WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

TcLrДата оценки По мнению ряда ученых, для растений с частичной устойчивостью характерно развитие крупных пустул (тип реакции 3-4 балла), но низкая степень поражения (Parlevliet, 1979; Caldwell, 1968). Нами было показано, что на Степень поражения,% линиях ТсLr12, ТсLr13, ТсLr22а наблюдалось значительное количество пустул с типом реакции 1-3 балла (некроз и хлороз), что свидетельствует об особенностях их защитных механизмов. В то же время линии ТсLr34, ТсLr35 и ТсLr37 демонстрировали в основном восприимчивую реакцию, как и восприимчивые сорта Саратовская 29 и Тэтчер. В зависимости от года и линии количество спор в пустулах, развивающихся на линиях с эффективными генами возрастной устойчивости, было меньше по сравнению с контролем в 1,5 – раз.

Таким образом, полученные результаты показали, что ген возрастной устойчивости Lr22b сорта Тэтчер не эффективен против бурой ржавчины на юге Западной Сибири. Высокий уровень устойчивости показали линии TcLr12, TcLr13, TcLr22a, TcLr35 и TcLr37. В большей степени была поражена линия ТсLr34, поскольку проявление гена подавляла высокая температура среды. Проявление механизмов устойчивости растений приводило к интенсивному подавлению спорогенеза гриба.

Цитологические проявления возрастной устойчивости в онтогенезе Для определения механизмов возрастной устойчивости было исследовано влияние растений разного возраста (фазы развития проростков, выхода в трубку и колошения) на развитие P. triticina. Установлены характерные особенности действия устойчивых линий на развитие патогена: нарушение образования аппрессориев на устьицах; отмирание аппрессориев и подустьичных везикул; подавление развития колоний на разных стадиях развития (абортация), замедление развития колоний и пустул.

На листьях восприимчивых сортов Саратовская 29 и Тэтчер с увеличением возраста растений наблюдалось подавление образования аппрессориев в небольшой степени, других цитологических проявлений несовместимости не выявлено. На поверхности листьев линий с генами возрастной устойчивости было существенно подавлено образование аппрессориев на устьицах. На линиях ТсLr13, ТсLr35, ТсLr37 этот эффект наблюдался на всех стадиях развития растений, причем на линиях ТсLr35 и ТсLr37 существенно усиливался к стадии колошения. В то же время на линиях TcLr22a и TcLr34 подавление образования аппрессориев снижалось с возрастом растения, а на линии ТсLr12 проявлялось только на стадии колошения (рис. 2). Нарушение развития гриба на поверхности линий с генами возрастной устойчивости выявлено впервые, поскольку ранее изучались только особенности развития гриба в тканях.

На следующих этапах патогенеза наблюдались существенные различия взаимодействия устойчивых линий и восприимчивых сортов с патогеном. На устойчивых линиях в значительной части инфекционных мест гриб останавливался в развитии на стадиях аппрессория на устьице, подустьичной везикулы или первой инфекционной гифы. На растениях с генами Lr12 и Lr35 ингибирующее действие растений на гриб оставалось относительно стабильным на всех стадиях развития, в то же время на линиях ТсLr13, TcLr22а, TcLr34 и Саратовская TcLrТэтчер (Lr22b) TcLr80 80 70 70 60 60 50 50 40 30 10 а б в а б в а б в а б в TcLrTcLr22a TcLrTcLr70 60 50 40 30 30 20 10 0 а б в а б в а б в а б в 1 2 Рис. 2. Соотношение инфекционных единиц P. triticina, прекративших развитие на разных стадиях патогенеза на листьях сорта Тэтчер и линий с генами возрастной устойчивости (% от нанесенного инокулюма): 1 – ростковые трубки без аппрессориев или с аппрессориями на эпидермальных клетках; 2 – инфекционные единицы, остановившиеся на стадиях аппрессория на устьице, подустьичной везикулы или одной инфекционной гифы; 3 – абортивные колонии. Фазы развития растений: а – проростки, б – выход в трубку, в – колошение.

структур,% структур, % структур,% структур,% Доля инфекционных Доля инфекционных Доля инфекционных структур, % структур,% структкр, % структур,% Доля инфекционных Доля инфекционных Доля инфекционных Доля инфекционных Доля инфекционных ТсLr37 этот эффект усиливался с возрастом растений (рис. 2). В целом, на линиях с генами возрастной устойчивости до 70% инокулюма прекращало развитие до внедрения гаустория гриба в мезофильную клетку, т. е. проявлялась прегаусториальная устойчивость (Niks, 1983).

После внедрения в ткани влияние растений всех линий с генами возрастной устойчивости приводило к существенному нарушению формирования инфекционных структур на ранних этапах патогенеза (1-3 сутки после инокуляции). Отрицательное влияние растений на развитие инфекционных структур в ткани листьев усиливалось с возрастом растений, при этом цитологических признаков защитных реакций растений не выявлено. Подавление развития структур гриба приводило к абортации части колоний в ткани листьев линий TcLr22a, TcLr34 и TcLr35. На линии TcLr12 остановка части колоний (9%) проявлялась только на стадии колошения. После абортации колоний в их зоне наблюдалось постепенное отмирание клеток растений и утолщение их стенок.

На линиях с генами возрастной устойчивости колонии и пустулы гриба имели существенно меньший размер, чем на восприимчивых сортах. На всех линиях в зоне медленно развивающихся колоний на поздних этапах патогенеза наблюдалось постепенное разрушение части клеток растения. В результате в области пустул формировались небольшие некротические зоны. Однако типичного проявления реакции СВЧ в форме коллапса и быстрого разрушения клеток не наблюдалась.

4. Цитофизиологические механизмы возрастной устойчивости Нами была исследована роль окислительного взрыва, синтеза каллозы и фенольных веществ в защите растений с генами возрастной устойчивости.

Исследования проводили на трех стадиях развития растений: проростков, выхода в трубку, колошения. Для выявления особенностей механизмов возрастной устойчивости в эксперименты включили восприимчивую линию с геном Lr2а, проявляющимся на стадии проростков.

Для определения начала специфического взаимодействия и активации защитных механизмов важно определение момента узнавания партнеров. Нами впервые установлено, что при контакте аппрессориев с частью устьиц происходил окислительный взрыв через 12 часов после инокуляции. Генерацию супероксид-аниона определяли по накоплению красителя нитросинего тетразолия. Краситель интенсивно накапливался в цитоплазме аппрессориев и подустьичных везикул, но не замыкающих клеток устьиц, что свидетельствует об экстраклеточной генерации активных форм кислорода (рис.3, а). В результате значительная часть аппрессориев и подустьичных везикул погибала до внедрения в клетки растения. Выявлена тесная зависимость между интенсивностью окислительного взрыва на устьицах и гибелью инфекционных структур до проникновения в клетки растения. В части инфекционных мест гриб продолжал развитие, что свидетельствует о нестабильном проявлении окислительного взрыва.

Нами впервые было изучено влияние двух активных механизмов в форме синтеза защитного полисахарида каллозы (-1,3-глюкан) и фенольных веществ на патогенез. Синтез каллозы считается высокоэффективным механизмом устойчивости. Имеющиеся в литературе данные о роли фенольных веществ в защите пшеницы от ржавчинных болезней противоречивы.

Рис. 3. Защитные реакции линий с генами возрастной устойчивости при взаимодействии с P. triticina. а – генерация супероксид-аниона при проникновении гриба в устьичную щель (стрелка); б – интенсивные отложения каллозы на клеточных стенках (стрелки) в зоне абортивной колонии (9 суток после инокуляции); в – интенсивные отложения лигнина в зоне абортивной колонии. Окраска: а – нитросиний тетразолий; б – кораллин; в – автофлуоресценция фенолов. Сокращения: а – апрессорий, пв – подустьичная везикула, ст – спорогенная ткань, л – лигнин, цф – цитоплазматические фенолы.

Нами установлено, что в местах контакта стенок замыкающих клеток устьиц с погибшими аппрессориями и подустьичными везикулами появлялись отложения каллозы и лигнина (через 1 сут и 2-3 сут после инокуляции соответственно) Таким образом, при остановке гриба на этапе проникновения в ткань первичным был окислительный взрыв, а синтез каллозы и фенольных веществ происходил после остановки патогена.

Развитие колоний патогена в ткани листьев происходило с разной интенсивностью. В тканях линий TcLr22a, TcLr34, TcLr35 наблюдалась абортация колоний на ранних этапах развития через 3-5 сут после инокуляции. Для этих линий было характерно подавление развития инфекционных структур, необходимых для биотрофного питания патогена – материнских клеток гаусториев (МКГ) и гаусториев. Вероятно, нарушение формирования инфекционных структур гриба было причиной остановки развития гриба, так как защитные реакции в форме синтеза каллозы, фенольных веществ и отмирания клеток растения проявлялись после абортации колоний.

Поскольку на линиях с генами возрастной устойчивости подавление образования аппрессориев на устьицах наблюдалось до окислительного взрыва, который возникает в момент узнавания элиситоров гриба, а цитологические признаки несовместимости в зоне абортивных колоний проявлялись после остановки развития гриба, то мы считаем, что подобное воздействие растений является проявлением пассивного неспецифического механизма.

Оно может быть результатом отсутствия комплекса стимулов для развития инфекционных структур гриба на поверхности и в тканях растений. Такое воздействие характерно для растений с генами устойчивости, интрогрессированными из далеких видов злаков (Плотникова, 2009).

В части инфекционных мест колонии гриба останавливались в развитии на поздних этапах патогенеза, либо образовывали пустулы небольшого размера. В зоне таких колоний через 5-9 суток после инокуляции наблюдалось усиление синтеза каллозы, фенольных веществ и постепенное отмирание клеток растений. Очевидно, угнетение развития гриба являлось следствием проявления комплекса механизмов устойчивости растений.

Накопление фенольных веществ в клетках растений было изучено с помощью цитохимических методов и путем наблюдения их автофлуоресценции. С помощью окраски сернокислым анилином выявляли комплекс фенольных веществ в цитоплазме, а также отложений лигнина на клеточных стенках. Нами впервые проанализирован качественный состав фенольных веществ в тканях зараженных линий с генами возрастной устойчивости. Установлено, что соединения с остатками транскоричного альдегида появляются в зоне колоний гриба к моменту спороношения, а вещества с остатками сирингина синтезировались раньше – через 3-5 суток после инокуляции и коррелировали с проявлением устойчивости растений.

Исследование автофлуоресценции фенольных веществ в тканях инфицированных листьев растений с генами возрастной устойчивости показало два типа свечения фенольных веществ – красную автофлуоресценцию в цитоплазме клеток и апопласте, а также зеленую автофлуоресценцию отложений лигнина на клеточных стенках. Такое свечение было сходно с автофлуоресценцией лигнина в проводящих пучках здоровых участков листьев. Зеленый цвет автофлуоресценции отличался от желтого свечения лигнина в тканях линии TcLr2a, для которой была характерна реакция СВЧ. В этих же зонах с помощью хлор-сульфитной реакции установлено повышенное содержание сирингина. Таким образом, в линиях с генами возрастной устойчивости впервые показано значение специфической ветви фенольного метаболизма в подавлении развития патогена.

С возрастом растений интенсивность защитных реакций повышалась (рис. 4). Отложения каллозы на клеточных стенках растений становились более мощными, в тканях линий TcLr13, TcLr34 и TcLr37 образовывались сетчатые структуры в зоне инфекционных гиф (рис.3, б). Поскольку ранее показана взаимозависимость между генерацией активных форм кислорода и синтезом каллозы, то можно предполагать развитие второго окислительного взрыва в этих зонах листьев.

а б Колония Пустула Каллоза Фенолы 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Рис. 4. Накопление каллозы и фенолов в области колоний P. triticina, суток после инокуляции. Фазы развития растений: а – проростки, б – колошение. 1 – сорт Саратовская 29, 2 – Тэтчер (Lr22b), 3 – TcLr12, 4 – TcLr13, – TcLr22a, 6 – TcLr34, 7 – TcLr35, 8 – TcLr37.

С возрастом растений усиливался синтез фенолов и лигнификация клеточных стенок. На стадии проростков лигниновые отложения были представлены в виде тонкой сетки, а на стадии колошения отложения были мощными, часто имели форму сетки в зоне контакта с инфекционными гифами (рис. 3, в). Поскольку лигниновые отложения наблюдались только в центре колоний на поздних этапах патогенеза, то лигнификация не могла быть причиной замедления распространения мицелия гриба. Вероятно, основное фунгицидное действие имели предшественники лигнина, накапливавшиеся в цитоплазме и апопласте.

На листьях линий TcLr22a и TcLr37 активные реакции растений проявлялись в большей части зоны колонии, одновременно рост мицелия интенсивно подавлялся. Вероятно, эти механизмы имели значение в сдерживании роста колоний. На остальных линиях синтез каллозы и фенолов был сосредоточен в центральной части колоний, хотя развитие колоний было существенно подавлено (рис. 4). Поэтому можно предположить влияние дополнительных защитных механизмов, в частности, синтеза защитных PR – белков. Сигналом для развития SAR может быть окислительный взрыв на части Площадь, тыс.кв.мкм устьиц. Это предположение подтверждается тем, что интенсивность окислительного взрыва на устьицах линий TcLr13, TcLr34, TcLr37 повышалась с возрастом растений, одновременно усиливалось угнетение развития гриба в ткани растения.

5. Роль индуцированной устойчивости в возрастной устойчивости пшеницы к бурой ржавчине Известна гипотеза о том, что неспецифическая устойчивость сортов в агроценозах может быть связана с формированием системной приобретенной устойчивости растений (SAR) при контакте с авирулентными микроорганизмами (Metraux, 2001; Tuzun, 2001). Однако доказательства гипотезы отсутствуют. Для проверки гипотезы нами впервые был проведен комплекс полевых и лабораторных исследований с использованием в качестве биоиндуктора инокулюма, полученного размножением популяции непатогенного для пшеницы гриба P. coronata. Одновременно с этим возможность развития SAR была проверена в экспериментах с химическими индукторами с известными механизмами действия. Янтарная и арахидоновая кислота являются индукторами окислительного взрыва, Бион – синтеза PR-белков.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»