Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическое обоснование повышения устойчивости дуба к грибам р. CERATOCYSTIS в условиях Нижнего Поволжья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическое обоснование повышения устойчивости дуба к грибам р. CERATOCYSTIS в условиях Нижнего Поволжья"

На правах рукописи

ЕЛФИМОВА Валентина Алексеевна

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ДУБА К ГРИБАМ р.СЕКАТОСУБТГЗ В УСЛОВИЯХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж 1995

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте агролесомелиорации (ВНИАЛМИ)

Научный руководитель - член-корреспондент РЭА, доктор сельскохозяйственных наук Е.А.Крюкова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

В. Г. Сторожен ко кандидат биологических наук, доцент В.Н.Алфёрова

Ведущее учреждение - Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия.

Зашита состоится ", /Г» в " ¡0 " часов на заседании диссертационного совета К 064.06.01 в Воронежской государственной лесотехнической академии.

Отзыв на автореферат просим высылать в 2-х экземплярах по адресу : 394613, г.Воронеж, ул.Тимирязе ва, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВГЛТА. Автореферат разослан " ?3> " /С С-Ь^^/х^сЛ^ 199<^"г~

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, Н.М.Попова

доцент

-------------ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Научно обоснованная зашита лесных насаждений от фитопатогенов является одним из необходимых условий рационального использования лесных ресурсов, сохранения лесных биоценозов и улучшения природной среды. Наиболее экономически эффективным и экологически безопасным методом зашиты растений, как показывает мировой опыт, является использование видов и форм, устойчивых к возбудителям болезни. В условиях Нижнего Поволжья такой подход к защите дубовых дре постое и от сосудистого микоза (возбудители фибы из р. СепПосузИз) является наиболее актуальным, учитывая экологическую напряженность территории регион;! исследований, биологическую ослабленность наиболее ценных пойменных и байрачных дубрав за счет трудных лесорастительных условий и особой вредоносности болезни в этих условиях,значительной трансформации исторически сложившихся условий роста древостоев и большой антропогенной нагрузки.

Несмотря на значительное число работ, затрагивающих проблему инфекционного усыхания дуба, мало освешены вопросы генетического разнообразия р. Оиегси& но признаку устойчивости к 1рибам р.Сепиосуйиз, включая местные природные популяции О.гоЬиг различных условий произрастания.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в обосновании путей повышения устойчивости дуба к грибам р. СепиосуШв на селекционно-'экологической основе.

На основании анализа консортивных отношений в системе растение-хозяин - патоген - внешняя среда необходимо было оценить на устойчивость к возбудителю болезни на высоком искусственном инфекционном фоне гетерогенные нонуляшш О. гоЬпг местных экотипов и отдельные виды-и ¡продуценты и формы дуба, выделенные по хозяйственно ценным признакам, с последующим отбором среди них устойчивых экземпляров.

Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи.

1. Определить штаммовый состав возбудителей микоза в очагах широкого распространения болезни в Нижнем Поволжье и соседних регионах, изучить полиморфизм видов и популяций р. Сегаюсукпз.

2. Провести сравнительный анализ патогенностн выявленных штаммов и отбор высокоафессивного из них для проведения фптоиатологичес-кой оценки дуба.

3. Дать оценку устойчивости к фибам р. Сегаюсуьиь популяций О.гоЬиг в разных экологических условиях произрастания и провести отбор устойчивых форм среди плюсовых деревьев местных экотипов и эдафоти-пов.

4. В условиях Нижнего Поволжья изучить микозоустойчивость и провести отбор по этому признаку путем направленного искусственного инфицирования среди популяций видов-интродуцентов, гибридных и морфологических форм р. Qi.ierci.iS.

5. Провести проверку фитопатологической устойчивости отобран-

ныл перспективных форм дуба по их потомству на искусственном ин иконном фокс.

6. Исследовать биохимические аспекты микозоустойчивости д; системе патоген - растение-хозяин - внешняя среда.

7. Разработать косвенный метод определения устойчивости дз возбудителю сосудистого микоза.

Научная новизна чередований. Впервые на генетически oднopoi материале гоЬиг исследованы патогенные свойства и агрессивность дов и экотиков р. СегакзсуБ^ выделенных из природных популяций вс дителя в разных географических зонах.

В условиях Нижнего Поволжья впервые с использованием вы агрессивного штамма возбудителя проведено детальное обследование и характеристика на устойчивость к грибами р. Cerat.ocyst.is обширного \ риала различных популяций рода (^иегеиз в зависимости от ириродны; ловий произрастания, степени их трансформации и основных метеог; метров.

Впервые широко исследованы биохимические факторы микоз тойчивости дуба, изучены особенности патофизиологии болезни во в модействии различных сторон системы растение - возбудитель - внеи среда.

Практическая значимость результатов исследований. По резул там исследований выявлен высокоагрессивный штамм возбудителя С.к шеит (краснодарский экотип), который использован при проведении топатологической оценки на устойчивость и других опытных работах.

Выявлены различные формы, гибриды и клоны дуба с повышен и средней степенью устойчивости к грибам р.СегаЮсуБШ, проведена пров> их устойчивости по семенному потомству, даны рекомендации по иск зованию отобранного материала дуба в различных агроклиматических нах региона исследований.

Полученные данные дают возможность проводить научно обо< ванный отбор ценных микозоустойчивых форм р. Оиепяй для создания щитных лесных насаждений с участием дуба и оздоровления местных . рав.

Дано обоснование использования биохимической опенки и урс патологических изменений при офиостомозе как дополнительных фа] ров устойчивости дуба.

Разработан метод косвенной опенки микозоустойчивости по изменчивс культуральпо-морфологическнх признаков гриба на искусственных ш тельных средах из вытяжек древесины исследуемых форм дуба, что обле ет массовый отбор микозоустойчивых форм на первых этапах работы.

Изучены и определены наиболее оптимальные способы хране культур возбудителя с сохранением патогенных свойств при длптель, проведении селекционных работ.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложе обсуждены и одобрены на Всероссийской конференции "Проблемы лес фитопатологии и микологии", проведенной в рамках выполнения коо^ наппонных исследований по проблеме "Формирование устойчивых к г|:

ним болезням Лесных биоценозов" (Москва, 1994); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВСХА (Волгоград, 1993, 1994); Всесоюзной конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсом" (Москва, 1994); расширенном заседании отдела биологии ВНИАЛМИ (1995).

Публикации. По материалам диссертации иодютовлено 5 работ, 3 из них опубликованы. 2 находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 203 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы и 22 рисунка. Состоит из внесении, 6 глав, выколов и предложений. В списке использованной литературы приведено 214 наименований работ, в том числе 44 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, показаны цель и задачи исследований, научная новизна работы.

Глава 1. Проблема инфекционного усыхания дуба (литературный обзор)

Дан краткий обзор но истории и современному состоянию вопроса. На основании аналитического обзора научных публикации, непосредственно или косвенно связанных с обозначенной проблемой, показаны широкое распространение инфекционного усыхания дуба и различных геофафпчес-ких зонах и особая вредоносность возбуди телен сосудистого микоза на юго-востоке ETC и в условиях региона исследований (Брии Т., 1956; True, Amos, 1967; Peucscu, 1967, Воронцов А.И.,1978; Крюкова Е.А., Плотникова Т.С., 1976, 1979, 1981; Кузьмичей Е.П., I9S3. 19S4; Осипом В.В., Село-шик H.H., Ильюшенко A.C. и np.,19S9).

На основе анализа работ, раскрывающих цуш и способы передачи инфекции, характер протекания болезни, химические методы борьбы с сосудистыми инфекциями, показано, что на современном этане приоритетным направлением в защите дубовых древостоев является изучение иммунитета к этой болезни, поиск и внедрение устойчивых к комплексу абиотических и биотических факторов видов, форм п клопов растении (Озолин Г.П., 1969; Крюкова Е.А., 1980; Зулилин В.А., 1984, Маггнс Г.Я. и др.,1986) па основе индивидуальной естественной устойчивости за счет высокой ге-терогснносш природных популяций (Вавилов Н.И., 1935; Вердеревский Д.Д., 1959).

Глава 2. Природно-климатические особенности Волгофадской области

В главе дана характеристика климата, характеризующегося резко выраженной коптинентальностыо и засушливостью, и иочвенно-раститель-ного покрова Волгофадской области, расположенной па юго-востоке Рус-

ской равнины б районе Нижнего Поволжья и среднего течения р.Дона.

Описаны особенности погодных условий периода исследова! (1991-1994 гг.). Отмечено, что наиболее благоприятные условия для сс дистого микоза складываются в годы с повышенной влажностью в вес ний и раннелетний периоды. Сухая и жаркая погода весной и летом яши ся сдерживающим фактором для распространения болезни в этот пери но значительно ослабляет древостой, снижая их фитопатологическую тойчивость в последующие гады.

Глава 3. Программа работ, материал и методика исследований

Изложены основные программные вопросы, сформированны соответствии с задачами и конечной целью работы, освещены основа методические положения, принятые при проведении исследований, раз) образные методы полевых и лабораторных исследований и различные i тоды обработки полученных данных, применяемые для реализации п; граммы работ.

Объектами исследований служили искусственные насаждения д; (чистые и смешанные полосы), дубравы, участки молодых культур, шш ники лесосеменных станций и лесхозов, в которых при рекогносциров; пых обследованиях проводился отбор популяций возбудителей (Реком< дации по диагностике и мерам борьбы с сосудистым микозом дуба на ю востоке европейской части РСФСР, 1985).

При выполнении комплекса лабораторных работ с чистыми куль рами возбудителей микоза использовали рекомендации, изложенные в : тодических пособиях В.И.Билай (1973); З.Кирай и др. (1974); А.Е.Чумак« и др., 1974; М.К.Хохрякова (1976);Е.А.Крюковой,Т.С.Плотников (1976);И.И.Минкевича и Т.И.Захаровой (1977).

При проведении исследований по определению микозоустойчиво< дуба для детальных и специальных полевых обследований в разных тш насаждений дуба закладывались пробные площадки (21 шт.) постоянн» типа с учетом экологических условий произрастания древостоев.

Плюсовые деревья для оценки на устойчивость к C.kubanicum < бирались в очагах естественного развития болезни с учетом дендромет! ческих и морфологических показателей (Методические указания по от< ру, учету и оценке плюсовых деревьев..., 1975).

В работе были использованы основные принципы и методы оценки и от( ра древесных пород на устойчивость к сосудистым микозам, разработанн и апробированные во ВНИАЛМИ (Крюкова Е.А., I9S9).

Оценка растений на высоком искусственном инфекционном фс и классификация по степени устойчивости к патогену проводится пос 40-45 дней экспозиции возбудителя по внугренним признакам болезни и анализе древесины (шкала от 0-4 баллов, Расселл Г.Э., 1982, с дополнен! ми Е.А.Крюковой, 1989) и но процентному соотношению восприимчив и устойчивых экземпляров (шкалаЯ.М.Стамма, 1969),с учетом частоты вст] чае мости болезни (Кирай 3. и др., 1972).

Для проведения биохимических анализов отбор образцов проводился в мае, в период инфицирования - здоровая древесина и после 5 месяцев развития итоге на (конец сентября) - больная и здоровая древесина (для учета сезонной динамики веществ).

Анализ древесины проводился по следующий показателям: содержание обшей, свободной и связанной воды (термовесовой метод, метод А.Ф.Маринчпк (1957) с изменениями Н.А.Гусева (i960); качественный и количественный состав Сахаров (по методике Бертрана и резорциновым методом (фруктоза) в прописи А.И.Ермакова и др., 19S7); содержание элементов минерального питания (Р,К) и общего азота (но А.М.Мешерякову, 1963); обшее содержание фенольных соединений (по методу Г.Б.Самородо-воп-Бианкп и С.А.Стрельшша, 1979).

Количество всех веществ рассчитано в процентах от абсолютно сухого веса древесины.

Косвенный метод определения устойчивости различных видов и форм дуба проведен согласно "Методическим указаниям по ускоренной опенке устойчивости плодовых культур к грибными заболеваниям", 1971.

При статистической обработке данных нолевых и лабораторных исследований использовались стандартные методики, применяемые при биологических исследованиях (Минкевпч И.И., Хохрякова Т.М.. I96S; Доспехов Б.А., 1973: Минкевпч И.И., Захарова Т.И., I9S2).

Для оценки тесноты и характер;1, связи между показателями про нелеп корреляционный и рефессионнып анализы. Расчеты проводились па профаммируемом микрокалькуляторе МК-61 и ЭВМ "Искра-ЮЗОЛГ" по профамме РА-5.

Глава 4. Эколого-биологпческпс особенности возбудителей микоза на видовом и популядионном уровнях

Основная цель исследований, изложенных а данной главе - выделение высокоафессивного штамма из наиболее широко распространенных популяций р. Ceratocystis для проведения оценки дуба на устойчивость к возбудителю микоза на искусственном инфекционном фоне. Проанализировано свыше 2 тысяч образцов с пораженных болезнью деревьев дуба из разных геотрафичеекпх зон. В холе предварительных работ были изолированы на питательные среды и идентифицированы возбудители болезни из больных деревьев д\ба в очагах сосудистого микоза в различных зонах Нижнего Поволжья п соседних регионов (Среднее Поволжье. Северный Кавказ, Закавказье).

Учитывая широту распространения видов р. Ceralocystis п вредоносность болезни в каждом регионе для сравнительного изучения из всех геофафических популяций были отобраны изоляты C.roboris (азербайджанский штамм) и C.kubanicum (краснодарский, волгоградский и тпмашевс-кий штаммы) для краткости обозначенные как шт. А,К,В,Т соответственно.

Отмечены достоверные различия .между видами патогена по характеру и скорости роста на искусственных питательных средах, в сроках и вилах спороношсиий.

Максимальный диаметр колоний (9,4 см) и высокая энергия рост (2,85 мм) при равных условиях культивирования характерна для Краснодар ского экотипа С.киЬашсиш (шт.К).

Отмечается высокий плеоморфизм популяций возбудителей мико за, который многие исследователи (Потлайчук В.И., 1976; Кузьмичев Е.П 1994) связывают с патогенностью грибов. Наблюдается зависимость типов сроков наступления спороношений от вида питательной среды. На бедны питательными веществами возможен неполный цикл развития даже пр: оптимальных значениях рН среды (4,5-5,0) и тепловом преферендуме (20 25°С).

Для более патогенных штаммов характерен стабильный цикл раз вития, более ранние сроки наступления коремиального спороношения вгар Ыит, в стадии которого возбудители проявляют наивысшую патогенност (Крюкова Е.А., Плотникова Т.С., 1985).

Анализ динамики патогенеза 4-х исследуемых штаммов возбудите ля в древесине инфицированных саженцев О.гоЬиг (в качестве теста берет ся генетически однородный материал - 3-летние клоны одного дерева) по казал, что наибольшая вредоносность характерна для шт.К, который пре восходил по протяженности зоны поражения древесины остальные штам мы в 1,4-1,6 раза, особенно а конце опыта, проникая глубоко в стебель I корень деревьев.

У саженцев, инфицированных культурой этого штамма, в первук очередь проявились (на 2-й год после инокулирования) внешние признаю поражения болезнью (измельченность листвы, характерное бледно- зелено« ее окрашивание, отставание дубков а росте по сравнению с контролем) Хронический характер болезни в течение 3-х лет привел к постепенное гибели растений.

Расчет скорости распространения инфекции, которая при равно г восприимчивости растения-хозяина и одинаковых погодных условиях г наибольшей степени характеризует агрессивность патогена (Ван дер Планк. 1972) показал, что в условиях региона исследований краснодарский штамм С.киЬашсиш обладает повышенной агрессивностью, распространяясь пс сосудами ксилемы в 1,6-1,8 раза быстрее по сравнению со штаммами В,А и Т.

Высокая фитотоксическая активность штамма К была подтверждена и результатами биохимического анализа инфицированной древесины. Патоген вызывает наиболее сильное обезвоживание тканей (в 2,1 раза по сравнению с контролем), повышенный приток Сахаров к очагу инфекции по сравнению с другими штаммами и заметное обеднение тканей элементами минерального питания (калий, фосфор).

Результаты исследований свидетельствуют, что патогенные характеристики и высокая агрессивность штамма К коррелируют с повышенной энергией роста изолята на искусственных питательных средах, с интенсивным и более длительным по времени коремиальным спороношением.

На основании полученных данных шт.К С.киЬашсиш был использован нами для проведения исследований по фитоиатологической устойчивости дуба.

Г-iaisa 5. Опенка устойчивости к C.kubanicum различных видов, экотпиов и форм дуба в условиях Нижнего Поволжья

На высоком инфекционном искусственном фоне с использованием атрессивного штамма C.kubanicum был проведен поиск и отбор устойчивых экземпляров среди разнообразных местных искусственных и природных популяций Q.robur в экотшшх, отличающихся но устройству рельефа мест произрастания, типу и плодородию почв, степени их увлажнения.

По результатам, исследований популяций байрачных., нагорных и пойменных экотпиов ( табл.1) отмечено, что среди плюсовых деревьев дуба, отобранных в искусственных насаждениях (лесополосы разного назначения) не обнаружено экземпляров с повышенной устойчивостью к патогену. Как более устойчивые к возбудителю болезни оценены природные популяции нагорных и байрачных дубрав, среди которых выявлены деревья со степенью устойчивости в 1-2 балла (Чаиурниковская балка, нагорная дубрава в Камышинском лесхозе).

Детальный анализ фитопатологической устойчивости популяций дуба различных эдатонов показал, что степень развития болезни у деревьев в зависимости от эдафпческих условий сильно дифференцирована. Значительно варьируют длина пораженной ткани, интенсивность некрозов и рс-пзоляиионная способность возбудителя, что подтверждает различную норму и скорость реагирования г камей растений на патоген в конкретных условиях роста.

На более плодородных и лучших по лесопригодностп в условиях региона черноземных почвах отмечается самое значительное количество (lS?c) деревьев с повышенной устойчивостью к C.kubanicum от общего числа обследованных, на темно-каштановых и каштановых почвах этот показатель равен 16%, при полном отсутствии высокоустойчивых экземпляров в элагопах со светло-каштановыми почвами. Для всех инфицированных деревьев в данных условиях была характерна высокая (S3,4?¿) и реже средняя (16,6%) степень развития болезни. На почвах повышенной лесопригодностп по сравнению с последними процент среднеустойчивых к возбудителю деревьев в 3,0-3,5 раза выше.

Установлено, что на степень развития болезни особую роль оказываем почвенная влажность, влияние которой при искусственном инфицировании проявляется наиболее ярко. На почвах одного типа уровень иато-1енсза болезни возрастает по мере увлажнения почвы по сравнению с богарными условиями, что объясняется большой скоростью и высокой интенсивностью инфекционного процесса в более благоприятных для развития возбудителя условиях.

Во всех типах насаждений в экологических условиях достаточного и повышенного почвенного увлажнения для дуба складываются потенциальная и реальная опасности заражения сосудистым микозом независимо от тина ночи. Это подтвердил анализ результатов искусственного инфицирования популяций Q.robur, произрастающих в поймах рек Волги, Бузулу-ка. Хопра, Ахтубы, по берегам Цимлянского водохранилища.

Среди всех пойменных экотипов самую низкую микозоустойчивость

показали популяции пойменных дубов Среднеахтубннского к Красноелс бодского лесхозов, расположенных в Волго-Ахтубинской пойме. Объясня ется это как особенностями тканей деревьев, в наибольшей степени опре деляшшх характер распространения возбудителя (размеры сосудов древе синь:, соотношение ранней и поздней древесины (Хейброк, 1985; Элгер< 1987))и сформированных под влиянием экологических факторов роста (Вю ров В.Е.,1979; Новосельцев В.Д., Бугаев В.А.,1985), так и резким ухудшени ем качества и состава данных древостоев за счет изменения гидрологичес кого режима рек, широкой хозяйственной деятельности и высокой рекрес ционной нагрузки, вызвавших трансформацию исторически сложившихс экологических условий поймы. Последствиями этого стало ужесточени температурного режима древостоев при неизменных климатических факте pax, засоление мощных пойменных почв (Шульга В.Д., Азовцев В.В., 1986' повышающих уровень восприимчивости дуба к возбудителю болезни.

Проведенные исследования показали, таким образом, что базой дл отбора плюсовых деревьев по признаку устойчивости к грибами p. Cerate cystis могут быть имеющиеся в регионе естественные леса и колки, прои: растающие на возвышенных элементах рельефа - нагорные и байрачны дубравы северных и северо-западных районов черноземной степи и отдель ные реликтовые популяции дуба, сформированные в условиях острозасуш ливого климата в процессе эволюции и естественного отбора.

Несомненный интерес в выявлении устойчивых форм представлял фитопатолошческая оценка к C.kubanicum межвидовых гибридов селекци С.С.Пятницкого (Q.macranthera х Q.macrocaipa, Q.macranthera х Q.albc Q.macranthera х Q.robur, Q.macranthera x Q.borealis maxima), биологическа и хозяйственная ценность которых определяется высоким уровнем их гене тической разнородности (Пятницкий С.С.,1961). Необходимость тшател£ но го изучения микозоусто йчивости указанных гибридных форм в условия Волгоградской области - зоне экологического оптимума возбудителя сосу дистого микоза (Кузьмичев Е.П., 1984), является одним из важных услови их успешной интродукции.

Проведено 4-кратное искусственное инфицирование опытных груп гибридов дуба в течение I99I-I994 гг. на территории архивно-кло но во го учас тка ОПХ ВНИАЛМИ, в ходе которого изучены характер и особенност развития инфекционного процесса в пределах семейств; динамика патоге неза за весь период исследований; влияние основных метеопараметров н патогенез и особенности развития экосистемы болезни.

Отмечено, что вследствие высокой гетерогенности, проявление ус тойчивости гибридных форм на жестком инфекционном фоне оказалос очень разнообразным. Анализ консортивных отношений системы растение хозяин - патоген с учетом основных метеопараметров лет исследовани (рис.1) и оценка микозоустойчивости гибридных семейств с исиользовани ем 2-х шкал свидетельствуют, что:

- гибриды дуба селекции С.С.Пятницкого в жестких лесораститель ных условиях региона исследований проявили высокой степени пластич ность к воздействию неблагоприятных погодно-климатических факторов обладают значительной амплитудой устойчивости к C.kubanicum;

- ----------- - Таблица Г

Оценка устойчивости к С. киЬашсит плюсовых деревьев О- гоЬиг различных экотппов на исскуствснном инфекционном фоне

Место произрастания. СрсдншЧ 1 [ротяженность Степень Степень

тип насаждений, диаметр окрашенной развития устой-

№ плюсового дерева г.етпей.см зоны. см. болезни чивости

1991 | 1992 (СХ1ЛЛ)

Байрамный экотип

балка, дубрава П. 0.9 4.8 5,3 слабая 1

п, 1.1 8.9 9,5 слабая 2

п3 1.0 14,6 15,4 средняя 3

Григорова

балка. дубрава 1.1 19.1 18.9 средняя 3

п. 1.2 21.2 24.8 средняя 3

1.0 45.4 56.9 сильная 4

п. 1.1 29.4 27.5 средняя 3

Нагорный экотип

Камышппскпн ; ьз

дубрава. К1!.21 1.3 28.4 30.6 средняя 3

П„ 1.2 7.5 9.8 слабая 2

11 ю 1.1 55.6 64.3 сильная 4

Лесополоса Пк 1.2 58.7 63.8 сильная 4

Качыппш-Во.п01 рад 11., 1.3 52.4 64.9 сильная 4

Подтёлковскнй л-з П,, 1J 1.1 55,6 64.3 сильная 4

Глазуновское л- ■во П14 1,0 12.8 10,9 слабая 2

дубрава. кг,. 41

Поймсный экотип

Ног.оаннинский л-з П.. 0.8 69.8 94.2 сильная 4

Мартыновское л -во П.„ 1 г 1.0 42.3 39.1 средняя 3

дубрава, кв. 41

Староаннинка П.7 1.1 67.4 74.7 сильная 4

смешанная лесополоса

Красно- П.« 1.2 79.8 96.2 сильная 4

слабодскнй л-з

Сахарное л-во 11,, 1.3 84.8 100.3 сильная 4

д\брава. кв. 51 1.2 79.9 95.3 сильная 4

Рис. 1 Патогенез н особенности развития экосистемы болезни у гибридов дуба

100 -

90 -80 -

70 -60

50 -

40 "

30 -20 -10 -0

2,0

1,5

1,0

0,5

1991

1992

Д.Тимирязева д.Высоцкого

1993

1994

Д.Мичурина Д.Комарова

=6

2

о

«

2

£ а

X §

о 8

- гибриды дуб Комарова и дуб Высоцкого наиболее чувствительны -при инокулировании возбудителем микоза к изменению метеонараметров среды обитания, особенно при их комбинированном воздействии;

- дифференцированная способность противостоять неблагоприятным воздействиям абиотического (метеопараметры) и биотического (инфекция) характера подтверждает разный уровень устойчивости гибридных форм;

- по преобладающему типу реакций в отношении С.киЬагисит в самые неблагоприятные (1993-1994) годы гибридные семейства дуба Комарова и луба Высоцкого оценены как среднеустойчивые, дуба Мичурина-как слабоустойчивое к возбудители» микоза. Повышенная устойчивость к патогену по сравнению с другими гибридами и видом стандартом (С^.гоЬиг ) характерна для дуба Тимирязева.

Оценка в условиях Нижнего Поволжья на устойчивость к возбудителям сосудистого микоза других видов интродуцентов ((^.тасгапШега Б. еГ М., р.саз1епеюГоКа С.А.М.), и морфологических форм (З.ЬогеаПБ и <3.гоЬиг показала, что более перспективными по данному признаку для региона исследований являются пирамидальные формы 2 последних видов, степень устойчивости их по 1 поколению равна 2 баллам. Дуб крупнопыльниковый и дуб калгганолистный по результатам оценки в условиях засушливой и резко-засушливой зон степной части Нижнего Поволжья являются слабоустойчивыми к возбудителю сосудистого микоза.

Согласно основным принципам оценки к отбора устойчивых к сосудистым микозам форм древесных пород была проведена проверка по потомству всех отобранных плюсовых деревьев дуба.

Результаты индивидуального искусственного инфицирования подтвердили повышенную устойчивость плюсовых деревьев из популяции дубов б.Чапурниковская по семенному (69,4-78,7% здоровых сеянцев) и в большей степени - по вегетативному потомству (93,5-95,2% устойчивых клонов). Проявление этого свойства по годам исследований свидетельствуют о незначительной зависимости его от основных абиотических факторов, что является очень важным показателем.

Сравнительно высокая устойчивость (61,6-64,8% непораженных сеянцев) отмечалась в потомстве плюсовых деревьев из байрачных и нагорных популяций Подтелковского и Камышинского лесхозов. О достаточно выраженной комплексной устойчивости этих популяций свидетельствует предварительная положительная оценка их по устойчивости к другим факторам абиотического и биотического характера - засолению, засухе, морозоустойчивости, мучнистой росе (по результатам комплексных исследований отдела биологии ВНИАЛМИ).

Оценка П поколения гибридных и морфологических форм р. С)иег-сиа» выявила различный характер наследования свойства микозоустойчивости во всех опытных группах. Установлено, что дифференциация гибридов по степени устойчивости к С.киЬагисит стабильна и достигает значительного уровня. Высокий уровень наследования признака характерен для дуба Высоцкого (84,5%), незначительно ниже этот показатель у дуба Тимирязева. дуба Комарова и пирамидального черешчатого, что подтверждает

повышенную (О.шасгашЬега х Олш^сюсафа ) и средней степени устой воеть указанных форм и перспективность их интродукции в данных уело ях. Все остальные разновидности дуба оценены как высоковосирипмчш с проявлением индивидуальной устойчивости у отдельных экземпляров

Глава б. Физиолого-биохимическая характеристика микозоустойчивости дуба в системе патоген - растение-хозяин - внешняя среда

Все исследования, изложенные в данной главе, подразделяются 2 направления.

1. Определение фпзиолого-биохимических факторов микозоустс чивости и особенностей патофизиологии болезни, проведенных на оснс анализа здоровой и больной древесины различных видов и форм дуба (с личаюшихся по степени устойчивости) при произрастании их в одина& вых условиях .

2. Изучение влияния экологических условий на биохимические ос беиности древесины (степень устойчивости дуба к С.киЬатсшп ) и урове патофизиологических изменений при сосудистом микозе (на примере р; личных категорий деревьев ОлоЬш исследуемых экотииов).

Количественное определение трех форм (обшей, свободной и св запной) воды в древесине дуба и проведенный корреляционный анализ п лученных данных показали зависимость средней степени между содерж нием общей (К = - 0,72) и связанной воды (II =+0,78 ) в тканях древес мы дуба и его устойчивостью к патогену. Более тесная связь отмечает между этим показателем и содержанием в древесине связанной воды (II = 0,94+0,05), что дает возможность считать эту характеристику одним из зн чпмых факторов микозоустойчивости дуба.

Для форм дуба с повышенной устойчивостью к возбудителю боле ни характерен высокий уровень содержания обшего азота в тканях (И = 0,82), что в определенной степени объясняет повышенную устойчивое популяций дуба на плодородных 1умусированных почвах по сравнению почвами бедными элементами минерального питания. Содержание друп микроэлементов (К,Р) у рахтичных видов и форм дуба варьирует незнач! тельно.

Анализ данных по качественному и количественному содержани Сахаров в тканях дуба свидетельствует, что пониженный уровень общих ра< творимых Сахаров характерец для форм с высокой степенью устойчивости возбудителю болезни (И. = - 0,88±0,09). Высокая ценность этих, веществ ш патогена, как энергетического ресурса, обеспечивающего его паразитпче( кис возможности, хорошо видна на примере дуба черешчатого. Высоково« прпимчивые экземпляры его содержат в среднем на 2,5-3,0Й больше сах; ров в сравнении с более устойчивыми.

Качественный состав Сахаров, суля по полученным данным, мал влияет па степень восприимчивости деревьев луба. Показатель отношенн сахароза/монозы также слабо коррелирует со степенью (баллом) микозоус тойчивостп дуба, что. на наш взгляд, объясняется богатым ассортименте

гидролитических ферментов (Соколова Э.С., Семенкова И.Г., 1981), с том числе и карбошдраз, у возбудителя.

Для определения совместного влияния комплекса независимых факторов (биохимические показатели древесины) на зависимую переменную (степень устойчивости дуба) был проведен регрессионный анализ.

Для расчета были выбраны наиболее существенные, судя по значениям частных коэффициентов парной корреляции, показатели биохимического состава древесины дуба - количество общих растворимых Сахаров (Хд); содержание в тканях моносахарида фруктозы (X,); показатели свободной (Х3) и связанной (Х^ воды.

Обработка данных показала, что уравнение множественной регрессии имеет вид :

У = -4,25+0,005 Х(+0,79 Х.+ОД5 Х3+0,04 Х4 ошибка уравнения ш ух1х2х3х4 = 0.34.

Полученный множественный коэффициент регрессии, характеризующий силу совместного воздействия указанных факторов на изменение степени устойчивости дуба, равен 0,97. Его величина свидетельствует о высокой адекватности уравнения связи и показывает, что исследуемые факторы практически исчерпывают характеристику степени устойчивости. Коэффициент множественной детерминации ( 1\.'мн. ), равный 0,94, дает основание утверждать, что 94% вариации зависимой переменной (У) определяется действием на нее независимых переменных - Х;, X,, Х3, Х4.

Нарушения биохимических реакций, обмена вешеств и физиологических процессов, наблюдаемые у инфицированных растений, обычно предшествуют патоморфологическим изменениям (Страхов Т.Д., 1959).

Наблюдения за инфицированными сеянцами дуба показали, что такие нарушения возникают на самых первых этапах патогенеза и оказыьл-ют решающее влияние на дальнейшее развитие болезни и состояние рас_;з-ния-хозяина, хотя внешние симптомы болезни могут очень долго не проявляться.

Установлено, что при сильном поражении грибами р. СегаШсуБ^. наблюдаемом у видов и форм дуба с повышенной восприимчивостью к возбудителю, за короткий промежуток времени происходит снижение овод-ненности тканей от 4,2 до 11,5% от уровня здоровой древесины, у более устойчивых форм дуба этот показатель значительно ниже - 1,2 - 1,9%. Быстрое и сильное обезвоживание тканей древесины восприимчивых форм наступает, вероятнее всего, за счет легких потерь свободной воды, содержание которой выше у данных разновидностей дуба.

* При сильном поражении болезнью в тканях древесины содержание К и Р уменьшается в среднем в 1,4-1,5 раза по сравнению с контролем. Одновременно с этим в инфицированной древесине увеличивается количество общего азота, которое, по всей вероятности, можно объяснить резким замедлением скорости процессов синтеза к усилением распада сложных органических вешеств (Озолин Г.П., 1959).

Рис.2. Особенности патофизиологии дуба разной степени устойчивости к С.киЪагисит

Таблица 2

Биохимические особенности древесины <3.гоЬиг из популяций разных экотипов

Экотип насаждений, категория деревьев Показатели древесины, % от сухого веса

общая влажность сахара фенольные соединения

Нагорный

восприимчивые 70,11 8,23 1,6

устойчивые 68,42 5,21 4,3

инфицированные 67,82 8,55 4,8

Байрачный (водораздельный)

восприимчивые 69,83 7,98 1,8

устойчивые 68,12 4,81 зд

инфицированные 67,91 9,71 4,6

Байрачный (тальвежный)

восприимчивые 73,28 8,72 1,2

среднеустойчивые 72,14 7 2,2

инфицированные 68,14 10,86 2,7

Пойменный

восприимчивые 76,42 8,45 1.4

среднеустойчивые 70,56 8,03 2,0

инфицированные 63,02 11,95 3,8

Точность опыта, % 3,0 1,8 2.4

НСРЩ 5,9 1,2 0,6

На первых этапах патогенеза в инфицированных тканях отмечается рост количества общих растворимых Сахаров, уровень их отклонения от сезонных показателей различен (от 0.37 ло 3,0%) и зависит от интенсивности поражения тканей древесины и степени устойчивости исследуемой формы дуба (рис.2).

Таким образом, установлено, что устойчивые и неустойчивые формы дуба по-разному реагируют на внедрение инфекцци, а уровень, патологических изменений может служить дополнительным показателем резистентности деревьев к патогену при прочих равных условиях (агрессивность возбудителя и условия внешней среды).

Анализ древесины дуба черешчатого, отобранной в популяциях эко-топов с разными условиями произрастания, показал, что биохимические факторы устойчивости, выражающиеся В особенностях состава тканей, обмене веществ и уровне патофизиологических изменений у дуба различных экологических форм в определенной степени дифференцированы и прямо

или косвенно связаны с условиями произрастания древостоев.

Повышенная устойчивость плюсовых популяций и отдельных э) земпляров дуба байрачных и нагорных экотииов с физполого-биохимиче ких позиций объясняется пониженной влажностью древесины, более hi зким содержанием в ней растворимых Сахаров и повышенным количестве фенольных соединений по сравнению с популяциями пойменных и тал. вежных дубрав (табл.2).

Оценка различных видов и форм дуба на устойчивость к возбудит« лю сосудистого микоза косвенным путем с применением микологическо] метода показала, что агаризованные водные вытяжки из древесины отлич; ющихся по степени устойчивости разновидностей дуба оказывают разли1 нос фунгпстатическое действие на культуру грибов. Фитонцидная актш пость тканей растенпя-хозяина, таким образон, является одним из факте ров устойчивости его к C.kubanicum.

Обработка данных эксперимента подтвердила высокую корреляци между результатами косвенной и прямой оценки на искусственном инфе( ццонном фоне ( R( = 0,92; R, = 0,95), что указывает на возможность приме нения косвенного метода (особенно на первых этапах) при массовом отбе ре устойчивых форм.

ВЫВОДЫ

1. Изучение динамики патогенеза изолятов p. Ceratocystis на rent тически однородном материале Q.robur показало высокую агрессивность фитотоксическую активность в условиях Нижнего Поволжья краснодарско1 штамма C.kubanicum, используемого нами для искусственного инфицирс вания при проведении селекционных работ по микозоустойчивости.

2. Установлено, что на свойство фитопатогенной устойчивости Q.rc bur к грибам p. Ceralocystis помимо генетических особенностей организх большое влияние оказывают экологические факторы биотопов, что нео< ходимо учитывать при целевом отборе плюсовых маточных деревьев.

3. Повышенная мпкозоустойчивость характерна для популяций е< тественных дубрав нагорных и байрачных экотииов (но сравнению с иску« твенными насаждениями дуба и пойменных дубравами) особенно на черне земных и темно-каштановых почвах. В популяциях отмеченных эдатопс выявлено устойчивых к C.kubanicum экземпляров на 16-18%; а среднеу< тойчивых — в 3,0-3,5 раза больше по сравнению с популяциями на с ветле каштановых почвах.

На почвах одного типа степень устойчивости снижается в биотоп; с повышенной и избыточной почвенной влажностью.

4. На фитопатологическую устойчивость дуба к грибам p. Ceratocy lis влияет уровень трансформации экологических условий обитания (уелс вия паводка, степень засоления почвы, рекреационные ширузки и т.д. снижающие общую биологическую устойчивость .дубовых древостоев, ч наиболее остро прослеживается в поименных дубравах. Более устойчивых к возбудителям микоза являются популяции дуба в экогопах с меньшп нарушением природного равновесия лесных экосистем.

5. Анализ консорттпшых отношении в системе растение-хозяин патоген - внешняя среда п оценка материала с использованием иммунол^

гическпх шкал дали возможность классифицировать исследованные.виды интроду центы, клоны, гибриды и морфологические формы р. (Зиегсиз по степени устойчивости к С. киЬашсит.

Выявлено, что устойчивыми и более перспективными по данному признаку а условиях региона исследований являются гибриды селекции С.С.Пятницкого - СХтасгапШега х (З.тасгосагра, р.тасгапШега х р.а1Ьа, <3.тасгапШега х О.гоЬиг и дуб черешчатый пирамидальный.

6. Посредством проверки микозоустойчивости отобранных перспективных форм по семенному потомству установлено, что признак микозоустойчивости доминирует в потомстве лучших плюсовых деревьев С>.гоЬиг (байрачных и нагорнььх экотииов) и гибридов: д.д.Тимирязева, Высоцкого и Комарова.

7. Для более устойчивых форм характерна меньшая влажность древесины (в 1,5 раза) с повышенной долей связанной воды в качестве составляющей и пониженное содержание общих растворимых Сахаров (в среднем на 3,0-3,5%) по сравнению с восприимчивыми.

Суммарным действием наиболее значимых биохимических факторов. судя по частным коэффициентам парной корреляции, обусловлено 94% изменений степени устойчивости дуба к грибам р. Сеп^осу&ц.

8. Оптимальное сочетание указанных биохимических факторов и их совместное влияние на патогенез определяют повышенный уровень микозоустойчивости р.гоЬиг в нагорных к байрачных популяциях, что в наибольшей степени характерно для самых жизнеспособных плюсовых деревьев.

9. Характер взаимодействия в системе хозяин-патоген и уровень патофизиологических отклонений зависит от степени устойчивости и условий произрастания дерева и при идентичности последних может служить дополнительным показателем резистентности дуба.

При сильном поражении С.киЬашсит наблюдается обезвоживание древесины (на 4,2-11,5%), накопление Сахаров (на 2,5-3,0%), более заме, -ное на первых стадиях болезни, и увеличение (в 2,3-3,0 раза) количества фенольных соединений.

10. Фитонцидная активность тканей растения-хозяина является одним из факторов устойчивости. Высокая корреляционная зависимость между результатами прямой и косвенной оценки указывает на возможность использования косвенного метода для массовой оценки, особенно на первых этапах отбора.

11. Исследования показали результативность и перспективность метода по отбору устойчивых форм и необходимость дальнейшего проведения работ с ценными формами, гибридами и клонами дуба с целью их внедрения в практику лесного хозяйства.

Предложения производству

1. В условиях Нижнего Поволжья плюсовые деревья дуба, выделенные как маточные по комплексу необходимых для степного лесоразведения признаков (засухо-, морозоустойчивость, солевыносливость), необходимо

оценивать на устойчивость к фибам p. Ceratocyslis как наиболее опасн, фитопатогенам в решоне исследований.

2. Отбор плюсовых деревьев Q.robur целесообразно проводит! очагах сосудистого микоза.

3. Заготовку желудей и черенков дуба осуществлять в нагорньо байрачных естественных дубравах, обладающих повышенной устойчивост к фибам p. Ceratocyslis (с проверкой партий желудей методом ускоренн диагностики в контрольно-семенных лабораториях).

4. Посевной и посадочный материал с устойчивых экземпляров д; для лучшего сохранения признака микозоустойчивости использовать в < ответствующих экологических условиях. Экотопы маточных деревьев и уч; тки предполагаемой посадки не должны отличаться более или на одну rj дацию по богатству почв и их влажности .

5. Для создания искусственных защитных лесных насаждений всех афоклиматических зонах области использовать устойчивые экотии клоны Q.robur и его морфологическую форму - дуб черешчатый пирам дальный. В умеренно-засушливой и засушливой зонах с черноземными каштановыми почвами рекомендуется вводить в насаждения различно целевого назначения гибриды дуба селекции С.С.Пятницкого - д.д.Тими{ зева, Высоцкого, Комарова.

6. Для предотвращения распространения фибов p. Ceratocyslis г иболее целесообразными являются чистые насаждения из резистентных фо дуба пли посадки смешанного типа ( из устойчивых к офиостомозу фо дуба и устойчивых к голландской болезни видов и гибридов вяза, сочетай луба с различными видами клена, фушей лесной, акацией белой и ж с: ах невосприимчивых к возбудителям микоза) в зависимости от правил поде ра и смешения пород в конкретных афоклиматических зонах.

7. Необходимо создавать специальные семенные плантации из в сокоустойчивых форм для накопления в генофонде популяций призна устойчивости к C.kubanicum за счет перекрестного опыления.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

1. Оценка селекционных форм дуба на устойчивость к сосудисто микозу в условиях Нижнего Поволжья // Совершенствование научного обе печения и подготовки кадров дли афопромышленного производства В лгофадской области: Материалы научн.-практ. конференции, Вол го ф; 1993,- С.62-64.

2. Принципы и результаты селекционной опенки и отбору древе пых пород на устойчивость к фибам p. Ceratocyslis // Охрана лесных эк систем и рациональное использование лесных ресурсов: Тезисы докл. Вс союза, конференции.- М., 1994,- Т.З.- С.7-В (в соавторстве).

3. Патогенные особенности фибов p. Ceratocyslis и использован их для селекции дуба на устойчивость к поражению // Проблемы лесн< фи'юпатологпп и микологии: Материалы Всерос. конференции.М.,199-С.47-49 (в соавторстве).