Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max(L.) Merr. и Glycine soja Sieb. et Zucc.

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max(L.) Merr. и Glycine soja Sieb. et Zucc."

На правах]эукрписи

ТИТОВА СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

Влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max (L.) Merr. и Glycine soja Sieb, et Zucc.

03.02.08 - экология (биология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Благовещенск - 2014

005551990

005551990

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории «Соя» ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Научный руководитель - кандидат биологических наук, доцент Семенова Елена Александровна

Официальные оппоненты: Торопова Елена Юрьевна

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», профессор кафедры фитопатологии и системы защиты растений.

.Панкина Елена Петровна кандидат биологических наук, ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», доцент кафедры ботаники, физиологии и защиты растений

Ведущая организация - ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сои Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 27 июня 2014 года в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.04 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 90. Факс: (391) 227-36-09, e-mail: dissovet@kgau.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», www kgau.ru

Автореферат разослан «ЗР» апреля 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Г.А. Демиденко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Растения живут в постоянно изменяющихся условиях внешней среды, подвергаются действию различных факторов абиотической и биотической природы. Им приходится адаптироваться к этим факторам и формировать механизмы противодействия их негативному влиянию. Одними из самых серьезных и универсальных биотических воздействий, которым подвергаются растения, являются патогенные микроорганизмы. Это могут быть вирусы, бактерии, простейшие и грибы (Чесноков, 2007).

Урожаи сои в значительной степени зависят от влияния целого ряда различных факторов, в том числе поражения болезнями и вредителями. Особенно вредоносны воздушно-капельно-семенные инфекции: пероноспороз, септориоз, церкоспороз, бактериоз, которые освоили в качестве дополнительной экологической ниши семена и в связи с этим приспособились к передаче инфекций из года в год (Заостровных, Дубовицкая, 2003).

Наиболее экономически выгодным и экологически безопасным методом борьбы с заболеваниями является возделывание устойчивых сортов, что позволит существенно улучшить экологическую ситуацию. Изучение биохимических особенностей инфицированного растения представляет важный этап на пути познания природы устойчивости к патогенным микроорганизмам. Взаимодействие возбудителя и хозяина вызывает значительные изменения в функциональном состоянии растений, что прежде всего отражается на уровне ферментативной активности (Савич, 1989).

В последнее время большое внимание уделяется изучению роли пероксидазы в формировании устойчивости к возбудителям болезней (Минибаева, Гордон, 2003; Максимов и др., 2006, 2010; Граскова, 2008), однако недостаточно данных об участии каталазы и кислой фосфатазы в защитных реакциях растений, отсутствуют сведения о влиянии патогенных микроорганизмов на активность ферментов в онтогенезе сои.

Поэтому данное исследование, направленное на изучение ферментов в системе «растение-хозяин - патоген» как возможных биохимических факторов устойчивости, является актуальным и имеет большое научное и практическое значение.

Цель работы: исследовать влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max (L.) Merr. и G. soja Sieb, et Zucc., сопоставить изменения этого показателя с устойчивостью к ряду грибных и бактериальных заболеваний.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить динамику развития грибных и бактериальных заболеваний, оценить болезнеустойчивость G. max и G. soja.

2. Определить удельную активность пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в корнях и листьях сои при инфицировании возбудителями корневой гнили.

3. Выявить постинфикционные изменения удельной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях G. max и G. soja при поражении листо-стеблевыми болезнями в естественных условиях.

4. Установить динамику удельной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в изолированных листьях G. max и G. soja при искусственном заражении S. glycines.

5. Определить биохимические показатели семян сои при поражении фитопатогенами.

Научная новизна. Впервые проведено многостороннее исследование изменения активности ферментов в растениях G. max и G. soja под влиянием грибной и бактериальной инфекций. Установлено, что устойчивость сои к фитопатогенам (S. glycines, P. manshurica, Ps. glycineum) не зависит от изначальной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои, а связана с изменением активности ферментов в ответ на внедрение патогена. Определена динамика активности ферментов в изолированных листьях сои при искусственном инфицировании септориозом. Выявлено, что активность пероксидазы и каталазы на начальном этапе, а кислой фосфатазы на поздних сроках развития заболевания может служить критерием устойчивости к S. glycines.

Практическая значимость. Полученные результаты и сделанные на их основе выводы расширяют представление о защитных механизмах растений к действию фитопатогенов и могут быть использованы в практической селекции на устойчивость, позволяющей снизить влияние биотических стрессоров на агроценоз. Результаты исследования могут быть использованы как в лекционных курсах, так и практикумах по сельскохозяйственной экологии и защите растений.

Положения, выносимые на защиту:

- постинфекционные изменения активности ферментов определяются генотипом, фазой развития сои и видом возбудителя;

- устойчивость сои к фитопатогенам не зависит от изначальной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои, а связана с изменением активности ферментов в ответ на внедрение патогена;

- активность ферментов можно использовать в тестовых системах для селекционного отбора устойчивых сортов сои.

Личный вклад автора. Получение результатов, изложенных в диссертации, выразилось в результате экспериментальных исследований, проведённых в 2008-2011 гг. Автором проведены полевые опыты, дана аналитическая оценка и сделано обобщение полученных результатов, написание работы выполнены лично автором.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на научных конференциях ФГБОУ ВПО «ДальГАУ» (г. Благовещенск, 2009, 2010, 2012 гг.), на международной научно-практической конференции «Аграрные проблемы соесеющих территорий Азиатско-тихоокеанского региона», на координационном совещании зоны Дальнего Востока и Сибири «Итоги координации НИР по сое за 2006-2010 гг. и направления исследований на 2012-

2015 гг.» в ГНУ ВНИИ сои Россельхозакадемии (г. Благовещенск, 2010 г., 2012 г.); на П-м «Амурском региональном фестивале науки» (г. Благовещенск, 2012 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, 35 приложений. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, иллюстрирована 47 рисунками и 19 таблицами. Список цитируемой литературы включает 293 источник, в том числе 81 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю к.б.н., доценту Е.А. Семеновой за общее руководство и помощь при подготовке и написании диссертационной работы; к.с.-х.н., профессору JI.K. Дубовицкой за помощь и консультации при проведении экспериментальной части работы; ректору ФГБОУ ВПО ДальГАУ, д.с.-х.н., профессору П.В. Тихончуку; декану факультета агрономии и экологии, к.с.-X.H., доценту O.A. Селиховой, а также сотрудникам научно-исследовательской лаборатории «Соя» за оказанную всестороннюю помощь и поддержку при выполнении данной работы.

1 Аналитический обзор литературы

В данной главе приводится обзор работ отечественных и зарубежных исследователей о распространение и вредоносности болезней сои. Подробно представлены грибные и бактериальные болезни сои, наиболее часто встречающиеся в Амурской области. Экологические условия играют важную роль, как в возникновении заболевания, так и его развитии, поэтому проанализировано влияние экологических факторов на развитие инфекции сои. В этой же главе приведены сведения об участии ферментов в защитных реакциях растений при различных патогенезах.

2 Условия, объекты и методика проведения исследований Экспериментальная работа выполнена в южной (лесостепной) зоне Амурской области в 2008 - 2011 гг. на опытном поле ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет».

Метеорологические условия в годы проведения исследований различались по температурному режиму, количеству выпавших осадков, длине безморозного периода, что, безусловно, отразилось на росте и развитии сои, а также оказало влияние на развитие и распространение фитопато генов.

Объектами исследования в 2008-2011 годах были сорта культурной сои (Glycine шах (L.) Мегг.) селекции ВНИИ сои: Соната, Гармония, Даурия и дикорастущая форма (Glycine soja): KA-1344.

Сою высевали вручную на глубину 4-5 см, широкорядным способом 3 X 45 см. Такой способ посева способствует созданию естественного инфекционного фона. Повторность 4-кратная, расположение делянок рендомизированное.

В процессе роста сои отмечали следующие фазы развития: всходы, появление первого и третьего тройчатого листа, цветение, бобообразование, созревания. Наступление фаз развития растений сои отмечали по методике

ГСИ. Фитосанитарное состояние опытных посевов сои изучали в соответствии с методиками ВИР (Корсаков и др., 1979), ВИЗР (Котова, Степанова, 1979). Для оценки пораженности сои болезнями использовали шкалу (Голубев, 1976; Корсаков и др., 1979).

В лабораторных условиях осуществляли инокуляцию возбудителем септориоза изолированных листьев сои (Корсаков и др., 1979). Для выделения возбудителя Septoria glycines Hemmi в чистую культуру использовали картофельно-глюкозный агар. При лабораторной оценке пораженности листьев септориозом использовали шкалу (Корсаков и др., 1979).

Определение заражённости семян болезнями проводили по ГОСТ 12044-93. Просмотр семян проводили в сроки определения всхожести семян по ГОСТ 12038-84.

Содержание белка и масла в семенах определяли на ИК-сканере «Nir-5000» в лаборатории ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института сои.

Для определения активности ферментов готовили экстракты белков из исследуемого материала (1 г), в которых определяли белок по методу Лоури (Lowry et al., 1951). Активность пероксидазы определяли по методу Бояркина (Бояркин, 1951; Макроносов, 1994). Определение активности каталазы проводили газометрическим методом (Ермаков и др., 1987; Иваченко и др., 1997), кислой фосфатазы — фотоколориметрическим методом (Филиппович и др., 1982; Шаройко и др., 2002). Построение калибровочного графика для определения содержания фосфора осуществляли по методу Фиске-Суббароу (Ермаков и др., 1987). Удельную активность ферментов рассчитывали в единицах на мг белка.

Все анализы осуществляли в двух биологических и трех аналитических повторностях. Статистическую обработку полученных данных проводили методами дисперсионного и корреляционного анализов (Доспехов, 1979; Плохинский, 1970). Достоверность результатов оценивали, используя t -критерий Стьюдента при уровне вероятности (р) 0,05 (Доспехов, 1979; Короневский, 1985).

3 ЭНЗИМАТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В КОРНЯХ И ЛИСТЬЯХ СОИ ПРИ ПОРАЖЕНИИ ПОЧВЕННЫМИ (КОРНЕВЫМИ) ИНФЕКЦИЯМИ 3.1 Видовой состав возбудителей корневой гнили сои и динамика развития болезни

В результате проведенных исследований было установлено, что процентное соотношение возбудителей, выделенных в разные фазы развития сои в среднем за три года, было непостоянным. Наиболее часто изолировали из пораженных корней F. solani (47,3-69,4%), F. oxysporum (20,1-23,2%), значительно реже F. moniliforme (1,5-4,3%), очень редко F. gibbosum и прочие сопутствующие виды: Actinomyces, Pénicillium, Mucor, Trichoderma, Mycelia sterilia, Alternaria, Sporotrihum.

Экологические факторы среды оказывают огромное влияние на состояние растения-хозяина, на возникновение и течение патологических процессов в нём (Стэкмен, Харрар, 1959; Заостровных, Дубовицкая, 2003).

Поражению растений корневыми гнилями способствует теплая с достаточным количеством осадков погода. Выявлена положительная корреляционная зависимость между степенью развития болезни и количеством осадков (г = 0,58 - 0,85) и отрицательная с температурой воздуха (г = -0,39 —0,81). Распространенность и развитие заболевания увеличивается по фазам развития сои, наиболее интенсивно поражаются растения от фазы всходов до цветения, максимум приходится на фазу бобообразования. Наибольшей устойчивостью к корневым гнилям в условиях южной зоны Амурской области обладает среднеспелый сорт Гармония, наименьшей - скороспелый сорт Соната.

3.2 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в корнях сои при поражении возбудителями корневой гнили

Воздействие патогена вызывает значительные изменения в функциональном состоянии растения, а это прежде всего отражается на уровне ферментативной активности.

Установлено увеличение удельной активности пероксидазы в пораженных корнях сорта Гармония, особенно в фазе бобообразования. Вероятно, высокая активность пероксидазы в корнях устойчивых сортов сои наряду с другими механизмами защиты обеспечивает способность растений противостоять действию возбудителя (рисунок 1 А).

Активность пероксидазы в пораженных корнях сорта Соната ниже, чем в контроле (здоровые корни) во всех фазах развития сои, такой характер изменения активности пероксидазы свойствен восприимчивым к заболеваниям растениям. Согласно литературным данным антиоксиданты патогенных микроорганизмов, снижая концентрацию АФК, ослабляют АФК-зависимые защитные реакции растений и способствуют развитию патогенеза (Аверьянов и др., 1981).

Удельная активность пероксидазы в корнях сорта Даурия, пораженных корневой гнилью, как увеличивается (фаза первого тройчатого листа), так и уменьшается (фазы цветения, бобообразования) относительно контроля.

В ответ на патогенез удельная активность каталазы в пораженных корнях устойчивого сорта Гармония снижается, у сорта Даурия, занимающего промежуточное положение по устойчивости к корневым гнилям, - достоверно не отличается от активности в здоровых корнях. У сильно поражаемого корневой гнилью сорта Соната активность фермента в 1,5 - 1,3 раза выше, чем в контроле (рисунок 1Б). Повышение активности каталазы привело к снижению концентрации перекиси водорода, а это лимитирует реакции, катализируемые пероксидазой. Не исключено, что подобные изменения активности каталазы у сорта Соната способствуют формированию совместимых отношений в комбинации хозяин (соя) -патоген.

1-й тройчат.лист цветение бобообразовэние

бобообразование

1-й тройчат.лисг

бобообразование

13 контроль 13 Гармония □ Даурия ■ Соната

Рисунок 1 - Удельная активность пероксидазы (А), каталазы (Б), кислой фосфатазы (В) (% к контролю) в корнях сои при поражении корневой гнилью, 2008 - 2010 гг.

Динамика изменения удельной активности кислой фосфатазы в инфицированных корнях сорта Гармония следующая: в фазе первого тройчатого листа она снюкается на 24%, в фазах цветения и бобообразования достоверного отличия активности этого фермента между больными и здоровыми растениями не выявлено. В пораженных корнях сорта Даурия активность кислой фосфатазы во всех фазах развития ниже, чем у здоровых растений; у восприимчивого сорта Соната наблюдается увеличение активности фермента в фазы цветения и бобообразования (рисунок 1В). Рост активности кислой фосфатазы говорит о возможности усиления литических процессов в пораженных корнях, что может негативно отразиться на гомеостазе фосфорных эфиров.

3.3 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои при поражении возбудителями корневой гнили

Известно (Ильинская и др., 1991; Граскова и др., 2004; Яруллина и др., 2005), что заражение вызывает изменение метаболизма в органах, отдаленных от места внедрения и локализации патогена.

Развитие заболевания приводит к увеличению активности пероксидазы у устойчивого сорта Гармония не только в корнях, но и в листьях

пораженных растений. У сортов Соната и Даурия активность пероксидазы в листьях пораженных растений, так же как и в корнях, ниже, чем в здоровых (таблица 1). Важно заметить, что инфицирование растений через корни приводит к изменению активности фермента в листьях, которые не контактировали с патогеном. Следовательно, можно сделать предположение об участии пероксидазы в развитии системной устойчивости сои при заражении корневыми гнилями. Это согласуется с существующими представлениями о том, что пероксидазу можно рассматривать в качестве маркера системной устойчивости растений при патогенезе (Серова и др., 1982).

Таблица 1 - Удельная активность ферментов в листьях сои при поражении корневой гнилью, ед/мг белка, 2008 - 2010 гг.__

Сорт Фенологическая фаза Пероксидаза х 10'3 Каталаза хЮ"4 Кислая фосфатаза х Ю-6

контроль пораженные кошроль пораженные »а о о и. пораженные

Соната цветение 142 ±8 116± 10 82±6 60±3 207±20 154±16

бобообразование 204± 52 122± 36 121±12 95±6 302±31 119±24

Гармония цветение 134 ±9 239± 22 84±4 120±6 165±18 117±26

бобообразование 198±45 300 ±14 180±23 168±56 390±37 300±20

Даурия цветение 148± 16 104±5 75±15 64±17 118±17 89±15

бобообразование 182± 30 158± 24 149±17 129±12 325±23 216±14

НСР05 0,51 0,29 1,68

Под влиянием заражения сои корневой гнилью активность каталазы в листьях сорта Гармония в фазе цветения повышается, а в фазе бобообразования снижается, при этом в пораженных корнях активность фермента в данные фенологические фазы была ниже, чем в контроле. Активность каталазы в листьях пораженных растений сортов Соната и Даурия в фазах цветения и бобообразования снижается, в пораженных корнях сорта Соната - увеличивается, а в корнях сорта Даурия -увеличивается в фазе цветения и снижается в фазе бобообразования.

В наших исследованиях активность кислой фосфатазы, выделенная из корней и листьев разных сортов сои, под действием патогена изменялась по-разному. У сорта Гармония активность кислой фосфатазы в пораженных

корнях остается на уровне здоровых, а в листьях снижается; у сорта Даурия -снижается в корнях и в листьях; у сорта Соната - повышается в корнях, а в листьях снижается.

Проанализировав полученные результаты, можно сделать заключение, что при патогенезе корневой гнилью только активность пероксидазы, выделенной из разных органов сои, изменяется сходным образом, изменение активности других изучаемых ферментов носило разнонаправленный характер. Так как удельная активность пероксидазы, выделенной из корней и листьев, изменяется сходным образом, то для установления устойчивости к патогену можно использовать любой из этих органов.

4 ЭНЗИМАТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В ЛИСТЬЯХ СОИ ПРИ ПОРАЖЕНИИ ЛИСТО-СТЕБЛЕВЫМИ ИНФЕКЦИЯМИ 4.1 Динамика развития грибных и бактериальных заболеваний и оценка болезнеустойчивости сои В годы исследований наиболее широкое распространение получили следующие болезни: септориоз, пероноспороз и бактериоз.

Погодные условия в 2008 году оказались самыми благоприятными для развития септориоза, несмотря на то что осадки распределялись неравномерно: в июне их было мало (39% от средних многолетних), в июле и августе количество осадков увеличилось, что способствовало повышению относительной влажности воздуха. Развитию возбудителей пероноспороза и бактериоза способствуют повышенная влажность воздуха и большое количество осадков в сочетании с пониженной температурой, такие условия сложились в 2009 году.

Выявлена положительная зависимость между показателями ГТК и развитием септориоза, пероноспороза и бактериоза. Так, в 2009 году отмечено максимальное значение ГТК (2,5) и степень развития основных заболеваний сои. Низкое значение ГТК (1,2) в 2010 году способствовало снижению развития заболеваний. Однако в 2008 году, несмотря на то что ГТК составил 1,4, развитие септориоза было самым высоким.

Сорт Соната наиболее сильно поражался септориозом, сорт Даурия -пероноспорозом. Сорт Гармония проявил среднюю устойчивость ко всему комплексу заболеваний. Форма дикорастущей сои КА-1344 оказалась устойчивой к пероноспорозу и среднеустойчивой к септориозу и бактериозу.

4Л Участие ферментов в ответных реакциях сои на поражение листо-стеблевыми инфекциями Известно (Серова и др., 1982), что приспособление организма к условиям окружающей среды сводится к поддержанию на должном уровне скорости и направленности энзиматических реакций, благодаря которым обеспечивается состояние гомеостаза. Изменение ферментативной активности инфицированных растительных тканей свидетельствует о нарушении состояния гомеостаза. Вместе с тем оно указывает на то, что растительный организм активно борется с болезнью. Поэтому важным, на наш взгляд, было провести исследование взаимоотношений растение-хозяин - патоген по изменению активности ферментов, обеспечивающих

нейтрализацию неблагоприятных факторов среды и являющихся важнейшими инструментами сохранения гомеостаза обмена веществ. 4.2.1 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои при поражении грибной и бактериальной инфекциями в естественных условиях

Удельная активность пероксидазы при инфицировании септориозом у сорта Гармония в пораженных листьях возрастает во всех фазах развития, особенно в фазе третьего тройчатого листа. В пораженных листьях сорта Даурия в фазе третьего тройчатого листа активность пероксидазы ниже, чем в контроле, на 40%, в фазе бобообразования активность пероксидазы повышается на 56%. В листьях восприимчивого сорта Соната в фазе третьего тройчатого листа активность пероксидазы ниже, чем в контроле, на 18%, в фазе бобообразования достоверного отличия между пораженными и здоровыми листьями не выявлено.

После заражения септориозом в фазе третьего тройчатого листа активность пероксидазы в листьях формы КА-1344 увеличивается в 1,8 раза по сравнению с контролем. В ходе развития патологического процесса активность фермента растет: в фазе цветения она увеличивается в 1,9 раза, в фазе образования бобов — в 3,8 раза.

Удельная активность каталазы в листьях сои, пораженных септориозом, ниже, чем в контроле у всех исследованных образцов. Снижение каталазной активности в этот период патогенеза может быть обусловлено разрушением хлорофилла (Рубин, Ладыгина, 1966).

В пораженных септориозом листьях всех изучаемых сортов сои удельная активность кислой фосфатазы ниже, чем в здоровых. Существенно (на 50 - 60%) снижается активность фермента в пораженных листьях сорта Соната, в меньшей степени - у дикорастущей сои.

Активность ферментов в листьях сои инфицированных Р. manshurica определяли в фазы цветения и образования бобов. Дикорастущая соя, а также сорта Гармония и Соната отличались высокой активностью пероксидазы в пораженных листьях. У восприимчивого к патогену сорта Даурия активность фермента повышается незначительно по сравнению с устойчивыми и среднеустойчивыми растениями.

В листьях G. шах и G. soja, пораженных пероноспорозом, наблюдается снижение активности каталазы и кислой фосфатазы, особенно у сорта Даурия (фаза бобообразования).

Инфицирование растений бактериозом приводит к изменению активности пероксидазы в пораженных листьях всех образцов, она увеличивается относительно контроля, особенно у дикорастущей сои.

Под влиянием патогена удельная активность каталазы в фазе цветения в листьях сортов Соната и Даурия увеличивается в 2,7 - 4,5 раза соответственно, а у сорта Гармония и формы КА-1344 снижается. В фазе бобообразования в листьях культурной и дикорастущей сои активность каталазы была ниже, чем в контроле.

Удельная активность кислой фосфатазы снижается в листьях пораженных бактериозом у всех исследованных образцов: в большей степени у сорта Даурия (на 55%) в фазе бобообразования.

Таким образом, исследование удельной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в системе «растение-хозяин - патоген» при поражении листо-стеблевыми инфекциями, показало, что постинфекционные изменения определяются генотипом и фазой развития сои и не зависят от типа возбудителя (факультативный или облигатный).

Корреляционный анализ показал, что зависимости между устойчивостью сои к болезням и активностью ферментов (пероксидазы, каталазы, кислой фосфатазы) в листьях здоровых растений слабые и иногда недостоверные (таблица 2).

Таблица 2 - Корреляционная зависимость между степенью поражения болезнями и удельной активностью ферментов в здоровых листьях сои (в среднем по сортам)___

Анализируемая пара параметров Фаза развития сои Коэффициент корреляции

степень поражения болезнями -удельная активность пероксидазы в листьях сои 3-й тройчатый лист -0,31 ±0,06

цветение -0,36 ± 0,05

бобообразование -0,06 ± 0,06*

степень поражения болезнями — удельная активность каталазы в листьях сои 3-й тройчатый лист 0,37 ± 0,06

цветение 0,26 ± 0,19*

бобообразование -0,16 ±0,16*

степень поражения болезнями -удельная активность кислой фосфатазы в листьях сои 3-й тройчатый лист 0,26 ±0,17*

цветение 0,37 ± 0,05

бобообразование -0,03 ± 0,06*

treop при Ро,95= 1,98 'Корреляционная связь несущественна tt,aCT < t^p

Следовательно, можно заключить, что формирование совместимых или несовместимых взаимоотношений растение-хозяин - патоген не зависит от изначальной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои, а связано с изменением активности ферментов в ответ на внедрение патогена.

4.2.2 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в изолированных листьях сои при искусственном заражении септориозом

Для того чтобы исключить влияние абиотических стрессоров действующих в естественных условиях на растение. Нами была определена активность ферментов (пероксидазы, каталазы, кислой фосфатазы) в изолированных листьях, искусственно зараженных септориозом.

Первые проявления болезни были отмечены на 3 сутки у сорта Соната, у сортов Гармония и Даурия - на 4 сутки и на 7 сутки - у формы КА-1344. На 12 сутки после заражения S. glycines только форма КА-1344 (2 балл

поражения) была отнесена к устойчивым, сорта Гармония (3 балл поражения) и Даурия (3 балл поражения) - к среднеустойчивым, сорт Соната (5 балл поражения) - к сильновосприимчивым.

Инфицирование листьев септориозом привело к изменению активности ферментов по отношению к контролю. Незначительное увеличение активности пероксйдазь} у всех изучаемых сортов было зафиксировано на 1 сутки после нанесения инокулюма. Но пик активности приходится на 3 сутки: в наибольшей степени возрастает активность фермента у дикорастущей сои (в 4 раза), у сортов Гармония и Даурия ~ в 3 раза и 1,9 раза у сорта Соната (рисунок 2А). По данным корреляционного анализа была установлена взаимосвязь изменения активности пероксидазы в инфицированных листьях (3 сутки) с уровнем устойчивости к септориозу: чем выше активность пероксидазы, тем ниже балл поражения (г = - 0,97 ±

сутки

» Соната * "Гармония —Даурия " и -КА-1344 m контроль

Рисунок 2 - Изменение удельной активности пероксидазы (А), каталазы (Б), кислой фосфатазы (В) (% к контролю) в листьях G. тах и G. soja при инфицировании септориозом, 2008 - 2010 гг.

Второй пик активности пероксидазы в инфицированных листьях сои был зафиксирован на 9 сутки и зависел от степени поражения листа. Наиболее значительное увеличение активности фермента было отмечено у сорта Соната у которой развитие болезни составило - 70%. Наименьшее повышение пероксидазы по сравнению с контролем наблюдалось у

дикорастущей сои, некротические пятна занимают 10% поверхности листа. Сорта Гармония и Даурия, развитие болезни - 20 - 25%, по изменению активности пероксидазы занимают промежуточное положение. Полученные нами результаты не исключают вероятности, что увеличение активности фермента, по мере развития заболевания, может происходить и за счет пероксидазы, синтезируемой самим грибом S. glycines (Wong, Preece, 1978).

Активность каталазы в листьях сои повышается на 1 сутки после заражения, у формы КА-1344 - в 2 раза, у сортов культурной сои - в 1,2-1,5 раза относительно контроля (рисунок 2Б). Корреляция между активностью каталазы в инфицированных листьях и их поражаемостью септориозом в этот период была сильной отрицательной г = - 0,96 ± 0,04. По-видимому, высокая активность каталазы подавляет появление видимых некрозов после инокуляции возбудителем септориоза.

У восприимчивого сорта Соната пик активности кислой фосфатазы был зафиксирован на 1 сутки после заражения. У сортов, слабо поражаемых септориозом, активность фермента значительно повышалась только на 3 сутки развития болезни. Дальнейшее развитие заболевания приводит к снижению активности кислой фосфатазы: у сорта Соната - в 4 раза, у слабо поражаемых сортов Гармония и Даурия - в 1,7 раза. Наибольшую устойчивость к действию возбудителя проявила форма КА-1344, активность кислой фосфатазы в инфицированных листьев близка к контролю (рисунок 2В). В ходе корреляционного анализа была выявлена сильная отрицательная связь между активностью кислой фосфатазы в инфицированных листьях (12 сутки) и степенью поражения (г = - 0,99 ± 0,02).

5 Энзиматическая активность в семенах сои при поражении фитопатогенами

5.1 Влияние зараженности семян сои болезнями на их биохимический состав и продуктивность растений

Анализ семян показал, что все изучаемые сорта несут на семенах инфекцию от 2,40% (Гармония) до 3,92% (Даурия). Наибольший процент из комплекса болезней занимал пероноспороз (5,12%), затем бактериоз (1,48%) и пурпурный церкоспороз (1,02%).

В семенах, пораженных пероноспорозом, снижается содержание масла и количество олеиновой кислоты, но увеличивается содержание линоленовой. Заражение семян пероноспорозом не оказывает существенного влияния на содержание белка и его аминокислотный состав.

Корреляционная зависимость между урожайностью и степенью поражения сои септориозом сильная отрицательная (г = - 0,68 ± 0,06), между урожайностью и степенью поражения пероноспорозом - средняя отрицательная (г = - 0,35 ± 0,09).

5.2 Изменение активности каталазы, пероксидазы и кислой фосфатазы в семенах сои при пораженнии грибной и бактериальной инфекциями

В семенах сои, пораженных грибной и бактериальной инфекциями, удельная активность пероксидазы ниже, чем в здоровых (таблица 3). В

наибольшей степени активность пероксидазы снижается в семенах сортов Гармония и Даурия, пораженных фузариозом (в 3,9 — 4,7 раза соответственно). Согласно литературным данным (Рубин и др., 1975; Андреева и др., 1979), снижение активности пероксидазы связано с изменением уровня окислительно-восстановительных процессов инфицированных семян, инфекция вызывает снижение метаболической активности и интенсивности дыхания.

Противоположно изменению удельной активности пероксидазы в семенах, пораженных разной инфекцией, активность каталазы увеличивается (таблица 4), что соответствует наличию обратной зависимости между удельной активностью каталазы и пероксидазы (Селихова, 2003). Повышенная каталазная активность способствует снижению концентрации перекиси водорода в клетке, что лимитирует реакции, катализируемые пероксидазой.

Активность кислой фосфатазы в пораженных семенах как увеличивается, так и уменьшается по сравнению со здоровыми (таблица 5). Инфицирование семян фузариозом приводит к резкому снижению активности кислой фосфатазы (~ в 3 раза). Изменение ферментативной активности, связано с нарушением углеводно-фосфорного и липидного обменов, которое происходит под влиянием инфекции. На следующем этапе работы нами была определена удельная активность пероксидазы, каталазы в проростках сои, полученных из семян, пораженных разной инфекцией. Под влиянием метаболитов патогена нарушается обмен веществ не только в пораженных семенах, но и в проростках, полученных из них.

В проростках сорта Гармония активность пероксидазы под влиянием инфекции изменяется незначительно. Стабильная энзиматическая система свойственна устойчивым растениям. Увеличение активности пероксидазы наблюдается в проростках сорта Даурия полученных из семян пораженных антракнозом. Повышается активность ферментов пероксидазы и каталазы в проростках сортов Соната, полученных из семян, пораженных пероноспорозом и церкоспорозом.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что изменение активности ферментов в пораженных семенах сои и проростках, полученных из них, зависит от генотипа растения и вида возбудителя. Было выявлено, что наибольшей патогенностью обладает возбудитель фузариоза. Согласно изменению активности пероксидазы и кислой фосфатазы в проростках, полученных из зараженных семян, сорт Гармония проявил себя как наиболее устойчивый к воздействию фитопатогенов.

Таблица 3 - Удельная активность пероксидазы в семенах сои при поражении разной инфекцией, ед/мг белка, 2009-2011 гт.

Сорт Здоровые семена Пораженные семена

пероноспороз аскохитоз фузариоз церкоспороз пурпурный церкоспороз антракноз бактериоз

Соната 105 ±13 96 ± 14 42 ±2 46 ± 1 56 ± 0,5 75 ±2 - 87 ± 15

Гармония 114 ± 21 107 ± 21 90 ±6 29 ±2 30 ± 1 61 ±2 39 ± 1 95 ± 11

Даурия 127 ±4 115 ±29 67 ±2 27 ±1 86 ±3 89 ±4 68 ±2 106 ± 11

НСР05 2,62 1,31 3,32 2,74 2,40 2,74 2,22 2,62

Таблица 4 - Удельная активность каталазы в семенах сои при поражении разной инфекцией, ед/мг белка х Ю'\

2009-2011 гг.

Сорт Здоровые семена Пораженные семена

пероноспороз аскохитоз фузариоз церкоспороз пурпурный церкоспороз антракноз бактериоз

Соната 54 ±2 89 ±3 66 ±8 130 ±34 101 ±15 127 ± 13 - 125 ±6

Гармония 62 ±2 110 ± 15 65 ±1 110 ± 12 70 ±11 70 ± 10 69 ±0,5 95 ±8

Даурия 49 ±1 90 ±8 53 ±3 96 ±19 57 ±9 69 ±8 58 ±0,5 68 ±3

НСР03 3,04 0,75 2,60 0,76 3,32 2,74 1,61 2,96

Таблица 5 - Удельная активность кислой фосфатазы в семенах сои при пораженных разной инфекцией, ед/мг белка х 10"5, 2009 - 2011 гг.

Сорт Здоровые семена Пораженные семена

пероноспороз аскохитоз фузариоз церкоспороз пурпурный церкоспороз антракноз бактериоз

Соната 17 ±0,5 22 ± 1 18 ± 1 5 ±0,3 42 ±2 14 ±1 - 15 ±0,5

Гармония 23 ±4 31 ±2 11 ± 1 8 ±0,3 37± 2 17± 1 19 ± 1 15 ±0,5

Даурия 20 ±2 27 ± 1 10±1 7 ±0,2 33 ±1 19 ± 4 15 ± 1 16±3

НСР05 3,61 2,74 3,04 2,22 2,22 1,86 1,20 3,05

Выводы

1. Инфицирование корней сои корневой гнилью приводит к увеличению активности пероксидазы и снижению активности каталазы у устойчивого сорта Гармония (активность кислой фосфатазы достоверно не изменилась) и, наоборот, к снижению активности пероксидазы и росту активности каталазы и кислой фосфатазы у восприимчивого сорта Соната.

2. При патогенезе корневой гнили активность пероксидазы, выделенной из корней и листьев сои, изменяется сходным образом, в отличие от активности каталазы и кислой фосфатазы, что указывает на возможность использования любого из этих органов для установления устойчивости к патогену по активности пероксидазы.

3. Обнаружено, что комплексную среднюю устойчивость проявил сорт Гармония при поражении листо-стеблевыми инфекциями, форма дикорастущей сои КА-1344 оказалась устойчивой к пероноспорозу и среднеустойчивой к септориозу и бактериозу. Сорт Соната наиболее сильно поражался септориозом, сорт Даурия - пероноспорозом.

4. Устаноалено, что формирование совместимых или несовместимых взаимоотношений растение-хозяин — патоген не зависит от изначальной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои, а связано с изменением активности ферментов в ответ на внедрение патогена (S. glycines, P. manshurica, Ps. glycineum).

5. Определена динамика энзиматической активности при искусственном инфицировании изолированных листьев S. glycines. Установлено, что активность пероксидазы (г = - 0,97 ± 0,02) и каталазы (г = -0,96 ± 0,04) на начальном этапе, а кислой фосфатазы (г = - 0,99 ± 0,02) на поздних сроках развития заболевания может служить критерием устойчивости к септориозу.

6. Показано, что изменение энзиматической активности в пораженных семенах сои и проростках, полученных из них, зависит от генотипа растения и вида возбудителя. Выявлено, что наибольшей патогенностью обладает возбудитель фузариоза.

7. Совокупность полученных экспериментальных данных свидетельствует о том, что система на основе антиоксидантных (пероксидазы и каталазы) и литических (кислая фосфатаза) ферментов может быть использована в качестве биохимического критерия при селекции сои на устойчивость к фитопатогенам.

Практические рекомендации

1. При селекции на повышение устойчивости сои к фузариозной корневой гнили рекомендуется использовать в качестве исходного материала сорт Гармония, к септориозу, пероноспорозу и бактериозу - генотипы с комплексной устойчивостью к возбудителям листо-стеблевой инфекции: сорт Гармония и дикорастущую форму КА 1344. Полученные результаты могут быть использованы ГНУ ВНИИ сои Россельхозакадемии (Амурская обл., г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 19).

2. Для диагностики устойчивости сои к септориозу следует использовать тестовую систему на основе антиоксидантных (пероксидазы и каталазы) и литических (кислая фосфатаза) ферментов в контролируемых условиях лаборатории с последующей оценкой в естественных условиях, (результаты исследований могут быть использованы в научно-исследовательской лаборатории «Соя» ФГБОУ ВПО ДальГАУ (Амурская обл., г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86), а также в ГНУ ВНИИ сои Россельхозакадемии (Амурская обл., г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 19).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Семенова Е.А., Титова С.А., Дубовицкая JI.K. Энзиматическая активность инфицированных листьев Glycine max и Glycine soja // Фундаментальные исследования, 2011. - №12, вып. 4. - С. 708 -711.

2. Семенова Е.А., Титова С.А., Дубовицкая JI.K. Активность ферментов у сортов сои с различной степенью устойчивости к септориозу // Достижения науки и техники АПК, 2012. - №4. - С. 24 - 26.

3. Титова С.А., Семенова Е.А., Дубовицкая JI.K. Анализ устойчивости некоторых сортов сои амурской селекции к септориозу и пероноспорозу по энзиматической активности // Arpo XXI, 2012. - № 10-12. - С. 9 - 11.

В других научных изданиях

1. Семенова Е.А., Титова С.А., Дубовицкая JI.K. Активность пероксидазы листьев Glycine max (L.) Мегг., инфицированных Septoria glycines Hemmi // Проблемы экологии Верхнего Приамурья: сб. научн. тр. -Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2009. - Вып. 11. - С. 72 - 78.

2. Титова С.А., Семенова Е.А., Дубовицкая Л.К. Активность некоторых ферментов семенах сои, пораженных разной инфекцией // Адаптивные технологии в растениеводстве Амурской области: сб. научн. тр. ДальГАУ. -Благовещенск: ДальГАУ, 2009. - Вып. 5. - С. 39 - 45.

3. Титова С.А., Семенова Е.А., Дубовицкая Л.К. Изменение активности некоторых ферментов при патогенезе корневой гнили сои // Проблемы экологии Верхнего Приамурья: сб. научн. тр. - Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2010. - Вып. 12. -С. 120-131.

4. Титова С.А., Семенова Е.А., Дубовицкая Л.К. Изменение активности ферментов в семенах сои при патогенезе грибной и бактериальной инфекции // Аграрные проблемы соесеющих территорий Азиатско-Тихоокеанского региона: сб. научн. тр. по материалам Международной научно-практической конференции. - Благовещенск, 2011. - С. 168 - 172.

5.Титова С.А. Изменение активности окислительно-восстановительных ферментов сои при патогенезе Septoria glicines Hemmi // Актуальные проблемы развития АПК в научных исследованиях молодых ученых: Труды Всероссийского совета молодых ученых и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений. - М., 2011. - С. 66 - 72.

Титова Светлана Анатольевна

Влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max (L.) Мегг. и Glycine soja Sieb, et Zucc.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 25.04.2014 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. - 1,0. Усл.-п.л. - 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 115.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Титова, Светлана Анатольевна, Благовещенск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201460173

ТИТОВА СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

Влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max (L.) Merr. и Glycine soja Sieb, et Zucc.

03.02.08 - Экология (биологические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: к.б.н., доцент Семенова Е.А.

БЛАГОВЕЩЕНСК - 2014

Оглавление

Введение.................................................................................... 4

1 Аналитический обзор литературы............................................. 8

1.1 Вредоносность и распространение болезней сои.............................. 8

1.2 Влияние экологических факторов на развитие инфекции сои........................................................................................... 27

1.3 Ферменты инфицированных растений.......................................... 32

2 Условия, объекты и методика проведения исследований................ 44

2.1 Агроклиматические и почвенные условия Амурской области............ 44

2.2 Материалы и методы исследований.......................................... 53

3 Энзиматическая активность в корнях и листьях сои при поражении почвенными (корневыми) инфекциями.......................................... 61

3.1 Видовой состав возбудителей корневой гнили сои и динамика развития болезни......................................................................... 61

3.2 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в корнях сои при поражении возбудителями корневой гнили..................... 66

3.3 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои при поражении возбудителями корневой гнили................... 72

4 Энзиматическая активность в листьях сои при поражении листо-стеблевыми инфекциями.............................................................. 75

4.1 Динамика развития грибных и бактериальных заболеваний и оценка болезнеустойчивости сои............................................................... 75

4.2 Участие ферментов в ответных реакциях сои на поражение листо-стеблевыми инфекциями................................................................ 84

4.2.1 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои при поражении грибной и бактериальной инфекциями в естественных условиях.................................................................. 85

4.2.2 Изменение активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в

л

изолированных листьях сои при искусственном заражении

септориозом..............................................................................................................................................................98

5 Энзиматическая активность в семенах сои при поражении

фитопатогенами..............................................................................................................................................................................105

5.1 Влияние зараженности семян сои болезнями на их биохимический состав и продуктивность растений........................................................................................................105

5.2 Изменение активности каталазы, пероксидазы и кислой фосфатазы в

семенах сои при поражении грибной и бактериальной инфекциями....................111

Выводы..........................................................................................................................................................................117

Практические рекомендации..............................................................................................................118

Список литературы..........................................................................................................................................119

Приложения............................................................................................................................................................148

ь

Введение

Актуальность темы. Растения живут в постоянно изменяющихся условиях внешней среды, подвергаются действию различных факторов абиотической и биотической природы. Им приходится адаптироваться к этим факторам и формировать механизмы противодействия их негативному влиянию. Одними из самых серьезных и универсальных биотических воздействий, которым подвергаются растения, являются патогенные микроорганизмы. Это могут быть вирусы, бактерии, простейшие и грибы (Чесноков, 2007).

Соя относится к числу главнейших культурных растений мирового значения. Универсальное значение сои объясняет резко возрастающий интерес к выращиванию этого белково-масличного растения.

Основным соесеющим регионом на Дальнем Востоке является Амурская область, где сосредоточено 60% её посевов. Несмотря на сравнительно благоприятные почвенно-климатические условия для возделывания сои, средняя урожайность остается крайне низкой и составляет в среднем 11 ц/га (Прогноз..., 2011; Посевные..., 2012).

Урожаи сои в значительной степени зависят от влияния целого ряда различных факторов, в том числе поражения болезнями и вредителями. Особенно вредоносны воздушно-капельно-семенные инфекции: пероноспороз, септориоз, церкоспороз, бактериоз, которые освоили в качестве дополнительной экологической ниши семена и в связи с этим приспособились к передаче инфекций из года в год (Заостровных, Дубовицкая, 2003).

Широкое использование пестицидов в борьбе с вредителями и болезнями растений оказывает негативное воздействие не только на патогенного возбудителя, но и на растение-хозяина и окружающую среду. Наиболее экономически выгодным и экологически безопасным методом борьбы с заболеваниями является возделывание устойчивых сортов, что позволит существенно улучшить экологическую ситуацию.

Изучение биохимических особенностей инфицированного растения представляет важный этап на пути познания природы устойчивости к патогенным микроорганизмам. Взаимодействие возбудителя и хозяина вызывает значительные изменения в функциональном состоянии растений, что прежде всего отражается на уровне ферментативной активности (Савич, 1989).

О влиянии фитопатогенов на изменение активности ферментов сообщается в целом ряде работ 60 - 90-х годов прошлого столетия (Farkas et al, 1960, 1966; Kawashima et al., 1963, 1964; Рубин и др. 1965, 1966, 1969, 1970, 1973, 1974, 1975; Коно, 1961; Гоцуляк, Кондратюк, 1967; Grzelinska, 1970; Naoi, Teruniko, 1977; Андреева, 1973, 1979, 1988; Газарян, 1992). В последнее время большое внимание уделяется изучению роли пероксидазы в формировании устойчивости к возбудителям болезней (Минибаева, Гордон, 2003; Максимов и др., 2006, 2010; Граскова, 2008), однако недостаточно данных об участии каталазы и кислой фосфатазы в защитных реакциях растений, отсутствуют сведения о влиянии патогенных микроорганизмов на активность ферментов в онтогенезе сои.

Поэтому данное исследование, направленное на изучение ферментов в системе «растение-хозяин - патоген» как возможных биохимических факторов устойчивости, является актуальным и имеет большое научное и практическое значение.

Цель работы: исследовать влияние фитопатогенных микроорганизмов на энзиматическую активность растения-хозяина Glycine max (L.) Merr. и G. soja Sieb, et Zucc., сопоставить изменения этого показателя с устойчивостью к ряду грибных и бактериальных заболеваний.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить динамику развития грибных и бактериальных заболеваний, оценить болезнеустойчивость G. max и G. soja.

2. Определить удельную активность пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в корнях и листьях сои при инфицировании возбудителями корневой гнили.

3. Выявить постинфикционные изменения удельной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях G. шах и G. soja при поражении листо-стеблевыми болезнями в естественных условиях.

4. Установить динамику удельной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в изолированных листьях G. шах и G. soja при искусственном заражении S. glycines.

5. Определить биохимические показатели семян сои при поражении фитопатогенами.

Научная новизна. Впервые проведено многостороннее исследование изменения активности ферментов в растениях G. шах и G. soja под влиянием грибной и бактериальной инфекций. Установлено, что устойчивость сои к фитопатогенам (S. glycines, P. manshurica, Ps. glycineum) не зависит от изначальной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои, а связана с изменением активности ферментов в ответ на внедрение патогена. Определена динамика активности ферментов в изолированных листьях сои при искусственном инфицировании септориозом. Выявлено, что активность пероксидазы и каталазы на начальном этапе, а кислой фосфатазы на поздних сроках развития заболевания может служить критерием устойчивости к S. glycines.

Практическая значимость. Полученные результаты и сделанные на их основе выводы расширяют представление о защитных механизмах растений к действию фитопатогенов и могут быть использованы в практической селекции на устойчивость, позволяющей снизить влияние биотических стрессоров на агроценоз. Результаты исследования могут быть использованы как в лекционных курсах, так и практикумах по сельскохозяйственной экологии и защите растений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- постинфекционные изменения активности ферментов определяются генотипом, фазой развития сои и видом возбудителя;

- устойчивость сои к фитопатогенам не зависит от изначальной активности пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы в листьях сои, а связана с изменением активности ферментов в ответ на внедрение патогена;

- активность ферментов можно использовать в тестовых системах для селекционного отбора устойчивых сортов сои.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на научных конференциях ФГБОУ ВПО ДальГАУ (г. Благовещенск, 2009, 2010, 2012 гг.); на международной научно-практической конференции «Аграрные проблемы соесеющих территорий Азиатско-тихоокеанского региона», на координационном совещании зоны Дальнего Востока и Сибири «Итоги координации НИР по сое за 2006-2010 гг. и направления исследований на 2012-2015 гг.» в ГНУ ВНИИ сои Россельхозакадемии (г. Благовещенск, 2010, 2012 гг.); на П-м «Амурском региональном фестивале науки» (г. Благовещенск, 2012 г.).

Связь с планами НИР. Диссертационная работа является частью тематического плана ФГБОУ ВПО ДальГАУ, тема 2.3 «Биохимическая адаптация культурной и дикой сои», № госрегистрации 0120.0503579.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, 35 приложений. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, иллюстрирована 47 рисунками и 19 таблицами. Список цитируемой литературы включает 293 источник, в том числе 81 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю к.б.н., доценту Е.А. Семеновой за руководство и помощь при подготовке и написании диссертационной работы; к.с.-х.н., профессору J1.K. Дубовицкой за помощь и консультации при проведении экспериментальной части работы; ректору ФГБОУ ВПО ДальГАУ, д.с.-х.н., профессору П.В. Тихончуку; декану факультета агрономии и экологии, к.с.-х.н., доценту O.A. Селиховой.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Вредоносность и распространение болезней сои

Эпифитотии болезней растений наносили и наносят значительный ущерб сельскому хозяйству, поэтому специалисты выясняют видовой состав возбудителей потенциально опасных инфекций, которые при тех или иных условиях способны снижать урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. В связи с этим оценка вредоносности болезней сои для современных сортов приобретает важное значение (Торопова, 2005).

Анализируя литературные источники, следует отметить, что большой интерес к изучению болезней сои проявляли прежде всего зарубежные исследователи (Wolf, Lehman, 1924, 1926; Boosalis, 1950; Murakishi, 1951; Tiffany, Gilman, 1954; Macneil, Zalasky, 1957; Kurata, 1960; French, Kennedy, 1963; Ross, 1965, 1982; Mckenzie, Wyllie, 1971; Riggle, Dunleavy, 1974; Riggle, 1977).

Начало изучению болезней сои в России было положено A.A. Ячевским, он описал примерно 35 потенциально опасных фитопатогенов, однако степень их изученности была различной (Заостровных, Дубовицкая, 2003). Затем этим вопросом занимались на Северном Кавказе А.И. Лобик и О.В. Катаева, на Дальнем Востоке - И.Н. Абрамов (1931, 1938), в Московской области - C.B. Владимирский, на Украине - М.С. Заянчковская (Заостровных, Дубовицкая, 2003). Диагностические признаки в начале XX века были определены по 2820 болезням (Хохряков и др., 1966). Распространённость, вредоносность патогенов были обобщены М.В. Горленко (1968) по 350 болезням, В.Ф. Пересыпкиным (1989а) - примерно по 400.

Впоследствии изучение болезней было проведено в основной зоне соесения - на Дальнем Востоке. Изучали широту распространения заболеваний, видовой состав и биологию возбудителя, а также проводили разработку агротехнических и химических мер борьбы (Иванова, Холопова, 1956; Корецкий, 1967).

Изучением болезней сои в дальневосточном регионе в разные годы занимались или продолжают работать: И.Н. Абрамов (1931, 1938), А.Н. Иванова (1956), А.И. Никитина (1962), A.M. Михайленко (1965), М.Ф. Муравьёва (1967, 1969, 1971, 1975, 1981), A.M. Корецкий (1967), Е.С. Нелен (1968), В.Г. Рейфман (1968), С.А. Жуковская (1968, 1977, 1980, 1982, 1990), A.M. Гунина (1968, 1978, 1983), A.M. Овчинникова (1968, 1970, 1971а, 19716, 1980), Т.А. Поливанова, (1968, 1971, 1980), В.И. Заостровных (2003), Л.К. Дубовицкая (1984, 1987, 2002, 2003), Т.И. Лукьянович (2006), Л.А. Дега (2001, 2012).

В 70-х - 80-х годах, в связи с расширением посевов сои в различных зонах страны, возобновились исследования по изучению болезней этой культуры в европейской её части. Появились работы, посвящённые корневым гнилям в Абхазии (Вардания, 1971, 1974) и переноспорозу сои (Простакова, 1981) - в Молдавии; фузариозу - в Краснодарском крае (Дворядкин и др., 1979). Подробно изучены грибные болезни сои в Молдавии А.И. Ганей в 1981 году.

Установлено, что наиболее распространёнными на сое являются пероноспороз и вирусные заболевания: морщинистая мозаика, желтая мозаика, кольцевая пятнистость, задержка роста и другие (Поливанова, 1971, 1980; Дьяконов, Голаюда, 1971). Изучено их влияние на показатели симбиотической и фотосинтетической активности посевов, урожай семян и его качество.

Под руководством профессора Г.И. Посыпанова в условиях Центрального Нечерноземья впервые (1991 - 1995 гг.) были изучены видовой состав и вредоносность основных патогенов сои (Посыпанов, Сихарулидзе, Демьяненко, 1995).

Изучение этиологии наиболее распространенных и вредоносных болезней показало, что подавляющее их большинство (67,2-74,9%) составляют грибные болезни, 10,0-13,2% - бактериальные, 12,6-19,2% -вирусные (Торопова, 2005).

В Амурской области, Хабаровском и Приморском краях широко распространены грибные заболевания сои, а также бактериозы, несколько видов вирусных заболеваний и многие другие (Овчинникова, 1980; Заостровных,

9

Дубовицкая, 2003). Из грибных заболеваний в дальневосточном регионе выявлено свыше 30 видов возбудителей. Доминирующими патогенами сои являются возбудители пероноспороза, септориоза, церкоспороза, аскохитоза, фузариозных корневых гнилей и бактериальных заболеваний.

В Приамурье наиболее распространены следующие болезни сои: корневая гниль, фузариоз, септориоз, аскохитоз, бактериоз (Рейфман, Поливанова, 1968; Гунина, 1968; Солотчина, 1971; Дубовицкая, Гунина, 1979, 1983).

Широкое распространение во всех странах, возделывающих сою, имеет вирус мозаики сои. На Дальнем Востоке первые вирозные растения обнаружены И.Н. Абрамовым в 1931 году, затем их изучала М.Ф. Муравьёва (1967, 1969, 1971). Дальнейшее изучение и описание вирусных болезней сои на Дальнем Востоке проведено Т.А. Поливановой (1971; 1980), а также в соавторстве с A.B. Крыловым (1985). По их сведениям, вирусные заболевания сои могут вызываться более чем 20 возбудителями. Наибольшее распространение и вредоносность вирусных болезней наблюдается при зарожении посевов мозаикой (вирус мозаики сои).

В результате исследований A.M. Гуниной (1978) установлено, что в Амурской области наибольший экономический ущерб посевам сои наносят фузариоз, белая гниль или склеротиниоз, септориоз, бактериальные заболевания и вирусная мозаика (вирус жёлтой мозаики фасоли и вирус мозаики люцерны).

Грибные болезни. Урожаи сои в значительной степени зависят от влияния целого ряда различных факторов, из них особое значение имеют грибные болезни.

Всего в природе существует не менее 10000 видов фитопатогенных грибов. Это наиболее многочисленная группа вредоносных организмов. Среди бактерий возбудителями болезней растений являются лишь 120-200 видов (Метлицкий, Озерецковская, 1985).

Первые данные о распространении на сое 35 видов фитопатогенных грибов приводил A.A. Ячевский в 1929 г. (Заостровных, Дубовицкая, 2003). Позже И.Н. Абрамов (1931) сообщал о грибных болезнях сои на Дальнем Востоке.

Наиболее полный перечень грибных болезней сои, распространенных в Приморском, Хабаровском краях и Амурской области, приводит А.М Овчинникова (1968). В Московской области микрофлора сои изучалась C.B. Владимирским. Автор выделил 8 видов грибов из рода Fusarium, возбудителей филлостиктоза, аскохитоза, пероноспороза и фомопсиса сои (Заостровных, Дубовицкая, 2003).

В европейской части страны первые сообщения о грибных болезнях сои появились в 1930 г. На Северном Кавказе А.И. Лобик и O.E. Катаева сообщали о паразитировании на сое Peronospora manchyrica (Naum.) Syd., Septoria glycines Hemmi, Sclerotinia sclerotiorum (Lib.), Ph