Саенко, Галина Михайловна. Особенности патогенеза гриба Macrophomina phaseolina (Tassi) Gold. на сое и селекционные меры снижения его вредоносности

Краткое описание

Саенко, Галина Михайловна. Особенности патогенеза гриба Macrophomina phaseolina (Tassi) Gold. на сое и селекционные меры снижения его вредоносности : диссертация ... кандидата биологических наук : 06.01.07, 06.01.05 / Саенко Галина Михайловна; [Место защиты: Кубан. гос. аграр. ун-т].- Краснодар, 2011.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-3/989

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур
На правах рукописи

имени В. С. Пустовойта Российской академии сельскохозяйственных наук
04201162657
САЕНКО ГАЛИНА МИХАЙЛОВНА
ОСОБЕННОСТИ ПАТОГЕНЕЗА ГРИБА MACROPHOMINA PHASEOLINA (TASSI) GOID. НА СОЕ И СЕЛЕКЦИОННЫЕ МЕРЫ СНИЖЕНИЯ ЕГО ВРЕДОНОСНОСТИ
06.01.07 - защита растений
06.01.5 - селекция и семеноводство
сельскохозяйственных растений
Диссертация
на соискание учёной степени кандидата биологических наук
Научные руководители:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Пивень В. Т., доктор сельскохозяйственных наук Зеленцов С. В.
Краснодар -2011 
СОДЕРЖАНИЕ стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Систематика и особенности возбудителя пепельной гнили Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid 10
1.2 Осмотрофное питание грибов 22
1.3 Характеристика сои, как растения-хозяина возбудителя
пепельной гнили 29
1.4 Технологические приёмы, сдерживающие вредоносность
пепельной гнили сои 32
1.5 Селекционно-генетический способ повышения устойчивости
к пепельной гнили 35
2. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 40
2.1 Характеристика почвенно-климатических условий места проведения исследований 40
2.1.1 Характеристика почв 40
2.1.2 Климат и погодные условия 42
2.2 Материал и методы проведения полевых и лабораторных исследований 48
3. БИОЛОГИЯ ВОЗБУДИТЕЛЯ ПЕПЕЛЬНОЙ ГНИЛИ И ЕГО РАСПРОСТРАНЁННОСТЬ В АГРОЦЕНОЗЕ СОИ 59
3.1 Симптомы проявления пепельной гнили
на растениях сои 59
3.2 Локализация и морфотипы микросклероциев М. phaseolina
в тканях растений сои 66
3.3 Влияние температуры и pH питательного субстрата на развитие грибаМ phaseolina 71
3.4 Механизм образования микросклероциев пепельной гнили 76
3.5 Распространённость и развитие пепельной гнили на сое 84
4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКОГО МЕТОДА
ЗАЩИТЫ СОИ ОТ ПЕПЕЛЬНОЙ ГНИЛИ 90
4.1 Первичная оценка активности фунгицидов против гриба
M. phaseolina 90
4.2 Оценка эффективности фунгицидов против гриба М. phaseolina
в полевых условиях 93
5. ОСМОСОЗАВИСИМОЕ ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСКЛЕРОЦИЕВ ПЕПЕЛЬНОЙ ГНИЛИ В ТКАНЯХ РАСТЕНИЙ СОИ 97
5.1 Гипотеза осмотически зависимого образования микросклероциев
в онтогенезе сои 97
5.2 Инициация формирования микросклероциев пепельной гнили
на начальных этапах онтогенеза сои 98
5.3 Осмотическое давление клеточного сока грибаМ phaseolina 106
6. ДИНАМИКА ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ КЛЕТОЧНОГО
СОКА (ОДКС) СОИ В ОНТОГЕНЕЗЕ 111
6.1 Экспресс-метод определения осмотического давления
клеточного сока в тканях растений сои 111
6.2 Суточный ритм осмотического давления клеточного сока
в растениях сои : 114
6.3 Величины осмотического давления клеточного сока у разных
видов растений 121
6.4 Осмотическое давление клеточного сока у растений сои
на разных стадиях онтогенеза. 123
7. ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ СОИ С ПОВЫШЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ
К ПЕПЕЛЬНОЙ ГНИЛИ 141
7.1 Влияние ОДКС в критические фазы развития сои на развитие пепельной гнили и урожайность культуры 141
7.2 Выделение толерантных к пепельной гнили сублиний сои 150
7.3 Особенности определения ОДКС в тканях растений сои
у ранних гибридных поколений Fі и F2 158
ВЫВОДЫ 161
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ
И ПРОИЗВОДСТВА 163
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 164
ПРИЛОЖЕНИЯ 186
з
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В европейской части России лидирующим по про¬изводству сои регионом является Краснодарский край, территориально вхо¬дящий в зону Западного Предкавказья. В 2010 г. на площади 143 тыс. га в крае был получен валовой сбор сои - более 220 тыс. т.
В то же время рост площадей и производства сои на юге России сопро¬вождается увеличением распространения опасных микозов, способных на¬нести значительный ущерб урожаю и качеству семян. Одним из распростра¬нённых и вредоносных заболеваний сои является пепельная гниль, возбуди¬тель которой - гриб Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid.
Пепельная гниль в посевах сои наиболее часто проявляется при жар¬кой, сухой погоде, когда неблагоприятные условия внешней среды вызывают стресс у растений. Участившиеся в последние десятилетия на Северном Кав¬казе, включая Западное Предкавказье, продолжительные и интенсивные лет¬ние засухи, увеличивают вероятность образования благоприятных условий для развития М. phaseolina в промышленных посевах сои [Зеленцов, Бушнев,
2006] . При сохранении тенденций изменения климата в Западном Предкавка¬зье, с учётом дальнейшего увеличения посевных площадей под сою в средне¬срочной перспективе предполагается нарастание эпифитотийного распро¬странения и развития болезни в регионе. Складывающаяся ситуация обусло¬вила необходимость уточнения биологии возбудителя пепельной гнили - гриба М. phaseolina и создание сортов сои с повышенной устойчивостью к этому патогену.
Несмотря на широкую распространённость возбудителя пепельной гнили в мире, биологические особенности и специфический характер его взаимоотношений с растениями-хозяевами привели к тому, что до настоя¬щего времени ни у одного вида растений, в том числе и у сои, так и не обна¬ружена генетическая устойчивость к этому патогену. В связи с этим в мире практически отсутствуют иммунные к М. phaseolina сорта и гибриды сель¬скохозяйственных растений, включая сою [Schwenk, Crowe, Kelley, 1984;
Ashraf et al., 2005; Hussain, Shuaib, 2007; Wrather, Shannon et al., 2008; Hemandez-Delgado et al., 2009].
Количество исследований, посвящённых биологии, распространённости и вредоносности гриба М. phaseolina на сое, особенно в зоне Западного Пред¬кавказья и Северного Кавказа, в целом, крайне ограничено. Имеющиеся све¬дения в публикациях имеют фрагментарный и незавершенный характер. В литературе практически отсутствуют сведения о наличии генотипов сои с вертикальной или горизонтальной устойчивостью к этому патогену. Слабо изучена биология гриба и практически не изучены условия образования мик¬росклероциев в системе патоген - растение-хозяин в стрессовых условиях острой засухи.
В связи с возрастающей вероятностью наступления в летний период про-должительных и интенсивных засушливых периодов изучение распространён¬ности и развития пепельной гнили на сое, биологических особенностей гриба М. phaseolina, а также поиск эффективных мероприятий по снижению вредо¬носности болезни, включая создание исходного материала для селекции сортов сои с повышенной устойчивостью к М. phaseolina, являются актуальными.
Цель и задачи исследований. Изучение биологии гриба М. phaseolina в онтогенезе сои, выделение толерантных к возбудителю пепельной гнили форм, а также создание на их основе исходного материала для селекции сор¬тов сои в условиях Западного Предкавказья.
Для реализации этой цели поставлены следующие задачи:
- изучить развитие гриба М. phaseolina в тканях растений сои, в том числе в условиях водного стресса;
- изыскать эффективные фунгициды, снижающие вредоносность пе¬пельной гнили;
- определить связь между периодом массового образования микроскле¬роциев гриба М. phaseolina и концентрацией клеточного сока в тканях рас¬тений сои;
- разработать метод определения осмотического давления клеточного сока гриба и установить его критический уровень, препятствующий развитию патогена;
- изучить онтогенетическую динамику осмотического давления кле¬точного сока (ОДКС) в тканях растений сои;
- выделить формы сои с гипотоническими концентрациями клеточного сока в условиях водного стресса не вызывающими образование микроскле¬роциев, и на их основе создать рабочую коллекцию сои с повышенной устой¬чивостью к пепельной гнили.
Научная новизна. Установлено, что формирование микросклероциев пе¬пельной гнили в тканях растений сои на всех этапах онтогенеза растений’ про¬исходит при достижении изотонических уровней осмотического давления кле¬точного сока гриба и тканей растения-хозяина.
Установлено, что микроскпероции возбудителя пепельной гнили могут формироваться не только из сплетения нескольких гиф, но также интерка- лярно или терминально из отдельных гиф, находящихся в сосудах ксилемы, что повышает риск трахеомикоза в растениях сои.
Определена биологическая эффективность современных протравителей семян, защищающих сою от возбудителя пепельной гнили.
Показана вредоносность пепельной гнили сои при повышении концен¬трации клеточного сока в тканях растения-хозяина в условиях водного стресса в период засухи и искусственного дефицита воды.
Установлено, что наиболее надёжной является оценка осмотического давления клеточного сока нижнего яруса растений в течение всей первой по¬ловины дня.
Доказано, что рост гриба М. phaseolina прекращается при достижении изотонического уровня осмотического давления питательной среды - 930 кПа. Дальнейшее увеличение осмотического давления питательной сре¬ды является гипертоническим для гриба, что приводит к прекращению роста мицелия.
Впервые разработан метод отбора толерантного к возбудителю пепель¬ной гнили исходного материала для селекции сои. Метод предусматривает выделение форм растений с осмотическим давлением клеточного сока, не превышающим 930 кПа в фазы бобообразования и налива семян.
Выделен исходный материал с пониженным уровнем ОДКС для созда¬ния толерантных к пепельной гнили сортов сои.
Практическая значимость исследований. Установлено, что для защиты растения от инфекционного начала пепельной гнили на начальных этапах рос¬та сои необходимо проводить предпосевную обработку семян препаратом ТМТД, ВСК (400 г/л) при норме расхода 6,0 л/т.
Оценку и отбор исходного материала для селекции сои на устойчивость к возбудителю пепельной гнили проводить в критические по потреблению воды фазы бобообразования и налива семян. При создании толерантного к патогену исходного материала сои выделять формы растений с осмотическим давлением клеточного сока ниже 930 кПа, которое является критическим для возбудителя пепельной гнили и приводит к массовому формированию мик- росклероциев.
При селекции толерантных к пепельной гнили сортов сои в качестве родительских форм использовать: Парма-Т, Вилана, Альба, Славия, Фора, КСХИ-709, Т-102.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Особенности патогенеза гриба М. phaseolina и причины формирова¬ния микросклероциев в растениях в условиях водного стресса.
2. Высокая эффективность фунгицида ТМТД, ВСК (400 г/л) от возбу-дителя пепельной гнили на начальных этапах роста растений сои, который рекомендован на различных культурах против других болезней.
3. Метод определения осмотического давления клеточного сока гриба М. phaseolina, основанный на установлении критического осмотического дав¬ления среды, при которой полностью прекращается рост мицелия патогена.
4. Метод отбора форм сои с докритическими для гриба М. phaseolina концентрациями клеточного сока, не вызывающими образования микроскле¬роциев в тканях растений.
5. Исходный материал с пониженным уровнем ОДКС для создания то¬лерантных к пепельной гнили сортов сои.
Апробация результатов исследований. Основные результаты исследо¬ваний доложены на расширенных заседаниях методической комиссии ВНИ- ИМК (2008-2011 гг.); 8-ой региональной научно-практической конференции молодых учёных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2006 г.); 1-ой Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2007 г.); 5-ой Всероссийской научной конференции молодых учёных и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фунда¬ментальных наук в регионах» (Краснодар 2008 г.); 2-ой Всероссийской науч- но-практической конференции молодых учёных «Научное обеспечение агро-промышленного комплекса» (Краснодар, 2008 г.); 2-ой международной кон¬ференции по сое «Современные проблемы селекции и технологии возделы¬вания сои» (Краснодар, 2008 г.); 4-ой международной научно-практической конференции молодых учёных «Состояние и перспективы развития расте¬ниеводческой отрасли в условиях изменения климата» (Харьков, 2009 г.); 5- ой международной конференции молодых учёных и специалистов «Перспек¬тивные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур» (Краснодар, 2009 г.); 4-ой Всероссийской научно- практической конференции молодых учёных «Научное обеспечение агро-промышленного комплекса» (Краснодар 2010 г.); 6-ой международной кон¬ференции молодых учёных и специалистов «Инновационные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур» (Краснодар, 2011 г.); 1-ой Всероссийской интернет конференции «Растения и микроорганизмы» (Казань, 2011 г.).
Публикация результатов исследований. Материалы диссертации опуб¬ликованы в 19 печатных работах общим объёмом 6,12 печатных листа, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 188 страни¬цах компьютерной вёрстки и состоит из введения, 7 глав, выводов, предло¬жений для практической селекции и производства, содержит 58 рисунков, 27 таблиц и 2 приложения. Список литературы включает 250 наименований, в том числе 113 иностранных авторов.
Декларация личного участия автора. Автор выполнила диссертацию в рамках тематического плана научно-исследовательских работ Государствен- ного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского ин¬ститута масличных культур Россельхозакадемии им. В. С. Пустовойта по за¬данию 04.07.04.01 «Разработать экологически безопасные, экономически оп¬равданные адаптивные технологии производства масличных и эфиромаслич¬ных культур, обеспечивающие повышение их урожайности на 10-15 %», но¬мер государственной регистрации 0120.0950170.
Диссертация содержит фактический материал, непосредственно полу¬ченный автором в течение 2007-2010 годов на центральной эксперименталь¬ной базе ВНИИМК, г. Краснодар.
Автор выражает благодарность научным руководителям: доктору сель-скохозяйственных наук, профессору В. Т. Пивню и доктору сельскохозяйст¬венных наук С. В. Зеленцову за помощь в подготовке диссертации; сотруд¬никам отдела защиты растений и отдела сои за помощь в проведении лабора¬торных и полевых опытов: ведущему научному сотруднику, кандидату био¬логических наук И. И. Шуляку; старшему научному сотруднику Т. П. Али- фировой; старшему научному сотруднику, кандидату сельскохозяйственных наук Н. А. Бушневой; заведующему отделом сои, доктору сельскохозяйст¬венных наук А. В. Кочегуре; младшему научному сотруднику А. С. Лучин- скому; заведующему лабораторией экологических исследований, кандидату биологических наук — А. Б. Дьякову за помощь в проведении лабораторных исследований; М. В.Саенко за помощь в проведении полевых опытов.

Список литературы

выводы
1. Установлено, что микросклероции М. phaseolina формируются во всех тканях главного и боковых побегов, а также в корневой системе расте¬ния сои. Наиболее вредоносно образование микросклероциев в сосудах про¬водящей системы, которое вызывает закупорку сосудов ксилемы и приводит к нарушению водоснабжения, питания и гибели растений.
2. Температура, компонентный состав и pH питательной среды оказы-вают влияние на рост мицелия возбудителя М phaseolina, а также на форми¬рование микросклероциев и их линейные размеры. Диапазон оптимальных температур для роста мицелия пепельной гнили составляет 25-30 °С, а для интенсивного образования микросклероциев - 27-35 °С. Оптимальная ки¬слотность среды, при которой наиболее быстро развивается мицелий и фор¬мируются микросклероции, составляет: на КГА - 4,5-6,0 pH, на среде Чапека - 5,5-6,0 pH.
3. Микросклероции возбудителя пепельной гнили могут формировать¬ся не только из сплетения нескольких гиф, но и интеркалярно или терми¬нально из отдельных гиф, находящихся в сосудах, что повышает риск трахе- омикозного увядания растений сои.
4. Вредоносность пепельной гнили проявляется в условиях водного стресса в период засухи и вызванного дефицитом воды повышения концен¬трации клеточного сока в тканях растения-хозяина. При этом в тканях расте¬ний сои массово образуются микросклероции, полностью закрывающие про¬светы сосудов проводящей системы сои.
5. Обработка фунгицидами семян сои перед посевом оказывает поло-жительный защитный эффект от возбудителя пепельной гнили только в ран¬ние периоды роста растений. Наиболее эффективными были препараты ТМТД, ВСК (400 г/л) и паноктин, ВР (350 г/л).
6. Разработан метод определения осмотического давления клеточного сока гриба М. phaseolina, основанный на его выращивании в наборе жидких
161
сред с различной концентрацией нейтрального осмотика, и определения сре¬ды, при которой полностью прекращается рост мицелия патогена. Рост гриба прекращается при достижении изотонического уровня осмотического давле¬ния питательной среды 930 кПа. Дальнейшее увеличение осмотического дав¬ления' питательной среды является гипертоническим для гриба, что способст¬вует массовому образованию микросклероциев.
7. Осмотическое давление клеточного сока (ОДКС) растений сои зави¬сит от влажности и температуры окружающей среды. Наиболее надёжной яв-ляется оценка ОДКС в любой части растений в утренние часы, или только в нижнем ярусе в течение первой половины дня.
8. Определение осмотического давления клеточного сока растений из- тканей верхнего яруса главных побегов, боковых побегов или рахисов позво¬ляет адекватно оценить ОДКС в тканях растениях, гибридных популяций. При этом такая процедура позволяет сохранить на уникальных гибридных растениях максимальное количество плодов и семян.
9. Разработан метод отбора-толерантного к болезни исходного мате-риала для селекции сои. Метод предусматривает выделение форм растений с осмотическим давлением клеточного сока не превышающим 930 кПа в кри¬тические по водопотреблению фазы бобообразования и налива семян. Гипер¬тонические (более 930 кПа) значения ОДКС тканей сои приводят к массово¬му формированию микросклероциев гриба.
10. Выделен исходный материал с пониженным уровнем ОДКС для создания толерантных к пепельной гнили сортов сои: Парма-Т, Вилана, Аль¬ба, Славия, Фора, КСХИ-709, Т-102.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА
Для защиты растений сои от инфекционного начала пепельной гнили на ранних этапах роста культуры необходимо проводить предпосевную об¬работку семян препаратом ТМТД, ВСК при норме расхода 6,0 л/т.
Оценку и отбор исходного материала для селекции сои на устойчивость к возбудителю пепельной гнили необходимо проводить в критические по влагообеспечению фазы бобообразования и налива семян. Формы сои с ос¬мотическим давлением клеточного сока, не превышающие 930 кПа, квали¬фицируются как сортообразцы, толерантные к пепельной гнили.
При создании толерантных к пепельной гнили сортов сои в качестве родительских форм использовать: Парма-Т, Вилана, Альба, Славия, Фора, КСХИ-709, Т-102.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агроклиматические ресурсы Краснодарского края. - Л.: Гидро- метиздат, 1975. - 276 с.
2. Адаптивные технологии возделывания масличных культур в юж¬ном регионе России. - Краснодар. - 2010. - 160 с.
3. Бабич А.А. Соя на корм. - М.: Колос, 1974. - 112 с.
4. Бабич О.А. Сучасне виробництво і використання сої. — Київ:
Урожай, 1993. - 430 с.
5. Барыкина Р.П., Кострикова Л.Н. и др. Практикум по анатомии растений: учебное пособие для студентов биологических вузов / под ред. Транковского Д.А. - 3-є изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1979. - 224 с.
6. Бейч А.В., Кашеварова Н.Н. Возделывание сои в Новосибирской области // Зерновое хозяйство. — 2006. - № 2. - С. 7-8.
7. Беккер З.Э. Физиология грибов и их практическое использование. - М.: Изд-во Московского университета, 1963. - С. 104-108.
8. Билай В.И. Фузарии. - Киев: Наукова Думка, 1977. - 441 с.
9. Билай В.И. Основы общей микологи. 2-е изд., перераб. и доп. -
Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980. - 360 с.
10. Билай В.И. Методы экспериментальной микологии // Справоч¬ник. - Киев: Наукова думка, 1982. - 552 с.