Статьи по растениеводческим темам
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

УДК 633.111:631.524.86

УМОВИ І ФАКТОРИ БІОТЕХНОЛОГІЧНОЇ СИСТЕМИ

ЕКСПРЕС-ОЦІНКИ IN VITRO ТОЛЕРАНТНОСТІ ОЗИМОЇ М’ЯКОЇ ПШЕНИЦІ ДО АЛЬТЕРНАРІОЗУ

Дениско Т. В. – аспірант відділу культури тканин (ПБЦ в рослинництві УААН);

Ігнатова С. О. - доктор біол. наук, завідувач відділу культури тканин (ПБЦ в рослинництві УААН);

Бабаянц О. В. - кандидат біол. наук, замісник директора з наукової роботи (СГІ-НЦНС)

Вступ

Монокультура, як основний принцип виробництва рослинної продукції в сільському господарстві у всіх країнах світу, є причиною виникнення та розповсюдження патогенів сільськогосподарських культур. Оброблювання ряду найцінніших культур, таких як рис, пшениця, бавовник та ін., отримання високих врожаїв та екологічно чистої продукції часто утруднено у зв’язку із їх захворюваністю. Пшениця – стратегічна культура України. За даними лабораторії фітопатології та ентомології СГІ-НЦНС в степовій зоні півдня України у зв’язку з кліматичними умовами, що склалися за останні роки, на колоссі та зерні пшениці посилюється розвиток альтернаріозу. В інтегрованій системі захисту рослин від захворювань стійкість оброблюваних сортів сільськогосподарських культур до збудників захворювань має велике значення. Витрати на селекцію таких сортів окупаються в короткі строки. Їх оброблювання не потребує додаткових витрат, не забруднює навколишнє середовище та дозволяє отримувати чисту від пестицидів якісну продукцію[1, 2, 7].

Одним із шляхів створення стійких до збудників хвороб сортів є використання нетрадиційних біотехнологічних методів селекції, заснованих на доборі in vitro толерантних біотипів, які виникають адаптивно в ході мікроеволюційних процесів, що відбуваються в популяціях. Такий підхід дозволяє скоротити строки селекції. Важливим етапом створення стійких сортів може виявитись проведення експрес-оцінки пшениці на стійкість до альтернаріозу, що може дозволити в лабораторних умовах значно прискорити оцінку толерантності селекційного матеріалу до грибів роду Alternaria [6, 8].

Метою даної роботи, на першому етапі, є первинний скринінг високопатогенних ізолятів грибів роду Alternaria із колекції лабораторії фітопатології та ентомології СГІ-НЦНС за фітотоксичною дією їх фільтратів культуральної рідини (ФКР) на ізольовані зародки в умовах in vitro (параметри росту паростків із зрілих зародків озимої м’якої пшениці двох сортів, контрастних за фітопатологічною оцінкою стійкості до альтернаріозу). Це є необхідним для того, щоб виявити як їх високопатогенність in vivo відповідає фітотоксичності метаболітів грибів в умовах in vitro і, відповідно, визначити наскільки результативно і зручно цей підхід використовувати у біотехнологічних системах оцінки та добору толерантних до альтернаріозу форм.

На наступному етапі, для подальшої розробки біотехнологічної системи оцінки та добору форм озимої пшениці, толерантних до альтернаріозу, було вивчено вплив ФКР двох відібраних ізолятів грибів на параметри росту паростків із незрілих зародків восьми сортів м’якої озимої пшениці, що різняться за фітопатологічною оцінкою стійкості до грибного патогену, а також оцінити вплив ФКР двох ізолятів на індукцію новоутворень в культурі пиляків in vitro та регенерацію зелених рослин.

Методика досліджень

Первинний скринінг проводився серед 11 високопатогенних ізолятів грибів роду Alternaria, що належать до видів A.tenuissima, A.triticina, комплексу видів A.infectoriа із колекції лабораторії фітопатології та ентомології СГІ-НЦНС. Спочатку фітотоксичну дію їх ФКР вивчали на експлантах (зрілих зародках) двох сортів озимої м’якої пшениці, що контрастно різняться за фітопатологічною оцінкою стійкості до альтернаріозу (Сорт Сирена –чутливий, сорт Скарбниця – стійкий)[3].

Можливість створення ефективної біотехнологічної системи для оцінки та добору генотипів з потрібними ознаками передбачає використання експлантів різного строку зрілості та рівня клітинної організації, що розширює можливості роботи in vitro. Тому вплив селективного фактору (ФКР ізолятів №6 та №10) вивчали в культурі незрілих зародків та в культурі пиляків in vitro. Донорами експлантів для дослідів в культурі незрілих зародків слугували 8 сортів озимої м’якої пшениці, що різняться за фітопатологічною оцінкою рівня стійкості –сприйнятливості до грибів роду Alternaria: «Сирена», «Ніконія» - чутливі; «Селянка», «Довіра», «Вікторія», «Пошана», «Застава» - середньостійкі; «Скарбниця» - стійкий. Для дослідів в культурі пиляків in vitro як донори експлантів використовували сорти «Сирена», «Селянка», «Вікторія», «Довіра», «Скарбниця». Для виділення зрілих зародків для досліду чашки Петрі зі стерильним насінням попередньо поміщали на добу в холодильник за температури 2ºС.

Критеріями для оцінки реакції зародків на вплив ФКР були довжини частин паростка (корінець, колеоптиль) у досліджуваних зразків пшениці відносно цих показників у контролі [6].

Для культури пиляків використовували пиляки на стадії сильновакуолізованої мікроспори. Пагони з колоссям попередньо витримували на холоді за 2˚С в темряві впродовж 4-7 діб. Пиляки культивували на середовищі 190-2 з додаванням 1,5 мг/л 2,4-Д, 0,5 мг/л кінетину, 90 г сахарози, 400 мг/л проліну, 400 мг/л глютаміну, ФКР ізоляту №10 в концентрації 5%, 15%, 30%. Контрольне середовище не містило ФКР ізолятів. Перші 3 доби пиляки культивували в темряві за температури 30˚С, далі за температури 24˚С. Новоутворення пересаджували на середовище MS з 30 г/л сахарози, 200 мг/л проліну та глютаміну, 0,5 мг/л кінетину та 2,4-Д та витримували за температури 24˚С до появи на новоутвореннях центрів меристематизації. Далі сформовані регенеранти висаджували на безгормональне середевище MS та культивували за температури 24˚С та 16-год. фотоперіоді.

Кількість новоутворень розраховували у відсотках від загальної кількості пиляків. Частоту регенерації - як відсоток сформованих регенерантів від кількості новоутворень (ефективність морфогенезу), та від загальної кількості висаджених пиляків на варіант (ефективність культури пиляків) [4, 5].

Для отримання ФКР ізоляти грибів роду Alternaria культивували на рідкому середовищі Чапека з половинним вмістом глюкози (15 г/л). Потім рідину відділяли від міцелію гриба та стерилізували, використовуючи фільтр Millipore (діаметр пор - 0,22 мкм). Стерильні ФКР додавали до поживного середовища MS із половинним вмістом всіх складових елементів у концентрації 30% та 50% від об’єму. Ізольовані зародки культивували на середовищах із ФКР 10 діб за температури 24ºС.

Результати дослідження. Всі ізоляти виявились фітотоксичними в культурі in vitro. Це відповідало їх високій патогенності in vivo. Тому ФКР більшості із них можна використовувати в біотехнологічних системах оцінки толерантності матеріалу. Для подальшої роботи було відібрано найбільш зручні для культивування та приготування ФКР ізоляти. ФКР усіх ізолятів у концентрації 30% та 50% від об’єму живильного середовища виявляли фітотоксичну активність щодо експлантів пшениці чутливого сорту Сирена. Для стійкого сорту Скарбниця токсичною виявилась концентрація 50% (Рис 1, рис. 2). Аналіз та узагальнення отриманих даних дозволяє рекомендувати дану систему як для оцінки токсигенності ізолятів, так і для оцінки толерантності експлантів до дії ФКР. Селективною концентрацією його може служити концентрація 30%.

Рис.1. Вплив ФКР 11 ізолятів грибів роду Alternaria у концентрації 30% та 50% на ріст колеоптилю ( у % до контролю)

Рис.2. Вплив ФКР 11 ізолятів грибів роду Alternaria у концентрації 30% та 50% на ріст головного корінця (у % до контролю)

На наступному етапі роботи проводили вивчення впливу ФКР двох ізолятів Alternaria (№6 - A. triticina, №10 - A. tenuissima, відібраних в ході першого етапу роботи) на культуру зародків із незрілого насіння (на довжину корінця і колеоптиля), культуру пиляків (на частоту новоутворень і появу рослин-регенерантів).

В усіх дослідах виявлено інгібуючий вплив ФКР на середню довжину колеоптиля та головного корінця чутливих сортів – сорту Ніконія та сорту Сирена в порівнянні із сортами, що характеризуються стійкістю до Alternaria . Реакція експлантів середньостійких сортів залежала як від генотипу сорта-донора, так і від виду патогена. Можлива експресія ознаки середньостійкості сорту у культурі in vitro незрілих зародків пшениці за концентрації ФКР у 50%. Так ФКР №6 у концентрації 50% пригнічував ріст колеоптиля середньостійких сортів «Вікторія» та «Довіра» та ріст головного корінця середньостійких сортів «Вікторія», «Довіра», «Застава» (Рис.3, рис. 4). ФКР №10 за концентрації 50% інгібував ріст колеоптиля середньостійкого сорту Селянка та сорту Вікторія, ріст головного корінця сорту Селянка (Рис 5, рис. 6). Всі висновки можливі лише за наявності сортів-стандартів стійкості-чутливості, з якими можна порівнювати матеріал, що потребує оцінки. За нашими даними в культурі

in vitro незрілих зародків умовно можна провести межу стійкості-чутливості - 65-70%. Для оцінки матеріалу, стійкість-чутливість якого необхідно виявити

in vitro, потрібно провести попередній дослід-калібрування показників сортів із визначеною фітопатологічною оцінкою стійкості чи чутливості до даного патогена. Також необхідним моментом є порівняння показників за концентрацій ФКР 30% та 50% від об’єму середовища.

Рис. 3. Вплив ФКР №6 у концентрації 30 % та 50 %

на ріст колеоптиля (% до контролю)

Рис. 4. Вплив ФКР №6 у концентрації 30 % та 50 %

на ріст головного корінця (% до контролю)

Рис. 5. Вплив ФКР№10 у концентрації 30 % та 50 %

на ріст колеоптиля (% до контролю)

Рис. 6. Вплив ФКР №10 у концентрації 30 % та 50 %

на ріст головного корінця (% до контролю)

Також було вивчено вплив ФКР №10 у концентрації 5%, 15% та 30% на індукцію новоутворень в культурі ізольованих пиляків сортів озимої пшениці, що різняться за фітопатологічною оцінкою стійкості (Табл. 1). Реакція пиляків озимої м’якої пшениці на дію ФКР під час культивування in vitro, яка проявлялась в індукції новоутворень та регенерації рослин, залежала від генотипу донора експланта та від концентрації селективного фактора. Найнижчий відсоток появи новоутворень за концентрації селективного фактора 5% – у чутливого сорту Сирена. На середовищах з додаванням 30% ФКР появу новоутворень спостерігали лише у стійкого сорту Скарбниця та середньостійкого сорту Довіра, але рослин-регенерантів не було отримано. У даному дослідженні концентрація 5% ФКЖ у середовищі виявилась сублетальною. Але ця система потребує подальших досліджень за концентрацій селективного фактора в межах від 1% до 10% .

Таблиця 1.

Індукція новоутворень та регенерація рослин під впливом ФКР №10 у різних за фітопатологічною оцінкою стійкості сортів

Назва сорту

Концентрація ФКР в поживному середовищі

Кількість

висаджених пиляків, шт.

Кількість

отриманих

новоутворень, %

Частота регенерації

Отримано зелених рослин

Загальна кількість отриманих рослин

(зелених і альбіносів)

шт.

% від новоутворень

% від висаджених пиляків

шт.

% від новоутворень

% від висаджених пиляків

Сирена

Контроль

2024

2,32±0,33

3

6,38±3,57

0,15±0,09

6

12,77±4,87

0,3±0,12

5%

1128

1,15±0,32

1

7,69±7,39

0,089±0,09

2

15,38±10,01

0,18±0,13

15%

890

0,11±0,11

-

-

-

-

-

-

30%

694

-

-

-

-

-

-

-

Селянка

контроль

861

1,39±0,40

4

33,3±13,61

0,47±0,23

5

41,67±14,23

0,58±0,26

5%

722

2,08±0,53

1

6,67±6,44

0,14±0,14

2

13,34±8,78

0,28±0,20

15%

527

0,57±0,33

-

-

-

-

-

-

30%

348

-

-

-

-

-

-

-

Скарбниця

контроль

1251

4,56±0,59

5

8,77±3,75

0,4±0,18

7

12,28±4,35

0,56±0,21

5%

638

1,72±0,51

1

9,09±8,67

0,16±0,16

3

27,27±13,43

0,47±0,27

15%

795

0,63±0,28

1

20±17,89

0,13±0,13

1

27,27±19,92

0,47±0,24

30%

612

1,14±0,43

-

-

-

-

-

-

Вікторія

контроль

791

5,18±0,79

10

24,39±6,71

1,26±0,4

11

26,83±6,92

1,39±0,42

5%

911

1,32±0,38

1

8,33±7,98

0,11±0,11

2

16,67±10,76

0,22±0,16

15%

478

0,63±0,36

1

33,33±27,22

0,21±0,21

1

33,33±27,22

0,21±0,21

30%

367

-

-

-

-

-

-

-

Довіра

контроль

655

8,4±1,08

4

7,27±3,5

0,61±0,3

8

14,55±4,75

1,22±0,43

5%

680

2,21±0,56

4

26,67±11,42

0,59±0,29

4

26,67±11,42

0,59±0,29

15%

560

0,18±0,18

-

-

-

1

100±0,00

0,18±0,18

30%

713

2,32±0,28

-

-

-

-

-

-

Висновки

1. Аналіз та узагальнення отриманих даних дозволяє рекомендувати культуру зрілих та незрілих зародків як для оцінки токсигенності ізолятів, так і для оцінки толерантності експлантів до дії ФКР, так як дає можливість індикації in vitro, за стандартних умов, рівня стійкості-сприйнятливості модельних генотипів, відносно яких можна оцінити матеріал з невідомим рівнем стійкості-чутливості.

2. Для оцінки матеріалу, толерантність-чутливість якого необхідно виявити в умовах тест-системи в культурі зрілих та незрілих зародків in vitro, потрібно проводити попереднє калібрування показників сортів із визначеною фітопатологічною оцінкою стійкості чи чутливості до даного патогена. Також необхідним моментом є порівняння показників за концентрацій ФКР 30% та 50% від об’єму середовища.

3. Запропоновано умови культивування пиляків з метою використання їх для отримання гомозиготних ліній із відібраного в системі in vitro матеріалу озимої м’якої пшениці з різним ступенем толерантності, селективною концентрацією для вибраковування низькотолерантних зразків, у даному випадку, є 5% концентрація ФКЖ №10.

Список використаної літератури

1.  Бабаянц О. В. Видовой состав и вредоносность микробиоты колосьев озимой пшеницы южной степи Украины // Актуальные проблемы иммунитета и защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Тезисы докладов Международной научно-практической конференции СГІ-НЦНС. 11-14 верес. 2007 р. – Одеса: КП ОМД, 2007р. – С 42.

2.  Бабаянц Л. Т., Бабаянц О. В., Васильев А. А., Палясный В. А. Исходный материал для селекции озимой мягкой пшеницы на групповую устойчивость к фитопатогенам // Збірник наукових праць селекційно-генетичного інституту-національного центру насіннєзнавства та сортовивчення. Випуск 9 (49). – Одеса: СГІ-НАЦ НАІС, 2007р. – С. 224-237.

3.  Ганнибал Ф. Б. Токсигенность и патогенность грибов рода Alternaria для злаков // Лаборатория микологии и фитопатологии им. А. А.Ячевского ВИЗР. История и современность Под ред. А. П.Дмитриева. – СПб: ВИЗР, 2007.- С. 82-93.

4.  Корня Т. М., Ігнатова С. О. Вивчення селективних властивостей фільтрату культуральної рідини Fusarium graminerum Schweabe в культурі пиляків

м’якої пшениці // Вісн. Харківського націон. ун-ту Сер. Біологія. – 2008. – Вип.3 (15). – С. 99-106.

5.  Лобанова К. І., Жосонар М. В., Ігнатова С. О. Шляхи реалізації регенераційного потенціалу в культурі пиляків у різних генотипів озимої м’якої пшениці // Вісн. Укр. тов.-ва генетиків і селекціонерів. – 2006. – Т.4, №1. – С. 52-57.

6.  Мазур А. Л., Игнатова С. А. Определение сублетальных концентрацый фильтрата Fusarium graminerum Schweabe для получения устойчивых форм мягкой пшеницы в культуре in vitro// Фактори експериментальної еволюції організмів. – К.: Логос, 2006. – Т. 3. – С. 484-489.

7.  Никифорова Е. А. Фитопатологическое состояние семян озимой мягкой пшеницы в зоне южной степи Украины // Актуальные проблемы иммунитета и защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Тезисы докладов Международной научно-практической конференции СГІ-НЦНС. 11-14 верес. 2007 р. – Одеса: КП ОМД, 2007 р. – С 17.

8.  Ткачёва А. А., Поляков А. В., Бирюкова Н. К. Усовершенствованный метод оценки селекционного материала огурца на устойчивость к фузариозному увяданию // Проблемы научного обеспечения овощеводства юга России / Материалы международной научно-практической конференции КНИИОКХ РАСХН. 4-7 верес. 2004 р. – Краснодар, 2004 р. – С.70-75.

Анотації

УДК 633.111:631.524.86

Условия и факторы биотехнологической системы експресс-оценки in vitro толерантности озимой мягкой пшеницы к альтернариозу

Выявлена возможность индикации in vitro уровня толерантности модельных генотипов пшеницы, относительно которых можно оценить материал с неизвестным уровнем устойчивости - восприимчивости. Разработаны условия для построения тест-системы in vitro для оценки толерантности експлантов озимой мягкой пшеницы к воздействию фильтратов культуральной жидкости изолятов грибов рода Alternaria.

УДК 633.111:631.524.86

Умови і фактори біотехнологічної системи експресс-оцінки in vitro толерантності озимої м’якої пшениці до альтернаріозу

Було виявлено можливість індикації in vitro рівня толерантності модельних генотипів пшениці, відносно яких можна оцінити матеріал з невідомим рівнем стійкості-сприйнятливості. Розроблено умови для побудови тест-системи in vitro для оцінки толерантності експлантів озимої м’якої пшениці до впливу фільтратів культуральної рідини ізолятів грибів роду Alternaria.

УДК633.111:631.524.86

Indication possibility in vitro level of tolerance of model genotypes of wheat relative to which it is possible to estimate the donor material with unknown level of the resistance-sensibility, has been shown. Conditions of test system in vitro for a tolerance evaluation of the explants of winter soft wheat to influence the cultured liquid of the fungi isolates of the genus Alternaria, have been elaborated.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство