Сельскохозяйственная биология, 2010, № 3, с. 82-87.

УДК 633.111:632.4:632.4.01/.08

УСТОЙЧИВОСТЬ ИЗОГЕННЫХ ЛИНИЙ Thatcher С Lr-ГЕНАМИ К ВОЗБУДИТЕЛЮ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ

Л.Е. КОЛЕСНИКОВ, Э.А. ВЛАСОВА, Ю.Р. КОЛЕСНИКОВА

В течение 15 лет проводили мониторинг развития возбудителя бурой ржавчины на 22 изогенных образцах пшеницы с идентифицированными Lr-генами. В качестве основных показателей оценки патогенеза использовали число пустул на поверхности флагового листа, площадь пустулы, число спор в пустуле, тип реакции растений. Исследовали динамику развития микромицета и сопряженность пустулообразования со сроками учета. Рассчитана скорость патогенеза. Построена регрессионная модель, отражающая связь между действительной и условной степенью развития микромицета на поверхности флагового листа.

Ключевые слова: бурая ржавчина пшеницы, патогенез, изогенные линии Thatcher, Lr-гены.

Теоретическое обоснование набора устойчивых к основным возбудителям болезней сортов, их использование для предотвращения эпифитотий и реализации генетического потенциала зерновых культур относится к актуальным направлениям исследований (1).
Бурая ржавчина остается наиболее вредоносной болезнью пшеницы, несмотря на прогресс в изучении природы устойчивости растений, структуры и изменчивости популяций патогена, а также достижения практической селекции. В мире существуют различные программы создания сортов пшеницы с эффективными генами, длительно сохраняющими резистентность к бурой ржавчине, в связи с чем проводится поиск источников таких генов (2-4).
Целью нашей работы было изучение развития возбудителя бурой ржавчины пшеницы на изогенных линиях Thatcher с идентифицированными Lr-генами устойчивости.
Методика. Исследования выполняли в 1995-2006 годах в условиях опытного поля Пушкинских лабораторий генетики зерновых культур ГНУ ГНЦ РФ Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (Ленинградская обл.).
Растительным материалом послужили 22 изогенных образца пшеницы: KS-90-WGRC-1 (к-062377, Lr41); Francec (R.L.6084, Lr24); Thatcher x Aegilopssquarrosa (R.L.6043, Lr21); Thatcher x South Africa 43 (R.L.6009, Lr18); Thatcher x Webster (R.L.6016, Lr2a); Zse FL 310/6 x Th (R.L.6012, Lr23); Thatcher x Maria Escobar (R.L.6006, Lr14b); Thatcher x Exchange (R.L.6011, Lr12); Thatcher x Sonalika (R.L.6011, Lr11); Thatcher x Frontana (R.L.4031, Lr13); Thatcher x Kavkaz (R.L.6048, Lr26); Thatcher 6 x Exchange lut (R.L.6005, Lr16); Thatcher x Ae. squarrosa(R.L.6044, Lr22a); Thatcher x Terenzio(R.L.6059, Lr34); Thatcher x Demokrat lut (R.L.6002, Lr3а); Canthatch (к-44431, Lr22b); Thatcher x Carina (R.L.6019, Lr2b); Thatcher x Selkrirk (R.L.6013, Lr14a); сорт Ленинградка (восприимчивый стандарт); Thatcher x Exchange (R.L.6004, Lr10); Thatcher x Klein Annivarsario (R.L.6007, Lr3ka); Thatcher x Bage (R.L.6042, Lr3bg). Указанные образцы предлагалось использовать для тестирования вирулентности изолятов Pucciniarecondita Rob. ex Desm. f. tritici Erikss. (5). Растения высевали  на  делянки площадью 0,75 м2 (контроль и накопитель инфекции — сорт Ленинградка, который был высеян вдоль делянок).
Суспензией уредоспор P. recondita Rob. ex Desm. f. tritici Erikss. (местная популяция), собранных с озимых культур весной, инокулировали растения сорта Ленинградка в фазу полного формирования флагового листа, применяя опрыскивание (10 тыс. уредоспор/см³). Зараженные растения укрывали пленкой на каркасах для создания условий влажной камеры, благоприятствующих прорастанию уредоспор и внедрению паразита. Пленку снимали через 16-20 ч после заражения. Подсчитывали число пустул возбудителя сначала на целом листе, затем — в процессе патогенеза на 1 см² листовой поверхности. Для каждого образца пшеницы оценивали 20 растений. Всего за сезон проводили девять учетов в течение 38 сут с даты заражения восприимчивого сорта Ленинградка.
Средневременной показатель пустулообразования Q возбудителя  за период мониторинга рассчитывали по формуле трапеций:

,

[1]

где n — число учетов, Dti — промежуток времени между i-м и (i+1)-м учетами, Q(ti) — значение функции Q при i-м учете, Q(ti+1) — значение Q при (i+1)-м учете.
Условную степень развития возбудителей бурой ржавчины Rus на поверхности флагового листа оценивали по шкале Петерсона (5).
Показатель действительной (фактической) степени развития возбудителя R_d рассчитывали с использованием формулы:

где S_п. — площадь пустулы возбудителя, N_п.— число пустул, S_фл. — площадь поверхности флагового листа.
 Размеры пустул (по 20 шт. на флаговых листьях каждого образца пшеницы; повторность учетов 6-кратная) определяли при микроскопировании с окулярным микрометром K7^x («ЛОМО», Россия). Площадь пустулы (Sп.), предполагая ее эллиптическую форму, рассчитывали по формуле:
                 Sп. = m x pab,
где а и b — значения полуосей эллипса (в линиях окулярного микрометра), m — масштабный коэффициент микроскопа.
Число спор в пустуле учитывали с помощью камеры Горяева (7) в 5-кратной повторности.
Типы реакции растений на поражение возбудителем бурой ржавчины классифицировали по шкале Майнса и Джексона (8).
Данные обрабатывали методом описательной статистики (пакет Statistica 6.0). Сопряженность степени развития возбудителя со сроком учета оценивали методом корреляционного анализа.
Результаты. На рисунке 1 приведены графические модели (в форме тональных карт), отражающие интенсивность пустулообразования возбудителя бурой ржавчины пшеницы на образцах с разными Lr-генами устойчивости. Карты представляют собой двухмерное изображение трехмерной поверхности, описывающей сопряженность между развитием патогена и сроком учета.

Рис. 1. Тональная карта динамики пустулообразования возбудителя бурой ржавчины у изогенных линий пшеницы Thatcher с разными Lr-генами. Тональная шкала — число пустул (10-70 шт.). Восприимчивый сорт Ленинградка — контроль (искусственный инфекционный фон, Ленинградская обл., 1999-2006 годы).

Ранжирование образцов пшеницы по средневременным значениям показателя числа пустул возбудителя, числа спор в пустуле и площади пустулы (рис. 2) показало, что наименьшее число пустул было характерно для об-разца с геном устойчивости Lr24.
Степень неспецифической устойчивости образцов можно оценить по изменению скорости как производной числа пустул по времени, которая равна тангенсу угла наклона кривой, описывающей зависимость показателей степени поражения от срока учета.
 

Рис. 2. Ранжирование изогенных линий пшеницы Thatcher c разными Lr-генами (в порядке убывания) по устойчивости растений в зависимости от оцениваемого показателя: А — число пустул возбудителя бурой ржавчины на единицу площади флаговой листовой поверхности с учетом данных о типе реакции (0, 1, 2, 3 и 4 — соответственно иммунный, высоко-, умеренно устойчивый, умеренно восприимчивый и сильно восприимчивый); Б — площадь пустулы (гистограмма) и число спор в пустуле (график). Восприимчивый сорт Ленинградка — контроль (искусственный инфекционный фон, Ленинградская обл., 1995-2006 годы).

По результатам расчета производных (табл. 1) не выявлено симптомов развитии болезни на образце KS-90-WGRC-10 (к-062377) — носителе гена устойчивости Lr41. Наименьшей величиной производной характеризовался образец Francec (R.L.6084) с геном устойчивости Lr24, наибольшей — образец Thatcher x Bage (R.L.6042) с геном Lr3ka. На 30-е сут после заражения растений восприимчивого стандарта — сорта Ленинградка у 55 % образцов наблюдали замедление скорости патогенеза, о чем свидетельствуют отрицательные значения производных.
В таблице 2 приведены показатели суммарного числа уредоспор в пустулах, расчетной площади поражения возбудителем поверхности флагового листа и действительной степени развитии болезни.

По величине действительной (фактической) степени развития возбудителя (см. табл. 2) образцы распредели на две группы. К первой (R_d = 0-0,07 %) отнесли образцы KS-90-WGRC-10 (к-062377, Lr41), Francec (R.L.6084, Lr24), Zse FL 310/6 x Th (R.L.6012, Lr23), Thatcher 6 Í Exchange lut (R.L.6005, Lr16), Thatcher 6 x Demokrat lut (R.L.6002, Lr3а), Thatcher x Ae. squarrosa (R.L.6043, Lr21), Thatcher x South Africa 43 (R.L.6009, Lr18), Thatcher x Exchange (R.L.6011, Lr12), Thatcher x Maria Escobar (R.L.6006, Lr14b), Thatcher x Frontana (R.L.4031, Lr13), Thatcher x Kavkaz (R.L.6048, Lr26), Thatcher x Sonalika (R.L.6011, Lr11), Canthatch (к-44431, Lr22b), Thatcher x Terenzio (R.L.6059, Lr34), Thatcher x Ae. squarrosa(R.L.6044, Lr22a). Во вторую (R_d=0,20-0,28 %) вошли Thatcher x Exchange (R.L.6004, Lr10), Thatcher x Bage (R.L.6042, Lr3bg), Thatcher x Klein Annivarsario (R.L.6007, Lr3ka), Thatcher Í Selkrirk (R.L.6013, Lr14a), Thatcher x Webster (R.L.6016, Lr2a).

Рис. 3. Регрессионная модель зависимости между величиной условной (Rus) и действительной (Rd) степени развития возбудителя бурой ржавчины у изогенных линий пшеницы Thatcher с разнымиLr-генами (искусственный инфекционный фон, Ленинградская обл., 1999-2006 годы), 95 % доверительный интервал.

На основании полученных за период наблюдений данных предложено ура-внение линейной регрессии, отражающее связь между действительной R_d и условной R_us степенью развития бурой ржавчины пшеницы, определенной по шкале Петерсона (рис. 3).
Уравнение пошаговой регрессии, также характери-зующее указанную зависимость, имеет следующий вид:
R_d = 0,017814 + 0,012480R_us (коэффициент корреляции r = 0,8; коэффициент детерминации r₂ = 65,5 %). Использование пошаговой регрессии позволило из множества показателей патогенеза отобрать независимые переменные, наиболее значимые для адекватного представления исходных данных, что существенно повысило точность созданной регрессионной модели.
Таким образом, изученные особенности развития возбудителя бурой ржавчины пшеницы при различной экспрессии Lr-генов растения-хозяина позволяют охарактеризовать устойчивость большинства изогенных линий Thatcher как частичную, или устойчивость по типу медленного развития болезни. По комплексу показателей патогенеза отмечена утрата эффективности большинства изученных Lr-генов, используемых ранее в селекционно-генетической практике, что, возможно, связано с микроэволюционными процессами в популяциях возбудителя бурой ржавчины пшеницы. Результаты работы могут быть использованы в селекционно-генетических программах по созданию форм, устойчивых к популяциям возбудителя бурой ржавчины в условиях Северо-Западного региона России.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. З а х а р е н к о  В.А. Изучение иммунитета растений к вредным организмам в программе фундаментальных и прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 годы. Мат. II Всерос. конф. «Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам». СПб,  2008: 3-7.
2. М и х а й л о в а  Л.А. Генетика взаимоотношений возбудителя бурой ржавчины и пшеницы. СПб, 2006.
3. У р б а н о в и ч  О.Ю.,  М а л ы ш е в  С.В.,  Д о л м а т о в и ч  Т.В.,  К а р т е л ь  Н.А. Определение генов устойчивости к бурой ржавчине в сортах пшеницы (Triticum aestivum L.) с использованием молекулярных маркеров. Генетика, 2006, 42(5): 675-683.
4. Г у л ь т я е в а  Е.И.,  А л п а т ь е в а  Н.В.,  В л а с о в а  Э.А.,  К л и м е н т ь е в а  О.Э. Характеристика устойчивости к бурой ржавчине сортов пшеницы, возделываемых в России. В сб.: Лаборатория микологии и фитопатологии им. А.А. Ячевского ВИЗР. История и современность. СПб, 2007: 119-130.
5. M c I n t o s h  R.A.,  W e l l i n g s  C.R.,  Р а r к  R.F. Wheat rust: An atlas of resistance genes. Melbourne, Australia, CSIRO, 1995.
6. Г е ш е л е  Э.Э. Основы фитопатологической оценки в селекции растений. М., 1978.
7. О д и н ц о в а  И.Г.,  М и х а й л о в а  Л.А. Лабораторный метод определения неспецифической устойчивости пшеницы к бурой ржавчине. С.-х. биол., 1981, 1(16): 137-140.
8. M a i n s  E.B.,  J a c k s o n  H.C. Physiologic specialisation in leaf rust Pucciniatriticina Erikss. et Henn. Phytopathology, 1926, 16: 89-120.

RESISTANCE OF ISOGENIC LINES OF Thatcher WHEAT WITH Lr-GENES TO CURRENT POPULATIONS OF BROWN RUST IN THE CONDITIONS OF NORTH-WEST OF RUSSIA

L.E. Kolesnikov, E.A. Vlasova, Yu.R. Kolesnikova

During 15 years the authors made monitoring for the brown rust agent development on 22 isogenic varieties of wheat with identified Lr-resistance genes. As the main parameters of pathogenesis estimation were used such as pustules number, spores number in pustule, pustules area, the plant’s reaction type. The wheat sample with Lr-resistance gene was having the minimal size of rust’s pustules number, calculated for the flag leaf surface unit. Distribution of wheat samples for two groups of rust resistance with use of the calculation data for definition of the pathogen development actual size on flag leaf surface had carried out.

Key words: wheat leaf rust, brown rust of wheat, pathogenesis, Thatcher isogenic lines, Lr-genes.

Оформление электронного оттиска