Актуальность исследований.
Северный Кавказ является зоной широкого возделывания озимой пшеницы, которая ежегодно возделывается на площади 3,5−4,5 млн. га, что обеспечивает до 48% валового сбора зерна в России (Санин и др., 2010).
Основной причиной снижения урожая и ухудшения качества зерна пшеницы являются болезни, одна из которых — бурая ржавчина. Гриб Puccinia triticina Rob. ex Desm f. sp. tritici Erikss. et Henn., вызывающий бурую ржавчину пшеницы, относится к облигатным паразитам. Фитопатоген имеет широкий круг злаковых растений-хозяев, в числе которых как культурные, так и различные дикорастущие растения.
Несмотря на всестороннее изучение этого заболевания, защита пшеницы от бурой ржавчины по-прежнему остается актуальной проблемой, особенно в районах Северного Кавказа и Поволжья, где патоген развивается практически ежегодно, часто достигая эпифитотийного уровня (Анпилогова и др., 2000; Маркелова, Веденеева, Кирилова, 2003).
Накоплению инфекции возбудителя бурой ржавчины пшеницы благоприятствует теплая мягкая зима, возможность заражения растений несколькими генерациями гриба, а также высокая скорость развития болезни при благоприятных экоресурсах. Усилению вредоносности патогена, кроме вышеперечисленных факторов, способствует возделывание неустойчивых сортов пшеницы (Алексеева, Смирнова, 1978; Алексеева и др., 1991), а широкое применение пестицидов приводит к значительным изменениям структуры популяции гриба (Алексеева, Павлова, Измалкова, 1990; Волкова, 2006).
При наличии благоприятных условий возбудитель бурой ржавчины может снизить урожай пшеницы до 45% (Терехов и др., 1982), а при 80−100% развитии болезни в фазу колошения снижение урожая может составить 50% (Marshall, 1988; Лебедев, Васильев, Якубова, 1994; Танский и др., 1998).
На Северном Кавказе эпифитотия бурой ржавчины возникает один раз в два-три года (Санин и др., 2001). Однако в центрально-черноземной зоне.
России частота эпифитотийных вспышек болезни составляет четыре-пять раз в течении 10 лет (Попова, 2009). Таким образом, бурая ржавчина продолжает оставаться наиболее распространенной и вредоносной болезнью пшеницы.
В таких условиях особенно возрастает значение фитосанитарной стабилизации ценоза пшеницы. Для ее достижения необходим анализ динамики популяции возбудителя бурой ржавчины, что позволяет определить его распространенность и развитие, выявить роль различных биотических и абиотических факторов в формировании и изменчивости популяций. Необходимы также эффективные, экологичные приемы защиты культуры.
Первостепенное значение в системе биологизированной защиты растения-хозяина отводится сортам пшеницы с разными типами устойчивости. Их использование является надежным, экологически безопасным и экономически оправданным способом сокращения потерь урожая от болезни.
В последние годы большой практический интерес представляет использование индукторов болезнеустойчивости в системе защиты пшеницы, что также является эффективным и экологичным приемом.
Селекция на устойчивость к ржавчине более сложна, чем селекция на какой-либо другой хозяйственно-ценный признак. Сложность ее определяется беспрерывно идущими у патогена расообразовательными процессами и появлением новых агрессивных рас. Для успешной селекции и использования ржавчиноустойчивых сортов пшеницы, необходимо иметь четкое представление об эволюции патогена, знать особенности взаимоотношений в системе хозяин-паразит, следить за изменением генофонда вирулентности гриба под влиянием различных факторов.
В связи с этим актуальным является изучение влияния сортов и фунгицидов на изменчивость структуры популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы для разработки научно обоснованных подходов в селекции и защите культуры от патогена.
Цель и задачи исследований.
Целью данной работы являлось изучение изменчивости структуры популяции Р. 1гШста по вирулентности под влиянием генотипов возделываемых сортов пшеницы и применяемых фунгицидов на Северном Кавказе. В ходе исследований предстояло решить следующие задачи: изучить вирулентность встречающихся в северокавказской популяции Р. Ыйста фенотиповизучить патогенность северокавказской популяции возбудителя бурой ржавчины на разновозрастных растениях озимой пшеницы;
У определить влияние генотипов сортов озимой пшеницы на генетическую структуру популяции грибаизучить влияние фунгицидов на генофонд вирулентности популяции Р. провести иммунологическую оценку сортов озимой пшеницы на устойчивость к возбудителю бурой ржавчины с использованием качественной (тип реакции) и количественных (площадь под кривой развития болезни, снижение массы 1000 зерен) характеристикизучить типы и степень устойчивости сортов озимой пшеницы к Р. Мй-ста;
У оценить эффективность индукторов болезнеустойчивости хитозанового ряда против возбудителя бурой ржавчины пшеницы.
Научная новизна исследований Впервые изучено влияние десяти сортов озимой пшеницы и четырех фунгицидов различного механизма действия на изменчивость генетической структуры северокавказской популяции Р. Ыйста.
Исследованы типы устойчивости к северокавказской популяции возбудителя бурой ржавчины 31 сорта озимой пшеницы в полевых условиях.
Изучены типы устойчивости у 24 сортов озимой пшеницы отечественной и зарубежной селекции в условиях камеры искусственного климата. Выделены 15 источников неспецифической устойчивости к Р. МНста.
Установлены оптимальные сроки и эффективность применения пяти индукторов болезнеустойчивости хитозанового ряда против бурой ржавчины на сортах озимой пшеницы, отличающихся типами устойчивости к фи-топатогену.
Практическая значимость работы Сорта озимой пшеницы с возрастной и неспецифической устойчивостью к P. triticina рекомендованы для использования в сельскохозяйственном производстве.
Для производственных испытаний против бурой ржавчины рекомендован индуктор болезнеустойчивости Фитохит-Т при норме расхода 100 г/га в фазу выхода растений в трубку.
Для селекционной практики рекомендованы выделенные источники неспецифической устойчивости — Вояж, Грация, Дон 107, Марафон, Москвич, Спартак, Brule, Casey, Judith, Forby, Leopold, Nuwest, Rafale, Rosebud, Tukan INIA для создания сортов с длительной устойчивостью к бурой ржавчине. Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Изменения в генофонде вирулентности возбудителя бурой ржавчины пшеницы, вызванные влиянием генотипов возделываемых сортов и применяемых фунгицидов.
2. Различные типы устойчивости сортов озимой пшеницы к северокавказской популяции P. triticina. Новые источники неспецифической устойчивости.
3. Эффективность и оптимальные сроки применения индукторов болезнеустойчивости хитозанового ряда на сортах озимой пшеницы, различающихся по устойчивости к возбудителю бурой ржавчины.
Место проведения работы.
Диссертационная работа выполнена на базе Всероссийского НИИ биологической защиты растений в период с 2007 по 2011 гг. в лаборатории иммунитета зерновых культур к грибным болезням. В основу работы положены результаты исследований по изучению изменчивости популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы на Северном Кавказе под влиянием генотипов сортов и фунгицидов, а также результаты по изучению эффективности приемов защиты от патогена на основе использования сортов озимой пшеницы с различными типами устойчивости и индукторов болезнеустойчивости, полученные лично автором или с его непосредственным участием на протяжении 4 лет.
Диссертационная работа выполнена в рамках государственной программы Россельхозакадемии по заданию 05: «Разработать агротехнологии интегрированной защиты растений, использования ассортимента биобезопасных, экологических и экономически эффективных химических и биологических средств защиты растений нового поколения, сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к вредным организмам, и на их основе региональных систем управления процессами фитосанитарного оздоровления агроценозов товаропроизводителей различных форм собственности», тема 05.03.01.01., номер государственной регистрации 1 201 054 063.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований Узба № 08−04−90 261, а также конкурсного проекта «У.М.Н.И.К» — 2010.
Апробация работы и публикация результатов исследований.
Результаты исследований доложены на I и II Всероссийских научнопрактических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2007, 2008 гг.) — V и VI Всероссийских научных конференциях молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (Анапа, 2008, 2009 гг.) — II Всероссийской конференции «Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам» (Пушкин, 2008 г.) — VIII Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва,.
2008 г.) — V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2009 г.) — XII Международной конференции по ржавчине пшеницы (Турция, Анталия, 2009 г.) — Всероссийской научно-производственной конференции «Современные иммунологические исследования, их роль в создании новых сортов и интенсификации растениеводства» (Большие Вяземы,.
2009 г.), XVII Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Ломоносов-2010» (Москва, 2010 г.) — VIII Международной конференции по пшенице (Санкт-Петербург, 2010 г.) — VI Международной научно — практической конференции «Биологическая защита растений — основа стабилизации агроэкосистем» (Краснодар, 2010 г.), Международной научной конференции «Генетика и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Минск, 2010 г.).
Публикации результатов исследований.
По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе четыре — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Доклады РАСХН», «Известия Самарской ГСХА», «Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ», «Вестник КрасГАУ».
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа иллюстрирована 33 таблицами и 17 рисунками.
Список использованных источников
включает 200 наименований, из них 53 работы иностранных авторов.
