Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Шутко А.П. 1 Передериева В.М. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет»

В работе представлены результаты изучения токсических метаболитов мицелиального изолята Ophiobolus graminis. Корреляционная матрица между величинами лабораторной всхожести, показателями силы начального роста семян озимой пшеницы на фоне культурального фильтрата различного возраста и концентрации, исследованная методами факторного анализа, на 71,2 % объяс­няет взаимосвязь между изучаемыми признаками действием трех факторов. Первый фактор, имеющий мак­симальную информационную нагрузку, отражает фитогормональные свойст­ва культурального фильтрата. Его воздействие проявляется в увеличении си­лы начального роста семян. Связь лабораторной всхожести с первым факто­ром практически отсутствует. Второй и третий, выявленные в результате анализа факторы, связаны в основном с угнетением роста первичных корешков и колеоптиле. На долю этих признаков приходится соответственно 20,0 и 34,6 % информации, со­держащейся в данных факторах. Кроме того, можно отметить неко­торую положительную корреляцию фактора № 3 с лабораторной всхожестью семян. Реакция проростков семян ози­мой пшеницы на метаболиты возбудителя офиоболезной корневой гнили свидетельствует как о фитотоксическом, так и фитогормональном действии культурального фильтрата патогена.

Статья в формате PDF

496 KB

озимая пшеница

Ophiobolus graminis

культуральный фильтрат

посевные качества семян

1. Гагкаева Т.Ю. Зараженность зерна пшеницы грибами Fusarium и Alternaria на юге России в 2010 году / Т.Ю. Гагкаева, Ф.Б. Ганнибал, О.П. Гаврилова // Защита и карантин растений. – 2012. – № 1. – С. 37–40.

2. Ганнибал Ф.Б. Альтернариозы сельскохозяйственных культур на территории России / Ф.Б. Ганнибал, А.С. Орина, М.М. Левитин // Защита и карантин растений. – 2010. – № 5. – С. 30–32.

3. Иберла К. Факторный анализ. – М.: Статистика, 1980. – 398 с.

4. Караджова Л.В. Фузариозы полевых культур. – Кишинев: Штиинца, 1989. – 255 с.

5. Кольнобрицкий Н.И. Метод диагностики возбудителя офиоболезной корневой гнили озимой пшеницы и изучение штаммов патогена / Н.И. Кольнобрицкий, В.П. Бондарь // Защита растений. – К.: Уражай, 1989. – Вып. 36. – С. 21–25.

6. Луговенко Е.В. Зависимость качества зерна озимой пшеницы от сорта и пораженности корневыми гнилями / Е.В. Луговенко, А.П. Шутко, Ю.Н. Ляхов // Защита и карантин растений. – 2009. – № 9. – С. 47.

7. Михайлова Л.А. Анализ структуры популяций Pyrenophora tritici-repentis по признаку вирулентности в 2005-2007 гг. / Л.А. Михайлова, И.Г. Тернюк, Н.В. Мироненко // Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам: материалы 2-й Всерос. конф. – СПб., 2008. – С. 73–76.

8. Павлюшин В.А. Научное обеспечение защиты растений и продовольственная безопасность России // Защита и карантин растений. – 2010. – № 2. – С. 11–15.

9. Сидоров А.А. Эколого-биологические основы патогенеза злаковых культур при поражении возбудителями корневых гнилей. – М.: МОО «Общество фитопатологов», 2001. – 182 с.

10. Соколова Е.А. Фитосанитарная обстановка на посевах пшеницы в Российской Федерации (1991-2008 гг.) / Е.А. Соколова, Е.А. Крылов // Защита и карантин растений. – 2010. – № 2. – С. 69–88.

11. Стамо П.Д. Применение фунгицидов должно быть рациональным / П.Д. Стамо, О.В. Кузнецова // Защита и карантин растений. – 2012. – № 2. – С. 5–8.

12. Шутко А.П. Управление патологическим процессом корневых гнилей озимой пшеницы на Ставрополье / А.П. Шутко, А.А. Гаврилов, В.М. Передериева // Вестник АПК Ставрополья. – 2011. – № 3. – С. 18–23.

13. Esmat Elwy Aly Alwy. Effect of plant growth regulators on growth and reproduction in the fungus Dipodascopsis uninucleata // Can. J. of Botany. – 1989. – №67, 8. – Р. 2425–2428.

14. Tyagi P.D. Some effect of culture filtrates of Bipolaris spp. on wheat roots // Proc. Indian Acad. Sci. B. – 1963. – № 57. – Р. 106–107.

Производство зерна – традиционная ключевая задача сельского хозяйства России, которая может быть успешно решена только при строгом соблюдении зональных рекомендаций по возделыванию зерновых культур, в том числе – систем защитных мероприятий. Особенно остро стоит вопрос о ликвидации потерь урожая от многочисленных вредоносных болезней зерновых. За период 1993–2008 гг. суммарные потери зерна от фитопатогенов превысили 230,6 млн т [10].

Монокультуры, севообороты с короткими ротациями, Notill, Minitill (нулевая и минимальная системы земледелия) и другие приемы интенсификации, внедряемые в последние годы в России без объективной научной проработки, подняли огромный пласт фитосанитарных проблем: на посевах усилилось развитие корневых и прикорневых гнилей, септориоза листьев и колоса, пиренофороза, бурой ржавчины и мучнистой росы. В ряде регионов фитосанитарная дестабилизация приобрела глубокий затяжной многолетний характер с большими экономическими потерями и расширением состава доминантных вредоносных объектов [8]. Так, по данным филиала Россельхозцентра, распространение корневых гнилей в Ставропольском крае приняло эпифитотийный характер. Сегодня они поражают не только повторные посевы озимой пшеницы, но встречаются в значительном количестве и на полях, идущих даже по хорошим предшественникам (пар, рапс, горох) [11, 12].

В отечественной и зарубежной литературе описано около 50 видов грибов, способных пора­жать корневую систему зерновых культур. Эти виды, принадлежащие к различным систематическим группам, от­личаются по своей патогенности, ареалам распространения, степени изученности. Их делят на высокопатогенные (Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. (синоним – Helminthosporium sativum P., K., et В.), Gaeumannomyces graminis (Sacc.) Arx. & Oliver (синоним – Ophiobolus graminis Sacc.), Pseudocercosporella herpotrichoides Fron., отдельные виды рода Fusarium) и прочие гри­бы, которые относят к сопутствующей основному возбудителю группе пато­генов.

Важную роль в патогенезе растений играют метаболиты возбудителей болезней, некоторые из них обладают фитотоксичным действием и снижают посевные качества семян, а также представляют опасность для здоровья человека и животных [1, 2, 4, 6, 7, 9].

Целью исследований было выявление биологической роли фитогормональных веществ, содержащихся в культуральном фильтрате возбудителя офиоболезной корневой гнили озимой пшеницы Ophiobolus graminis Sacc.

Материалы и методы исследования

Для получения токсических метаболитов ис­пользовался мицелиальный изолят Ophiobolus graminis, полученный мето­дом фрагментации корней и основания стеблей пораженных офиоболезом растений озимой пшеницы по Н.И. Кольнобрицкому, В.П. Бондарю (1989).

Гриб выращивали глубинно на жидкой картофельно-глюкозной среде с добавлением тиамина и аспарагина соответственно 100 мг и 2 г на 1 л среды, поскольку данный способ наиболее приемлем для получения токсических метаболитов. Культуральный фильтрат (КФ) отбирали на 4-, 6-, 8- и 10-е сутки. Для изучения реакции проростков пшеницы на действие культурального фильтрата поверхностно стерилизованные и многократно промытые сте­рильным дистиллятом семена помещали на голодный агар, содержащий КФ различного возраста и концентрации. Фитотоксическое действие определяли на 7-е сутки по степени угнетения проростков.

Результаты исследованияи их обсуждение

Исследования показали, что токсическое действие культурального фильтрата отмечается уже на 4-е сутки культивирования. Оно проявляется в сокращении количества и длины зародышевых корешков, высоты колеоптиле, а также снижении биомассы проростков. В период с 4-х по 6-е сутки ток­сичность резко увеличивается, после чего скорость накопления токсических метаболитов снижается.

Практически для всех изучаемых показателей обнаружена сходная ре­акция на токсины фитопатогена, о чем говорит высокая степень совпадения дозовых кривых (рис. 1). Зафиксированное снижение токсичности 50 %-го КФ можно объяснить наложением двух дозовых кривых, со­ответствующих различным по фитотоксичности метаболитам патогена.

В ходе исследований был выявлен особый по сравнению с другими показателями характер изменения лабораторной всхожести семян озимой пшеницы в зависимости от возраста и концентрации КФ (рис. 2).

8-суточный культуральный фильтрат, значительно снижая лабораторную всхожесть семян, в целом оказал положительное влияние на силу их начального роста: биомасса 100 проростков увеличилась по сравнению с контролем в 1,2 раза. По другим вариантам на фоне достоверного увеличения лабораторной всхожести наблюдалось ослабление проростков семян озимой пшеницы.

По результатам исследований были рассчитаны коэффициенты кор­реляции между величинами изучаемых признаков на фоне КФ различного возраста и концентрации. Полученная корреляционная матрица исследована методами факторного анализа, в основе которого лежит представление о том, что большое число наблюдаемых признаков определяется ограниченным на­бором недоступных непосредственному измерению общих факторов. Целью анализа служат выявление и содержательная интерпретация таких факторов, то есть объяснение большого числа следствий минимальным числом причин. Принято считать анализ успешным, если множество следствий (признаков) удалось свести к минимальному количеству причин (факторов).

Связь изу­чаемых признаков с выявленными факторами отражается в виде факторных нагрузок, которые в случае некоррелированности факторов численно равны коэффициентам корреляции признаков с соответствующими факторами [3]. Взаимосвязь между изучаемыми признаками на 71,2 % удалось объяс­нить действием трех факторов (таблица).

Первый фактор, имеющий мак­симальную информационную нагрузку, отражает фитогормональные свойст­ва культурального фильтрата. Его воздействие проявляется в увеличении си­лы начального роста семян. Связь лабораторной всхожести с первым факто­ром практически отсутствует.

Второй и третий выявленные в результате анализа факторы связаны в основном с угнетением роста первичных корешков и колеоптиле. На долю этих признаков приходится соответственно, 20,0 и 34,6 % информации, со­держащейся в данных факторах. Кроме того, можно отметить неко­торую положительную корреляцию фактора № 3 с лабораторной всхожестьюсемян.

Рис. 1. Сила начального роста семян озимой пшеницы в зависимости от возраста и концентрации культурального фильтрата

Рис. 2. Лабораторная всхожесть семян озимой пшеницы в зависимости от возраста и концентрации культурального фильтрата Ophiobolus graminis Sacc.

Факторная структура совокупности изучаемых признаков

Заключение

В результате изучения реакции проростков семян ози­мой пшеницы на метаболиты возбудителя офиоболезной корневой гнили вы­явлено как фитотоксическое, так и фитогормональное действие культурального фильтрата патогена. Максимальный ингибирующий эффект отмечается у 6-суточного КФ Ophiobolus graminis Sacc.

Биологическая роль фитогормональных веществ, содержащихся в культуральном фильтрате патогена, до конца неясна. Ряд авторов считает, что грибы имеют сходный с высшими растениями гормональный механизм клеточной регуляции, и роль выделяемых гормонов сводится к регуляции роста и репродукции самого гриба [13]. Однако бо­лее вероятным представляется предположение о том, что продуцируемые микроорганизмами фитогормоны регулируют взаимоотношения патогена с инфицированной тканью [14]. Можно предположить, что фитогормоны позволяют патогену изменить в нужную сторону метаболизм расте­ния-хозяина, стимулировать приток питательных веществ к инфицированным тканям, а также замедлить процесс старения пораженных органов. Возможно также, что с помощью экзогенных фитогормонов патогены добиваются раз­регулирования гормонального баланса, что ведет к ослаблению растения и облегчает его колонизацию патогеном.

Рецензенты:

Есаулко А.Н., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой агрохимии и физиологии растений Ставропольского государственного аграрного университета, г. Ставрополь;

Лысенко И.О., д.б.н., доцент, заведующая кафедрой экологии и ландшафтного строительства Ставропольского государственного аграрного университета, г. Ставрополь.

Работа поступила в редакцию 14.12.2012.

Библиографическая ссылка