Слайд 2
Теоретической основой этого метода является
учение об иммунитете
растений (фитоиммунитете)
1. Основные термины фитоиммунитета
Фитоиммунитет –
это невосприимчивость к болезни в случае контакта растения-хозяина с возбудителем при наличии необходимых условий для заражения:
а) восприимчивая фаза онтогенеза растения,
б) активная фаза онтогенеза паразита,
в) благоприятные для заражения условия среды.
Иммунность (Im) – абсолютная устойчивость, отсутствие заражения.
Устойчивость (R, RR ) – способность растения сопротивляться, противостоять паразиту, проявлять резистентность. Это – свойство, которое можно выразить количественно (показателями распространённости и развития болезни).
Абсолютная устойчивость = иммунность.
Восприимчивость (S, SS) – свойство, противоположное устойчивости.
Толерантность (T) – свойство растения сохранять приемлемую продуктивность (отдельного растения), урожайность (популяции растений) при поражении болезнью.
Слайд 3
Патогенность – способность паразита вызывать патологию (болезнь).
2. Вирулентность
– качественная мера патогенности, способность паразита заражать генетически различные
сорта растения-хозяина.
Расы (штаммы, разновидности) высоковирулентные заражают большое число сортов, слабовирулентные – небольшое число сортов.
3. Агрессивность – количественная мера патогенности способность патогена вызывать массовое заражение растений в короткие сроки, т.е. вызывать эпифитотию.
Факторы агрессивности: инкубационный период, минимальная инфекционная нагрузка (количество инфекционного начала, необходимого для заражения), число генераций паразита за 1 сезон, скорость распространения между растениями и др.
4. Расы (штаммы, разновидности) – часть популяции патогена, специфически взаимодействующая с генетически различными сортами растения-хозяина. Расы различаются между собой генами вирулентности.
Слайд 5
Категории фитоиммунитета
1. Врожденный (наследственный) - вырабатывается в процессе
филогенеза под воздействием пресса паразитов. Генетически закрепленный, присущ растению
независимо от присутствия паразита. Подразделяется на:
А) Неспецифический, или видовой – присущ всему ботаническому виду (роду) растения [иммунность картофеля – к ржавчине, капусты – к фитофторозу, земляники – к головне и т.д.]. Отражает дивергентный характер сопряженной эволюции (коэволюции) растений и их паразитов.
Б) Специфический, или сортовой – присущ отдельным сортам, линиям по отношению к определенным расам паразита (штаммам, разновидностям). Отражает внутривидовую дифференциацию паразита.
[ Сорт картофеля Лорх неустойчив к большинству рас возбудителя рака картофеля, сорта Елизавета, Темп, Ресурс и большинство других сортов – устойчивы ко всем расам паразита].
Слайд 6
Врожденный иммунитет подразделяется на
1. Пассивный иммунитет – не
зависит от контакта с паразитом, присущ растению постоянно. Его
факторы:
- Анатомо-морфологическое строение [ форма кроны дерева, восковый налет на плодах яблони устойчивость к парше; скорость образования раневой перидермы на клубнях картофеля устойчивость к гнилям и т.д.];
- Физиолого-биохимическое особенности [фитонциды, кислотность клеточного сока, ингибиторы паразитов – фенолы, гликозиды и пр.].
2. Активный иммунитет – комплекс ответных реакций растения на атаку паразита. Его факторы:
- Фитоалексины (антибиотические вещества, подавляющие паразита) – [пизатин гороха, фазеолин фасоли, любимин, решитин, кофейная кислота картофеля и др. ],
- Реакция сверхчувствительности – быстрый некроз ткани в точке внедрения паразита-биотрофа [устойчивость картофеля к фитофторозу, яблони – к парше, пшеницы – к ржавчине и др. ]
- Лизис - дегенерация патогена в тканях устойчивого растения в результате активации ферментов [мицелия головневого гриба в тканях пшеницы, гриба Rhizoctonia в тканях орхидеи и др. ]
Слайд 9
2. Приобретенный иммунитет (ненаследственный, искусственный)
Вырабатывается
в процессе онтогенеза растения, в результате целенаправленного воздействия человека
на ограниченную группу растений.
[иммунизация (вакцинация) растений томата против вируса табачной мозаики (ВТМ) ослабленными (аттенуированными) штаммами; растений огурца – против вируса огуречной мозаики (ВОМ-2) и антракноза; вакцинациz цитрусовых насаждений в США, Бразилии, Австралии. Индии, Израиле, Южной Африке и других странах от опасного вируса тристецы. Защитный эффект у растений грейпфрута сохранялся более 20 лет. В Бразилии было иммунизировано 10 миллионов апельсиновых и лимонных деревьев, а прибавки урожая от такой обработки составили от 5 до 70 %].
Слайд 10
Николай Иванович Вавилов
1887-1943
Основоположник учения об иммунитете растений к
инфекционным болезням
Главные печатные труды Н.И. Вавилова по иммунитету
1919
г. “Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям”
1935 г. “Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям (применительно к запросам селекции)”
Н.И. Вавилов является основоположником эволюционно-генетической и эколого-географической теории иммунитета. Он утверждал, что устойчивость против паразитов выработалась в процессе сопряженной (совместной) эволюции растений в центрах их происхождения на фоне длительного (в течение тысячелетий) естественного заражения возбудителями болезней.
Следовательно, именно в географических центрах происхождения культурных растений следует искать наиболее устойчивые к болезням дикие виды растений. Эти дикие виды – ценный исходный материал, используемый в селекции на устойчивость к болезням.
Слайд 12
Центры происхождения культурных растений (по Н.И. Вавилову):
1. Центральноамериканский
центр
2. Южноамериканский центр (Андийский, Чилоанский, Боливийско-Перуанский)
3. Средиземноморский центр
Юго-Западноазиатский
центр
Эфиопский центр
6-7. Южноазиатский тропический центр (Юго-Западный, Южный)
8. Восточноазиатский центр
Слайд 13
Некоторые дикие виды растений – исходный материал для
селекции на устойчивость к болезням
Слайд 14
Горький огурец или Момордика харанция (Кита́йская го́рькая
ты́ква) (Momordica charantia) — однолетняя травянистая лиана семейства Тыквенные. Родина
вида - тропики Азии. Донор генов устойчивости к ложной мучнистой росе огурца, кабачка и др. Методами генной инженерии эти гены перенесены в сорта огурца.
Слайд 15
Томат смородиновидный – (слева) (Lycopersicon esculentum var. pimpinellifolium)
Побережье Южной Америки (Чили, Перу). Плоды около 1 см.
Устойчив к ряду болезней, в частности, к бактериальному и фузариозному увяданиям.
Томат волосистый (L. esculentum var. hirsutum) – (горные районы Чили, Перу, Эквадора). Имеет мелкие зеленые, опушенные плоды. Высокая устойчивость к Y-вирусу, ВТМ, кладоспориозу, бактериальным гнилям и пятнистостям, галловой нематоде и паутинному клещу.
Слайд 16
Дикие виды картофеля (родина -Центральная и Южная Америка)
– доноры устойчивости к фитофторозу и вирусам (Х, Y,
L и др.)
Solanum andigenum (Solanum tuberosum subsp. andigenum)
Слайд 18
Solanum acaule Bitter (Wild Potato)
Слайд 19
Дикие виды яблони – источник устойчивости
к парше
и мучнистой росе
Японская яблоня Malus floribunda (L.) – Япония,
Восточная Азия, плоды овальные, красные,
около 1 см.
Слайд 20
Яблоня ягодная (Я. сибирская) – слева (Malus baccata
(L.) Borkh.). Восточная Сибирь, Дальний Восток (Приамурье, Приморье), Монголия,
Китай.
Плоды красные, 1 см.
Яблоня мелкоплодная (Я. декоративная) M. micromalus (L.). Восточная Азия. Плоды зеленые, 1-2 см.
Слайд 21
Церападусы – это ранее не известные растения –
гибриды между вишней и черемухой, которые в свое время
были получены еще И.В. Мичуриным.
Черемуха иммунна к коккомикозу вишни и черешни и передала этот признак гибридам. Названия этих новых гибридов составляют первые слоги от латинского названия вишни – Cerasus – и черемухи – Padus, что и составляет слово церападус, т.е. растение, полученное от опыления цветков вишни пыльцой черемухи; если же, наоборот, пыльцой вишни опылялись цветки черемухи, то гибриды назывались падоцерусы.
Церопадусы Новелла (слева) и Встреча.
Слайд 22
Земляника чилийская – слева (Fragaria chiloensis Duch., 2n
= 56). В диком виде произрастает на Тихоокеанском побережье
Северной Америки, а также в Южной Америке — в Андах, источник многих ценных признаков — устойчивости к вертициллёзному увяданию, фитофторозу, серой гнили, земляничному клещу, тле.
Земляника овальная (F. ovalis Rydb., 2n = 56). Североамериканский вид. Произрастает в горах западных штатов США и Канады (в Кардильерах). Источник ценных селекционных признаков — высокой зимостойкости, устойчивости к вертициллёзному увяданию, плотной мякоти.
Слайд 23
Земляника виргинская – слева (F. virginiana Duch., 2n
= 56). Произрастает в диком виде в восточной части
Северной Америки. Широко используется в селекции земляники. Источник зимостойкости, устойчивости к мучнистой росе и другим болезням.
Земляника мускатная, или Клубника садовая (F. moschata Duch., 2n = 42). Единственный гексаплоидный вид земляники. Распространен в Северной и Центральной Европе. Отличается высокими прочными цветоносами (устойчивость к серой гнили) и мускатным ароматом ягод.
Слайд 24
Генетические основы устойчивости растений к болезням
Различают два основных
типа устойчивости
1. Расоспецифическая (моногенная, вертикальная). Обусловливает устойчивость к отдельным
расам паразита.
2. Нерасоспецифическая (полигенная, горизонтальная). Обусловливает устойчивость к популяции паразита в целом, безотносительно расового состава.
Слайд 25
Расоспецифическая устойчивость (РУ) (моногенная, вертикальная)
Обусловлена присутствием в генотипе
растения особых генов устойчивости (R-генов), которые контролируют устойчивость к
отдельным расам паразита – носителям генов вирулентности.
Преимущества (+) и недостатки (-) РУ
+ Высокий уровень
+ Мало зависит от прочих факторов среды (погода, агротехника и пр.)
+ Легко использовать в селекции на устойчивость, т.к. R-гены – как правило, доминантные, и поэтому проявляют своё действие у гибридов F1.
- Недолговременный характер (зависит от появления новых рас паразита с новыми генами вирулентности)
Слайд 26
Проявление расоспецифической устойчивости
3 сортов картофеля к фитофторозу
(+ восприимчивость,
- устойчивость)
Слайд 27
Нерасоспецифическая устойчивость (полигенная, горизонтальная)
Обусловлена присутствием в генотипе растения большого числа неспецифических (малых)
генов, которые контролируют устойчивость к популяции паразита, безотносительно расового состава.
Преимущества (+) и недостатки (-) НУ
+ Долговременный характер (не зависит от появления новых рас паразита – новых генов вирулентности)
- Сильно зависит от прочих факторов среды (погода, агротехника и пр.)
- Относительно невысокий уровень
- Сложно использовать в селекции на устойчивость.
Слайд 28
Проявление расоспецифической (вертикальной) и нерасоспецифической (горизонтальной) устойчивости 3
сортов картофеля к фитофторозу
(по о.а. – сорта картофеля и
расы Ph. Infestans 0 - 1.2., по о.о. – уровень устойчивости к болезни)
Слайд 29
Причины потери сортом устойчивости к болезни
Сорта – носители
генов устойчивости (R-генов) могут утратить моногенную (вертикальную) устойчивость в
случае появления в популяции паразита новых вирулентных рас. Такие расы обладают генами вирулентности, которые преодолевают защитное действие R-генов.
В этом случае сорт в полевых условиях сохраняет только полигенную (горизонтальную) устойчивость, и если её уровень невысок, то восприимчивость сорта к болезни и потери урожая резко возрастают.
Такая ситуация особенно типична для болезней, возбудители которых обладают высоким уровнем генотипической изменчивости (мутации, половой процесс, парасексуальный процесс).
Примеры – возбудители ржавчины зерновых культур, фитофтороза картофеля, мучнистой росы многих культурных растений.
Получение новых сортов с моногенной (вертикальной) устойчивостью обусловлен поиском новых генов устойчивости.
Слайд 31
Конвергентные сорта (КС)
Сорта, имеющие несколько генов устойчивости, каждый
из которых контролирует устойчивость к определенной физиологической расе. Такая
устойчивость наз. конвергентной. Чем больше новых генов введено в сорт, тем менее вероятно возникновение новых рас паразита.
Созданы КС яблони, устойчивые к парше и мучнистой росе, томата – к комплексу болезней (вертициллёз, фузариоз, кладоспориоз, ВТМ)
Слайд 32
Многолинейные сорта (МС)
Это популяции, состоящие из отдельных линий,
сходных по агрономическим признакам, но различающихся наличием разных генов
устойчивости. Такие сорта резко замедляют размножение в посеве патогенов, а в результате – скорость развития болезни.
Созданы МС пшеницы, кукурузы и др., устойчивые к видам ржавчины и головни.
Слайд 33
Сорта с полигенной устойчивостью
Полигенная устойчивость обеспечивает задержку сроков
заражения и скорости развития болезни.
Полигенной устойчивости отдают предпочтение в
случае интенсивного расообразовательного процесса (генотипической изменчивости) паразита. В этом случае сорта с моногенной устойчивостью быстро её теряют.
Многие староместные сорта (сорта “народной селекции”) – это сорта с высокой полигенной устойчивостью. Например, сорта лука и чеснока.
Слайд 34
Этапы создания устойчивых сортов
Выявление источников (генов) устойчивости.
2. Индуцированный
мутагенез, направленный на расширение генофонда за счет мутантов с
повышенной устойчивостью к болезням.
3. Гибридизация (внутривидовая, межвидовая) и отбор на инфекционном фоне, т.е. в условиях постоянного контакта с популяцией возбудителя болезни, состоящей из наиболее распространенных рас.
4. Методы новейшей биотехнологии ( генетическая и клеточная инженерия, культура клеток и тканей), дополняющие методы традиционной селекции. В результате создаются трансгенные сорта с высокой устойчивостью к болезням.
