Методы сортоиаучения растений на устойчивость

Лекция 9

Тема 2: Принципы и методы выявления устойчивости растений

Вопросы:

1. Методы сортоизучения растений на устойчивость.

2. Методы оценки устойчивости сортов

Многообразие связей вредителей с кормовыми рас­тениями существенно осложняет выявление устойчивых к ним форм сельскохозяйственных культур. Большин­ство видов насекомых и клещей ведет свободный образ жизни, активно расселяется по территории. Легко и целенаправленно переселяясь с одного растения на дру­гое, они только на время вступают с ним в тесный кон­такт. Лишь внутритканевые и так называемые «сидя­чие» вредители (щитовки, ложнощитовки и др.) более тесно и длительно связаны с кормовыми растениями. Все это требует сложных методических подходов к изу­чению природы устойчивости растений к вредителям.

При организации работ по изучению устойчивости сортов к вредителям следует иметь в виду, что природа устойчивости растений определяется многими фактора­ми, связанными с биологическими свойствами вредите­лей, с особенностями сортов и экологическими усло­виями.

При использовании исходных форм для селекции устойчивых сортов нужно знать, какими факторами (формами) устойчивости они обладают. Напомним, что различают три группы факторов иммунитета растений к вредителям: 1) антиксеноз — отвержение вредителями растений; 2) антибиотическое (неблагоприятное) воз­действие растений на вредителей; 3) выносливость рас­тений к повреждению вредителями.

При выявлении факторов иммунитета очень важно иметь максимально возможную информацию о важней­ших адаптивных чертах обоих партнеров с тем, чтобы наиболее полно использовать ее в интересах обеспече­ния самозащиты растений от фитофагов.

Известно, что для растений характерны относительно быстрые темпы роста и развития на разных этапах он­тогенеза. Происходят циклические изменения в соотно­шениях ростовых и органообразовательных процессов, в основе которых лежат рост и дифференциация тканей, и физико-химические превращения энергетических и пластических веществ. Для многих видов растений ха­рактерно укрытие точек роста, семян и целых соцветий покровными листьями или соплодиями. Это очень хо­рошо выражено у однодольных на протяжении всего онтогенеза и на первых его этапах. Хуже это прояв­ляется у многих двудольных, и в частности у гороха.

Для более глубокого понимания взаимодействия вредителей с их кормовыми растениями необходимо шире использовать методы так называемого биологиче­ского контроля за развитием растений. Такой подход позво­ляет оценить характер и причины приуроченности вре­дителя к различным этапам онтогенеза растений, типы повреждения растений, оценить влияние процессов роста и формирования вегетативных органов растений на условия жизни вредителей.

У многих вредных насекомых, клещей и нематод места обитания и питания приурочены к зонам меристематических тканей растений, где наиболее интен­сивно происходит обмен веществ, энергично идут про­цессы роста тканей растений. Здесь создаются для вре­дителей оптимальные возможности для получения не­обходимых энергетических и пластических ресурсов при наименьших затратах энергии на усвоение пищи. По­следнее имеет крайне существенное значение для фито­фагов.

Приуроченность питания к меристематическим и генеративным зонам у различных видов насекомых про­является по-разному. Так, например, личинки гессен­ской мухи поселяются у основания растущих междоуз­лий в зоне интенсивного интеркалярного роста стебля, и, соответственно, каждое последующее поколение засе­ляет все более высокие ярусы растений. Личинки швед­ских мух и зеленоглазки на всходах злаковых прони­кают в зону расположения конуса нарастания. Поко­ления шведских мух, появление которых фенологически совпадает с формированием колосков, осуществляют свое питание в них, используя для этого ткани молодых завязей формирующихся зерновок. У видов, приспосо­бившихся к использованию различных органов одних и тех же растений, за сезон развивается несколько поко­лений. Виды, приуроченные лишь к питанию в колосках или других соплодиях, чаще всего дают одно поколение в год. К ним относятся пшеничный и оранжевый кома­рики, гороховая зерновка, клеверные семяеды и др.

Цикл развития клопов-черепашек тесно сопряжен с развитием злаков. Питание их происходит в зоне распо­ложения конуса нарастания, формирующегося и созре­вающего колоса. Другие же насекомые, живущие за счет репродуктивных органов злаков, развиваются поливольтинно, в нескольких генерациях в году (просяной и костровый комарики). Это стало возможным благо­даря быстрому развитию этих видов насекомых и вследствие резко выраженной разновременности разви­тия колосков в разных ярусах соцветий их кормовых растений.

Изучение сопряженности развития вредителя и рас­тения на основе морфофизиологического анализа расте­ний открыло путь к пониманию некоторых причин варьирования степени устойчивости растений к вреди­телям.

Реакция растений на повреждение вредителями дол­жна учитываться при разработке и уточнении шкал поврежденности растений.

Следует иметь в виду, что типы повреждения расте­ний зависят от строения ротового аппарата вредителя (сосущий, грызущий и т. д.) и его отношения к опреде­ленным органам растения (органотропности). Так, вре­дители, приуроченные к повреждению корневой сис­темы, стеблей и конуса нарастания, обычно вызывают генерализованные типы повреждения, выражающиеся в увядании и гибели растений или отдельных их стеблей. Во многих случаях при этом взамен погибших стеблей формируются новые. При повреждении вредителями отдельных листовых почек или бутонов, цветков и пло­дов повреждения носят более частный характер. Еще более выражен ограниченный характер повреждения ра­стений при снижении ассимиляционной поверхности отдельных его листьев. Особыми типами повреждений являются галлы и тераты. Первые из этих уродств рас­тений носят местный, а вторые — общий для растений характер. Зачастую типы повреждения растений неко­торыми вредителями имеют существенное сходство. Не­редко злаки, поврежденные внутристеблевыми вреди­телями, могут вторично заселяться личинками насеко­мых из родов Elachiptera, Tropidoscinis, Scaptomyzaи др., питающимися загнивающими тканями, что услож­няет диагностику.

Большое количество видов вредителей, повреждаю­щих растения, разнообразие их взаимосвязей с расте­ниями ставят перед энтомологом, связанным с селек­цией растений, многочисленные задачи. При решении их требуются, помимо правильной диагностики видов фитофагов, глубокие знания биологии, экологии, физио­логии и генетики вредителей и их кормовых растений, а также особенностей сопряженной эволюции био­логической системы вредитель — кормовое расте­ние.

Методы сортоиаучения растений на устойчивость

Первым этапом сортоизучения является выявление степени устойчивости сортов и форм растений той или иной культуры в природных условиях. При этом исполь­зуется максимальное количество сортообразцов, пред­ставляющих различные морфофизиологические и эколо­гические группы изучаемого вида культуры и имеющие разную хозяйственную ценность: быстро созревающие и позднеспелые, пищевые и кормовые формы, обычные по содержанию белка и лизина, высокобелковые и т. д.

Большое значение в выявлении устойчивых форм растений в нашей стране имеет мировая коллекция Все­союзного научно-исследовательского института расте­ниеводства им. Н. И. Вавилова, представленная са­мыми разнообразными по происхождению образцами сельскохозяйственных культур.

В целях выявления контрастных сортов и форм рас­тений по устойчивости к вредителям производится вы­сев их в поле. Участки, где проводится оценка сортообразцов, должны быть хорошо подготовлены — почва тщательно обработана, выравнена. При посеве семена заделывают равномерно, на всех сравниваемых посевах применяется одинаковая агротехника. Учеты и отбор проб должны проводиться в один и тот же день. Чис­ленность открыто живущих активных фаз вредителя учитывается в одни и те же часы суток. На этом этапе устойчивость растений оценивается визуально. Поврежденность растений устанавливается по шкалам, разра­ботанным для каждого вредителя и сельскохозяйствен­ной культуры. Это позволяет с учетом типов и степени поврежденности растений вредителями отобрать устой­чивые к ним сортообразцы.

Рассмотрим в качестве примера методы сортоизуче­ния картофеля на устойчивость к колорадскому жуку. Исходя из характера взаимоотношений этого вредителя с растениями, сортоизучение проводится параллельно как в полевых, так и в лабораторных условиях с ис­пользованием перезимовавших жуков, личинок и в отдельных случаях жуков первой летней генерации. При этом следует иметь в виду, что для каждой из упо­мянутых выше фаз развития колорадского жука харак­терны свои специфические требования к кормовым рас­тениям. При питании ботвой устойчивых сортов карто­феля у перезимовавших жуков существенно снижается плодовитость и проявляется антибиотическое действие па личинок, наблюдается высокая смертность или, по крайней мере, отставание в росте и отмечается недоста­точное накопление ими резервных веществ,

Испытание картофеля на устойчивость к перезимо­вавшему поколению жука может ограничиться изуче­нием влияния кормовых растений (исходных форм, гибридов и сортов) на плодовитость, так как снижение плодовитости перезимовавших самок важный фактор уменьшения потенциала размножения вредителя. Ин­тенсивность поедания жуками растений в данном слу­чае—элемент менее значительный, так как не всегда удается установить зависимость между этим критерием и устойчивостью растений к колорадскому жуку. При правильной агротехнике повреждения растений перези­мовавшими жуками редко приводят к ощутимым поте­рям урожая картофеля. Изучать сорта раннеспелого картофеля на устойчивость к имаго первого летнего поколения нет необходимости, так как их выход на поверхность почвы совпадает с началом созревания картофеля и пожелтением ботвы у таких сортов. А вот степень поедаемости корма личинками вредителя на­ряду с их выживаемостью и интенсивностью роста — важные показатели устойчивости растения.

Проводится также изучение выносливости растений к повреждению колорадским жуком, т. е. способности сортов восстанавливать ассимиляционную поверхность и формировать хороший урожай.

Последующая работа направлена на более деталь­ное изучение отобранных образцов на устойчивость к вредителям и связана с выявлением конкретных факто­ров устойчивости, определяющих степень заселения растения вредителем, его плодовитость, возможность развития (антибиоз) и выносливость растений к повре­ждениям вредителя. На этом этапе изучают устойчи­вость сортообразцов к вредителям в открытом поле и разного рода изоляторах, в теплицах и специальных климатических камерах, а также в лабораторных усло­виях. При этом используются прямые и косвенные ме­тоды оценки устойчивости, в том числе и экспресс-ме­тоды. При анализе данных о различных сторонах ус­тойчивости растений к вредителям часто необходимо использовать приемы статистического анализа, позволя­ющие не только оценить достоверность различий между отдельными сортообразцам по какому-либо одному признаку устойчивости, но и их комплексу.