Микобиота декоративных растений ботанического сада-института ДВО РАН (стр. 1 )

На правах рукописи

ПАВЛЮК Наталья Александровна

МИКОБИОТА ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН

03.00.05 — Ботаника

03.00.24 — Микология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Владивосток — 2009

Работа выполнена в лаборатории интродукции и селекции цветочно-декоративных растений Ботанического сада-инстититута ДВО РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук,

старший научный сотрудник

Оффициальные оппоненты:

доктор биологических наук,

старший научный сотрудник

кандидат биологических наук,

доцент

Ведущая организация:

Главный ботанический сад

им. РАН (г. Москва)

Защита состоится 24 ноября 2009 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 005.03.02 при Биолого-почвенном институте ДВО РАН г. Владивосток, пр. 100 лет Владивостоку, 159.

Факс: (42

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ДВО РАН.

Автореферат разослан «21» октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Грибы-микромицеты являются неотъемлемой составляющей природных экосистем и агрофитоценозов. В Приморском крае состав микромицетов отличается значительным видовым разнообразием и многочисленностью вследствие влияния влажного муссонного климата, особенностей почвы, богатства и разнообразия флоры. Экологическая устойчивость интродуцированных растений определяется конкретной климатической сопряженностью районов их новой культуры с биоэкологическими свойствами вида, сложившимися под контролем естественного отбора на родине в определенных почвенно-климатических и географических условиях (Клименко и др., 2006). Многообразие интродуцированных видов и сортов растений в Ботаническом саде-институте ДВО РАН может способствовать расширению состава микромицетов в данном регионе, а также освоению грибами новых питающих растений. В результате выращивания монокультур, особенно интродуцированных видов и сортов, некоторые заболевания принимают форму эпифитотий. Стрессовые для растений факторы (климатические, географические, биологические, антропогенные) на первом этапе интродукции способствуют поселению на них сапротрофных микромицетов. С другой стороны, многообразие культивируемых в коллекции БСИ ДВО РАН растений позволяет провести отбор на устойчивость к наиболее опасным заболеваниям. Поэтому актуальным является исследование, связанное с инвентаризацией микромицетов в данных агроклиматических условиях. В связи с этим требуется обобщение известных сведений о структуре микобиоты, консортивно связанной с декоративными растениями на юге Приморского края. Данные о микромицетах, ассоциированных с декоративными растениями, и о вредоносности отдельных заболеваний декоративных растений, вызываемых микромицетами, до настоящего момента были разрозненны. Такие сведения встречаются в работах, посвященных микобиоте травянистых и плодовых растений, а также почв, в том числе и в Приморском крае. Первые сведения о микромицетах, обитающих на цветочных растениях Дальневосточного ботанического сада, представлены в работе и (1959), где приводится список из 78 видов, 63 из которых относятся к группе анаморфных грибов.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы — определить состав микобиоты декоративных растений на юге Приморского края (на примере коллекционного фонда БСИ ДВО РАН).

Перед исследователем были поставлены следующие задачи:

1) выявить видовой состав микромицетов, ассоциированных с декоративными растениями;

2) провести систематический анализ микромицетов декоративных растений;

3) установить органотропную специализацию, выявить комплексы микромицетов, заселяющих филлоплану, стебли, плоды, семена и проростки растений;

4) определить наиболее опасные, часто встречаемые заболевания декоративных растений;

5) выделить устойчивые и поражаемые в слабой степени виды и сорта некоторых декоративных растений к основным заболеваниям, вызываемым микромицетами.

Научная новизна. Впервые установлен и проанализирован видовой состав микромицетов на 243 видах декоративных растений, относящихся к 71 семейству, 153 родам, выращиваемых в БСИ ДВО РАН. Установлено, что 54 вида микромицетов из 33 родов, найденых на территории БСИ ДВО РАН, впервые зарегистрированы на Российском Дальнем Востоке. Два вида впервые приводятся для России: Erysiphe rhododendri и Zygosporium gibbum. На новых растениях-хозяевах отмечены 98 видов микромицетов из 55 родов. Изучены некоторые биологические особенности микромицетов и симптоматика наиболее опасных болезней декоративных растений. Установлена органотропная специализация микромицетов, выявлены комплексы грибов, заселяющих филлоплану, стебли, плоды, семена и проростки растений. Определены микромицеты на некоторых малораспространенных декоративных многолетних и однолетних растениях. Выделены устойчивые или поражаемые в слабой степени виды и сорта декоративных растений из родов Callistephus, Chrysanthemum, Rhododendron. Получены 6 авторских свидетельств на устойчивые или слабо поражаемые грибными болезнями сорта флокса метельчатого.

Практическая значимость работы Полученные результаты использованы для разработки защитных мероприятий, связанных с болезнями декоративных растений, вызываемых микромицетами. В работе представлены данные для выбора устойчивых и поражаемых в слабой степени видов и сортов популярных декоративных растений родов Rhododendron, Chrysanthemum, Callistephus. Разработаны рекомендации для использования в цветоводстве и озеленении сортов астры однолетней, устойчивых к фузариозу (Fusarium oxysporum); сортов хризантем — к пятнистостям и ржавчине (Puccinia horiana), сортов садовых флоксов, устойчивых к мучнистой росе (Erysiphe magnicellulata) и пятнистостям. Решением Госкомиссии 6 сортов садовых флоксов нашей селекции районированы на юге Дальнего Востока, как устойчивые и мало поражаемые болезнями в зоне муссонного климата. Результаты микологических исследований использовались в лекционных курсах повышения квалификации учителей и могут быть использованы в лекциях по курсу «Фитопатология», «Роль грибов – микромицетов в природных экосистемах и агрофитоценозах» для аграрных вузов, специальностей «экология», «защита растений», «садоводство», для дизайнеров, а также практиков-озеленителей. Результаты исследования микобиоты интродуцентов могут быть использованы и в работе карантинной инспекции.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, из них 2 опубликованы в ведущем рецензируемом журнале и 6 авторских свидетельств.

Апробация работы. Основные положения доложены и обсуждены на Международных научных конференциях: «Экологические проблемы интродукции растений на современном этапе: вопросы теории и практики» (Краснодар, 1993), «Биология, систематика и экология грибов в природных экосистемах и агрофитоценозах» (Минск, 2004), «Перспективы использования геноресурсов в селекции сельскохозяйственных культур Дальнего Востока» (Владивосток, 2004), «Ритмы и катастрофы в растительном покрове Дальнего Востока» (Владивосток, 2004), «Цветоводство без границ» (Украина. Харьков, 2006), «Растения в муссонном климате» (Владивосток, 2007), а также научных конференциях «Грибы в природных и антропогенных экосистемах» (СПб., 2005), «VΙΙΙ Дальневосточная конференция по заповедному делу» (Благовещенск, 2007), «Междисциплинарный микологический форум» (Москва, 2009).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и 2 приложений. Работа изложена на 233 страницах, содержит в тексте 50 иллюстраций: в основном оригинальные фотографии и 16 таблиц. Список литературы включает 370 названия, из них 26 – иностранных авторов.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. б.н. (БПИ ДВО РАН) за обучение методам определения микромицетов и помощь в определении видов, а также выработку концептуальных взглядов на роль микобиоты в растительных сообществах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава содержит анализ литературных данных по изучению микобиоты декоративных растений ботанических садов, дендропарков и зеленых насаждений на территории России и прилегающих территориях. Проанализировано более 370 литературных источников, среди которых микофлористические списки и монографии, по отдельным группам грибов, начиная от начала XX века до наших дней. Представлена история изучения микофлоры зеленых насаждений Дальнего Востока: Амурской области, Южного Сахалина, юга Хабаровского края, Приморского края (Коваль, Нелен, 1959; Коваль, 1960, 1972; Бункина, 1961; Бункина и соавторы, 1971; Нелен, 1963, 1972а, б и др.), а также микобиота цветочных и древесно-кустарниковых растений Дальневосточного ботанического сада (Нелен, Гутник, 1958; Гутник, Нелен, 1958; Нелен, Васильева, 1959; Нелен, 1962, 1970; Бункина, Болкун, 1970).

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Охарактеризованы природно-климатические условия Ботанического сада-института (БСИ) ДВО РАН. Указаны местоположение, географические координаты, ориентация склонов и состав почв. Приведены средние многолетние данные о метеоусловиях: минимальных и максимальных зимних и летних температурах, количестве и распределении осадков. Рассмотрен состав и структура коллекций БСИ. Основным объектом исследования служила коллекция интродуцированных растений, а именно 243 вида растений из 153 родов, относящихся к 71 семейству и многочисленные сорта. Ранее, по литературным сведениям, были известны микромицеты, обитающих на цветочно-декоративных растениях из 68 родов 24 семейств. Количество исследованных растений увеличилось почти в 3 раза. Растения 4 семейств: Asteraceae (39 видов из 25 родов), Ericaceae (17 видов), Liliaceae (12 из 6), Ranunculaceae (12 видов из 4 родов), подверглись наибольшему вниманию в исследовании вследствие наибольшего разнообразия в коллекциях. Растения 8 семейств: Caryophillaceae, Crassulaceae, Fabaceae, Gesneriaceae, Iridaceae, Rosaceae, Scrophulariaceae, Vitaceae, представлены в исследовании 5 − 9 видами из 2 – 5 родов. Растения 17 семейств: Pinaceae, Papaveraceae, Moraceae, Paeoniaceae, Violaceae, Actinidiaceae, Geraniaceae, Balsaminaceae, Oleaceae, Valerianaceae, Convolvulaceae, Polemoniaceae, Lamiaceae, Solanaceae, Campanulaceae, Araceae представлены в исследовании 3 – 4 видами из 1 – 4 родов. В 42 семействах исследованы растения 1 – 2 видов из 1 – 2 родов.

Исследованные растения различны по происхождению. 126 видов грибов выявлено на представителях местной флоры. Приводится биологическая характеристика основных, наиболее многочисленных групп, исследованных растений. Названия растений, ассоциированных с микромицетами, приведены по сводкам (Сосудистые растения советского Дальнего Востока, 1985―2006); декоративных травянистых растений ― по (Полетико, 1967; Черепанов, 1995); интродуцентов и садовых культур ― по каталогу (Сосудистые растения Ботанического сада-института ДВО РАН, 2001).

Планомерный анализ микобиоты на коллекциях БСИ ДВО РАН проводили с 1989 г. по настоящее время. Стационарные наблюдения в коллекциях БСИ проводились методом сплошных обследований посадок. Наблюдения за растениями коллекций проводили один раз в декаду в течение вегетационного сезона, с апреля по ноябрь. Для детального анализа отбирали растения с видимыми признаками заболеваний. Анализировали пораженные растения, а также гербарный материал (проводилось его описание, отмечались характерные признаки болезни), отмечали сроки появления симптомов, динамику развития болезней. Также проводился анализ микобиоты проращиваемых семян.

Анализ микромицетов проводили стандартными методами. Микроскопирование и анализ объектов осуществляли под микроскопами: Биолам, ZEISS Axiolab, Ломо Микмед-2. Измеряли микрообъекты с помощью окулярмикрометра. Просмотрено более 2000 препаратов. Для зарисовки крупных конидиом использовали увеличение в 70 и 280 раз, для мелких структур (форма и размер конидий) — в 700 раз. Микрофотографии получали с помощью цифровой насадки МС 80 DX. Переведение цифровой информации в компьютер осуществлялось с помощью программы Nikon Cooplix 880.

Идентифицировали микромицеты с использованием определителей: несовершенные грибы (Saccardo, 1882 — 1899; Ячевский, 1927; Васильевский, Каракулин, 1937, 1950; Ellis, 1971, 1988; Пидопличко, 1977б, 1978; Филиппов и др., 1980; Sutton, 1980; Pons, Sutton, 1988; Мельник, Попушой 1992; Braun, Melnik, 1997; Мельник 2000), ржавчинные грибы (Азбукина, 1974, 1984), мучнисторосяные (Amano, 1986; Braun, 1987; Бункина, 1991), фитофторовые грибы (Новотельнова, 1974, 1979), грибы на плодах и семенах (Брежнев и др., 1962; Семенов, 1980). Болезни деревьев и кустарников (Попушой, 1971; Журавлев и др., 1979), болезни цветочно-декоративных растений (Прутенская, 1982). В работе использовались сводки грибов: Кореи (Lee и др. 1989; Cho и др. 1997), Японии (Hirata, 1966; Ezuka, 1990), США (Farr и др., 1989, 1996), Канады (Ginns, 1986). Названия микромицетов приведены в соответствие с международной сводкой «Index fungorum».

Оценку видов и сортов отдельных культур на устойчивость к наиболее опасным болезням проводили в полевых опытах, на естественном инфекционном фоне.

ГЛАВА 3. АННОТИРОВАНЫЙ СПИСОК МИКРОМИЦЕТОВ НА ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЯХ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН

Приведен список, состоящий из 341 вида микромицетов, относящихся к 104 родам, в том числе 11 видов — к 5 родам Oomycetes, 3 — к 2 родам Zygomycetes, 20 — к 7 родам Ascomycetes, 12 — к 7 родам Urediniomycetes, 159 — к 55 родам Hyphomycetes, 136 — к 28 родам Coelomycetes. Указаны виды питающих растений и даты обнаружения микромицетов. В таблице 1 приведен состав микобиоты на травянистых (232 вида), древесных (128) и оранжерейных (50) декоративных растениях.

Таблица 1

Распределение микромицетов на коллекциях декоративных растений

Коллекции БСИ, число видов растений Классы микромицетов, число видов грибов	Травянистые растения 158	Оранжерейные растения 36	Лианы, кустарники, лиственные и хвойные деревья 64
Oomycetes	11	8	3	3
Zygomycetes	3	2	1	2
Urediniomycetes	12	9	2	4
Ascomycetes	20	12	4	9
Hyphomycetes	159	106	25	69
Coelomycetes	136	95	15	41
Всего	341	232	50	128

ГЛАВА 4. ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЫЯВЛЕННОЙ МИКОБИОТЫ

Систематическая структура микобиоты, выявленной на декоративных растениях БСИ, складывается из 6 классов, 14 порядков, 17 семейств и 104 родов грибов (табл. 2). Как следует из данных табл. 2, кл. Oomycetes представлен 2 порядками, 2 семействами — Peronosporaceae и Pythiaceae, кл. Zygomycetes — 3 сапротрофными видами из двух родов —Mucor и Rhizopus, относящихся к сем. Mucoraceae, пор. Mucorales, ржавчинные грибы кл. Urediniomycetes — 3 семействами — Pucciniaceae, Cronartiaceae, Coleosporiaceae, порядка Uredinales, кл. Ascomycetes – 5 порядками, 5 семействами. Мучнисторосяные грибы сем. Erysiphaceae представлены 3 родами: род Erysiphe (10 видов), Phyllactinia (3 вида) и Podosphaera (3 вида), семейства Chaetomiaceae, Euphacidiaceae, Pleosporaceae, Sclerotiniaceae — по одному виду.

Таблица 2

Систематическая структура микобиоты декоративных растений

Класс	Порядок	Семейство	Число родов	Число видов	Состав, %
Oomycetes	Peronosporales	Peronosporaceae	3	4	1.17
Pythiales	Pythiaceae	2	7	2.05
Всего	5	11	3.23
Zygomycetes	Mucorales	Mucoraceae	2	3	0.88
Всего	2	3	0.88
Ascomycetes	Erysiphales	Erysiphaceae	3	16	4.69
Helotiales	Sclerotiniaceae	1	1	0.29
Phacidiales	Euphacidiaceae	1	1	0.29
Pleosporales	Pleosporaceae	1	1	0.29
Sphaeriales	Chaetomiaceae	1	1	0.29
Всего	7	20	5.86
Urediniomycetes	Uredinales	Pucciniaceae	5	10	2.93
Coleosporiaceae	1	1	0.29
Cronartiaceae	1	1	0.29
Всего	7	12	3.52
Hyphomycetes	Agonomycetales	Agonomycetaceae	2	3	0.88
Hyphomycetales	Moniliaceae	21	69	20.24
Dematiaceae	28	74	21.70
Tuberculariales	Tuberculariaceae	4	13	3.81
Всего	55	159	46.63
Coelomycetes	Sphaeropsidales	Sphaeropsidaceae	15	111	32.55
Melanconiales	Melanconiaceae	13	25	7.33
Всего	28	136	39.88
Итого	104	341	100

Подавляющее большинство микромицетов (295 видов из 83 родов, т. е. более 86 %) принадлежит к группе анаморфных грибов (Егорова, Павлюк, 2005, 2006). Они распределяются следующим образом: к кл. Hyphomycetes относятся 159 видов микромицетов из 55 родов и 4 семейств (Agonomycetaceae, Moniliaceae, Dematiaceae, Tuberculariaceae), к кл. Coelomycetes – 136 видов из 28 родов из двух семейств (Sphaeropsidaceae и Melanconiaceae). Как представлено на рис. 1, количественное соотношение гифомицетов и целомицетов, примерно, равное и составляет 47 % и 40 % от выявленной микобиоты, соответственно.