Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Морфо-анатомические и физиолого-биохимические критерии селекционной оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill. к коккомикозу

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Морфо-анатомические и физиолого-биохимические критерии селекционной оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill. к коккомикозу"

На правах рукописи

Шсстакова Вера Владимировна

МОРФО-АНАТОМИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СЕЛЕКЦИОННОЙ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ФОРМ РОДА CERASUS MILL. К КОККОМИКОЗУ

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

1 8 ПАР 2015

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Краснодар - 2015

005560871

005560871

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» (ФГБНУ СКЗНИИСиВ)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат биологических наук Кузнецова Анна Павловна

Смыков Анатолий Владимирович,

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, Никитский Ботанический сад, отдел плодовых культур, заведующий

Ахматова Зулайха Пашаевна,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства», отдел селекции и сортоизучения плодовых культур, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация:

Защита состоится диссертационного совета

апреля Д.006.056.01

Майкопская опытная станция ВИР 2015 года

года _

в ФГБНУ

часов на заседании «Северо-Кавказский

зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» по адресу: 350901, г. Краснодар, ул. им. 40-летия Победы, 39.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБНУ «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» http: //www.kubansad.ru.

Автореферат разослан » UM^UU 2015 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, с указанием почтового адреса, телефона, электронной почты организации, фамилии, имени, отчества, должности лица, подготовившего отзыв, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 350901, г. Краснодар, ул. им. 40-летия Победы, 39, тел./факс 8(861) 257-57-02, e-mail: kubansad@kubannet.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук

В.В. Соколова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одной из задач экологизации садоводства является введение в производство устойчивых к грибным заболеваниям форм плодовых культур. Для повышения адаптивности к биострессорам растений необходим поиск новых генов устойчивости у диких форм и их интрогрессия в селектируемые сорта (Еремин, 2009; Седов, 2011; Егоров, 2013). В последние годы под влиянием меняющихся климатических условий значительно возросла вредоносность листовых пятнистостей, в том числе коккомикоза - одного из наиболее опасных грибных заболеваний косточковых культур (Ищенко, 2003; Джигадло, 2006; Ленивцева, 2010).

Вредоносность патогена проявляется в преждевременном опадении пораженных листьев, что резко снижает фотосиитетическую деятельность растений, ведет к ослаблению деревьев, уменьшению урожайности, ухудшению зимостойкости и другим негативным последствиям. В отдельные годы деревья бывают поражены на 80-100 %, поэтому необходимо внедрение в производство форм, устойчивых к коккомикозу.

Данные многолетних наблюдений за развитием болезни на черешне и вишне в условиях сада представляют собой наиболее информативный материал для оценки устойчивости образцов. Однако недостатком полевого метода многолетних наблюдений является значительная продолжительность и трудоёмкость процесса, а также неточность определения степени устойчивости форм из-за того, что развитие болезни и поражаемость во многом зависят от складывающихся погодных условий.

В связи с этим для ускорения селекционного процесса необходимы экспресс-методы, основанные на показателях, связанных с устойчивостью к патогену, позволяющих наиболее точно определять поражаемость форм рода Cerasns Mill, коккомикозом на самых ранних стадиях развития растения. До настоящего времени комплексный анализ физиолого-биохимических и анатомо-морфологических характеристик генотипов рода Cerasns Mill., различающихся по типам устойчивости к данному заболеванию не проводился.

Цель работы - комплексная анатомо-морфологическая и физиолого-биохимическая оценка устойчивости межвидовых гибридов к коккомикозу на

основе использования современных генетико-статистических методов для выделения форм рода Cerasns Mill, перспективных для селекции.

В связи с этим решались следующие задачи:

1. Изучить потенциал устойчивости к коккомикозу генофонда форм рода Cerasus Mill, коллекции СКЗНИИСиВ;

2. Выявить анатомо-морфологические признаки устойчивости представителей рода Cerasus Mill, к коккомикозу;

3. Определить физиолого-биохимические показатели устойчивости к коккомикозу у форм рода Cerasus Mill, с помощью современных генетико-статистических методов;

4. Усовершенствовать методы разделения форм косточковых по степени устойчивости на основе биохимических и морфологических показателей;

5. Выделить перспективные генотипы представителей рода Cerasus Mill., устойчивые к коккомикозу;

6. Провести эколого-экономичсскуга оценку эффективности использования в селекции выделенных форм рода Cerasus Mill., устойчивых к коккомикозу.

Научная новизна работы. В коллекции форм рода Cerasus Mill, селекции ФГБНУ СКЗНИИСиВ выделены межвидовые гибриды - новые источники устойчивости к коккомикозу: не поражаемые наиболее вирулентной популяцией коккомикоза из Краснодарского края, в том числе с моногенным типом устойчивости (впервые среди форм производных от восточно-азиатских видов по реакции сверхчувствительности); с полигенным типом устойчивости; с поздним развитием инфекции.

Впервые в условиях Юга России, где отмечается наибольшее проявление вредоносности болезни коккомикоза, на основе комплексной полевой, анатомо-морфологической оценки и физиолого-биохимической характеристики (при использовании оптимизированных методик) установлены показатели устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу.

С использованием генетико-статистического анализа по комплексу морфологических и физиолого-биохимических показателей предложены подходы к выделению форм рода Cerasus Mill, с различными типами устойчивости к коккомикозу.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Классификация гибридных форм ФГБНУ СКЗНИИСиВ по степени и типам устойчивости к коккомикозу в полевых условиях на основе анализа балла поражения.

2. Выделение анатомо-морфологических (количественных и качественных) показателей, связанных с устойчивостью к коккомикозу, у форм рода Cerasus Mill, для разработки экспресс-оценки поражаемости растений на ранних стадиях развития.

3. Разделение форм рода Cerasus Mill, по степени и тинам устойчивости к коккомикозу на основе биохимических показателей, определенных с помощью автоматизированных систем капиллярного электрофореза и современных генетико-статистических методов.

Практическая значимость работы:

- выделены формы рода Cerasus Mill., являющиеся источниками устойчивости к коккомикозу, для селекции: производные С. lannesiana №2, С. incisa, С. serrulata Ht., C.judii (F|, F2, F3).

- отобраны хозяйственно-ценные формы рода Cerasus Mill.: среди образцов с поздним развитием инфекции - вишня Тимирязевская (П-5-14-48), отличающаяся стабильно высокими урожаями, оригинальными вкусовыми качествами плодов, устойчивостью к монилиозу, к низким зимним и высоким летним температурам; среди растений с нолигенным типом устойчивости, которые были выделены по признакам урожайности и устойчивости к абиотическим факторам среды - вишня Южанка, обладающая крупными плодами -выше 4,8 г, и низкорослая форма вишни АИ 70, отличающаяся слаборослостыо и компактной кроной.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на заседаниях Ученого совета ФГБНУ СКЗНИИСиВ (2011-20)4 гг.) и научно-практических конференциях молодых ученых: «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (КГАУ, 2009-2013 гг.), «Научное решение актуальных проблем производства, качества и безопасности сельхозпродукции» (ГНУ ВНИИТТИ, 2010 г.), «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (КГУ, 2012, 2014 гг.), «Ломоносов-2014» (МГУ им. Ломоносова, 2014).

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, состоит из введения, грех глав, выводов, предложений для селекции и производства. Работа содержит 10 таблиц, 21 рисунок и 8 приложений. Список использованной литературы включает 208 источников, в том числе 52 - на иностранном языке.

УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Место проведения исследований - ФГБПУ «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства», ЗАО «ОПХ Центральное» (г. Краснодар). Коллекционный сад расположен в Прикубанской зоне центральной подзоны плодоводства.

Условия проведения исследований. Для возбудителя коккомикоза оптимальными погодными условиями являются температура воздуха от 17 °С до 23 °С и наличие капельно-жидкой влаги.

Погодно-климатаческие условия в период проведения исследований были благоприятными для развития патог ена, так как особенности зим позволили грибу успешно перезимовать (низкие температуры не опускались ниже минус 15 °С). Условия весенне-летних периодов были благоприятными для развития коккомикоза (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние погодных условий на распространение и интенсивность развития коккомикоза в условиях Прикубзнской зоны Краснодарского края__

Год Температура воздуха, °С Относительная влажность воздуха, % Распространение болезни (Р), % Интенсивность развития (R), %

средние показатели

2011 22,6 60 90-100 72-80

2012 24,2 63 81-92 52-60

2013 22,2 63,3 92-96,5 62-72

2014 22,8 62,5 90-100 75

Отмечено, что даже при высоких температурах (выше +30 °С) патоген не терял жизнеспособности, так как зафиксировано нарастание распространения и интенсивности развития болезни в течение всех лет исследований.

Объекты исследований. В качестве материала для оценки устойчивости к коккомикозу в полевых условиях (естественном фоне поражения) была использована коллекция форм рода Cerasus Mill. (328 растений), в основном представленная гибридами селекции СКЗНИИСиВ (280 растений), полученными с помощью методов отдаленной гибридизации и биотехнологии в результате направленной селекции на адаптивность к биострессорам в изменяющихся условиях среды. Годы посадки коллекционных участков — 2008, 2009; схема посадки - 5 х 1 м. Для выявления морфологических показателей, связанных с устойчивостью к коккомикозу, использовались сеянцы (56 шт.) семьи (вишня Булатниковская х (С. laimesiana №2 х черешня Франц Иосиф)) первого и второго годов жизни.

Методы исследований. Оценка устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу определялась в соответствии с методическими рекомендациями М.С. Ленивцевой (2010), оценка хозяйственно-ценных признаков - по общепринятой методике «Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур», Орел (1999).

Физиолого-биохимическая характеристика устойчивости представителей рода Cerasus Mill, к коккомикозу выполнялась на приборной базе лаборатории физиологии и биохимии растений и ЦКП Проблемно-аналитический ФГБНУ СКЗНИИСиВ. Содержание белка, пигментов (суммы хлорофиллов а и Ь,

каротинов) определяли спектральным методом на приборе UNICO 2800 UV/VIS, лигнина - весовым методом согласно общепринятым методикам.

Содержание в экстракте листьев свободных форм ионов металлов, фенолкарбоновых кислот, общего количества органических кислот выполняли на системах капиллярного электрофореза серии Капель, пробоподготовку - на СВЧ-минерализаторе Минотавр 1 с использованием методик, разработанных в проблемно-исследовательской лаборатории СКЗНИИСиВ (2004, 2011). При определении свободных форм щелочных и щелочно-земельных металлов использовали модифицированный метод, в котором рабочий электролит, содержащий бензимидазол, краун-эфир и винную кислоту, модифицировали добавлением однопроцентного раствора изопропанола, что позволило улучшить разделение изучаемых катионов от органических катионов (амины, основания аммония, амиды и аминокислоты), содержащихся в вытяжке листа. Анатомо-морфологические признаки изучали с помощью светового микроскопа Olympus ВХ41. Морфологические и биометрические показатели сеянцев - согласно методическим рекомендациям «Апробация посадочного материала плодовых, ягодных и орехоплодных культур в южной зоне плодоводства» (2007). Для статистической обработки использовались стандартные биометрические методы (корреляционный, регрессионный, дисперсионный анализы), а также методы из категории многомерных: дискриминантный и кластерный анализы по Г.Ф. Лакину (1990) и С.Н. Щеглову (2005). Все необходимые вычисления выполнены на IBM PC с помощью пакета программ Slat Soft STATISTICA 10.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полевая оценка гибридного материала коллекции СКЗНИИСиВ по степени устойчивости к коккомикозу. В условиях эпифитотийного развития болезни была проведена оценка форм рода Cerasus Mill, по степени и по типам устойчивости к коккомикозу, в том числе гибридов коллекции СКЗНИИСиВ, полученных от образцов восточно-азиатских видов С. senidata, С. lannessiana№2, С. yedonensis, С. incisa, C.judii, С. ccmescens (Fb F2, F3). Коллекция была разделена на четыре группы в зависимости от балла поражения коккомикозом. К первой

группе были отнесены устойчивые к коккомикозу растения (балл поражения 0-0,1) - П9 форм, что составило 42,5 % от общего количества образцов; ко второй группе - с полигенным типом устойчивости (балл поражения до 2) - 33 формы - 11,8 %; к третьей группе (с поздним развитием инфекции - поражение до 3 баллов) - 53 образца - 18,9 %; к четвертой группе - (сильно поражаемые -балл поражения 3 и более) - 75 форм - 26,8 % (рисунок 1).

1 группа II группа III группа IV группа

Рисунок 1 - Соотношение растений с различной степенью устойчивости к коккомикозу, %

Выделены образцы, которые не поражались болезнью, давали стабильный урожай и могут быть рекомендованы в качестве источников устойчивости к коккомикозу: производные С. lannesiana №2 - 13 форм; производные С. incisa -2 образца; производные С. serrulata Ht. - 2 формы. Среди непоражаемых форм впервые выявлены образцы с моногенной устойчивостью - реакцией сверхчувствительности: производные С. lannesiana №2 - 4 формы, производные С. incisa -3 образца, производные С. serrulata Ht. - 1 форма.

Среди растений с полигенным типом устойчивости выделены по хозяйственно-ценным признакам две формы: вишня Южанка (3-28) и АИ 70, из образцов с поздним развитием инфекции - вишня Тимирязевская (11-5-14-48).

В результате исследований определены модельные объекты с реакцией растений на поражение, характерной для различных типов устойчивости, для выявления физиолого-биохимических и анатомо-морфологических показателей, связанных с устойчивостью к коккомикозу.

Анатомо-морфологическая оценка устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу. Устойчивость растений к заболеваниям находится под комплексным генетическим контролем и складывается из множества механизмов, которые проявляются в разных сочетаниях у различных видов, обеспечивая эффективную защиту от патогенов. Для разработки подхода к выделению морфологических параметров, связанных с устойчивостью форм рода Cerasus Mill, к болезни, были проанализированы данные по 37 признакам сеянцев (56 штук) семьи (вишня Булатниковская х (С. lannesiana №2 * черешня Франц Иосиф)). Все показатели были разделены на количественные и качественные для использования в генетико-статистическом анализе. При проведении дисперсионного анализа на установление доли влияния фактора «поражаемость» коккомикозом на морфологические признаки в разные периоды развития инфекции найдены наибольшие различия у гибридов в период максимального поражения коккомикозом по следующим морфологическим показателям: размер чечевичек, размер вегетативной почки, глубина надреза края листа, количество нектарников. Кластерный анализ по выделенным в дисперсионном анализе параметрам, связанным с устойчивостью, доказал, что оценка степени поражения изучаемых гибридов возможна (рисунок 2).

-S--е-8

Кластер 1 Кластер 2 Кластер 3

Рисунок 2 - Результаты кластерного анализа морфологических признаков сеянцев, полученных в результате отдалённой гибридизации вишни Булатниковская * (С. ктпеь^апа №2 х черешня Франц Иосиф)

Доказательством правильного разделения по выделенным признакам послужило то, что попавшие в первый и третий кластеры растения резко различались по поражаемости. В первый кластер попали формы, похожие на материнскую (поражаемую коккомикозом вишню Булатниковская) - 21 шт., в третий - похожие на не поражаемую болезнью отцовскую форму, производную от С. ¡стпск'шпа№2- 10 шт.

При оценке качественных показателей был применен корреляционный анализ с использованием коэффициента Чупрова. На основе предложенных классификаций по типам устойчивости с помощью морфологических признаков были получены уравнения регрессии (три варианта), позволяющие проводить оценку сеянцев изучаемых гибридов по степени устойчивости к коккомикозу в возрасте от 0,5 до 1 года. Для определения типа устойчивости образцов требуется подставить в уравнения регрессии значения признаков нового образца и получить тип устойчивости (от 1 до 3) в зависимости от варианта классификации. Было выбрано уравнение регрессии, построенное по второму варианту классификации, где отобраны показатели, не зависящие от влияния среды и качества проведения агротехнических мероприятий.

Рекомендуемый вариант классификации: 1 - полностью иммунные (балл поражения 0-0,1); 2 - слабо поражаемые (полигены) (балл поражения до 2); 3 - поражаемые (балл поражения больше 2).

Уравнение регрессии:

X = 0,795533 -0,176518 • А, + 0,525544 • А2 + 0,630241 • А3, где X - устойчивость к коккомикозу, А| - антоциановая окраска кончика однолетнего побега, Лг - форма вершины вегетативной почки однолетнего побега, Аз - угол вершины листовой пластинки.

Разработанный подход по выделению морфологических показателей, связанных с устойчивостью к коккомикозу, позволит ускорить оценку генотипов на ранних стадиях развития растений.

Анатомические особенности строения листа имеют значение для внедрения и распространения патогенов в растении. Нами были изучены следующие анатомо-морфологические параметры листовой пластинки у форм с различной степенью устойчивости к коккомикозу: толщина кутикулы, опушенность (в виде волосков), количество устьиц. В результате изучения устьичного аппарата (количества устьиц на 1 мм2) установлены статистически достоверные различия между сильно поражаемыми образцами и непоражаемыми или слабо поражаемыми (таблица 2).

Таблица 2 - Характеристика устьичного аппарата у форм рода Cerasus Mill, с разной степенью поражения коккомикозом_

Образец Сильно поражаемые формы (балл поражения 3 и более) Нспоражаемые и слабо поражаемые формы (балл поражения не более 2)

Количество устьиц на 1 мм2,1НТ. 570 313

t-критерий Стыодента 40,26**

Примечание: ** - отмечаются значения критерия, превышающие стандартные для 1 %-ого уровня значимости

У восприимчивых форм отмечено наличие онушенности в виде волосков в отличие от непоражаемых гибридных форм.

Установлено, что у непоражаемых форм и с полигенным типом устойчивости толщина кутикулы больше (среднее значение признака 11,43 мкм, t = 3,40 при р < 0,05; 8,36 мкм, t = 2,35 при р < 0,05, соответственно), чем у поражаемых (4,96 мкм).

Оценка устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу по физнолого-биохимическим показателям в системе хозяин-патоген-среда.

Большинство исследователей отмечает, что заболевание растений сопровождается значительным ослаблением их фотосинтетической активности.

Генетико-статистический анализ по четырем годам исследований за весь вегетационный период показал, что содержание суммы хлорофиллов а и b статистически достоверно отличается у форм с различной степенью поражения коккомикозом. У сильно поражаемых содержание суммы хлорофиллов а и b

ниже (5,01 мг/г сух. вещества), чем у форм с полигенным типом устойчивости (7,15 мг/г сух. вещества) (1 = 5,02, при р < 0,05). У непоражаемых и слабо поражаемых образцов содержание суммы хлорофиллов а и Ь выше (6,33 мг/г сух. вещества), чем у поражаемых (5,01 мг/г сух. вещества) (1 = 2,54, при р < 0,05).

Наибольшие различия по содержанию в листьях суммы хлорофиллов а и Ь и каротиноидов найдены в мае в период активного роста растений. У устойчивых и с полигенным типом устойчивости форм содержание суммы хлорофиллов а и Ъ выше, чем у поражаемых в 1,3 раза.

Фактором устойчивости растений к факультативным паразитам может служить высокое содержание в тканях белков и промежуточных продуктов белкового обмена. Была изучена концентрация белка у тех же образцов в течение 2012-2014 гг. в разные периоды развития инфекции.

Установлено, что у форм, не поражаемых коккомикозом, содержание белка выше, чем у сильно поражаемых, до проявления болезни в 1,2 раза, у форм с полигенным типом устойчивости выше, чем у сильно восприимчивых, как до проявления болезни (в 1,4 раза), так и в начале эпифитотийного развития коккомикоза (в 2,8 раза) (рисунок 3).

25 с

май июль август май июль август май июль август 2012 2013 2014

Рисунок 3 - Содержание белка в листьях форм рода Cerasus Mil!., различающихся по степени

устойчивости к коккомикозу

Содержание белка и пигментов было изучено в листьях форм с проявлением реакции сверхчувствительности (РСЧ) - с моногенным типом устойчивости в период эпифитотийного развития инфекции (в июле). Сравнительный анализ данных до проявления реакции и после выявил, что количество белка и суммы хлорофиллов а+b в листьях выше у форм, где не наблюдалось проявление РСЧ.

Для многих патогенов барьером при проникновении через клеточную стенку служат отложения лигнина. Впервые для растений рода Cerasus Mill, было изучено содержание лигнина в листьях форм с различными типами устойчивости к болезни: поражаемые, с полигенным типом устойчивости, непоражаемые, с проявлением РСЧ.

Отмечено, что в период эпифитотии содержание хлорогеновой кислоты (предшественника лигнина) в 7 раз выше, а самого лигнина в 4,4 раз выше в листьях форм с проявлением РСЧ (моногенный тип устойчивости), чем у сильно поражаемых болезнью (рисунок 4).

Поражаемые Полигены Непоражаемые Формы с РСЧ Пфсшмс Лиши №пдамт* ФосмьйРСЧ

Рисунок 4 - Содержание хлорогеновой кислоты (слева) и лигнина (справа) в листьях форм рода Cerasus Mill., различающихся по типам устойчивости к коккомикозу

Большая роль в механизмах устойчивости против патогенов отводится фенольным соединениям, органическим кислотам, катионам. В листьях растений рода Cerasus Mill., различающихся по типам устойчивости, по многолетним исследованиям в течение сезона в системе хозяин-патоген-среда найдены закономерности в динамике свободных форм катионов калия и магния, кофейной и янтарной кислот.

Установлено, что концентрация данных веществ в период эпифитотийного проявления инфекции (в июле) повышалась у поражаемых форм и с полигенным типом устойчивости в течение всех лет исследований, но скорость нарастания исследуемых веществ в листовом экстракте у вторых по мере развития инфекции была более высокой, что особенно четко проявилось в динамике содержания кофейной кислоты (в 2 раза).

Разработка генетико-статистических подходов к оценке степени и типов устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу по биохимическим показателям.

В результате ранее проведенных многолетних исследований А.П. Кузнецовой, Ю.Ф. Якубой, С.Н. Щегловым (2009 г.) в ФГБНУ СКЗНИИСиВ с помощью новых методов, разработанных в институте с использованием систем капиллярного электрофореза и дискриминантного анализа, были получены функции классификации и неравенство, позволяющее выделять из неизвестных форм устойчивые образцы на самом раннем этапе развития растения:

X, = 0,1015 • Yj + 5,2659 • Y2 + 0,0122 Y3 + 0,0277 Y4 - 12,1629 > X2 = 0,01997 • Y, - 7,46984 • Y2 + 0,00950 • Y3 + 0,02763 • Y4 - 5,90917

где X! - значение первого неравенства, Х2 - значение второго неравенства, Y, - содержание кофейной кислоты, Y2 - содержание янтарной кислоты, Y3 - содержание магния, Y4 - содержание кальция.

Достоверность этого неравенства мы проверили на образцах (51 шт.), взятых из различных эколого-географических районов, проведя биохимический анализ листьев в мае, до эпифитотийного развития.

Диагностику проводили в период активного роста листьев путем определения в них количественного содержания свободных форм катионов магния, кальция, кофейной и янтарной кислот с помощью систем капиллярного электрофореза.

Отнесение генотипа к устойчивому или неустойчивому к патогену осуществлялось на основе сравнения максимальных классификационных значений содержания кофейной и янтарной кислот, катионов магния и кальция, полученных

при умножении этих показателей на установленные для каждого из них коэффициенты (таблица 3).

Таблица 3 - Выделение устойчивых форм рода Cerasus Mill, с помощью экспресс-метода оценки устойчивости к коккомикозу_____

Сорт, Максим. Янтарная Кофей- Магний, Каль- Значение Значение

гибрид балл кислота, ная мг/кг ций, 1-го И-го

пораже- г/кг кислота, мг/кг неравен- неравен-

ния мг/кг ства ства

6/8-к 0 0,5 9,1 695 1434 39,59 36,76

Любская 4 0,2 18 284 381 4,74 6,18

Если полученное значение первого неравенства больше, чем значение второго неравенства, то образец устойчив к коккомикозу. Если значение первого неравенства меньше значения второго неравенства, то образец неустойчив к болезни. Все взятые нами сорта и формы были успешно разделены на устойчивые и не устойчивые к коккомикозу, результаты достаточно хорошо соответствовали экспертной оценке, полученной в полевых и лабораторных условиях.Одной из задач наших исследований была разработка метода, позволяющего разделять формы не на две категории: устойчивые и неустойчивые, а на три: высоко устойчивые или непоражаемые (балл поражения 0-0,1), с полигенным типом устойчивости (балл поражения не более 2) и поражаемые (балл поражения 3 и более).

Для разделения форм рода Cerasus Mill, по биохимическим параметрам на три группы были вовлечены в опыт модельные объекты (22 формы), выделенные в результате полевых исследований.

Концентрации биохимических показателей вычислялись с помощью методик, разработанных в СКЗНИИСиВ, в том числе модифицированной для систем капиллярного электрофореза. Сущность введенных изменений -добавление однопроцентного раствора изопропанола в рабочий электролит для лучшего извлечения свободных форм металлов: магния, натрия, кальция, калия. В результате проведенного дисперсионного анализа полученных данных химических веществ по трем срокам измерения (весна, лето, осень) выявлено, что генотип

сорта оказывает существенное влияние на большинство изучаемых свободных форм следующих показателей: катионов калия, натрия и магния, кофейной, яблочной, янтарной, лимонных кислот. Отмечено значительное влияние условий года на концентрацию хлорогеновой и аскорбиновой кислот. Дисперсионный анализ также показал, что доля влияния фактора «поражаемость» на данные показатели сильно варьирует в разные годы исследований, и разрешающей способности его не достаточно для идентификации степени поражаемости болезнью. Поэтому был использован дискриминантный анализ, позволивший определить правило отнесения новых объектов к известным группам.

Необходимой в этих условиях минимизации изменчивости, связанной с различиями условий года, решили достичь за счет построения специальных линейных комбинаций комплекса признаков - дискриминантных функций. Их значения служат оценкой устойчивости к коккомикозу изучаемых форм. Учитывая существенные различия данных за разные годы исследований, анализ проведен за каждый год отдельно. В качестве примера на рисунке 5 представлено распределение сортов по устойчивости к коккомикозу в 2009 г.

а

7

CN в £ s

3"

^ л

I *

>, _ •е-3

го 2

Е ,

X

CD П X

1-1

К-2

ё-а

S

-8

%

-3 0 2 4

Дискриминантмая функция 1

I СП

в ■ уст * имм

СП - сильно поражаемые коккомикозом, УСТ - с полигенным типом устойчивости,

ИММ - не поражаемые коккомикозом Рисунок 5 - Распределение форм рода Cerasus Mill, по устойчивости к коккомикозу в пространстве дискриминангных функций в 2009 году

В каждом году исследований наблюдалась практически идеальная ординация сортов по поражаемости в пространстве дискриминантных функций, которые являются не чем иным, как линейной комбинацией исходных биохимических признаков.

У форм с полигенным типом устойчивости найдено наибольшее количество показателей, влияющих на устойчивость, в июле - в период, когда наблюдалось максимальное развитие инфекции (таблица 4).

Таблица 4 - Содержание биохимических веществ в экстрактах листьев у форм косточковых, различающихся по типам устойчивости (июль 2011-2012 гг.)

Группы сортов С нолигенным типом устойчивости (балл поражения до 2) Поражаемые формы (балл поражения 3 и более) t-критерий Стьюдента

Хлорогеновая кислота, мг/кг 4917,1 1806,26 2,43*

Кофейная кислота, мг/кг 38,37 25,91 1,75*

Янтарная кислота, г/кг 0,12 0,08 0,56*

Яблочная кислота, г/кг 11,56 11,75 2,51

Лимонная кислота, г/кг 4,73 3,45 1,17*

Калий, мг/кг 4685,2 3141,2 2,75*

Натрий, мг/кг 92,63 74,67 1,92

Магний, мг/кг 1724,2 1324,4 2,5*

Кальций, мг/кг 1588,5 1372,3 2,41*

Аскорбиновая кислота, мг/кг 404,5 202,2 2,54*

Примечание: * - отмечаются значения критерия, превышающие стандартные для 5 %-ого уровня значимости

Таким образом, установлено, что разделение форм рода Cerasus Mill, на три группы по типам устойчивости к коккомикозу: непоражаемые, с полигенным типом устойчивости, поражаемые на основе биохимических показателей возможно и для этого целесообразно применять дискриминантный анализ.

Эколого-экономнческая эффективность использования выделенных устойчивых к коккомикозу форм и модифицированного экспресс-метода оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу по биохимическим показателям.

Использование выделенных устойчивых к коккомикозу форм сокращает затраты на защиту от болезней на 12-14 % и уменьшает количество обработок и пестицидную нагрузку на 12 %. Результаты экономической эффективности применения модифицированной методики для разделения форм рода Cerasus Mill, по степени устойчивости к коккомикозу представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Экономическая эффективность использования модифицированной методики для разделения форм рода Cerasus Mill, по степени устойчивости к коккомикозу_

Показатели До модификации методики После модификации методики Отклонение, +/ -

Кол-во анализов, шт. 600 700 100

Стоимость анализа, руб./шт. 1500 1200 -300

Цена анализа, руб./шт. 1800 1800

Доход от оказания услуг, тыс. руб. 1080 1260 180

Затраты на оказание услуг, тыс. руб. 900 840 -60

Прибыль от реализации, тыс. руб. 180 420 240

Рентабельность услуг, % 20 50 30

Модификация экспресс-метода оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу позволила снизить себестоимость анализа на 20 % за счет применения доступных химических реактивов, выбора оптимальных условий разделения компонентов и достижения необходимой точности и достоверности измерений. Рост рентабельности проводимых исследований возрастает на 30 процентных пунктов.

ВЫВОДЫ

1. В результате полевой оценки устойчивости к коккомикозу форм рода Cerasus Mill, коллекции СКЗНИИСиВ проведено разделение но типам устойчивости: неиоражаемые (в том числе с реакцией сверхчувствительности -

мопогенный тип устойчивости), с полигенным типом устойчивости и с поздним развитием инфекции.

2. Установлены анатомо-морфологические показатели, связанные с устойчивостью представителей рода Cerasus Mill, к коккомикозу: толщина кутикулы (в 2,3 раза больше у устойчивых, чем у поражаемых), количество устьиц (у не поражаемых коккомикозом или слабо поражаемых форм в 1,6 раза меньше, чем у сильно поражаемых), опушенность листа в виде волосков характерна для поражаемых форм.

3. Выявлено повышенное содержание пигментов в 1,3 раза и белка в 1,2 раза до проявления болезни в листьях не поражаемых коккомикозом форм, относительно неустойчивых. Отмечено, что у форм с полигенным типом устойчивости количество белка выше: до проявления болезни в 1,4 раза и в период эпифиготийного развития инфекции в 2,8 раза относительно сильно поражаемых.

4. Установлено, что количество лигнина в 4,4 раза и хлорогеновой кислоты (предшественника лигнина) в 7 раз больше у форм с моногенным типом устойчивости (с реакцией сверхчувствительности), чем у сильно поражаемых в период максимального развития коккомикоза.

5. В результате изучения годовой и сезонной динамики содержания химических веществ выявлены закономерности изменения следующих показателей: свободных форм катионов калия и магния, кофейной, янтарной кислот. У не поражаемых коккомикозом форм концентрация данных веществ в листовом экстракте выше до поражения и уменьшается в период эпифитотийного развития инфекции, а у восприимчивых и с полигенным типом устойчивости отмечено повышение концентрации по мере развития инфекции. Установлено, что скорость накопления исследуемых веществ в листьях у форм с полигенным типом устойчивости идет интенсивнее.

6. Выявлено, что анатомо-морфологические и физиолого-биохимические признаки, включаемые в комплекс оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу, зависят от условий года. Необходимой в этих условиях

минимизации изменчивости, связанной с различиями условий года, можно достичь за счет построения специальных линейных комбинаций комплекса признаков - дискриминантных функций. Их значения служат оценкой устойчивости изучаемых сортов и гибридов к коккомикозу.

7. Предложен генетико-статистический подход для разделения форм рода Cerasus Mill, по типам устойчивости к коккомикозу на основе биохимических показателей: непоражаемые, с полигенным типом устойчивости, поражаемые.

8. Установлен оптимальный срок для выделения форм с полигенным типом устойчивости по биохимическим показателям - период максимального проявления инфекции.

9. Выделены перспективные генотипы рода Cerasus Mill, для селекции и производства: не поражаемые болезнью - С. serrulata (2 формы), С. incisa (2 формы), С. lannesiana №2 (13 форм), в том числе образцы с моногенным типом устойчивости (8 форм); с полигенным типом устойчивости (16 форм).

10. Применение модифицированного экспресс-метода оценки устойчивости относительно общепринятых методов повысит рентабельность на 30 процентных пунктов. Установлено, что использование выделенных форм, устойчивых к коккомикозу, позволит сократить затраты на защиту от болезней на 12-14 % и уменьшит количество обработок и пестицидную нагрузку на 12 %.

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА

1. Использовать в селекционной работе для создания форм с долговременной устойчивостью генотипы, различающиеся по типам устойчивости:

- непоражаемые: 1-59-08 (сеянец от свободного опыления 10-15 [С. incisa х Полянка]), 2-88-08 (сеянец от свободного опыления 10-15 [С. incisa х Полянка]), 3-13-08 (Булатниковская * А9 (С. lannesiana №2 * Франц Иосиф)), 3-38-08 (Молодежная х 11-17 [С. lannesiana №2 х Франц Иосиф]), 3-57-08 (свободное опыление Рубин), 2-83-08 (сеянец от свободного опыления 11-15 [С. lannesiana №2 х Франц Иосиф]), 3-21-17 (сеянец от свободного опыления АИ5 [С. serrulata х Норд Стар]), 3-106-17 (С. serrulata х Полянка), 2-50-08

(Булатниковская х 11-17 [С. lannesiana №2 х Франц Иосиф]), 2-82-08 (сеянец от свободного опыления 11-15 (С. lannesiana №2 х Франц Иосиф), 3-32-08 (Молодежная х 11-17 [С. lannesiana №2 х франц Иосиф]), 3-39-08, 3-40-08 (Булатниковская х [Молодежная * С. lannesiana №2]), 1-59-09, 1-60-09, 1-61-09 (сеянец от свободного опыления от АИ 43 [Молодежная х С. lannesiana №2]), АИ13 (сеянец от свободного опыления Студенческая х С. lannesiana №2], 6/8-к (Норд Стар х 11-17 [С. lannesiana №2 х Франц Иосиф]), 1-11-09 сеянец антипки американской С. mahaleb; в том числе с моногенным типом устойчивости: производные С. lannesiana № 2 (второе поколение) -4 формы, производные С. incisa (второе поколение) - 3 образца, производные С. serrulata Hi. - 1 форма;

- с полигенным типом устойчивости: 2-39-08, 2-40-08, 2-47-08, 3-2-08, 3-26-08, 3-32-08 (№21) - (Булатниковская х 11-17 [С. lannesiana №2 х франц Иосиф], 2-28-09 сеянец от свободного опыления вишня Булатниковская, 3-28-08, 3-29-08 (вишня Молодежная х А18), 1-49-09, 1-28-09, 1-29-09, 1-51-09, 1-52-09, 1-2-09, 2-3-09 - сеянцы от свободного опыления вишня Южанка (3-28);

- с поздним развитием инфекции: 2-63-08, 2-64-08, 3-43-08, 3-42-08, 3-44-08, 1-42-09, 1-43-09, 1-44-09, 2-12-09, 2-15-09, 2-23-09, 2-24-09 (сеянцы от свободного опыления (С. canescens х С. avium), вишня Тимирязевская (II-5-14-48).

2. Рекомендовать испытание сортов: с поздним развитием инфекции вишня Тимирязевская, с полигенным типом устойчивости - вишня Южанка (3-28) и АИ 70, которые выделяются по комплексу хозяйственно-ценных признаков (урожайность, крупноплодность, вкус плодов).

Публикации по теме диссертации.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России:

1. Савельев, Н.И. Адаптивный потенциал подвоев косточковых культур / Н.И. Савельев, O.E. Богданов, А.Н. Юшков, М.В. Маслова, А.П. Кузнецова, В.В. Шестакова // Садоводство и виноградарство. - 2009. -№6,- С. 16-17.

2. Кузнецова, А.П. Генетико-статистические подходы и экологические аспекты создания новых методов оценки и прогноза поражения хозяйственно-цепных форм рода Cerasus Mill. / Л.П. Кузнецова, В.В. Шестакова, С.Н. Щеглов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2009. - №6. - С. 85-88.

3. Кузнецова, А.П. Разработка новых методов оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу / А.П. Кузнецова, Ю.Ф. Я куба, В.В. Шестакова // Плодоводство и ягодоводство России. - М. - 2010. - T.XXIV. - Ч. 2. - С. 424-430.

4. Кузнецова, А.П. Возможности использования биохимических показателей для идентификации устойчивости сортов и гибридов рода Cerasus к коккомикозу / А.П. Кузнецова, В.В. Шестакова, С.Н. Щеглов // «Агро XXI». — 2011.— № 1-3.-С. 24-26

5. Кузнецова, А.П. Выделение эффективных источников устойчивости к коккомикозу из форм подвоев для мелкокосточковых селекции СКЗНИИСиВ / А.П. Кузнецова, М.С. Леннвцева, В.В. Шестакова, O.A. Соколов // Плодоводство и ягодоводство России. - 2012. - T.XXXIV. - С. 407-413

6. Шестакова, В.В. Оценка нового гибридного материала коллекции СКЗНИИСиВ по степени устойчивости к коккомикозу / В.В. Шестакова, А.Г1. Кузнецова // Плодоводоводство и ягодоводство России. - 2014. - Т. ХХХХ. -Ч. ].-№ 1.-С. 365-368

Публикации в других изданиях:

7. Кузнецова, А.П. Генетико-селекционные аспекты разработки диагностических критериев биохимических показателен устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу для оптимизации адаптивного сорта косточковых /

A.П. Кузнецова, Ю.Ф. Якуба, С.Н. Щеглов, В.В. Шестакова // Наука Кубани. 2010. - №1. - С. 18-23

8. Шестакова, В.В. Использование биохимических и анатомо-морфологических показателей для изучения устойчивости представителей рода Cerasus Mill, к коккомикозу / В.В. Шестакова, А.П.Кузнецова // Наука Кубани. -2013,- №1.- С. 16-21

9. Шестакова, В.В. Разработка методов оценки устойчивости к коккомикозу форм рода Cerasus Mill, на основе изучения морфо-физиологических параметров /

B.В. Шестакова, А.П. Кузнецова // Научные труды СКЗНИИСиВ «Методологическое обеспечение селекции садовых культур и винограда на современном этанс»,-Краснодар, 2013. - Т. 1. - С. 149-152

10. Шестакова, B.B. Оценка устойчивости сорто-форм черешни и вишни к коккомикозу по анатомо-морфологическим признакам // Плодоводство и виноградарство Юга России [Электронный ресурс]. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2010. - № 20 (2). - С. 76-81. - Режим доступа: http: //journal.kubansad.ru/pdf/13/02/09. pdf

11. Шсстакова, B.B. Оценка устойчивое™ форм рода Cerasus Mill, селекции СКЗНИИСиВ к коккомикозу / В.В. Шестакова, А.Г1. Кузнецова // Материали за X международна научна практична конференция. - София, 2014. - С. 75-77.

J 2. Кузнецова, А.П. Генегико-селекционные аспекты разработки диагностических критериев биохимических показателей устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу / А.П. Кузнецова, С.Н. Щеглов, Ю.А. Волчков, В.В. Шестакова // Плодоводство и виноградарство Юга России [Электронный ресурс]. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2010. - № 2 (1). - С. 64-69. - Режим доступа: http: //journal.kubansad.ru/pdf/10/01/07. Pdf

13. Шестакова, В.В. Биохимическая характеристика устойчивости представителей рода Cerasus Mill, к коккомикозу / В.В. Шестакова, А.П. Кузнецова // Плодоводство и виноградарство Юга России [Электронный ресурс]. - Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2010. - № 3 (2). - С. 61-67 - Режим доступа: http: // journal.kubansad.ru/pdf/10/02/09. Pdf

14. Шестакова, В.В. Физиолого-биохимическая характеристика форм рода Cerasus Mill, с различной степенью устойчивости к коккомикозу / В.В. Шестакова, А.П. Кузнецова, A.C. Романеико // Материалы международной научно-методической конференции «Физиологические основы продуктивности, устойчивости и качества продукции в современном садоводстве» посвященная 80-летшо со дня рождения A.C. Овсянникова, Мичуринск-наукоград, 2013. - С. 144-149.

15. Шестакова, В.В. Разработка метода экспресс-оценки устойчивости вишне-черешневых гибридов но морфологическим признакам / В.В. Шестакова, А.П. Кузнецова // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные научные исследования: методология, теория, практика». - Челябинск: Сити-Принт, 2014. - С. 143 - 147.

16. Шестакова, В.В. Оптимизация методов экспресс-оценки устойчивости форм рода Cerasus Mill, к коккомикозу с помощью биохимических и морфологических параметров // XXI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», МГУ им. Ломоносова. -Москва, 2014. - С. 308-309.

Подписано в печать 24.02.2015. Формат 60x84 '/,б Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 110 экз. Заказ № 1326 Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571, e-mail: olfomenko@yandex.ru