Антракноз льна: селекция на устойчивость

Карпунин Б.Ф.

Антракноз льна: селекция на устойчивость: монография. – М.:                    2015. – 160 с., илл.

УДК 633.521: 631.524.02

ББК 40.728:42.16 К 56

Рецензент: Л.Н. Курчакова, доктор сельскохозяйственных наук

 

Настоящая монография является результатом одной из тематик многолетней работы автора во ВНИИ льна (г. Торжок Тверской области), ВНИИ механизации льноводства (г. Тверь) и в собственной частной консультационной компании ООО «Лёнтехномаш».

Представленная работа является по–сути продуктом «ноу–хау» – оригинальной, подробной методикой селекции льна–долгунца к наиболее распространённому в настоящее время заболеванию – антракнозу. Автором проработано большое количество гибридного материала и созданы новые генотипы, которые являются донорами и источниками устойчивости, сочетая хозяйственно–ценные признаки льна прядильного. Впервые проведён генетический анализ и выявлено два больших гена неполной вертикальной устойчивости, на основе которых и был создан новый селекционный материал. Все полученные автором результаты могут быть легко повторены другим исследователями в процессе практической селекции. Внедрение результатов этой работы будет существенным шагом в движении технологии льна–долгунца в сторону органического земледелия.

Монография предназначена для научных работников – селекционеров, преподавателей, аспирантов, студентов биологических специальностей высших учебных заведений.

Автор выражает огромную признательность Карпуниной Юлии Терентьевне за её помощь, знания и навыки, сделавшие возможными эти исследования.

© Б.Ф. Карпунин, автор, 2015

 

 

 

Содержание

 

Введение

1. Возбудитель антракноза

2. Симптомы и патогенез антракноза

3. Методы создания инфекционного фона для искусственного заражения льна

    антракнозом................................

4. Генетика устойчивости льна-долгунца к антракнозу

      4.1 Патогенез антракноза на различающихся по устойчивости формах льна

      4.2 Устойчивость к антракнозу образцов мировой коллекции льна

      4.3 Устойчивость к антракнозу селекционных линий льна-долгунца

5. Генетический анализ устойчивости льна к антракнозу

      5.1 Диаллельный анализ устойчивости льна к антракнозу

      5.2 Наследование устойчивости к антракнозу в гибридных популяциях

6. Наследование хозяйственно-ценных признаков при скрещивании с донорами

    устойчивости льна к антракнозу

7. Методика  селекции устойчивых к антракнозу сортов льна-долгунца

      7.1 Создание инфекционного фона в полевых условимях

      7.2 Лабораторный метод оценки

      7.3 Выделение, размножение, определение вирулентности изолятов возбудителя

             антракноза

8.   Отбор на устойчивость к антаркнозу в расщепляющихся гибридных популяциях

       льна

Заключение

Литература

 

 

Представляем отдельные фрагменты монографии:

 

 

Введение

Мировое сельское хозяйство в последние десятилетия последовательно развивается в сторону применения экологических технологий, сокращения или отказ от использования пестицидов в органическом земледелии. Это в полной мере касается борьбе с болезнями растений в первую очередь путём создания устойчивых сортов. На льне прядильном современные технологии предполагают применение целого спектра химических средств: инсектицидно-фунгицидных протравителей семян и гербицидов для получения качественного текстильного сырья. Селекция сортов льна-долгунца устойчивых к болезням (ржавчине, фузариозу, антракнозу, пасмо и пр.) является перспективным методом снижения пестицидной нагрузки в посевах, повышения урожайности и качества льнопродукции.

 

Антракнозы являются одной из наиболее вредоносных и распространённых групп болезней сельскохозяйственных культур в мировом сельском хозяйстве. В Российской Федерации ощутимый экономический вред наносит антракноз тыквенных, бобовых, паслёновых и других культур (Котова В.В., Кунгурцева О.В., 2014)

 

Антракноз льна до сих пор является широко распространённым и вредоносным заболеванием. До массового внедрения химических протравителей семян льна болезнь являлась причиной гибели больших массивов льна в фазе всходов. С появлением эффективных протравителей, которые на первых порах были высокотоксичными ртутьсодержащими препаратами (меркуран, гранозан) вред от антракноза был снижен. С появлением следующих, менее токсичных поколений      фунгицидных протравителей (тераметилтиурамдисульфид, тебуконазол) болезнь также удавалось контролировать в определённых рамках.

 

Но и в последние десятилетия 20-го века антракноз был распространён во всех льносеющих регионах СССР и ежегодно наносил экономически ощутимый вред. Снижение объёма обработки семян фунгицидными протравителями в последние 15 -20 лет способствовало распространению антракноза в начале 21 века. Так, в 2010 году заболевание было обнаружено на 15,5 тыс. га, а обработки протравителями были проведены только на 4,81 тыс. га. В 2011 году антракноз был обнаружен на 24,3 тыс. га или более чем на 40% посевных площадей (Обзор фитосанитарного состояния посевов...,  2011).

 

Безусловно, современные протравители позволяют существенно снизить вред от антракноза в фазе всходов, но могут отрицательно влиять на развитие молодых растений льна. Селекция на устойчивость могла бы снизить уровень заражения семян и сделать технологии возделывания льна более экологически чистыми. Современные сорта льна- долгунца являются устойчивыми к наиболее опасным болезням: ржавчине и фузариозному увяданию льна (Павлова Л.Н. и соавт., 2011). Поэтому распространённость этих болезней с 80-х годов 20 века существенно снизилась и на первое место по распространённости и вредоносности вышли болезни, вызываемые необлигатными патогенами: антракноз, бактериоз, фузариозное побурение стеблей, крапчатость и пр.

 

Селекция на устойчивость к большинству этих патогенов более сложна и трудоёмка, чем к узкоспециализированным микроорганизмам, взаимоотношение льна с которыми хорошо укладывается в теорию «ген-на ген» (Я. Ван дер Планк, 1972).

 

1. Возбудитель антракноза

Симптомы антракноза льна описал H.L. Bolley, в 1912 году он открыл возбудителя болезни, в 1932 году Bolley и Manns опубликовали определение гриба - возбудителя антракноза льна и дали ему современное название (H. L. Bolley, T. F. Manns, 1932).

Возбудитель антракноза льна Colletotrichum lini Manns et Bolley относится к классу Coelomycetes в подотделе Fungi Imperfecti (цит. по В.А. Мельник, 1985), порядку спородохиальные Acervulales, роду Colletotrichum (Н.М. Пидопличко, 1977).

В процессе своего развития гриб формирует под кутикулой спороложа (ацервулы), в которых образуются щетинки и короткие конидиеносцы (рис. 1.1). По мере роста щетинок и конидиеносцев эпидермис прорывается и конидиеносцы выносят конидии наружу (Л.И. Курсанов, 1940, Н.Н. Лучина, 1981).

 

Половая стадия у С. lini не обнаружена (О.Я. Стрельская, 1961), отмечено явление гетерокариозиса (G.M. Hoffmann, 1959). Гриб образует одноклеточные гаплоидные конидии)    - оранжевые, желтоватые, красноватые или бесцветные с капельками жира внутри; продолговато - цилиндрические, слабо изогнутые или прямые, с закруглёнными концами. Размер конидий 14,3-21 ,4 х 2,9-5,7 мкм. Щетинки с 2-3 перегородками, кверху утончающиеся, длиной 64,3-157,3 мкм, толщиной у основания 2,9-7,1 мкм (Л.И. Курсанов, 1940, А.С. Бондарцев, 1931, Э. Шиллинг, 1931). Мицелий членистый, бесцветный, позднее буреет. Ацервулы, т.е. плотные сплетения гиф, размером до 200 мкм с массой конидий, могут иметь щетинки. Гриб в виде высохших ацервул может переносить повышенные температуры, кратковременную дезинфекцию спиртом, не теряя своей жизнеспособности (G.M. Hoffmann, 1959).

 

На территории Российской Федерации и льносеющих республик бывшего СССР встречаются штаммы С. lini (таблица 1.1) со следующими культуральными признаками изолятов. В Российской Федерации чаще встречались штаммы черные и серые (рис. 1.3 и 1.4), которые и составляют основную популяцию гриба, реже - оранжевые слизистые (рис.1.5) и коричневые (рис. 1.6). Вирулентность изолятов C. lini по отношению к сортам льна не зависит от их культуральных признаков (Ю.Т. Карпунина, 1970, Б.Ф. Карпунин, 1983, 1990).

 

2. Симптомы и патогенез антракноза льна

 

     

Антракноз льна проявляется во все фазы развития растений и может поражать все органы (А.Н. Клечетов, 1928; В.С. Бахтин, 1929; А.С.Бондарцев, 1931; Н. А. Наумов,1952; Ю.Т. Карпунина, 1970, Н.Н. Лучина, 1981). Опасность вторичного поражения растений в поздние фазы созревания заключается в том, что приводит к сильному снижению выполненности льносемян и проникновению в них патогена (M. Hiura, 1924; А.Н. Клечетов, 1928). Вторичное заражение антракнозом созревающих семян - основной путь распространения болезни в посевах льна. Льняные блошки ускоряют этот процесс.

 

Анализ литературных приведённых выше данных и собственных исследований, наблюдений автора позволяет сделать заключение, что массовое распространение антракноза происходит весной споровой инфекцией из заражённых проростков на здоровые молодые растения. Соблюдение севооборота не позволяет снизить развитие эпифитотии, если семена были заражены. И наоборот, посев здоровыми, либо протравленными семенами не приводит к сильному заболеванию всходов льна антракнозом, даже в монокультуре. Сохранение C. lini в почве в сапрофитной фазе жизнедеятельности (и возможность заражения льна через почву) является адаптивным механизмом сохранения гриба, делающего его необлигатным, но специализированным паразитом. Таким образом, основным путём заражения всходов льна (полученных из здоровых семян) антракнозом является прорастание спор на зелёных тканях молодых растений, почвенное заражение носит подчинённый характер.

 

5. Генетический анализ устойчивости льна к антракнозу

 

Поражение в виде пятен на семядолях, не захватывающих все листовую пластинку (средняя степень поражения), чаще всего не приводит к гибели растений, однако такие растения отстают в росте, что влечёт за собой образование подседа. Сильная степень поражения (полностью поражённые семядоли, перетяжки на корнях и гипокотиле) зачастую приводит к отмиранию точки роста и всего растения, вызывая изреживание или гибель посевов льна. Сильное поражение и гибель всходов является одной из причин накопления инфекционного начала в почве и развития вторичного поражения.

 

Поражение всходов льна антракнозом сильно снижают урожай и качество волокна (А.Н. Клечетов, 1928; А.С. Бондарцев, 1931; Н.А. Наумов, 1952; Н.Н. Лучина, А.Ф. Марковец, 1962). По данным Ю.Т. Карпуниной (1970), здоровые и слабо поражённые в фазу всходов растения в дальнейшем не различались по весу и высоте растений. Средне поражённые были на 15% легковеснее и на 10% короче, а сильно поражённые имели массу на 37% меньше и были на 28% короче, чем здоровые и слабо поражённые антракнозом в фазу всходов растения. Урожай волокна при сильном поражении льна антракнозом может снижаться на 37,5%. Исходя из этих данных Б.Ф. Карпуниным на базе международной шкалы BBCH (K. Heller, M. Byczynska, 2004) была разработана и применена на практике шкала устойчивости растений льна к антракнозу:

0 - здоровые растения или точечные некрозы на семядолях. Устойчивость к болезни высокая.

1 - слабая степень поражения, на семядолях некротические, сливающиеся пятна размером до 1 мм, точки (реакция сверхчувствительности). На настоящих листьях могут быть точечные некрозы, на стеблях - единичные оранжевые штрихи. Устойчивые растения.

2 - средняя степень поражения, отмирание одной семядоли, либо крупные пятна на обоих семядолях, коричнево­оранжевые пятна на стеблях. Средневосприимчивые растения.

3 - сильная степень поражения, отмирание семядолей или поражение точки роста, язвы и перетяжки на стебле и гипокотиле (на уровне почвы и месте прикрепления семядолей). Восприимчивые растения.

4 - очень сильное поражение, выражающееся в гибели

растений. Сильная восприимчивость

 

Возбудитель антракноза является факультативным сапрофитом, способным использовать в качестве питательного субстрата растительные остатки не только льна, но и других сельскохозяйственных культур, а также сорняков. Вместе с тем гриб C. lini обладает высокой паразитической способностью только на льне, то есть является узкоспециализированным паразитом, поражающим лишь некоторые виды из рода Linum (B.C. Бахтин, 1929; Н.А. Наумов, 1952; Ю.Т. Карпунина, 1970;

Н.Н. Пидопличко, 1977). Узкая специализация паразита, приспособленность его к одному, или немногим родственным видам, позволяет рассчитывать на успех селекции на устойчивость к этому патогену.

Динамика развития антракноза на устойчивом генотипе льна (к-7912) может быть описана следующей зависимостью:

         у(%) = 0,557 +26,6

                               1+2870 е^-1,24х),

где:

y - развитие болезни, %

х - количество суток, прошедшее от начала заражения спорами   гриба         С.      lini

Максимальная степень поражения при данных условиях, %:

lim_(x->infmity) (0,557+26,6/(1+2870/e^{(1,24 x)})) = 27,2

 

антракноз льна Карпунин Б.Ф.

антракноз льна Карпунин Б.Ф.

 

Заключение

 

В результате многолетней работы автором решена как в теории, так и практической работе проблема селекции льна-долгунца к одной из наиболее вредоносных болезней - антракнозу:

а)   изучен патогенез болезни на различающихся по устойчивости сортах льна. С помощью математического аппарата определены критерии, описывающие реакцию устойчивых и восприимчивых сортов на заражение патогеном;

б)   изучено более 800 образцов коллекции ВНИИ растениеводства, из них выделено несколько десятков неизвестных ранее устойчивых линий льна-долгунца и межеумка;

в) впервые в мировой практике проведён генетический анализ устойчивости, выявлено два рецессивных гена неполной вертикальной устойчивости;

в)  изучены подходы к отбору устойчивых генотипов льна и даны практические рекомендации по эффективному отбору в гибридных популяциях;

г)  созданы доноры и источники устойчивости льна-долгунца к антракнозу. Три донора устойчивости льна-долгунца к антракнозу к-7912, к-7913, к-7914 включены в коллекцию ВНИИ растениеводства (г. Санкт-Петербург), Источники устойчивости, линии 130.3, 136, 160 и другие используются в научной работе ВНИИ льна в настоящее время;

д) усовершенствована методика создания селективного полевого инфекционного фона для индивидуального отбора устойчивых к C. lini гибридов льна.

Полученные в результате работы новые знания объединены в оригинальную методику селекции льна на устойчивость к антракнозу. Методика апробирована при создании доноров и источников устойчивости льна к антракнозу.

 

Заказать полный текст монографии и получить авторские консультации можно по электронной почте:

Карпунин Борис Фёдорович <boris-karpunin@yandex.ru>