НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БОГДАНОВИЧ Анастасія Володимирівна

УДК 575.1+633.1

ВІРУЛЕНТНІСТЬ Erysiphe graminis f. sp. tritici ТА ОСОБЛИВОСТІ ПРОЯВУ ІМУНОЛОГІЧНИХ РЕАКЦІЙ СОРТІВ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ ДО ПАТОГЕНУ

06.01.11 — фітопатологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті захисту рослин УААН.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Лісовий Михайло Павлович,

Інститут захисту рослин УААН, директор.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Пересипкін Володимир Федорович,

Національний аграрний університет,

професор кафедри фітопатології;

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Крючкова Лариса Олексієвна, Інститут фізіології рослин і

генетики НАН України, старший науковий співробітник

відділу фізіології росту і розвитку рослин.

Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка, кафедра мікробіології та загальної імунології, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться “22” листопада 2002 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.02 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони 15, навчальний корпус №3, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони 13, навчальний корпус №4, к. 41.

Автореферат розісланий “16” жовтня 2002 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Менджул В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Erysiphe graminis f. sp. tritici — збудник однієї з найбільш шкодочинних та широко розповсюджених хвороб пшениці — борошнистої роси, втрати від якої можуть досягати 60% (Малютина, 1965; Лісовий, Кольнобрицький, 1980; Janczak et al., 1998). Оптимальним способом захисту рослин є вирощування стійких до цієї хвороби сортів. Щорічно до держсортовипробування надходять нові сорти, частина з яких через деякий час потрапляє у виробництво. В більшості випадків генетичні основи їх стійкості проти хвороб залишаються невідомими, а це означає неможливість прогнозування довгостроковості стійкості. Крім того, на розвиток хвороби впливає велика кількість різноманітних факторів (Мжаванадзе, 1975; Фиссюра и др., 1987; Ge et al., 1998). Це ускладнює оцінку стійкості сортів та гібридів в полі, а значить і відбір стійких проти збудника хвороби форм. Отже, вивчення особливостей розвитку борошнистої роси на сучасних сортах пшениці вітчизняної селекції, обумовлених їх імунологічними властивостями, є актуальним питанням.

З часом сорти втрачають стійкість, що пов’язано з високою швидкістю расоутворюючих процесів у патогена (Brown et al., 1997). Аерогенний спосіб розповсюдження збудника сприяє міграції генів вірулентності. В зв’язку з цим важливою є інформація про їх просторове розміщення в регіонах, країні і навіть на континенті (Czembor, Gacek, 1987). Визначення генетичної подібності за ознакою вірулентності між окремими популяціями дає уявлення про такі процеси в них, як вплив добору або міграції.

Утворення сумкоспор супроводжується рекомбінацією генів вірулентності. Це дає патогену нові можливості відносно ураження сортів пшениці, в тому числі і стійких до останнього часу (Felsenstein, 1994). Відомо, що расовий та генотипний склад популяцій збудника борошнистої роси пшениці змінюється з часом під тиском добору, що створюють головним чином сорти з певними генами стійкості (Szunicz et al., 1999). Отже, аналіз динаміки вірулентності збудника хвороби з метою визначення популяційних змін у нього є актуальним питанням. Оскільки головним чинником, що формує популяцію патогену, є імунологічна характеристика сортів, визначення фізіологічної спеціалізації рас і генетики їх вірулентності дає додаткову інформацію для розуміння стійкості сучасних вітчизняних сортів пшениці.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною досліджень, передбачених тематичним планом Інституту захисту рослин Української академії аграрних наук. В 1998 та 2000 роках: "Розробити теоретичні основи створення комплексно стійких сортів сільськогосподарських культур до хвороб та шкідників, створити стійкі сорти і передати їх до сортовипробування" (№ державної реєстрації 0101V003709). В 2001: році "Розробити методи використання факторів стійкості та їх взаємодії з шкідливими організмами для обгрунтування програм створення стійких сортів і гібридів" (№ державної реєстрації 01970012339).

Мета і основні задачі досліджень. Мета роботи полягала у виявленні особливостей прояву стійкості проти збудника борошнистої роси пшениці в сучасних сортів озимої пшениці вітчизняної селекції, а також особливостей вірулентності популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici на території України.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

1. Провести порівняння та аналіз динаміки розвитку борошнистої роси пшениці на сучасних сортах, що відрізняються за стійкістю проти збудника, в умовах різних грунтово-кліматичних зон України.

2. Проаналізувати вплив імунологічних властивостей сортів пшениці вітчизняної селекції на швидкість розвитку інфекції.

3. Встановити залежність прояву імунологічних властивостей сортів від умов вирощування.

4. Дослідити особливості расового складу популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici в різних грунтово-кліматичних зонах України та фізіологічної спеціалізації рас на сортах пшениці.

5. Визначити генотипний склад популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici та ефективність окремих генів стійкості пшениці.

6. Здійснити аналіз динаміки вірулентності популяції збудника борошнистої роси пшениці.

7. За допомогою методів популяційної генетики зробити порівняльний аналіз популяцій Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон України за ознакою вірулентності.

Об’єктами досліджень були явища стійкості та вірулентності. Предметами досліджень — інтенсивність розвитку хвороби та розповсюдження збудника на сучасних сортах пшениці вітчизняної селекції, расовий та генотипний склад популяцій Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон України. Для досягнення мети та вирішення поставлених задач використовувались такі методи досліджень: польова оцінка сортів, збір, розмноження та диференціація збудника хвороби, математична та статистична обробка отриманих даних.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше було проведено оцінку стійкості сучасних сортів пшениці вітчизняної селекції проти збудника борошнистої роси одночасно за чотирма показниками: балом стійкості, ступенєм розвитку хвороби в процентах, розповсюдженням хвороби та швидкістю розвитку інфекції.

Встановлено, що основним лімітуючим фактором для збудника є швидкість розвитку інфекції. На основі цього, а також особливостей расового складу популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici, висунуто припущення про наявність в сучасних сортах вітчизняної селекції істотної неспецифічної стійкості.

Показано, що різниця в частоті визначення ізолятів, вірулентних до окремих генів стійкості, між різними грунтово-кліматичними зонами тим істотніша, чим ефективнішим є ген стійкості.

Продемонстровано, що ступінь вірулентності ізолятів, які долають окремі гени стійкості, відрізняється в залежності від його ефективності і змінюється з часом, відповідно до зміни ефективності гену стійкості.

Вперше на території України охарактеризовано генетичну подібність та генетичні відстані між популяціями Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон.

Встановлено, що одним з джерел формування окремих диференційованих елементів єдиної популяції, є популяція зі степової зони України.

Практичне значення досліджень. Запропоновано підхід для визначення стійкості сорту на основі співставлення балу стійкості з розмахом варіювання ступеню розвитку хвороби в різних умовах вирощування. На основі цього підходу визначені найбільш стійкі сорти вітчизняної селекції.

Проаналізовано ефективність генів стійкості проти збудника борошнистої роси пшениці. На фоні низьких швидкостей розвитку інфекції, обумовлених імунологічними властивостями сортів, їх ефективність буде зберігатися тривалий час.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно зроблений аналіз літератури, розроблені задачі досліджень, методично обгрунтовані, сплановані та виконані основні досліди. Результати досліджень, викладені в дисертації, отримані особисто здобувачем. Спільно з науковим керівником були обрані об’єкти та напрямки досліджень, проведено обговорення отриманих результатів.

Апробація роботи. Матеріали, викладені в дисертації, були оприлюднені на міжнародній конференції молодих вчених "Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений" (Харків, 2001), міжнародній науково-практичній конференції "Аграрна освіта і наука на початку третього тисячоліття" (Львів, 2001), засіданнях вченої ради Інституту захисту рослин УААН.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 4 наукових роботи, з них 3 статті в наукових фахових виданнях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація викладена на 163 сторінках комп’ютерного тексту, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел із 188 найменувань, містить 27 таблиць, 13 рисунків і 3 додатки.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводили в п’яти областях України: Херсонській (сухостепова зона), Київській (лісостепова зона, центральна провінція), Тернопільській (лісостепова зона, західна провінція), Житомирській (зона Полісся), Івано-Франківській (зона Українських Карпат), на сортах, що проходили держсортовипробування. За три роки досліджень було обстежено 171 сорт (в т.ч. 50 зареєстрованих і 7 перспективних).

Оцінку ступеню розвитку та розповсюдження хвороби проводили тричі: в період кущіння, колосіння-цвітіння та через два тижні після другого обстеження, за методикою держсортовипробування (2000), враховуючи ступінь ураження (в %) листків чотирьох ярусів за шкалою ВІЗР (Неклеса и др., 1990). При обліку в період колосіння-цвітіння відмічали бал стійкості кожного сорту за дев’ятибальною шкалою (Бабаянц и др., 1988). В зв’язку з об’єктивними причинами жодного разу не проводили третій облік в Житомирській області, а також третій облік в Київській, Тернопільській та Івано-Франківській областях в 2001 році.

Збір та зберігання інфекційного матеріалу, виділення та розмноження моноконідіальних ізолятів здійснювали за стандартною методикою (Кривченко и др., 1980). Матеріал збирали в фазу колосіння-цвітіння з сортів, що мали максимальний ступінь ураження хворобою. Диференціацію популяції збудника проводили на основі європейського тест-сортименту, що складається з 9-ти сортів-диференціаторів з відомими генами стійкості (Бабаянц, Смилянец, 1991). Ідентифікацію рас проводили за спеціальним ключем (Кривченко и др., 1980). Тип імунності сортів визначали за модифікованою шкалою (Leath, Heun, 1990). Тип імунності 0-6 розглядали як стійкий (R), а тип імунності 7-9 — як сприйнятливий (S). Ізоляти гриба, які викликали реакцію типу S на сорті-диференціаторі, розглядали як такі, що мають ген вірулентності, який дає змогу долати відповідний ген стійкості (Persaud, Lipps, 1995).

Математичний аналіз результатів досліджень. Визначення ступеню розвитку борошнистої роси пшениці на окремих сортах проводили за методикою, описаною Коломієць М.В. (1977). Швидкість розвитку інфекції визначали за період від першого до другого обліку, користуючись формулою, запропонованою Планком (1972).

За результатами диференціації, серед ізолятів з кожної грунтово-кліматичної зони підраховували кількість ізолятів, вірулентних до генів стійкості, що присутні у сортах-диференціаторах. Дані різних років сумували. Після цього визначали генетичну відстань (D) та генетичну ідентичність (I) між парами популяцій за формулами Неї (Неи, 1981). Дендрограму будували за алгоритмом, запропонованим Бейлі (Бейли, 1970).

Графіки частот генів вірулентності в окремих популяціях будували за методикою А.С. Серебровського (1970). Значення кількості ізолятів, вірулентних до кожного з генів стійкості, відкладали у вигляді вектора, що починається з загальної початкової точки, причому вектор для кожного гена має свій постійний напрямок: Pm1 — N (північ), Pm2 — NE (північний схід), Pm2+mld — E (схід), Pm3a — SE (південний схід), Pm3b — S (південь), Pm4b — SW (південний захід), Pm5 — W (захід), Pm8 — NW (північний захід). Кінці векторів з’єднували для надання виразності графікам.

Статистичну обробку даних проводили стандартними методами (Лакин, 1980).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ, ЇХ АНАЛІЗ ТА УЗАГАЛЬНЕННЯ

Особливості стійкості сучасних вітчизняних сортів пшениці до збудника борошнистої роси.

Згідно оцінки за 9-бальною шкалою стійкості всі сорти поділяли на три групи: 1)стійкі (бал 7 і вище), 2)відносно стійкі та відносно сприйнятливі (бал 5 і 6), 3)сприйнятливі (бал 4 та нижче).

Ступінь розвитку та розповсюдження хвороби в різних групах сортів. Трьорічні польові дослідження показали достатньо низький рівень прояву захворювання (табл. 1). Динаміка розвитку хвороби в різних групах сортів була неоднаковою. В групі стійких сортів ступінь розвитку хвороби та її розповсюдження були максимальними в період кущіння. Протягом подальшої вегетації відбувалося зниження ступеню розвитку та розповсюдження хвороби. Одного разу, в зоні Українських Карпат в 2001 році, було відмічено підвищення цих показників в означеній групі сортів. В групі сортів, що мали бал стійкості 5 або 6, в більшості випадків, в період між першим та другим обліками відбувалося підвищення ступеню розвитку хвороби та частки уражених рослин. В період між другим та третім обліками могло відбуватися як підвищення, так і зниження розвитку хвороби. В групі сприйнятливих сортів ступінь розвитку хвороби та її розпосюдження були максимальними в період колосіння-цвітіння. Зниження розвитку хвороби в цій групі відбувалося за несприятливих погодних умов. В період між другим та третім обліками завжди спостерігалось зниження ступеню розвитку хвороби.

Ступінь розвитку хвороби в період колосіння-цвітіння мав статистично достовірні відмінності між окремими групами сортів в більшості випадків (табл. 1). Лише тричі група 2 (відносно стійкі та відносно сприйнятливі сорти) не відрізнялась за ступенєм розвитку хвороби хоча б від одної з двох іншіх груп. Аналогічні результати були отримані і при порівнянні груп за ознакою розповсюдження хвороби (табл. 1). Група 2 не мала статистично значущих відмінностей у відношенні хоча б до однієї з інших груп тільки двічі. Незалежно від ступеню розвитку хвороби, а також розкиду значень цього показника в межах групи, мінімальні та максимальні значення були завжди найменшими в групі стійких сортів і найбільшими — в групі сприйнятливих.

Таким чином, серед обстежених за три роки сортів пшениці, на основі бальної оцінки, можна виділити щонайменше три групи: 1)стійкі (бал 7 та вище), 2)відносно стійкі та відносно сприйнятливі ( бал 6 та 5), 3)сприйнятливі (бал 4 та нижче). В більшості випадків ці групи статистично достовірно відрізняються одна від одної за ступенєм розвитку хвороби та її розповсюдженням.

Прояв імунологічних властивостей сорту в залежності від зовнішніх умов. Ступінь розвитку хвороби значно варіював в межах більшості сортів (табл. 2). Розмах варіювання цієї ознаки до 10% було визначено у таких сортів: Красуня одеська, Находка 4, Ятрань 60, Київська 8, Копилівчанка, Поліська 90, Перлина лісостепу, Леля, Херсонська остиста, Миронівська 67, Селянка, Вікторія одеська, Одеська 267, Київська 7, Ніконія, Крижинка, Любава одеська та Херсонська 86. Розмах варіювання за вказаною ознакою у інших сортів був в інтервалі від 10 до 40%. Дані щодо сортів Зустріч, Чураївна, Красуня одеська та Копилівчанка не можна вважати об’єктивними, оскільки їх обстеження проводилось в межах однієї якоїсь зони, а умови різних років обстеження в цих зонах були подібними. Разом з тим, сорт Поліська 90 зустрічався в різні роки в різних зонах десять разів і розмах варіювання за ознакою ступеню розвитку хвороби складав 3,33%. Ураження сорту Крижинка було приблизно однаковим за восьми різних умов, а сорту Миронівська 67 — за шести. Розмах варіювання за ознакою ступеню розвитку хвороби був меншим (P<0,001) серед сортів, середнє ураження яких не перевищувало 5%.

За ознакою розповсюдження хвороби в межах окремих сортів варіювання також було значним (табл. 2). Розмах варіювання був статистично достовірно нижчим серед сортів, що мали в середньому менше 25% уражених рослин або більше 75%. Підрахунок коефіцієнтів варіації двох ознак показав, що ступінь розвитку хвороби переважно більш мінлива ознака, ніж розповсюдження хвороби (табл. 2).

Отже, в межах груп ступінь ураження хворобою може значно варіювати. В залежності від умов вирощування, ступінь розвитку хвороби на окремих сортах може значно відрізнятися. В зв’язку з цим необхідне порівняння бальної оцінки з середнім ступенєм розвитку хвороби на сорті, а також розмахом варіювання цієї ознаки.

Вплив імунологічних властивостей сортів на швидкість розвитку інфекції. Протягом трьох років швидкість розвитку інфекції (r) на всіх сортах була дуже низькою (табл. 3). В більшості випадків група стійких сортів статистично достовірно відрізнялась за цим показником як від групи сприйнятливих сортів, так і від групи відносно стійких та відносно сприйнятливих. Жодного разу не було виявлено статистично достовірної різниці за величиною r між групами сприйятливих сортів та відносно стійких і відносно сприйнятливих.

Мінімальне значення (rmin) вказаного показника в групі стійких сортів в середньому було найнижчим, а в групі сприйнятливих — найвищим; група відносно стійких та відносно сприйнятливих сортів займала проміжне положення. Ця різниця між всіма групами була статистично достовірною (P<0,001). Величина rmax в групі стійких сортів була переважно від’ємною, або дорівнювала нулю. В двох інших групах цей показник майже завжди був позитивним. Однак, статистично достовірна різниця між групами за величинами rmax була виявлена лише між групами стійких та сприйнятливих сортів (P<0,05).

Таким чином, на сучасних сортах пшениці української селекції за три роки досліджень спостерігався достатньо низький ступінь розвитку борошнистої роси при дуже малій швидкості наростання інфекції.

Расовий та генотипний склад популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici на території України.

Особливості расового складу популяції збудника борошнистої роси пшениці в різних грунтово-кліматичних зонах України. В 1998 році було розмножено та проаналізовано 91 моноконідіальний ізолят (з 13 сортів озимої пшениці) і виявлено 28 рас гриба. Серед 84 моноконідіальних ізолятів (з 11 сортів пшениці) в 2000 році було ідентифіковано 24 раси (табл. 4). Погодні умови вегетаційного періоду 2001 року, очевидно, були несприятливими для збудника борошнистої роси пшениці і більшість інокулюму на момент збору матеріалу виявилась нежиттєздатною. З усіх обстежених зон вдалося виділити та розмножити лише 16 моноконідіальних ізолятів, серед яких було ідентифіковано 10 рас: 60, 62, Мр16, Ск24, Ск25, Ск31, Ск33, Ск38, Ск41 та Х6. Результати визначення расового складу в 2001 році, в зв’язку з малою кількістю виділених ізолятів не можуть бути адекватно інтерпретовані і в подальших розрахунках вони не приймаються до уваги.

Дванадцять рас (1, 2, 4, 27, 32, 44, 53, 58, 61, 65, 66 та 86) було виявлено в обидва роки досліджень (табл. 5). Домінуючими були раси 2, 4, 58 та 61, хоча їх частка в різних областях в ці два роки була різною (табл. 6). Найбільш широко розповсюдженими в 1998 році були раси 1, 2, 4, 27, 58 та 61, а в 2000 — раси 58 та 61. Вказані домінуючі та широко розповсюджені раси проявляли найбільш широку спеціалізацію у відношенні до обстежених сортів. Так, в 1998 році раси 2 та 58 уражували 7 сортів з 13, 1 раса — 5, а 4, 27 та 61 раси — по 4 сорта. В 2000 році з 11 сортів 9 уражувались расою 58 та 7 сортів — расою 2 (табл. 4). Раси 0, 3, 5, 15, 17, 24, 26, 60, 88, Ск5, Ск10, Ск14, Ск37, Ск38, Мр33 та Х8 були виявлені лише в 1998 році, а раси 11, 23, 29, 45, 52, 57, 63, 69, Ск23, Ск25, Ск39 та Мр2 — лише в 2000. Найбільше різноманіття рас, тобто найбільше співвідношення між кількістю визначених рас та кількістю виділених ізолятів, спостерігалось в Івано-Франківській області (табл. 6).

Отже, результати досліджень 1998 та 2000 років свідчать про відносну постійність расового складу в цей проміжок часу. Домінуючими расами збудника є 2, 4, 58 та 61. Подібний расовий склад популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici спостерігався на різних сортах, вирощених в умовах різних грунтово-кліматичних зон України.

Ефективність окремих генів стійкості до Erysiphe graminis f. sp. tritici. Більшість рас була здатною долати гени стійкості Pm5 та Pm8 (табл.7). Домінуючі та широко спеціалізовані раси є вірулентними саме до цих генів стійкості. 12 виявлених в обидва роки рас, були вірулентні хоча б до одного з вказаних генів і 8 з них (27, 44, 53, 58, 61, 65, 66 та 86) — до обох. Найбільш ефективними проти популяції збудника борошнистої роси пшениці виявились гени стійкості Pm3а, Pm3b та комбінація генів Pm2+mld. Їх долало відповідно 4,57%, 12% та 9,14% ізолятів (табл. 7). Більшість з ізолятів, здатних долати ефективні гени стійкості, були виділени з сортів, зібраних в західних областях. Серед 175 ізолятів, виділених з 24 різних сортів, вірулентні до генів Pm1, Pm4b, Pm5 та Pm8, зустрічалися більш ніж на половині з них.

Гени стійкості Pm5 та Pm8 були неефективними в усіх обстежених грунтово-кліматичних зонах. Ефективність генів стійкості Pm3a, Pm3b та комбінації Pm2+mld також була універсальною для всіх зон. Більший відсоток вірулентних до Pm3b та Pm2+mld ізолятів був в зонах, розташованих на заході країни, вірулентних до Pm3a — в зоні Полісся (рис. 1).

Таким чином, вірулентність рас збудника борошнистої роси пшениці є подібною в усіх обстежених грунтово-кліматичних зонах країни, навіть за умови вирощування в них різних сортів. Гени стійкості Pm5 та Pm8 є неефективними на території всіх обстежених грунтово-кліматичних зон. Ефективними слід вважати гени стійкості Pm3а, Pm3b та комбінацію генів Pm2+mld.

Динаміка вірулентності Erysiphe graminis f. sp. tritici на території України. Кількість ізолятів, вірулентних до генів стійкості Pm1 та Pm3a була вищою в 1998 році. В усіх інших випадках було відмічено підвищення відсотку вірулентних ізолятів. Найбільш значним воно було для гену стійкості Pm2; найменшим — для комбінації генів Pm2+mld та гену Pm5.

Співставивши дані, наведені в таблицях 5 та 7, можна сказати наступне. Очевидно, зниження чисельності ізолятів, вірулентних до гену Pm1, відбулося переважно за рахунок зменшення в популяції рас 4 та 27. Вірулентними до гену Pm3a в 1998 році було 5 ізолятів, а в 2000 — 3. За такої малої кількості ізолятів, коливання чисельності, напевно, носять випадковий характер. Коливаннями в чисельності 12 рас, що складають основу популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici, обумовлені зміни у кількості ізолятів, вірулентних до неефективних генів стійкості. Зниження чисельності рас 2, 4. 27, 44 та 61, було скомпенсовано збільшенням чисельності рас 32, 58, 65 та 66. Значне зростання кількості ізолятів, вірулентних до гену Pm2, відбулося за рахунок збільшення чисельності раси 65, а також за рахунок підвищення загального числа рас, здатних його долати. Основною причиною збільшення ізолятів, вірулентних до генів Pm3b та Pm4b, було, імовірно, зростання кількості рас, вірулентних до них.

Більшість з визначених у 1998 та 2000 роках ізолятів була низьковірулентною. Домінуючі раси мали не більше трьох генів вірулентності: 2 раса — один ген, 4 та 58 — по два і 61 — три гени вірулентності. З 12 рас, визначених в обидва роки, найбільш вірулентними були раси 53 та 86 ( 4 та 5 генів вірулентності відповідно). Інші десять рас несли від одного (раса 1) до трьох (раси 27, 44, 65 та 66) генів вірулентності. Шість і більше генів вірулентності мали лише три раси з сорока, визначених за два роки (Ск25, Ск38 та Мр2).

Очевидно, що зміни в чисельності основних 12 рас були головною причиною коливань у процентному співвідношенні ізолятів, що мають певну кількість генів вірулентності. Зниження кількості ізолятів, що мали один ген вірулентності, пов’язане зі зменшенням частоти визначення рас 1 та 2. Зростання кількості ізолятів з двома генами вірулентності може бути пов’язане зі збільшенням проценту 58 раси в популяції, Три гени вірулентності мали раси 27, 44, 61, 65 та 66. Кільсть перших трьох у 2000 році знизилась; 65 та 66 —зросла, але не настільки, аби скомпенсувати зниження чисельності 27, 44 та 61. В даному випадку, імовірно, більш впливовим виявилося зростання загальної кількості рас, що мали три гени вірулентності. Поява більш високовірулентних рас була достатньо рідкою подією, тому, коливання в чисельності ізолятів, що несли 4 або більше генів вірулентності мали, швидче за все, випадковий характер.

Аналіз вірулентності ізолятів, здатних долати стійкість кожного з Pm-генів дав такі результати. Серед ізолятів, вірулентних до неефективних генів стійкості, більшість мала два гени вірулентності. Кількість ізолятів, що мала більш як три гени в обидва роки була незначною (рис 2а). Серед ізолятів, вірулентних до генів стійкості Pm3a, Pm3b та комбінації Pm2+mld, були як низько, так і середньо- або високовірулентні і графіки розподілу ізолятів за ступенєм вірулентності мали досить дивний вигляд (рис 2б). Графіки розподілу за ступенєм вірулентності у відношенні до генів стійкості Pm1, Pm2 та Pm4b (рис. 2в) займали проміжне положення між двома описаними вище. При цьому, з часом спостерігалося наближення графіків розподілу до вигляду, наведеному для генів Pm5 та Pm8.

Отже, домінуючі раси є низьковірулентними. Частота визначення в популяції високовірулентних ізолятів є невисокою. Ступінь вірулентності ізолятів, що долають окремі гени стійкості, відрізняється в залежності від його ефективності. Серед ізолятів, здатних долати неефективні гени стійкості, переважають низьковірулентні. Ізоляти, здатні долати ефективні гени стійкості, є високовірулентними.

Порівняння популяцій Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон країни за ознакою вірулентності

Генетична ідентичність та генетична відстань між популяціями Erysiphe graminis f. sp. tritici. Аналіз вірулентності виділених протягом двох років ізолятів Erysiphe graminis f. sp. tritici виявив дуже високу подібність між популяціями гриба з різних грунтово-кліматичних зон України. При максимально можливому значенні I (генетичної ідентичності) 1 (або 100%), найменша генетична ідентичність була виявлена між популяціями з Івано-Франківської та Житомирської областей (93,78%). Найбільша — між популяціями з Херсонської та Київської областей (99,19%). Відповідно до генетичної подібності популяцій, генетичні відстані між ними були невеликими. Мінімальна генетична відстань складала менш як 0,01. Максимально віддаленою була популяція з Івано-Франківської області, але навіть для неї D не перевищувала 0,06. (рис. 3).

Таким чином, популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон України характеризуються дуже високою генетичною подібністю за ознакою вірулетності (I коливається від 0,94 до 0,99). Генетична відстань між окремими популяціями з різних грунтово-кліматичних зон України не перевищує 0,06. Найбільшою вона є для популяції з Івано-Франківської області.

Встановлення розпаду популяції на окремі "диференти". Кількість ізолятів, здатних долати гени стійкості Pm1, Pm4b, Pm5 та Pm8, відрізнялася в залежності від зони обстеження приблизно на 30%. Однак, незважаючи на це, графіки популяцій в частині, що відповідає вірулентностям до цих генів, були дуже подібними за формою. Чисельність ізолятів, здатних долати ефективні гени стійкості, відрізнялася приблизно на 15%, що вдвічі менше, ніж різниця в чисельності ізолятів, вірулентних до неефективних генів стійкості. Однак, форма графіків популяцій, в частині, що відповідає вірулентностям до генів стійкості Pm2, Pm2+mld, Pm3a та Pm3b сильно відрізнялася (рис. 4а—4д). Отже, різниця в 15% серед менш чисельних ізолятів виявилася більш впливовою, ніж різниця в 30% серед ізолятів, що зустрічаються в популяції з високою частотою. Тому коливання частоти визначення ізолятів, вірулентних до ефективних генів стійкості, більш істотне, ніж коливання частоти визначення ізолятів, вірулентних до неефективних генів стійкості.

Співвідношення ізолятів з усіх означених областей, вірулентих до окремих генів стійкості, було використано для отримання сумарного графіка частот генів вірулентності на Україні (рис. 4е). Він відображає кількість ізолятів, вірулентних до кожного з генів стійкості, серед всіх ізолятів визначених за два роки і є дуже подібним до графіка популяції з Херсонської області, наведеному на рис. 4а. Така подібність дозволяє зробити висновок, що популяції з різних грунтово-кліматичних зон України є частинами однієї єдиної популяції, що стали її диференційованими елементами. Джерелом формування окремих диференційованих елементів ("диферентів") є, очевидно, Херсонська (південна, степова) популяція, оскільки сумарний графік є подібним саме до графіку цієї популяції.

Аналіз і узагальнення результатів досліджень.

Сорти, які мають однаковий бал стійкості можуть істотно відрізнятися за ступенєм розвитку хвороби, тому оцінка лише за балом стійкості може бути недостатньою. З іншого боку, ступінь розвитку хвороби на окремому сорті відрізняється в залежності від умов. Найбільш коректним, на нашу думку, може бути співставлення бальної оцінки з розмахом варіювання ступеню розвитку хвороби (R) на сорті. Сорти, які мають незначний R, незалежно від балу стійкості, слід віднести до стійких. Сорти, що мають високий R або є сприйнятливими, або характеризуються горизонтальною стійкістю, що сильно залежить від зовнішніх умов. Найбільш стійкими можна вважати сорти, що при відносно низьких середніх значеннях ступеню розвитку хвороби, мають незначний розмах варіювання цієї ознаки. Серед зареєстрованих та перспективних сортів такими є: Вікторія одеська, Київська 7, Київська 8, Крижинка, Леля, Любава одеська, Миронівська 67, Находка 4, Ніконія, Перлина лісостепу, Поліська 90, Селянка, Херсонська 86, Херсонська остиста та Ятрань 60.

Низький рівень розвитку хвороби протягом трьох років досліджень можна пояснити як мінімум двома причинами: несприятливими погодними умовами та імунологічними властивостями сортів. Обидва фактора здатні впливати як на кількість ефективного інокулюму, так і на швидкість розвитку інфекції. За даними літератури (Планк, 1972), для помірно сприйнятливих сортів, в роки не виключно сприятливих погодних умов, швидкість розвитку інфекції складає біля 0,20 на одиницю на день, а для сприйнятливих — приблизно вдвічі більше, що значно більше, ніж в нашому випадку. Отже, надзвичайно низька швидкість розвитку інфекції була обумовлена, переважно, імунологічними властивостями сортів, хоча вплив погодних умов також не можна повністю виключити.

Імунологічні властивості сортів є основним фактором, що визначає вірулентність патогену. 58 раса (вірулентна до Pm5 та Pm8) була домінуючою вже десять років тому (Бабаянц, Смилянец, 1991). Раса 2 переважала в Лісостепу, а раса 4 — на півдні України ще на початку 80х років (Давидович, Черебедова, 1982; Головатюк, 1986). Це свідчить про відсутність зміни генів стійкості у сортів, що вирощуються на території України, протягом тривалого часу. Співставивши це з даними про ступінь розвитку хвороби та швидкість наростання інфекції, можна зробити висновок, що незначний рівень розвитку хвороби обумовлений низькою швидкістю наростання інфекції, а не відсутністю достатньої кількості ефективного інокулюму.

Існує концепція, що "гени горизонтальної стійкості — це по суті гени вертикальної стійкості, які втратили свою самостійну ефективність до окремих рас, але при сумісній дії дають ефект, який називають горизонтальною стійкістю" (Nelson et al., 1977). Можливо, за такий ефект у випадку стійкості проти збудника борошнистої роси відповідають гени Pm5 та Pm8. При сумісній дії кількох, так званих "малих" генів стійкості, на популяцію діє стабілізуючий добір, завдяки якому раси відбираються за оптимальним рівнєм вірулентності і в популяції зберігається їх високе різноманіття. Саме таку картину ми і спостерігаємо в популяції збудника борошнистої роси на Україні. Прийнявши до уваги це, повернемося до того, що швидкість ровитку інфекції обумовлена імунологічними властивостями сортів, вона є низькою, а це вважається ознакою неспецифічної стійкості. Крім того, ступінь розвитку хвороби на сортах пшениці значно варіював в залежності від умов, що характерно для прояву неспецифічної стійкості. Отже, на підставі сказаного, можна зробити висновок, що стійкість сучасних сортів вітчизняної селекції є значною мірою неспецифічною.

Висока генетична подібність та незначна генетична відстань між популяціями Erysiphe graminis f. sp. tritici на території України свідчать про відсутність планомірного розташування генів стійкості на шляху міграції патогена. Для порівняння: генетична відстань між популяціями Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних штатів Америки складає щонайменше 0,12 і досягає приблизно 1,11(Neiwoehner, 1998). Найбільша генетична відстань, як і найменша генетична подібність, популяції з Івано-Франківської області, можливо, обумовлена тим, що на неї найбільш істотно впливає близкість інших країн Європи. В них вирощують сорти з іншими генотипами, а аерогенний спосіб поширення патогена сприяє міграції генів вірулентності. Останнє припущення підтверджується тим, що саме в означеній області спостерігається найбільше різноманіття рас гриба. Крім того, більшість з ізолятів, здатних долати ефективні гени стійкості, були виділені з сортів, зібраних в західних областях. Не дивлячись на те, що в різних грунтово-кліматичних зонах країни вирощуються різні сорти, вони, напевно, є генетично однорідними за ознакою стійкості проти збудника борошнистої роси пшениці, оскільки з різних сортів виділяються ізоляти, вірулентні до одних і тих самих генів стійкості.

Показником ефективності окремих генів стійкості може бути не лише частота визначення вірулентних до них ізолятів, а і ступінь різниці цієї частоти в різних зонах. Ще одним таким показником, на нашу думку, може бути ступінь вірулентності ізолятів, що долають кожний з генів стійкості, оскільки характер розподілу частот ізолятів, що мають певну кількість генів вірулентності відрізняється в залежності від ефективності гену стійкості.

ВИСНОВКИ

1. Особливості вірулентності популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici на території України обумовлені переважно дією доборів, що створюють своєю стійкістю сорти пшениці. Останні, очевидно, за ознакою стійкості до збудника є генетично однорідними. Крім того, вони характеризуються істотною неспецифічною стійкістю. Така стійкість обумовлює особливості розвитку хвороби (її ступеню та швидкості наростання) і є однією з причин залежності прояву імунологічних реакцій сортів від зовнішніх умов.

2. Популяції Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон України характеризуються високою генетичною подібністю за ознакою вірулетності (I коливається від 0,94 до 0,99) і генетичні відстані між ними є невеликими (D не перевищує 0,06). Це пов’язано з відсутністю генетичного різноманіття стійкості сортів пшениці, що вирощуються. Найбільш генетично віддаленою за ознакою вірулентності є популяція з Івано-Франківської області, що, можливо, є результатом міграції генів вірулентності з сусідніх країн Європи. Популяція зі степової зони України (Херсонська обл.) є джерелом формування окремих "диферентів" (субпопуляцій) єдиної популяції.

3. Гени стійкості Pm5 та Pm8 є неефективними на території всіх обстежених грунтово-кліматичних зон. Ефективними слід вважати гени стійкості Pm3а, Pm3b та комбінацію генів Pm2+mld. Коливання частоти визначення ізолятів, вірулентних до ефективних генів стійкості, більш істотне, ніж коливання частоти визначення ізолятів, вірулентних до неефективних генів стійкості.

4. Ступінь вірулентності ізолятів, що долають окремі гени стійкості, відрізняється в залежності від їх ефективності. Серед ізолятів, здатних долати неефективні гени стійкості, переважають низьковірулентні. Ізоляти, здатні долати ефективні гени стійкості, є високовірулентними. Домінуючими расами збудника борошнистої роси пшениці є 2, 4, 58 та 61.

5. На сучасних сортах пшениці української селекції за три роки досліджень спостерігався достатньо низький ступінь розвитку борошнистої роси при дуже малій швидкості наростання інфекції. Остання, очевидно, обумовлена переважно імунологічними властивостями сортів, хоча вплив погодних умов також не можна повністю виключити. Незначний ступінь розвитку хвороби обумовлений низькою швидкістю наростання інфекції, а не відсутністю достатньої кількості ефективного інокулюму.

6. Стійкість сучасних вітчизняних сортів є значною мірою неспецифічною, що має довгострокову дію. Ефективність наявних в сортах генів специфічної стійкості може також досить довго зберігатись на фоні дуже низьких швидкостей розвитку інфекції.

7. Серед обстежених за три роки сортів пшениці, на основі бальної оцінки, можна виділити щонайменше три групи: 1)стійкі, 2)відносно стійкі та відносно сприйнятливі, 3)сприйнятливі. Ці групи статистично достовірно відрізняються одна від одної за ступенєм розвитку хвороби та її розповсюдженням. В залежності від умов вирощування, ступінь розвитку хвороби в межах груп і на окремих сортах може значно варіювати. В зв’язку з цим необхідне порівняння бальної оцінки з середнім ступенєм розвитку хвороби на сорті, а також розмахом варіювання цієї ознаки.

8. Найбільш стійкими можна вважати сорти, що при відносно низьких середніх значеннях ступеню розвитку хвороби, мають незначний розмах варіювання цієї ознаки. Серед зареєстрованих та перспективних сортів такими можна вважати наступні: Вікторія одеська, Київська 7, Київська 8, Крижинка, Леля, Любава одеська, Миронівська 67, Находка 4, Ніконія, Перлина лісостепу, Поліська 90, Селянка, Херсонська 86, Херсонська остиста та Ятрань 60.

ПЕРЕЛІК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лісовий М.П., Богданович А.В. Борошниста роса на сучасних вітчизняних сортах озимої пшениці // Захист рослин. - 2001. - №10. - С. 6-7. (Богданович А.В. проведено дослідження, обробка отриманих даних, написаний текст статті.)

2. Лісовий М.П., Богданович А.В. Генетична подібність вірулентності популяцій Erysiphe graminis f. sp. tritici з різних грунтово-кліматичних зон України // Вісник аграрної науки. - 2001. - №11. - С. 46-48. (Богданович А.В. проведено дослідження, обробка отриманих даних, написаний текст статті.)

3. Богданович А.В. Стійкість пшениці проти збудника борошнистої роси (Erysiphe graminis f. sp. tritici) // Захист рослин. - 2001. - №12. - С. 3-4.

4. Богданович А.В. Динаміка розвитку борошнистої роси пшениці в умовах різних грунтово-кліматичних зон України в залежності від імунологічних властивостей сортів // Тез. докл. междунар. конф. молодых ученых "Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений" - Харьков (Украина). - 2001. - С. 80-81.

Богданович А.В. Вірулентність Erysiphe graminis f. sp. tritici та особливості прояву імунологічних реакцій сортів озимої пшениці до