О применении монопустульных изолятов Puccinia helianthi Schwein. в селекции подсолнечника на устойчивость к ржавчине

Введение. Ржавчина распространена во всех странах, где возделывается подсолнечник [1; 2; 3; 4]. Интенсивность её развития зависит от наличия инфекционного потенциала, локально сложившихся погодных условий и может различаться в пределах одного и того же региона. Наиболее сильные эпифитотии случаются во время периодов длительного увлажнения листьев подсолнечника при температуре воздуха не выше 28 ^оС. В регионах Центрально-Черноземного района и Поволжья с влажным климатом до появления толерантных к болезни сортов подсолнечника сбор масла с гектара снижался на 50 %, а в отдельных случаях наблюдалась полная гибель урожая [4].

Возбудитель болезни Puccinia helianthi Schwein. обладает широким спектром вирулентности. Периодически возникают новые расы, которые преодолевают действие известных генов устойчивости у возделываемых сортов и гибридов подсолнечника [4; 5]. Сильное распространение ржавчины в Ростовской, Саратовской областях, Краснодарском крае и других регионах Российской Федерации в течение последних двух десятилетий связано с изменением климатических условий и появлением новых рас. За период 2017– 2021 гг. нами было обнаружено 17 рас P. helianthi . Пятнадцать из них выявлены в России впервые: 304, 351, 352, 364, 700, 710, 722, 704, 736, 740, 741, 745, 760, 762, 772. Определение расовой принадлежности проводили по реакции линий-30

дифференциаторов устойчивости подсолнечника с известными генами устойчивости. Их искусственно заражали смесью урединиоспор P. helianthi , собранных с полевых образцов поражённых листьев подсолнечника [6]. В 80-е годы прошлого века изучение спектра вирулентных биотипов возбудителя для многих видов ржавчины, в том числе и P. helianthi было принято проводить путём выделения в чистую культуру урединиоспор отдельных пустул (далее по тексту – «монопу-стульный изолят»). Поскольку в РФ раса 1 была единственной, а в других странах, возделывающих подсолнечник, доминирующей по частоте встречаемости, сравнение результатов при заражении инокулятами из монопустульного изолята и смеси урединиоспор из пустул, собранных на листьях поражённых растений в поле (далее по тексту – «полевого изоля-та»), не показывало различий [5]. В селекции устойчивых сортов было принято для заражения использовать не отдельные расы, а смесь урединиоспор полевых изо-лятов из разных регионов. В то же время известно, что использование монопу-стульных изолятов позволяет выявить редко встречающиеся расы [7; 8; 9]. В связи с увеличением количества выявленных нами новых рас возбудителя ржавчины в Российской Федерации и необходимостью разработки адекватной методики селекции устойчивых к ним форм подсолнечника требуется уточнение необходимости применения в качестве инокулята спор монопустульного происхождения.

Цель работы – изучение расовой принадлежности возбудителя ржавчины монопустульного происхождения, выделенного из образцов поражённых листьев подсолнечника в Краснодарском крае и Саратовской области. Обоснование необходимости применения монопустульных изолятов в селекционных целях.

Материалы и методы. Исследования проводили в 2020–2022 гг. во ВНИИМК. Из поражённых ржавчиной образцов ли- стьев двух гибридов подсолнечника (Меркурий, Факел и сорта ВНИИМК 100), выращенных в Саратовской области, и двух сортов (ВНИИМК 8883, Белочка), выращенных в Краснодарском крае, были получены и размножены по 10 монопустульных изолятов.

Монопустульные изоляты P. helianthi получали следующим образом (рисунок).

Рисунок – Получение и размножение монопустульных изолятов

Puccinia helianthi Schwein. (ориг.)

Сначала заражали урединиоспорами растения подсолнечника восприимчивого сорта ВНИИМК 8883 в фазе одной пары настоящих листьев. Через 9 дней при появлении спороношения созревшие уреди-ниоспоры отдельных пустул снимали стерильным скальпелем и наносили на влажный лист срезанного в фазе двух пар настоящих листьев растения подсолнечника. Отдельными пустулами было заражено по 10 срезанных растений. Каждое растение помещали отдельно во влажную камеру при температуре 20 оС на сутки, после чего выдерживали в оптимальных условиях, периодически увлажняя, до образования и созревания новых урединий. Для размножения монопустульных изо-лятов заражали полученными урединио-спорами растения восприимчивого сорта ВНИИМК 8883, выращенные в горшках объёмом 2 литра. Семена линий-дифференциаторов устойчивости подсолнечника к ржавчине (СМ 90, СМ 29, Р-386, HAR-1, HAR-2, HAR-3, HAR-4, HAR-5) и сорта ВНИИМК 8883, используемого нами в качестве восприимчивого ко всем расам патогена, высевали рядами в цветочные ящики вместимостью 6 кг почвы и помещали в камеру искусственного климата, где растения выращивали при температуре 25 оС днём и 23 оС ночью при 16-часовом фотопериоде до появления второй пары настоящих листьев.

Полив растений осуществляли ежедневно. Урединиоспоры монопустульных изолятов смывали кисточкой в дистиллированную воду. С помощью камеры Горяева подсчитывали количество уреди-ниоспор в суспензии. Оптимальная их концентрация для поражения восприимчивых растений подсолнечника на 100 % должна составлять 100–110 тыс. штук в 1 мл воды [3]. Полученной суспензией спор опрыскивали растения-дифференциаторы, достигшие 2-й пары настоящих листьев, и помещали ящики с ними во влажную камеру на 24 часа. Затем выращивали в прежних условиях до появления признаков поражения на листьях. Через 9 дней учитывали поражённые растения и классифицировали как R (resistant) или S (susceptible) в соответствии с их реакциями [7].

Генотипы подсолнечника, известные как устойчивые к четырём расам старой номенклатуры: RHA 419, HAR 340, HAR 266, а также гибрид НСХ 498 заражали описанным выше способом монопустуль-ными изолятами с кодами вирулентности 300, 700, 710, 747.

Результаты и обсуждение. Особенность облигатного паразита P. helianthi в том, что он не вызывает системного заражения растений подсолнечника. Заражение происходит при прорастании урединиоспоры в устьице листа. При этом на лист могут попасть разные по расовой принадлежности урединиоспоры. В результате на одном листе могут формироваться пустулы с разными по вирулентности биотипами возбудителя ржавчины, и инокулят, которым заражают растения линий-дифференциаторов устойчивости, будет разнороден по расовому составу. Видимая наблюдателю реакция растений-дифференциаторов зависит от соотношения присутствующих в инокуляте биотипов паразита разной вирулентности. Если инокулят представляет смесь нескольких биотипов, то код вирулентности определяется по доминирующей в образце расе. Урединиоспоры других рас при малой концентрации их в инокуляте могут вызывать поражение с единичным количеством пустул.

При определении расовой принадлежности возбудителя, выделенного из поражённых ржавчиной листьев подсолнечника, собранных на разных полях, мы выявили 15 новых рас. Идентификация расовой принадлежности биотипов патогена из монопустульных изолятов показала наличие среди них представителей рас, обнаруженных нами ранее при изучении полевых изолятов, а также были выявлены новые расы с кодовыми номерами: 500, 503, 510, 516, 546 (табл. 1).

Таблица 1

Код вирулентности биотипов из монопустульных изолятов Puccinia helianthi Schwein.

Гибрид, сорт	Монопустульный изолят, № вирулентный код
	1        1	21	3 1	41	51	6 1	71	81	9 1	10
Саратовская область, Балаковский район
Меркурий	364	304	304	546	300	700	300	300	710	300
Факел	724	747	300	503	300	516	710	700	300	300
ВНИИМК 100	300	300	500	100	700	100	300	300	710	700
Краснодарский край, селекционный питомник ЦЭБ ВНИИМК
ВНИИМК 8883	300	100	300	300	700	304	300	100	100	300
Белочка	304	300	300	100	700	300	100	300	510	500

Изоляты возбудителя ржавчины моно-пустульного происхождения, выделенные с листа гибрида Меркурий, выращенного в Саратовской области, были представлены на 40 % расой с кодовым номером 300, раса 304 составляла 20 % и по 10 % расы с кодовыми номерами: 364, 700, 710 и 546 (новая). На листьях гибрида Факел, кроме биотипов 710, 724 и 747, были обнаружены расы с кодовыми номерами 503 и 516. Половина изолятов, выделенных из листьев гибрида ВНИИМК 100, была идентифицирована как раса 300, и 20 % – как биотип 100.

Расовая принадлежность монопустуль-ных изолятов, выделенных из полевых образцов, собранных в Краснодарском крае, была представлена на листьях сорта Белочка четырьмя расами 100, 500, 300, 700 (по старой номенклатуре 1, 2, 3, 4), которые встречались ещё в 70–80-х годах прошлого века на полях подсолнечника Канады, Америки и других стран. Присутствовали также новые биотипы с кодовыми номерами 510 и 304. На листьях сорта ВННИМК 8883 биотип с кодовым номером 500 не был обнаружен.

По реакции растений дифферециато-ров на заражение возбудителем ржавчины как из полевых, так и монопустульных изолятов определяется их код вирулентности (табл. 2).

Таблица 2

Реакция растений-дифференциаторов устойчивости подсолнечника к ржавчине на заражение споровыми суспензиями из монопустульных изолятов Puccinia helianthi Schwein.

Дифференциатор

Код

Реакция дифференциатора

Триплет 1

ВНИИМК 8883

1

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

CM 90

2

У

У

У

У

У

У

В

В

В

В

В

В

В

CM 29

4

У

В

В

В

В

В

У

У

У

В

В

В

В

Триплет 2

P-386

1

У

У

У

В

В

У

У

У

У

У

В

У

У

HAR-1

2

У

У

У

У

У

У

У

У

В

У

У

В

У

HAR-2

4

У

У

У

У

У

В

У

У

В

У

У

У

В

Триплет 3

HAR-3

1

У

У

В

У

У

У

У

У

У

У

У

У

В

HAR-4

2

У

У

В

У

В

В

У

У

У

У

У

У

В

HAR-5

4

У

У

У

У

В

В

У

В

В

У

У

В

В

Код вирулентности

100

500

503

510

516

546

300

304

364

700

710

724

747

Возможно расы, триплетный код которых начинается с 5, являются менее конкурентоспособными по сравнению с другими расами в инокуляте полевого изолята.

Возникает вопрос: какие изоляты использовать в качестве инокулята для идентификации расовой принадлежности P. helianthi и искусственного заражения растений подсолнечника при оценке их устойчивости, если монопустульные изо-ляты представляют собой «чистые» расы, а полевые – смесь рас с преобладанием в ней наиболее распространённых. Способ идентификации расовой принадлежности возбудителя в полевых изолятах позволяет за более короткий срок и с меньшими затратами труда выявить преобладающие в инокуляте и, следовательно, наиболее распространённые расы возбудителя ржавчины. Однако для оценки устойчивости селекционного материала правильнее использовать биотипы возбудителя монопустульного происхождения. Необходимо создание коллекции рас монопу-стульных изолятов, в которой будут присутствовать как наиболее распространённые, так и менее вирулентные для использования их в селекционных целях.

Для того чтобы уточнить, какова вирулентность новых, обнаруженных нами рас, мы заразили генотипы подсолнечника RHA 419, HAR 340, HAR 266, НСХ 498, известные как устойчивые к указанным выше четырём расам старой номенклатуры, монопустульными изоля-тами с кодами вирулентности 300, 700 и новыми – 710, 747 (табл. 3).

Таблица 3

Количество поражённых растений разных генотипов подсолнечника при заражении монопустульными изолятами Puccinia helianthi Schwein.

Генотип	Поражено растений (%) изолятами с вирулентным кодом
	300	700	710	747
ВНИИМК 8883 (контроль)	100	100	100	100
RHA 419	7	100	100	100
HAR 340	0	0	6	15
HAR 266	0	0	3	100
НСХ 498	39	100	100	100

Всего лишь 7 % растений линии RHA 419 поразились расой 300 и 100 % – расами 700, 710 и 747.

Линия HAR 340 проявила устойчивость к расам 300 и 700. Расы 710 и 747 вызвали поражение соответственно 6 и 15 % растений этой линии. Причём поражение проявилось на 2–3 дня позже, чем в контрольном варианте.

Линия HAR 266, которая в 80-х годах прошлого века была признана источником устойчивости ко всем указанным выше расам возбудителя ржавчины старой номенклатуры, проявила устойчивость к биотипам 300 и 700, но поразилась на 100 % расой 747. Раса 710 вызвала поражение 3 % растений. Гибрид НСХ 498 был поражён на 100 % расами 700, 710, 747, и лишь 39 % растений оказались восприимчивы к расе 300.

Устойчивость линий HAR 266 и HAR 340 к расам старой номенклатуры (3, 4) подтвердилась в наших экспериментах при заражении инокулятами монопу-стульных изолятов. Однако биотипы возбудителя ржавчины с вирулентными кодами 710 и 747 преодолели устойчивость этих линий.

Заключение. Изоляты отдельных спор, выделенные из разных пустул Puccinia helianthi Schwein. с одного листа растения подсолнечника, имеют разную вирулентность. При изучении расовой принадлежности монопустульных изоля-тов возбудителя ржавчины выявлены новые расы: 503, 516, 546 и 500 в Краснодарском крае и Саратовской области.

Подтверждена устойчивость линий-дифференциаторов HAR 266 и HAR 340 к расам старой номенклатуры (3, 4) при заражении инокулятами монопустульных изолятов и показано, что биотипы возбудителя ржавчины с кодами вирулентности 710 и 747 преодолели устойчивость этих линий.

Для идентификации возбудителя ржавчины P. helianthi можно использовать полевые изоляты (смесь спор из разных пустул), что позволяет экономично и в короткий срок выявить наиболее часто встречающиеся биотипы возбудителя и обозначить спектр рас, имеющихся в исследуемых регионах. Однако для выявления устойчивых генотипов подсолнечника необходимо применять биотипы возбудителя монопустульного происхождения. Для дифференциации селекционного материала по степени устойчивости к ржавчине необходимо создать и под- держивать в соответствующих условиях рабочую коллекцию спор возбудителя разной расовой принадлежности монопу-стульного происхождения.