Проблема защиты мягкой пшеницы, основной зерновой культуры в Омской области, от бурой ржавчины по-прежнему актуальна, так как большинство сортов, выращиваемых в регионе, восприимчиво к данному заболеванию, при его массовом проявлении снижается не только количество получаемой продукции, но и посевные и технологические показатели качества зерна. В годы, благоприятные по гидротермическим условиям для проявления заболевания, наблюдается массовое поражение посевов, что приводит к эпифитотии. Недобор зерна в годы эпифитотии может составить 40 и более процентов с низкими показателями качества зерна [1, 2].
Доминирующим элементом в системе защиты пшеницы от ржавчины, учитывая негативное влияние на окружающую среду фунгицидов, должна быть иммуногенетическая защита, которая предполагает создание и внедрение в производство устойчивых сортов с различными генами резистентности или их сочетанием, эффективными в конкретном регионе.
Из 36 сортов мягкой пшеницы (озимая + яровая), включённых в Государственный реестр РФ и допущенных к выращиванию в Омской области, только 11 либо проявляют устойчивость к бурой ржавчине, либо задерживают развитие заболевания (Омская 37, Омская 38, Омская 41, Дуэт, Элемент 22, Омская 35, Уралосибирская, Сигма, Мелодия, Боевчанка и Столыпинская). Резистентность в первых устойчивых сортов, получивших широкое распространение в регионе: Терция, Тулеевская и Дуэт была генетически однородна и детерминирована геном Lr9, что подтвердили гибридологический и моносомный анализы, а также исследования с помощью ДНК-маркеров [3–5].
К 2007 г. посевные площади под сортами, устойчивость которых обеспечивал ген Lr9 (Терция, 1996 г., Соната, 2002 г., Тулеевская, 2003 г., Дуэт, 2004 г.) в Омской области составляли около 400 тыс. га, что способствовало появлению в популяции патогена генов вирулентных к Lr9 [6].
В настоящее время в регионе получили распространение новые устойчивые сорта: Омская 37 и Омская 38, резистентность их контролируется комплексом генов устойчивости Lr 26 + Lr 19; Мелодия, по результатам нашего анализа с использованием тест-клонов, выявлено наличие гена Lr 26; Сигма с генами устойчивости Lr 26 и Sr 31; Элемент 22 в родословной присутствует сорт Терция, устойчивость которого обеспечивает ген Lr9 [7, 8].
Несмотря на расширение ассортимента устойчивых к бурой ржавчине сортов пшеницы, рекомендованных для выращивания в Омской области, следует отметить небольшое их разнообразие по генам резистентности к возбудителю заболевания. В большинстве сортов это пирамида генов Lr 26 + Lr 19 и ген Lr 26.
Сужение генетического разнообразия в пользу отдельных генов резистентности, как указывают Мартынов С.П. и Добротворская Т.В., может вызвать адекватное изменение в популяции возбудителя и массовое размножение патогена на однородном генетическом материале [9].
Исходя из этого, цель нашего исследования заключается в выявлении новых вирулентных изолятов возбудителя заболевания с последующим их использованием при оценке резистентности исходного и селекционного материала. Основным приёмом при выявлении подобных изолятов является постоянный мониторинг вирулентности природных популяций на тест-наборах сортов растения-хозяина.
Материалы и методы исследования
Проявление бурой ржавчины на посевах пшеницы в Омской области в годы исследования отмечалось во всех агроклиматических зонах выращивания мягкой пшеницы, этому способствовали благоприятные погодные условия в июле – августе, особенно в 2015–2016 гг.
Споровые образцы бурой ржавчины, с целью широкого охвата популяции патогена, собирали на посевах пшеницы опытных полей ФГБНУ «Омский аграрный научный центр» в динамике через 8–10 дней, начиная с момента проявления заболевания на озимой пшенице и до конца вегетации яровой, коллекционных и селекционных форм, а также с сортов, включённых в Государственный реестр РФ и допущенных к возделыванию в Омской области. В период массового проявления заболевания инфицированные листья собирали на госсортоучастках различных агроклиматических зон области и на производственных посевах. Базовые сорта, для сбора инфекционного материала, широко распространённый в области восприимчивый раннеспелый сорт Памяти Азиева, а также среднеспелые сорта Мелодия и Дуэт.
Собранные спорообразцы возбудителя бурой ржавчины пшеницы в осенне-зимний период в условиях светокультуры при температуре 18–22 °С, круглосуточной освещённости 5 тыс. люкс и капельножидкой влаги возобновляли на проростках сорта Памяти Азиева. Монопустульные изоляты патогена выделяли с последующим их размножением на этом же сорте. Тестировали спорообразцы по расовому составу на стандартном наборе сортов – дифференциаторов с генами устойчивости: Malakof (Lr1), Carina (Lr2в), Brevit (Lr2с), Webster (Lr2а), Loros (Lr2с), Mediterranean (Lr3а), Hussar (Lr11) и Democrat (Lr3а), а на наличие генов вирулентности на серии изогенных линий сорта Тетчер с генами устойчивости: Lr 1 – Lr 50, по общепринятой бензимидазольной методике [10]. В качестве стандарта устойчивости использовали линию Од.35-1 с геном устойчивости от Aegilops speltoides, а восприимчивости – сорт Саратовская 29.
Тип реакции растения на внедрение патогена определяли на 8–10 день после заражения по международной шкале в модификации Джонстона и Бровдера, где балл 0, 1, 2 – устойчивость (R), 3, 4 – восприимчивость (S), Х – гетерогенность. Вирулентность популяций сравнивали по коэффициенту сходства, предложенного Л.А. Животовским.
Результаты исследования и их обсуждение
Выделенные монопустульные изоляты изучали по расовому составу и по наличию генов вирулентности патогена. В 2015 г. было протестировано 337 изолятов из 20 спорообразцов патогена, в 2016 г. – 289 изолятов из 22, а в 2017 г.– 232 изолята из 14 спорообразцов.
Мониторинг расового состава спорообразцов бурой ржавчины, собранных на посевах озимой и яровой пшеницы в Омской области в 2015–2017 гг., выявил девять физиологических рас гриба: 6, 12, 57, 77, 107, 144, 149, 167 и 184. Доминирует 77 раса от 94,66 % в 2015 г. до 99,14 % в 2017 г., что говорит о незначительном разнообразии популяции патогена, обусловленном однотипностью устойчивости генотипов выращиваемых сортов растения-хозяина. Ежегодно присутствует в спорообразцах 149 раса, 57, 144 и 184 расы выявлены дважды, остальные зафиксированы в отдельные годы в незначительном количестве (табл. 1).
Таблица 1
Расовый состав бурой ржавчины пшеницы в Омской области, 2015–2017 гг.
|
Год сбора |
Физиологическая раса, % |
Σ рас |
||||||||
|
6 |
12 |
57 |
77 |
107 |
144 |
149 |
167 |
184 |
||
|
2015 |
0,59 |
0,59 |
1,19 |
94,66 |
0 |
1,48 |
1,19 |
0,30 |
0 |
7 |
|
2016 |
0 |
0 |
1,04 |
96,54 |
0,35 |
0,69 |
0,69 |
0 |
0,69 |
6 |
|
2017 |
0 |
0 |
0 |
99,14 |
0 |
0 |
0,43 |
0 |
0,43 |
3 |
Различия по количеству выявленных физиологических рас возбудителя обусловлены продолжительностью вегетационного периода растения-хозяина и благоприятными гидротермическими условиями для проявления заболевания.
Благоприятные погодные условия в июле – августе для заражения, проявления и массового распространения заболевания сложились в 2015 и 2016 гг. В 2015 г. июль характеризовался прохладной погодой. Среднемесячная температура воздуха равнялась 18,3 °С, что на 0,3 °С меньше нормы, осадков выпало 53,3 мм. В августе отмечалась умеренно теплая погода с избытком осадков во второй и третьей декадах, выпало 129,4 % к среднемноголетним значениям. В целом за вегетационный период температура и количество выпавших осадков способствовали росту вегетативной массы растений и затягиванию развития растений. Такие погодные условия способствовали массовому развитию и распространению листовых заболеваний. В результате было выявлено 7 физиологических рас гриба: 6, 12, 57, 77, 144, 149 и 167.
Погодные условия, благоприятные для развития бурой ржавчины, сложились и в 2016 г. в июле среднемесячная температура воздуха составила 19,7 °С (0,1 °С к норме). Осадков выпало 108,9 мм (181,5 % к среднемноголетним значениям), в августе эпифитотийному развитию листостебельных заболеваний способствовали обильные росы, что позволило зафиксировать 6 рас патогена: 57, 77, 107, 144, 149 и 184.
В 2017 г. гидротермические условия в июле-августе для проявления заболевания отличались контрастностью. Среднемесячная температура воздуха в июле составила 18,5 °С (–1,1 °С от нормы), осадков выпало 70,4 мм (117,3 % к среднемноголетним значениям), что было благоприятно как для развития растений, так и листостебельных патогенов. Август не был благоприятным для развития бурой ржавчины, характеризовался как засушливый, температура воздуха 18,2 °С была на 1,8 °С выше нормы, а осадков выпало на 41,4 мм меньше нормы, что способствовало раннему созреванию пшеницы, соответственно, отмиранию листового аппарата и прекращению развития заболевания. Более короткий временной промежуток сбора инфекции отразился и на количестве зафиксированных рас, было выявлено три: 77, 149 и 184.
Несмотря на отличие по числу выявленных рас бурой ржавчины за годы исследования в популяциях преобладает 77 раса. Расчёт коэффициентов сходства по расовому составу патогена по годам подтвердил их высокую сопряжённость, которая между годами составляла от 95,09 до 97,40 %.
Анализ спорообразцов возбудителя бурой ржавчины пшеницы по наличию генов вирулентности в популяциях на наборе изогенных линий сорта Тетчер показал, что независимо от года сбора большинство линий используемого набора с генами устойчивости: Lr 2с, 3bg, 3ka, 11, 15, 16, 17, 20, 21, 25, 27 + 31, 30, 32, 33, 43, 44, 46, 48, 49 и 50 проявило 100 % восприимчивость ко всем монопустульным изолятам. Изогенные линии Tс Lr: 1, 2а, 2b, 3, 10, 14, 18 не поражались отдельными изолятами до 2,4 %, а линии Tс Lr: 23, 24 и 29 до 53,4 %. Линии Tс Lr 26, Tс Lr 36 и Tс Lr 45 характеризовались высокой резистентностью, число биотипов, не поражающих эти линии, варьировало от 65,7 до 82,4 %. Высокую эффективность (поражение от 0,1 до 10 %) проявили линии с генами резистентости Lr 9, Lr 19 и Lr 47, а иммунитет ко всем монопустульным изолятам выявлен у линий с генами устойчивости Lr 41 и Lr Sp. Полученные данные по частоте встречаемости генов вирулентности в спорообразцах также подтвердили и большее однообразие популяции 2017 г., из 16 линий, пять Tс Lr: 1, 2а, 2b, 10 и 14 были поражены на 100 % (табл. 2).
Таблица 2
Поражение изогенных линий биотипами бурой ржавчины, %, 2015–2017 гг.
|
Год |
Линии с генами устойчивости, % поражения* |
|||||||||||||||
|
1 |
2а |
2в |
3 |
9 |
10 |
14 |
18 |
19 |
23 |
24 |
26 |
29 |
36 |
45 |
47 |
|
|
2015 |
97,9 |
97,3 |
97,6 |
100 |
0,6 |
98,5 |
99,4 |
92,0 |
1,2 |
89,0 |
74,2 |
22,9 |
73,0 |
24,6 |
17,6 |
9,7 |
|
2016 |
99,3 |
98,6 |
99,3 |
99,2 |
0 |
100 |
99,7 |
96,2 |
0 |
76,8 |
64,4 |
34,3 |
72,7 |
19,7 |
24,9 |
4,5 |
|
2017 |
100 |
100 |
100 |
96,6 |
1,7 |
100 |
100 |
85,4 |
0 |
56,3 |
46,6 |
33,2 |
67,7 |
28,5 |
20,3 |
8,6 |
Примечание. *Изогенные линии, проявившие иммунитет Lr 41 и Lr Sp и полностью восприимчивые Lr 2с, 3bg, 3ka, 11, 15, 16, 17, 20, 21, 25, 27+31, 30, 32, 33, 43, 44, 46, 48, 49 и 50, в таблице отсутствуют.
На структуру популяции патогена существенное влияние оказывает и генотип выращиваемого сорта.
С целью подтверждения этого влияния было проведено сравнение популяции патогена по генам вирулентности спорообразцов, собранных с сортов – Памяти Азиева, Мелодия и Дуэт. Эти сорта характеризуются наличием или отсутствием генов устойчивости. В сорте Памяти Азиева отсутствуют гены устойчивости к возбудителю бурой ржавчины, в сорте Мелодия имеется ген Lr 26, а в сорте Дуэт – Lr 9. Было установлено, что в спорообразцах с сорта Дуэт все монопустульные изоляты поразили изогенную линию Tс Lr 9, а изоляты с сорта Мелодия линию Tс Lr 26. К спорообразцам с сорта Памяти Азиева линия Tс Lr 9 показала иммунитет, а поражение линии Tс Lr 26 варьировало от 0 до 40 % в зависимости от года и пункта сбора инокулюма.
Сравнение спорообразцов возбудителя бурой ржавчины, собранных в различных агроклиматических зонах области, по генам вирулентности показало, что условия окружающей среды являются одним из важнейших факторов, определяющих как саму возможность проявления болезни, так и интенсивность её развития. Так, в зоне северной лесостепи, характеризующейся меньшей теплообеспеченностью по сравнению южной лесостепной и степи зонами, не выявлены биотипы патогена с авирулентностью к линиям с генами устойчивости Lr: 1, 2а, 2в и 23, но были отмечены различия по генам вирулентности рр: 24, 26 и 29. Спорообразцы Северной лесостепи были более чем на 20 % вирулентные к линии Tс Lr 24 и на 10 % – к линии Tс Lr 29, чем Южной лесостепи и Степи, а к линии Tс Lr 26 большей вирулентностью характеризовалась популяция Южной лесостепи. Линии с генами устойчивости Lr 36, 45 и 47 поражались популяциями Южной лесостепи и Степи в два раза больше, чем Северной лесостепи (табл. 3).
Таблица 3
Влияние агроклиматической зоны области на генофонд возбудителя бурой ржавчины пшеницы, 2015 г.
|
Агроклиматическая зона |
Линии с генами устойчивости, % поражения* |
|||||||||||
|
1 |
2а |
2в |
9 |
19 |
23 |
24 |
26 |
29 |
36 |
45 |
47 |
|
|
Северная лесостепь |
100 |
100 |
100 |
0 |
0 |
100 |
99,7 |
10,3 |
82,8 |
13,8 |
10,3 |
6,9 |
|
Южная лесостепь |
98,9 |
99,5 |
97,4 |
0,9 |
1,1 |
87,0 |
71,6 |
29,8 |
71,6 |
27,4 |
24,5 |
11,1 |
|
Степь |
95,0 |
92,0 |
97,0 |
0 |
0 |
90,0 |
73,0 |
12,0 |
73,0 |
22,0 |
19,0 |
13,0 |
Примечание. *Изогенные линии, проявившие иммунитет Lr 41 и Lr Sp и полностью восприимчивые Lr 2с, 3bg, 3ka, 11, 15, 16, 17, 20, 21, 25, 27+31, 30, 32, 33, 43, 44, 46, 48, 49 и 50, в таблице отсутствуют.
В целом наибольшее разнообразие по вирулентности патогена выявлено в зоне Южной лесостепи с более благоприятным соотношением температуры и осадков и для растения-хозяина и возбудителя заболевания.
Заключение
Таким образом, мониторинг генофонда возбудителя бурой ржавчины пшеницы Омской области показал, что на состав патогена оказывают влияние генотип растения-хозяина, год сбора инокулюма и агроклиматическая зона. Значительных изменений в составе популяции патогена за последние три года не выявлено, что объясняется незначительными площадями под устойчивыми сортами.
Иммунитет ко всем монопустульным изолятам проявляют линии с генами устойчивости Lr 41 и Lr Sp, высокую устойчивость (поражение ≤ 10 %) показывают линии с генами Lr 9, Lr 19 и Lr 47. Среднее поражение линий с генами Lr 26, Lr 36 и Lr 45 варьирует от 10,3 до 34,3 % в зависимости от года и агроклиматической зоны.
Использование сортов и линий с генами Lr 9, Lr 19 и Lr 47 и в комбинации с другими генами резистентности приведёт к генетическому разнообразию устойчивости растения-хозяина, что позволит в дальнейшем избежать эпифитотийного проявления бурой ржавчины.
Полученные данные по составу возбудителя бурой ржавчины пшеницы необходимо учитывать при составлении программ по созданию устойчивых сортов к бурой ржавчине, адаптированных к определённым агроклиматическим зонам их выращивания.
Библиографическая ссылка
Мешкова Л.В., Россеева Л.П., Зверовская Т.С., Сабаева О.Б., Белан И.А. ВИРУЛЕНТНОСТЬ ПРИРОДНОЙ ПОПУЛЯЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЯ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕНИЦЫ В ОМСКОЙ ОБЛАСТИ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 11-2. – С. 279-283;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36939 (дата обращения: 25.04.2024).