Роль «Коллекции фитопатогенных микроорганизмов - возбудителей болезней льна» в селекции льна на групповую устойчивость к болезням

One of the stages in researches on resistance of a breeding and collection material of flax varieties to pathogens is formation, maintenance and practical usage of created in VNIIL “Collection of microorganisms – agents of flax diseases”. Using collection biosamples at creation of the artificial inoculated plots there were revealed the forms of fibre and oil flax resistant to a fusarium wilt and rust at level about 85– 100 %, to anthracnose and pasmo – at level about 60– 75 %, and to three diseases: a fusarium wilt, rust, anthracnose or pasmo. Varieties of fibre flax with group resistance to fusarium wilt, rust (85–100 %), and with middle resistance to anthracnose or pasmo (51–55 %) are developed.

Введение. Одним из важных факторов повышения продуктивности растениеводства является предотвращение потерь урожая от вредителей, болезней и сорняков. По данным ФАО, общие потери от них в мире оцениваются в 75 млрд долларов в год [1].

Эволюция научных воззрений в защите растений подвела к четкому и бесспорному пониманию роли устойчивых сортов в агроэкоценозах с позиции экологии, экономики и надежности на Земле.

Академик А.А. Жученко [2] отмечает, что вложение средств в селекцию устойчивых сортов в 70 раз эффективнее, чем производство химических средств. Если учесть, что изо льна помимо волокнистой продукции получают масло, которое используется в пищевых и медицинских целях, а в защите растений преобладают химические пестициды, целесообразность использования в борьбе с болезнями устойчивых сортов льна значительно возрастает.

Из многочисленных болезней льна-долгунца наиболее вредоносными являются фузариозы, ржавчина, антракноз и пасмо. Потенциальная вредоносность этих болезней велика. Фузариозное увядание и антракноз при благоприятных условиях способны вызвать частичную или полную гибель посевов льна. Ржавчина, фузариоз по ржавчине, пасмо, антракноз снижают семенную продуктивность, урожай и качество волокнистого сырья.

Распространение и вредоносность таких заболеваний, как антракноз и пасмо в какой-то мере ограничено систематическим протравливанием семян фунгицидами. В борьбе с фузариозом и ржавчиной, в силу биологических особенностей возбудителей, решающее значение в системе защиты принадлежит устойчивым сортам, поскольку химические методы для этих болезней малоэффективны и недостаточно экономичны.

Известно, что наибольшую ценность имеют сорта устойчивые не к одной или местной популяции патогенов, а к комплексу наиболее распространенных и вирулентных штаммов и рас. Поэтому необходима коллекция изолятов и штаммов патогенов возбудителей основных болезней льна различной вирулентности;

ее обогащение, сохранение на должном уровне, комплексное изучение и рациональное использование в селекции культуры.

Материалы и методы . В качестве объекта изучения были использованы сорта, образцы и линии льна культурного Linum usitatissimum L., а также коллекционные биообразцы возбудителей фузариоза, ржавчины, антракноза и пасмо льна.

В исследованиях использованы методы лабораторного, вегетационного и полевого опыта. Все работы проводились по методикам, общепринятым в научно-исследовательских учреждениях для фитопатологических, селекционных и иммунологических исследований.

В течение ряда лет во ВНИИЛ проводился сбор пораженных растений из льносеющих регионов РФ, а также из льносеющих зарубежных стран. Изоляцию и культивирование возбудителей фу-зариоза, полиспороза и антракноза в чистую культуру проводили на суслоагаровой питательной среде, а пасмо - на картофельно-глюкозной с добавлением 2 %-ного агара.

Изучение культурально-морфологических показателей и вирулентности составляет неотъемлемую часть содержания «Коллекции фитопатогенных микроорганизмов - возбудителей болезней льна». Определение культурально-морфологических свойств возбудителя антракноза и полиспороза проводили на 14-е сутки культивирования, а пасмо и фузариоза – на 21-е и более сутки. Для каждого изоля-та отмечали следующие признаки: динамику роста на оптимальной среде, окраску и текстуру мицелия, интенсивность спороношения, размер спор и др. Определяли вирулентность выделенных изолятов фузариоза при выращивании льна в условиях вегетационного домика в сосудах Митчерлиха; на светоустановке в посевных ящиках изучали вирулентность ржавчины, а в глиняных вазонах методом инокуляции - вирулентность изолятов антракноза [3].

Фитооценку и отбор устойчивых форм и сортов проводили на инфекционно-провокационных фонах, которые создавали согласно методике ВНИИЛ [4], используя искусственную популяцию патогена различной вирулентности .

Результаты и обсуждение. Во ВНИИ льна накоплен большой потенциал устойчивых к основным грибным болезням сортов и образцов льна-долгунца, масличного льна, которые были созданы в процессе селекции, а также выделены как исходные формы из мирового генофонда коллекции ВНИИ льна.

Важным элементом научного обеспечения селекционных программ на устойчивость льна-долгунца к болезням является «Коллекция микроорганизмов -возбудителей болезней льна», созданная в институте, которая включает изоляты и штаммы возбудителей фузариоза, ржавчины, антракноза, пасмо и полиспороза -более 1000 патообразцов.

Штаммы и изоляты собраны из различных регионов льносеяния России: Псковской, Тверской, Смоленской, Томской, Костромской, Ленинградской и др. областей, а также из льносеющих стран мира: Польши, Голландии, Белоруссии, Украины, Литвы, Чехии, Болгарии, Бельгии, Франции, Голландии, Китая и др.

Внутрипопуляционные структуры возбудителей болезней льна различаются по культурально-морфологическим, патогенным, вирулентным и др. свойствам.

В настоящее время «Коллекция…» насчитывает 470 образцов возбудителей фузариозов 8 видовых принадлежностей: Fusarium oxysporum f. lini, F. avenaceum, F. herbarum, F. culmorum и др., различающихся по происхождению, вирулентности и морфологическим свойствам. 400 биообразцов Fusarium выделены из различных областей РФ, а 70 - из льносеющих стран мира. Наиболее сильнови-ру-лентной является популяция из Псковской области (89,0 % сильно- и средневирулентных штаммов). Популяции из Смоленской и Тверской областей представлены средне- и сильновирулентными штаммами на 43-54 %.

Из зарубежных льносеющих стран наиболее вирулентными оказались популяции из Болгарии, Белоруссии, Голландии и Польши, где наличие средне- и сильновирулентных штаммов составляло от 57 до 100 %. Слабовирулентной реакцией характеризовалась популяция из Китая.

Ржавчина ( Melampsora lini ) в коллекции представлена образцами уредо- и телейтоспор - 78 биообразцов. Образцы уредоспор патогена имеют среднюю и слабую вирулентность.

В «Коллекцию…» ВНИИЛ включены также различные по географическому происхождению (Россия: Тверская, Псковская, Смоленская, Новгородская и др. обл.; Белоруссия, Литва, Китай) и вирулентности (54,0 % сильновирулентные биообразцы) штаммы антракноза - Colle-totrichum lini (474 ед.). Основную популяцию штаммов патогена в настоящее время на территории России составляют по окраске колоний серые (53,9 %) и серочерные штаммы (36,6 %), обильно образующие воздушный мицелий и большое количество спор. Коричневые слизистые и ярко-орнажевые штаммы встречаются реже - 0,7 % от общего числа анализируемых изолятов. Больше всего изолятов с ярко-оранжевой окраской колоний отмечено в литовской популяции патогена.

Биообразцы возбудителей пасмо Septoria linicola и полиспороза - Aureobasidium pullulans f. lini (39 ед.) представлены в основном местной (Тверской) популяцией – 32 единицы.

Изучена структура и вирулентность популяций возбудителей ржавчины, фуза-риозного увядания и антракноза [5; 6; 7]. Идентифировано 62 расы возбудителя ржавчины, 16 рас возбудителя фузариоз-ного увядания и 25 рас возбудителя антракноза льна. Составлен ключ для их определения, дополнен набор сортов-дифференциаторов, проводится контроль за вирулентностью местной популяции патогена.

Более половины биообразцов коллекции характеризуются сильной и средней вирулентностью, имеются и слабовирулентные штаммы, расы, что позволяет создавать любую заданную искусственную популяцию возбудителя. Штаммы различаются между собой по характеру и темпам роста на питательных средах, пигментации и обилию образования мицелия и спор, их размерам.

Разрабатываются условия и способы их хранения и восстановления утраченных патогенных и вирулентных качеств.

В задачи и функции «Коллекции...» входят: пополнение коллекции отстабили-зированными видами и штаммами фито-патогенных микроорганизмов; учет движения коллекционных образцов внутри института и при рассылке заказчикам; поддержание в жизнеспособном и биологически чистом состоянии всех биообразцов взятых на учет; совершенствование методов выделения, идентификации, размножения и долговременного хранения фитопатогенных микроорганизмов.

Коллекции, наряду с функциями сохранения генофонда, выполняют организационные функции научного и практического рационального использования биоматериала. Они представляют базу для обеспечения проведения фундаментальных и приоритетных исследований микологии, иммунологии, генетики, биотехнологии и др., не только внутри института, но и других научно-исследовате-льских институтов различных ведомств, а также сельскохозяйственных учреждений, работающих в области селекции.

Биообразцы «Коллекции…» используются для создания искусственных инфекционных фонов при выведении и изучении устойчивости льна к возбудителям болезней в селекционном процессе, поиске устойчивых к болезням исходных форм из Национальной коллекции Русского льна, а также в процессе Государственного сортоиспытания.

Для формирования надежных и стабильных инфекционных фонов составля- ются синтетические популяции патогенов из штаммов различной вирулентности и географического происхождения.

Использование в селекционной практике разработанных во ВНИИЛ биологически обоснованных, высокоэффективных методик создания инфекционно-провокационных фонов, специализированных к одному или нескольким патогенам, обеспечивает эффективную оценку селекционного материала на устойчивость к болезням, на основании которой проводится отбор здоровых растений и линий, а также выявляются высокоустойчивые коллекционные образцы - исходный материал для селекции на иммунитет к комплексу болезней.

Селекционная работа на устойчивость к наиболее вредоносным болезням льна-долгунца (фузариоз и ржавчина) во ВНИИЛ проводится по непрерывной программе с использованием специализированных искусственных инфекционно-провокационных фонов при постоянном контроле вирулентности популяций патогенов.

Стабильная оценка и жесткий отбор гибридного материала по устойчивости к ржавчине и фузариозному увяданию с использованием искусственных популяций патогена, начиная с ранних этапов селекции, обеспечили высокую эффективность селекционной работы на устойчивость к данным заболеваниям.

Многолетняя целенаправленная работа селекционеров и фитопатологов института позволила методами гибридизации и отбора получить и внедрить в производство сорта льна-долгунца ранне-, средне- и относительно устойчивые к фузариозу и ржавчине, а в настоящее время - устойчивые и высокоустойчивые к двум болезням. Внедрение этих сортов способство-вало решению проблемы борьбы с ржавчиной в посевах льна-долгунца, которая в настоящее время находится в депрессивном состоянии, а также сокращению распространения фузариозного увядания.

Из 16 сортов льна-долгунца селекции ВНИИЛ, включенных в Госреестр селекционных достижений, групповой устойчивостью к фузариозу и ржавчине характеризуются 14, из них высокоустойчивыми (на уровне 90-100 %) являются А-93, Ленок, Росинка, Александрит и др. Создан сорт льна масличного ЛМ 98 пищевого назначения, который характеризуется групповой устойчивостью к ржавчине и фузариозному увяданию. В настоящее время практически весь селекционный материал на заключительных этапах селекционного процесса характеризуется групповой устойчивостью к двум болезням.

Из коллекции ВНИИ льна выделены и могут использоваться в качестве исходного материала в селекции на устойчивость к болезням коллекционные образцы льна-долгунца, льна масличного, устойчивые к фузариозу и ржавчине.

Однако многие сорта льна-долгунца, находящиеся в производстве, в том числе сорта института с групповой устойчивостью к фузариозному увяданию и ржавчине, восприимчивы к антракнозу и пасмо, которые в последние годы широко распространены в посевах льна. Их устойчивость не превышает 45 %.

Во ВНИИЛ проводится работа по повышению устойчивости селекционного материала к антракнозу и пасмо. Разработаны и применяются для оценки исходного и селекционного материала по устойчивости к этим болезням раздельные и совмещенные (антракноз + пасмо, ржавчина + пасмо) инфекционно-провокационные фоны [8; 9]. Селекционный материал, начиная с третьего этапа селекции, наряду с другими болезнями, оценивается на устойчивость к антракнозу и пасмо. Среди коллекционных образцов выявлены генотипы льна с высокой (90– 100 %) устойчивостью к фузариозному увяданию и ржавчине и относительной (60-75 %) устойчивостью к антракнозу и пасмо.

С использованием метода гибридизации с последующим индивидуальным от- бором на инфекционном фоне получены линии с устойчивостью к антракнозу на уровне 75–80 %. Некоторые линии характеризуются групповой устойчивостью к трем (фузариоз, ржавчина, антракноз) или к четырем болезням (фузариоз, ржавчина, антракноз и пасмо).

Проводятся исследования по выявлению сортов, селекционных линий, коллекционных образцов льна с горизонтальной устойчивостью к пасмо. Среди селекционного и коллекционного материала отобраны образцы, характеризующиеся высокой горизонтальной устойчивостью к данному патогену.

Источники льна-долгунца с групповой устойчивостью к болезням могут использоваться в практической селекции при создании новых высокопродуктивных сортов льна с заданными параметрами.

Результатом работы на групповую устойчивость к болезням явилось создание в институте льна и включение в Госреестр РФ на 2012 г. нового высокопродуктивного сорта Дипломат, устойчивого к трем болезням: ржавчине, фузариозному увяданию и антракнозу [10]. В настоящее время на Государственном сортоиспытании находятся четыре высокопродуктивных сорта льна-долгунца селекции ВНИИЛ, характеризующиеся комплексной устойчивостью к болезням: ржавчине, фузари-озному увяданию, антракнозу – Тонус; ржавчине, фузариозному увяданию, пасмо – Парус и Цезарь; ржавчине и фузариоз-ному увяданию – Сурский.

Однако создание устойчивых и высокоустойчивых к комплексу болезней сортов льна-долгунца, внедрение их в производство и расширение под ними посевных площадей может изменить вирулентность популяций патогенов, вызвать появление и накопление в них новых агрессивных рас, штаммов и биотипов, потерю устойчивости сортов к этим болезням, что приведет к ухудшению фи-тосанитарной ситуации в посевах. Важным шагом в решении обозначенной проблемы является создание на основе использования разработанной нами селе-ционно-генетической технологии сортов льна-долгунца, обладающих различными

R-генами устойчивости к фузариозному увяданию – Парус, Сурский, Цезарь ( Fu 6, Fu 8 и Fu 5 соответственно), что позволит предотвратить возможность эпифито-тийного его развития [11].

В связи с этим селекционная работа на иммунитет к болезням должна носить постоянный, целенаправленный характер, иметь четкое представление об эволюции патогенов, контролировать вирулентность популяций и их расовый состав.

Заключение. Практическое использование «Коллекции фитопатогенных микроорганизмов – возбудителей болезней льна» для создания инфекционных фонов в селекции на иммунитет позволяет повысить эффективность фитооценки селекционного материала и создать сорта, устойчивые к комплексу болезней.

Для создания новых высокопродуктивных сортов, обладающих устойчивостью к комплексу болезней, ВНИИЛ располагает методическим и биологическим материалом для создания инфекционных фонов, большим количеством генотипов культуры с комплексной устойчивостью к наиболее вредоносным и распространенным заболеваниям, которые можно использовать в качестве исходного материала при создании новых сортов.

Выведение и внедрение в производство сортов льна-долгунца с групповой устойчивостью к болезням позволит решить проблему борьбы с ними, сократит необходимость применения химических средств защиты, и будет способствовать получению экологически чистой льнопро-дукции.