Реакция разных генотипов подсолнечника на искусственное заражение возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein. в условиях фитотрона

Введение. Один из основных факторов, снижающих урожай и качество семян подсолнечника, – болезни. Ржавчина, возбудителем которой является облигатный паразит – базидиальный гриб Puccinia helianthi Schwein., известна со времён начала истории культуры подсолнечника. Потери урожая при её развитии в зависимости от степени поражения могут достигать 40 % [1]. Она в очередной раз становится препятствием на пути производства семян главной масличной культуры РФ. По данным Российского сельскохозяйственного центра, в Саратовской, Пензенской, Волгоградской, Ульяновской, Оренбургской областях, Алтайском и Ставропольском краях в 2021 г. наблюдались локальные участки с эпифитотийным развитием болезни [2]. В Волго-Уральском регионе снижение урожайности семян подсолнечника достигало 30 % в зависимости от возделываемых гибридов и их устойчивости к ржавчине [2]. В условиях Краснодарского края в период 2007–2017 гг. отмечалось ежегодное поражение растений сортов подсолнечника возбудителем ржавчины. Распространённость болезни достигала 52 % [3]. Селекция на устойчивость к возбудителю ржавчины P. helianthi ведётся с начала XIX века. Первым успехом в результате многолетних отборов в РФ были сорта с низкой степенью поражения и поздним появлением спороношения [4]. В 80-е годы прошлого века был создан селекционный материал, в том числе и сорт Кремний, устойчивый к распростра- нённой в те годы расе 1 (100 по современной номенклатуре) [5; 6]. Однако со временем в ходе сопряжённой эволюции подсолнечника и возбудителя ржавчины появились новые, более вирулентные биотипы паразита, которые сумели преодолеть действие генов устойчивости возделываемого сортимента. Методы селекции устойчивых к ржавчине сортов подсолнечника в прошлом веке предусматривали использование для искусственного заражения смеси урединиоспор полевых изоля-тов P. helianthi из разных регионов [5]. В период 2017–2023 гг. в различных регионах РФ были выявлены 27 новых, различающихся по вирулентности биотипов P. helianthi. Среди них биотип с кодовым номером 700, который был обнаружен во всех обследованных регионах и составлял 50 % совокупной выборки изолятов [7]. В связи с разнообразием вирулентных биотипов возбудителя ржавчины, наблюдающимся в последние годы, возникает необходимость корректировать методы оценки устойчивости.

Целью исследования было разработать шкалу для определения типа реакции растений подсолнечника на искусственное заражение в условиях фитотрона монопу-стульным споровым инокулятом биотипа P. helianthi с кодом вирулентности 700 и оценить возможность её использования для иммунологической характеристики разных генотипов.

Материалы и методы . Исследования проводили в лаборатории иммунитета ФГБНУ ФНЦ ВНИИМК. В качестве инокулята для искусственного заражения растений использовали биотип монопустуль-ного происхождения с вирулентным кодом 700 как преобладающий в выборке изолятов. Получение и размножение чистых клонов урединиоспор описано нами ранее [8].

Объектом исследования были 10 генотипов подсолнечника разного происхождения, включая контрольный восприимчивый образец. Семена 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. Для заражения использовали по 10 растений каждого образца. Инокулят готовили, помещая жизнеспособные урединиоспоры биотипа 700 в воду из расчёта 1 мг на 10 мл воды. С помощью камеры Горяева подсчитывали количество урединиоспор в суспензии. Доводили до оптимальной концентрации 100–110 тыс. в 1 мл воды. Согласно методике, разработанной в 80-е годы прошлого века, такое количество урединиоспор необходимо для 100 % поражения контрольного образца [5]. Полученную суспензию наносили опрыскиванием на поверхность влажных листьев экспериментальных растений. Заражённые растения помещали во влажную камеру на 24 часа при температуре 20 оС. Затем выращивали в прежних климатических условиях. Полив осуществляли ежедневно. Через шесть суток после заражения наблюдали появление первых признаков поражения на листьях. На 10-е сутки от заражения учитывали количество поражённых растений, количество пустул на листьях и классифицировали в соответствии с их реакциями по предложенной нами шкале. Для статистической обработки использовали метод дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова [9].

Результаты и обсуждение. Искусственное заражение растений урединио-спорами монопустульных изолятов определённых биотипов даёт возможность всесторонне изучить реакцию анализируемых генотипов подсолнечника. Известно, что защитные механизмы растений при инвазии патогена проявляются в зависимости от вирулентности паразита, величины инфекционной нагрузки, условий внешней среды и физиологического состояния растений. А различия в степени поражения и в типе проявления реакции при искусственном заражении растений являются показателями генетической разнородности по признаку устойчивости [10].

Первая шкала для определения рас P. graminis была составлена Стэкменом и опубликована в 1959 г. [10]. В 1986 г. Yang S.M. et al. применили эту шкалу для идентификации расовой принадлежности P. helianthi на подсолнечнике [11], а Gulya and Maširević модифицировали её в 1996 г. [12]. Приводим её для сравнения: 0 – иммунитет, отсутствие урединий; 1 – очень устойчивый, очень маленькие пустулы (0,2 мм), скудно спорулирующие; 2 – устойчивый, небольшие (< 0,4 мм), слабо спорулирующие пустулы; 3 – восприимчивый, пустулы 0,4–0,6 мм в диаметре; 4 – очень восприимчивый, пустулы > 0,6 мм) [12]. Мы разработали шкалу учёта типа реакции растений подсолнечника в фазе двух пар настоящих листьев на 10-е сутки после искусственного заражения возбудителем. От вышеизложенной она отличается тем, что наряду с состоянием уреди-ний и их размером учитывается степень поражения (среднее количество урединий на листе), что даёт возможность дифференцировать восприимчивый и выявлять генетически разнородный материал подсолнечника. Шкала иллюстрирована фотографиями с признаками поражения растений, которые соответствуют приведённым типам реакции (табл. 1).

Все экспериментальные растения изученных генотипов поразились возбудителем ржавчины биотипа 700, но различались между собой по степени поражения (табл. 2).

Образцы 1-28, 1-25 и 2-16 по типу иммунологической реакции оценены как среднеустойчивые. При 100 %-ном поражении растений среднее количество пустул на листе этих образцов составляло 2,7, 7,1 и 7,7 шт. соответственно. Ко времени учёта формировались мелкие уреди-нии с хлоротичным пятном. Генотипы 119, 2-11 и 2-18 показали себя как средневосприимчивые. Пустулы размером 0,2 мм со слабой споруляцией, их количество соответствовало баллу 4. Образцы 2-15 и 127 поразились со степенью, превышающей поражение контрольного варианта. Они были отнесены к сильно восприимчивым (рисунок).

Таблица 1

Шкала иммунологической реакции растений подсолнечника на заражение возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein.

Таблица 2

Результаты оценки иммунологической реакции растений разных генотипов подсолнечника на искусственную инокуляцию спорами биотипа 700 Puccinia helianthi Schwein.

* обозначение генотипов выбрано произвольно

Рисунок – Поражённые возбудителем ржавчины Puccinia helianthi Schwein.

(биотип 700) листья растений подсолнечника генотипа 2-15 на 9-е сутки после искусственного заражения (ориг.)

Статистическая обработка полученных данных по количеству пустул на листьях изученных генотипов показала достоверные на 5 %-ном уровне значимости различия между образцами с различными типами реакции.

Разработанная нами шкала даёт возможность в условиях фитотрона дифференцировать генотипы подсолнечника по сте- пени поражения и, таким образом, выявить образцы, отличающиеся от сильно-поражаемых. Приведённые иллюстрации признаков поражения растений упрощают классификацию степени восприимчивости образцов.

Заключение. Таким образом, проведённые исследования показали, что все растения проанализированных генотипов подсолнечника с разной степенью восприимчивы к биотипу 700 P. helianthi при искусственном заражении. Однако иллюстрированная шкала даёт возможность разграничить их по типу реакции и выделить генотипы со слабой степенью поражения. Образцы, выделенные как среднеустойчивые: 1-28, 1-25 и 2-16, могут быть использованы в качестве исходного материала в селекционной работе на устойчивость к ржавчине.