73 МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. С. Г. Бородин, И. А. Котлярова, Г. А

МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ.
Научно-технический бюллетень
Всероссийского научно-исследовательского
института масличных культур
2006, вып. 2 (135)
С. Г. Бородин,
доктор сельскохозяйственных наук
И. А. Котлярова,
кандидат биологических наук
Г. А. Терещенко,
младший научный сотрудник
ГНУ ВНИИ масличных культур
МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ЗАРАЖЕНИЯ ПОДСОЛНЕЧНИКА
ГРИБАМИ РОДА FUSARIUM
УДК 633.854.78:632.9:00.18
Подсолнечник, как и другие культуры, поражается многими грибными, бактериальными и вирусными болезнями, которые являются одной из причин значительного
снижения количества и качества семян. Потери урожая от грибных болезней могут превышать 70% (В. И. Якуткин, 2001). Недостаточно эффективная борьба с возбудителями
болезней, нарушение требований технологий возделывания сельскохозяйственных культур создают реальные предпосылки для возникновения чрезвычайной фитосанитарной
обстановки на посевах.
В последние годы на подсолнечнике отмечается усиление развития фомоза, альтернариоза, бактериозов, сухой гнили и особенно фузариозов. Грибы рода Fusarium на
этой масличной культуре вызывают три типа болезни: гнили, увядание и пятнистости.
Поражение фузариозом может привести к снижению урожая на 15-20% (С. Г. Бородин,
И. А. Котлярова, 2003.)
Защитные мероприятия для снижения вредоносности фузариозов подсолнечника
практически не проводятся, а предпосевное обеззараживание семян ТМТД малоэффективно против всех типов проявления болезни. В настоящее время ведется поиск фунгицидов, подавляющих развитие этого патогена на культурных растениях. Однако
применение химического метода осложняется биологическими особенностями возбудителя, который является некротрофом с широким спектром действия, способным к быстрому появлению резистентных форм. Кроме того, дороговизна самих препаратов,
затраты времени и труда, потенциальная опасность загрязнения окружающей среды,
делает этот путь борьбы с фузариозами экономически не выгодным. Биологические методы разработаны, но не нашли применения в широкой производственной практике.
В связи с усилением паразитических свойств у грибов рода Fusarium на подсолнечнике, и отсутствием эффективных средств защиты – создание и внедрение в производство сортов и гибридов, устойчивых к фузариозу, имеет актуальное решение.
Путем отбора были созданы многие устойчивые к фузариозам ценные сорта
культурных растений, с избытком оправдавшие все затраты на их получение.
В начале ХХ века американскими учеными Ортоном У. А., Риверсом Е. на естественном инфекционном фоне методом массового отбора были получены первые устойчивые к фузариозу сорта зерновых культур, хлопчатника и льна (H. H. Whetzel, 1918).
В 1923 г. методом индивидуального отбора Баркером (Barker, 1923) на жестком
инфекционном фоне отобраны сорта льна, невосприимчивые к увяданию.
Проведением отбора на инфекционном фоне Стам Я. М. (1960), Неофитова В. К.,
Карачан В. Н. (1981) вывели сорта масличного льна, практически не поражающегося фузариозом в производственных посевах.
Мошкин В. А., Свиридов А. А. (1966, 1971) создали устойчивые к фузариозному
увяданию сорта клещевины.
Благодаря созданию устойчивых сортов решена проблема фузариозного вилта
хлопчатника (А. С. Сидорова, 1979; Б. С. Акмурадов, Р. Г. Бахтиярова, 1979).
С помощью разработанных в отделе сои ВНИИМК методов искусственного заражения и оценки получен исходный селекционный материал, устойчивый к фузариозной
корневой гнили сои (Д. В. Подкина, И. А. Котлярова, 1989, 1998).
73
Выведены и успешно культивируются устойчивые к виду Fusarium oxysporum сорта капусты (Е. С. Довгаль, 1968), огурцов (О. В. Юрина, 1982), томатов и сладкого перца
(А. В. Алпатьев, П. Ф. Сокол, 1976), гороха (В. В. Котова, 1979).
Анализ работ по созданию сортов, устойчивых к фузариозу показывает, что селекционную работу на иммунитет подсолнечника к этому возбудителю желательно вести
в направлении получения сортов с полевой, долговременной устойчивостью, которая
находится под контролем многих генов. Их действия дополняют друг друга и обеспечивают довольно высокий и продолжительный уровень защиты растений от патогена.
В процессе совместной эволюции растений подсолнечника с грибами рода Fusarium и в результате выбраковки селекционерами больных растений, при создании высокопродуктивных сортов выработалась определенная врожденная невосприимчивость к
патогену. Она имеет неспецифический характер и обеспечивает защиту растений подсолнечника от фузариозов только при слабых и умеренных нагрузках. При благоприятных для размножения и развития условиях, патоген способен преодолеть эту защиту,
что приводит к потере урожая и снижению его качеств. Избежать этого можно путем
повышения врожденной устойчивости, для чего необходимо искусственно увеличить
инфекционную нагрузку и отобрать селекционные формы с уровнем полевой устойчивости, обеспечивающей защиту растений от вредоносного действия патогена при всех условиях выращивания, а так же позволяющей получать стабильные и высокие урожаи
семян хорошего качества.
Для подбора и разработки способов искусственной инокуляции, наиболее полно
отражающих естественное заражение растений подсолнечника возбудителями фузариозов, нами были изучены биологические особенности грибов рода Fusarium, их распространенность, патогенные и фитотоксичные свойства, специализация, взаимодействие
видов друг с другом, а так же источники заражения и типы болезней вызываемые этими
патогенами. Способы и сроки искусственного заражения по возможности приближали к
естественным.
Грибы рода Fusarium у растений подсолнечника, вызывают различные типы проявления болезни: гниль корзинки, корней, загнивание семян, всходов, увядание, поражение листьев и стеблей. Наиболее вредоносны гниль корзинки, корней и увядание.
Основными возбудителями корневой гнили и увядания подсолнечника являются
вид F. oxysporum Schlecht. emend Shyd et Hans. с его разновидностью F. oxysporum v.
orthoceras App. et Wr. и вид F. solani (mart.) App. et Wr. Заражение происходит через
почву в начальный период вегетации.
Доминирующими видами, вызывающими фузариозную гниль корзинки, являются
вид F. sporotrichiella Bilai. с разновидностями F. sporotrichiella v. poae (Rk) Wr. Emend Bilai, F. sporotrichiella v. sporotrichioides (Sherb.) Bilai и вид F. moniliforme Sheld. Заражение
корзинок этими видами происходит аэрогенным путем во время цветения.
Для получения эффективного искусственного заражения, виды грибов рода Fusarium, используемые для приготовления инокулюма, не должны угнетать друг друга. Изучение влияния возбудителей, вызывающих различные типы проявления болезни, друг на
друга показало, что виды F. sporotrichiella и F. moniliforme доминирующие на корзинке и
семенах, в смеси с видами F. oxysporum и F. solani, вызывающими корневую гниль и увядание, снижали распространенность и развитие фузариозов на 4-13%. Инокуляция растений смесью F. sporotrichiella + F. moniliforme увеличивала поражение на 10-13%. До
25% снижалась распространенность болезни при заражении смесью F. sporotrichiella +
F. oxysporum.
С помощью одного универсального способа заражения и отбора невозможно получить сорт или гибрид устойчивый ко всем типам проявления болезни. Проанализировав все известные методы заражения и оценки на других культурах, нами были
отобраны те, которые наиболее полно отражали заражение подсолнечника фузариозами
в полевых условиях.
Для отбора на устойчивость к корневой гнили и увяданию, одним из наиболее
распростаненных, является метод Соловьевой А. И. (1951), применяемый при испытании
сортообразцов на устойчивость к вертициллезному вилту хлопчатника (табл. 1). В этом
способе чистая культура возбудителя выращивается на стерильных зернах ячменя или
овса. После обрастания подсушивается до воздушно-сухого состояния и вносится в разброс под дискование из расчета 250-300 кг/га. Модифицируя этот метод, мы уменьшили
74
дозу вносимого инокулюма до 100-150 кг/га, так как инфекционный запас фузариума в
почве очень большой и такого количества инокулюма достаточно для заражения растений. Увеличение инфекционной нагрузки не приводит к повышению поражаемости, а
создает только лишние затраты на ее приготовление. Для лучшего обрастания грибом и
внесения инфекционного материала, зерна ячменя и овса мы заменили на семена подсолнечника. При составлении искусственной популяции использовали патогенные, доминирующие виды F. oxysporum и F. solani вызывающие корневую гниль, увядание. Исходя
из частоты встречаемости в почве определяли их соотношение для приближения искусственной популяции видов Fusarium к естественной. На пять частей F. oxysporum брали
одну часть F. solani.
Для инокуляции растений подсолнечника грибами рода Fusarium был изучен и
локальный метод внесения патогена в почву, разработанный для оценки устойчивости к
белой гнили Лукашевичем А. И. (1967). Искусственное заражение этим методом проводится при посеве зернами овса (3-4 шт.), заселенными мицелием возбудителя болезни.
Для заражения растений подсолнечника грибами рода Fusarium по этому способу в качестве субстрата для размножения чистой культуры использовали семянки подсолнечника.
По данным Гречки И. В., Почапской Е. Н. (1978), вирулентность мицелия грибов рода
Fusarium, выращенного на тканях подсолнечника значительно выше, чем на зернах овса
(И. В. Гречка, Е. Н. Почапская, 1978).
В третьем варианте применяли метод, разработанный Подкиной Д. В., Котляровой И. А. (2000), для отбора на устойчивость к корневой гнили сои. Патогенные изоляты,
выращенные на стерильных семенах подсолнечника, высушивали при комнатной температуре и измельчали. Перед заражением смешивали в пропорции 5:1 (5 г F. oxysporum и
1 г F. solani). Приготовленный инокулюм наносили на семена. В качестве прилипателя
использовали пленкообразующее вещество 5% ПВС.
Таблица 1 – Эффективность фузариозных инфекционных фонов, созданных разными
способами (сорт ВНИИМК 8883 ул.)
Краснодар, ВНИИМК, 2005 г.
№
Способ
1
Внесение инокулюма в почву вразброс перед дискованием
Локальное внесение инокулюма в
рядки с семенами
Нанесение измельченного инокулюма на семена перед посевом
НСР05
2
3
Распространенность
болезни,
%
Развитие
болезни,
%
64,0
50,1
90,5
77,2
80,0
2,2
62,5
2,7
Сравнительная характеристика разных методов заражения показала, что при использовании метода внесения инокулюма в почву перед посевом, инфекционный фон
оказался невыравненным, до 25% восприимчивых растений остались непораженными.
Не способствует эффективному заражению и нанесение измельченной инфекции
на семянку с помощью прилипателя, так как часть инолулюма во время прорастания семян остается на лузге и не соприкасается с корешками. В результате уменьшается инфекционная нагрузка, а соответственно снижается интенсивность поражения, что
приводит к завышению данных по устойчивости.
Высокая эффективность заражения наблюдалась при использовании локального
внесения инокулюма в рядки при посеве с семенами. Распространенность болезни достигала 90,5%, что на 10-25% больше, чем при использовании других методов. Кроме этого, способ обеспечивал более тесный контакт проростка с инокулюмом, что увеличивало
эффективность отбора устойчивых форм.
Одной из причин снижения посевных качеств семян является поражение корзинок растений подсолнечника грибами рода Fusarium. Распространенность возбудителя
фузариозной гнили, в благоприятные для развития годы достигает 52%, а частота
75
встречаемости на семенах 32-40%. При этом энергия прорастания падает на 12-18%,
всхожесть - 9-13%.
Снизить вредоносность фузариозной гнили корзинок можно путем получения селекционных форм, устойчивых именно к этому типу проявления болезни. Выделить такой селекционный материал без искусственного заражения практически невозможно. В
естественных условиях выращивания, интенсивность поражения корзинки этим возбудителем болезни очень сильно колеблется в зависимости от условий среды, что не позволяет правильно оценить уровень устойчивости и провести эффективный отбор.
Для осуществления искусственного заражения корзинок видами фузариум использовали способы нанесения инокулюма разработанные для раневых, факультативных
паразитов на других культурах.
Ввиду того, что эти методы никогда не применялись для заражения подсолнечника грибами рода Fusarium, нам пришлось их модифицировать с учетом биологических
особенностей патогена и растения подсолнечника.
Для работы были отобраны следующие методы:
1. Внесение в надрез. Инокуляция осуществляется чистой культурой видов
F. sporotrichiella и F. moniliforme, выращенных на стерильных семенах подсолнечника перед цветением. Инокулюм наносится путем помещения семянки с мицелием гриба в небольшой надрез на тыльной стороне корзинки.
2. Метод зубочистки. Нанесение инфекции с помощью зубочисток, заселенных
возбудителем болезни. Чистые культуры видов F. sporotrichiella и F. moniliforme выращиваются на стерильных зубочистках, пропитанных картофельно-глюкозным агаром. После
полного обрастания мицелия и появления спороношения, зубочистки вкалываются в обвертку корзинки перед цветением.
3. Инъекция. Инъекция суспензией спор фузариума в ткани корзинки. Заражение
осуществляется с помощью шприца водной суспензией патогена, выращенного на твердой питательной среде.
Наиболее эффективное заражение фузариозом было достигнуто при использовании водной суспензии. Среднее количество пораженных корзинок за 3 года составило
80% (рисунок). Инокуляция корзинки путем внедрения инфицированных семянок и зубочисток способствовала заражению 28-44% корзинок соответственно, что недостаточно
для проведения отбора на полевую устойчивость к патогену.
90
80
Поражено,%
70
60
50
40
30
20
10
0
Внесение в надрез
Метод
Зубочистка
Инъекция
Контроль б/з
Рисунок – Результативность разных методов заражения корзинки
подсолнечника фузариозом
76
Учитывая это, был разработан способ искусственного заражения и диагностики
заболевания, позволяющий отобрать селекционные формы, не снижающие при поражении корзинки грибами рода Fusarium посевных и хозяйственно ценных признаков.
Способ сводится к следующему:
1. Приготовление инокулюма;
2. Нанесение инфекционного материала на корзинку;
3. Отбор устойчивых форм.
Приготовление инокулюма.
В качестве инокулюма использовали водную суспензию из двух видов F. sporotrichiella и F. moniliforme, выращенных в чашках Петри на картофельном агаре в течение
15 дней. Подсчет конидий осуществляли в камере Горяева. Концентрацию приготовленной суспензии доводили стерильной водой до 5000 спор/мл (достаточное количество
инфекционного материала для заражения). Соотношение видов F. sporotrichiella и
F. moniliforme в инокулюме составляло 1:2, что соответствовало частоте встречаемости
их на корзинке подсолнечника в естественных условиях.
Нанесение инфекционного материала на корзинку.
Инокуляцию корзинки проводили в утренние часы в фазе бутонизации, путем
инъекции приготовленной суспензии с концентрацией 4500-5000 спор/мл в количестве
0,05-0,1 мл. Оптимальная инфекционная нагрузка была определена опытным путем. В
качестве контроля корзинки подсолнечника инокулировали тем же способом, но вместо
патогена использовали дистиллированную воду.
Отбор устойчивых форм.
Иммунологическую шкалу для выделения устойчивых форм к фузариозной корзиночной гнили при нанесении инфекции этим методом разрабатывали в зависимости от
площади поражения поверхности корзинки патогенном, качества и количества семян
полученных с этих растений.
Отбор устойчивых форм проводили визуально в фазе созревания по предлагаемой балльной шкале:
0 – симптомы проявления болезни отсутствуют;
1 – слабое поражение - площадь поражения занимает менее 10% поверхности
корзинки без проникновения мицелия на лицевую сторону;
2 – среднее поражение – площадь поражения занимает до 30% поверхности корзинки, без проникновения мицелия на лицевую сторону, но с поражением листков обвертки;
3 – сильное поражение – поражена большая часть корзинки, возбудитель пронизывает паренхиму корзинки и семена.
У растений подсолнечника с интенсивностью поражения корзинки по первому
баллу потерь урожая не выявлено. Небольшое снижение посевных качеств семян отмечалось с корзинок с симптомами проявления по второму баллу. Значительное снижение
хозяйственно ценных признаков обнаруживалось при сильном поражении.
В соответствии с этим, была разработана следующая шкала:
0-1 баллов – устойчивый (У);
2 балла – среднеустойчивый (СУ);
3 балла – восприимчивый (В).
Используя эту шкалу, удалось отобрать селекционный материал устойчивый к
фузариозу с хорошими посевными качествами.
В результате проведенной работы, можно сделать следующие выводы:
1. Наиболее эффективное заражение у растений подсолнечника для выделения
устойчивых форм наблюдается при локальном способе внесения инокулюма при посеве
семян в почву.
2. Инкуляция корзинки растений подсолнечника перед цветением водной суспензией патогена обеспечивает достаточно интенсивное поражение для получения селекционных форм устойчивых к фузариозной гнили корзинки.
3. Используя эти методы можно защитить растения подсолнечника от наиболее
вредоносных типов проявления болезни вызванных грибами рода Fusarium.
77
Литература
1. Акмурадов Б. С., Бахтиярова Р. Г., Сидорова С. Ф. Устойчивость сортов тонковолокнистого хлопчатки к фузариозному увяданию и черной корневой гнили. – Ашхабад:
Сельское хозяйство Туркменистана, 1979. – Т 10. – С. 31.
2. Алпатьев А. В., Сокол П. Ф., Хренова В. В., Агапов А. С., Беляева В. Б. и др. Методические указания по селекции и семеноводству овощных культур, возделываемых в
защищенном грунте (томаты, перец). – Москва, 1976. – С. 85.
3. Бадденхаген И. У. Теоретические и практические аспекты селекции на толерантность и устойчивость // Борьба с болезнями растений: устойчивость и восприимчивость. – М.: Колос, 1984. – С. 205-225.
4. Билай В. И. Фузарии. – Киев, 1977. – 442 с.
5. Гречка И. В., Почапская Е. М. Устойчивость подсолнечника к склеротиниозу и
методы ее повышения // Материалы VII международной конференции по подсолнечнику.
– М.: Колос, 1978. – С. 116-118.
6. Котова В. В., Степанова М. Ю. Методические указания по диагностике корневых гнилей зернобобовых культур (горох, вика). – Л., 1979 – С. 37.
7. Неофитова В. К., Карачан В. Н., Богун А. М. Источники устойчивости фузариозного увядания льна // Тезисы докладов VII Всесоюзного совещания по иммунитету с.-х.
растений к болезням и вредителям (Омск, 4-7 августа, 1981 г.). – Новосибирск, 1981.
8. Попкова К. В. Учение об иммунитете растений. – М.: Колос, 1979. – С. 189-231.
9. Подкина Д. В., Котлярова И. А. Способ создания инфекционных фонов для
оценки селекционного материала сои на устойчивость к основным болезням с применением пленкообразующих веществ // Методические указания. – Краснодар, 1989. – С. 1-7.
10. Рассел Г. Э. Устойчивость к грибным болезням // Селекция растений на устойчивость к вредителям и болезням. – М.: Колос, 1982. – С. 53-88.
11. Чумаков А. Е., Власов Ю. И., Бушкова Л. Н. и др. Инфекционные фоны в фитопатологии. – М.: Колос, 1979. – С. 208.
78