sprawozdanie 2013 - Instytut Genetyki Roślin

SPRAWOZDANIE Z REALIZACJI ZADANIA
Poszukiwanie, tworzenie, ocena i gromadzenie źródeł odporności na fuzariozę kłosów u
pszenicy HOR hn – 801 – 19/13 , zadanie MR -2
Informacja o realizacji prac w roku 2013
Instytut Genetyki Roślin PAN, ul. Strzeszyńska 34, 60-479 Poznań
Zakład Genomiki, Zespół Genomiki Zbóż
Kierownik tematu: dr hab. Halina Wiśniewska, prof. IGR PAN
Wykonawcy: drr Tomasz Góral, IHAR, PIB, Radzików, dr Piotr Ochodzki, IHAR, PIB, Radzików, mgr inż.
Jolanta Belter IGR PAN oraz 6 pracowników pomocniczych
WPROWADZENIE
Ważną pod względem ekonomicznym chorobą zbóż powodowaną przez gatunki z rodzaju Fusarium
jest fuzarioza kłosów. Wyrządza największe szkody u pszenicy, która jest najbardziej podatna na tę
chorobę w porównaniu z innymi zbożami.
Wieloletnie badania odmian pszenicy ozimej w Polsce wykazują małe zróżnicowanie podatności na
fuzariozę kłosów oraz wskazują na brak wśród polskich genotypów odmian charakteryzujących się
niewielką zawartością mikotoksyn fuzaryjnych w ziarnie. Najlepszym sposobem ograniczania strat
powodowanych przez gatunki z rodzaju Fusarium u pszenicy może być hodowla odmian odpornych,
co wiąże się z możliwościach ograniczenia stosowania chemicznej ochrony pszenicy przed tą
chorobą. W związku z wprowadzeniem przez Unię Europejską norm dopuszczalnych zawartości
mikotoksyn w ziarnie i produktach zbożowych istnieje potrzeba uprawy odmian pszenicy o stabilnej
odporności i charakteryzujących się brakiem lub kumulujących możliwie najmniejsze ilości
toksycznych metabolitów w ziarnie.
CEL BADAŃ
ocena zmienności genotypów pszenicy ozimej pod względem reakcji na infekcję Fusarium
culmorum, powodującym fuzariozę kłosów
istotnym elementem projektu była także analiza ilościowo-jakościowa metabolitów wtórnych w
porażonym ziarnie
w wyniku przeprowadzonych doświadczeń polowych zamierzano uzyskać informacje
pozwalające wyodrębnić genotypy pszenicy o podwyższonej odporności na fuzariozę kłosów i
kumulujących niewielkie ilości mikotoksyn
formy takie będą mogły stanowić pulę genetycznych źródeł odporności na fuzariozę kłosa, jak
również znaleźć zastosowanie w programach hodowli pszenicy o podwyższonej odporności na
fuzariozę kłosów
MATERIAL I METODY
Do realizacji zadania wybrano genotypy pszenicy ozimej o zróżnicowanej morfologii kłosa, terminie
kłoszenia i dojrzewania, pochodzących z różnych kombinacji krzyżowań odmian i linii o
podwyższonej odporności na chorobę grzybową - fuzariozę kłosa. Przy wyborze genotypów do
krzyżowań uwzględniono również zadawalające cechy rolnicze (plon, jakość).
Badania obejmowały 164 genotypy pszenicy ozimej oraz wzorce odmiany: Muszelka,
Tonacja, Ozon, Arina oraz DED. Dobór takich komponentów do doświadczeń umożliwił uzyskanie
szerokiego zakresu zmienności cech, które mogą mieć wpływ na stopień porażenia kłosów w wyniku
inokulacji.
1
Doświadczenia polowe zostały założone w układzie losowych bloków w dwóch lokalizacjach
położonych w różnych rejonach Polski w IGR PAN w Poznaniu oraz w IHAR, PIB w Radzikowie,
co pozwoliło na większe zróżnicowanie warunków klimatycznych wpływających w istotny sposób
na stopień porażenia.
Genotypy pszenicy ozimej i jarej wysiano na poletkach w 3 powtórzeniach i inokulowano w pełni
kwitnienia każdego genotypu tymi samymi
szczepami Fusarium culmorum tworzacymi
deoksyniwalenol, niwalenol i zearalenon: (KF350,) (KF846) i ( ZFR 112).
Przygotowanie inokulum
Do produkcji inokulum zastosowane były 3 izolaty Fusarium culmorum, wytwarzające toksyczne
metabolity: deoksyniwalenol, niwalenol oraz zearalenon. Izolaty te zostały przetestowane pod
względem agresywności wobec pszenicy i pszenżyta i były używane do oceny podatności
analizowanych genotypów w warunkach polowych.
Szczepy F. culmorum inkubowano oddzielnie przez 5 tygodni w kolbach na sterylnych ziarniakach
pszenicy, przy odpowiedniej wilgotności ziarna, codziennie wstrząsając, aby nie dopuścić do
zbrylenia. Po 5-6 tygodniach na ziarniakach inokulowanych izolatami F. culmorum tworzyły się
liczne sporodochia wypełnione zarodnikami. Tak wytworzone zarodniki były odpowiednie do
inokulacji.
Inokulacja
Zarodniki wypłukiwano sterylną wodą z kolb zawierających sporodochia powstałe po inokulowaniu
sterylnego ziarna pszenicy 3 szczepami Fusarium sp.. Przygotowano stężenie 100 000 zarodników
na 1 mililitr. Stężenie ustalano za pomocą hematokrytu. Z prowadzonych badań wynika, że takie
stężenie zarodników Fusarium najlepiej różnicuje inokulowane genotypy. W obu lokalizacjach
inokulacja wykonana była zawiesiną zarodników w wodzie z zastosowaniem metody oprysku. Kłosy
pszenicy były opryskiwane mieszaniną zarodników o określonym stężeniu. Przed inokulacją
dodawano 5 kropli na litr środka przyczepnego -Tween. Każdy genotyp był inokulowany oddzielnie
w pełni kwitnienia. Na polu doświadczalnym IGR PAN w Cerekwicy w celu uzyskania wysokiej
wilgotności powietrza, po inokulacji przez trzy dni zastosowano mikrozraszacze utrzymujące wysoką
wilgotność powietrza, konieczną do skiełkowania zarodników, a tym samym do zainfekowania
pszenic.
Obserwacje porażenia kłosa przeprowadzono: po 14 i 16 dniach od inokulacji i z uzyskanych
wyników wyliczono indeks fuzariozy kłosów według wzoru:
Określenie indeksu fuzariozy kłosa (%IFK)
IFK(%)= (% porażenia kłosa x % kłosów porażonych na poletku)
100%
Zbiór inokulowanych kłosów pszenicy
Przeprowadzono zbiór ręczny dojrzałych inokulowanych kłosów z poletek oraz młócenie
ręczne. Taki sposób młócenia jest niezbędny, ponieważ silnie porażone ziarniaki są bardzo lekkie,
często przyklejone do plew i w czasie mechanicznego młócenia zostały by usunięte razem z plewami.
Wymłócone ziarno z inokulowanych kłosów dzielono na frakcje:
Frakcja FDK (ziarniaki z wyraźnymi objawami fuzariozy)
Frakcja HLK (ziarniaki wyglądające zdrowo)
Określono procent masy i liczby ziarniaków z wyraźnymi objawami fuzariozy (% FDK)
Określenie parametrów plonotwórczych dla kontroli i inokulowanych genotypów
2
Określono u wybranych genotypów poziom toksyn fuzaryjnych (DON, NIVi ZEN) w obu
zmieszanych frakcjach z danego genotypu
Wyliczono korelacje pomiędzy poszczególnymi komponentami odporności %IFK, %FDK i
mikotoksynami
Ziarno z form o najwyższej odporności i niewielkiej obniżce parametrów plonotwórczych w dwóch
lokalizacjiach Poznań - Cerekwica oraz Radzików analizowano pod względem zawartości
szkodliwych toksyn fuzaryjnych: niwalenolu, deoksyniwalenolu i zearalenonu. Procedury ekstrakcji i
oczyszczania na kolumienkach SPE i IE są opisane i stosowane w analityce. Analiza ilościowa oparta
jest na technice HPLC, z detekcją UV i fluorescencyjną.
Na podstawie kompleksowych danych pochodzących z dwóch lokalizacji dotyczących
porażenia kłosa i porażenia ziarna oraz ilości kumulowanych toksyn, zostały wybrane genotypy o
najwyższej odporności kłosa i ziarna, małej obniżce parametrów struktury plonu i niskiej zawartości
toksyn fuzaryjnych w ziarnie po infekcji Fusarium ssp.
WYNIKI
Przeprowadzono w Cerekwicy testy inokulacyjne dla 164 genotypów i odmian wzorcowych pszenicy.
Genotypy w pełni kwitnienia inokulowano 3 szczepami Fusarium culmorum: (KF350,) (KF846) i (
ZFR 112) metodą oprysku.
Porażenie kłosów wyrażone „Indeksem porażenia kłosów” (IFK %) wahało się od 3,3 u genotypu
20828 do 48,7% u genotypu SMH 8816.
Tylko 6 genotypów wykazywało porażenie kłosa,< 10% (20828, POB 0211, STH 032, POB 0111,
DC
332/09-3, DC 332/09-3).
Porażenie ziarna
W roku 2013 %FDK (procent ziarniaków z wyraźnymi objawami fuzariozy) kształtował się od
23,1% u genotypu STH 032 do 86,7 % AND 535/08. U odmiany wzorcowej Tonacja procent
porażonych ziarniaków był stosunkowo niski i kszałtował się (od 29,8 do 39,6 %) u drugiej odmiany
wzorcowej Arina %FDK wynosił 49,0 %, u odmiany wzorcowej DED %FDK 69,3 %. Natomiast u
genotypu Muszelka %FDK był bardzo wysoki i wyniósł aż 84,4%. Siedem genotypów wykazywało
porażenie ziarna (%FDK) poniżej 30% (STH 032, POB 0211, DC 332/09-3, POB 0111, 20828, DC
21/09-4, Tonacja). Natomiast 21 genotypów pszenicy wykazywało %FDK powyżej 75%.
Określenie korelacji pomiędzy badanymi komponentami oporności u pszenicy
Wszystkie współczynniki korelacji pomiędzy badanymi komponentami odporności na fuzariozę
kłosów w lokalizacji Cerekwica były istotne na poziomie poniżej 0,05.
Przeprowadzono również doświadczenia inokulacyjne w kilku lokalizacjach na terenie Polski, które
wykazały wysoki współczynnik korelacji =0,746.
Wyniki z dwóch lokalizacji Cerekwica i Radzików 2013r.
Porównując dwie lokalizację Cerekwica i Radzików pod kątem pierwszego komponentu odporności
(%IFK) uzyskano wysoką korelację =0,845.
Ziarno z badanych genotypów pszenicy ozimej poddanych badaniom w dwóch lokalizacjach
(Poznań-Cerekwica i Radzików) charakteryzujących się niewielkim %IFK, %FDK, jak również
obserwowaną niewielką obniżką parametrów plonotwórczych, analizowano pod względem
zawartości szkodliwych dla człowieka i zwierząt kumulowanych w ziarniakach toksyn fuzaryjnych:
niwalenolu (NIV) i deoksyniwalenolu (DON) i zearalenon (ZEA).
3
W roku 2013 stwierdzono bardzo wysoki poziom toksyn w ziarniakach wybranych genotypów
pszenicy. Zawartość DON wahała się od 1,08ppm u odmiany ARINA do 38,05ppm u odmiany
OZON - średnio 18,46 ppm. Tylko 8 genotypów wykazywało zawartość DON-u poniżej 10ppm:
20828, DCh 4763/07,NAD 08160, POB 262/07, POB 457/07,STH 0286, STH 032, STH 1116 .
U 25 genotypów pszenicy stwierdzono ilość toksyny DON powyżej 20 ppm. Stwierdzono również
wysoki poziom drugiej toksyny – nivalenolu (NIV) i kształtował się od 4,05 do 32,20ppm.-średnio
18,03.
Ze względu na złożoność odporności na fuzariozę kłosów oraz różne jednostki miar
poszczególnych cech, uzyskane wyniki poddano statystycznej analizie składowych głównych.
Genotypy zostały pogrupowane na podstawie odporności na porażenia kłosa, uszkodzenie
ziarniaków, sumarycznej zawartości trichotecen grupy B oraz zearalenonu w lokalizacji Cerekwica.
Najlepsze genotypy, lokujące się po przeciwnej stronie wektorów, czyli mające niskie wartości dla
wszystkich zmiennych: DOC 21/09-4, STH 032, 20828, KBP 1050, DC 332/09-3, POB 45/07, STH
1110, STH 1129, KBP 1024, ARINA, DC 58/09-4, NAD O8160, STH0286, POB 262/07, POB
O212, DCh 4763/07.
PODSUMOWANIE dla dwóch lokalizacji
Na podstawie doświadczeń w dwóch lokalizacjach i analizie parametrów: IFK%, FDK%, zawartości
toksyn fuzaryjnych z uwzględnieniem plonu oraz obliczeń statystycznych wyselekcjonowano 10
genotypów pszenicy o podwyższonej odporności na fuzariozę kłosów: STH 105, DC 332/09-3, KBP
1058, POB 0212, STH 1116, DC 21/09-4, POB 457/07, STH O32, POB 262/07, 20828.
Wyselekcjonowane genotypy zgromadzono jako źródła odporności i mogą być wykorzystywane do
badań genetycznych związanych z integracją patogen- roślina oraz do piramidyzacji genów
odporności u pszenicy.
4