Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Мониторинг патогенеза бурой ржавчины пшеницы при различной экспрессии генов устойчивости

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг патогенеза бурой ржавчины пшеницы при различной экспрессии генов устойчивости"

ргь

О 6 Ш 1881

на правах рукописи

КОЛЕСНИКОВ Леонид Евгеньевич

МОНИТОРИНГ ПАТОГЕНЕЗА БУРОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕВДЫ ПРИ РАЗЛИТОЙ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ

устомвоста Специальность: Об. 01.11 - защита растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1997

Диссертационная работа выполнена в Санкт-Петербургском Аграрном университете на кафедре фитопатологии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор З.А, Власова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор И. И.Минкевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Л. В. Иванова

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет

Защита диссертации состоится "12_"___" 1398 г. в 10

часов на заседании диссертационного совета Д 020. 01.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте защиты растений РАСХН по адресу: 189820, г. Санкг-Петербург-Пушкин-6, шоссе Подбельского, 3. ВИЗР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института зашиты растений.

Автореферат разослан "^ " ^^ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Г. А. Наседкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пшеница поражается многими фитопатоге-нами из царства Mycota.Среди наиболее вредоносных - возбудитель бурой ржавчины пшеницы - Puccinia recóndita Rob.ex Desm. f. sp. tritici, который приводит к существенным потерям зерна в России. В Поволжье в эпифитотийные годы потери зерна от ржавчины достигают 20-30% и более; а при умеренном поражении растений,что наблюдается почти ежегодно, урожай снижается на 5-10% (Лебедев В.,Б и др.,1994).

Степень поражения пшеницы патогеном влияет на качество урожая. Выход муки из зерна снижается до 60s по сравнению с зерном здоровых растений, содержание белка в зерне уменьшается на I.3-I.5 ж,а масса тысячи зерен - до 23 я.

Во всем мире выведение устойчивых сортов признано наиболее перспективным способом решения проблемы. Определяющим устойчивость фактором является состояние экспрессии используемых генов устойчивости.

Однако экспрессия Lr-генов устойчивости нестабильна, что связано с вирулентностью патогена, влиянием фазы онтогенеза растения-хозяина и абиотических факторов!Михайлова Л.А.,1996: Лесовой М.П., Суворова Г.С., IS85; Валуев1ч A.A.,1982;Smith Larry J, ,Sunclerman D.W., 1980; Me IntoshR.A., 1983; Browder L.E.; Eversmeyer M.D.,1980).

В современных условиях наиболее перспективным способом выявления количественных закономерностей в системе патоген-хозяин при изменяющихся условиях окружающей среды на растениях, защищенных различными по эффективности Lr-геяами устойчивости, служит использование эмпирических и имитационных моделей патогенеза, строящихся на основе математической обработки на ПЭВМ соответствующих экспериментальных данных (Поляков И.Я.', Левитин М.М.,Ганский В.И.,1995; Зубков А.Ф., I997;Rocque de la В., 1991).

Цель и задачи исследования. В связи с вышеизложенным,опре-делена цель работы: осуществить мониторинг патогенеза возбудителя бурой ржавчины пшеницы для математического моделиро-

вания на генотипах с различной экспрессией Lr-генов устойчивости.

Выполнение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- провести мониторинг патогенеза бурой ржавчины пшеницы на генотипах с различной экспрессией генов устойчивости по факторам:

- число пустул на листовой поверхности растения!предусмотрено определение показателя на флаговых и предфлаговых листьях);

- число спор в пустуле;

- площадь пустулы;

- число осевших спор на единицу поверхности;

- разработать эмпирическую модель динамики переменных состояния возбудителя бурой ржавчины пшеницы с учетом показателей;

- ранжировать гены устойчивости пшеницы в порядке убывания уровня экспрессии по указанным факторам;

- построить аппроксимационные временные зависимости,описывающие динамику патогена по указанным факторам;

- определить зависимость динамики числа пустул на флаговом и предфлаговом листьях линий Thatcher от степени выраженности биопотенциала патогена на контрольном сорте "Ленинградка", с учетом абиотических факторов (сумма эффективных температур,влажность воздуха) по срокам после заражения;

- разработать методику имитационного моделирования патогенеза, основанную на численном решении системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений.

Научная новизна и значимость работы. В процессе полевого и

лабораторного изучения патогенеза возбудителя бурой ржавчины установлены различия между линиями Thatcher с Lr-генами устойчивости по комплексу факторов: число пустул на флаговых и предфлаговых листьях.площадь пустул, число спор в пустуле патогена.

ч

Модифицирована формула трапеции применительно к расчету площади под кривой нарастания биопотенциала патогена.

Впервые разработаны и апробированы в эксперименте три группы моделей в форме множественных регрессионных уравнений, интерполяционных многочленов и системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений для описания патогенеза бурой ржавчины пшеницы.

Практическая ценность. Выделены наиболее экспрессивные

по комплексу факторов гены устойчивости:Те1.г23,Те1.г18,Те1.г21, TeLri7.1T остальных линий - носителей генов:ТеШ2, Тешз, Те!г34,Те1.г22а,Те1.г11, выявлен частично-зафиксированный эффект устойчивости путем ранжирования их в порядке убывания экспрессии генов устойчивости .

Полученные данные могут быть использованы в селекции для создания сортов, замедляющих развитие эпифитотии бурой ржавчины пшеницы.

Итоги работы могут быть использованы в прогностической, фитоиммунологической и в селекционной практике с целью создания устойчивых сортов пшеницы и прогнозирования эффективности генов устойчивости к бурой ржавчине.

Апробация работы.Результаты работы были представлены на

конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПГАУ( СПб,1995,1995,1997 >,на конференциях молодых ученых ВНММР им,Н.И.Вавилова"Современные проблемы растениеводства"! СПб, 1996),в форме гранта Правительства Санкт-Петербурга для студентов,аспирантов и молодых ученых вузов Санкт-Петербурга по исследованиям в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских науке кандидатский проект N 79-2.4).

Публикации.По материалам диссертации опубликованы 2 работы и 4 работы в печати.

Диссертация изложена на И4 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и пяти приложений.Работа иллюстрирована рисунками, таблицами. Список литературы включает ^наименований, из них/О/ на иностранном языке.

У

МЕСТО, УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Место, условия и материалы исследования

Место проведения работы - кафедра фитопатологии СПОГАУ и опытное поле лаборатории генетики зерновых культур ВНИИР им. И.И.Вавилова.

Полевые опыты по исследованию уровня экспрессии Lr~генов устойчивости линий к популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы проводили на опытном поле Пушкинских лабораторий ВНИИР в г. Пушкине Ленинградской области. Климатические условия фиксировали по данным метеолаборатории ВНИИР.

Условия проведения исследований предусмотрены общей технологией полевых и вегетационных опытов отдела генетики ВНИИР.

Растительный материал при полевых исследованиях представлен моногенными линиями пшеницы серии T'natcher с идентифицированными Lr-генами устойчивости:TeLrl7,TeLrl8,TeLr2l,TeLr34, TeLrl2,TeLr22a, TeLrl1, TeLrl3, TeLr2b, TeLr2a. Серия создана в Канаде, в Виннипеге и для ее получения доноры всех!или почти всех) известных в настоящее время генов устойчивости скрещивали и беккроссировали универсально восприимчивым сортом Thatcher.

Инфекционным материалом послужили споры синтетической популяции Puccinia recóndita Rob. et Desm. f. tritlci Eriks. предоставленные ВНИИФ.

В качестве восприимчивого стандарта и накопителя инфекционной нагрузки использовали сорт "Ленинградка".

Метода исследования

Культивирование возбудителя осуществляли в лабораторных условиях согласно методу, предложенному Михайловой Л.А., Квитко К.В. (1970)', Одинцовой И.Г., Смирновой Л.А.,Михайловой I.A. и др.(1986). Метод основан на способности бензимидазола поддерживать метаболизм в тканях отрезков листьев на уровне нормального в процессе проявления патогенеза ржавчинных грибов.

Размножение и накопление биопотенциала патогена проводили ïa растениях сорта "Ленинградка" в условиях светозала на отрезках листьев (1.5-2 см.), которые помещали в кювету на слой ваты, смоченной раствором бензимидазола в концентрации 40 мг. ia литр.

Инокуляции листьев осуществляли распиливанием водной сус-гензш спор патогена в концентрации 8-Ю тыс. спор / см3.

После заражения кюветы покрывали стеклом и помещали под рассеянный свет, а через сутки выставляли на светоустановку с пампами ЛД-40, обеспечивающими освещением 5000 - 10000 люкс. 1ри температуре 18°С - 22°С.(температурный режим поддерживался автоматически).Через семь дней споры с зараженных растений отряхивали в пробирки и использовали в дальнейшей работе.

В полевом опыте линии пшеницы серии Thatcher высевали на ¡елянки площадью 1.5 м2. В качестве контороля и накопителя шфекции использовали сорт "Ленинградка".

Инокулировали растения в начале фазы трубкования и покрыва-ш пленкой, поддерживаемой проволочными каркасами,спорами син-?етической популяции возбудителя бурой ржавчины пшеницы мето-юм опыливания спорами патогена с мукой (1:50) предварительно увлажненных листьев. В целом на посеве создавалась замкнутая шжная камера, благоприятствующая прорастанию спор и внедре-шю паразита.Пленку снимали через 16-20 часов после заражения.

Учет пустул возбудителя осуществляли подсчетом их числа ¡в [ачале) на лист, а затем и на I см2 по мере развития патогене-ia .На каждой делянке оценивали 20 растений.

Площадь листовой поверхности определяли по формуле (Полозо-sa Н.Л.,Костицын В.В., 1993).:

S = 0.7 ld,

•де 1 - длина листа!мм), а - ширина листа(мм).

Размер пустул учитывали в условиях лаборатории с исгользова-ием окулярного микрометра (по Наумовой H.A.,i960), предвари-'ельно устанавливали значение деления шкалы объективного микро-[етра( из расчета, что одно деление шкалы Г/100 часть миллимет-ia т.е. 10 ц). При использовании окулярного микрометра с увели-:ением 7х и объектива 20х одно деление окулярного микрометра ¡оставило 0.02 ш.

Площадь пустулы!мм2) определяли по площади эллипса ( Рыбкин А.а.,Рыбкин а.З., Хренов Л.С., 1964):

Зэл. = тсаь,

где а и Ь - полуоси эллипса, % - 3.I4(const), по формуле:

Зпуст.- 1С аЬ * 0.0004 2

Для подсчета числа спор в пустулах, в пробирку опускали отрезки листьев о равномерно расположенными пустулами и проводил! точный подсчет.Число подсчитываемых пустул на один вариант составляло 50 штук. В пробирки приливали 2 мл. водного раствор; Твин-80, встряхивали 2 мин., и определяли концентрацию спор ] I мл. суспензии с помощь© камеры Горяева!Наумова H.A., i960).

Число спор в пустуле определяли яо формуле:

концентрация ЧИСЛО спор СусПеНВИИ „ 2 М7 в пустуле - 50 ЩСТуД

Подсчет количества осевших спор на I см2 поверхности осу ществляли по методике Чумакова А.Е., Минкевича И.И., Захаровой Т.И.(1972). Улавливание уредоспор производилось нз предметные стекла, смазанные вазелином. Вазелин стеклянной палочкой нано сился в небольшом количестве на стекла. Толщина слоя вазилина была I мм.

.Число осевших уредоспор на единицу поверхности при микроско пическом анализе определяли с учетом десяти полей зрения по схеме предложенной Полозовой Н.Л.,(1977). В дальнейшем вычисля ли среднее число уредоспор патогена в одном поле зрения.

Площадь поля зрения микроснопа (Sn,э > высчитывали по формуле площади круга та-2, где к - 3.14(ccnst?,г - радаус поля зрения. В данном случае при использования увеличения объектива-20*.окуляра - 7х диаметр поля зрения составил I мм,а вычисленная площадь поля зрения микроскопа - 0.7854 мм2.

Число полей зрения в I с»^ определяли согласно формуле:

100 мм2

К =-

sln.j)

&

Количество уредоспор на I см2 поверхности находили умяоже-ием среднего числа осевших спор, обнаруженных в поле зрения пироскопа на число полей зрения в I см2поверхности предметно-о стекла. Число полей зрения в нашем случае - 127.3.

Климатические показатели учитывались на основе данных ме-еолаборатсрии ВИР. ГТК устанавливали по формуле,предложенной еляниновым Г.Т.4928): ^ д

ГТК

: 10

де ГТК - гидротермический коэффициент- сумма осадков; г -умма температур.

Эффективную! т.е. действующую температуру выше порога разви-ия патогена) определяли по формуле Драховской М.И962):

пкг г2! =]>иг г

де К1 - суша эффективных температур; п - период развития -аблюдаемая температура; г2- температурный порог.

Площадь под кривой временного нарастания биопотенциала па-огена определяли по формуле, в которой учтены некоторые эле-знты формулы трапеций! Боглаев Ю.П., 1990):

- I

1 »1

це п - число учетов, дг1- промежуток времени между (1+1)-м и I )-м учетами,г)-значение функции г при (1)-м учете,т1+1 >-гачение г при (1+1 >-м учете. Формула позволяет вычислить пло-эдь под кривой без нахождения функции, описывающей патогенез грой ржавчины. В противном случае, при определении интерполя-юнного многочлена, аппроксимирующего искомую функцию, данный жазатель может быть рассчитан согласно формуле:

и

0 =

ГI х )<1х,

и

1е и- время первого обследованияд» - время последнего об-1едования,г<х) - функция,характеризующая изменение болезни с

0

течением времени*Dennis A.J., Roy D.W., 1990, Mac Kenzie D.R., 1976;Slcowmand B.,Roelfs A.P., WilcoKson R.D., 1978).

Экспериментальные данные обрабатывали на ПЭВМ с использованием систем программирования pc matlab, statgraphics, grapher, stadia, derive, Quattro Pro !Егоренков Д.Л., Фрадков А.Л.,

A.Л., Харламов В.Ю., 1994, 1996; Майнхард Шмидт, 1994;Дьяконов

B.П., 1993; Тюрин Ю.Н..Макаров A.A., 1995, Дьяконов В.П.,1996).

Для проведения полиномиальной регрессии и аппроксимации использовали функцию poiyfit(x,y,n) системы PC matlab,где х и у -векторы зависимости у(х), а п - степень многочлена.Данная функция реализует вычисление коэффициентов аппроксимирующего многочлена степени и методом наименьших квадратов. Если число элементов в векторах х и у равно n + I, то реализуется интерполяция, при которой график многочлена проходит точно через исходные точки. Если элементов больше, то реализуется приближение у(х) методом наименьших квадратов!т.е. с наименьшим среднеквадратичным отклонением по всем точкам исходной зависимости).

Динамику числа пустул возбудителя на флаговых и предфлаго-вых листьях растений Thatcher(y), в зависимости от степени выраженности биопотенциала патогена на контрольном сорте "Ленинг-радкаиа) и от абиотических факторов!сумма эффективных температур!!), влажность воздуха(В)} по дням после заражения!D) характеризовали многочленом вида: у=к0+ lk:+ тк2 + bk3+DK4. Для вычисления коэффициентов многочлена использовали процедуру построения множественной регрессии (Multiple Regression) системы STATGRAPHICS.

Оценку различий между данными,характеризующими биопотенциал патогена,осуществляли с использованием доверительных интервалов возможных значений средней совокупности ¡Вольф В.Г., 1966).

Для построения имитационной модели вектора состояний возбудителя бурой ржавчины пшеницы: X = (X, ХосДвс,Хп,Хн),предложено использовать систему нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений:

Ю

ах

с

аг ах.

йх„

аг йг

- К ,Х ) X - Д X - К X II)

п ,с л н п ^с с с ,ос с

-К Х-ЛХ-К X 12)

с ,ос с 'Лзс ос ос ,вс ос

Хо= -^схас -Н,еДс (3)

1К+К>

(5 )

В уравнениях (1 ) - ( 5 > Хс - число спор в воздухе над рас-латриваемым участком, Х0с -число осевших спор,Хяс- число внед-авшихся спор, Хп-число пустул, -число некрозов.

Уравнение'1 .'отражает динамику изменения числа спор в воздухе, 5условленного процессами производства спор пустулами, смертнос-г спор, оседания.Скорости указанных процессов определяются ко-Ефицивнтами ,с; Дс ; Кс.ос.

Уравнение (2) описывает динамику изменения числа осевших спор з листовую поверхность, обусловленного процессами оседания спор з воздуха, смертности осевших спор и их внедрения.Скорости ука-энных процессов определяются коэффициентами Кс.ос; Дос; Кос.вс.

Уравнение (3) характеризует изменение числа внедрившихся спор результате процессов внедрения осевших спор, смертности внед-шшихся спор и превращения внедрившихся спор в пустулы. Скорос-I отмеченных процессов определяются коэффициентами Кос.вс;Две;

|С(П,

Уравнением (4) описывается динамика изменения числа пустул, Зусловленного процессами преобразования внедрившихся спор в гстулы, смертности пустул,связанной с воздействием внешних фак-зров и естественного отмирания. Скорости этих процессов опреде-дагся коэффициентами Квс,п; ; д®.

Уравнение (5) отражает динамику изменения числа некрозов, ос-дащихся на листовой поверхности после естественного отмирания г стул, а также после их гибели,обусловленной воздействием внеш-

Н

них факторов.

Б рамках предложенной модели коэффициенты Дс, Кс,о<=,Дос, Две, Кас.п, д£ и ^ рассматривались как заданные постоянные, а коэффициенты Кос,ас и Кос,вс определялись с помощью выражений:

К = К

ос,яс ОС ,вс

(1- S" )

(6)

к <хп X) =

П -С п , H

д! N

Т! О

£ п

~R о

( 1-SH)хн

С

о п

(1-Sh)xh

о

Хп s"

Л о

!1-SH )хн

О

> 1

(7)

£ 1,

В (6) - (7) Кос,я с - коэффициент внедрения осевшей споры ж чистой листовой поверхности, s" - площадь некроза,No- число croj производимое пустулой с максимальной площадью S".

Для численного решения системы обыкновенных дифференциальны!! уравнений, описывающих временную эволюцию переменных состояния патогена, использовали метод Рунге - Кутта (Гульд, Тобочник Я., 1990). Указанный метод реализован на ПЭВМ в среде программирования GW-BASIC 1Грайс Д., 1989; ОЧКОВ В.Ф., 1992; ПярнпууА.А., 1990)

Решение указанной системы уравнений для различных начальных значений переменных состояния возбудителя бурой ржавчины пшеницы, полученных на растениях, которые защищенны различными по эффективности Lr-генами устойчивости позволит в конкретных случаях осуществлять обоснованный прогноз развития биопотенциала'патогена и спланинировать оптимальные сроки,а также регламентировать объемы защитных мероприятий.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Ранжирование Lr-генов устойчивости моногенных линий Thatcher по данным мониторинга IS95, 1996, 1997 годов

На основе полученных экспериментальных данных осуществлено ранжирование Ьг-генов устойчивости пшеницы относительно восприимчивого сорта "Ленинградка" по числу пустул на флаговых и предфлаговых листьях, по площади пустул, по числу спор в пус-

■1Z

уле, а также по показателю - число осевших спор на единицу четной поверхности делянок с линиями Thatcher. Для анализа слученных результатов ранжирорования определены доверительные нтервалы возможных значений средних указанных факторов с уров-ем вероятности 95%.

В 1995 и 1996 гг.популяция патогена по площади под кривой на-астания числа пустул патогена на флаговых листьях линий That-her в наименьшей степени развивалась при экспрессии гена устойчивости TeLrl7, в 1997 г. - на ЛИНИИ Thatcher с геном ус-ОЙЧИВОСТИ TeLr23.

Сопоставлением на основе доверительных интервалов средних по казанному фактору, было установлено, что в 1995 г. экспрессия ешв УСТОЙЧИВОСТИ TeLrl?, TeLrlS, TeLr21, TeLr34, TeLr23 ИВ 996 г. TeLriî, TeLri3 существенно не различалась. Максимальной экспрессией по показателю площадь под кривой наметания числа пустул патогена на предфлаговых листьях расте-Ий обладали гены устойчивости: TeLr34, TeLrl8, TeLr21 (1995 );TeLr21,TeLr16,TeLrl2,TeLrl3,TeLr22a,TeLrl1(1996 Г.);TeLr23 : TeLrl3(1997 Г.).

Минимальная площадь пустул патогена отмечена на флаговых истьях растений с генами устойчивости:TeLrl7,TeLrl2( 1995г.), 'eLrl8, TeLrl2,TeLrl3(1996 г.); TeLr23, TeLr21, TeLrl8,TeLriî, 'eLrl К 199? F. !.

Наибольшим числом спор в пустуле возбудителя выделили гены: 'eLrl2(1995 r.);TeLrl2, TeLrlS, TeLrl?, TeLr34.TeLrl3! 1996 г.); 'eLrl7,TeLrl2,TeLr23,TeLr34,TeLrl8,TeLr2l(1997 r.).

Минимальное число осевших спор на единицу поверхности выявле-ю на растениях линий Thatcher - носителях генов устойчивости: 'eLrl8, TeLr22a, TeLrl3, TeLrll,TeLrl7,TeLr23,TeLr21 (1995 г.); 'eLrl7, TeLr34, TeLr21, TeLrlô, TsLr22a, TeLrl3,TeLr23, TeLrl2, 'eLrl1(1996 Г.), TeLrl2(1997 Г.).

В 1995 году отмечено усиление проявления патогенеза на усмотренных линиях Thatcher по числу пустул на предфла-'овых листьях в сравнении с 1996 и 1997 годами, когда преиму-¡ественно патогенез отмечался на флаговых листьях.

Сильная восприимчивость к возбудителю бурой ржавчины по выше-геречисленным факторам выявлена у генов устойчивости Lr2a, Lr2b. Средние значения за период мониторинга по числу осевшкх спор

1Ъ

на линиях Thatcher в 1995 году превышали аналогичные показате ли в 1996 и 1997 г.г. Средние числа осевших спор на растения Thatcher с. идентифицированными генами устойчивости за перио, мониторинга в 1995, 1996 и 1997 г.г. менялось от 2II.9 до 649.; шт. на единицу поверхности.

Анализ итогов проведенного мониторинга в 1995, 1996 и 1997 г: позволил сгруппировать линии Thatcher с учетом различного уроз> ня экспрессии генов устойчивости к возбудителю бурой ржавчин пшеницы по следующим факторам:

а1 Число пустул на поверхности флагового листа растения

а/1. Устойчивы генотипы с числом пустул от 0.6 до 1.7 шт. Н: ЛИСТ:TeLrl6,TeLr23, TeLr21, TeLrl7

a/2. Практически устойчивы генотипы с числом пустул от 1.8 д

4.5 шт. на лист: TeLrl2, TeLrl3, TeLr34, TeLr22a, TeLrl1.

a/3, восприимчивы генотипы с числом пустул более 10.7 шт. а ЛИСТ: TeLr2b, TeLr2a

б ) Число...вдсда. на поверхности „предфяагового листа растения

б/i. Устойчивы генотипы с числом пустул от 0.6 до 1.5 Ш' на лист: TeLrl7, TeLrî8, TeLr21fTeLr34.

6/2. Практически устойчивы генотипы с числом пустул от 1.6 да

3.6 шт. на лист: TeLrl3, TeLr23,TeLr22a, TeLrl2, TeLrll

б/З. Восприимчивы генотипы с числом пустул более Ю.з шт.а • jmct:TeLr2b,TeLr2a

в) Площадь пустул

в/1. Устойчивы генотипы с площадью пустул от 0.04342 до 0.0654' мм2: TeLrl8, TeLrl3, TeLrl7, TeLr23, TeLrl2, TeLr21

в/2. Практически устойчивы генотипы с площадью пустул от 0.07203 до 0.10432 мм2: Lrll, Lr34, Lr22a

в/3. Восприимчивы генотипы с площадью пустул более 0.12979 m Lr2b, Lr2a.

1. Устойчивы генотиш с числом спор в пустуле от 152.1 до 235.5 !3T.:TeLrl2, TeLrlô, TeLrlT,

2. Практически устойчивы генотиш с числом спор в пустуле от 240.Т ДО 387.2 шт.:TeLr34,TeLrl3,TeLr21,TsLr23.TeLrll, TeLr22a

3. Восприимчивы генотиш с числом спор в пустуле более 468.5 ЕТ.:1Г2Ъ, Lr2a.

3 итоге анализа данных,характеризующих уровень экспрессии Lr-йов устойчивости к возбудителю бурой ржавчины пшеницы по комиксу вышеперечисленных факторов.отражающих особенности биопо-кциала патогена, показано, что наибольшей устойчивостью обладают гены TeLrlS, TeLr23, TeLr21, TeLrl7. СИЛЬНУЮ восприим-вость к патоген-/ проявили гены устойчивости Lr2b, Lr2a, Результаты по комплексу приведенных выше данных позволили осу-ствить построение временных зависимостей динамики переменных стояния патогена.Исследованиями показано,что динамика перемен-к состояния патогена может быть описана в виде графических и тематических зависимостей. Это позволило проанализировать врезную динамику эпифитотийного процесса.Так,результатами показа-,что развитие возбудителя в 1995 году протекало значительно лее интенсивно,что характеризуется плавной кривой нарастания ^потенциала патогена,в отличие от 1996 и 1997 гг.,когда наблзо-лось изменение степени поражения скачкообразно, вследствие че~ цования положительного и отрицательного влияния климатических <торов.

Язменение биопотенциала патогена на линиях Thatcher с Lr-гена-устойчивости,изученное по числу пустул на флаговых и предфла-зых листьях растений, по площади пустул, по числу спор в пусто,по числу осевших спор на 1см2 поверхности характеризуется дающими особенноетями.Динамика числа пустул патогена на фла-зых листьях линий Thatcher в 1995 году отличалась большей ско-;тыо нарастания при более раннем проявлении болезни в 1995 г. сравнению с 1996 и 1997 гг. Развитие инфекционного процесса линиях Thatcher в 1995 году,установление уже на десятый день

после заражения достигало максимального развития на 25 день.чт значительно превысило,в среднем, данные параметры за период мо ниторинга в 1996,1997 гг.

,,Скорость нарастания патогенеза по числу пустул на предфлаг вых листьях линий Thatcher наиболее была выражена при ранне: развитии эпифитотш! 1995 год).При позднем развитии ржавчины период 1996, 1997 гг. популяция патогена сильнее развивалась н флаговых листьях из-за отмирания предфлаговых. В 1996 году н отмечено развитие патогена на генотипах с TeLr2i,Teir22a,TeLrii TeLrî3, Telrl2, В 1997 ГОДУ на генотипах С TeLr23, TeLrl3.

Динамика изменения площади пустул за учетный период отраж на изменчивыми немонотонными кривыми с последовательным черед вашем максимальных и минимальных значений показателя.Это об; словлено большим размером пустул в начале эпифитотии и изменен ем показателя по мере нарастания количества пустул на листово: поверхности.

Число спор в пустуле также немонотонно менялось с течение] времени.в результате процессов,регулирующих их образование, о членение.при оптимальной скорости ветра и с учетом естественн го отмирания.

Оседание спор из воздуха,число и спорообразущая активност; пустул определяют временное неравномерное распределение числ осевших спор на I см2 учетной поверхности делянок.

Указанные графические зависимости аппроксимированы Интерпол, ционным многочленом вида:у=а0+ atx +...+ anxn, где у - значен» переменной состояния, х - день после заражения.Степень многочл на определена числом измерений рассматриваемого параметра.

В результате получена эмпирическая модель в виде графически и интерполяционных зависимостей, которая позволяет:

- оценить влияние уровня экспрессии изученных генов устойч: вости пшеницы на динамику переменных состояния патогена;

- прогнозировать развитие биопотенциала патогена на линиях,защ ¡ценных различными Lr-генами устойчивости;

- определить значения степени поражения для каждого конкретно: гена устойчивости;

- выявить оптимальный тип регрессионной зависимости,которую ел

А 6

дует использовать при анализе опытных данных по указанным показателям.

Определение зависимости динамики числа пустул патогена на

линиях Thatcher от степени выраженности указанного фактора на восприимчивом стандарте с учетом абиотических факторов

Динамика числа пустул возбудителя на флаговых и предфлаговых :стьях растений Thatcher!у) в зависимости от степени выражен-сти биопотенициала патогена на контрольном сорте "Ленинградка" ) и абиотических факторов[ суша эффективных температур! т>,влаж-сть воздуха!В) 1 по дням после ззражениЖБ! в 1995,1996, 199? дах описывается нами многочленом вида:у=К0+ lk^ тк2 + BK3+DK4. Построенная математическая модель позволяет исследовать число стул патогена на флаговых!предфлаговых> листьях растений серии atcher по данным степени поражения восприимчив'ого контороля .енинградка" и абиотических факторов.

ВЫВОДЫ

В итоге мониторинга 1995-1997 гг. исследован уровень экспрессии Lr-генов устойчивости пшеницы и биопотенциал бурой ржавчины по показателям: число пустул на поверхности флагового и предфлзгового листа, площадь пустул, число спор е пустуле. В 1995 и 1996 г.г.популяция патогена по числу пустул на флаговых листьях линий Thatcher в наименьшей степени развивалась на линиях с генами устойчивости:TeLrl7, TeLr21, TeLr34, TeLr23 и TeLri7,TeLri3.Максимальными показателями по числу пустул патогена на предфлаговых листьях растений отличались гены: TeLr34, TeLrl8,TeLr21 (1995 г.);TeLr21. TeLrl3, TeLrl2, TeLrl3 TeLr22a, TeLrl1( 1996 r.>;TeLr23,TeLr23 и TeLri3 ¡1997 г.). Минимальная площадь пустул патогена определена на флаговых листьях растений С генами устойчивости:TeLr17,TeLrl2! 1995г.!,TeLrl8,TeLrl2, TeLrl3 11996 Г.): TeLr23,TeLr21,TeLrl8,TeLrl3,TeLrl1 С1997 Г.). Наибольшее число спор в пустуле выявлено на линиях с генами: TeLr12 (1995 г.); TeLrl2, TeLrlô, TeLrl7,TeLr34,TeLrl3!1996Г.>; TeLr17, TeLrl2, TeLr23, TeLr34, TeLrl8,TeLr21!1997 Г.).

2. Максимальной устойчивостью по комплексу вышеперечисленных фак торов за 3 года характеризовались линии с генами TeLr23,TeLria TeLr2l,TeLrl7.Наибольшая восприимчивость отмечена у линий-носи телей генов Lr2a, Lr2b.

3. Определены средние временные числа осевших спор на делянках с линиями Thatcher, выявлено существенное варьирование по годам показано неравномерное распределение числа осевших спор на 1 см2 поверхности.

4. Разработана эмпирическая модель в виде,графических зависимосте динамики переменных состояний патогена по вышеперечисленны факторам.На основе использования выявленных зависимостей изуче ны особенности биопотенциала возбудителя бурой ржавчины пшениц в разные годы исследований.что позволило оценить уровень эк спрессш Lr-генов по отношению к комплексу факторов.

5. Модифицирована формула трапеций применительно к расчету площад под кривой нарастания биопотенциала патогена

6. Впервые предложена эмпирическая модель в виде интерполяционны многочленов, аппроксимирующих графические временные зависимост что дает возможность аналитически исследовать влияние генотип растения-хозяина на биопотенциал патогена,прогнозировать динам ку развития биопотенциала возбудителя на линиях, защищенных ра личными Lr-генами устойчивости. Определена зависимость динамик числа пустул патогена на линиях Thatcher от степени выраженно та биопотенциала патогена на восприимчивом стандарте, с учето; влияния комплекса факторов.

7. Разработана имитационная модель динамики развития возбудител, бурой ржавчины пшеницы в виде системы обыкновенных нелинейны дифференциальных уравнений, решение которых позволит с учето: различных начальных значений переменных состояния патогена разными Lr-генами осуществить научно-обоснованный прогноз раз вития биопотенциала паразита, спланировать своевременную, : оптимальные сроки систему защитных мероприятий.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕЩЩЩ Выявленный уровень экспрессии lr-генов устойчивости моногенны:

П

Thatcher к возбудителю бурой ржавчины пшеницы по числу пус-а флаговых и предфлаговых листьях, по площади пустул, числу в пустуле дает возможно использовать в практической селекции одборе исходного материала для создания новых сортов пшеницы ективными генами устойчивости.

явленные типы временных зависимостей динамики развития возбу-я по указанным факторам в форме графических кривых и аппрок-ующих многочленов предлагается использовать для прогнозиро-и контроля уровня вирулентности патогена на растениях,защи-х различными Lr-генами устойчивости.

шение системы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравне-митационной модели патогенезз для различных начальных значе-временных состояния возбудителя бурой ржавчины пшеницы на ниях, защищенных эффективными Lr-генами устойчивости, позво-селекционной, иммунологической и прогностической практике зличных конкретных случаях осуществлять обоснованный прогноз тия биопотенциала патогена, эффективности генов устойчивости ния-хозина, а также планировать оптимальные сроки и объемы ных мероприятий.

^лесников Л.Е. Прогностические зависимости при патогенезе оу-й ржавчины пшеницы с учетом влияния растения-хозяина.Тезисы кладов. Защита растений в условиях реформирования АПК. СПб, 95;

»лесников Л.Е. Особенности транспирации пшеницы при патогенезе рой ржавчины.Тезисы докладов.Защита растений в условиях рефор-рования АПК,СПб, 1995.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ЛО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

работы приняты к опубликованию

АО СКВ "Индикатор". ЗакЗ.ЧИ Тир.ф'б зкз. Тел.252-46-66.