Stability of spring barley varieties to loose smut

Full Text

Ячмень является важной кормовой, продовольственной и технической культурой. В 2013 г. площадь посевов ярового ячменя в России составляла 602,3 тыс. га, в 2014 г. - 573,1 тыс. га. Эта культура распространена повсеместно от Заполярья до субтропиков. Кроме высокой продуктивности и стабильности урожая по годам ячмень обладает устойчивостью к засухе, полеганию [2, 3]. Повышение урожайности в значительной степени может сдерживаться распространением в посевах болезней. Головневые болезни ячменя вызываются тремя видами: пыльной, твердой и черной (ложной) пыльной головней. Пыльная головня является экономически значимой болезнью и нередко приводит к существенным потерям урожая. Устойчивость сортов - важный резерв повышения урожайности и качества зерна, а также сохранения экологической чистоты и безопасности [5]. Ustilago nuda (Jens.) Kell. et Sw., возбудитель пыльной головни ячменя повсеместно поражает вид Hordeum vulgаrе, возделываемый в культуре - европейская часть, Кавказ, Сибирь, Средняя Азия, Дальний Восток. Непосредственные предки культурного ячменя H. аgriосrithоn и H. spоntаnеum при искусственном заражении инфицируются возбудителем болезни. Таким образом, пыльной головней поражаются культурные и дикорастущие виды ячменя. Виды H. glаucum, H. lеpоrinum, H. murinum не восприимчивы к возбудителю и могут использоваться в селекции как доноры устойчивости. Заболевание распространено повсеместно, наиболее вредоносно в условиях Сибири, в Центрально-Черноземной зоне, Нечерноземье, на Урале, Дальнем Востоке, в Казахстане, Оренбургской, Волгоградской, Новосибирской, Курганской, Омской и Челябинской областях. За рубежом болезнь встречается в Канаде, Северной Ирландии, Польше, Австралии [1]. В 2013 г. наибольшее распространение пыльной головни в посевах ярового ячменя отмечалось в Вологодской (4,1 тыс. га), Тамбовской (1,68 тыс. га), Тульской (1,14 тыс. га), Белгородской (0,9 тыс. га) областях [7]. Возбудитель заражает растения ячменя в период цветения. Температура 18-200С и влажность 80% и более благоприятны для прорастания спор возбудителя, что приводит к заражению растений. Пыльная головня диагностируется в посевах ячменя после выколашивания [1]. Пораженные растения созревают быстрее здоровых и резко выделяются на их фоне. Распыление спор возбудителя происходит после разрушения пленки, покрывающей колос. Споровая масса оливково-коричневая или светло-коричневая, слегка мажется. Телиоспоры шаровидные, продолговатые, эллипсоидальные с золотистой оболочкой диаметром 3,6-9 мкм, чаще 5,5-6 мкм. Споры пыльной головни не зимуют. Если колос ячменя поражен полностью пыльной головней, вредоносность болезни - 100%. Иногда встречаются колосья с частичным поражением, обычно в нижней части. Кроме того, телиоспоры могут формироваться в частях стеблей и на верхних листьях. Наряду с прямыми потерями урожая зерна пыльная головня вызывает и скрытые. Зараженные семена имеют меньшую абсолютную массу (на 10-20%), ухудшается их всхожесть. Поражение растений ячменя пыльной головней может различаться по годам, это обусловлено погодными условиями во время прорастания телиоспор на пестиках цветков и количеством инфекции в воздухе. Годы массовых вспышек чередуются со слабым развитием болезни. Большую роль здесь играет взаимодействие трех факторов: растения, возбудителя и среды. Для пыльной головни ячменя характерен эмбриональный тип инфекции. Во время цветения возбудитель проникает в зародыш в виде инфицированных гиф. Весной после посева от инфицированных тканей зародыша происходит заражение проростка. При этом типе инфекции поражается зародыш (орган дочернего растения). Материнское же растение, через ткани которого осуществляется проникновение возбудителя, внешне выглядит здоровым. Цель исследований - обоснование возможности использования сортов и линий мировой коллекции ярового ячменя в селекции при создании новых высокоурожайных и устойчивых к стрессовым факторам сортов. Задачи исследований - определить распространенность и вредоносность пыльной головни в посевах ярового ячменя; оценить устойчивость сортов и линий ярового ячменя к возбудителю. Материалы и методы исследований. Исследования проводились в 2013-2014 гг. в лаборатории селекции и семеноводства зернофуражных культур на полях ФГБНУ «Поволжский НИИСС» на сортах мировой коллекции. Объект исследования - яровой ячмень, предмет исследования - возбудитель пыльной головни ячменя (Ustilago nuda (Jens.) Kell. et Sw.). Почва поля - чернозем обыкновенный, среднегумусный, среднемощный. Основная и предпосевная обработка почвы общепринятые для зерновых культур Самарской области. Предшественник - донник. Площадь делянки 10 м2. В осенний период проводилось лущение стерни Т-150К + ЛДГ-10 и зяблевая вспашка на глубину 24-26 см плугами с предплужниками К-701 + ПЛН-8-35. Весной при наступлении физической спелости почвы покровное боронование в один след для рыхления и выравнивания поверхностного слоя почвы агрегатами МТЗ-82 + БЗСС-1,0, затем предпосевная культивация Т-150К + ОПО-4,25 с целью уничтожения всходов сорных растений и рыхления почвы. Посев осуществлялся на глубину 5-6 см, узкорядным способом Т-16 + ССФК - 7 (14 мая в 2013 г., 9 мая в 2014 г.). Учет пыльной головни проводили на 77 сортах и 26 линиях отечественной (происхождение - Самарская, Белгородская, Московская, Ростовская, Саратовская, Волгоградская, Оренбургская, Тамбовская, Омская и Челябинская области, Алтайский край, Краснодарский край,) и зарубежной (происхождение - США, Канада, Германия, Австрия, Франция, Дания, Венгрия, Турция, Украина, Беларусь, Казахстан) селекции. Изучаемые сорта и линии характеризуются различной реакцией на факторы внешней среды, устойчивостью к вредителям и болезням, продуктивностью и применением в народном хозяйстве. В конце молочной - начале восковой спелости на каждой делянке отбирали по 100 растений, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Все растения в пробах, и больные, и здоровые, выдергивали с корнем, составляли сноп и доставляли в лабораторию для дальнейших исследований. Распространенность болезни выражали в процентах от общего числа учтенных растений. Оценку сортов на устойчивость к возбудителю проводили на естественном фоне заражения по девятибалльной шкале ВИЗР. В зависимости от процента поражения растений сорту присваивался балл устойчивости. Сорта могли обладать высокой (9 баллов, поражение отсутствует) и практической устойчивостью (7 баллов, поражение до 5%), быть слабо (5 баллов, поражение 5-25%), средне (3 балла, 25-50%) и сильно (1 балл, поражение свыше 50%) восприимчивыми к возбудителю пыльной головни. Результаты исследований. Среднесуточная температура в 2013 г. была выше среднемноголетних значений. В 2014 г. можно отметить жаркий и сухой период со второй декады мая по первую декаду июня (температура воздуха превышала среднюю многолетнюю на 4,5-7,70С), что способствовало ускорению развития растений. В 2013 г. за вегетационный период (с 2 апреля по 11 ноября) выпало 392 мм осадков, за период активной вегетации (с 17 апреля по 25 сентября) - 294 мм. За 2014 г. выпало 343,3 мм осадков, что составляет 83,7% от среднемноголетнего значения. При этом период с 1 июля по 13 августа можно характеризовать как опасное агрометеорологическое явление - атмосферная засуха (жаркая погода с температурами воздуха преимущественно выше +250С при отсутствии эффективных осадков более 30 дней). Метеорологические условия 2013-2014 гг. оказались неблагоприятными для получения высокого урожая яровых зерновых культур. Учет пыльной головни проводили в 2013 г. - 17 июля, в 2014 г. - 21 июля в конце молочной - начале восковой спелости зерна. В 2013 г. пыльная головня ячменя отмечалась на сортах Кинельский 61 и Земляк. В 2014 г. заболевание отмечалось на сортах Омский голозерный 2 и Зерноградский 35. Распространенность заболевания составила 1,0%. Сорт Кинельский 61 обладает полевой устойчивостью к пыльной головне, Омский голозерный 2 умеренно восприимчив к пыльной головне [4]. В результате исследований, проведенных в 2011-2012 гг. было установлено, что сорта Агат, Батик, Волгарь, Вымпел, Донецкий 8, Казак, Поволжский 65, Скиф обладают полевой устойчивостью к пыльной головне [6], что подтвердилось исследованиями 2013-2014 гг. Возбудитель пыльной головни оказывает влияние на рост и развитие растений ячменя (табл. 1). У растений, пораженных возбудителем, уменьшалась высота, длина главного колоса, общее количество побегов и число продуктивных побегов. У сорта Зерноградский 35 высота пораженных растений была ниже на 3,6%, у сорта Земляк на 4,4%, у сорта Кинельский 61 на 9,0%, у сорта Омский голозерный 2 на 14,4%. Таблица 1 Влияние возбудителя пыльной головни на развитие растений ячменя Сорт Высота растений, см Кол-во побегов, шт. Кол-во продуктивных побегов, шт. Длина главного колоса, см з* п** з п з п з п Кинельский 61 49,5 45,0 2,8 2 2,6 2 8,4 6,5 Земляк 42,9 41,0 2,4 2 2,3 2 7,2 5,0 Омский голозерный 2 51,4 44,0 2,0 1 1,4 1 6,8 6,5 Зерноградский 035 57,6 55,5 1,9 1 1,8 1 7,7 4,5 Примечание: з* - здоровые растения; п**- растения, пораженные пыльной головней Количество побегов у пораженных растений изучаемых сортов сократилось на 28,6% (сорт Кинельский 61), на 16,7% (сорт Земляк), на 50,0% (сорт Омский голозерный 2), на 47,0% (сорт Зерноградский 35). Отмечалось уменьшение количества продуктивных побегов у сорта Зерноградский на 44,4%, у сорта Омский голозерный 2 на 28,6%, у сорта Кинельский 61 на 23,1%, у сорта Земляк на 13,0%. У пораженных растений уменьшалась длина главного колоса на 22,6% (сорт Кинельский 61), на 30,6% (сорт Земляк), на 44,4% (сорт Омский голозерный 2), на 41,6% (сорт Зерноградский 35). Распространенность болезни в среднем в 2013-2014 гг. составляла 0,5%, это прямые потери, при этом урожайность изучаемых сортов снизилась на 0,13 ц/га (сорт Кинельский 61), 0,16 ц/га (сорт Земляк), 0,07 ц/га (сорт Омский голозерный 2), 0,17 ц/га (сорт Зерноградский 35). Сорта Кинельский 61, Земляк, Омский голозерный 2, Зерноградский 35 обладают практической устойчивостью, так как распространенность болезни в среднем в 2013-2014 гг. составила 0,5%. Из сортов мировой коллекции ярового ячменя по результатам изучения 2013-2014 гг. были выделены сортообразцы, сочетающие отсутствие поражения возбудителем пыльной головни с продуктивностью растений (табл. 2). Таблица 2 Урожайность образцов коллекции ярового ячменя Сорт Происхождение Урожайность, ц/га Отклонение от стандарта, +/-ц/га 2013 г. 2014 г. в среднем 2013 г. 2014 г. В среднем Поволжский 22 Поволжский НИИСС 15,1 32,5 23,8 5,8 3,7 4,7 Субмедикум 2149/02 Поволжский НИИСС 11,9 38,8 25,3 2,6 9,9 6,2 Нутанс 553 Саратовская область 17,0 31,5 24,2 2,5 2,7 2,6 Маргарет Германия 12,1 31,7 21,9 2,8 2,8 2,8 Илек 16 Казахстан 14,0 33,6 23,8 4,6 4,1 4,3 Эффективным способом борьбы с болезнями является возделывание устойчивых сортов. Улучшение фитосанитарного состояния агроэкосистем при возделывании устойчивых сортов связано с ограничением трофических связей фитопатогенов, а затем уже с ограничением их размножения и выживания. Заключение. Проведенные исследования позволили определить распространенность и вредоносность пыльной головни в посевах ярового ячменя и оценить устойчивость сортов и линий отечественной и зарубежной селекции к возбудителю. Из 103 сортов и линий ярового ячменя пыльной головней в 2013-2014 гг. поражались только 4 сорта (Кинельский 61, Земляк, Омский голозерный 2, Зерноградский 35). Распространенность болезни составила 0,5%. Сорта Субмедикум 2149/02, Поволжский 22, Нутанс 553, Маргрет, Илек 16 сочетали полевую устойчивость к возбудителю пыльной головни с высокой продуктивностью, что позволяет их использовать в процессе селекции. Сорта Волгарь, Поволжский 65, Агат, Казак, Поволжский 16 рекомендуются для использования в производстве. Полученные результаты представляют практический интерес для работников сельского хозяйства при выборе сортов ярового ячменя для возделывания в условиях Самарской области, а также для селекционеров при подборе и комплексном изучении исходного материала.

About the authors

L N Zhichkina

FSBEI HE Samara SAA

Email: zhichkinaln@mail.ru
cand. of biol. sciences, associate prof. of the department «Land management, soil science and agricultural chemistry» 446442, Samara region, settlement Ust’-Kinelskiy, Uchebnaya, 2 str

E V Stolpivskaya

SSRI «Volga Science Research Institute of selection and seeds production of P. N. Konstantinov»

Email: stolpivskaya@mail.ru
head of the laboratory «Selection and grain fodder seeds production » 446442, Samara region, settlement Ust’-Kinelskiy, Shossejnaja, 76 str

References

Supplementary files