Оценка на искусственном инфекционном фоне форм Malus orientalis – потенциальных источников генов устойчивости к парше яблони - Статья

Заражение паршой приводит к появлению характерных темно-оливковых, а позднее черных пятен в основном на листьях и плодах, однако критичным для производства является поражение плодов [1]. Барсуковой яблоня восточная поражается 4-й расой V. inaequalis [10], таким образом, устойчивые формы этой яблони будут обладать невосприимчивостью к 4-м расам парши. Интенсификация процесса селекции на устойчивость к парше яблони обеспечивается за счет отбора сеянцев на более ранних этапах онтогенеза растения, например, на стадии двух настоящих листьев. Целью нашего исследования являлась оценка устойчивости к парше на искусственном фоне шести семей сеянцев, полученных от свободного опыления шести относительно устойчивых форм M. orientalis. Так для сеянцев первой и третьей семьи интенсивность нарастания количества поразившихся растений при майской и последней в сезоне инокуляцией составил около 35 %.Было показано, что для точной выбраковки неустойчивых генотипов, в условиях Краснодарского края, необходимо проведение нескольких последовательных заражений паршой яблони в течение мая-июня.

Промышленное яблоневое садоводство связано с определенными рисками, существенным из которых является потеря урожая в результате болезней. Наибольший урон приносит парша яблони, вызываемая специализированным для этой садовой культуры микроскопическим грибом Venturia inaequalis (Cooke) G. Winter. В благоприятных для его развития и распространения условиях, характеризующихся повышенной влажностью (затяжные дожди и обильные росы) и относительно невысокими поздневесенними и летними температурами, происходит возникновение эпифитотийной ситуации в саду. Заражение паршой приводит к появлению характерных темно-оливковых, а позднее черных пятен в основном на листьях и плодах, однако критичным для производства является поражение плодов [1].

Жизненный цикл фитопатогена состоит из двух этапов: полового и бесполого, что увеличивает приспособительный потенциал патогена и затрудняет борьбу с ним [2]. Изучение внутривидовой структуры V. inaequalis в промышленных садах Краснодарского края и республики Адыгея показало высокий уровень дифференциации патогена: было найдено 10 биотипов, различающихся морфолого-культуральными, биологическими и другими особенностями [3, 4].

Основным методом контроля парши яблони пока что остается химический способ, характеризующийся применением фунгицидных препаратов. Для получения качественного продукта в промышленных насаждениях яблони требуется 6, 15, а в некоторых случаях и 20 пестицидных обработок за сезон. Это приводит к удорожанию продукции и снижению экологичности садоводства. Одним из способов снижения пестицидного прессинга может быть создание генотипов растения-хозяина с устойчивостью к заболеванию [5].

Согласно новой классификации генов устойчивости, предложенной Bus et al., на данный момент идентифицировано 17 из них [6]. Широко в селекционной практике используется, такие гены как Vm, Vr, Va, Vf. Однако наиболее востребованным в современной селекционной практике является ген Vf, выделенный из клона M. x floribunda 821, который обеспечивает полный иммунитет к пяти расам V. inaequalis. Между тем эффективный до недавнего времени ген был преодолен популяцией парши 6-й и 7-й рас. Впервые эти расы были зафиксированы в Германии и Англии [7] и ареал их стремительно расширяется (СНГ, Белоруссия) [8].

Поэтому актуальным в селекционном процессе является поиск новых источников устойчивости к парше, в основном на диких видах яблони, а также получение сортов с устойчивостью на основе комбинации нескольких генов устойчивости в одном генотипе [9].

Интересным источником возможных детерминант устойчивости является яблоня восточная - Malus orientalis Uglitzk, произрастающей на Кавказе в дикорастущем состоянии. Наличие больших естественных популяций дикой яблони находящихся под постоянным прессингом разнообразных форм природных популяций парши, обеспечивает появление устойчивых генотипов растения-хозяина. По данным О.Н. Барсуковой яблоня восточная поражается 4-й расой V. inaequalis [10], таким образом, устойчивые формы этой яблони будут обладать невосприимчивостью к 4-м расам парши. Интерес к M. orientalis существует и в мировой селекционной науке. На территории Северного Кавказа РФ и Закавказья за последние 20-лет было проведено нескольких международных экспедиций для отбора ее генотипов [11, 12].

Интенсификация процесса селекции на устойчивость к парше яблони обеспечивается за счет отбора сеянцев на более ранних этапах онтогенеза растения, например, на стадии двух настоящих листьев. Такой подход сокращает время изучения устойчивости гибридов к болезням, и позволяет оптимизировать объемы площадей, отводимых под селекционные участки [13].

Целью нашего исследования являлась оценка устойчивости к парше на искусственном фоне шести семей сеянцев, полученных от свободного опыления шести относительно устойчивых форм M. orientalis.

Материалы и методы

Исследования проводили 2016-2017 гг. в лаборатории генетики и микробиологии, на вегетационной площадке СКЗНИИСИВ (Краснодар), а также на коллекции генотипов яблони МОС ВИР (Майкоп). Объектами исследований являлись семьи сеянцев, полученные от свободного опыления шести относительно устойчивых по многолетним наблюдениям форм яблони восточной из Закавказья и характеризовавшихся баллом поражения 2 и 3 (табл. 1) [14].

Семена были извлечены из зрелых плодов, подсушены и до стратификации хранились в бумажных пакетах в бытовом холодильнике. В конце февраля-начале марта семена стратифицировали в течении месяца во влажном песке при температуре 6ОС и высевали в грунт. После появления первых двух и более настоящих листьев производили заражение сеянцев сборным инокулюмом V. inaequalis, состоящим, как из естественных популяций парши яблони этого года, так и из in vitro культуры парши яблони коллекции штаммов лаборатории, полученных из конидий или аскоспор патогена [15, 16]. Заражение проводили из ручного пульверизатора суспензией спор в концентрации 40-50 спор в поле зрения микроскопа (90-х увеличение). Инокуляцию осуществляли в вечернее время при температуре 16-18ОС с обязательным предварительным поливом, после чего сеянцы укрывали пленкой на сутки или двое, для создания влажной камеры [17].

Таблица 1 - Характеристика устойчивости к парше различных коллекционных форм Malus orientalis по результатам многолетнего наблюдения

№ № в каталоге коллекции ВИР Происхождения образца Поражение паршой, балл Лет наблюдений лист плод

1 17979 Грузия 3 2 9

2 17982 Грузия 2 2 14

3 17984 Грузия 2 2 13

4 17990 Грузия 2 2 14

5 17985 Грузия 2 2 15

6 3080 Азербайджан 3 3 9

Оценку результатов заражения проводили через 30 дней после инокуляции с использованием количественной шкалы, которая отражает площадь участков спороношения на поверхности листа (всего 6 баллов) [17]. Степень поражения изучаемых образцов сравнивали с контрольным образцом - сеянцы сорта Ренет Симиренко.

Результаты и их обсуждение

В течении двух лет исследований были проведены 3 последовательные инокуляции семей сеянцев от свободного опыления. Характер развития болезни при разных сроках заражения представлен на рисунке 1. Как видно из гистограммы в целом для всех образцов степень поражения растений возрастала с более поздним сроком инокуляции.

Наибольшее количество пораженных сеянцев было отмечено в семье от первого образца, доля пораженных растений составила почти 75 % от общего количества на момент последней в сезоне инокуляции (июнь). Также достаточно высоким оказалось колво пораженных сеянцев в семьях третьего и четвертого образца, 45,4 и 39,2 % соответственно. Наименьшая доля пораженных растений была отмечена в семьях сеянцев, полученных от 1 и 5 образцов, она составила около 19 % от общего количества растений на момент последней июньской инокуляции патогеном. В семье сеянцев от шестого образца количество пораженных составила 29,4 %. Доля пораженных сеянцев сорта Ренет Симиренко составила 80%.

Рисунок 1 - Динамика заражения сеянцев от свободного опыления различных образцов Malus orientalis в зависимости от даты инокуляции паршой яблони, % пораженных растений

Темп нарастания степени заражения различных семей сеянцев в зависимости от срока инокуляции также значительно различался и в целом зависел от общей доли пораженных растений. Так для сеянцев первой и третьей семьи интенсивность нарастания количества поразившихся растений при майской и последней в сезоне инокуляцией составил около 35 %. При этом у менее поражаемых семей 2 и 5 он составил лишь 8 и 10 % соответственно.

Оценка доли пораженных растений на конкретный балл поражения также показал различия в изученных семьях сеянцев (табл. 2). Так высший балл поражения при всех сроках заражения был отмечен только в семьях сеянцев образцов 1 и 6, и на контроле.

Таблица 2 - Доля здоровых и пораженных на искусственном фоне сеянцев различных образцов Malus orientalis от свободного опыления, % от общего колва

№ образца Баллы поражения

0 1 2 3 4 5 дата оценки 06.06.2016

1 39 24 16 12 4 4

2 90 7 3 1 0 0

3 69 22 6 0 1 0

4 79 11 4 0 0 0

5 86 8 4 1 0 0

6 78 15 4 2 0 1

7 - контроль 20 4 6 21 26 20 дата оценки 28.06.2016

1 20 18 20 17 16 4

2 82 11 7 1 0 0

3 53 20 22 2 2 0

4 59 22 16 0 2 0

5 81 15 3 0 1 0

6 71 16 10 2 1 0

7 - контроль 13 4 10 22 27 16 дата оценки 08.05.2017

1 56 9 7 9 7 10

2 96 3 1 0 0 0

3 90 2 4 1 1 0

4 78 10 6 2 2 0

5 90 6 2 2 0 0

6 82 6 2 6 1 2

7 - контроль 16 10 12 8 18 29

При этом доля зараженных на 5 баллов сеянцев при инокуляции в начале следующего сезона, когда процент пораженных растений был невелик, увеличилась. Эта тенденция также просматривалась и на контроле. Для семьи образца №6 на этот срок инокуляции также происходит увеличение доли зараженных растений на 4 балла. Единственная семья от образца №2 не имела растений, пораженных на 4 балла по итогам второго заражения 2016 года, остальные семьи (за исключением №1 и контроля) имели по одному или двум поразившимся сеянцам.

Количество заболевших растений на уровне трех баллов было ощутимо высоким во всех вариантах заражения только для семьи №1 и контроля. Для остальных семей встречались 1 или 2 зараженных растения, для образца №6 несколько больше при заражении в мае 2017 года.

В целом, для всех семей, кроме 1 и контроля, основной пул поразившихся сеянцев имел поражения на 1-2 балла. Для контроля ситуация была обратная - основная масса заболевших растений были с баллом поражения 4 и 5.

Наибольшая доля здоровых растений была характерна для семей №2 и 5 и составила около 80%, в семье №6 - 71%, в семьях №3 и 4 - около 50-60%, а наименьшая в семьях контрольных образцов (№7) и № 1, где процент непораженных растений составил от 13 до 20% (таблица 2).

Для проведения искусственного заражения лучшим, многими авторами, считается период конца весны и начала лета [17]. Это с одной стороны определяется благоприятными внешними условиями (пониженные положительные температуры воздуха, выпадение осадков и рос) для развития инфекции, а с другой отсутствием полевой устойчивости у более молодых листьев. Между тем, нами было показано на исследуемых образцах, что при относительно более поздней инокуляции ее эффективность, выражающаяся в количестве пораженных растений, оказалась выше. При этом на контрольной семье мы не наблюдали развития такой тенденции, что может говорить о развитии приспособительной реакции популяции парши к относительной устойчивости в семьях, изученных образцов M. orientalis. В связи со комплексностью первоначального инокулюма для заражения, в процессе развития имел место, во-первых, отбор более приспособленных биотипов парши и, во-вторых, влияние естественного инфекционного фона, развивавшегося за этот период в популяции сеянцев яблони.

Хотя сроки инокуляции были оптимальными, полученные данные указывают на необходимость проведения нескольких заражений изучаемого селекционного материала. Это позволяет приспособится используемой популяции парши к генотипам сеянцев, нарастив долю наиболее агрессивных для растения-хозяина биотипов. В природных популяциях парши отбор наиболее агрессивных вариантов-генотипов, в течение сезона вегетации хозяина, обычная стратегия [18].

Все полученные семьи сеянцев M. orientalis от свободного скрещивания показали наличие устойчивости к парше яблони по сравнению с контролем. Однако степень проявления этого признака была различной во всех семьях. Наиболее устойчивые, по количеству здоровых растений, оказались семьи от родительских форм №2, 5 и 6, в меньшей мере № 4 и 3 и самые слабоустойчивые были сеянцы от свободного опыления образца M. orientalis № 1, в котором доля непораженных растений оказалась самой низкой, однако это количество было также выше по сравнению с контролем. Также все семьи форм M. orientalis отличались от контроля и количеством слабо и сильно пораженных растений. Таким образом, все изученные формы яблони восточной показали устойчивость к парше яблони и могут быть использованы для интрогрессии интересующего признака в культурные формы яблони. Наиболее перспективными оказались образцы №2, 5 и 6.

Было показано, что для точной выбраковки неустойчивых генотипов, в условиях Краснодарского края, необходимо проведение нескольких последовательных заражений паршой яблони в течение мая-июня. По результатам искусственного инфекционного фона были отмечены три формы M. orientalis из шести изученных наиболее перспективных для интрогрессии новых генетических детерминант устойчивости в культурный генофонд яблони.

1. Якуба, Г.В. Экологизированная защита яблони от парши в условиях климатических изменений: монография / Г. В. Якуба. - Краснодар: ГНУ СКЗНИИСИВ, 2013, 213 с.

2. Насонов, А. И. Парша яблони: особенности возбудителя и патогенеза / А. И. Насонов, И. И. Супрун // Микология и фитопатология. - 2015. - Т. 49. - Вып. 5. - С. 275-285.

3. Насонов, А.И. Оценка морфолого-культуральных особенностей аскоспоровых изолятов возбудителя парши яблони / А.И. Насонов // Научные труды Государственного научного учреждения Северо-кавказского зонального научно-исследовательского института садоводства и виноградарства Российской академии наук. - Краснодар. ФГБНУ СКЗНИИСИВ, 2016. - Т. 9. - С. 187 - 192.

4. Насонов, А.И. Особенности генетического разнообразия Venturia inaequalis в садовых насаждениях Краснодарского края и республики Адыгея / А.И. Насонов, Г.В. Якуба // Научные труды Государственного научного учреждения Северо-кавказского зонального научно-исследовательского института садоводства и виноградарства Российской академии наук. - Краснодар. ФГБНУ СКЗНИИСИВ, 2016. - Т. 9. - С. 180 - 186.

5. Грязев В.А. Планета Земля нуждается в исцелении. Ростов на Дону, 2006. 212с.

6. Bus, V. G. M. Revision of the nomenclature of the differential host-pathogen interactions of Venturia inaequalis and Malus / V. G. M. Bus et al. //Annual Review of Phytopathology. - 2011. - V. 49. - P. 391-413.

7. Roberts, T. Apple scab resistance from Malus floribunda 821 (Vf) is rendered ineffective by isolates of Venturia inaequalis from Malus floribunda / T. Roberts, I. Crute // Norwegian Journal of Agricultural Science. - 1994. - 17, 403-406.

8. Козловская З.А. Научные основы селекции яблони для интенсивных садов Беларуси: автореф. Дис. … д-ра с.-х. наук: 06.01.05 / З.А Козловская; БГСХА. - Горки, 2006. - 39 с.

9. Жданов, В.В. Отбор на дигенную устойчивость яблони к парше / В.В. Жданов, Е.Н. Седов // Генетика. 2002, 38(12): 1663-1668.

10. Барсукова, О. Н. Генофонд рода Malus Mill. и его иммунологическая характеристика для целей селекции: Автореф. дис. …докт. с.-х. наук / О.Н. Барсукова. - СПБ., 1993 - 48с.

11. Volk, G. M. Genetic diversity and disease resistance of wild Malus orientalis from Turkey and Southern Russia / G. M. Volk et al. //Journal of the American Society for Horticultural Science. - 2008. - V. 133, №. 3. - P. 383-389.

12. Hanke, M. V. Collecting fruit genetic resources in the North Caucasus region / M. V. Hanke, H. Flachowsky, M. Hofer et al. //Journal fur Kulturpflanzen-Journal of Cultivated Plants. - 2012. - V. 64, №. 4. - P. 126.

13. Супрун, И.И. Эффективность отбора сеянцев яблони в школке на устойчивость к парше и мучнистой росе / И.И. Супрун, А.И. Насонов, Г.В. Якуба, Е.В. Лободина, О.Н. Барсукова // Плодоводство и виноградарство Юга России. 2016. № 38 (2). С. 117-129.

14. Каталог Мировой Коллекции ВИР. Виды, разновидности и формы рода Malus Mill. Выпуск № 781. Сост. О.Н. Барсукова, под ред. В.В. Пономаренко. 2007. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ ВИР. - 27 с.

15. Насонов, А.И. Использование моноаскоспоровых изолятов в популяционных исследованиях Venturia inaequalis / А.И. Насонов, И.И. Супрун // Современные решения в развитии сельскохозяйственной науки и производства: Международный саммит молодых ученых: материалы конф. Краснодар, 26-30 июля 2016 г. - С. 124-128.

16. Насонов, А.И. Получение аскоспоровой культуры гриба Venturia inaequalis в лабораторных условиях / А.И. Насонов, Г.В. Якуба, И.И. Супрун // Микология и фитопатология. - 2016. - Т. 50. - № 2. - С. 131-132.

17. Жданов, В.В. Селекция яблони на устойчивость к парше / В.В. Жданов, Е.Н. Седов. - Тула: Приок. кн. изд-во, 1991. - 208 с.

18. Дорожкин, Н. А. Проблемы иммунитета сельскохозяйственных растений к болезням / Н. А. Дорожкин, С. И. Бельская, Е. А. Волуевич и др. - Минск: Наука и техника, 1988. - 248 с.

References

1. Jakuba, G.V. Jekologizirovannaja zashhita jabloni o tparshi v uslovijah klimaticheskih izmenenij: Monografija / G.V. Jakuba. - Krasnodar: GNUSKZNIISIV, 2013. - 213 s.

2. Nasonov, A.I. Parsha jabloni: osobennosti vozbuditelja I patogeneza / A.I. Nasonov, I.I. Suprun // Mikologija I phitopatologija. - 2015. - Т. 49. - № 5. - S. 275-285.

3. Nasonov, A.I. Ocenka morfologo-kul"tural"nyh osobennostej askosporovyh izoljatov vozbuditelja parshi jabloni / A.I. Nasonov // Nauchnye trudy Gosudarstvennogo nauchnogo uchrezhdenija Severo-kavkazskogo zonal"nogo nauchno-issledovatel"skogo instituta sadovodstva i vinogradarstva Rossijskoj akademii nauk. - Krasnodar. FGBNU SKZNIISIV, 2016. - T. 9. - S. 187 - 192.

4. Nasonov, A.I. Osobennosti geneticheskogo raznoobrazija Venturia inaequalis v sadovyh nasazhdenijah Krasnodarskogo kraja i respubliki Adygeja / A.I. Nasonov, G.V. Jakuba // Nauchnye trudy Gosudarstvennogo nauchnogo uchrezhdenija Severo-kavkazskogo zonal"nogo nauchno-issledovatel"skogo instituta sadovodstva i vinogradarstva Rossijskoj akademii nauk. - Krasnodar. FGBNU SKZNIISIV, 2016. - T. 9. - S. 180 - 186.

5. Grjazev V.A. Planeta Zemlja nuzhdaetsja v iscelenii. Rostov na Donu, 2006. 212s.

6. Bus, V. G. M. Revision of the nomenclature of the differential host-pathogen interactions of Venturia inaequalis and Malus / V. G. M. Bus et al. //Annual Review of Phytopathology. - 2011. - Т. 49. - С. 391-413.

7. Roberts, T. Apple scab resistance from Malus floribunda 821 (Vf) is rendered ineffective by isolates of Venturia inaequalis from Malus floribunda / T. Roberts, I. Crute // Norwegian Journal of Agricultural Science. - 1994. - 17, 403-406.

8. Kozlovskaja, Z.A. Nauchnye osnovy selekcii jabloni dlja intensivnyh sadov Belarusi: avtoref. Dis. … d-ra s.-h. nauk: 06.01.05 / Z.A Kozlovskaja; BGSHA. - Gorki, 2006. - 39 s.

9. Zhdanov V.V., Sedov E.N. Otbor na digennuju ustojchivost" jabloni k parshe // Genetika. 2002.-V. 38(12).- S. 1663-1668.

10. Barsukova, O. N. Genofond roda Malus Mill. i ego immunologicheskaja harakteristika dlja celejselekcii: Avtoref. dis. …dokt. s.-h. nauk / O.N. Barsukova. - SPB., 1993 - 48 s.

11. Volk, G. M. Genetic diversity and disease resistance of wild Malus orientalis from Turkey and Southern Russia / G. M. Volk et al. //Journal of the American Society for Horticultural Science. - 2008. - Т. 133. - №. 3. - С. 383-389.

12. Hanke, M. V. Collecting fruit genetic resources in the North Caucasus region / M. V. Hanke, H. Flachowsky, M. Hofer et al. //Journal fur Kulturpflanzen-Journal of Cultivated Plants. - 2012. - Т. 64. - №. 4. - С. 126.13. Zhdanov, V.V. Metodika rannego otbora ustojchivyh k muchnistoj rose genotipov jabloni na iskusstvennom infekcionnom fone / V.V. Zhdanov, E.N. Sedov // Selekcija I sortovedenie sadovyh kul"tur. Orel, 1996. - S. 35-43.

13. Suprun, I.I. Jeffektivnost" otbora sejancev jabloni v shkolke na ustojchivost" k parshe imuchnistoj rose / I.I. Suprun, A.I. Nasonov, G.V. Jakuba, E.V. Lobodina, O.N. Barsukova // Plodovodstvo I vinogradarstvo Juga Rossii.- 2016. -№ 38 (2).- S. 117-129.

14. Katalog Mirovoj Kollekcii VIR. Vidy, raznovidnosti I formy roda Malus Mill. Vypusk № 781. Sost. O.N. Barsukova, pod red. V.V. Ponomarenko. 2007. - Sankt-Peterburg: GNC RF VIR. - 27 s.

15. Nasonov, A.I. Poluchenie askosporovoj kul"tury griba Venturia inaequalis v laboratornyh uslovijah / A.I. Nasonov, G.V. Jakuba, I.I. Suprun // Mikologija I fitopatologija. - 2016. - T. 50. - № 2. - S. 131-132.

16. Nasonov, A.I. Ispol"zovanie monoaskosporovyh izoljatov v populjacionnyh issledovanijah Venturia inaequalis / A.I. Nasonov, I.I. Suprun // Sovremennye reshenija v razvitii sel"skohozjajstvennoj naukii proizvodstva: Mezhdunarodnyj sammit molodyh uchjonyh: materialy konf. Krasnodar, 26-30 ijulja 2016 g. - S. 124-128.

17. Zhdanov, V.V. Selekcija jabloni na ustojchivost" k parshe / V.V. Zhdanov, E.N. Sedov. - Tula: Priok. kn. izd-vo, 1991. - 208 s.

18. Dorozhkin, N. A. Problemy immuniteta sel"skohozjajstvennyh rastenij k boleznjam / N. A. Dorozhkin, S. I. Bel"skaja, E. A. Voluevich i dr. - Minsk: Nauka i tehnika, 1988. - 248 s.

Размещено на .ru