A HÁLÓZATOS LEVÉLFOLTOSSÁGGAL SZEMBENI FIATALKORI ÉS SZÁNTÓFÖLDI REZISZTENCIA VIZSGÁLATA ÁRPÁBAN MÉSZÁROS KLÁRA 1, CSORBA ILDIKÓ 2, TOMCSÁNYI ANDRÁS 3, PALÁGYI ANDRÁS 4, CSŐSZ MÁRIA 4, KARSAI ILDIKÓ 1, VIDA GYULA 1, LÁNG LÁSZLÓ 1 És BAKONYI JÓZSEF 2 1 MTA ATK Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár 2 MTA ATK Növényvédelmi Intézet, Budapest 3 Gabonakutató Nonprofit Kft., Táplánszentkereszt 4 Gabonakutató Nonprofit Kft., Szeged A Pyrenophora teres f. teres (PTT) a hálózatos levélfoltosság kiváltójaként világszerte és hazánkban is az árpa egyik legjelentősebb kórokozója. A betegséggel szembeni rezisztencia gének hatékonysága függ a növény fejlődési állapotától és a gomba fertőző patotípusától, ezért fontos a helyi patotípusokkal szemben hatékony rezisztenciagéneket hordozó genotípusok azonosítása. Hazai vonatkozásban nem, vagy nagyon korlátozott ismereteink vannak e téren, pedig ellenálló fajták nemesítése és termesztése a leggazdaságosabb és leginkább környezetbarát módja a növényi betegségekkel szembeni védekezésnek. Munkánk során vizsgáltuk 49 őszi és tavaszi árpafajta/genotípus fiatalkori rasszspecifikus ellenállóságát 3 hazai PTT patotípussal szemben, valamint 22 őszi árpa hálózatos levélfoltossággal szembeni felnőttkori ellenállóságát. A vizsgált fajták többsége fogékony volt a hálózatos levélfoltosság kórokozójára, ezért ellenálló fajták nemesítése érdekében a rezisztenciaforrások felkutatása és keresztezésbe vonása elengedhetetlen. Kulcsszavak: Pyrenophora teres f. teres, patotípus, árpa, rezisztencia nemesítés INVESTIGATION OF SEEDLING AND ADULT PLANT NET BLOTCH RESISTANCE IN BARLEY K. MÉSZÁROS 1, I. CSORBA 2, A. TOMCSÁNYI 3, A. PALÁGYI 4, M. CSŐSZ 4, I KARSAI 1, G. VIDA 1, L. LÁNG 1 And J. BAKONYI 2 1 MTA ATK Agricultural Institute, Martonvásár 2 MTA ATK Plant Protection Institute, Budapest 3 Cereal Research Non-Profit Ltd., Táplánszentkereszt 4 Cereal Research Non-Profit Ltd., Szeged Pyrenophora teres, the causal agent of net blotch disease of barley, is one of the most important fungal pathogen of barley worldwide. The efficiency of resistance genes against net blotch depends on the developmental stage of barley and the fungal pathotype/virulence phenotype present in the local population of the pathogen. Therefore, it is necessary to identify and breed cultivars resistant to the local fungal isolates/pathotypes. There are only limited information available about the above mentioned characters in Hungary, although resistance breeding is the most efficient, economical and environmentally sound strategy of plant protection. In the recent work specific resistance of nearly 50 barley genotypes against three local PTT patotypes were tested at seedling stage, and adult plant resistance of 22 winter barley cultivars were characterised under field conditions. The majority of tested genotypes were susceptible to net blotch in both types of tests, therefore quest for resistance sources and taking them into breeding programmes are essential. Keywords: Pyrenophora teres f. teres, pathotype, barley, resistance breeding
Bevezetés Az árpatermesztés eredményességét számos betegség veszélyeztetheti (Fischl 1991). Közülük hazánkban legjelentősebbek a vírusok okozta törpülések, az árpalisztharmat, az árpalevélrozsda, a pirenofórás levélfoltosságok és a kalászfuzáriózis, de a rinhospóriumos és ramuláriás levélbetegségek előfordulása is fokozódik (Tomcsányi és mtsai. 2006, Manninger S.-né és Murányi 2009). Az árpa pirenofórás, korábban helmintosporiózisok gyűjtőnéven ismert betegségeit az aszkuszos Pyrenophora Fr. (konídiumos alak: Drechslera Ito) nemzetségbe tartozó gombák okozzák. Az általuk okozott termésveszteség általában 20 30%-os, de akár súlyosabb is lehet (Steffenson és mtsai. 1991, Palágyi és Tomcsányi 2006, Tomcsányi és mtsai. 2006). E gombák egyik képviselője az ún. hálózatos levélfoltosságot okozó P. teres Drechs. f. teres Smed.-Pet. (PTT), mely patogénnel szemben rasszspecifikus és nem rasszspecifikus növényi rezisztencia létezik árpában. A hálózatos levélfoltosság betegséggel szembeni növényi rezisztencia gének hatékonysága jelentős mértékben függhet az árpa fejlődési állapotától és a kórokozó fertőző patotípusától, ezért különösen fontos a hatékony rezisztenciagéneket hordozó növényi genotípusok azonosítása a patogén helyi patotípusaival szemben. Hazai vonatkozásban nem, vagy nagyon korlátozott ismereteink vannak e téren, pedig ellenálló fajták nemesítése és termesztése a leggazdaságosabb és leginkább környezetbarát módja a növényi betegségekkel szembeni védekezésnek. Munkánk során közel 50 őszi és tavaszi árpafajta/genotípus fiatalkori rasszspecifikus ellenállóságát vizsgáltuk 3 hazai PTT patotípussal szemben, valamint 22 őszi árpa hálózatos levélfoltossággal szembeni felnőttkori ellenállóságát teszteltük szántóföldön. Anyag és módszer A fiatalkori rasszspecifikus ellenállóság megállapítását 3 eltérő patotípust képviselő 4 egyspórás PTT-izolátummal végeztük, melyeket Táplánszentkereszten és Martonvásáron 2008-ban és 2010-ben gyűjtött különböző árpa fajták fertőzött leveleiről izoláltunk Ficsor és mtsai. (2011) szerint. A patotípusok azonosítása, a fertőzőanyagként szolgáló konídium-szuszpenzió előállítása, a csíranövények nevelése, az inokuláció, inkubáció és a reakciótípusok értékelése Afanasenko és mtsai. (1995) módszere alapján történt. Perlitben nevelt 8 10 napos csíranövények első leveléből kivágott 2,5 cm-es hosszúságú szegmenseket helyeztünk nedves kamrába, majd egy ponton 20 l konídium-szuszpenziót (1 10 4 konídium/ml 0,01% Tween 20-at tartalmazó bidesztillált víz) cseppentettünk rájuk. Kontrollként csak oldószeres kezelést alkalmaztunk. A kezelt levéldarabkákat (3 ismétlés/izolátum) nedves kamrában 16/8 órás 22/21 C-os fény/sötét ciklusban inkubáltuk 4 5 napig. A felnőttkori ellenállóság vizsgálata során szántóföldi kísérletben 22 őszi árpafajta természetes eredetű P. teres fertőzöttségét mértük fel. A bonitálást két alkalommal, május 14-én és június 6-án végeztük a levelek borítottságának (0 10) és a fertőzött levélszintek számának figyelembevételével (1 8). A két érték szorzatát használva meghatároztuk a fajták fertőzöttségét és a betegség előrehaladási görbe alatti területet (AUDPC).
Az adatok statisztikai elemzését egytényezős varianciaanalízissel végeztük a Breeder programmal (Láng és mtsai. 2001). Eredmények és következtetések A fiatalkori levélteszt alapján négy patotípus bármelyikével szemben immunis árpa fajtát/genotípust nem találtunk (1. táblázat). 1. táblázat Árpafajták P. teres f. teres különböző izolátumaival/patotípusaival szembeni rasszspecifikus ellenállóképesége [erősen rezisztens rezisztens ( 2), mérsékelten rezisztens (2,1 2,9), fogékony ( 3)], standard fajtától eltér **P=0,01 vagy *P=0,05 szignifikancia-szinten Fajta 321/1 Izolátumok 501/1 502/1 296 Átlag 1 2,00 2,83 2,50 3,00 2,58 Fajta 26 standard 321/1 Izolátumok 501/1 502/1 296 Átlag 2,25 2,50 2,33 2,67 2,44 2 2,33 2,00 2,00 3,00 2,33 27 2,17 2,50 2,33 2,83 2,46 3 2,83 2,50 2,33 3,00 2,67 28 2,83 2,83 2,83 2,83 2,83 4 2,00 2,00 2,00 2,83 2,21 29* 3,00 2,83 2,83 2,83 2,87 5 2,00 2,50 2,50 3,00 2,50 30 2,83 3,00 2,50 3,00 2,83 6 3,00 2,50 2,17 3,00 2,67 31 2,33 2,50 2,33 2,83 2,50 7 2,00 2,50 2,33 2,67 2,38 32 2,83 2,50 2,50 2,61 8 2,00 3,00 2,33 3,00 2,58 33 2,67 2,83 2,33 3,00 2,71 9 1,67 2,33 2,00 2,83 2,21 34 3,00 3,00 2,50 3,00 2,88 10 2,83 2,67 1,67 3,00 2,54 35 3,00 2,50 2,83 2,67 2,75 11 2,50 3,00 2,33 3,00 2,71 36 3,00 2,67 2,50 2,50 2,67 12* 3,00 3,00 2,50 3,00 2,88 37 3,00 3,00 2,83 2,50 2,83 13 2,50 2,00 1,67 3,00 2,29 38 2,50 3,00 2,17 3,00 2,67 14** 3,33 2,83 3,00 3,00 3,04 39 2,50 2,33 1,83 3,00 2,42 15 3,00 2,50 2,00 3,00 2,63 40 2,50 2,83 2,17 3,00 2,63 16 3,00 2,83 2,50 2,83 2,79 41 2,00 2,67 2,50 2,50 2,42 17 2,83 2,83 2,33 2,33 2,58 42 2,67 2,00 1,33 2,83 2,21 18 2,50 3,00 2,75 43 2,50 2,33 2,17 2,83 2,46 19 3,00 3,00 2,50 2,33 2,71 44 2,50 2,50 1,67 2,83 2,38 20 3,00 3,00 2,50 2,33 2,71 45 3,00 2,83 2,00 3,00 2,71 21 3,00 2,83 2,50 3,00 2,83 46 2,67 2,50 2,59 22 3,00 2,83 2,50 2,50 2,71 47* 3,33 3,00 2,83 2,67 2,96 23 3,00 3,00 2,50 2,67 2,79 48 2,67 2,50 2,50 3,00 2,67 24* 3,00 3,00 2,50 3,00 2,88 49 3,00 2,67 2,50 2,72 25 3,00 3,00 2,83 2,33 2,79 Átlag 2,76 2,74 2,38 2,79 A 321/1-es izolátum által képviselt patotípussal szemben egy erősen rezisztens rezisztens (9-es fajta), 25 mérsékelten rezisztens és 20 fogékony fajtát azonosítottunk. A 501/1-es izolátummal szemben 33 fajta mérsékelten rezisztens, 13 fogékony volt. A 502/1-es és 296-os izolátumok által képviselt harmadik patotípus fertőzésére ugyanazon fajták/genotípusok nem feltétlenül reagáltak hasonlóan. Például előbbi izolátummal szemben öt erősen rezisztens rezisztens tétel utóbbi izolátum fertőzésére mérsékelten rezisztens (42 és 44) vagy fogékony (10, 13 és 39) reakciótípust mutatott. Ennek hátterében az állhat, hogy a két izolátum valójában különböző patotípusba tartozik, csak az általunk alkalmazott nemzetközi árpa differenciálósor nem különítette el őket. A fennmaradó árpa tételek közül a 502/1-es izolátummal szemben 43
mérsékelten rezisztens és 1 fogékony fajtát (14) vizsgáltunk, míg a 296-os izolátummal szemben további 24 mérsékelten rezisztens és 20 fogékony fajtát találtunk. Az egy-egy izolátum fertőzésére erősen rezisztens rezisztens reakciótípusú fajták/genotípusok közül a másik 3 izolátummal szemben a 9-es, 42-es és 44-es árpák mérsékelten rezisztens, míg a 10-es, 13-as és 39-es árpák mérsékelten rezisztens vagy fogékony tünetekkel reagáltak (1. táblázat). Valamennyi vizsgált izolátumra fogékony árpafajtát/genotípust nem találtunk. Az összes izolátumra adott válaszreakciókat illetően legkisebb ellenállósággal a 12-es, 24-es, 32-es és 14-es genotípusok bírtak, melyek 3 3 izolátumra fogékonyak voltak, míg egy izolátummal szemben a mérsékelten rezisztens kategóriába tartoztak. Varianciaanalízissel az összes fajtára adott válaszreakciók átlagát tekintve nem igazoltunk különbségeket izolátumaink agresszivitása (betegítő-képesség erőssége) között, azonban öt árpafajta (12, 14, 24, 29 és 47) szignifikánsan fogékonyabb volt a standardként választott 26-os árpánál, melyet gyakorlati értelemben szántóföldön ellenállónak tekintenek. A szántóföldi fertőzöttség (1. ábra) mértékét az állami minősítés növénykórtani vizsgálataiban is használt kontrollokéhoz hasonlítottuk, melyek esetünkben a legfogékonyabbak voltak (AUDPC 698 és 709). 1. ábra Őszi árpák felnőttkori szántóföldi fertőzöttségének AUDPC értékei, a kontroll fajtáktól eltér ***P=0,001, **P=0,01 vagy *P=0,05 szignifikancia-szinten. A fajták átlagos AUDPC-értéke 369 volt. A fajták 41%-ának fertőzöttsége nem különbözött szignifikánsan a kontrolloktól, 27%-ának P=5%-os, további 27%-ának P=1%-os szignifikancia-szinten volt kisebb a fertőzöttsége, mint a kontroll fajtáké. Csupán egyetlen fajta AUDPC-értéke volt 100 alatt (AUDPC=56), mely reakciója alapján ellenállónak tekinthető. A fogékony kontrolltól szignifikánsan kisebb volt a fertőzöttsége (P=0,1%). A fertőzés dinamikáját vizsgálva megállapítottuk, hogy a két felvételezés között a fertőzési érték átlagosan 14,7 ponttal nőtt. Három fajta esetén (52, 57, 60) a kezdeti gyenge fertőződés után a levelek hálózatos foltossága jelentősen nőtt (több mint 24 ponttal), míg két fajta (70, 71) a kezdeti erős fertőzöttség ellenére sem ért el magas végső fertőzöttséget, a tünetek átlagosnál lassabb terjedése miatt (6,5 ponttal nőtt).
A fiatalkori levélteszt alapján a genotípusok 87%-nak ellenállósága nem különbözött szignifikánsan a gyakorlati értelemben szántóföldön ellenállónak tekintett Sebastian tavaszi árpa ellenállóságától. A fajták felnőttkori ellenállóságában viszont nagyobb különbségek (AUDPC=56-742) voltak. Három fajta (15, 29, 33) a fiatalkori és a felnőttkori vizsgálatokban is szerepelt. A 29-es fajta mindkét esetben fogékony volt, míg a 15-ös és 33-as fajták, melyek fiatalkori ellenállósága nem különbözött szignifikánsan Sebastian fajtáétól és a mérsékeltem rezisztens kategóriába tartoztak, felnőttkorban fogékonynak bizonyultak. Ez nem meglepő, hiszen a hálózatos levélfoltossággal szembeni ellenállóság függ a növény fejlődési állapotától, valamint a fertőzést kiváltó kórokozó patotípusától, mely feltételezésünk szerint a két kísérletben eltérhetett (Steffenson és mtsai. 1996). A fajták termésmennyisége és a fertőzött levélszintek száma között szignifikáns negatív korrelációt (r=-0,49) mutattunk ki (P=5%), melynek magyarázata valószínűleg abban rejlik, hogy a szemek telítődésében a felső levélszintek, különös tekintettel a zászlóslevél asszimilációja játszik döntő szerepet. Azon fajták termése kisebb volt, melyek zászlóslevele is fertőződött. A felnőttkori ellenállóság vizsgálata alapján a fajták többsége mérsékelten fogékony-fogékonynak bizonyult a P. teres f. teres kórokozóval szemben, mely a kórokozó elleni rezisztenciára nemesítés fontosságára hívja fel a figyelmet. Köszönetnyilvánítás A kutatást az NKTH OMFB-01505/2006 számú, valamint a DTR_2007 azonosítójú pályázatai támogatták. Irodalom Afanasenko, O.S., Hartleb, H., Guseva, N.N., Minaříková, V. Janosheva, M. (1995): A set of differentials to characterize populations of Pyrenophora teres Drechs. for international use. Journal of Phytopathology, 143, 501 507. Ficsor, A., Bakonyi, J., Csősz, L.-né, Tomcsányi, A., Tóth, B., Palágyi, A., Cséplő, M., Mészáros, K., Vida, Gy. (2011): A Pyrenophora teres f. maculata magyarországi előfordulása árpán. Növényvédelem, 47 (10), 405 412. Fischl, G. (1991): Az árpa betegségei. Oktatási segédlet. Pannon Agrártudományi Egyetem, Keszthely. Láng, L, Cs. Kuti, Z. Bedő (2001). Computerised data management system for cereal breeding. Euphytica 119: 235 240. Manninger, S.-né, Murányi, I. (2009): Új kihívás a növénytermesztők számára: új betegség, a ramuláriás levélfoltosság hazai előfordulása és terjedése árpán. Agrofórum, 20 (6), 40 42. Palágyi, A., Tomcsányi, A. (2006): Őszi árpák természetes fertőződése lisztharmattal és hálózatos levélfoltossággal 2003 2005 között. Gyakorlati Agrofórum, 17 (6), 18 20. Tomcsányi, A., Szeőke, K., Tóth, Á.. (2006): Az őszi árpa védelme. Növényvédelem, 42, 87 106. Steffenson, B.J., Webster, R.K., Jackson, L.F. (1991): Reduction in yield loss using incomplete resistance to Pyrenophora teres f. teres in barley. Plant Disease, 75, 96 100. Steffenson, B.J., Hayes, P.M., Kleinhofs, A. (1996): Genetics of seedling and adult plant resistance to net blotch (Pyrenophora teres f. teres) and spot blotch (Cochliobolus sativus) in barley. Theoretical and Applied Genetics 92, 552 558.