ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН Orobanche cumana Wallr

ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научноисследовательского института масличных культур. Вып. 1 (146-147), 2011
_______________________________________________
ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН Orobanche
cumana Wallr. ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
КОРНЕВЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ КУЛЬТУР,
НЕ ЯВЛЯЮЩИХСЯ ЕЁ ХОЗЯЕВАМИ
Н.М. Арасланова,
кандидат сельскохозяйственных наук
Т.С. Антонова,
доктор биологических наук
Т.А.Челюстникова,
старший научный сотрудник
С.А. Рамазанова,
кандидат биологических наук
С.З. Гучетль,
кандидат биологических наук
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии
Россия, 350038, г. Краснодар, ул. Филатова, д. 17,
Тел. (861) 275-86-53,
E-mail: araslanova-nina@mail.ru
Ключевые слова: заразиха, популяции, семена,
прорастание, корневые выделения, кукуруза,
провокационные посевы, подсолнечник
УДК 582.952.6:633.854.78
Введение. Заразиха подсолнечная (Orobanche сumana Wallr.) – облигатный цветковый
паразит из высших растений, является одним
из наиболее вредоносных патогенов для культуры подсолнечника. Прорастая в корни растений подсолнечника, заразиха отнимает у них
воду и питательные вещества, угнетая их тем
самым часто до полной гибели. Цикл жизнедеятельности заразихи сводится к образованию
массы мельчайших семян, которыми она распространяется. Семена являются источником
инфекции в почве, где они могут сохранять
жизнеспособность свыше 10, а по некоторым
данным 15-20 лет.
В настоящее время в ряде районов юга РФ,
как и в других странах, возделывающих подсолнечник, появились новые расы паразита,
которые стали поражать весь отечественный
сортимент и гибриды иностранной селекции.
Особенно высоко вирулентна заразиха в некоторых районах Ростовской области (Антонова
и др., 2009). Актуальными стали все аспекты
еѐ контроля. В частности, привлекательна идея
использования для очистки почвы от семян заразихи растений, не являющихся еѐ хозяевами,
но способных стимулировать прорастание семян паразита. Идея эта не новая и высказывалась ещѐ в середине прошлого века.
Корни растений выделяют в почву вещества, необходимые для осуществления их поглотительной функции. Одним из путей эволюции
растений-паразитов из сем. Orobanchaceae является то, что прорастание их семян происходит специализированно под воздействием
веществ хозяина. По мнению Э.С. Терѐхина
(1988) зависимое прорастание семян заразиховых – одна из важнейших эволюционных адаптаций
наряду
с
высокой
семенной
продуктивностью и длительно сохраняющейся
жизнеспособностью части семян.
Первые сообщения о зависимом прорастании семян заразиховых появились ещѐ в 1853,
1887 гг. (Lindley, 1853; Koch, 1887). Многочисленные последующие исследования других
авторов подтвердили это явление (Beckmannagetta, 1890; Шрейнер, 1904; Chabrolin,
1934; Brown et al.,1951; Kadry, Tewfic, 1956 и
др.). В начале прошлого века семена заразихи,
особенно незрелые, были способны прорастать
и в воде, на смеси Кноппа, и в слабом растворе
лимонной кислоты (Vaucher, 1827; Schacht,
1854; Плачек и Стебут, 1915). Однако к 70-м
годам у семян O. cumana такая способность
утратилась (Антонова, 1978).
Факт стимулирования прорастания семян O.
сumana корневыми выделениями растений, не
являющихся хозяевами этого паразита, отмечен впервые И.Г. Бейлиным. В его исследова-
ниях были использованы салат, лѐн, соя и кукуруза. Через 24 дня от замачивания семян заразихи в растворе корневых выделений этих
культур их всхожесть на салате составляла
13 %, льне – 8, сое – 8, кукурузе – 6 %. (Бейлин, 1940).
Цель нашего исследования – изучение способности к прорастанию семян заразихи из новых высоковирулентных популяций, а также
разных лет и мест сбора под влиянием корневых
выделений сельскохозяйственных культур, не
являющихся еѐ хозяевами, и определение возможности применения их посевов в качестве
провокационных для борьбы с заразихой.
Материалы и методы. Сотрудниками лаборатории
иммунитета и электрофореза
ВНИИМК была создана коллекция семян O.
сumana, собранных в течение последних 10
лет. Они различны по вирулентности и географическому происхождению. Объектом исследований послужили семена 8 популяций (табл.
1). Ранее нашими исследованиями было показано, что эти популяции отличаются по вирулентности (степени поражения дифференциатора, устойчивого к расе G).
Таблица 1 – Происхождение популяций заразихи
Равное количество проростков каждого сорта
одной культуры помещали корнями в 150 мл
воды. В воде проростки выращивали в течение
5 дней при температуре 22-24 оС и естественном
освещении. После этого воду, в которой находились корни, использовали как раствор корневых выделений. Наливали полученные растворы
в чашки Петри, помещали туда кусочки поролона, накрытые фильтровальной бумагой, на которую насыпали семена заразихи (рис. 1).
Проращивание проводили в термостате при
температуре 25 оС. На 10-й день учитывали количество проросших семян.
Рисунок 1 – Проращивание семян заразихи
в присутствии корневых выделений
сельскохозяйственных культур
Результаты и обсуждение.
Корневые выделения 22
*Степень
гибридов кукурузы
по№
поражения
разному
стимулировали
Год
дифференциаМесто сбора
сбора
прорастание
семян паратора, устойчизита (табл. 2). Выделялись
вого к расе G
20
Ростовская обл., Константиновский район
2008
31
гибриды Arobase, ЗПСК
34
Ростовская обл., Белокалитвинский район
2008
36
341, PR39R 86. Всхожесть
37
Волгоградская обл., Волгоградский район
2008
11
семян Константиновской
38
Ростовская обл., Тацинский район
2008
35
популяции (№ 20) в их
40
Краснодарский край, ст. Копанская
2006
3
присутствии достигала 80 %,
42
Ставропольский край, Светлоградский район 2005
5
73, 64 % соответственно.
43
Краснодарский край, Каневской район
2003
1
44
Европейская часть Турции
2008
4
Семена других популяций
*количество клубеньков заразихи на 1 пораженное растение
заразихи также лучше
прорастали под влиянием
Семена проращивали в корневых выделениях экссудатов из корней этих гибридов, чем дру22 гибридов кукурузы, 5 сортов сои, 2 сортов гих. В то же время корневые выделения гибрильна масличного, клещевины, горчицы сарепт- дов ЛГ 2372 и Краснодарец 194 МВ вообще не
ской и белой, рапса озимого и ярового, сурепи- вызвали прорастания семян из некоторых поцы, вики, донника. Контрольное проращивание пуляций заразихи, а из других всхожесть сопроводили под воздействием корневых выделе- ставила от 1 до 5 % (табл. 2).
ний сорта подсолнечника ВНИИМК 8883.
В эксперименте были выдержаны равные
Для получения корневых выделений семена условия при получении корневых выделений
перечисленных выше культур проращивали в
гибридов. Семена разных популяций заразихи
рулонах увлажнѐнной фильтровальной бумаги
(хранившиеся в замороженном состоянии для
в условиях термостата в течение 3-5 дней при сохранения их всхожести) также помещали в
температуре 25-26 оС. Отбирали 2-дневные одинаковые условия – одну чашку Петри с распроростки, корни которых достигали 2-3 см.
твором корневых выделений одного гибрида.
и их вирулентность
Поэтому различия по указанным выше гибридам кукурузы, вызвавшим максимальное и
минимальное прорастание семян заразихи, повидимому, могут быть связаны с их сортовыми
особенностями, например, как с разной концентрацией стимулятора, так и с наличием ингибитора в корневых выделениях. Известны
сообщения (Brown et al., 1951; Mallet, 1973;
Whitney, 1978), что возрастание концентрации
экссудатов из корней растения-хозяина в жидком растворе способствовало увеличению доли
проросших семян у сорных заразиховых до
некоторого оптимального уровня, после чего
наблюдалось торможение прорастания. Авторы объясняли это наличием в экссудатах не
только стимулятора, но и ингибитора прорастания. Причѐм соотношение обоих компонентов могло варьировать в зависимости от сорта
или разновидности хозяина.
района Ростовской области (№ 20) и из Каневского района Краснодарского края (№ 43) прорастали в наибольшем количестве. Следует
отметить, что заразиха из этих популяций имеет разную вирулентность в отношении дифференциатора, устойчивого к расе G: № 43
слабую, а № 20 – сильную (степень поражения
1 и 31 соответственно). По-видимому, вирулентность заразихи в настоящее время никак
не отражается на способности семян прорастать или не прорастать под влиянием выделений из корней кукурузы.
В то же время под воздействием экссудатов
из корней всех гибридов кукурузы, представленных в таблице 2, всхожесть семян заразихи
из Волгоградской области (№ 37) была слабой
и варьировала от 0 до 10 %. Объяснить этот
факт можно лишь нечувствительностью большинства семян этой популяции к экссудатам
корней кукурузы.
Таблица 2 – Прорастание (%) семян заразихи из разных
Эксперимент был продолжен с
популяций под влиянием корневых выделений
гибридом PR39R 86, вызвавшим 64 %
гибридов кукурузы
прорастания семян заразихи из наиболее вирулентной КонстантиновПопуляция заразихи, №
Гибрид
ской популяции (№ 20). Пятидневные
20
34 37 38 40 42 43 44
проростки этого гибрида помещали
ПТК – 260
10
4
2
6
1
3
17
8
между двумя пластинами пенопласта,
ЗПТК - 209
7
4
3
0
4
1
19 12
Delitop
3
0
0
0
2
28
8
2
выстланными льняной тканью, скреAntares
21
2
0
6
0
1
46
1
пляли их между собой и помещали в
НССЦ - 444
16
0
0
1
0
0
10
5
сосуд с питательным раствором
ZPTC
7
2
2
0
2
0
11
0
Кноппа, где выращивали в течение 20
Краснодарец 194 МВ
1
1
0
0
1
2
5
4
дней. Общий вид экспериментальной
ЛГ 2372
1
0
0
0
0
2
3
0
установки с растениями кукурузы
Arobase
80
21
5
17
6
8
59 21
Lexxor
3
7
0
0
1
1
25
3
представлен на рисунке 2А. Через 4
Gabi
12
2
1
3
4
0
40 15
дня выращивания пластины раскрыСЗТК 191
30
6
2
5
6
2
34
7
вали, насыпали на растущие корни
ЗПСК 434
2
1
1
0
1
0
26
2
семена заразихи Константиновской поПТК – 260
14
6
2
8
1
2
25 11
пуляции (№ 20) и вновь помещали в
MAS – 217
18
3
2
4
3
20
9
14
сосуд с питательным раствором. РастеDolar
50
10
5
10 20 10 50 20
PR39R 86
64
35 10 23 20
3
71 20
ния выращивали в оптимальных услоЗПСК 341
73
47
5
10 30 53 50 20
виях освещѐнности и температуры.
Splendis
50
30
5
5
30 10 50 20
Через 21 день доля проросших сеCelest
20
5
5
2
10 10 50 10
мян заразихи составила 93 %. При
Galina
40
5
5
2
20 10 50 20
этом проростки еѐ проникали в поDerric
20
5
1
10
3
2
20 10
верхностные слои кортекса корней
Подсолнечник
100
96 98 96 97 98 100 99
кукурузы. Однако далее развитие паДанные таблицы 2 показывают, что в кор- разита прекращалось (рис. 2Б), стадия клубенька
невых выделениях одного и того же гибрида
не наступала, а проростки бурели и погибали.
прорастание семян заразихи из разных популяЭтот эксперимент показал, что конкретно
ций было различным. Эти различия нельзя свя- данный гибрид, а также Arobase и ЗПСК 341
зать с разной всхожестью семян, так как все они можно применять в качестве провокаторов для
имели 96-100 % прорастания в контрольном рас- очистки почвы от семян заразихи, в частности
творе корневых выделений подсолнечника.
в Константиновском районе Ростовской обласСемена заразихи из Константиновского
ти, где она имеет самую высокую степень ви-
Рисунок 2 – А – растения кукурузы в экспериментальной установке
для проращивания семян заразихи. Б – прорастание семян O. сumana в
присутствии корней (к) кукурузы и незначительное проникновение
проростков в наружные слои коровой паренхимы (показано стрелками).
рулентности. Говорить о возможности применения для такой цели других гибридов кукурузы можно только после предварительного
изучения реакции семян заразихи из конкретных мест сбора на экссудаты из конкретных
гибридов, что не представляет особой сложности. Поскольку это экологически чистый способ очистки почвы от заразихи, то его можно
взять на вооружение там, где удаѐтся получать
высокие урожаи кукурузы.
Корневые выделения масличных культур,
которые тоже были использованы в нашем
эксперименте, также оказали различное влияние на прорастание семян изучаемых популяций заразихи. Семена этих популяций не
прорастали в присутствии корневых выделений клещевины, озимого рапса, донника, вики
и сорта сои Лакта. Доля проросших семян была невысока в целом и на экссудатах из корней
других культур (табл. 3), составляя от 0 до 10 %.
Это показывает, что сортимент культур, приведенный в таблице 3, непригоден для глубокой очистки полей от семян заразихи.
Таким образом, семена изученных популяций заразихи имеют разную чувствительность
к воздействию корневых выделений гибридов
кукурузы и ряда масличных культур, что не
связано с их вирулентностью. Гибриды кукурузы различаются по способности их корневых
выделений вызывать прорастание семян зара-
заразихи из разных популяций. Проростки заразихи способны проникать в
корни кукурузы, однако
погибают в наружных
слоях кортекса. Гибриды
Arobase,
ЗПСК
341,
PR39R 86 наиболее пригодны для использования
их в качестве провокационных посевов при уничтожении семян заразихи в
почве. Однако действие
гибридов избирательно и
необходимо
проводить
предварительное тестирование того, как влияют
экссудаты их корней на
способность к прорастанию семян заразихи, собранных
на
каждом
конкретном поле.
Таблица 3 – Прорастание семян заразихи (%)
в присутствии корневых выделений
масличных культур
Культура, сорт
Популяция заразихи, №
20
34
Сурепица
озимая
2
0
яровая
10 2
Горчица сарептская
Росинка 10 2
Горчица белая
Колла
0
4
Рапс
яровой
0
0
Соя
Лира
0
0
Лакта
0
0
Вилана
0
0
Фора
0
1
Парма
7
5
Лѐн
ВН 620
2
0
ВН 630
1
0
Подсолнечник
ВНИИМК 8883 100 96
37
38
40 42 43
44
0
0
0
2
0
5
0
5
2
10
0
5
3
2
3
5
5
2
0
0
0
0
0
2
0
2
0
0
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
3
0
1
0
2
0
0
5
1
5
0
0
0
0
0
0
10
5
0
0
0
0
98
96
97 98 100 99
Список литературы
1. Антонова. Т.С. Вирулентность популяций заразихи на подсолнечнике в регионах Северного
Кавказа / Т.С. Антонова, Н.М.
Арасланова, С.З. Гучетль, Е.Н. Трембак, Т.А.
Челюстникова, С.А. Рамазанова // Вестник
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научноисследовательского института масличных культур. Вып. 1 (146-147), 2011
_______________________________________________
Россельхозакадемии. – 2009. – №.3. – С. 66-69.
2. Антонова, Т.С. Развитие гаустория заразихи подсолнечной (Orobanche сumana Wallr.)
и защитная реакция у иммунных форм подсолнечника / Т.С. Антонова // Дисс. канд. биол.
наук. – Краснодар, 1978. – 146 с.
3. Бейлин, И.Г. О взаимоотношениях O.
сumana и подсолнечника / И.Г. Бейлин // Растение и среда. – М.: АН СССР, 1940. – Т.1. –
С.175-192.
4. Бейлин, И.Г. Цветковые полупаразиты и паразиты / И.Г. Бейлин. – М.: Наука, 1968. – 118 с.
5. Терёхин, Э.С. Репродуктивная биология
сорных заразиховых / Э.С. Терѐхин. – Л.: Наука, 1988. – 128 с.
6. Brown, R. The stimulation of Orobanche
minor Sm. I. Assay Technique and bulk preparation of the stimulant / R. Brown, A.D. Greenwood, A.W. Johnson, A.G. Long // Biochem. J. –
1951. – Vol. 48. – P. 559-568.
7. Plakhine, D. Ecophysiological consideration
of Orobanche cumana germination / D. Plakhine,
D.M. Joel // Helia. – 2010. – Vol. 33. – P. 13-18.
8. Labrousse, P. Several mechanisms are involved in resistance of Helianthus to Orobanche
cumana Wallr. / P. Labrousse, M.S. Arnaud, H.
Serieys, A. Berville, and P. Thalouan // Ann. Bot.
– 2001.88. – P. 859-868.
9. Beck-mannagetta, G.R. Monographie der
Gattung Orobanche / G.R. Beck-mannagetta // Biol. Bot. – 1890. – Bd 19. – S. 1-275.
10. Шрейнер Я.Ф. подсолнечная заразиха
(Orobanche cumana Wallr.) и способы борьбы с
нею / Я.Ф. Шрейнер // СПб., 1904 28 с.
11. Chabrolin, C. La germination des grains d'
Orobanche / C. Chabrolin // C.r. Acad. sci.A
(France). 1934. Vol. 198. P. 2275-2277.
12. Kadry, A.E. Seed germination in Orobanche crenata Forsk / A.E. Kadry, H. Tewfic //
Sven. bot.tidskr. 1956 Bd 50, N 2. S. 270-286.
13. Vaucher, J.P. Monographie des Orobanches /
J. P.Vaucher // Geneve. – Paris, 1827. –172 р.
14. Schacht, H. Beiträge zur Anatomie und
Phsiologie der Gewäsche / H.Schacht // Berlin,
1854. – 1-329.
15. Плачек, E.М. Подсолнечник / E.М. Плачек, А.И. Стебут // Тр. Саратовской с-х. опытной станции. – 1915. – Вып. 5. – С. 1-67.
16. Lindley, J. The wegetable Kingdon / J. Lindley
// 1853. 3 rd edn. Bradburg et Evans, London.
17. Koch, L. Die Entwicklungs gechichte der
Orobanchen mit besonderer Berücksichtung ihrer
Beziehungen zu den Kulturpflanzen / L. Koch. –
Heidelberg, 1887. – S. 1-389.