Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЦИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИММУНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПШЕНИЧНО-ЭГИЛОПСНЫХ ЛИНИЙ PI ВИДОВ РОДА AEGILOPSL., ПРИ МУЧНИСТО-РОСЯНОЙ ИНФЕКЦИИ

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "ЦИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИММУНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПШЕНИЧНО-ЭГИЛОПСНЫХ ЛИНИЙ PI ВИДОВ РОДА AEGILOPSL., ПРИ МУЧНИСТО-РОСЯНОЙ ИНФЕКЦИИ"



На правах рукописи

РЯБЧЕНКО Андрей Сергеевич

ЦИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИММУНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПШЕНИЧНО-ЭГИЛОПСНЫХ ЛИНИЙ и видов РОДА АЕвЛОРЗЬ., ПРИ МУЧНИСТО-РОСЯНОЙ ИНФЕКЦИИ

03.00,05-Ботаника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 2003

Работа выполнена в лаборатории физиологии иммунитета растений Главного ботанического сада им. Н. В, Цицина РАН

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

академик Л.Н, Андреев

доктор биологических наук, профессор Ю.Т.Дьяков кандидат биологических наук O.E. Ткаченко

Ведущая организация;

Московская

сельс кох озяй ствсн ная

академия

им. К. А. Тимирязева

Защита диссертации состоится «_» _2003 г. в 14 ч. 00 мин.

на заседании Диссертационного совета Д 002.0.28.01 в Главном ботаническом саду им. Н. В. Цицина РАН по адресу: 127276, Россия, г. Москва, ул. Ботаническая, 4,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Главного ботанического сада им. Н, В. Цицина РАН.

Автореферат разослан « »_2003 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор биологических наук

Ю. К, Виноградова

Общая характеристика диссертации

Актуальность темы. В связи с тем, что внутривидовой иммунологический потенциал мягкой пшеницы довольно беден, а возможность использования культивируемых сортов в селекции на устойчивость к патогенам практически исчерпана, в современной гибридизации для улучшения мягкой пшеницы все шире используются дикорастущие сородичи. В частности, значительный запас эффективных генов устойчивости сосредоточен у видов рода Aegilops L. Для проведения селекционных работ с большей эффективностью возникает объективная необходимость в более детальном и глубоком изучении цитофизиологическнх факторов иммунологического потенциала видов рода Aegilops и пшенично - эгилопеных линий, как потенциальных доноров устойчивости.

Цели и задачи исследований. Цель данной работы состояла в исследовании цитофизиологическнх факторов иммунологического потенциала к мучнистороеяной инфекции у видов рода Aegilops, используемых в гибридизации и пшенично - эгилопеных линий, созданных на основе Ае. speltoides.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- Проведение визуальной оценки устойчивости видов рода АецИорх га различных географических ареалов и пшенично - эгилопеных линий к мучнистороеяной инфекции при искусственном заражении.

- Исследование морфологической изменчивости инфекционных структур Erysiphe grarninis f. sp. tritici Marchai в связи с его паразитической адаптацией на различных по устойчивости растениях- хозяевах.

- Исследование цитофизиологическнх особенностей взаимоотношений мучнисторосяного патогена с видами рода Aegilops и пшенично -эгилопеными линиями в динамике инфекции.

Научная новизна. Разработана и предложена для практического применения шкала устойчивости злаков к мучнисторосякой инфекции, учитывающая не только площадь пустул и их число на единицу площади листовой поверхности, но и тип проявления инфекции.

На основании цитофизиологическнх и ультраструктурных исследований взаимоотношений пшенично - эгилопеных линий и представителей вида Ае. speltoides из различных географических ареалов с возбудителем мучнистороеяной инфекции Е. grarninis tritici впервые было показано, что пшенично - эгилопеные линии могут проявлять такие типы устойчивости, которые не характерны для их родительских форм, однако присущи для образцов Ае. speltoides из других природных ареалов. Это свидетельствует о том, что вид Ае. speltoides обладает полигенным иммунологическим потенциалом, чрембиты.. которого могут передаваться гибридам независимо от используемого донора^стейчивос™,

- ^ Ш-Лб' .

Проведенное цитофизиологическое исследование особенностей взаимоотношений патогена л растения - хозяина при мучнисторосяной инфекции показало, что Е. graminis tritici на исследуемых видах Aegilops проходит полный цикл развития от прорастания конидии до спороносящей колонии к, соответственно, в раздичной-степени адаптирован к ним.

Использование цитофизиологических методов выявило ряд факторов устойчивости растений - хозяев к возбудителю мучнистой росы, важнейшими из которых являются устойчивость к проникновению и наличие реакции сверхчувствительности.

Теоретическая и практическая ценность диссертации.

Разработана принципиально новая шкала определения устойчивости растений к мучнистой росе. В ее основе лежат не только площадь и число пустул на единицу площади листовой поверхности, ной тип проявления инфекции.

На примере пшенично - эгилопсных линий показано, что вид А е. speUoides обладает поли генным иммунологическим потенциалом, элементы которого могут передаваться гибридам независимо от используемого донора устойчивости.

Полученные данные по иммунологическому потенциалу 9 видов рода Aegilops и пшенично - эгилопсных линий, проявляющих различные типы и уровни устойчивости к мучнистой росе от полной восприимчивости до высокой степени устойчивости, имеют практическую ценность и могут быть использованы в селекционных программах по отдаленной гибридизации.

Апробация диссертации. Материалы диссертации были доложены на XVIII Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка, май 2000 г.), XII Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (Черноголовка, май 2001 г.), Международной конференции «Актуальные вопросы экологической физиологии растений в 21 веке» (Сыктывкар, октябрь 2001 г.), Первом съезде Микологов России (Москва, апрель 2002 г.), Международной научной конференции «Ботанические сады: состояние, перспективы сохранения, изучения, использования биоразнообразия растительного мира» (Минск, июнь 2002 г.).

Научные публикации по теме диссертации.

Опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 - к глав, выводов и списка литературы, включающего 184 наименования. Работа изложена на 120 страницах текста, включающих 2 таблицы и 61 рисунок (10 графиков, 10диаграмм и41 фотография).

Содержание диссертации

Экспериментальная часть

I. Объекты и методы исследований.

Работа проводилась на базе лаборатории физиологии иммунитета растений Главного ботанического сада им. Н.В. Цишша РАН в течение (999-2002 года и включала серию экспериментов по изучению взаимоотношений гриба Erysiphe graminis f.sp trítíci с различными по устойчивости видами рода Aegilops: Ае. longissima, Ае. spehoides, Ае. triuncialis, Ае. aucherí, Ае. umbel¡ulata, Ае. cauáata, Ае. cyündríca, Ае. о va ta, Ае. tauschii, Ае. candida, а также родительскими формами Ае. spehoides K-3S9, сортом мягкой пшеницы Родина и пшенично -эгилопсными линиями, полученными в результате их скрещивания : 51/991, 335/99І,95/99І,56/99і и 30/99І. Исследования проводились методами световой микроскопии с использованием элементов цитохимии и сканирующей электронной микроскопии.

Визуальную оценку проявления инфекции проводили на 7-й, 10-й и 14-й день после заражения. Растения выращивали в контролируемых условиях при 20-22 °С с 16-ти часовым фотопериодом. Инокуляцию 7-дкевных проростков осуществляли путем равномерного распыления конидий гриба. После заражения проростки помещали на сутки во влажную камеру с рассеянным светом, после чего растения возвращали в указанный выше режим выращивания. За развитием инфекции наблюдали при помощи бш ¡окуляра с цифровой видеокамерой, Морфометрическую обработку данных выполняли по изображениям, выведенным с бинокуляра .МБС-9 посредством видеокамеры на компьютер (видеосистема Image Expert, Россия), Расчет числа проявлений инфекции на единицу площади листовой пластинки производили, раскладывая листья на масштабную сетку и подсчитывая общее число проявлений на всей пораженной поверхности, а затем пересчитывали их на 100 мм1.

Для характеристики иммунологического потенциала использовали следующие разработанные нами показатели устойчивости: тип проявления инфекции (пустула; пустула^ окруженная хлорозом; хлороз; пустула, окруженная некрозом; некроз с хлорозом; некроз с хлорозом и пустулой; некроз); площадь проявлений в динамике инфекции; число проявлений на единицу площади лясто&ой поверхности растения.

Исследования морфологических особенностей гриба Е, graminis f. sp, trítíci в динамике инфекционного процесса и цитофизиологических особенностей взаимоотношений с видами рода Aegilops, пшенично -эгилопсными дисомнодополкенпыми линиями it их родительскими формами проводились на материале, выращенном в аналогичных контролируемых условиях.

Для цитохимических и электронно-микроскопических исследований на абаксиальную сторону листа семидневных проростков равномерно распыляли конидии гриба и через одни, двое, трое и семеро суток после инокуляции проводили анализ взаимоотношений патогена и растений-хозяев. Для цитохимических исследований пораженные участки эпидермиса снимали с абаксиальной стороны .чиста и фиксировали в жидкости Карнуа. Физиологически активные сайты взаимодействия патогена и растения -хозяина определялись в виде локальных участков с различной интенсивностью синего цвета при использовании реактивов на белки, сулема - бром фенолового синего и амидочерного 10В (Пирс, 1962; Лилли, 1969), В локусе контакта аппрессориальных и гифальных лопастей с поверхностью эпидермальных клеток и при образовании гаусторий выявлялись зоны ответной реакции растения в виде гало, а также прослеживались особенности развития некротических реакций в пораженной клетке в динамике инфекции. Препараты просматривали под световым микроскопом Jenamed (Германия.), Изображение вводили в компьютер с видеокамеры при помощи видеосистемы Image Expert с дальнейшим выведением фотографий через фотопринтер.

Фиксацию растительного материала для сканирующей электронной микроскопии проводили в 4%-ном растворе глутарового альдегида и 2%-ном растворе четырехокиси осмия. Образцы после фиксации обезвоживали в серии спиртов и ацетоне, высушивали при критической точке, проводили Pt/C напыление и просматривали с помощью сканирующей приставки ASID-4D электронного микроскопа TEMSCAN-100CX (Jeol), а также сканирующего электронного микроскопа HITACHI S- 405 А.

II. Визуальная оценка устойчивости видов рода Äegilops L. и пик к ич но - эгилепеных линии к мучнисто росян ой инфекции при искусственном заражении.

Объективная визуальная оценка устойчивости растений к мучнисторосяной инфекции требует наличия соответствующей шкалы, отражающей все параметры взаимоотношений патогена и растений -хозяев в динамике инфекции. До настоящего времени используются общеизвестные шкалы, созданные для оценки устойчивости растений (Вавилов, 1913; Страхов, 1959; Eriksson, Henning. 1896; Carleton, 1899) и основанные на 2-х параметрах, таких, как размер пустул патогена« число пустул на единицу площади листовой поверхности.

Однако, как показали наши исследования, этого недостаточно для истинной характеристики иммунологического потенциала исследуемых растений. Для более объективной визуальной оценки устойчивости исследуемых растений нами была разработана новая комплексная шкала устойчив ости, в которую мы посчитали необходимым внести еще один фактор - тип проявления инфекции, В результате изучения взаимоотношений В. graminis tritici и растений - хозяев, были выделены

7 основных типов проявления инфекции: пустулы [ГГ] ; некрозы Ц ; хлорозы ЕШ; пустулы, окруженные хлорозом ; пустулы, окруженные дротом некрозы с хлорозами ; пустулы с хлорозами и некрозами

Новая шкала, разработанная с учетом 3-х показателей устойчивости (площади проявлений в динамике инфекции, числа проявлений на единицу площади листовой поверхности, а также типа проявления инфекции), позволила нам произвести комплексную оценку иммунологического потенциала видов рода Aegifops, которые в настоящее время используются в отдаленной гибридизации.

В эксперименте ко визуальной опенке устойчивости к мучнисторосяной инфекции изучали реакцию 51 образца девяти видов рода Aegilops; Ае. longissima. Ае. spehotdes, Ае. triuncialís, Ае. aucheri, Ае. umbeüulata, Ае, caudata, Ае. cyJindrica, Ае. ovata, Ае. tauschii - из Алжира, Армении, Афганистана, Болгарии, Греции, Дагестана, Израиля, Иордании, Ирака, Ирана, Италии, Казахстана , Кипра, Киргизии, Краснодара, Крыма, Ливана, Македонии, Марокко, Пакистана, Палестины, Сирии, Таджикистана, Турции, Узбекистана, Франции, на искусственное заражение проростков возбудителем мучнистой росы, грибом Е. graminis triticL

Морфометрическая характеристика иммунологического потенциала видов рода Aegilops представлена в сводном графике и диаграмме (Рис.]),

Результаты эксперимента показали, что виды рода Aegilops имеют широкий и разнообразный спектр типов и уровней устойчивости к мучнисторосяной инфекции, от полной восприимчивости, как у А е. cylindrica, до высокой степени устойчивости с признаками сверхчувствительности, как у отдельных генотипов Ае, spehotdes, Ае, umbellulata, Ае. caudata и Ае. ovata, а также без видимых симптомов заболевания, как у отдельных генотипов Ае. spehoides и Ае. triuncialís.

По типам проявления для Ае. longissima наиболее характерны частые пустулы (П) и хлорозы (X), для Ае. spehoides редкие пустулы, вплоть до полного их отсутствия, реже некрозы (Н) с хлорозами, для Ае, triuncialís пустулы, окруженные хлорозом, Ае. aucheri частые пустулы, окруженные хлорозом, или частые пустулы, Ае. umbellulata хлорозы и некрозы с хлорозами, Ае. caudata пустулы, окруженные хлорозом и пустулы, окруженные некрозом, Ае. cylindrica частые пустулы, Ае. ovata хлорозы и некрозы с хлорозами, Ае. tauschii частые пустулы (Табл. 1).

Табл. I. Визуальная оценка проявлений мучннеторосяной инфекции на различных видах рода АщИорх ¿. при искусственном заражении ЕгутрЬе graminh ¡гНш (сводная таблица)

Виды Происхождение 1 Число Площадь и тип проявления 1 проявлении инфекции, на 100 мм мм 1 плошади I листа

7-й день !0-й день 14-й день

А е. 1о>щтипа Израиль 1,25± 0,16 П 1,72± 0,34 П 0,82±0,19 X 5,7

Ае. 5ре!!оМсз Ирак 0,26 П 2,69± 1,84 ПХ 2,74± 1,16 ПХ 1,7

Ае. о-шлскг/м Таджикистан 0,95 ± 0,2 П 1,35 + 0,55 ПНХ 1,3810,38 НХ 3

Ае. ачскеп Афганистан 0,4 8± 0,08 П 1,!5± 0,15 ПХ 1,49± 0,22 ПХ 6,6

Ае. итЬе1Шаш Афганистан - 0,1!± 0,0! X 0,72+0,0? X 7,22 |

Ае. еашШа Узбекистан 0,35±0,04ПХ 0,67±0,1б ПН 0,81± 0,17 ПН 6

Ас. суНп<!пса Турция 1,14+0,14 П 2,87+ 0,40 П 5,36+ 0,57 П 3,75

Ае. ога!а Франция 0,1 б± 0,04 X 0,1б±0,03 ПХ 0,29± 0,03 Н 2,1

Ае. 1ви$с/и'1 Армения 1,09+0,12 П 4,93± 0,64 П 5,06+ 0,58 П 1 2,4 1

Рис.1. Визуальная оценка динамики развития и типов проявления мучиисторосяной инфекции, на различных видах рода АедИорэ (сводный график и диаграмма)

7 День

10 День

14 День

Высоким уровнем иммунологического потенциала, исходя из полученных данных, обладают практически все исследованные виды рода A egilopSt за исключением Ае. cylindrica и Ае, tauschü, у которых все исследованные образцы, кроме одного образца Ае. tauschií, были восприимчивы к мучнистой росе. На листьях образовывались крупные пустулы без видимых хлорозов и некрозов.

Наиболее перспективны, [¡а наш взгляд, с точки зрения доноров устойчивости к мучнисто росян ой инфекции образцы: Ае, triuncialis, Ае. lóngissima. Ае. ausherí, Ае. umbellulata, Ае. ovala, Ае. caudata и Ае, speltoides, как демонстрирующие достаточно разнообразные типы проявления устойчивости и высокий ее уровень к мучнистой росе.

Для большинства образцов Ае. triuncialis. Ае. ¡ottgissima и Ае. ausheri наиболее характерно взаимоотношение растения и патогена с образованием мелких, быстро усыхающих пустул на фоне развивающихся хлорозов и некрозов. У образцов Ае. umbellulata, Ае. ovata и Ае. caudata нередко отмечалась реакция сверхчувствительности при практически полном отсутствии развития патогена в некрогнзированной ткани листа.

Образцы Ае, spettoides обладали высоким уровнем устойчивости к проникновению И проявляли широкий и разнообразный спектр типов и уровней устойчивости к мучнисторосяной иифекции, от толерантности с длительным инкубационным периодом, до высокой устойчивости с проявлением признаков сверхчувствительности, а также выявлялись образцы без видимого проявления симптомов поражения, У большинства образцов в локусе инфекции защитные реакции растения проявлялись в виде хлорозов и некрозов на различных стадиях развития инфекции.

Необходимо отметить, что в настоящее время Ае. speltoides является практически единственным видом рода Aegilops, который активно и успешно применяется в отдаленной гибридизации с мягкой пшеницей. На данный момент с его участием в НИИСХЦРКЗ получены стабильные линии для дальнейшего использования в селекционном процессе.

В связи с этим наиболее подробные визуальные и цнтофизиологические исследования были сосредоточены на изучении взаимоотношений гриба Е. graminis triíici с линиями: 51/99Í, 135/99Í, 95/99 i, 56/99i, 30/99Í и их родительскими формами сортом мягкой пшеницы Родина и Ае. spehoides K-3S9 {Рис, 2„ Табл. 2).

Табл. 2. Визуальная оценка проявлений мучкисторосянон инфекции на различных по устойчивости пшен ично-эгилопены х линиях и их родительских формах - Ае. $реИоШя К-389 и сорте .мягкой пшеницы Родина при искусственном заражении Егу$!рке дгат&ш Т, зр.

Объекты исследования Число 1 Плошадь и тип проявления ! прояплений ) инфекции, 1 на 100 ммг | мм1 площади ! ' листа

7-Й день 10-й день 14-й день

Л е. зреко&з К- 339 0,51+0,1 П ол±о,1ап 2,26± 0,94 ПХ 3

51/99 0,79± 0,13 П 4,99+ 0,31 П 4,68+ 0,99 П 1 3,5

56/991 4,71^ 1,91 ПН 6,52+ 0,93 Н 1 6,81±|,«8Л | 12

95/99) 0.25+ 0.03 П 0,31± 0,0411 Проявлений не обнаружено '

135/99» 0,83+ 0,04 П 1,25+ 0,12 П 1,96+0,31 ПХ 2

Родина 0,5± 0,<И П 0,55+ 0,09 П ! 0,8± 0,14 П | 35 1

Рис. 2. Визуальная оценка динамики развития и типов проявления мучнисторосяной инфекции на пшенично* эгилопсных линиях и их родительских формах.

6,81

6,62

•Ае. н-ззд -51/99;

-56/99;

■ 1зьт

- Родина

7Д(ИЬ

И Дпч.

14Деыъ

ЕЗДе, К-ЭЭ9

В результате визуальных исследований били получены следующие данные. Линия 51/991 отличалась интенсивным развитием пустуя, и у нее наблюдалось сходство в развитии инфекционного процесса с родительской формой сортом мягкой пшеницы Родина. Линия 135/991 при относительно низком числе пустул на единицу площади листовой поверхности проявляла средний уровень устойчивости в динамике инфекции. Развитие инфекционного процесса на этой линии было наиболее близко развитию патогена на родительской форме Ае. вреШёеь К-359.

Наибольшим иммунологическим потенциалом обладали линии 95/991 и 56/991. Пустулы на линии 95/991 практически не образовывались. Однако в тех редких случаях, когда пустулы выявить все же удавалось, они не были окружены хлорозами. Тип проявления инфекции на линии 95/991, был подобен развитию возбудителя мучнистой росы на образцах А е. speltoid.es из Болгарии, Сирии № 3281 и Израиля.

Инфекционный процесс на линии 56/991 происходил по типу реакции сверхчувствительности. Тип проявления инфекции в данном случае был близок одному из исследованных образцов .4е. хрекоШз из Сирии № 570529.

Таким образом линии 95/991 и 56/991 выделились как высокоустойчивые, однако их устойчивость определялась принципиально различными факторами.

Ш, Морфологическая изменчивость возбудителя мучнистой росы пшеницы в связи с его паразитической адаптацией к различным по устойчивости ншеннчно-эгилопеным линиям.

3.1 Биологические и морфологические особенности возбудителей мучнистой росы злаков Егу$1рНе ¿гатт1$ ОС,

В разделе приведены публикации российских и зарубежных авторов по исследованию биологии и морфологии возбудителей мучнистой росы злаков.

3.2 Морфологические особенности возбудителя мучнистой росы пшеницы, гриба Егу$1рке дгатЫэ £ эр. (гМа при совместимой комбинации с растением - хозяином.

В данном разделе подробно рассмотрено развитие мучнисторосяного гриба при совместимой комбинации, от »опадания конидий на поверхность эпидермальиых клеток, до формирования гаусториалького аппарата и образования эктофитного мицелия.

3.3 .Морфологические особенности гриба Егуаіріге ^гатіпіі Г, ігШсі в динамике инфекционного процесса.

В разделе описывается формирование инфекционных структур возбудителя мучнистой росы пшеницы на различных по устойчивости пшенично - эгилопеных линиях: 95/99І, 56/99І, 51/99І, 135/99і її их родительских формах, сорте мягкой пшеницы Родина и Aegitops хреіюісіеи К-389. Исследования проведены методом сканирующей электронной микроскопии и дают возможность исследовать функциональную морфологию патогенного агента, обусловленную ответной реакцией р астения-хозяина,

Показано, что линия 51/99І по динамике инфекционного процесса сходна с ее родительской формой - сортом Родмна, Для обоих генотипов свойственна высокая степень адгезии первичных инфекционных структур с поверхностью эпидермальпых клеток растения и образование крупных, хорошо развитых колоний гриба, что свидетельствует о совместимости партнеров. Развитие возбудителя мучнистой росы на линии І35/99І было сходно с родительской формой Ае, $рсІЇоісІе$ К-389. Для взаимоотношений партнеров был характерен замедленный инкубационный период. Отмечаюсь редкое расположение колоний паразита, сформированных гифами мицелия с многочисленными гифальными лопастями в большинстве случаев с нарушением адгезии с поверхностью эпидермальпых клеток, Такой характер развития патогена свидетельствует о наличии факторов устойчивости у данных растений-хозяев, обусловленных в основном устой чивостью к проникновению патогена.

На линии 95/99І большинство первичных инфекционных структур приостанавливало свое развитие на вторые сутки на стадии формирования аппрессориев, вследствие нарушения адгезионных взаимодействий между патогеном и растением-хозяином. Таким образом, высокая устойчивость лнкин 95/99І обуславливалась наличием факторов, обеспечивающих высокую степень защиты эпидермальпых клеток растения от проникновения патогена.

На линии 56/99І частота проникновения патогена в клетку растений была достаточно высокой при наличии тесных адгезионных контактов первичных инфекционных структур с поверхностью эпидермальпых клеток. На 2-е сутки образовывались небольшие многочисленные колонии гриба. Однако в дальнейшем взаимоотношения между партнерами происходили по типу реакции сверхчувствительности с пролонгированным ее развитием, К 7-м суткам происходила значительная некротпзация растительных клеток, контактирующих с пзтогеном и прилегающих к локусу инфекции, в результате чего наблюдалась полная гибель колоний, сформированных гифами без признаков с поро но тени я.

Исследование взаимоотношений партнеров в динамике инфекции выявило различную ростовую реакцию и морфологическую изменчивость гриба в зависимости от уровня совместимости с растением- хозяином.

Таким образом, линии 95/99i и 56/991 проявляли такие типы устойчивости, которые не были характерны для родительской формы Ае. speltoides К-389, однако присущи для образцов А е. speltoides из других природных ареалов.

Это свидетельствует о том, что вид Ае. speltoides обладает полигепным иммунологическим потенциалом, элементы которого могут передаваться гибридам независимо от используемого донора устойчивости.

IV. Цитофизиологические особенности взаимоотношений Erysiphe graminis f. sp. tritici с видами рода Aegilops и пшенично-эгилолеными линиями,

В этой части работы при помощи методов цитохимического исследования рассматриваются цитофизиологи ческие особенности взаимоотношений патогена и растения - хозяина в динамике инфекционного процесса,

4.1 Цитофизиологические особенности взаимоотношений Erysiphe graminis f. sp triiici с видами рода Aegilops.

При цитофизиологическом исследовании взаимоотношений видов Ае. speltoides К-389, Ae.tauschii, Ае. candida с возбудителем мучнисторосяной инфекции Е, graminis tritici отмечалась пролонгация инкубационного периода болезни. Прорастание конидкй и образование первичных инфекционных структур наблюдались не через сугки, как при совместимой комбинации, а только на вторые или третьи сутки после инокуляции. При этом, развитие взаимоотношений партнеров в динамике инфекционного процесса было достаточно индивидуальным доя видов Aegilops и проявлялось в характере изменения физиологического статуса пораженной клетки и гаусториального аппарата патогена.

На Ае. speltoides К-389 - родительской форме исследуемых пшенично-эгилопеных линий, характер взаимоотношений патогена и растения - хозяина можно охарактеризовать как совместимый, однако течение этих взаимоотношений вялое, на низком метаболическом уровне, что в свою очередь характеризуется понятием выносливости или толерантности растения. На 2-е сутки после инокуляции единичные колонии были сформированы одной - двумя гифами, идущими вдоль антиклинальных стенок. Далее, на 3-7 сутки довольно редкие колонии, не отличающиеся обильным спороношением, увеличивались в размере и были сформированы гифами, идущими вдоль и поперек антиклинальных стенок. Кроме того, наблюдалось активное отторжение

вторичного конидиального инокулюма предположительно в результате иммунизации ткани растения- хозяина первичной коншшальной инфекцией.

На Ае. lauschii (Сирийский образец) активация конндиального инокулюма наблюдалась на 2-е сугки после заражения, при этом отмечалось разнокачественное проявление взаимоотношения патогена и растения - хозяина в динамике инфекции. Защитные реакции растений проявлялись в динамике инфекционного процесса от слабых адгезионных взаимодействий первичных инфекционных структур и отторжения гифальных лопастей на 5-и сутки после инокуляции, до развития взаимоотношений ло типу пролонгированной реакции сверхчувствительности. В целом цитофизи о логические исследования взаимоотношений Ае. tauschii свиделъствуют о постепенной элиминации инфекционной нагрузки патогена на различных стадиях развития патологического процесса, начиная с 3-х суток после заражения.

Взаимоотношения Е. graminis tritici и Ае. candida характеризовались наиболее выраженной реакцией отторжения патогена растением по сравнению с другими видами в данном исследовании. Конидии с нормально развитыми инфекционными структурами были многочисленны, однако большинство из них слабо закреплены на поверхности клетки, гало не выявлялись. На 3-й сутки выявлялись отдельные небольшие колонии, большинство из которых располагались на хлоротичных клетках, что соответствует визуальным наблюдениям. Далее, на 7-й день по периферии колонии в локусе молодых гаусторий отмечались гифальные гало небольшого размера, четко зональные с обесцвеченным центром, что *) дальнейшем ингибировало их развитие.

В результате цитофизиологического исследования показано, что Е. graminis tritici на исследуемых видах Aegilops проходит полный цикл развития от прорастания коянднн до спороносящей колонии и соответственно в различной степени адаптирован к ним. Наибольшее сродство растения С патогеном наблюдалось у Ае. speltoides К- 389 К Ае. tauschii и наименьшее у Ае. candida.

Только начиная с 3-х суток после заражения наблюдалось начало активных взаимоотношений патогена и растения с проявлением различных факторов устойчивости и преобладанием отторжения патогена растительной клеткой, которое приводило в конечном счете к значительной элиминации инфекционной нагрузки.

Активные защитные реакции растения проявлялись в образовании локальных ло кусов изоляции патогена - зональных гало, а также в некротизации пораженной клетки по типу реакции сверхчувствительности.

Элиминация патогена наблюдалась на всех уровнях патологического процесса: ■ при нарушении адгезионных взаимодействий конидиального инокулюма на поверхности растения; при де1радации гаусторий при внутриклеточном взаимодействии с ядром клетки и при

изоляции спороносящих колоний патогена, что соответствует зоне некротических и или хлоротических клеток при визуально,« наблюдении.

Зональное гало при вторичной конидиальной инфекции от спороносящих колоний активно ограничивало развитие колоний второго порядка. По-видимому, это результат иммунизации растительной ткани после заражения её первичным кониднальным инокулюмом,

4.2 Цитоф и зн оло гич ее к и е особенности взаимоотношений Егу${рНе %гаттН Г «р. тНс1 с пшенично - эгилопенымн линиями них родительскими формами

Проведенные исследования взаимоотношений пшенично -эгилопеных линий: 51/991, 56/991, 135/991, 95/995, 30/991 и их родительских форм - сорта мягкой пшеницы Родина и А е. зре1шс!е$ К-389 с возбудителем мучнистой росы пшеницы Егу'51рке 1гШа выявили

различные типы защитных реакции растений на взаимодействие с патогеном в динамике инфекции.

На линии 51/991 и ее родительской форме - сорте мягкой пшеницы Родина выявлялись слабовыраженные защитные реакции растений, характеризующиеся достаточно слабыми, обратимыми цитоплазматнческими реакциями. Для данной линии и ее родительской формы характерно активное развитие колоний патогена и не свойственно проявление вокруг них хлорозов и некрозов.

Для линии 335/991 с более высоким уровнем цитоплазматических процессов и замедленным инкубационным периодом, также свойственным се родительской форме А е. зрекоШе.г К-389, характерно локальное отторжение патогена с проявлением зональных гало вокруг гифальных лопастей, свидетельствующих об иммунизации растения во время первичных взаимоотношений.

Линии 56/991 и 30/991, напротив, характеризовались активными цитоплазматнческими реакциями и демонстрировали пролонгированную реакцию сверхчувствительности с активным таксисом ядер к локусу инфекции, что может свидетельствовать о высоком уровне иммунологического потенциала.

Линия 95/991 отличалась наиболее высокой устойчивостью к проникновению. Значительная элиминация патогена происходила уже на уровне проникновения, в фазе инфеционной капли. На линии отмечалась низкая активность цитоплазматических реакции. В данном случае также можно говорить о высоком уровне иммунологического потенциала, но проявляющемся уже на первой линии обороны в виде высокой устойчивости к проникновению.

Таким образом установлено, что первая фаза взаимодействия растения и патогепа до его проникновения (1-е сутки для пшеничио-эгилопеных линий и 2-е сутки для видов Ае%Иорз) в целом характеризуется

цитошіаэматическ-ими реакциями совместимости. Проявление и развитие защитных реакций растительных клеток наблюдалось на 2-е сутки у пшенично - эгилопсных линий и на 3-й сутки у видов Aegilops.

Исследуемые виды Aegilops и пшенично - эгилопсные линии проявляли различные уровни устойчивости. Так, высокая устойчивость к проникновению патогена отмечалась у линий 95/99І и А е. candida. Высокая активность защитных цитоплазматических реакций выявлена у линий 56/99І и 30/99І. По характеру взаимодействия патогена и растения - хозяина линия 135/99І и А е. spehoides К-389 проявляли толерантность к возбудителю. Линию 51/99І и сорт мягкой пшеницы Родина можно охарактеризовать, как восприимчивые.

Цитоф из [»логическое исследование взаимоотношений Е. gramims tritici и пшенично - эгилопсных линий показало, что этот метод позволяет выявить ряд факторов устойчивости растений - хозяев к возбудителю мучнистой росы, важнейшими из которых являются устойчивость к проникновению патогена и наличие реакции сверхчувствительности у эпидермальных клеток растения - хозяина.

Выводы

1. Виды рода Aegilops имеют широкий и разнообразный спектр типов и уровней устойчивости к мучнисторосяной инфекции, ОТ полной восприимчивости, как у Ае. cyiindrica, до высокой степени устойчивости с признаками сверхчувствительности, как у отдельных генотипов Ае. spehoides, Ае, utnbelíulata, Ае. caudata и Ае. ovala, а также без видимых симптомов заболевания, как у отдельных генотипов Ае. spehoides и Ае. triuncialis.

2. Разработана и предложена к практическому применению принципиально новая шкала устойчивости злаков к мучнисторосяной инфекции, учитывающая характеристику иммунологического потенциала образцов, включающего не только площадь и количество пустул на единицу площади листовой поверхности, но и тип проявления инфекции. При определении иммунологического потенциала исследуемых образцов предлагается учитывать следующие типы проявления инфекции: пустула; пустула, окруженная хлорозом; пустула, окруженная некрозом; пустула с хлорозом и некрозом; хлороз; хлороз с некрозом; некроз.

3. В пределах каждого из исследуемых видов Aegilops образцы из различных географических ареалов могут проявлять широкий спектр типов и уровней устойчивости, что характеризует их иммунологический потенциал в целом.

А. Пшенично - эгшюпеные линии 51/99І и 135/99І несут тип устойчивости, характерный для родительских форм Ae.spetioides K-3S9 и сорта мягкой пшеницы Родина. Линии 95/99І и 56/99І проявляли такие типы устойчивости, которые не были характерны для родіггельской формы

Ае.speltoides K-389, однако присущи дяя образцов Ае. spehoides из других природных ареалов. Это свидетельствует о том, что вид А е. spehoides обладает полигенным иммунологическим потенциалом, элементы которого могут передаваться гибридам независимо от используемого донора устойчивости.

5. Исследования на уровне сканирующей электронной микроскопии показали, что морфогенез и развитие патогена Е. graminis tritici на поверхности эпидермальной ткани различных по устойчивости пшенично-эгилопсных линий определяется степенью его совместимости с растением-хозяином.

6. На видах Aegilops патоген проходит полный цикл развития от прорастания конидий до образования спорокосящих колоний и наиболее адаптирован к Ае. speltoides K-389, Ае. tauschü и в меньшей степени к А е. candida,.

7. Элиминация патогена на видах рода Aegilops и пшенично -эгилопсных линиях наблюдалась в течение всего инкубационного периода, начиная с нарушения адгезионных взаимодействий первичных инфекционных структур патогена с поверхностью эпидермальных клеток, включая образование некрозов и хлорозов, ингибирующих развитие колоний.

8. Цитофизиологическое исследование взаимоотношений Е. graminis Iritici и пшенично - ЭГИЛОПСНЫХ ЛЕНИН выявило ряд факторов устойчивости растений - хозяев к возбудителю мучнистой росы, важнейшими из которых являются устойчивость к проникновению патогена и наличие реакции сверхчувствительности у эпидермальных клеток растения - хозяина.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Рябченко A.C., Сережкика Г. В. Цитофизиологическое исследование иммунологического потенциала Aegilops speltoides Taus h. при поражении мучнистой pocofi II Тезисы VII Молодежной конференции ботаников. - СПб., 2000, - С. 153- J 54,

2. Сережкина Г.В., Рябченко A.C., Батова С.Н. Сканирующая электронная микроскопия как метод определения >■ ровня устойчивости растений к проникновению облигатных грибных патогенов // Тезисы ХШ Российской конференции по электронной микроскопии. - Черноголовка. 2000. - С. 30S.

3. Мишина Г.Н., Сережкина Г.В., Аветисян Т.В., Рябченко A.C., Андреев JÏ.H. Особенности формирования гало в процессе патогенеза, как

ответная реакция эпидермальных клеток злаков иа проникновение возбудителя мучнистой росы // Изв. РАН. Сер, Биол. 2001. - №.4. - С. 424430.

4. Рябченко A.C., Сережки на Г.В. Сканирующая электронная микроскопия, как метод изучения взаимоотношения возбудителей мучнисторосяной инфекции и растений хозяев И Тезисы ХН Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. - Черноголовка, 2001. - С. 71.

5. Рябченко A.C., Сережкина Г.В. Иммунологический потенциал видов рода Aegibps к мучнисторосяной инфекции // Тезисы Международной конференции "Актуальные вопросы экологической физиологии растений в 21 веке". -Сыктывкар. 2001.- С. 323-324,

6. Рябченко A.C., Сережкина Г.В., Чикида H.H., Мишина Г.Н„ Андреев J1.H. Виды Aegilqps как источники устойчивости пшеницы к мучнисторосяной инфекцииН Arpo XXI. - 2002. - №2 - С. 14-16.

7. Рябченко A.C., Сережкина Г.В., Мишина Г.Н. Шкала устойчивости к мучнисторосяной инфекции : новый подход // Тезисы первого съезда микологов. - Москва. 2002. - С. 204,

8. Рябченко A.C., Сережкина Г.В., Мишина Г.Н. Особенности морфологии колоний гриба Erysiphe graminis DC, f. sp.triiici March в связи с устойчивостью пшенично - эгилопеных линий к мучнисторосяной инфекции // Тезисы Первого съезда Микологов. - Москва. 2002, - С, 204205.

9. Рябченко A.C., Сережкина Г.В. Морфологические особенности формирования возбудителя мучнистой росы пшеницы в связи с адаптацией патогена к различным по устойчивости растениям хозяевам Ii Тезисы XIX Российской конференции по электронной микроскопии. -Черноголовка. 2002. - С. 255,

10. Сережкнна Г.В., Мишина Г.Н., Рябченко A.C. Исследование иммунологического потенциала Aegilops speltoides из различных частей природного ареала к мучнистой росе в связи с его использованием в селекции пшеницы // Тезисы Международной научной конференции "Ботанические сады : состояние, перспективы сохранения, изучения, использования бноразнообразия растительного мира". - Минск. 2002. - С, 252-253.

П. Рябченко A.C., Сережкина Г.В., МишинаГ.Н., Андреев ЛН. Морфологическая изменчивость возбудителя мучнистой росы пшеницы в связи с егс паразитической адаптацией на различных по устойчивости пшенично - эгилопеных линиях // Изв РАН. Сер. Биол. 2003.

Объем 1,25 п.л.

Зак. 9<t

Тираж 100 жз.

AHO «Издательство МСХА» і 27550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

¿A