Чумакова (1966) болезневьшосливость наоборот не следует считать лишь проявлением устойчивости, так как эти свойства различны. Максимальное проявление устойчивости сводится к полной иммунности, а максимальное проявление выносливости возможно при условии предельно высокого поражения и поэтому оценка этих признаков проводится по-разному.
Материал и методика исследований
Цель работы состояла в изучении возможности использования реакции колоса на пинцировку для оценки толерантности яровой пшеницы к бурой ржавчине. При этом исходили из результатов предыдущих исследований, которые показали возможность применения упомянутого теста для оценки засухоустойчивости сортов, принимая во внимание, что реакция на пинцировку отражает уровень снабжения колоса метаболитами.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1 - оценить, какие показатели продуктивности колоса (сама продуктивность, число зёрен, масса 1000 зёрен) наиболее подходят для оценки толерантности и реакции на пинцировку;
2 - получить подтверждение того, что реакция на пинцировку отражает уровень питания колоса;
3 - провести оценку толерантности обычным методом, путём сравнения одних и тех же сортов на инфекционном фоне и защищенных от поражения болезнью инсектицидом;
4 — изучить реакцию на пинцировку колоса тех же сортов на обычном и инфекционном фоне;
5 — изучить корреляционные связи между толерантностью и реакцией на пинцировку колоса;
6 — изучить (в случае обнаружения этих связей) возможности применения пинцировки колоса для определения толерантности яровой пшеницы к бурой ржавчине для практической селекции.
В качестве объекта исследований выступали 4 сорта мягкой яровой пшеницы, два из которых селекции НИИСХЦРНЗ (Приокская, Энита), один селекции НИИСХ Юго-Востока (Саратовская 29), один нашей селекции (Иволга), а также 11 селекционных линий взятых из конкурсного сортоиспытания лаборатории селекции и семеноводства полевых культур МСХА (Биора, 2061h-la, 2154h-la, 2154h-3a, 2424h-la, 2462ДГ-10, 2488h-8, 2538h-la, 2538h-6a, 2538h-11 a, 2544h-10a).
Исследования проводились с 2000 по 2003 годы. 10 образцов изучали в течение 4 лет (2000-2003 г.), 5 образцов изучали в течение 3 лет (2001-2003 г.).
В качестве критерия отбора сортов и линий служил уровень их устойчивости к бурой ржавчине. В исследования были взяты устойчивые, сильно и средне поражаемые образцы.
Первоначальный посевной материал был взят из конкурсного сортоиспытания и коллекции лаборатории селекции и семеноводства полевых культур МСХА.
Опытный материал высевали в инфекционном питомнике. Площад шестирядковой делянки составляла 1,35м , длина рядка 1,5м, ширина междурядий 0,15м. Расстояние между делянками 0,5м. Ширина дорожек 0,4м. Норма посева 80 семян на 1 погонный метр. Посев осуществляли сеялкой СКС-6-10. Во время вегетации отмечали фазы: всходы, выход в трубку, колошение, восковая спелость.
Опыт высевали в трехкратной повторносте в двух вариантах (на двух фонах): обычном и инфекционном. Для предотвращения распространения инфекции на обычный фон его обрабатывали фунгицидом тилт-премиум. Варианты высевались в соседние параллельные полосы, причём так, что заражённые и не заражённые (контрольные) варианты одноимённых сортов располагались в непосредственной близости друг от друга. Этим мы нивелировали влияние различий почвенного плодородия на рост и развитие растений (рисЛ).
Размещение сортов внутри повторений рандомизированное. Норма внесения фунгицида 0,33 кг на га. Норма расхода рабочей жидкости 2,5л на 30м. .Для большего развития и распространения инфекции между зараженными вариантами различных повторений между полосами всевали один рядок сильно поражаемого сорта Приокская (рис.2).
Кроме этого, в этот рядок через каждые два метра вкапывали взрослые, сильно поражённые растения этого же сорта, выращенные в сосудах и зараженные в теплице за месяц до основного полевого заражения. Обработку фунгицидом начинали за день до заражения. Последующие -через каждые 15 дней до молочной спелости. Это позволило нам дифференцировать варианты по уровню поражения бурой ржавчиной. И если на зараженном варианте сильно поражаемые сорта к моменту основного учета (через 30 дней после заражения) имели бал устойчивости I, то есть поражались на 70-100 %, то эти же сильно поражаемые сорта в соседнем ряду на фоне обработок фунгицидом имели бал устойчивости 7, то есть поражались на 3-5% ,причем в нижнем ярусе (рис.3, 4).
Инокулюм бурой ржавчины получали из ВНИИФ. В состав споровой популяции входили наиболее распространённые расы, характерные для Московской области. Заражение проводили после фазы выход в трубку (Гешеле, 1971). Инфекционная нагрузка 10 мг всхожих спор на 1м2 посева. Перед применением, после хранения, споры активировали, прогревая их 10 минут при температуре 50С, и подвергая затем обводнению в эксикаторе в течение 4 часов. Заражение проводили методом опыливания, для чего навеску спор смешивали с наполнителем (мука) в соотношении 1:50. Опыливание растений проводили с помощью медицинской груши с наконечником. Для успешного заражения делянки обильно проливали водой, а сами растения опрыскивали раствором воды и прилипателя. После нанесения спор посевы укрывали плёнкой, которую снимали до 11 часов следующего дня. В неблагоприятные для болезни годы (2001 и 2002) проводили повторное заражение через 10-15 дней после первого.
Реакция на пинцировку, как тест на устойчивость сортов пшеницы к депрессирующим факторам на примере засухоустойчивости
Содержание этого параграфа прямо не относится к теме диссертации, но оно совершенно необходимо и должно быть предпослано параграфам, в которых речь идет об оценке толерантности по реакции сортов на пинцировку. Основная идея работы заключается в том, что потери урожая от бурой ржавчины могут быть оценены без сопоставления урожая или составляющих его элементов в условиях, когда ржавчина отсутствует (в год, когда нет эпифитотии или на участке, защищенном от патогена с помощью фунгицида) и когда она проявляется в сильной степени. Достаточно изучить реакцию на пинцировку на инфекционном фоне или в год эпифитотии (как это делается, описано в 2.2.). Чем сильнее реакция на пинцировку, тем больше потери данного сорта от болезни. Логика здесь такова. Пинцировка обеспечивает оставшимся колоскам избыточное питание, которое, в общем, они не могут реализовать, так как предыдущее развитие уже определило потенциальную продуктивность колоса к моменту цветения. Речь идет о продуктивности колоса, так как к моменту цветения число колосоносных побегов на единицу площади уже определилось и урожай зависит теперь только от продуктивности колоса. Можно говорить и об элементах продуктивности колоса: числе зёрен и массе 1000 зёрен — и тот и другой элемент в результате пинцировки увеличивается. Потенциальная продуктивность колоса к моменту цветения предопределена количеством фертильных цветков и "запланированной" массой 1000 зёрен опять- таки через число цветков, с которой крупность зерна (масса 1000 зёрен) связана обратной корреляцией (Gandhi, et al. 1964; Rasmusson, Cannel, 1970; Коновалов, Власенко, 1981), ресурсами вегетативной массы побега, возможностью реализации этих ресурсов (сила аттракции колоса, мощность проводящих путей) (Коновалов, Рубец, 199 7). Если интактный колос достаточно хорошо снабжается пластическим материалом, то пинцировка не дает эффекта: дополнительное питание не может быть реализовано. Если питание колоса недостаточно, реакция на пинцировку проявляется и тем сильнее, чем хуже снабжение колоса. Подтверждение этому было получено путем расчета коэффициентов корреляции между массой 1000 зёрен и реакцией на пинцировку по этому показателю в наборе из 15 сортов и аналогичных коэффициентов для продуктивности колоса (Коновалов, Хупацария, Королева, 1981а). Оказалось, что чем меньше продуктивность интактного колоса, тем больше реакция на пинцировку. Наши данные полностью это подтверждают (табл. 2)
Особенно тесные связи отмечены для массы 1000 зёрен. Это понятно. Масса 1000 зёрен формируется после цветения, когда производится пинцировка (хотя в известной мере она предопределена в более ранний период, как об этом сказано выше). Число зёрен в колосе определяется в основном до цветения. После цветения оно также может несколько измениться в соответствии с условиями питания во второй период вегетации (оно меняется за счет верхних цветков колосков, которые могут завязать или не завязать зерно в зависимости от условий питания — Коновалов, 1961). Продуктивность колоса обнаруживает несколько менее тесную связь с реакцией на пинцировку, чем масса 1000 зерен. Это объясняется следующим образом, У тех сортов, которые имеют большее число зерен в колосе, как правило, меньше масса 1000 зерен, вследствие конкуренции, существующей между этими двумя элементами продуктивности (Gandhi, et al. 1964; Rasmusson, Cannel, 1970; Коновалов, Власенко, 1981). Ресурсы вегетативной сферы растения ограничены. Если большая их часть будет израсходована на создание большого числа зёрен, крупность их окажется меньше, чем в противоположном варианте. Естественно, прямой функциональной зависимости здесь нет. В наших опытах конкуренция между числом и крупностью зёрен в колосе проявилась очень отчетливо в виде отрицательной связи между ними (табл.3).
Перспективы использования в селекции оценки толерантности по реакции на пинцировку
В этой части главы 3 рассматриваются вопросы возможного применения реакции на пинцировку в практической селекции.
Использование в практических целях поправки к реакции на пинцировку исключено, поскольку для этого приходится иметь изучаемый набор сортов на инфекционном и на обычном фоне. А в этом случае проще определить толерантность прямым путем. Поправка может быть использована в исследовательских работах. В частности в нашей работе путем поправки к реакции на пинцировку показано, что связь реакции на пинцировку может быть очень тесной, если первая будет отражать только депрессию, связанную с заражением. Тем самым общая идея работы получила экспериментальное подтверждение. Для практических целей придётся удовлетвориться более низкими показателями связи, которые помогут провести первый отбор среди коллекционных образцов по толерантности, или разведочное изучение сортов из конкурсного сортоиспытания.
Нужно иметь в виду, что хотя связи реакции на пинцировку и толерантности не очень тесные, но они получены для всего набора сортов и поэтому дают картину в обобщенном виде. Можно было ожидать, что выдающиеся по толерантности сорта (наиболее и наименее толерантные) будут и выдающимися по реакции на пинцировку (самой низкой и самой высокой) Таким выдающимся сортом в наборе из 15 сортов в 2003 году был 2154h-la. Его толерантность - 91%, а реакция на пинцировку - 15%, в то время как наименее толерантный сорт 2538h-11 а имел толерантность 63%, а реакцию на пинцировку — 52% . Чтобы продемонстрировать возможность отбора крайних по толерантности форм по реакции на пинцировку, ранжировали сорта в пределах каждого года по этим показателям (использовали данные для продуктивности колоса) и посмотрели какому рангу толерантности соответствует ранг реакции на пинцировку. Взяты наиболее толерантные сорта (первое и второе место, в 2003 году это место занимали 3 сорта) и наименее толерантные (пятнадцатое место, девятое и десятое - в2000 году). Данные представлены в таблице 35.
Ожидания оправдались. Видно, что лишь в одном случае наиболее толерантный сорт имел и довольно высокий ранг по реакции на пинцировку. Тут же приведены данные об устойчивости в баллах. Видно, что по устойчивости судить о толерантности нельзя. Это продемонстрировано и ранее в 3 2.(табл.27).
В то же время следует обратить внимание, что за 4 года 6 максимально толерантных сортов имели следующие баллы устойчивости: 1, 3, 5, 5, 7, 7. Если взять не по одному а по два максимально толерантных сорта в год, то таких прибавится ещё шесть и их баллы устойчивости следующие: 1, 3, 3, 3, 5, 7, то есть мы видим, что максимальной толерантностью обладают не только устойчивые сорта (балл 7), но и средне и даже сильно поражаемые сорта (балл 1 и 3) и эти сорта вероятно для нас наиболее интересны.
Нужно также иметь в виду, что тестирование может проходить не один год. Возможно, в этом случае корреляции, рассчитанные по средним из лет исследования, более надежно дифференцируют селекционный материал по толерантности. Такие расчеты сделаны и результаты их приведены в табл. 36.
