Влияние совместного действия грибов Fusarium spp. и температуры на некоторые ростовые признаки томата

Грибы Fusarium spp. весьма широко распространены на томатах как в тепличных, так и полевых условиях, вызывая широкой спектр симптомов – задержка роста проростков, пожелтение и преждевременное опадение семядолей и нижних листьев. Выраженные коричневые поражения, опоясывающие гипокотили, корневая гниль, увядание и гибель проростков являются самыми обычными симптомами, приводящими к значительным потерям урожая и снижению качества плодов [4, 8, 11]. Данные патогены могут распространиться на новые площади при помощи зараженных семян, почвы или компоста [10].

Температурные условия среды имеют большое значение для патологических процессов, вызванных грибами Fusarium. Согласно [7], корневые гнили развиваются быстро в почве при температуре 18°С. Такая же температура почвы указана для развития специализированной формы F. oxyspo-rum f. sp. radicis-lycopersici [11]. При более повышенной температуре болезнь может быть бессимптомной, но она часто является причиной коричневения или почернения тканей [10]. Помимо хорошо изученного гриба F. oxysporum f. sp. lycopersici известны другие виды Fusarium, вызывающие значительные потери продуктивности томата. В их числе можно отметить F. solani, F. incarnatum-equiseti [2]. Гриб F. equiseti ( F. gibbosum App. et Wr. emend Bilai) является космополитным, типичным почвенным грибом, обитающим в регионах с теплым субтропическим климатом. Весьма часто патогенность этого гриба недооценивается, хотя его присутствие доказано в больных корневыми гнилями растениях широкого круга видов. F. equiseti относится к числу видов Fusarium , которые способны выдержать антагонизм других грибов в суровых условиях – низкое давление, полупустынные условия, высокое засоление [9].

Большое внимание уделяется генетическим методам борьбы с фузариозными корневыми гнилями. В этих целях очень важно установить основные генетические факторы растения-хозяина, вовлеченные в реакцию на патоген [6]. Использование главных R-генов при фузариозной инфекции томатов во многом помогло снижению потерь плодов томата от болезни [5].

Цель исследований – определить влияние грибов Fusarium spp. на всхожесть семян и рост корешка томата, а также на их вариабельнось и наследуемость.

Материалы и методы

Материалом для исследований послужили 5 генотипов томата – сорта Mihaela, Merisor и линии L 120, L 121 и L 122 с хорошими хозяйственно-ценными признаками.

Были использованы культуральные фильтраты (КФ) 6 изолятов грибов F. oxysporum (КФ1 … КФ 6), 6 – F. solani (КФ1 … КФ 6) и 4 – F. gibbosum (КФ1…КФ 4) – видов наиболее часто выделяемых из корней больных растений томата в наших условиях. КФ были приготовлены на основе жидкой среды Чапека. Семена были обработаны КФ в течение 18 час, после чего их трижды ополаскивали дистиллированной водой и помещали на увлажненной бумаге в чашках Петри. Контролем (К) служили растения, выращенные из семян, замоченных в дистиллированной воде. Растения выращивали в течение 6 дней при 2-х температурных режимах: I – постоянная температура 23-24°С и II – чередование температур 23-24/10-11/23-24°С, по 2 дня каждая. В качестве тест-параметров послужили всхожесть семян и длина корешка. Опыт закладывали по схеме двухфакторного анализа в 3-х повторностях.

С целью определения наследуемости и вариабельности количественных признаков роста пшеницы при взаимодействии с патогенами были исследованы следующие параметры: генетическая (σ2g – genetic variance) и фенотипическая варианса (σ2ph – рhenotypic variance), коэффициент наследуемости в широком смысле слова (h2 – heritability in broad sense), фенотипический (PCV,% – рhe-notypic coefficients of variation, %) и генотипический коэффициенты вариации (GCV,% – genotypic coefficients of variation, %), генетический прогресс (GA,% – genetic advance, %) [1, 3]. Статистическая обработка данных была проведена в пакете программ STATISTICA 8.

Результаты и их обсуждение

Всхожесть семян. Выявлено, что изученные генотипы томата, в зависимости от гриба и температурных условий, по-разному отреагировали на обработку КФ грибов. При этом всегда проявлялась роль генотипического фактора. Так, например, при I у сорта Mihaela при обработке КФ1 F. oxysporum всхожесть семян была на уровне контроля, а у линии L 121 снизилась на 37,6%. При температуре II также отмечена дифференцированная реакция генотипов томата – у сорта Mihaela под влиянием КФ 6 F. oxysporum всхожесть снизилась на 78,4%, а у линии L 121 – повысилась на 3,3%. Примеры специфической реакции одного и того же генотипа томата на разные КФ можно встретить и в случае грибов F. solani и F. gibbosum при обоих температурных режимах (рис. 1).

Факторным анализом установлено, что в условиях режима I доля влияния генотипа растения, изолята и взаимодействия генотип х изолят в вариабельности признака всхожести составил 33,04; 55,12 и 11,84% при действии F. oxysporum; 81,30; 7,24 и 11,46% – F. solan i и 94,06; 1,00 и 4,94% – F. gibbosum, соответственно (табл. 1).

В условиях режима II доля влияния генотипа растения, изолята и взаимодействия генотип х изолят в вариабельности указанного признака составила 26,15; 52,98 и 20,87% при действии F. oxysporum; 95,42; 1,92 и 2,66% – F. solani и 96,02; 2,32 и 1,66% – F. gibbosum, соответственно.

В отношении роста корешка выявлено, что при режиме I доля влияния генотипа растения, изолята и взаимодействия генотип х изолят в вариабельность признака составила 67,03; 25,71 и 7,27% – для F. oxysporum ; 45,36; 35,81 и 18,84% – для F. solani и 21,46; 73,92 и 4,63% – для F. gibbosum , соответственно. При режиме II доля влияния генотипа растения, изолята и взаимодействия генотип х изолят в вариабельности признака составила 78,48; 13,28 и 8,24% для F. oxysporum ; 52,49; 34,23 и 13,08% % – для F. solani и 52,72; 36,71 и 10,57% – для F. gibbosum , соответственно.

Установлено, что генетическая ( σ ² G ) и фенотипическая ( σ ² Ph ) вариансы при реакции генотипов томата на F. solani и F. oxysporum выше, чем при реакции на F. gibbosum. Одновременно отмечено, что значения обоих генетических параметров намного выше при втором температурном режиме (табл. 2).

Коэффициент наследуемости в широком смысле слова (h2) был высоким во всех вариантах: 0,96…1,00, что свидетельствует о хорошей наследуемости признака всхожесть семян независимо от действия грибов и температуры. Выявлено также, что значения GCV (%) и PCV (%) коэффициентов вариации были выше при температуре II, что свидетельствует о том, что при неблагоприятной температуре генотипический фактор растения проявляется в большей степени. Довольно низкие значения PCV-GCV (%) свидетельствуют о большем вкладе генотипа в проявлении признака всхожесть семян.

Генетический прогресс при 5%-ном селекционном дифференциале был на уровне 11,94…27,34% при температуре I и 21,58…50,73% – при II. Это свидетельствует о том, что отбор на резистентность более эффективен при совместном действии гриба и пониженной температуры.

Длинa корешка. Установлено, что КФ грибов оказал неоднозначное влияние на рост корешка томата (рис. 2).

Mhaela

Mihae a

F. oxysporum

I I MeantSE I Mean±1,96*SE

3 4

23-24С

L 122 23-24/10-11/23-24°С

23-24°С

23-24/10-11/23-24С

F. solani

23-24°С

23-24/10-11/23-24°С

F. gibbosum

Рис. 1. Влияние культурального фильтрата грибoв Fusarium на всхожесть семян томата при разных температурных условиях Fig. 1. The effect of the culture filtrate of Fusarium fungi on the germination of tomato seeds under different temperature conditions

Так, КФ гриба F. oxysporum проявил стимулирующее влияние при режиме I и ингибирующее при II у всех изученных генотипов томата. Данный эффект следует рассматривать в связи с особенностями всхожести. Почти во всех вариантах всхожесть была сильно подавлена при оптимальной температуре и менее сильно – при чередовании температур. Это сказалось на отборе жизнеспособных растений с хорошими показателями роста корешка.

В случае КФ F. solani, 24°С отмечено, что за исключением КФ2 у линии L 121 (при которой произошло ингибирование роста), длина корешка во всех вариантах была на уровне контроля. Учитывая, что всхожесть в большинстве случаев не потерпела сильных изменений, можем сделать вывод о том, что генотипы томата не проявили сильную чувствительность к изолятам гриба.

Таблица 1. Факторный анализ вариабельности всхожести семян томата при взаимодействии с грибами Fusarium при различных температурных условиях

Table 1. Factor analysis of the variability of germination of tomato seeds when interacting with Fusarium fungi under different temperature conditions

Источник вариабельности	Степень свободы	Сумма квадратов	Вклад в источник вариабельности, %	Степень свободы	Сумма квадратов	Вклад в источник вариабельности, %
	F. oxysporum, I			F. oxysporum, II
Генотип томата	4	622,5	33,86	4	1227,6	24,79
Изолят	6	946,0	51,46	6	2762,5	55,79
Генотип х изолят	24	261,2	14,21	24	946,8	19,12
Остаточные эффекты	70	8,6	0,47	70	14,8	0,30
	F. solani, I			F. solani, II
Генотип томата	4	664,2	89,18	4	3047,1	97,98
Изолят	6	60,2	8,08	6	41,3	1,33
Генотип х изолят	24	17,6	2,36	24	18,6	0,60
Остаточные эффекты	70	2,8	0,38	70	3,0	0,10
	F. gibbosum, I			F. gibbosum, I
Генотип томата	4	499,2	95,96	4	1651,4	96,34
Изолят	4	4,9	0,94	4	40,1	2,34
Генотип х изолят	16	13,0	2,50	16	19,8	1,16
Остаточные эффекты	50	3,1	0,60	50	2,8	0,16

Таблица 2. Вариабельность и наследуемость признака всхожесть семян томата при взаимодействии с грибными патогенами Table 2. Variability and heritability of the germination of tomato seeds trait when interacting with fungal pathogens

Параметр	F. oxysporum		F. solani		F. gibbosum
	I	II	I	II	I	II
σ 2 G	204,63	404,27	220,47	1014,70	165,37	549,53
σ 2 Ph	213,23	419,07	223,27	1017,70	168,47	552,33
h2	0,9597	0,9647	0,9875	0,9971	0,9816	0,9949
GCV, %	16,45	24,61	15,56	34,39	13,40	24,98
PCV, %	16,79	25,05	15,66	34,44	13,52	25,04
PCV, % - GCV, %	0,34	0,44	0,10	0,05	0,12	0,06
GA	23,76	41,46	12,02	23,03	4,83	20,25
GAM, %	27,34	50,73	12,60	24,88	11,94	21,58

Таблица 3. Факторный анализ вариабельности длины корешка томата при взаимодействии с грибами Fusarium при различных температурных условиях

Table 3. Factor analysis of the variability of the length of the tomato root when interacting with Fusarium fungi under various temperature conditions

Источник вариабельности	Степень свободы	Сумма квадратов	Вклад в источник вариабельности, %	Степень свободы	Сумма квадратов	Вклад в источник вариабельности, %
	F. oxysporum, I			F. oxysporum, II
Генотип томата	4	4590	51,42	4	2088,5	59,69
Изолят	6	3528	39,53	6	1146,6	32,77
Генотип х изолят	24	462	5,18	24	223,1	6,38
Остаточные эффекты	1769	346	3,88	1769	40,5	1,16
	F. solani, I			F. solani, II
Генотип томата	4	1500	42,53	4	3175	51,70
Изолят	6	1184	33,57	6	2063	33,59
Генотип х изолят	24	623	17,66	24	788	12,83
Остаточные эффекты	1616	220	6,24	1616	115	1,87
	F. gibbosum,		I	F. gibbosum, II
Генотип томата	4	1252	20,82	4	1921,8	51,42
Изолят	4	4312	71,71	4	1338,0	35,80
Генотип х изолят	16	270	4,49	16	385,4	10,31
Остаточные эффекты	1091	179	2,98	1091	92,3	2,47

Ф

s

1 2 3 4 5 6 7

Mhaela

1 2 3 4 5 6 7

Marsor

20 18

10 8

6 4

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

L 120

L121

L122

23-24°С

Mean

□ MeantSE

I Meant1,96*SE

S з ф

10 0

1 2 3 4 5 6 7

Mhaela

1 2 3 4 5 6 7

Merisor

i

10 0

1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

L 122

23-24°С

3 Ф

a

Mhaela

Merisor

1 2 3 4 5 6 7

L 120

24 ।........

16:    $ 0 $ Ф

14          A * r

8 ■

6 ■

4 I........

1 2 3 4 5 6 7

F. oxysporum

1 2 3 4 5 6

L120

Mean □ MeantSE I MeantSD

1 2 3 4 5 6 7

Mean

□ MeantSE

ZE Mean±1,96*SE

S 3 Ф o.

ra

L121

Mhaela

F. solani

23-24/10-11/23-24°С

Mensor

1 2 3 4 5 6 7

L 120

Mean I I MeantSE ZE MeantSD

1 2 3 4 5 6 7         1 2 3 4 5 6 7

L121                  L122

23-24/10-11/23-24°С

5 5

3 Ф Q. О го s c; d

1 2 3 4 5

Mhaela

1 2 3 4 5

Merisor

1 2 3 4 5

L 120

1 2 3 4 5

Mhaela

1 2 3 4 5

Merisor

1 2 3 4 5

L120

1 2 3 4 5

L121

1 2 3 4 5

L122

23-24°С

Mean

L_J MeantSE

I MeantSD

1 2 3 4 5           1 2 3 4 5

L 121                    L 122

23-24/10-11/23-24°С

Mean I I MeantSE T MeantSD

F. gibbosum

Рис. 2. Влияние культурального фильтрата грибов Fusarium на длину корешка томата при разных температурных условиях Fig. 2. The effect of the Fusarium fungi culture filtrate on the length of the tomato root at different temperature conditions

По сравнению с оптимальной температурой при режиме II во многих вариантах рост корешка был существенно ингибирован, особенно заметно это у линии L 120, у которой снижение показателя варьировало в пределах -29,3…-52,4%. Наиболее устойчивым оказался сорт Meri ș or, длина корешка которого в вариантах с КФ была практически на уровне контроля.

В случае гриба F. gibbosum отмечено, что показатель в варианте с КФ не потерпел существенных изменений, а

при чередовании температур произошло ингибирование роста, особенно это было заметно для L 120 (КФ2, КФ3, КФ4), L 122 (КФ1, КФ4).

Факторным анализом взаимодействия гриб х температура по параметру длины корешка выявлено, что сумма квадратов варьировала в значительной степени в изученных вариантах. За исключением варианта « F. gibbosum, I», в случае которого изолят гриба имел наибольший вклад в источник вариабельности изученного признака, генотипи-

Таблица 4. Вариабельность и наследуемость длины корешка томата при взаимодействии с грибными патогенами Table 4. Variability and inheritance of the length of the tomato root when interacting with fungal pathogens

Параметр F. oxysporum F. solani F. gibbosum I II I II I II σ2G 141,47 68,27 42,67 102,0 35,77 60,98 σ2Ph 487,47 108,77 262,67 217,0 214,77 153,28 h2 0,290 0,628 0,163 0,47 0,167 0,398 GCV, % 24,33 55,90 15,94 36,53 14,41 25,88 PCV, % 45,16 70,56 39,56 53,28 35,51 41,04 PCV- GCV, % 20,83 14,66 23,62 16,75 21,1 15,16 GA 11,46 9,32 5,09 11,31 4,90 8,45 GAM, % 23,44 63,05 12,23 40,90 11,79 28,02 ческий фактор томата имел наибольшее значение в реакции корешка на патоген и температуру (табл. 3).

В связи с вышесказанным, генетические и фенотипические вариансы варьировали в значительной степени в зависимости от гриба и температуры, что отразилось на широкой амплитуде коэффициента наследуемости: 0,16 … 0,63. При этом отмечено, что значения h2 признака при действии грибов были намного выше в случае чередования оптимальной и низкой температуры (табл. 4).

Разница PCV-GCV колебалась в пределах 14,66…23,62%, что свидетельствует о довольно значительном влиянии среды, т.е. гриба и температуры на изученный признак. При этом она была ниже при втором режиме, что связано, по-видимому, с повышением значимости генотипического фактора в реакции на совместное действие гриба и неблагоприятной температуры.

Выводы

• 1.    Изучением реакции растений пяти перспективных генотипов томата на культуральные фильтраты грибов F. oxysporum, F. solani, F. gibbosum установили выраженную

• 2.    Совместное действие КФ грибов Fusarium и чередовании оптимальной и низкой температур (23…24°С и 10…11°С) на этапе прорастания семян и раннего развития растений томата способствовало увеличению генотипической и фенотипической вариансы признака всхожести, однако для роста корешка оба типа вариабельности имели индивидуальный характер, в зависимости от вида гриба.

• 3.    Наиболее высокие показатели коэффициента наследуемости и генетического прогресса для всхожести семян и длины корешка при чередовании оптимальной и пониженной температуры во взаимодействии растений с патогенами Fusarium свидетельствуют о значительном вкладе генетической аддитивной вариансы в величину признаков, что имеет немаловажное значение для разработки систем ускоренной идентификации резистентных форм томата.

специфичность всхожести семян и роста корешка. При этом чередование оптимальной и низкой температур вызвало усиление действия грибов, способствуя тем самым идентификации наиболее устойчивых генотипов томата – линий L 120 и L 121.

Об авторах:

Leader Researcher of laboratory applied genetics

Svetlana I. Gavzer – Scientific Researcher laboratory of applied genetics

2020;9(1):70.