АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ У СОРТОВ СОИ С РАЗЛИЧНОЙ

НТП: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 633.34(571.61):632.4
АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ У СОРТОВ СОИ С РАЗЛИЧНОЙ
СТЕПЕНЬЮ УСТОЙЧИВОСТИ К СЕПТОРИОЗУ
Е.А. СЕМЕНОВА, кандидат биологических наук,
ведущий научный сотрудник
С.А. ТИТОВА, аспирант
Л.К. ДУБОВИЦКАЯ, кандидат сельскохозяйственных
наук, доцент
Дальневосточный ГАУ
E-mail: elenasemen@yandex.ru
Резюме. Септориоз, ржавая пятнистость (возбудитель Septoria
glycines Hemmi. Syn.) – один из важнейших биотических факторов, снижающих урожайность сои. В задачу исследования
входило определение активности ферментов (пероксидазы,
каталазы и кислой фосфатазы) в здоровых и пораженных септориозом листьях устойчивых и восприимчивых сортов сои.
У устойчивых сортов активность пероксидазы в пораженных
листьях была значительно выше (в 2-4 раза), чем в здоровых, во
все фазы развития. У восприимчивых сортов она незначительно увеличивается в фазе третьего тройчатого листа, а в фазах
цветения и бобообразования остается на уровне здоровых или
даже снижается (сорт Хейхэ 14). Активность каталазы в листьях
пораженных септориозом ниже, чем в здоровых. Наибольшее
уменьшение активности каталазы (в 3-4,6 раза) наблюдается в
фазе третьего тройчатого листа у устойчивых сортов. Удельная
активность кислой фосфатазы в пораженных листьях устойчивых
растений остается на уровне здоровых (К9979 В-70, сорт Хабаровская 98) или снижается в 1,5-3,5 раза (сорт Вега). У восприимчивых сортов она уменьшается, по сравнению со здоровыми,
в 5-7 раз. Таким образом, у устойчивых сортов сои пораженных
септориозом наблюдается значительное повышение активности пероксидазы, активность каталазы снижается, активность
кислой фосфатазы снижается незначительно или остается на
уровне здоровых растений. У восприимчивых растений инфекция вызывает существенное нарушение метаболических процессов и приводит к снижению урожайности в среднем на 40 %.
Полученные данные могут служить критерием устойчивости сои
к S. glycines и их следует учитывать в практической селекции.
Ключевые слова: соя, септориоз, пероксидаза, каталаза,
кислая фосфатаза.
Основной соесеющий регионом на Дальнем Востоке – Амурская область, где сосредоточено 60 % её
посевов. Производство и реализация сои занимает
ведущее место в экономике хозяйств всех форм собственности в этом регионе. В 2011 г. площадь, занятая
этой культурой, в области достигла 500 тыс. га, а средняя
урожайность — 11 ц/га [1].
Сбор сои в значительной степени зависит от влияния ряда различных факторов, в том числе поражения
болезнями и вредителями. Особенно вредоносны такие
инфекции, как пероноспороз, септориоз, церкоспороз,
бактериоз, которые освоили в качестве дополнительной экологической ниши семена.
Широкое использование пестицидов в борьбе с вредителями и болезнями растений значительно влияет не
только на патогенного возбудителя, но и на растениехозяина, а также на окружающую среду. Наиболее
экономически выгодный и экологически безопасный
метод борьбы – возделывание устойчивых сортов.
Взаимодействие возбудителя и хозяина вызывает
значительные изменения в функциональном состоянии растений, что прежде всего отражается на уровне
ферментативной активности [2, 3]. Поэтому изучение
биохимических особенностей инфицированного растения представляет собой важный этап на пути познания
природы устойчивости к патогенам.
Цель наших исследований – определить удельную
активность пероксидазы, каталазы и кислой фосфатазы
24
в здоровых и пораженных Septoria glycines Hemmi в
естественных условиях листьях сои.
Условия, материалы и методы. Полевые и лабораторные опыты проводили в 2009-2011 гг. на пяти сортах и одном сортообразце сои с различной степенью
устойчивости к септориозу: Херсонская 1 (Украина),
Альбуть (Белоруссия), Хейхэ 14 (Китай), К9979 В-70
(Венгрия), Вега (Амурская область), Хабаровская 98
(Хабаровский край).
Пробы отбирали в фазах третьего тройчатого листа, цветения, бобообразования в одно и то же время
– утром после спада росы. Все учеты проводили по
методике ВИР [4].
Активность пероксидазы определяли по методу
Бояркина [5], каталазы – газометрическим способом
[5], кислых фосфатаз – колориметрическим методом,
основанным на количественном учете неорганического
фосфора, образующегося при расщеплении органических фосфорных соединений в строго определенных
условиях под действием этого фермента [6]. Определение белка проводили методом Лоури [7]. Биологическая
и аналитическая повторности опытов 3-кратные. О достоверности различий между пораженными и здоровыми (контрольными) растениями судили по t-критерию
Стъюдента при уровне вероятности (р) 0,05.
Результаты и обсуждение. До фазы третьего
тройчатого листа все сорта поражались септориозом
слабо. Болезнь достигала высокого уровня к периодам
цветения и начала бобообразования.
К фазе цветения степень развития болезни увеличилась у восприимчивых сортов Херсонская 1, Альбуть
и Хейхэ 14 ~ в 4 раз. У слабопоражаемых сортов Вега и
Хабаровская 98, а также сортообразца К9979 В-70 септориоз нарастал медленно, пораженность увеличилась
~ в 2 раза и составила 5,9…10,7 % (табл. 1).
S. glycines поражает старые ткани растений и достигает наибольшего развития во второй половине
вегетации. Степень поражения листьев устойчивых
сортов в фазе бобообразования в среднем за 3 года
составляла 20,5…25,2 %, восприимчивых – 55,0…
78,2 %. Меньше других в годы исследования поражался
септориозом сортообразец К9979 В-70, к сильновосприимчивым отнесен сорт Хейхэ 14.
Важную роль в развитии устойчивости растений
к патогену играет пероксидаза, которая участвует в
детоксикации активных форм кислорода, образующихся в ходе физиологического стресса, вызванного
патогенезом [8].
Удельная активность этого фермента в пораженных
листьях устойчивых сортов сои значительно выше, чем
в здоровых. В фазе третьего тройчатого листа у сортообразца К9979 В-70 и сортов Вега и Хабаровская
98 она возрастала в 2-4 раза, в фазе цветения – ~
в 2 раза, в фазе бобообразования – в 2-3 раза.
Считается, что активация пероксидазы в тканях растений, инфицированных патогеном, происходит либо из-за
повышения активности имеющихся в клетке молекул энзима, либо в результате синтеза фермента de novo [9].
Активность пероксидазы в пораженных листьях
восприимчивых сортов как увеличилась, так и уменьшилась, по сравнению с контролем (здоровые листья).
Например, у сорта Херсонская 1 в фазе третьего тройДостижения науки и техники АПК, №4-2012
НТП: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
Таблица 1. Удельная активность ферментов (ед/мг белка) в листьях сои,
2009-2011 гг.
Пероксидаза, Каталаза, Кислая фосПо× 10-4
фатаза, × 10-6
× 10-3
Фенологические
раженСорт
фазы
ность, здоро- пора- здо- пора- здоро- пораженрожен- вые
жен%
вые
ные
вые ные
ные
У растений восприимчивых к септориозу активность кислой фосфатазы
была в 5-7 раз ниже, чем у
здоровых, особенно сильно
величина этого показателя
снижалась у сортов ХерсонУстойчивые
ская 1 и Хейхэ 14.
К9979 3-й тройчатый лист
3,9
128
505
38
13
8
8
В-70
Вероятно, изменение акцветение
8,6
503
882
108
59
31
24
бобообразование
20,5
1057
3171
245
70
89
80
тивности кислой фосфатазы
Вега
3-й тройчатый лист
5,4
111
190
36
9
3
2
в листьях пораженных расцветение
10,7
177
338
106
66
38
12
тений связано с нарушением
бобообразование
25,2
797
1596
154
48
65
33
углеводно-фосфорного и
Хаба- 3-й тройчатый лист
2,7
108
324
37
8
8
7
липидного обменов, которое
ровцветение
5,9
262
463
99
56
25
20
происходит под влияние
ская
98
бобообразование
23,6
1509
2928
235
91
90
81
возбудителя септориоза.
Восприимчивые
Существенные отклонеХер3-й тройчатый лист 10,4
64
120
58
29
6
4
ния в обмене веществ инфисонцветение
42,0
266
242
84
73
31
6
цированных растений, в том
ская 1 бобообразование
65,2
622
639
168
112
120
25
числе в накоплении энергии
Аль3-й тройчатый лист
9,5
74
84
46
27
10
6
и синтезе белка сказались на
буть
цветение
37,2
289
301
110
68
29
11
бобообразование
55,0
405
439
193
96
67
23
продуктивности сои.
Хейхэ 3-й тройчатый лист 12,7
99
112
56
39
17
8
При анализе биометри14
цветение
54,5
269
179
88
70
70
10
ческих показателей растебобообразование
78,2
405
203
135
67
101
21
ний было установлено, что
1,7
1,2
1,6
1,6
НСР05
слабопоражаемые сорта
отличались высокостебельностью и хорошей облиственностью, а восприимчивые
чатого листа она увеличилась в 2 раза, в фазе цветения
в большинстве были низкорослыми, их высота варьи– была ниже, чем у здоровых, а в фазе бобообразования
ровала от 40,9 см у сорта Хейхэ 14 до 65,0 см у сорта
достоверных различий не выявлено.
Херсонская 1 (табл. 2).
У сорта Альбуть в инфицированных листьях активВосприимчивые образцы характеризовались
ность пероксидазы незначительно повышается в фазе
низкими показателями числа бобов, семян и массы
третьего тройчатого листа, а в остальное время остасемян с растения, а урожайность их была меньше, чем
ется на уровне здоровых. У сильновосприимчивого
у устойчивых, в 1,3-2,4 раза. Самый высокий урожай
сорта Хейхэ 14 в фазы цветения и бобообразования
сформировали растения устойчивого сорта Вега, наиона снижается в 1,5 и 2 раза соответственно.
меньший – восприимчивого сорта Хейхэ 14.
Сведения о роли каталазы в формировании взаимоотношений патогена и растения-хозяина противоречивы.
Таблица 2. Показатели продуктивности сои,
Известно о различных ответных реакциях этого фермента
2009-2011 гг.
у устойчивых растений: от сильной активации у овса при
Высо- Число
Масса
заражении корончатой ржавчиной до снижения активнота рас- семян, семян с УрожайСорт
сти у пшеницы пораженной стеблевой ржавчиной [3].
тений,
шт./
расте- ность,
ц/га
см
раст.
ния, г
Удельная активность каталазы в листьях сои пораУстойчивые
женных септориозом была ниже, чем в здоровых (см.
К 9979 В-70
76,4
33,1
4,5
28,4
табл. 1). В фазе третьего тройчатого листа в большей
Вега
82,4
58,7
10,0
39,2
степени (3-4,6 раза) она уменьшается у устойчивых
Хабаровская 98 70,3
54,4
6,4
33,8
сортов. Низкая активность каталазы приводит к суВосприимчивые
щественному накоплению H2O2 в клетке, что создает
Херсонская 1
65,0
41,4
5,6
17,8
Альбуть
60,9
31,6
4,8
26,0
неблагоприятные условия для патогена.
Хейхэ 14
40,9
23,1
3,9
16,0
Увеличение степени поражения листьев в фазе бо20,3
19,8
3,7
2,4
НСР05
бообразования сопровождается снижением активности
каталазы у всех изучаемых сортов сои. Возможно, это
обусловлено разрушением хлорофилла и уменьшением
Выводы. Таким образом, при поражении сои сепинтенсивности дыхания.
ториозом в листьях устойчивых сортов сои наблюдаФосфатазы – ферменты, участвующие в гидролизе
ется значительное повышение удельной активности
сложных эфиров фосфорной кислоты. Они чрезвычайно
пероксидазы. Удельная активность каталазы снижается
широко распространены во всех живых клетках. Согласу устойчивых и восприимчивых сортов, но в большей
но литературным данным, кислая фосфатаза способна
степени у устойчивых в фазе третьего тройчатого листа.
нейтрализовать действие широкого спектра инфекций,
Удельная активность кислой фосфатазы у устойчивых
вызываемых различными микроорганизмами [10].
сортов сои остается на уровне контроля или незначиУ сортов слабопоражаемых септориозом удельная
тельно снижается при заражении. У восприимчивых соактивность этого фермента снижалась незначительно
ртов сои инфекция вызывает существенное нарушение
или сохранялась на уровне незараженных растений (см.
метаболических процессов, что приводит к снижению
табл. 1). У сортообразца К9979 В-70 и сорта Хабаровурожайности в среднем на 40 %. Полученные данные
ская 98 она практически не отличалась от контроля во
могут служить одним из критериев устойчивости сои
все фазы развития. У сорта Вега наблюдалось уменьк S. glycines и их следует учитывать в практической
шение активности кислой фосфатазы в 1,5-3,5 раза.
селекции.
Достижения науки и техники АПК, №4-2012
25
НТП: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
Литература.
1. Посевные площади, валовые сборы и урожайность сельскохозяйственных культур по категориям хозяйств Амурской
области: Стат. сб. Амурстат. – Благовещенск, 2011. – 258 с.
2. Семенова Е.А., Титова С.А., Дубовицкая Л.К. Энзиматическая активность инфицированных листьев Glycine max и Glycine
soja, // Фундаментальные исследования, 2011. – № 12, вып. 4 – С. 708-711.
3. Серова З.Я. Окислительно-восстановительные процессы инфицированного растения – Мн.: Наука и техника, 1982. – 232 с.
4. Методические указания по изучению устойчивости сои к грибным болезням / под ред. Н.И. Корсакова. – Л.: ВИР, 1979. – 46 с.
5. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. – М.: Колос, 1985. – 255 с.
6. Шаройко В.И., Иваченко Л.Е., Селихова О.А. Активность и множественные формы ферментов в семенах сои, полученных в
разных агроклиматических условиях Амурской области. Часть 8. Кислая фосфатаза // Проблемы экологии Верхнего Приамурья
: сб. научн. тр. / под общ. ред. Л. Г. Колесниковой. – Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2002. – Вып. 6. – С. 109-113.
7. Lowry O.H. et al. Protein measurement with the Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. – 1951. – Vol. 193, N 1. – P. 265-275.
8. Анджана Г. И др. Изоформы пероксидазы кодирующие их РНК в листьях подсолнечника после заражения Alternaria
helianthi // Физиология растений, 2007. – Т. 54, № 4. – С. 579-583.
9. Mader M., Walter C. De novo Synthesis and Release of Peroxidases in Cell Suspension Cultures of Nicotiana tabacum L. //
Planta. – 1986. – Vol. 169. – P. 273-277.
10. Naoi N., Teruniko B. Acid phosphatases of aspergillus saitoi: purification and properties // Arel and biochem. – 1977. – Vol.
4, N 10. – Р. 1835-1838.
ACTIVITY OF ENZYMES AT GRADES OF THE SOYA WITH VARIOUS DEGREE OF STABILITY TO
SEPTORIOZ
E.A. Semenova, S.A. Titova, L.K. Dubovitskaya
Summary. Septoria or rusty spottiness (pathogen is Septoria glycines Hemmi. Syn.), is one of the most important biotic factors that
reduce soybean yields. The purpose of the study was to determine the activity of enzymes (peroxidase, catalase and acid phosphatase)
in healthy and diseased leaves, Septoria resistant and susceptible soybean varieties. In resistant varieties of soybean peroxidase activity
in diseased leaves is much higher (2 - 4 times) than in healthy during all phases of development. In susceptible varieties of the enzyme
activity increased slightly in the third phase of ternate leaves, in the phases of flowering and bean development remained at normal
or even decreased (grade Heyhe 14). Catalase activity in leaves infected with Septoria, lower than in healthy subjects. The greatest
decrease in catalase (3 - 4.6-fold) was observed in the third phase of ternate leaves with resistant varieties. The specific activity of
acid phosphatase in infected leaves of resistant plants remained at healthy (in K9979-70, Khabarovsk grade 98) or decreases by 1.5 3.5 times (sort of Vega). In susceptible varieties of soybean acid phosphatase activity decreased in 5 - 7 times compared with the
healthy. Thus, the resistant plants infected with Septoria, there is a significant increase in activity of peroxidase, catalase activity is
reduced, activity of acid phosphatase decreased slightly or remained at healthy. In susceptible varieties of soybean infection causes a
fundamental breach of metabolic processes and leads to lower yields on average by 40%. The data obtained can serve as a criterion
for the stability of soybean to S. glycines and should be taken into account in practical breeding.
Key words: soya, septoria, peroxidase, catalase, acid phosphatase.
УДК 633.853.494:632.93 (470.58)
РЕАКЦИЯ СОРТОВ ЯРОВОГО РАПСА НА УСЛОВИЯ
ПРОИЗРАСТАНИЯ В ЛЕСОСТЕПИ ЗАУРАЛЬЯ
Н.Н. МАКОВЕЕВА, кандидат сельскохозяйственных
наук, доцент
А.А. ПОСТОВАЛОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Курганская ГСХА имени Т.С. Мальцева
Е-mail: p_alex79@mail.ru
Резюме. Исследования проводили с целью изучения возможности повышения семенной продуктивности ярового рапса
в лесостепи Зауралья при его размещении по непаровому
предшественнику путем использования более устойчивых к
стрессовым факторам сортов. Объектом исследования были
сорта Ратник (st), Аккорд, Фрегат, Юбилейный, СибНИИК 21 и
СибНИИК 198, которые выращивали на фоне естественного
плодородия и при внесении удобрений (N60P30).
В условиях жесткой засухи период вегетации сортов СибНИИК 198 и СибНИИК 21 оказался короче, чем у остальных, на
5 дн., при избыточном увлажнении – на 2 дня. В засушливых
условиях усиливалось поражение рапса фузариозом, а при
избыточном увлажнении – корневой гнилью и альтернариозом. Наибольшая устойчивость к фузариозу в благоприятных
условиях вегетации отмечена у сортов Аккорд, Фрегат, СибНИИК 198, у которых индекс развития болезни не превышал
5,5 %. К корневой гнили в засушливых условиях были более
устойчивы Аккорд, Фрегат и СибНИИК 21, при избыточном
26
увлажнении – Фрегат, Юбилейный, СибНИИК 198 и СибНИИК
21. К поражению альтернариозом листьев и плодов более
устойчив Юбилейный (13,5 и 11 % соответственно).
Минеральные удобрения в основном повышают резистентность сортов к поражению плодов альтернариозом и, выборочно – к корневой гнили, резистентность к которой в засушливых условиях выше у сортов Юбилейный, СибНИИК 198
и СибНИИК 21 (8,3…10,8 %), при благоприятных – у Ратника
и Юбилейного (8,3…11,7 %).
Повышенной устойчивостью к стрессовым факторам характеризуются сорта Ратник и Аккорд, а продуктивностью
– Ратник, Аккорд и Юбилейный, обеспечившие по зерновому
предшественнику без внесения удобрений сбор семян на
уровне 1,46…1,83 т/га. Отзывчивость на минеральные удобрения выше у сортов Юбилейный и СибНИИК 198, урожайность которых при внесении N60P30 увеличивалась на 0,3 и
0,45 т/га соответственно..
Ключевые слова: Сорт ярового рапса, устойчивость к болезням (фузариоз, корневая гниль, альтернариоз), погодные
условия, фон питания, урожайность.
Реализация потенциала семенной продуктивности
рапса в значительной степени определяется обоснованным выбором сорта с учётом агроклиматических и
производственных условий возделывания. При этом
Достижения науки и техники АПК, №4-2012