Содержание к диссертации
Введение
1. Дикие виды картофеля: создание мировых коллекций, классификация, значение для селекции (обзор литературы) 11
1.1. Основы систематики диких видов картофеля 11
1.2. Условия местообитания диких видов картофеля, способствующие формированию их генетического разнообразия 16
1.3. Селекционная ценность диких видов в связи с устойчивостью к болезням и вредителям 29
2. Условия, материал и методы исследований 56
2.1. Условия проведения исследований 56
2.2. Материал и методы исследований 58
2.2.1. Методы исследования устойчивости образцов диких видов картофеля к фитофторе (Phytophthora infestans (Mont.) de Вагу) 58
2.2.1.1. Полевая оценка 58
2.2.1.2. Лабораторная оценка 59
2.2.2. Оценка поражения клубней диких видов картофеля серебристой паршой 62
2.2.3. Изучение устойчивости образцов диких видов картофеля к колорадскому жуку (Leptinotarsa decemlineata Say ) 63
2.2.4. Изучение устойчивости образцов диких видов картофеля к картофельной моли (Phthorimaea operculella Zell.) 65
2.3. Оценка селекционно-ценных признаков клубней диких видов картофеля 66
2.3.1. Определение массы клубней...66
2.3.2. Оценка прорастания клубней в период хранения 66
2.3.3. Оценка устойчивости к потемнению сырой мякоти клубня 67
3. Устойчивость образцов диких видов картофеля из коллекции ВИР к болезням и вредителям (результаты и обсуждение) 68
3.1. Phytophthora infestans: популяция Ленинградской области, зависимость реакции растений от различных факторов, разработка методов для оценки устойчивости диких видов картофеля 68
3.1.1. Характеристика патотипов из местной популяции 68
3.1.1.1. Реакция образцов диких видов картофеля на изоляты, выделенные из "новой" популяции патогенна 75
3.1.2. Факторы, влияющие на результаты оценки образцов в тестах искуственного заражения 79
3.1.2.1. Влияние условий выращивания растений на показатели устойчивости листьев 81
3.1.2.2. Зависимость устойчивости листьев от месторасположения на разных ярусах растений 86
3.1.2.3. Зависимость показателей устойчивости растений от состава генов вирулентности и уровня агрессивности в используемых изоля-тах 89
3.1.2.4. Зависимость показателей устойчивости образцов от концентрации инокулюма 94
3.1.2.5. Влияние генотипов растений картофеля на патогенные свойства P. infestans 99
3.1.3. Новый метод оценки устойчивости клубней диких видов картофеля... 108
3.2. Изучение устойчивости образцов диких и культурных видов картофеля к фитофторозу 112
3.2.1. Устойчивость образцов диких видов в полевых условиях 112
3.2.2. Устойчивость образцов диких и культурных видов в тестах искусственного заражения 130
3.2.2.1. Устойчивость образцов диких и культурных видов при искусственном заражении сеянцев 131
3.2.2.2. Устойчивость образцов диких видов при искусственном заражении отделенных долей листа 138
3.2.2.3. Устойчивость образцов диких видов при искусственном заражении
клубней 145
3.3. Групповая и комплексная устойчивость диких видов картофеля 156
3.3.1. Устойчивость образцов к фитофторозу и вирусам X (PVX) и У (PVY) 156
3.3.2. Устойчивость образцов к серебристой парше {Helminthosporium solanii) 163
3.3.3. Устойчивость образцов к колорадскому жуку {Leptinotarsa decemlineata Say) 171
3.3.4. Устойчивость образцов к картофельной моли (Phthorimaea operculella Zell.) 176
4. Другие селекционно-ценные признаки диких видов картофеля 181
4.1. Способность к клубнеобразованию в условиях продолжительного светового дня 181
4.2. Масса клубней 213
4.3. Прорастание в период хранения 219
4.4. Устойчивость к потемнению сырой мякоти 225
5. Видовое разнообразие картофеля из коллекции ВИР, сочетающего устойчивость к болезням и вредителям (фитофтороз, вирозы, серебристая парша, колорадский жук, картофельная моль) с другими ценными признаками для решения проблем селекции (заключение) 231
6. Выводы 246
Практические рекомендации 249
Литература 252
- Условия местообитания диких видов картофеля, способствующие формированию их генетического разнообразия
- Изучение устойчивости образцов диких видов картофеля к колорадскому жуку (Leptinotarsa decemlineata Say )
- Реакция образцов диких видов картофеля на изоляты, выделенные из "новой" популяции патогенна
- Способность к клубнеобразованию в условиях продолжительного светового дня
Введение к работе
Во всем мире картофель является очень важной продовольственной культурой. Выращиваемые сорта обычно сильно поражаются грибными, вирусными и бактериальными болезнями, атакуются многими опасными вредителями. Главными болезнями картофеля остаются те же, что и много лет тому назад -фитофтороз (возбудитель Phytophthora infestans (Mont.) de Вагу), вирусные болезни; среди вредителей доминирует колорадский жук {Leptinotarsa decem-lineata Say). В южных районах появилась опасность распространения картофельной моли {Phthorimaea operculella Zell.), являющейся для нашей страны карантинным объектом.
Во многих странах ведутся интенсивные исследования диких видов картофеля, которые служат богатым источником эффективных генов устойчивости к вредным организмам. Для выявления источников ценных признаков среди широкого разнообразия видов и еще большего множества их образцов, необходима работа по формированию, поддержанию, хранению и изучению коллекционного материала.
Большие различия видов рода Solarium L. в морфологии, биохимическом составе растений, уровне плоидности и других признаков обусловлены исключительным разнообразием эколого-географических условий их произрастания в природе. Для решения множества проблем селекции необходимо проводить изучение возможно более широкого разнообразия видов и образцов картофеля.
Широкое разнообразие диких видов, сосредоточенных в коллекции ГНЦ РФ Всероссийском НИИ растениеводства им. Н.И.Вавилова (ВИР), представляет собой еще не до конца изученный резервный фонд генов, контролирующих ценные для селекции картофеля признаки.
Приоритетным направлением в селекции картофеля является выведение сортов, устойчивых к наиболее вредоносной болезни культуры — фитофторозу. Фитофтороз наносит большой ущерб урожаю картофеля и является первосте-
пенной проблемой во всех картофелепроизводящих странах мира. Появление более агрессивных рас патогена, относящихся, в том числе, к типу совместимости А2, и снижение эффективности применяемых фунгицидов, усиливает проблему создания сортов картофеля с высокой устойчивостью к фитофторозу. Наиболее важное место в современных селекционных программах занимает материал, обладающий высоким уровнем устойчивости по отношению к широкому спектру рас патогенна. Для выделения такого материала необходимо проведение скрининга на самых ранних этапах селекции с применением изолятов Р. infestans, характеризующимся широким набором генов вирулентности. Для '/ большей достоверности полученнных данных необходимо использовать унифицированные методы изучения растительного материала. Перед исследователями встает необходимость дальнейшего усовершенствования техники изучения сортов и образцов разных видов картофеля. Важным элементом здесь является выявление факторов, влияющих на результаты тестов.
В последнее время в Северо-западном районе РФ появилась новая угроза урожаю картофеля - зимующий в этой зоне колорадский жук. Постепенно продвигается на север и картофельная моль - вредитель, уничтожающий клубни во время их хранения. В связи с распространением новых видов продуктов - чипсов, картофеля «фри», хлопьев для приготовления пюре, а также упакованного вымытого картофеля, актуальными проблемами становятся устойчивость к потемнению мякоти клубней и их товарный вид, сильно страдающий от поражения серебристой паршой. Помимо этого, при использовании в скрещиваниях тех или иных образцов диких видов важно учитывать прорастание клубней во время хранения, зависящее от длительности периода покоя. В районах с поздними сроками посадки прорастание клубней сильно снижает качество как столового, так и семенного картофеля.
Комплексное решение широкого ряда проблем (устойчивость к фитофторозу, вирусам, серебристой парше, колорадскому жуку, картофельной моли и др.) зависит от степени изученности всего разнообразия видов картофеля. Из-за узости генетического пула современных сортов картофеля, существует высокая
7 степень риска преодоления существующей устойчивости широкого ряда вредными организмами, многие из которых обладают высокой адаптивной способностью. Обширный материал, включающий образцы с высокой устойчивостью к фитофторозу в сочетании с другими ценными признаками, способен расширить генофонд культурных сортов и внести целый ряд желаемых признаков.
Проведенные исследования были направлены на решение этих актуальных проблем.
Выражаю искреннюю благодарность доктору биол. наук Л.И. Костиной за помощь в работе с коллекцией диких видов картофеля; кандидату биол. наук Л.Л. Малышеву за помощь в статистической обработке экспериментальных данных; руководителю научного центра IHAR-Mlochow (Польша) Э. Зимнох-Гузовской за предоставление технического оборудования для проведения исследований, а также всем сотрудникам отдела генетических ресурсов картофеля ВИР.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ -
Изучить видовое разнообразие коллекции картофеля ВИР по устойчивости к основным болезням и вредителям, выделить образцы с комплексом ценных признаков для эффективного использования в селекции.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:
Изучить степень поражения коллекционных образцов диких видов картофеля в полевых условиях и выделить образцы с высоким уровнем устойчивости. Сравнить устойчивость образцов диких видов картофеля к штаммам Р. infestans, выделенным из популяций 1982-1985 гг. и 1997-2001 гг.
Изучить влияние генотипов картофеля на патогенные свойства P. infestans.
Разработать метод лабораторной оценки устойчивости к фитофторозу клубней диких видов картофеля. Выявить факторы, влияющие на результаты лабораторных тестов при изучении устойчивости к фитофторозу.
Дифференцировать дикие виды картофеля по устойчивости к фитофторозу листьев и клубней, серебристой парше, вирусам X и Y, колорадскому жуку, картофельной моли и выявить образцы, сочетающие устойчивость к комплексу вредных организмов.
Определить длительность периода непрерывного клубнеобразования у диких видов картофеля в условиях северо-запада РФ и изучить важные для селекции признаки клубней.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ
В результате многолетней оценки коллекции картофеля ВИР выявлены образцы с высоким уровнем полевой устойчивости, проявляющейся по отношению к широкому спектру генов вирулентности, обнаруженных в местной популяции фитофторы. В лабораторном изучении с использованием высокоагрессивных изолятов P. infestans выявлены новые источники устойчивости к патогену листьев и клубней. Впервые проведено сравнение устойчивости образцов диких видов картофеля к штаммам из "новых" (1997-1999 гг.) и "старых" (1982-1985 гг.) популяций P. infestans и изучено влияние генотипов разных видов картофеля на патогенные свойства P. infestans. Установлено, что устойчивые генотипы картофеля снижают, а неустойчивые повышают агрессивность изолятов фитофторы. Разработан новый эффективный метод оценки устойчивости клубней диких видов картофеля к фитофторозу. С использованием методов полевой и лабораторной оценки выявлены новые источники комплексной устойчивости к фитофторозу, вирусам, колорадскому жуку и серебристой парше у видов & acaule Bitt., S. cardiophyllum Lindl., S. chacoense Bitt., S. demissum Lindl., S. guer-reroense Corr., S. neoantipoviczii Buk., S. stoloniferum Schlechtd., S. polytrichon Rydb., S. pinnatisectum Dun. Впервые установлена тесная корреляция между устойчивостью к фитофторозу и вирусу X у S. acaule. Впервые исследована способность к длительному непрерывному клубнеобразованию у образцов 90 диких видов картофеля в условиях Северо-Запада РФ, что позволило выявить виды, способные длительное время репродуцировать клубнями в условиях продолжительного светового дня.
9 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ
Результаты исследований имеют значение для разработки стратегии селекции картофеля с использованием образцов из коллекции ВИР, обладающих устойчивостью к ряду вредных организмов и другими ценными для селекции признаками. Выявлены образцы картофеля с высокой устойчивостью к наиболее вредоносной болезни - фитофторозу, которые рекомендуются для селекционного использования. Исследован расовый состав популяции фитофторы Ленинградской области. В популяции фитофторы обнаружен широкий расовый состав и выявлено наличие двух типов совместимости -А1 и А2, что позволяет достаточно полно характеризовать устойчивость картофеля к патогену и выявлять образцы, обладающие горизонтальным типом устойчивости, эффективно защищающим растения от всех идентифицированных генов вирулентности. Показан высокий уровень устойчивости выделенных ранее (1982—1985 гг.) образцов диких видов картофеля, к изолятам из популяций P. infestans в 1997-1999 гг. Выявлены образцы с групповой и комплексной устойчивостью к вредным организмам, которые предлагаются в качестве исходного материала для селекции. При использовании в скрещиваниях образцов S. acaule с высоким уровнем устойчивости к фитофторозу в гибридном материале следует ожидать повышения устойчивости также и к вирусу X. Предлагается новый метод оценки устойчивости клубней диких видов картофеля к фитофторозу, значительно повышающий эффективность массового скрининга коллекционных образцов.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
Оптимизирована система тестов, позволяющая достоверно изучить различные аспекты взаимодействия паразит-хозяин с учетом факторов, влияющих на результаты экспериментов.
Виды рода Solarium секции Petota Dumort. обладают высоким иммунологическим потенциалом. Использование в селекции всего видового разнообразия способно решить проблему селекции картофеля, сочетающего устойчивость к фитофторозу и ряду вредных организмов с другими ценными признаками.
10 Многие дикие виды картофеля характеризуются высокой репродуктивной способностью в Северо-Западном регионе РФ и обладают ценными технологическими качествами.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ Результаты исследований доложены на международных совещаниях по иммунитету растений к болезням и вредителям (г. Рига, 1986; С.Петербург, 1995; Минск-Прилуки, 1996, С. Петербург- Пушкин, 2002); "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования" (Пущино, 1995); съезде Русского ботанического общества (С.-Петербург, 1998); международной конференции, посвященной 100-летию акад. Цицина (Москва, 1998); II съезде ВОГИС (С.Петербург, 2000); международной конференциях: "Генетические ресурсы культурных растений" (С.Петербург, 2001), III съезде ВОГИС (Москва, 2004); международных конференциях:"Ро!а1о Improvement" (Poland, Mlochow, 1998), "Potato Production and Potato Breeding for Resistance to Pathogens" Poland, Mlochow 1998); "The management of potato germplasm and potato seed production system" (Poland, Mlochow, 1999); "Global Conference on Potato" (India, New Delhi, 1999); "Solanaceae" (Nijmegen, The Netherlands, 2000); EUCARPIA "Breeding Research for Resistance to Pathogens and for Quality Traits " (Poland, Warsaw, 2000), EUCARPIA "Broad Variation and Precise Characterization - Limitation for the Future" (Poland, Poznan, 2001); "Collaborative Research on Potato Late Blight: Building Strategies and Sinergies" (Poland, Warsaw, 2001); GILB "Late Blight:Managing the Global Treat" (Germany, Hamburg, 2002); EAPR: "Potato today and tomorrow"(Germany, Hamburg, 2002); "Breeding and adaptation of potatoes" (Oulu, Finland, 2003); "Pests, diseases and weeds" (С. Петербург-Пушкин, 2003); "Toward integration of late blight control in European potato production, breeding achievements and pathogen knowledge" (Poland, Warsaw, 2004 г.).
По материалам исследований опубликовано 57 научных работ в России и за рубежом.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Текст изложен на 298 страницах, включая 35 таблиц и 21 рисунок. Список цитируемой литературы содержит 457 наименований, в том числе 345 на иностранных языках.
Условия местообитания диких видов картофеля, способствующие формированию их генетического разнообразия
В 1998 году D. Spooner, A. Salas, Z. Huaman и J. Hijmans обследовали шесть департаментов Перу. На территории, прилегающей к Андам, были собраны образцы видов: S. brevidens (23 образца), S. х rechei Hawk, et Hjert.(5), S. venturii Hawk, et Hjert.(l) и S. vernei Bitt. et Wittm. (2) (Spooner et al. 1999). В следующем- 1999 г, были обследованы районы центрального Перу, где были собраны образцы 22 перуанских видов картофеля (Salas et al., 2001).
Наиболее крупные таксономические работы по картофелю, проведенные в 20-м столетии, принадлежат СМ. Букасову (1971), D. Correll (1962) и J. Hawkes (1990). Большой вклад в систематику видов картофеля внесли также работы Carlos Ochoa, который является автором нескольких крупных монографий, содержащих сведения о распространении, морфологии и скрещиваемости южноамериканских видов. С. Ochoa является автором 76 вновь описанных видов (Ochoa, 1959; 1975; 1989а, 19896, 1989в, 1990а, 19906; 1992; 1994а,б; 1998).
В 1962 году D. Correll опубликовал крупную монографию "The potato and its wild relatives". В ней приведено описание 147 диких видов картофеля, в числе которых 30 новых, описанных автором видов и 5 новых серий. Множество научных работ (более 100), посвященных систематике картофеля, принадлежит академику СМ. Букасову, некогда возглавлявшему отдел клубнеплодов ВИР. Наиболее полно результаты его исследований отражены в публикациях 1971 г (Букасов, 1971а, 19716).
Родоначальником европейских сортов S. tuberosum L. J. Hawkes считает S. sparsipilum Juz. et Buk., который в Боливии и Перу встречается как сорняк на полях возделываемого картофеля (Hawkes, 1969). Как полагает J. Hawkes, сорный S. sparsipilum в далекие времена мог стать возделываемым, а позднее от него могли произойти примитивные виды картофеля. Происхождение культурного S. tuberosum СМ. Букасов связывает с чилийским картофелем S. chilota-пит Buk. (Букасов, 1978). Всего в системе видов, разработанных этими исследователями, присутствуют 42 серии. Не все перечисленные серии признаны каждым из авторов, кроме того, серии различаются по числу видов, включенных в них. Наименьшие расхождения по числу включенных видов относятся к признанным всеми тремя авторами сериям Longipedicellata Buk., Circaeifolia Hawk, и Demissa Buk., а наибольшие расхождения по числу включенных видов существуют в сериях Conicibaccata Bitt, Tuberosa Rydb., Megistacroloba Card, et Hawk, и Pinnatisecta Rydb. Многие серии в системе J. Hawkes, опубликованной значительно позднее (1990), чем системы СМ. Букасова и D. Correll, включают значительно большее число видов, описанных за последний период времени. Так, серия Conicibaccata пополнена J. Hawkes 16-ю видами, описанными С. Ochoa и отсутствующими в работах С.М.Букасова и D. Correll.
К серии Megistacroloba всеми тремя авторами отнесены четыре вида: S. megistacrolobum Bitt., S. raphanifolium Card, et Hawk., S. sogarandinum Ochoa и S. sanctae-rosae Hawk.. У СМ. Букасова перечень видов этой серии состоит из семи, в то время как у J. Hawkes и D. Correll в ее составе находится по 11, частично различающихся по составу видов. У D. Correll в серии Megistacroloba отсутствуют виды S. astleyi Hawk, et Hjert., S. boliviense Dun. и S. huanucense Ochoa. D. Correll относит S. boliviense к серии Transaequatorialia Buk., в состав которой он включает 44 вида. В системе Хокса наибольшее количество видов относено к серии Tuberosa, а серия Transaequatorialia вообще не обозначена.
Много разногласий существует между авторами трех систем по составу небольшой по числу видов серии Yungasensa Corr. Самое большое число (9 видов) относит к этой серии J. Hawkes, в их числе S. chacoense. Сюда также входят 4 вида, отнесенные к этой серии D. Correll: S. arnezii Card., S. yungasense Hawkes, S. x trigalense Card, и S. muellerii Bitt. (y J. Hawkes - S. chacoense subsp. muellerii (Bitt.) Hawkes et Hjerting). СМ. Букасовым в эту серию включено только два вида - S. yungasense и5.х trigalense, a S. chacoense он относит к серии Glabrescenia Buk. D. Correll же относит S. chacoense к серии Commersoniana Buk. В серию Commersoniana J. Hawkes включает 2 вида — S. calvescens Bitt. и S. commersonii Dun., представленного двумя подвидами: subsp. commersonii и subsp. malmeanum (Bitt.) Hawk, et Hjert.. Как уже было сказано выше, J. Hawkes относит вид S. chacoense к серии Yungasensa вместе с S. tarijense Hawk., но не включает сюда S. berthaultii Hawk., который отнесен им к серии Tuberosa. У СМ. Букасова S. berthaultii выделен в подсерию Berthaultiana Buk., включающую еще один вид -S. zudanense Card., на основании наличия только у этих двух видов одноклеточных железистых волосков.
Некоторые разногласия существуют также по составу видов, входящих в серию Pinnatisecta J. Hawkes не включает сюда вид S. nicaraguense Rydb., включенный D. Correll. D. Correll, в свою очередь, включает в серию Pinnatisecta виды: S. cardiophyllum, S. hintonii, S. tarnii Hawk, et Hjert. и S. trifidum Cor. У CM. Букасова в эту серию вошли виды: S.jamesii Torr., S. pinnatisectum и S. stenophyl-lidium Bitt., a S. cardiophyllum помещен СМ. Букасовым в одноименную серию Cardiophylla Buk. D. Correll признает эту серию и относит к ней два вида - S. cardiophyllum и S. ehrenbergii (Bitt.) Rydb. Последний, по мнению J. Hawkes, является подвидом S. cardiophyllum.
В нашей работе мы руководствовались системой видов СМ. Букасова (Букасов, Камераз 1959; Букасов 1971), а также J. Hawkes (1990) , т. к. последняя включает вновь описанные виды, не вошедшие в систему СМ. Букасова.
Изучение устойчивости образцов диких видов картофеля к колорадскому жуку (Leptinotarsa decemlineata Say )
В 1998 году D. Spooner, A. Salas, Z. Huaman и J. Hijmans обследовали шесть департаментов Перу. На территории, прилегающей к Андам, были собраны образцы видов: S. brevidens (23 образца), S. х rechei Hawk, et Hjert.(5), S. venturii Hawk, et Hjert.(l) и S. vernei Bitt. et Wittm. (2) (Spooner et al. 1999). В следующем- 1999 г, были обследованы районы центрального Перу, где были собраны образцы 22 перуанских видов картофеля (Salas et al., 2001).
Наиболее крупные таксономические работы по картофелю, проведенные в 20-м столетии, принадлежат СМ. Букасову (1971), D. Correll (1962) и J. Hawkes (1990). Большой вклад в систематику видов картофеля внесли также работы Carlos Ochoa, который является автором нескольких крупных монографий, содержащих сведения о распространении, морфологии и скрещиваемости южноамериканских видов. С. Ochoa является автором 76 вновь описанных видов (Ochoa, 1959; 1975; 1989а, 19896, 1989в, 1990а, 19906; 1992; 1994а,б; 1998).
В 1962 году D. Correll опубликовал крупную монографию "The potato and its wild relatives". В ней приведено описание 147 диких видов картофеля, в числе которых 30 новых, описанных автором видов и 5 новых серий. Множество научных работ (более 100), посвященных систематике картофеля, принадлежит академику СМ. Букасову, некогда возглавлявшему отдел клубнеплодов ВИР. Наиболее полно результаты его исследований отражены в публикациях 1971 г (Букасов, 1971а, 19716).
Родоначальником европейских сортов S. tuberosum L. J. Hawkes считает S. sparsipilum Juz. et Buk., который в Боливии и Перу встречается как сорняк на полях возделываемого картофеля (Hawkes, 1969). Как полагает J. Hawkes, сорный S. sparsipilum в далекие времена мог стать возделываемым, а позднее от него могли произойти примитивные виды картофеля. Происхождение культурного S. tuberosum СМ. Букасов связывает с чилийским картофелем S. chilota-пит Buk. (Букасов, 1978).
Всего в системе видов, разработанных этими исследователями, присутствуют 42 серии. Не все перечисленные серии признаны каждым из авторов, кроме того, серии различаются по числу видов, включенных в них. Наименьшие расхождения по числу включенных видов относятся к признанным всеми тремя авторами сериям Longipedicellata Buk., Circaeifolia Hawk, и Demissa Buk., а наибольшие расхождения по числу включенных видов существуют в сериях Conicibaccata Bitt, Tuberosa Rydb., Megistacroloba Card, et Hawk, и Pinnatisecta Rydb. Многие серии в системе J. Hawkes, опубликованной значительно позднее (1990), чем системы СМ. Букасова и D. Correll, включают значительно большее число видов, описанных за последний период времени. Так, серия Conicibaccata пополнена J. Hawkes 16-ю видами, описанными С. Ochoa и отсутствующими в работах С.М.Букасова и D. Correll.
К серии Megistacroloba всеми тремя авторами отнесены четыре вида: S. megistacrolobum Bitt., S. raphanifolium Card, et Hawk., S. sogarandinum Ochoa и S. sanctae-rosae Hawk.. У СМ. Букасова перечень видов этой серии состоит из семи, в то время как у J. Hawkes и D. Correll в ее составе находится по 11, частично различающихся по составу видов. У D. Correll в серии Megistacroloba отсутствуют виды S. astleyi Hawk, et Hjert., S. boliviense Dun. и S. huanucense Ochoa. D. Correll относит S. boliviense к серии Transaequatorialia Buk., в состав которой он включает 44 вида. В системе Хокса наибольшее количество видов относено к серии Tuberosa, а серия Transaequatorialia вообще не обозначена.
Много разногласий существует между авторами трех систем по составу небольшой по числу видов серии Yungasensa Corr. Самое большое число (9 видов) относит к этой серии J. Hawkes, в их числе S. chacoense. Сюда также входят 4 вида, отнесенные к этой серии D. Correll: S. arnezii Card., S. yungasense Hawkes, S. x trigalense Card, и S. muellerii Bitt. (y J. Hawkes - S. chacoense subsp. muellerii (Bitt.) Hawkes et Hjerting). СМ. Букасовым в эту серию включено только два вида - S. yungasense и5.х trigalense, a S. chacoense он относит к серии Glabrescenia Buk. D. Correll же относит S. chacoense к серии Commersoniana Buk. В серию Commersoniana J. Hawkes включает 2 вида — S. calvescens Bitt. и S. commersonii Dun., представленного двумя подвидами: subsp. commersonii и subsp. malmeanum (Bitt.) Hawk, et Hjert.. Как уже было сказано выше, J. Hawkes относит вид S. chacoense к серии Yungasensa вместе с S. tarijense Hawk., но не включает сюда S. berthaultii Hawk., который отнесен им к серии Tuberosa. У СМ. Букасова S. berthaultii выделен в подсерию Berthaultiana Buk., включающую еще один вид -S. zudanense Card., на основании наличия только у этих двух видов одноклеточных железистых волосков.
Некоторые разногласия существуют также по составу видов, входящих в серию Pinnatisecta J. Hawkes не включает сюда вид S. nicaraguense Rydb., включенный D. Correll. D. Correll, в свою очередь, включает в серию Pinnatisecta виды: S. cardiophyllum, S. hintonii, S. tarnii Hawk, et Hjert. и S. trifidum Cor. У CM. Букасова в эту серию вошли виды: S.jamesii Torr., S. pinnatisectum и S. stenophyl-lidium Bitt., a S. cardiophyllum помещен СМ. Букасовым в одноименную серию Cardiophylla Buk. D. Correll признает эту серию и относит к ней два вида - S. cardiophyllum и S. ehrenbergii (Bitt.) Rydb. Последний, по мнению J. Hawkes, является подвидом S. cardiophyllum.
В нашей работе мы руководствовались системой видов СМ. Букасова (Букасов, Камераз 1959; Букасов 1971), а также J. Hawkes (1990) , т. к. последняя включает вновь описанные виды, не вошедшие в систему СМ. Букасова.
Реакция образцов диких видов картофеля на изоляты, выделенные из "новой" популяции патогенна
Надежным способом поиска образцов, обладающих устойчивостью к фи-тофторозу, является полевая оценка, проводимая в условиях Северо-Запада РФ, где развитие фитофторы часто носит эпифитотийный характер.
Среди Северо-Западных агрономических регионов РФ Ленинградская область занимает особое, идеальное для исследований фитофтороза картофеля, место. Климатические условия с большим количеством осадков, высокой летней влажностью воздуха, резкими колебаниями ночных и дневных температур, а также большие площади под картофелем создают максимально благоприятные условия для развития фитофтороза. По нашим наблюдениям, эпифитотии фитофтороза в Ленинградской области случаются, приблизительно, один раз в три года. Кроме того, Ленинградская область отличается высокой концентрацией научных учреждений, где проводится селекция картофеля по различным признакам, в том числе и по устойчивости к фитофторозу. Для селекции широко используется материал, сосредоточенный в коллекции картофеля Всероссийского н.и. института растениеводства им. Н. И.Вавилова.
В популяциях фитофторы время от времени происходят резкие структурные перестройки. Такого рода перестройки наблюдали в 1845 - 1847 г., ив 1914- 1917 гг. в Европе, а также с 80 -х годов прошлого столетия и по настоящее время. За последние годы выявлена высокая изменчивость структуры популяций P. infestans с общей тенденцией к усложнению расового состава в странах Европы (Mal-comson, 1969; Shrober, Turkeensteen, 1992). Поиск образцов, обладающих горизонтальной устойчивостью, основанной на пластичной реакции генотипов картофеля по отношению к широкому спектру рас патогена, вызвал необходимость мониторинга патотипов в его популяциях. Данные многолетних исследований показали, что популяции патогена динамичны, из года в год изменяется число комбинаций генов вирулентности и частота их встречаемости. Тип совместимости А2 широко распространен в нашей стране (Воробьева и др., 1991; Горбунова и др., 1989; Еланский и др., 1999; Веденяпина и др., 2002).
Мы изучали изоляты P. infestans, в период 1996 - 2001 гг., выделенные из пораженных листьев и клубней картофеля, выращиваемого в экспериментальном поле Пушкинского филиала ВИР и в других районах Ленинградской области (1998 -1999 гг.). В полевых сезонах 2000 и 2001 гг. наличие генов вирулентности в популяции P. infestans контролировали с помощью растений- дифференциаторов Блека (с генами R1.-R-11.), высаженных рядом с посадками коллекционных образцов.
Единичные изоляты P. infestans, собранные в 1996 г. и 1997 г. в поле, анализировали по составу генов вирулентности и типов совместимости в Научном Центре по изучению картофеля в Млохове (Польша). В изолятах 1996 г. не обнаружили ген вирулентности 2., обычно присутствующий в составе популяции P. infestans. В этих изолятах идентифицированы следующие гены вирулентности: 1.3.4.6.7.10.11. Изоляты 1996 и 1997 гг. относились к одному и тому же типу совместимости - А1, различия между ними выражались только в слабой экспрессии гена вирулентности 2. в изолятах 1997 г. Оба сезона характеризовались депрессивным развитием P. infestans.
Наиболее подробное изучение изолятов P. infestans было проведено совместно с канд. с.х. наук М.В. Патрикеевой (ВИЗР) и канд. биол. наук (Ботанический институт им. Комарова) Е.Г. Веденяпиной в период 1998 и 1999 гг. Результаты исследования показали, что популяция фитофторы в Ленинградской области характеризуется широким набором генов вирулентности. Погодные условия этих лет были контрастными по количеству выпавших осадков и разви 71 тию инфекции фитофтороза. Метеорологические данные этих лет представлены в табл.3.1.1.
Полевой сезон 1998 г. был необычайно благоприятным для развития фитофтороза, симптомы которого наблюдали уже в начале июля. Развитие и распространение инфекции носило характер эпифитотии. Вегетационный сезон 1999 г. был засушливым и развитие инфекции P. infestans носило депрессивный характер. Появление первых симптомов фитофтороза отмечено только в августе.
Сбор изолятов P. infestans проводили в двух районах Ленинградской области - Пушкинском и Гатчинском, где, благодаря расположению многочисленных научных селекционных учреждений (Ленинградский НИИСХ, ВИР, ВИЗР, ОПХ Суйда), а также полей Пушкинского филиала ВИР, где ежегодной высаживается богатое видовое и сортовое разнообразие коллекционных образцов и отмечается наибольшее генетическое разнообразие растений-хозяев P. infestans. Для определения состава генов вирулентности и типов совместимости в популяциях P. infestans в каждом из исследуемых районов области ежегодно собирали по 20 изолятов гриба. Отдельное исследование было проведено также в 1999 г. с использованием 20-ти изолятов P. infestans, выделенных из листьев растений образцов восьми диких видов картофеля: S. matechualae, S. famatinae, S. chacoense, S. tarijense, S. gourlayi, S. vernei, S. hougasii и S. kurtzianum.
Для идентификации генов вирулентности использовали дифференциаторы Black, включающие 12 генотипов картофеля (от г до R11). Поражение листьев учитывали на 5- 6 сутки после инокулирования. Для определения типов совместимости изоляты высевали вместе с тестерными штаммами известного типа спаривания на овсяный агар и инкубировали при комнатной температуре в течение двух недель.
Обнаружение ооспор в зоне контакта мицелиев исследуемого изолята и тестерного штамма позволяло идентифицировать тип спаривания как противоположный тестерному. Как показали результаты, представленные в табл.3.1.2, в 1998 г. в Гатчинском районе большинство рас характеризовалось наличием генов вирулентности 1.2.3.4.6.7.10.11, а в Пушкинском районе - 1.2.3.4.7.10.11. Как единичные, в 1998 г. зарегестрированы расы P. infestans с геном вирулентности 8. В 1999 г. в условиях депрессивного характера развития болезни отмечено существенное изменение расового состава популяции: набор генов вирулентности расширился и расовый состав усложнился, несмотря на неблагоприятные условия для развития болезни. Из 40 изолятов 1999 г. 38 включали ген вирулентности 8 и 8 изолятов ген вирулентности 5, отсутствовавший в выборке 1998 г. Известно, что эти гены (v. 5 и v. 8) довольно редко встречались в Европе в 90-х гг. и только в составе наиболее сложных рас (Andrivon et al.,1994).
Способность к клубнеобразованию в условиях продолжительного светового дня
Известно, что дикие виды картофеля, в основном, используются в селекции благодаря высокой устойчивости к болезням и вредителям. При использовании их в селекции представляется важным учитывать также признаки, способные влиять на продуктивность и технологические свойства клубней у создаваемых сортов. Для элиминирования нежелательных признаков часто прибегают к беккроссам с S. tuberosum, в результате чего в селекционном материале снижается выраженность желаемого признака, т.е. снижается эффективность использования исходных образцов. На современном этапе селекции выдвигается требование к наличию в исходном материале комплекса ценных признаков. В настоящее время уже недостаточно иметь донорский материал, обладающий одним, даже сильно выраженным полезным признаком, и отсутствием в нем целого ряда других важных для культуры свойств, поскольку в процессе "доработки" такого материала часто происходит не только ослабление искомого признака, но даже его потеря.
Признаком, способным влиять на длительность возделывания сорта, является пластичность по отношению к факторам окружающей среды и действию различного рода инфекций, в частности, вирусных, которые имеют свойство накапливаться в растениях картофеля.
При использовании видов, слабо, или совсем не формирующих клубней, либо характеризующихся очень мелким их размером, наряду с признакам устойчивости к болезням и вредителям, одновременно происходит интрогрессия в генотипы культурного картофеля и этих нежелательных свойств.
Многие виды при поддержании образцов в горшечной культуре в условиях северо-запада РФ успевают сформировать репродукцию зрелых клубней уже к концу июля. Мы исследовали процесс формирования клубней у образцов, поддерживаемых клонами 30 июля. Было установлено, что к этому периоду растения многих видов уже имели полностью сформированные клубни. В проведенных нами исследованиях установлено, что к этому сроку растения образцов S. chacoense, S. kurtzianum, S. maglia, S. pamiricum, S. brachistotrichum, S. cardiophyllum, S. polytrichon, S. stenophyllidium, а также значительная часть растений S. spegazzinii, S. tarijense, S. commersonii, S. jamesii и S. pinnatisectum уже имели сформированные клубни.
В то же время, у других видов к этому сроку наблюдали только инициирование процесса формирования клубней, либо его отсутствие (рис. 4.1.1,4.1.1 а, б, и в).
Клубни картофеля должны отвечать стандарту, включающему целый ряд признаков, в том числе - массу и форму клубней, а также отсутствие внешних и внутренних дефектов. Появление проростков у клубней - это внешний дефект, негативно влияющий на качество как столового картофеля, так и предназначенного для переработки. Проросшие клубни хуже хранятся и негативно влияют на качество семенного картофеля. Потемнение сырой мякоти является одним из технологических свойств клубней, отражающих их потребительские качества. Это свойство имеет важное значение для промышленности при переработке клубней на свежие и замороженные полуфабрикаты картофеля. Для торможения потемнения мякоти клубней при приготовлении картофеля "фри" применяют специальные химикаты, что снижает экологическую чистоту продукта. Большинство диких видов характеризуются мелкими клубнями. Однако клубни, собранные в отдельные годы на опытном поле Пушкинского филиала ВИР у растений видов S. cardiophyllum var. ehrenbergii, S. trifidum, S. oplocense, S. bulbocastanum и S. polytrichon характеризовались довольно крупными размерами и правильной формой. Крупные клубни имели также растения S. spegazzinii и S. simplicifolium при выращивании их в поле в условиях центральной Польши. Несмотря на то, что дикие виды картофеля характеризуется, в основном, мелкими размерами
Формирование клубней у диких видов картофеля на 30 июля (Пушкин, 2002) клубней, некоторые из них обладают таким признаком продуктивности, как многоклубневость (S. chacoense, S. jamesii, S. kurtzianum, S. pinnatisectum).
Представляется, что использование источников устойчивости к болезням и вредителям из числа видов, обладающих способностью к длительному клубнеобразованию, формированию клубней в поле в условиях продолжительного светового дня, а также характеризующихся клубнями относительно крупного размера, правильной формы, с не темнеющей мякотью и с известной степенью прорастания в период хранения, будет способствовать созданию сортов картофеля, обладающих комплексом ценных признаков. Максимальное сочетание селекционно-полезных признаков в исходном материале позволит более эффективно использовать исходный материал в селекции картофеля.
