ОПЫТ БИОХИМИЧЕСКОГО ОТБОРА КАПУСТЫ НА ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К BOTRYTIS CIУ ЕЛЕ А PERS.

в.              д. БРУМ ШТЕЙН
Грпбовская овощная селекционная станция
Как известно, биохимические методы отбора устойчивых растений еще не нашли применения в практике селекционной работы.

Причиной такого положения является, с одной стороны, отсутствие простых и надежных методов отбора растений по признаку устойчивости, а с другой — представление, что присущие растениям биохимические свойства устойчивости проявляются только после непосредственного контакта с возбудителем заболевания.
Согласно многолетним исследованиям Б. А. Рубина с сотрудниками [1], а также Четвериковой [2], устойчивость растений к поражению микроорганизмами в значительной мере определяется окислительным обменом их тканей. Особенно убедительно наличие прямой связи между окислительной способностью тканей и степенью их устойчивости к паразиту было показано на примере устойчивости к Botrytis cinerea двух сортов белокочанной капусты. Малоустойчивый сорт Номер первый характеризуется более низкой активностью окислительных ферментов (пе- роксидазы) и более высокой активностью гидролитических ферментов по сравнению с устойчивым сортом Амагер 611.
В связи с этим возник очень важный вопрос — нельзя ли использовать разницу в активности окислительных ферментов в качестве объективного показателя для отбора растений, устойчивых к В. cinerea.
Объектом исследования был сорт белокочанной капусты Зимовка 1474 селекции Грибовской овощной селекционной станции. Активность пероксидазы определяли по усовершенствованному нами методу Дэвиса [3], который дает возможность проводить до 50—70 анализов в день. Сравнение точности этой методики с определением активности пероксидазы по способу А. Н. Бояркина [4] на кристаллическом препарате фермента и в вытяжках капусты показало, что оба метода дают вполне удовлетворительные совпадения.
Искусственное заражение капусты проводили чистой культурой гриба В. cinerea, который выращивали на жидкой капустной среде с добавлением 2% сернокислого калия. Использовали мицелий 7 —10-дневной культуры гриба.
В предыдущих сообщениях [5, 6] были приведены данные о наличии существенных различий в активности перокспдазы в пределах различных сортов белокочанной капусты, причем нередко даже гораздо больших, чем между сортами. Это свидетельствует о существовании больших потенциальных возможностей для проведения внутрнсортового отбора растений по степени активности пероксидазы.

г ч 5 8 10 12 П 16 18 20 22 211 26 28 30 32 ЗЬ 3638 40 Номера растений
Рис. 1. Убыль в весе после шести месяцев хранения у отдельных растений сорта Зимовка 1474


Для сорта капусты Зимовка 1474 было установлено наиболее значительное варьирование активности фермента от 0,8 до 2,94 отн. ед. (табл. 1). В соответствии с этим изменяется устойчивость отдельных растений как при естественном поражении кочанов серой гнилью в процессе хранения, так и при искусственном заражении.
Наблюдения в период хранения показали, что отход при зачистке. т. е. удалении листьев, пораженных серой гнилью, в целом по сорту за 6 месяцев хранения составлял 14,8 %, а у отдельных растений в пределах сорта колебался от 4,7 до 26,5% (рис. 1).
При искусственном заражении растений с разной активностью пероксидазы оказалось следующее: на листьях капусты с низкой пероксидазной активностью уже на третий день было заметно проникновение гриба в ткань листа, а на седьмой день на поверхности листа образовались споры. У растения с высокой активностью фермента даже на седьмой день инфекция не развивалась.
В литературе неоднократно отмечалась целесообразность отбора растений для повышения устойчивости к болезням по ак-

Активность пероксидазы различных сортов капусты (в отн. ед.)

Сорт	Активность пероксидазы		Х\0с*ффПЦиёП і
	среднее	колебания	. 0
Номер первый 147 ... . Слава 1305	1,07 1,14	0,4—1,80 0,8—1,80	1,69 2,28
Амагер 611 Зимовка 1474	1,52 1,51	1,17-2,00 0,8—2,94	2,78 4,5

тивности ферментов [1, 7 —11]. Однако вопрос о передаче по наследству таких биохимических показателен до настоящего времени совершенно не исследован.
Для изучения наследования пероксидазной активности у капусты необходимо было решить ряд методических вопросов. Следовало выяснить, как распределяется активность пероксидазы по отдельным листьям растения капусты, и проследить за изменениями ферментативной активности в онтогенезе растений.

Номер писта розетки
Рис. 2. Активность пероксидазы по ярусам листьев (фаза розетки, 31/VII 1962 г.)
i — семья с высокой активностью пероксидазы; 2 — с низкой активностью
пероксидазы


В результате проведенных исследований нами установлено, что в период интенсивного образования листьев и формирования кочана капусты существует четкая зависимость между возрастом листа и его пероксидазной активностью, т. е. чем моложе лист, тем выше активность фермента (рис. 2).
Ю Биохимические основы защиты растении

С началом технической спелости эти различия уменьшаются. В этот период наблюдаются скачкообразные изменения иероксп- дазной активности, и трудно установить какую-либо зависимость между возрастом листа, его функцией; и активностью фермента.
Большой интерес представляет повышенная активность пероксидазы в наружных кроющих листьях кочана при хранении. Через 35—40 дней после уборки было установлено некоторое снижение активности фермента по мере удаления от поверхности кочана (рис. 3). В этом, по-видимому, состоит одна из причин
лучгией лежкости кочанов капусты при оставлении на них плотно прилегающих кроющих листьев.
Следовательно, при взятии проб для определения активности фермента необходимо тщательно учитывать возраст листа и фазу развития растения.
Для селекционной практики очень важно изучить возможность отбора растений с наиболее высокой пероксидазной активностью до закладки па хранение. Для этой цели можно было использовать либо показатели активности пероксидазы в листе розетки, либо в кроющем листе кочана перед закладкой на хранение. Но для этого требовалось выяснить наличие корреляции между активностью этого фермента в листьях розетки во время уборки и в кочане после хранения.
Для того чтобы установить, в какой мере эта зависимость существует у отдельных растений в пределах сорта, были взяты маточные растения сортов Зимовка, Амагер и Подарок. Математическая обработка полученных данных установила отсутствие зависимости между активностью пероксидазы в листьях розетки
Таблица 2
Активность иерокспдазы в кроющем листе после уборки (осенью) и

Семья (номер)	Крогащии лист	Кочан
	первое потомство		1959—1960 гг.
С высокой пероксидазной активностью (Лі 8) То же (Лг 20) С низкой пероксидазной активностью (Л; 19)	1,37—3,00 2,13-3,44 1,43—2,13	1,96—2,44 2,04—2,56 1,12 — 1,72

и в кочане после хранения: коэффициент корреляции изменялся от +0,002 до —0,008-
Кроме того, было выяснено, что б период уборки трудно выбрать листья роземхц одного возраста. Вследствие этот мы считаем невозможным использовать данные но активности пе- рокендазы в листьях розетки при отборе растений на повышение лежкости.
В табл. 2 приведены данные о зависимости между активностью пероксидазы в кроющем листе кочана до хранения и в кочане того же растения через 6 месяцев. В подавляющем большинстве случаев результаты определения активности фермента в кроющем листе дают достаточно надежный критерий для отбора растений перед закладкой на хранение. Как средние значения активности фермента для семьи с высокой перокендазной активностью, так и колебания ее в кроющем листе и в кочане во всех случаях выше, чем у семьи с низкой перокепдазной активностью. Наряду с зтпм было установлено, что абсолютное значение активности пероксидазы у каждой семьи изменяется в зависимости от условий вегетационного периода. Поэтому заранее невозможно установить максимальную или минимальную величину ферментативной активности.
В дальнейших исследованиях в качестве1 исходных форм были взяты две группы маточных растений сорта Зимовка. У растений одной группы активность фермента была от 1.6 до 2.9 отн. ед.; у другой — от 1.0 до 1.3 отн. ед. Потомство каждого растения высевали отдельно.
Ежегодно в качестве маточных растении из семей с высокой перокепдазной активностью отбирали растения с наиболее высокой активностью фермента; из семей с низкой перокепдазной активностью брали растения с самой низкой активностью.
Семенные растения высаживали изолированно по группам. Наблюдения за их ростом, ходом цветения и созревания не выявили каких-либо различий.
Полученные нами результаты (табл. 3) свидетельствуют о существенных изменениях активности пероксидазы у потомства
в кочане после хранения (весной) сорта Зимовка (в отн. ед.)

	Кроющий лис г	Кочан	Кроющий лист	Кочан
	первое потомство 1960—1901 гг.		второе потомство 1962—1963 гг.
	1,78—3,23 1,70—3,45 1,32—2,28	1,34—1,93 1,04—1,50 0,77—1,25	1,39—1,90 1,49-2,50 0,99—2,08	1,45—2,00 1,43-1,93 0,91 — 1,67

Изменение активности пероксидазы в процессе отбора сорта Зимовка

Семья	Исходные растения		Первое потомство		Второе потомство
	отн. ед.	0 / 0	отн. ед.	0 /0	оти. ед.	0 lt; 1 0
Контроль без отбора . . .	1,50	100	1,62	108	1,52	100
С высокой пероксидазной
активностью	2,37	100	1,87	79	1,76	75
С малоактивной перокси-
дазой	1,00	100	1,13	ИЗ	1,29	129

капусты. Уже в первом потомстве у семей с высокой пероксидазной активностью было отмечено снижение активности фермента с 2,37 до 1,87 отн. ед., или на 21%. Во втором потомстве снижение продолжалось. Одновременно происходило повышение активности фермента у семей с низкой пероксидазной активностью. Так, во втором потомстве активность повысилась на 29%.
Уменьшение активности фермента у растений нз семей с высокой пероксидазной активностью происходило не за счет падения ео у отдельных растений, а в результате довольно равномерного снижения по семье в целом. Таким образом, как у семей о высокой, так и с низкой пероксидазной активностью ясно выражена тенденция к сохранению активности фермента на том уровне, который выработался для данного сорта в течение длительного времени.
В настоящее время большинство исследователей считает, что защитная роль окислительных ферментов проявляется в основном в окислении содержащихся в растениях фенолов в ответ на поражение болезнетворными микроорганизмами. Тем самым на пути внедрения паразита создается химический барьер. Фаркаш и сотрудники [12—14] показали, что широко распространенной защитной реакцией растения-хозяина является увеличение в пораженной ткани синтеза ароматических соединений и повышение интенсивности ферментов, окисляющих полифенолы.
Л. В. Метлицкий и сотрудники [15—17], испытав степень токсичности различных фенолов по отношению к спорам фуза- риума, показали, что во всех случаях окисленные фенолы были более фунгиактивными, чем их обычные формы. Они установили также, что содержание фенолов в тканях растений возрастает не только в ответ на инфекцию, но и в ответ на механические поранения.
Сравнительно недавно в ряде лабораторий было показано [18—20], что пероксидаза некоторых растений обладает оксидаз- ными свойствами и способна окислять полпфенолы, фунгитоксич-

носхь которых возрастает в ходе окисления. Однако само образование фунгитоксичных веществ в тканях капусты в ответ на внедрение паразита не было показано.
ЛГ-тгг А А П “1 ПЛ-'Л.* ОТЛ Т СТ ТОТ’ПТ'П ‘ППТП РОТИОРТР ТТ:1ТИТТ Гgt;ТТ'!:Ч Тт , i f‘* Т г4 Тgt; Т П ТI п
. I /1 *              gt;_»gt;¦«« ,...»1 I              w i г* ,,к,, ,,К I .              gt; .1. ...» •... w              , м-м . . . S , V • I
серия опытов. , Im Ti,я кочанов капусты сорта -Зимовка заражали чистой культурой гриба В. cinerea. Б ответ на заражение образовывались некротические пятна. Их удаляли и вырезали слой внешне здоровых клеток шириной не более 0,5 см, непосредственно примыкающий к некрозам. Контролем служили незара- женные листья капусты. Ткани тех и других листьев растирали с песком и заражали снова. У контроля зтже через 24 часа начался рост внесеннего мицелия, и на третьи сутки на поверхностг растертых тканей образовался плотный налет грибницы. На растертых же тканях, приле1 ающих к некрозу, только на вторые сутки можно было отметить начало слабого развития грибницы. Развитие ее II в последующие дни шло очепь медленно и не достигало таких размеров, как в контроле.
В том случае, когда были взяты для опыта ткани па большем удалении от некроза (от 1,5 до 2.0 см), угнетения роста гриба не наблюдалось.
Определение активности пероксидазы показало, что через двое суток после заражения в тканях, прилегающих к некрозу, она возросла на 30%, тогда как в более удаленных ее активность увеличилась в меньшей степени.
При искусственном заражении через более продолжительное время после образования некроза гриб хорошо развивался как в некротпзированной ткани, так и в прилегающих здоровых тканях.
Обобщение полученных данных позволяет нам сделать следующее заключение: в основе устойчивости капусты к В. cinerea лежит широко распространенная в растительном мире реакция сверхчувствительности, при которой в ответ на внедрение паразита погибает какая-то часть клеток растения, а вместе с ними и проникший паразит. В отношении В. cinerea эта реакция не так эффективна, как в отношении облигатных паразитов, и этим, но-видимому, объясняется отсутствие сортов, иммунных к этому паразиту. Тем не менее защитное действие указанной реакции по отношению к такому типичному факультативному паразиту, как В. cinerea, экспериментально установлено.
В ответ на внедрение возбудителя серой гнпли у растений устойчивого сорта показано образование фунгитоксических веществ в клетках, прилегающих к месту внесения инфекции. С гибелью паразита концентрация этих веществ в некротических клетках падает. В дальнейшем фунгитоксические вещества исчезают и в некротических клетках и в прилегающих внешне здоровых клетках. Хотя образование этих соединений не вызывает сомнения, их химическая природа остается пока неизвестной.
На большом материале подтверждено, что между устойчивостью капусты к В. cinerea и активностью пероксидазы имеется прямая зависимость. Она установлена не только у разных сортов в пределах разновидности, но и у отдельных растений в пределах сорта.
Однако на пути использования отбора устойчивых растений по активности пероксидазы имеются серьезные трудности, которые пока не удалось преодолеть. Если в первом потомстве еще в какой-то мере сохраняется высокая пероксидазная активность, свойственная исходным растениям, то уже во втором потомстве наблюдается выравнивание данного показателя. У семей с высокой активностью фермента происходит ее снижение, а у семей с низкой активностью, наоборот, возрастание.
Таким образом, одного только прямого отбора по активности пероксидазы оказалось недостаточно для закрепления этого признака у потомства.
ЛИТЕРАТУРА

1. Б. А. Р у б п н, Е. В. А р ц и х о в с к а я. Биохимия и физиология иммунитета растений. М., Изд-во АН СССР, I960.
2. Е. П. Четверикова. Окислительные процессы в явлениях устойчивости. М., канд. дисс. 1952.
3. W. В. Davis. Qualitative method estimation of peroxidase in field conditions.— Indust, and Injen. Chem. 14, 1942.
4. A. H. Б о я p к и н. Быстрый метод определения активности перокси

дазы. — Биохимия, 16. вып. 4. 1951.

5. В. Д. Б р у м ш т е й н. Использование биохимического способа отбора для получения лежких сортов капусты. — В сб.: «Биохимия плодов и овощей», № 7. М., Изд-во АН СССР, 1962.
6. В. Д. Б р у м ш т е й н, Л. В. М е т л и ц к и й. Использование биохимического способа отбора растений для повышения их устойчивости к микроорганизмам. — Докл. АН СССР, 149, № 5, 1963.
7. N. К е d а г. The peroxidase test as a tool in the selection of potato varieties to late blight. — Amer. Potato J., 36. 1959.
8. G. К о e 11 e. Die Aktivitat der Polyphenoloxidase als Erbmerkmal und ihre Beziehung zur genetisch bedingten Krankheitsposition beim Tabak. — Zuchter, 33, 1963.
9. V. U m a e r u s. The relationship between peroxidase activity in potato leaves and resistance to Ph. infestans. — Amer. Potato J., 36, 1959.
10. V. Umaerus. Some observations on field resistance to late blight.— Sver. Utsod. tidskr., 70, N */2, 1960.
11. V. Umaerus. Observations on field resistance to late blight {Ph. infestans) in potato. — Sver. Utsod. tidskr., 70, N 6, 1960.
12. G. F a г с a s. Z. Kiraly, F. Solymosy. Role of oxidative metabolism in the localisation of plant viruses. — Virology, 3, 1960.
13. Z. Kiraly, G. Farcas. On the role of ascorbic oxidase in the para- sitically increased respirations of wheat. — Arch. Biochem. and Biophys.,

2. 1957.

14. Г. Ф a p к а ш, 3. К и p а й. Изучение эызимологии больного растения в связи с устойчивостью его к микроорганизмам. — Изв. АН СССР, серия биол., № 5, 1956.
15. Л. В. Метлицкий, О. Л. О з е р е ц к о в с к а я, Г. И. Ч а л е н к о, Г. А. Строкова. О фунгитоксичном действии фенольных соединений,

возникающих в клубнях картофеля при пораненнп.—Докл. АН СССР, 160, № 4, 1965.

16. Л. В. М е т л и п к и п. Е. Н. Мухин, Н. П. Морозова. Биохимическая природа раневых реакций и пх использование для повышения устойчивости картофеля s; лшкроорггннтз'ма*!. — Докл. АН СССР. 150. Л» 5, 1963.
17. Е. Н. М у X и н. Изменения в комплексе веществ фенольной природы при механических повреждениях у картофеля после уоблучения. — Докл. АН СССР. 148, № 6, 1963.
18. Т. М. Иванова, Б. А. Руби н. Об окспдазной функции пероксидазы капусты. — Биохимия. 25, № 3, 1960.
19. Т. М. Иванова, Б. А. Р5гбин. О природе фснолоксидазного действия пероксидазы. — Биохимия, 27, № 4, 1962.
20. D. P. Haskett, Т. Е. R а у I a n d. Oxidation of menadiol by fractions isolated from nonphotosvnthetic plant tissues. — Plant Physiol., 37. N 5,

1962.

Еще по теме ОПЫТ БИОХИМИЧЕСКОГО ОТБОРА КАПУСТЫНА ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К BOTRYTIS CIУ ЕЛЕ А PERS.:

1. ОПЫТ количественной оценки динамических СОСТОЯНИЙ И УСТОЙЧИВОСТИ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ НАОБЪЕКТАХ ГИДРОМЕЛИОРАЦИИ
2. ИЗУЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ УСТОЙЧИВОСТИ ХЛОПЧАТНИКА К ВОЗБУДИТЕЛЮ ВЕРТПЦИЛЛЕЗНОГО УВЯДАНИЯ
3. Устойчивость генов, прошедших естественный отбор
4. Капуста
5. Капуста брюссельская
6. Капуста
7. Капуста белокочанная
8. Гниль головки цветной капусты
9. 18. Злосчастный опыт Шапошникова
10. Приемы повышения урожайности овощей
11. Опыт содержания сайгаков в зоопарках мира
12. Мой личный опыт