Диагностика устойчивости сортов яровой пшеницы и ячменя к обыкновенной корневой гнили кондуктометрическим методом

Степень устойчивости (толерантности) сорта к инфицированию выявляют по потере урожайности (агрономическая устойчивость к болезни) и по изменению физиологических, биохимических и биофизических процессов в ранние фазы вегетации растений (биологическая устойчивость). Биологическую устойчивость сорта к инфицированию можно определить инструментальными методами. Они должны быть экспрессными, особенно при постановке экспериментов в камерах искусственного климата, и иметь высокую производительность, что важно на ранних этапах селекции. Перечисленными достоинствами инструментальных методов обладает кондуктометрия. Регистрируемые кондуктометром биофизические характеристики четко проявляются с началом защитно-приспособительных реакций растения к стрессовому воздействию патогена, что позволяет выявить специфику ответа сорта на заражение до появления видимых повреждений корней.

Цель предпринятых исследований — показать, что кондуктометрический метод определяет биологическую устойчивость сортов яровой пшеницы и ячменя к обыкновенной гнили адекватно общепринятым агрономическим, физиологическим и позволяет ранжировать сорта по степени устойчивости к болезни.

Методика . Лабораторные и вегетационно-полевые опыты выполняли в пос. Краснообск Новосибирской области. Объекты исследования в лабораторных опытах — 12 сортов Triticum aestivum L. и три сорта Hordeum vulgare L. Использовали сорта мягкой яровой пшеницы селекции Сибирского НИИ растениеводства (Новосибирская обл., пос. Краснообск) и Сибирского НИИ сельского хозяйства (г. Омск). В первом случае это были ранние сорта Новосибирская 15, Полюшко, среднеранние Обская 14, Новосибирская 29 и среднеспелые — Новосибирская 89, Удача, Александрина, Легенда, Новосибирская 31, во втором — среднеспелый сорт Светланка, среднепоздние Омская 35 и Омская 18. У ярового ячменя изучали среднеспелые сорта Новосибирский 80 и Биом селекции Сибирского НИИ растениеводства и среднеранний сорт Арна селекции Казахского НИИ земледелия (Алматинская обл., пос. Алмалыбак). В вегетационно-полевых экспериментах использовали четыре сорта Triticum aestivum L.: Полюшко, Обская 14, Новосибирская 29, Новосибирская 31.

Лабораторные опыты проводили в 2005-2010 годах по схеме: контроль (семена без инфекции), опыт (семена, искусственно инфицированы B . sorokiniana ). Заражали наклюнувшиеся семена споровой суспензией трех среднепатогенных изолятов с инфекционной нагрузкой 5000 конидий в капле суспензии возбудителя на одно зерно (предварительно споры подсчитывали в камере Тома-Горяева). Использованные изоляты B . sorokiniana выделяли из корней яровой пшеницы (11), их патогенность установили по методике Лачицовой-Лангольф (12). Далее растения выращивали (до учетов) в рулонах в водной культуре (7) в течение 2 нед в установке искусственного климата при температуре 22 °С, освещенности 5000 лк и влажности 60 %. Повторность экспериментов 6-кратная.

Вегетационно-полевые опыты выполняли в 2007-2009 годах. Использовали инфицированные B. sorokiniana семена и почву (в соответствии с двумя существующими в природе способами передачи инфекции). Схема опытов: контроль — семена без инфекции, почва заражена возбудителем ниже порога вредоносности (< 20 спор/г почвы); опыт — семена инфицированы, почва с высокой инфекционной нагрузкой (> 100 спор/г). Как в лабораторных, так и в вегетационно-полевых экспериментах семена предварительно обеззараживали, используя химический протравитель Raxil® Ultra («Bayer CropScience AG», Германия) в дозе 0,25 л/т (контроль осуществлялся методом микоанализа). После этого в опытных вариантах в почву вносили выращенный на кукурузной муке с песком инокулюм возбудителя. Его количество рассчитывали так, чтобы на одну зерновку приходилось 5000 конидий (или более 100 спор/г почвы). Объем нагрузки контро- лировали методом флотации (13). Почвой (чернозем выщелоченный среднегумусный) набивали сосуды без дна объемом 8 кг, которые закапывали на фитоучастке биополигона, размещая рендомизированно (14) с пространственной изоляцией контроля и опыта. Повторность опыта 6-кратная. В каждый сосуд высевали по 20 зерен пшеницы. Опыт продолжался до учета зерновой продуктивности растений.

В лабораторных экспериментах определяли следующие показатели: биофизические (кондуктометрическая оценка) — удельную электропроводность (УЭП) и электрическую емкость водных вытяжек листьев (15), физиологические — биомассу ростков и корней (16), морфометрические — длину ростков и корней (16), а также всхожесть и индекс развития болезни (17). В вегетационно-полевых опытах устанавливали электропроводность и электрическую емкость водных вытяжек листьев, фотосинтетический потенциал (18), индекс развития болезни и урожайность. Показатели регистрировали в течение всей вегетации.

Кондуктометрические характеристики учитывали c помощью лабораторного кондуктометра КЛ-С-1 (ООО «Сибпромприбор», г. Барнаул, Россия) и цифровых измерителей L, C, R, Е 7-8 и Е 7-12.

Статистическую обработку данных выполняли в программах SNE-DECOR (19) и MINITAB.

Результаты . Кондуктометрический метод достаточно чувствительно определял различия в толерантности сортов яровой пшеницы и ячменя к обыкновенной гнили. Используемые нами биофизические диагностические показатели состояния инфицированных растений, а также длина корней и ростков 14-суточных растений, их биомасса (как интегральный показатель роста и развития) изменялись сходным образом (рис. 1, табл.).

Рис. 1. Удельная электропроводность водных вытяжек листьев (А) и биомасса проростков (Б) при инфицировании Bipolaris sorokiniana Schoem. у яровой пшеницы (сорта селекции Сибирского НИИ сельского хозяйства, г. Омск; камера искусственного климата).

Характеристика реакции на инфицирование возбудителем корневой гнили Bipolaris sorokiniana Schoem. у сортов ярового ячменя (камера искусственного климата)

Сорт	Вариант	УЭПХ10 "3 , См/м	Длина проростков, см	Сухая биомасса 10 проростков, г
Новосибирский 80 Контроль		3,4	16,2	3,3
	Инфицирование	4,6	12,0	1,1
Биом	Контроль	4,9	22,4	1,2
	Инфицирование	5,0	21,3	1,1
Арна	Контроль	4,8	17,3	6,0
	Инфицирование	7,4	9,4	2,8
НСР 05 по фактору А (сорт)		0,5	3,8	1,8
НСР 05 по фактору В (инфицирование)		0,4	3,2	1,6
НСР 05 по взаимодействию АВ		0,7	5,5	2,1

Примечание. УЭП — удельная электропроводность. Сорта ячменя Новосибирский 80 и Биом — селекции Сибирского НИИ растениеводства (Новосибирская обл., пос. Краснообск); сорт Арна — селекции Казахского НИИ земледелия (Алматинская обл., пос. Алмалыбак).

Корреляционные связи между разными индикаторами ранней ре- акции яровой пшеницы и ячменя на биотический стресс были достаточно тесными и статистически доказываемыми. Так, для 15 изученных в лабораторных опытах сортов пшеницы и ячменя сила попарной связи между всхожестью, длиной, биомассой, степенью пораженности корневой системы (индекс развития болезни) проростков и УЭП вытяжек листьев составила соответственно -0,68 (10 % уровень достоверности)--0,91 (5 % уровень достоверности), -0,66 (10 % уровень достоверности) — -0,87 (5 % уровень достоверности), -0,66 (10 % уровень достоверности)--0,88 (5 % уровень достоверности) и 0,60 (10 % уровень достоверности) — 0,86 (5 % уровень достоверности).

Тесной оказалась также зависимость между заболеваемостью растений и электрической емкостью вытяжек листьев при поражении обыкновенной гнилью у ряда сортов яровой пшеницы (r = 0,88±0,12), что впо следствии нашло отражение при построении дендрограммы.

Рис. 2. Характеристка фитопатологического (индекс развития болезни — ИРБ, диаграмма) и физиологического (фотосинтетический потенциал за период всходы—рост стебля — ФП, график) состояния у сортов яровой пшеницы на инфекционном фоне: 1-4 — сорта Новосибирская 29, Новосибирская 31, Обская 14, Полюшко (селекция Сибирского НИИ растениеводства, Новосибирская обл., пос. Краснообск). Возбудитель корневой гнили Bipolaris sorokiniana Schoem. (вегетационно-полевой опыт, Новосибирская обл., 20082009 годы).

Если сравнить устойчивые к обыкновенной корневой гнили и поражаемые сорта по диапазону отклонений приведенных параметров, то у яровой пшеницы определяемые кондуктомет- электрофизические показатели отличались от

рическим методом результирующие различия были больше, чем разница в морфометрических характеристиках растений. Так, у чувствительных к внедрению вирулентных штаммов патогена сортов пшеницы аналогичных у устойчи вых на 30-57 %, а стандартно учитываемые биометрические показатели — не более чем на 20 %. У ячменя морфометрические и электрофизиче ские отклонения у неодинаковых по устойчивости к патогену сортов бы ли сопоставимыми.

В полевых условиях биофизические характеристики клеток заболевших растений яровой пшеницы также изменялись синхронно с физиологическим и фитопатологическим состоянием сортов. У сортов в условиях 2008 года электрофизические процессы в листьях инфицированных растений относительно контроля усилились в ряду: Обская 14 ^ Полюшко ^ Новосибирская 31 ^ Новосибирская 29 (соответственно на 11,1; 17,3; 33,0 и 41,2 %). Аналогичным образом при инфицировании повышалась пораженность корневой системы и уменьшалась площадь листовой поверхности (рис. 2). Расчеты показали, что в паре УЭП—индекс развития болезни (ИРБ) r = 0,85±0,007 и d = 0,72 (d — коэффициент детерминации), в паре УЭП—изменение фотосинтетического потенциала (ФП) r = 0,63±0,060.

Поскольку УЭП как биофизический показатель целостности для клеточных мембран листьев четко отразил реакцию на болезнь у сортов яровой пшеницы, кондуктометрическая оценка их устойчивости к обыкновенной гнили соответствовала потерям урожая зерна. В частности, на силь- ном инфекционном фоне сорт Обская 14 снизил урожайность на 30,5 %, остальные изученные сорта — на 40,8-41,5 %.

5 45,44

ю о

к

| 72,72

£

100,00

1       2       3      4       5       6       8      7

Рис. 3. Кластеризация сортов яровой пшеницы по признаку устойчивости к возбудителю корневой гнили Bipolaris sorokiniana Schoem.: 1 — Полюшко; 2 — Удача; 3 — Новосибирская 29; 4 — Новосибирская 31; 5 — Новосибирская 89; 6 — Новосибирская 15; 7 — Обская 14; 8 — Александрина (по данным кондуктометрических исследований в условиях камеры искусственного климата).

У сортов яровой пшеницы обнаруженная агрономическая устойчивость к обыкновенной гнили оказалась полностью адекватна полученной при лабораторной кондуктометрической оценке биологической устойчивости, поскольку при тестировании в камере искусственного климата сорта Новосибирская 29, Полюшко и Новосибирская 31 тоже были включены в кластер слаботолерантных (малоустойчивых) к болезни (рис. 3). У других сортов селекции Сибирского НИИ растениеводст ва биофизическая реакция на заболевание существенно отличалась от характерной для указанного кластера, особенно у сорта Обская 14. Следовательно, кондуктометрический метод показал себя вполне пригодным для ранней диагностики относительной устойчивости к обыкновенной корне вой гнили у сортов яровой пшеницы и ячменя и использованию в агрономической и селекционной практике.

Таким образом, установлено, что оценка стрессоустойчивости сортов зерновых культур к обыкновенной гнили, проводимая на стадии проростков по биофизическим показателям состояния клеточных мембран, соответствует снижению биометрических показателей, всхожести и биомассы у испытывающих стресс растений. Кондуктометрический метод более чувствительно отражает реакцию сортов яровой пшеницы на стресс, чем биометрические параметры: разница в электрофизических показателях между чувствительными к внедрению возбудителя обыкновенной гнили сортами пшеницы и устойчивыми сортами составляет 30-57 %, в то время как в изменении биометрических параметров — не более 20 %. Следовательно, кондуктометрический метод ранней диагностики стрессоустойчивости сортов может быть рекомендован для экспресс-отбора перспективного селек ционного материала у зерновых культур.