Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние физиологически активных веществ на поражаемость бурой ржавчиной и баланс эндогенных цитокининов растений пшеницы

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние физиологически активных веществ на поражаемость бурой ржавчиной и баланс эндогенных цитокининов растений пшеницы"

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ЛАРИНА Светлана Юрьевна

УДК 582.4 : 632.4+577.175.8

ВЛИЯНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПОРАЖАЕМОСТЬ БУРОЙ РЖАВЧИНОЙ И БАЛАНС ЭНДОГЕННЫХ ЦИТОКИНИНОВ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ

03.00.12—Физиология растений 06.01.11 — Защита растений от вредителей и болезней

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

*

с/1-

МОСКВА 1991

Работа выполнена в лаборатории иммунитета растений к вредным организмам Всесоюзного научно-исследовательского института защиты растений и в лаборатории физиологии иммунитета растений Главного ботанического сада АН СССР.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Н. Н. Гусева.

Научный консультант — доктор биологических наук Ю. М. Плотникова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, старший научный сотрудник А. М. Умнов; кандидат биологических наук, доцент Т. В. Карнаухова.

Ведущее учреждение— Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.

Защита диссертации состоится . 9 . . . ,

1992 г. в » час. на заседании специализированного совета Д 120.35.07 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, ул. Тимирязева, 49, сектор защиты диссертаций.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан <Л/» . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук,

доцент / /уу/?

■Л!У/МСу") А. С. Лосева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теми. Бурая ржавчина пшеницы, вызываемая грибом Puoclnia recóndita Rob.ex Desra.f.sp.fcritici (Erikss), почти регулярно приводит к заметным потерям урожая /Воронкова, 1980/. При развитии эпифитотии бурой ржавчины в фазе цветения происходит снижение урожайности в 2 раза /Гусева, Г978/.

Борьба с ржавчинными заболеваниями весьма затруднена. Применение пестицидов не всегда надежно защищает урожай, но может вызывать загрязнение окружающей среды. Наиболее надежным и экологически безопасным способом защиты является выращивание устойчивых сортов. В связи с этим перспективны исследования физиолого-биохими-ческих особенностей защитных реакций растения и средств нападения патогена, на разных этапах развития заболевания /Гусева, 1986; Андреев, Плотникова, 1989/, Одна из важнейших проблем в исследовании ржавчинных заболеваний заключается в выявлении гормональной регуляции метаболитических процессов, патогенеза / Oaiy, Knoche, 1976; Dekhuijzen, 1976; Pegg, Г976, 1981; Scott.Chakravorfcy, 1982/.

В настоящее время выявлено участие индолилуксусной кислоты■ /ИУК/ и цитокининов /НТК/ в патогенезе стеблевой ржавчины пшеницы /Артеменко и др., 1Э80; Умнов и др., 1978, 1981, 1984; Музыкантов, 1988; Умнов, 1990; Wiese, Grambow, 1986/. В последнее время появились сообщения об исследованиях ЦТК, .гибберел-линов и ИУК в патогенезе бурой ржавчины пшеницы /Попова, 1988; Чкаников и др. 1990/. Однако, экзогенное действие фитогормонов на развитее бурой ржавчины пшеницы и на баланс эндогенных ЦТК в патогенезе этого заболевания изучено недостаточно. Неизвестно остается также и спектр ЦТК растений пшеницы, различающихся по устойчивости к бурой ржавчине.

Цель и задачи исследования. Цель» настоящей работы являлось кс-

следование гормональных аспектов внедрения гриба Р.recóndita и способов снижения развития бурой ржавчины пшеницы путем воздействия физиологически активными веществами /ФАВ/ на баланс ЦТК растения-хозяина и самого патогена.

В задачи исследования входило;

- изучить качественный и количественный состав ЦТК в уредоспо-рах Р.recóndita и влияние гормонов гриба на баланс эндогенных ЦТК растения-хозяина на ранних этапах патогенеза;

- изучить влияние ФАВ на статус ЦТК здоровых и пораженных óypoí ржавчиной растений пшешнш, различающихся по устойчивости;

- выявить влияние ФАВ на ростовые процессы возбудителя бурой ржавчины пшеницы in vitro ;

- исследовать влияние ФАВ на проявление симптомов и развитие болезни у контрастных по устойчивости сортов и изогенных.линий пшеницы;

- исследовать влияние ФАВ с ярко выраженной цитокининовой активностью - дропла на содержание хлорофилла в здоровых и зараженных Р.recóndita растениях пшеницы...

Научная новизна и практическая значимость результатов исследования. Выявлен качественный и количественный состав ЦТК гриба Р.recóndita и показано влияние этих гормонов на баланс ЦТК сортов и изогенных линий пшеницы, различающихся по устойчивости. Изучено действие фитогормонов и ФАВ различной природы на степень развития заболевания. Получены оригинальные данные по влиянию ФАВ на балано ЦТК растений пшеницы, различающихся по устойчивости. Исследовано влияние ФАВ /АБК, дроппа, кинетина, фузикокцина/ на рост P.recocdita in vitro .

Установлено, что гриб Р.recóndita выделяет, в инфекционную кап лв при прораотании и внедрении в листья растения-хозяина цитокини

|НЫ широкого спектра, что изменяет гормональный статус растения. I Обнаружено, что сорта и изогенные линии пшеницы, устойчивые к патогену, активнее метаболизируют внесенные грибом ЦТК. Спектр ЦТК устойчивой линии серии Тэтчер ближе к спектру ЦТК гриба, по сравнению с восприимчивой линией, что может служить своеобразным маркером устойчивости. Обработки такими ФАВ, как АБК, дропп, ки-нетин, базуран влияют на степень развития заболевания.

Выявлено, что обработка семян и листьев пшеницы дроппом заметно влияет на содержание хлорофилла, а также на значение отношения Хл"а"/Хл"в" и некоторые параметры структуры урожая.

Положения и выводы диссертации, расширяющие представления о физиологии взаимоотношений патогена и растения-хозяина, а также о влиянии ряда ФАВ на баланс ЦТК растения-хозяина и самого возбудителя, могут быть использованы в учебно-методическом процессе при подготовке лекций по физиологии больного растения, фитопатологии и микологии в университетах и с.-х. институтах.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на производственных совещаниях лаборатории иммунитета растений к вредным организмам ВИЗР /г.Ленинград, 1988, 1989, 1990/, на 1-й Всесоюзной школе-семинаре по ИФА фитогормонов /г.Уфа, 1989/, межлабораторном семинаре ГЕС АН СССР /г.Москва, 1990/, научно-практической конференции "Физиолого-биохимические и генетико-селекционные основы иммунитета с.-х. растений к грибным болезням" /г.Уфа, 1990/, на конференции молодых ученых ВИЗР "Экологические проблемы защиты растений" /г.Ленинград, 1990/.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 147 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, зклгочавдей главу, посвященную

материалам и методам исследования и 5 глав результатов исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация включает II таблиц и 24 рисунка. Список литературы содержит 251 "название, среди них 149 иностранных.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Объекты и методы исследования Объектами исследования служили уредоспоры гриба Puccinia recóndita Rob, ex Desm.f'.ep. tritici ( Erikss. ) /штамм расы №151 из дербентской популяции возбудителя/, здоровые и зараженные растения пшеницы сортов Саратовская 29 /восприимчивый, тип реакции 3+;/, Саратовская 46 /устойчивый, тип реакции 0;—X;/, и изоген-ных линий серии Тэтчер - Ьг1 /0;/, Lr2c /3+;/, Использованные сорта и изогенные линии пшеницы относятся к виду Triticum aesti-vum . Заражению подвергали 7-8 суточные проростки с достаточно развернувшимся первым листом. .

Выделение и очистку эндогенных цитокйнинов проводили по модифицированной методике Вал Онкелена и -Де Грифа / Onkalea van, De Greef, 1980/. Раетчтельный материал фиксировали кипящим 96% этанолом, ЦГК экстрагировал^ Ь0% этанолом, этанол отгоняли под вакуумом. Водную фракцию очищали последовательно нерастворимым поливинилпирролидоном /"Поликлар АТ", США/, гексаном, дизтиловшл эфиром и экстрагировали ЦТК водо-насыщенным бутанолом. Бутанол вы паривали досуха, а остаток переводили в метанол. Метанольный.эк-' стракт хроматографировала на колонке ВЭЖХ "Ультрасфер fip-ia" в . линейном градиенте растворителя вода-ацетонитрил 0-100$, в течение 30 мин. /хроматограф Wuters 501 США/. Скорость тока раствори теля 4 мл/мин., количество фракций - 15. Элюат выпаривали досуха н переводили в 80% этанол из распета I г сырой массы в 2 мл.

Для исследования ЦТК в водной среде, на которой прорастали уре .4

доспоры, их рассеивали в чалки Петри /I мг/мл/. Через 3 часа отфильтрованный экстракт фиксировали этанолом. Этанол отгоняли под вакуумом и ЦТК экстрагировали водо-насыщенным бутаноло:/, Далее проводили ВЭЖХ как указано выше.

Активность ЦТК в экстрактах определяли амарантусовым опотестом / Blddlngton, Thomas, 1973; Мазмн и др., 1976, 1982/. В чашку Петри для биотеста помещали экстракт из расчета I г сырой массы /г.с.м./ листьев. Для количественной оценки содержания ЦТК в I г.с.м. листьев проводили пересчет активности пиков в кг зеатин-эн-вивалента /ЗЭ/ по калибровочному графику, используя формулу Гамбурга-Максимова /Гамбург, Максимов, 1956/.

Определение длины ростковых трубок у проросших уредоспор Р.ге-condita проводили после фиксации последних Ъ% глутаровым альдегидом через 2 часа после начала прорастания, затем препараты фотографировали с помощью фотонасадки Mf-Matic . При подсчетах с пленок использовали компьютерную систему Моп-Вадеоплан /Австрия/.

Для обработок растений применяли следующие физиологически активные вещества: абсцизовую кислоту /АБК/ /Серва, ФРГ/ - и 4хЮ~4М;¿-нафтилуксусную кислоту /НУК/ /Серва, ФРГ/ - 2,5х10"~4М; кинетин /Хекапол, ЧСФР/, дропп /д.в. тидиазурон/ /Шеринг, ФРГ/ -5хЮ~5М и 2,5хЮ~4М; баэуран /БНЦ УрО АН СССР/ - 500 мг/л; фузи-кокцин /ФК/ /ВНИИ с.-х. биотехнологии, СССР/, ФТУС и АТБ /Болгария/ - Проростки пшеницы обрабатывали ФАВ за I сутки до заражения и через I сутки после него.

Определение содержания хлорофилла в листьях здоровых и зараженных растений пшеницы под влиянием обработок дроппом проводили.спе-ктрофотометрически /Гавриленко и др., 1975; Музыкантов и др., 1979/.

Опыты проводили в 3-5 кратной повторкости. Результаты обрабатывали статистически: рассчитывали ошибки среднего, ошибки опыта, t -критерий Стыодента, HCPq^, коэффициент корреляции г /Журбкц-

5

кий, 1968; Доспехов, 1985/.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Идентификация эндогенных ЦТК при высокоэффективной жидкостной хроматографии /БЭЖХ/.

Методом хроматографии стандартов было определено среднее время удержания /RT / на колонке "Ультрасфер ЕР-18 ": зеатина - кг =21 мин. /объем элюата 72-88 мл - фракция III/,и зеатин-рибозида _ нт =13 мин. /объем элюата 48-64 мл - фракция II/. Кроме этих фракций, в экстрактах присутствовали и другие активные соединения, а также ингибитор биотеста. По литературным данным / Onkelen vao, Pe Graef, 1980; íokota et al., 1980; Brarmer, 1981/, а также по анализу характера поведения в градиенте растворителей был сделан вывод о присутствии в экстрактах глюкозидов зеатина и, возможно, Ш1А, ихМ на колонке - 4 мин. /объем элюата 0-16 мл - фракция I/» и, кроме того, были обнаружены трудноподвижные фракции /объем элюата 104-120 мл/, имеющие сродетво к ацетонитрилу, что свидетельствует в пользу-метилтиопроизводных зеатина и ИПА: ЕТ = =28 мин. - фракция 1У. Анализ изменения активности ЦТК растений . пшеницы под влиянием АШ также свидетельствовал в пользу именно . таких соединений /табл.3/,..так как при обработке АБК часто усаливается катаболизм нуклеиновых кислот /Plie't, 1370/,

2. Влияние заражения Р.recóndita на баланс эндогенных НТК ,; в листьях некоторых сортов и линий пшеницы,.различадь. • • ¡цихся по устойчивости, на ранней стадии патогенеза. •

2.1. Цитоккниновая активность проросших уредоспор Р.recóndita Но о. ex Deats.f .ep.tritioi С Erlkaa. ) .'••..'/•.■'.•'

В проросших уредоспорах возбудителя цитокининовая активность была выявлена практически во всем спектре, Веществ, ингибирутацйх биотест, обнаружено не было /рис.1/. Наибольшая активность ЦТК

°54í в %% от

контроля

Ж. . JLЕ- JL^ JlaZ.

60 _5й.

160 140 120

100 80

60 40

"Г

Л

4-

S

Ú0 мл JD0%

адетояитрила

Условные обозначения:

j^/j- вероятность отличия от контроля - 95%

0- - "2

ZS - зеатш-глюкозид ZIL - зеатин-рибозид Z - зеатин

fjjl - метилтиопроизвод-ные эеатина

РисЛ. Гистограммы цитокининовой активности проросших vpenocriop P'Jüüinia recóndita /А/; листьев пшеницы сорта Саратовская 29, здоровых /Ь/ и заряженных Р..recóndita /43 час. после инокуляции/ /3/

/140-160$ от контроля/ отмечалась во фракции III, причем общее содержание ЦТК составляло в этой фракции 318 нг зеатин-эквивален-та на I г спор. Во фракции II содержание ЦТК составляло 129 нг ЗЭ на I г спор /табл.1/;

Таблица I

Содержание ЦТК /нг ЗЭ/г.с,м./ в уредоспорах Р.recóndita , здоровых и зараженных листьях пшеницы

Содержание ЦТК в объемах элюата Ал/

0-24 24-48 48-72 72-96 96-120

Проросшие уредоспоры 10 44 129 318 26 527

Сорт Саратовская 29

/здоровые листья/ 3,2 0 0 0,3 0 3,5

-"- -V, заражение 48 ч 2,2 0 3,5 2,3 6,0 14,0

Сорт Саратовская 46

/здоровые листья/ 0 0 0 0 0,3 0,3

—заражение 48 ч 6,2 ' 0,2 . 0,8 0,2 0 7,4

Линия Ьг 2с '

/здоровые листья/ • 0,4 0,3 0 0 0,5 . 1,2

-"- -"-, заражение 48 ч 13,6 5,3 7,0 25,5 2,5 53,9

Линия Ьг 1

/здоровые листья/ 0,5 1.3 2,6 0 4,4 8,8

-"- -"-, заражение 48 ч 14,0 7,3 13,6 21,1 11,9 67,9

НСР05 = 0,9 нг ЗЭ/г.с.ы.

Как следует из таблицы I, общее содержание ЦТК проросших уре-доспор /52? нг ЗЭ/г/ в 100-200 раа превышает ах содержание в здоровых листьях пшеницы, что, по мнению А.М.Умнова /1990/ и М.С.Фурсовой с сотр. /1991/ является вполне достаточным для воздействия на гормональный статус растения-хозяина.

2.2 Влияние заражения P.reoondita на баланс цитокшшнов в листьях восприимчивых и устойчивых растений пшеницы на ранней стадии патогенеза Первый этап развития P.racondita в тканях растения-хозяина /1-2 суток после инокуляции/ является для патогена наксэлс-е критическим. Именно в этот период патоген должен обеспечить для своего развития достаточный приток метаболитов, что наблюдается в совместимой комбинации /Умнов, 1990/. Выделение ЦТК из прорастающих уредоспор привело к резкому увеличению нитокининовой активности в больных листьях пшеницы восприимчивого сорта Саратовская 29: так, 1ITK активность фракции II возросла с 0 до 160$ от контроля, фракции III - со 120% до 160$, фракции 1У - с 0 до 170% /рис.1/. Общее содержание ЦТК возросло в 4 раза /таблЛ/. Коэффициент корреляции ^ свидетельствовал о тесной связи спектров ЦТК гриба и больных листьев пшеницы этого сорта /табл.2/.

В то же время, в листьях пшеницы .устойчивого сорта Саратовская 46 было отмечено значительное увеличение активности ЦТК только во фракции I - с 0 до 165$ от контроля /рис.2/. Общее содержание ЦТК достигало 7,4 нг ЗЭ/г сырой массы листьев, при этом 84$ приходилось на долю фракции I /табл.1/. Коэффициент корреляции показал отсутствие достоверной связи между спектрами ЦТК гриба и растения-хозяина в этой комбинации /табл.2/.

Весьма тесная корреляционная связь между спектрами ЦТК патогена и зараженных листьев пшеницы отмечалась у изогенных линий серии Тэтчер /табл.2/. При этом содержание ЦТК в зараженных листьях линий Ьг2с' и Ьг1 достигало десятков нг ЗЭ/г /табл.1/. В то же время, относительное увеличение уровня гормонов при заражении у восприимчивой линии Ьг2с было в 40 раз, тогда как у устойчивой линии Ll'1 - только б 7,7 раза /таблЛ/. Кромз того, спектр

542

в %% от контроля

2G . ZR .

120

100 80

JásZ

ÜKiittK

н

Рис.2, Гистограммы активности ЩК здоровых и зараженных Р.recóndita листьев пшеницы сорта Саратовская 46 /А, Б/ и изогенной линии Lr 1/В, Г./

Таблица 2

Коэффициент- корреляции г между активность» ЦТК в экстрактах проросших уредоспор Р.recóndita , здоровых и зараженных листьев пшеницы /фракции 40-120 мл/

Коэффициент корреляции г 11 факт. tTeop.05

г., между уредоспорами и зараженными листьями 0,810 3,90 2,31

с.Саратовская 29

и 0,337 1,19 2,31

г2 с.Саратовская 46

п 0,842 4,42 2,31

г3 линии Ьг 2с

и Г4 ~ ~ 0,827 4,15 2,31

ЛИН"Л Ьг 1

г между уредоспорами и здоровыми листьями 0,670 2,57 2,31

^ ЛИНИИ Ьг 1

II гг ~ ~ 0,420 1,31 2,31

ЛИНИИ Ьг 20

между зараженными листьями с.Саратовская 29 и 0,651 2,44 2,31

' здоровыми, обработанными АШ

между уредоспорами и здоровыми листьями 0,860 4,54 2,31

8 им«« Lf 2с, обработанными базураном

ЦТК здоровых листьев линии был близок к спектру ЦТК уредо-

спор /рис,2, табл.2/, а спектр ЦТК здоровых листьев линии Ьг2о но соответствовал спектру ЦТК P.recondita /табл.2/.

По данным Э.В.Поповой /1988/, интенсивное заражение растений пшеницы возбудителем бурой ржавчины, через I сутки после инокуляции приводило к резкому возрастанию активности ЦТК в совместимой комбинации, в то же время, устойчивый сорт реагировал заметным снижением активности ЦТК, что в какой-то степени совпадает с нашими результатами. Вероятно, устойчивее к бурой ржавчине растения пшеницы способны ка& мотаболизировать вносимые патогеном ЦТК до менее активных связанных форм, так и меньше "реагировать" на грибные ЦТК, поскольку спектр гормонов при этом меняется сравнительно мало. Возможно, что изменения спектра ЦТК растения в сторону грибных гормонов играет определенную роль в патогенезе Р.recóndita , в этом случаеспектр ЦТК растения-хозяина и его изменение под влиянием патогена может являться своеобразным биохимическим маркером устойчивости растения.

3. Влияние физиологически активных.веществ на бэланс ЦТК.

здоровых и зараженных Р.recóndita растений пшеницы ЯЛ Влияние АШ и заражения P.reaondtta на гормональ- '

ный статус растений пшеницы ч,

Известно, что гормоны-антагонисты цатокининов могут препятствовать повышению уровня ЦТК в растениях и даже снижать его. Особенно это касается АБК и антицитокининов из группы гсиримидинов ' / Saha et al., 1983; Hacht, 1980/. Однако, в наших опытах,' обработка АШ /4x10"%/ здоровых листьев пшеницы сорта Саратовская 29 приводила к значительному увеличению уровня ЦТК /табл.3/. При атом спектр ЦТК обработанных АБК здоровых листьев пшеницы этого сорта приближался к спектру ЦТК зараженных грибом, но не

рбработанных гормоном листьев /табл.2/. Как отмечалось выше, такой сдвиг гормонального статуса мог неблагоприятно повлиять на развитие патогена* В случае двойного стресса содержание ЦТК в больных листьях сорта Саратовская 29 возросло еще на порядок и составило болео 300 нг ЗЭ/г, причем 85$ ЦТК приходилось на фракцию 1У /табл.3/.

В то же время, обработка АЕК листьев пшеницы сорта Саратовская 46 не приводила к заметному изменению уровня ЦТК в здоровых .тао-тьях - он оставался такой же низкий /табл.3/. В случае заражения активность ЦТК снижалась ниже порога чувствительности биотеста, и, кроме того, заметна возрастала активность ингибиторов биотеста.

Таблица 3

Влияние АЕК /4хЮ~^М/ на содержание ЦТК /нг ЗЭ/г.с,м./ в здоровых и зараженных Р.recóndita листьях пшеницы

Образец Содержание ЦТК в объемах элюата /мл/ gcero

0-24 24-48 48-72 72-96 96-120

Сорт Саратовская 29

здоровые листья + АЕК 3,0 0 3,5 1.3 5,0 12,8

заражение 48 ч + АШ 0 3,0 40 4,0 276 323,0

Сорт Саратовская 46

здоровые листья + АНК 0 0 0,1 0 0 0,1

заражение 48 ч + АШ 0 ■ 0 0 0 0 0

Таким образом, при совместимой комбинации наблюдается весьма резкие сдвиги'в гормональном балансе растения-хозяина, связанные, вероятно, о усиленным катаболизмом тИЖ и освобождением ЦТК. Это усиление катаболизма тРНК вызвано, по-видимому, повышением активности нуклеаз /Чигрин, 1986/. Устойчивый же сорт даже в условиях двойного стресса способен поддерживать свой гормональный статус.

3.2. Влияние веществ с цитокининовой активностью и заражения

Р.recóndita на баланс ЦТК растений пшеницы Вещества с цитокининовой активностью /дропп, кинетин/ не только проникали в ткани листа и обнаруживались в экстрактах, но также заметно повышали активность ЦТК ряда других фракций за счет, вероятно, своих метаболитов и влияния на синтез ЦТК, Максимальная цитокининовая активность при обработке листьев дроппом /5х10-5М/ наблюдалась во фракциях с объемом элюата 48-64 мл, кинетином -72-68 мл« При этом общая активность ЦТК здоровых листьев пшеницы сорта Саратовская 29, обработанных дроппом, была в 1,3 раза выше, чем зараженных /табл.4/. Активность ЦТК зараженных Р.recóndita и обработанных дрог,том листьев во фракции 1У была даже ниже, чем зараженных листьев без обработки. На 230$ понизилась активность ЦТК во фракции I.

Таблица 4

Влияние дропла /5х10-5М/ и кинетика /2,5х10~4М/ на суммарную активность ЦТК /выражено как суммарный прирост . пигмента иетацианина по фракциям/ здоровых и зараженных Р.recóndita листьев шеницы

Суммарная активность ЦТК j%% к Образец контролю/ во фракциях /мл/_Всего

0-24 24-48 48-72 72-96 96-120

Сорт Саратовская 29

здоровые листья + дропп +325 +160 +940 +265 +190 +1880

заражение 48 ч + дропп +95 +135 +910 +185 +125 +1450

Сорт Саратовская 46

здоровые листья + кинетин +160 +170 +520 +9 60 -£60 +2170

зара«ение 48 ч + кинетин +175 +225 +S25 +875 , +310 +2210

Обработка кинетином /2,5х10-4М/ листьев пшенииы сорта Саратовская 46 пряяодила к повышению активности ЦТК в ряде фракций /табл.У

Наиболее заметные сдвиги отмечались во фракции с объемом элюата 24-48 мл и фракции 1У. В первом случае активность ЦТК была больше в больных листьях, а во втором - в здоровых. Некоторое снижение /относительно здоровых, обработанных гормоном растений/ активности ЦТК в больных листьях, вероятно, объясняется частичным метаболизмом ЦТК, вносимых грибом и обработкой.

Таким образом, заметное снижение /относительное и даже абсолютное/ активности ЦТК в экстрактах из листьев пшеницы сорта Саратовская 29 могло коррелировать с усилением активности ферментов, метаболизирувдих вносимые грибом и обработкой ЦТК. Такого же общего снижения активности ЦТК в листьях пшеницы сорта Саратовская 46. отмечено не было, хотя в ряде фракций тенденция к такому снижению имела место. Полученные результаты дают возможность предполагать также снижение развития Р.госоп<11/Ьа под влиянием обработки дроппом, но не кияетином.

3.3. Влияние препарата базуран и заражения Р.гесопсИЛа на баланс эндогенных ЦТК растений пшеницы изогенной линии Ьг2с серии Тэтчер Предварительные опыты по оценке цитокиниковсй активности базу-рана в амарангусовом биотесте показали, что при концентрациях препарата от X мг/л до 100 кг/л достоверной активности ЦТК обнаружено не было. В то же время, обработка базураном б концентрации 500 вд'/л здоровых растений линии ,1>г2о приводила к резкому увели--чению содержания ЦТК в листьях: так, содержание ЦТК возросло во фракции II с 0 до 10,6 нг ЗЭ/г, во фракции 1У с 0,5 до 5,7 нг 33 на I г сырой массы. Общее содержание ЦТК увеличилось в 16 раз /табл.1 д. 5/.

Обработка базураном и заражение Р.гесоссИ^а не приводили к дальнейшему росту содержания ЦТК в больных листьях - общее содер-

Оканио ЦТК уменьшилось на 10$ по сравнении с больными, необработанными препаратом листьями. Особенно сильно /на 35%/ снизилось содержание ЦТК во фракции III /зэатина/ /табл.1, 5/,

Таблица 5

Влияние базурана /500 мг/л/ на содержание ЦТК /нг ЗЭ/г.с.м./ в здоровых и зараженных Р.recóndita листьях пшеницы линии Ьг2о серии Тэтчер

Содержание ЦТК в объемах элюата

Образец----/mji¿— Всего

0-24 24-48 48-72 72-96 96-120

линия Ьг2о

здоровые листья г Йа~уран 2,6 0,4 10,6 0,2 5,7 19,5 заражение 48 ч + базуран 17,6 2,2 7,5 16,7 4,8 48,8

Таким образом, базуран, с одной стороны, повышает содержание ЦТК и, особенно, зеатин-рибозидную активность листьев пшеницы, а с другой - несколько снижает активность ЦТК при заражении ржавчиной, что может влиять на устойчивость и продуктивность растения. Этот препарат триазоловой природы может быть перспективен как индуктор синтеза ЦТК и, соответственно, способствовать усилению синтеза хлорофилла, белка и таким образом повышать устойчивость растения к различного рода стрессовым воздействиям.

4. Влияние физиологически активных веществ на прорастание

уредоспор и скорость роста P.recondita in vltro Физиологически активные вещества с цитокининовой и антицитоки-никовой активностью могли влиять на баланс ЦТК патогена уже па сама начальных этапах его развития, т.е. при прорастании уредоспор.АБК р.о всех случаях эффективно подавляла прорастание уредоспор, тогда

Таблица Б

Влияние некоторых физиологически активных веществ на рос:овые процессы P.reoondlta in vitro

на прорастание уредоспор на рост ростковых трубок

Серия Вариант %% проросших уредо- Вариант опытов_ спор от контроля_

Длина ростковых трубок /в %% от контроля/

вода

/контроль/

АЕК /4х10"7М/

АБК /4хЮ~^М/

дропп

/5X10"%/

дропп

/5хЮ_6И/

вода

/контроль/

АЕК AxICTV

дропп

/5x10"% кинетин

/5хЮ~бМ/

100 46++

44++

I58++

I42++, 100

63^ 83++

100

78+ 124+ 87

/контроль/ АБК /4хЮ_5М/ дропп

/5x10'^/ кинетин /5х10~%/ фузикокцин /10-%/

+ - Различие с контролем достоверно при Р=0,05 - Различие с контролем достоверно при Р=0,01

94

% прорастания уредоспор на воде: в I серии опытов - 38%

во Я - 80-95$

I

П

как дропп заметно стимулировал прорастание уредоспор, частично потерявших всхожесть. В случае свежесобранных спор с высокой жизнеспособностью, дропп и кинетин несколько подавляли их прорастание /табл.6/» Возможно, это связано с уровнем эндогенных ЦТК уредоспор: снижение уровня гормонов ниже определенного порога, вызванное кок искусственно /например, гормоном-антагонистом/, так и естественным образом /например, распад за счет ферментов/, могло способствовать потерй жизнеспособности спор. Кроме подавления прорастания уредоспор, АЕК зачетно /на 22$/ замедляла скорость роста гриба, что выражалось в образовании коротких ростковых трубок. Дрлш, напротив, резко усиливал скорость роста ^.recóndita . /табл.6/. Кинетинфузикокцин в этом случае не проявили заметного действия.

Эти данные свидетельствуют, что такие ФАВ, как АБК в дропп, оказывают противоположное влияние на ростовые процессы Р.recóndita у*е на самых ранних этапах развития патогена и, тем самым, могут влиять на его способность к инфицированию растения-хозяина, о. Влияние физиологически активных веществ на степень

развития бурой ржавчины пшеницы Учитывал действие Р.recóndita на баланс ЦТК растения-хозяина и возможное действие ФАВ на развитие патогена как в эктофитной, так и в эндсфитной стадиях /воздействие на баланс ЦТК/. были исследованы эффекты ряда ФАВ на степень развития заболевания. Из данных табл.7 следует, что ASÍ, дропп и базуран в большинстве случаев подавляли развитие бурой ржавчины, а кинетин стимулировал развитие заболевания. Производные дкфенилмочевины АТБ /№-/3-окси-карййнш1фекил/~}£-£ишилткэмэчевина/ и ФТУС Д-фенил-.'С-/4-оксикар-бокидфеннг/тиомэчзвиыа/ подавляли развитие бурой ржавчины на copre Саратоьскы! 23, но несколько стимулировали ее развитие на ли-.

Таблица 7

Влияние обработок физиологически активными веществами на интенсивность ' развития бурой ржавчины у сортов и линий пшеницы, различающихся по устойчивости /в %% от контроля/

: - . Физиологически активные вещества

Вариант

" - АШ кинйтин дропп базуран НУК $К ФТУС АТБ

ИГ4!! 4хПГ4М 5х10_5М 2,5x10"^ 5хЮ_5М 500мг/л 2,5x10^КГ5!,} Ю_5М 10-5М

с.Саратовская 29 73,9 44,7^ 143, 95,9 47,44"1" 84,2 112,1 88,3 82,3 79,3+

с.Саратовская 46 69,4+ 46,0++ 36,3 128,9+ 119,3 55,2^ ' 123,0 - - -

линия, Ьг 2с 76,2 50,0+ 93,0 109,2 47,в4^ 62, б44 ' 98,1 103,4 126,2+ + Н5,:

линия Ьг 1 0 - 0 хл хл хл 0 0 - - -

+ - Различие с контролем достоверно при Р*0,05 ++ - Различие-с контролем достоверно при Р-0,01 хл - Появление массовых хлорозов 0 - Нет реакции на заражение — Нет данных

и

'-О

>нии Ьг2о , причем стимулирующий эффект ФХУС был более сильным. Кинетин в концентрации 5x10 М увеличивал количество пустул на листьях восприимчивого сорта Саратовская 29 на 44$, .а при концентрации его в 5 раз выше заметно возрастала интенсивность развития заболевания и на устойчивом сорте Саратовская 46. АуксинНУК не проявил заметного стимулирующего или ингибирующего действия на развитие заболевания, что, вероятно, связано с тем,, что ауксины не играют заметной роли в патогенезе бурой ржавчины пшеницы /Чка-ников и др., 1990/.

Обработка растений пшеницы данными ФАВ не приводила к изменению типа реакции растения на заражение, менялась только интенсивность развития заболевания.

6. Влияние обработок дроппом на содержание хлорофилла в здоровых и пораженных бурой ржавчиной растениях пшеницы сорта Саратовская 29 В литературе отмечается положительное влияние дроппа.на синтез хлорофш^ла, скорость роста листьев и продуктивность ячменя и некоторых многолетних злаков /Чернядьев и др., 1987; Tsenova » 1987/. Однако, его действие на содержание хлорофилла при заражении пшеницы P.repondita остается неизвестным. В нашем вегетационном опыте дропп также повышал содержание хлорофиллов "а" и "в" в 1-ом листе как при обработке листьев, так и при обработке семян /на Ь-12%/. В зараженных листьях наблюдалось последовательное снижение содержания хлорофилла /до 67$ от контроля через 22 суток после инокуляции/. При обработке листьев пшеницы дроппом

/5x10-%

и последующем заражении Р.recóndita содержание хлорофилла через 2-е суток после инокуляции (в 1-ом листе возрастало на 15-20$, а на более поздних этапах патогенеза во флаг-листе снижалось на 30% Наоборот, при обработке семян дроппом /2,5х10~%1/, в больных- ли-

.стьях на первых этапах патогенеза содержание хлорофилла снижалось) на 10%, а в стадии массового спороношения его содержание преныыа-ло зараженный контроль на 26-38$ и недостоверно уступало здоровому контролю. Отношение Хл"а"/Хл"в" в больных листьях было несколько ниже, чем в здоровых, а при обработках дроппом и заражении Р. recóndita оставалось на уровне здорового контроля.

Эти данные свидетельствуют о том, что обработкой семян дроппом можно влиять на синтез хлорофилла и, вероятно, за счет воздействия дроппа на баланс ЦТК, повышать устойчивость фотосинтетичзско-го аппарата к стрессам, в том числе и к заражению P.recondita . Это должно было сказаться и на продуктивности растения. Дейстни-тельно, при обработках семян дроппом как у здоровых, так и у больных растений достоверно возрастало число колосков на I колосе, масса 1000 зерен, по сравнению с необработанными растениями. Кроме того, у здоровых растений заметно увеличивалась продуктивная кустистость /табл.8/.

Таблица 8

Влияние обработок дроппом и заражения P.recondita на структуру урожая пшеницы сорта Саратовская 29 /вегетационный опыт, НЭХ "Снегири"/

Число колос- Масса 1000 Число нормаль-Вариант ков на I зерен /г/ но развитых __колосе_колосьев_

Здоровые растения без обработки /контроль/ ю.о ■ 26,7 2,3+0,7

То же -+ заражение Ц.7 30,0 -

Дропл, обработка семян. 12,7 34,3 3,7+0,7*

То же .ч- заражение 13,3. 37,1 ' -

Дропп, опрыскивание листьев 8,9 27,2 2,8+0,8

То же + заражение 11,0 28,2 -

11С?05 1,3 3,9

* - различие с контролем достоверно при Р=0,05

выводы

1. Возоудмтель бурой ржавчины пшеницы запасает в уредоспорах и выделяет в инфекционную каплю и пораженные растения значительное количество ЦТК -• в 100-200 раз превышающее их содержание в листьях пшеницы.

2. Под влиянием P.recondita в листьях пшеницы восприимчивого сорта резко возрастает содержание ЦТК ухе в инкубационный период развития заболевания, а их спектр изменяется и приближается к спектру ЦТК патогена, что свидетельствует о прямом внесении гор-мснов P.recondita в листья пшеницы.

3. Внесенные P.recondita ЦТК не в состоянии резко изменить гормональный статус растений устойчивого сорта: растение-хозяин способно метаболизировать их с образованием связанных форм /глю-козидов/.

4. Спектр ЦТК здоровых растений изогенной линии Lrl серии Тэтчер, устойчивой к данному штамму P.recondita , является

более близким к спектру ЦТК патогена, чем спектр восприимчивой линии Ьг2с , что по-видимому, имеет значение для конечного проявления свойства устойчивости- при заражении спектр ЦТК у линии Lr1 сдвигается в сторону спектра ЦТК патогена не так сильно, как у линии Lr2c .

5. Выявлены различил в реакции растений пшеницы на "двойной стресс" /обработка физиологически активным веществом + заражение/: устойчивый сорт при обработке АБК поддерживает свой гормональный статус, тогда как з совместимой комбинации происходит резкое увеличение содержания ЦТК, связанное, вероятно, с процессами катаболизма нуклеиновых кислот. Под действием веществ с цитокини-ново?. активностью /дрэпп, кинетак/ отмечено повышение уровня ЦТК

в листьях шц1;н:гш, но е условиях "двойного стресса" дропп способен

частично понижать активность грибных ЦТК /трудноподвижные фракции/, что может быть связано с общим подавлением развития заболевания. Цинетин не оказывал заметного влияния на баланс ЦТК растений пшеницы в условиях "двойного стресса" и это приводило к увеличению интенсивности развития бурой ржавчины.

6. Препарат триазоловой природы - базуран индуцирует резкое увеличение активности ЦТК у здоровых растений пшеницы, а также изменяет спектр ЦТК, который приближается к спектру ЦТК уредоспор. При "двойном стрессе" активность ЩК несколько снижается, особенно во фракции зеатина. Вероятно, это изменение спектра ЦТК способствовало уменьшению развития бурой ржавчины.

7. АБК подавляет прорастание уредоспор P.recoadita и замедляет рост образующихся ростковых трубок, следствием чего являетсц подавление развития заболевания. Вещество с иитокининовой актиЕ1-ностыо - дропп, напротив, ускоряет рост ростковых трубок гриба,

а также способен стимулировать прорастание уредоспор. Фузикокцин не влияет на скорость роста P.recondita и интенсивность развития заболевания.

Методические рекомендации

1. Для поиска источников устойчивости и анализа гибрадов пшеницы на устойчивость к P.reoondita целесообразно использовать в качестве одного из маркеров качественный состав /спектр/ ЦТК.

2. .Предложена модифицированная методика очистки и определения ЦТК из растительного материала, сочетающая ВЭЖХ и биотестированиа.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1. Ларина С.Ю., Музыкантов В.П. Участие цитокининов в патогенезе стеблевой и.бурой ржавчины пшеницы// Экол. проблемы защиты раст.: Тез. доил. конф. молодых ученых. -Л., 19Э0. -С.286.

2. Музыкантов В.И., Ларина C.Ü., Гусева H.H. Цитокинины в патогенезе стеблевой и бурой ржавчины пшеницы// Облигатный парази-

*изм. Цитофузлологичеокне аспекты. -М.: Наука, 1991. -С.41-47. I

3. Ларина С.Ю., Музыкантов В.П., Рункова Л.В. Влияние Физиологически активных веществ на развитие бурой ржавчины на некоторых сортах и изогенкых линиях пшеницы// Там же. -С.47-51.

4. Музыкантов В.П., Ларина С.Ю. Цитокинины в растениях пшеницы, различающихся по устойчивости к бурой ржавчине// Вопросы теории и практики защиты интродуцированных растений от вредителей, болезней и сорняков.: Тез. докл. Х1У раб. совещания руководителей служб.защиты растений бот. садов СССР. -Киев, 1991. -С.16-17.

5. Ларина С.Ю., Музыкантов В.П. Влияние абсиизовой кислоты на развитие бурой ржавчины пшеницы и баланс эндогенных цитокининов// Тез. докл. 2-го съезда ВОФЕ. -М., 1991. -С.^,