Известно много заболеваний самой важной сельскохозяйственной культуры для человечества – пшеницы, но одним из наиболее распространенных из них является септориоз. Возбудитель септориозной колосовой пятнистости пшеницы Parastagonospora nodorum – один из наиболее опасных патогенов.
О том, как защитить посевы и получить урожай культуры, рассказала Елена Пахолкова, ученая ФГБНУ «Всероссийский исследовательский институт фитопатологии». Она выступила с докладом на конференции «Сельскохозяйственная патология», которую провели специалисты ФГБУ «ВНИИКР».
Елена Васильевна подчеркнула, что одним из экологичных и экономически эффективных методов борьбы с патогеном является выведение устойчивых сортов сельхозкультур, но на сегодняшний день их нет. Однако ученые предлагают другие эффективные способы борьбы с проблемой.
Основные причины распространения септориоза
Согласно проекту технического регламента «О требованиях фитосанитарной безопасности на территории Российской Федерации», септориозы внесены в перечень особо опасных вредных организмов, вызывающих чрезвычайные ситуации в растениеводстве. Если посмотреть на карту мира, то мы видим, что они распространены на всех континентах, во всех странах, где выращивается пшеница,
- отметила Елена Васильевна.
Основными причинами широкого распространения этих заболеваний являются:
- тенденция к минимальной обработке почвы, в результате которой инфекция накапливается в поле;
- короткий севооборот, когда вынуждено проводится сев зерновых по зерновым;
- отсутствие устойчивых сортов и доноров устойчивости;
- появление резистентности к фунгицидам, которая коснулась и септориоза в том числе;
- потепление климата, которое благоприятно для перезимовки возбудителей.
Еще одним важным моментом является сложность этиологии, поскольку септориоз – это комплексное заболевание, вызванное несколькими патогенами, и одним из них является Parastagonospora nodorum – возбудитель септориозной колосовой пятнистости.
Происхождение и синонимы патогена
Впервые этот гриб был описан как Depazea nodorum в 1845 году и обнаружен на пшенице в Англии, однако ученые предполагают, что появился он гораздо раньше, и его родиной является Иран.
Сначала он появился на дикорастущих злаках, от которых потом перешел на пшеницу и с семенами распространился по всему миру. В дальнейшем в истории этого патогена происходила смена его названий, так в 1850 году биолог Беркли, который и открыл этот вид, переименовал его Septoria nodorum от слова «септа» – «перегородка». Спустя время уже другой исследователь открыл этот патоген под названием Septoria glumarum.
В 1977 году этот вид был снова переименован Stagonospora nodorum, а в 2013 году, в соответствии с последними филогенетическими исследованиями, он назван Parastagonospora nodorum и называется так по сей день.
Другие синонимы этого гриба, которые могут встречаться в литературе: Hendersonia nadorum. Сумчатая форма тоже сначала называлась Leptosphаeria nоdorum, а сейчас – Phaeоsphаeria nadorum.
Вредоносность Parastagonospora nodorum
Гриб поражает листья и колос, и именно такое комплексное поражение приводит к большим потерям урожая. При этом происходит уменьшение ассимиляционной поверхности, нарушаются физиологические процессы. Патоген поражает также стебель, в результате чего нарушаются функции сосудистых пучков, что может вызвать полегание растений,
- отметила ученая.
Кроме больших потерь урожая, гриб оказывает негативное влияние на качество зерна, в частности на содержание клейковины – самого важного показателя хлебопекарных свойств, который регламентирует стоимость продукции. Чем больше поражен колос, тем ниже её содержание. Также изменяются химические показатели зерна:
- снижение клейковины – на 2,3 – 2,9%;
- содержание белкового азота ниже на 0,5 – 0,9%.
Гриб ухудшает посевные качества семян:
- энергия прорастания и полевая схожесть снижаются на 9,5 – 12%.
В годы эпифитотии потери от Parastagonospora nodorum могут достигать 30 – 40%. С фитосанитарной точки зрения под эпифитотией понимается такое массовое распространение заболевания, при котором химические меры борьбы являются экономически оправданными, и частота таких эпифитотий составляет 2-4 года на каждые 10 лет.
Этот гриб поражает все надземные органы растений, на листьях он вызывает характерные пятнистости, а на колосе – характерную пестроту. При сильном поражении полностью темнеют колосковые чешуи и ости колоса, поражается также стебель, вызывая характерную штриховатость,
- подчеркнула спикер.
Поскольку это пикнидиальный гриб, на пятнах образуются пикниды, но различить их невооруженным глазом очень сложно, нужно использовать лупу или бинокуляр. Спороношение помогает идентифицировать этот гриб в точности, оно бывает как сумчатое, так и пикнидиальное (бесполое спороношение).
Распространение P. Nodorum
В ФГБНУ «Всероссийский исследовательский институт фитопатологии» в течение многих лет проводится мониторинг частоты встречаемости разных видов возбудителей септориоза на пшенице, в том числе и Parastagonospora nodorum.
На карте ниже патоген обозначен синим цветом. Частота его встречаемости увеличивается с продвижением на северо-запад, восток и далее на Урал и Сибирь. На Урале, в Сибири и Казахстане этот вид доминирует.
Если мы посмотрим на диаграммы справа, то увидим, что на яровой пшенице патоген встречается намного чаще, чем на озимой. Поэтому в тех регионах, где яровая пшеница преобладает в структуре посевных площадей, как раз и встречается этот возбудитель. К сожалению, у нас уже долгое время не было образцов из Восточной Сибири и Дальнего Востока, но мы предполагаем, что на этих территориях также распространен этот патоген,
- сказала Елена Васильевна.
Эпидемиологические особенности P. Nodorum
По эпидемиологическим особенностям гриб отличается высокой скоростью развития.
- Споры прорастают уже через 2-3 часа после попадания на лист.
- Для их прорастания достаточно влажности воздуха 76%. В идеале необходима капельножидкая влага.
- Проникновение в лист происходит напрямую через клеточные стенки эпидермиса.
- Минимальный влажный период составляет всего 3-4 часа.
- Диапазон температур для развития инфекции достаточно широк: от 9 до 28 градусов Цельсия.
- Инкубационный период составляет 3-5 дней.
Латентный период – 8-14 дней.
Характерной особенностью его патогенеза является образование фитотоксинов (септорин, меллеин (охрацин), SnToxA). Они продвигают инфекционный процесс на начальных этапах развития. Под действием этих фитопатогенов вызывается гиперчувствительная реакция растений, клетки погибают, и гриб начинает питаться мертвой тканью. То есть по своим свойствам он является некротрофом. Он также отличается онтогенетической приуроченностью: появляется на посевах чаще всего в фазу колошения-созревания. Имеет достаточно широкий круг растений хозяев. Помимо пшеницы и злаковых культур, поражает ячмень, рожь, овес и дикие злаковые травы,
- отметила выступающая..
Динамика проявления инфекции P. nodorum и Z. tritici на пшенице
В течение нескольких лет ученые следили за динамикой проявления заболеваний на пшенице разных видов септории.
Наиболее часто встречаются:
- Parastagonospora nodorum (на графике ниже обозначен синим цветом),
- Zymoseptoria tritici (другой не менее распространенный вид, выделен красным цветом).
На начальных этапах развития пшеницы Parastagonospora nodorum не сильно проявляется. Патоген находится в латентном состоянии, хотя присутствует в посевах. Начиная с фазы флаг-листа, колошения и далее до созревания увеличивается частота его встречаемости. Поэтому этот вид называют принципиальным агентом флаг-листа и колоса, что следует учитывать при мониторинге видового состава патогенов,
- подчеркнула Елена Васильевна.
Источники инфекции
Этот вид сохраняется в зерне пшеницы, однако зачастую фитоэкспертиза не выявляет патоген, поскольку сделать это достаточно сложно.
Для этого ученые ФГБНУ «Всероссийский исследовательский институт фитопатологии» используют ультрафиолетовый свет. Тогда гриб, находящийся внутри зерна, проявляется на поверхности в виде пикнид со спорами, и его легко идентифицировать.
Мы также проводили наблюдения за тем, насколько долго он может сохраняться в зерне. В зависимости от сорта пшеницы он сохраняется до 6 лет. При попадании семени в почву, после того как оно начинает впитывать влагу, гриб в мицелии также трогается в рост. Сначала проявляется на колеоптиле, затем переходит на само растение и распространяется по нему на верхние русы и колос впоследствии,
- сказала спикер.
Другим источником этого патогена являются растительные остатки. На них патоген сохраняется в течение зимы.
Мы проводили наблюдения, которые показали, что при запахивании и закапывании в почву растительных остатков на глубину 10-15 см к весне инфекция исчезала. Но если растительные остатки оставались на поверхности почвы, или осталась стерня, инфекция практически без изменений сохранялась в течение зимы до следующего года. Вообще она способна сохраняться до 2-3 лет
- добавила ученая.
Основные методы борьбы с P. Nodorum и ЭПВ
Основными мерами защиты от P. nodorum являются агротехнические приемы:
- расширенный севооборот,
- периодическое проведение глубокой вспашки с оборотом пласта для того, чтобы заделать растительные остатки,
- борьба с сорняками как резерваторами инфекции.
По словам ученой, гарантированную защиту дают химические меры защиты колоса и зерна:
- обязательная предпосевная обработка семян,
- применение фунгицидов. Как показали опыты ученых института фитопатологии, наиболее эффективная защита обеспечивается в фазу 49 (начало колошения).
При этом нужно учитывать экономический порог вредоносности (ЭПВ), который для этого вида достаточно низкий и составляет 10% поражения трех верхних листьев.
Выбор устойчивых сортов как метод защиты
Селекция устойчивых к патогену сортов является наиболее экологически безопасным и экономически эффективным методом. Но, по словам Елены Васильевны, устойчивых к P. Nodorum сортов на сегодняшний день – нет.
В чем трудность селекции?
- Высокая изменчивость гриба. Есть данные, что на одном пятне может сосредотачиваться до 80% всего разнообразия популяции.
- Большой круг растений хозяев.
- Отсутствие сортовой физиологической специализации.
- Количественный тип устойчивости, который обеспечивается множеством генов с аддитивным эффектом.
- Слабая изученность генетики устойчивости, хотя подвижки в этом направлении уже есть.
В частности, идентификация хозяиноспецифичных токсинов позволяет манипулировать плазмой пшеницы, но проводимая учеными работа пока находится на начальных этапах.
Оценка перспективных сортообразцов яровой пшеницы
Чтобы помочь аграриям справится с этой проблемой, ученые ФГБНУ «Всероссийский исследовательский институт фитопатологии» проводят оценку перспективных сортообразцов яровой пшеницы на устойчивость к этому возбудителю на искусственном инфекционном фоне.
Искусственный инфекционный фон позволяет создать условия эпифитотии и с точностью определить, насколько вынослив и устойчив тот или иной сорт. Мы работаем с многими коллекциями, в том числе ВИР и КАСИБ, которая объединяет в себе селекционные достижения учреждений Сибири и Казахстана.
При оценке максимальной пораженности колосса критерии довольно жесткие, то есть за устойчивый тип принимается пораженность не больше 50%. Но мы видим, что процент устойчивых сортов очень низкий. Из 55 образцов, которые мы испытывали в течение двух лет, только 4 проявили устойчивость. Большинство из них были восприимчивы,
- отметила выступающая.
Биоматериал для этой работы ученые нарабатывают самостоятельно. Искусственно-инфекционный фон создается так, чтобы обеспечить максимально благоприятные условия для развития болезни.
Частичная устойчивость сортов пшеницы к заболеванию
Также перспективным является такое направление, как использование частичной устойчивости. Она предполагает замедленное развитие болезни. Имеется в виду, что сорт при максимальной пораженности в течение сезона мог накапливать инфекцию медленно и за это время зерно успевает налиться, а растение – сформировать урожай.
Показателем частичной устойчивости является индекс устойчивости (ИУ в таблице ниже). Чтобы его определить, ученые проводят учет симптомов болезни в динамике в течение вегетации.
Таким образом они выяснили, что сортов с высоким индексом устойчивости, которые рекомендуются в качестве доноров устойчивости, уже гораздо больше: из 55 образцов 14 показали высокий индекс устойчивости.
Например, максимальная пораженность сорта Лидер 80 (обозначен синим цветом) составила 30%, но она нарастала медленно, поэтому этот сорт обладает высоким индексом устойчивости, то есть замедленным развитием болезни, что помогает ему сформировать урожай.
Эти сорта, на наш взгляд, очень перспективны, поскольку они позволяют длительно сохранять устойчивость и защищать посевы от эпифитотии,
- подчеркнула спикер.
Толерантность сортов как один из путей решения проблемы
Также следует обращать внимание на такое понятие, как толерантность. Толерантные – это выносливые по отношению к болезни сорта, которые даже при высокой пораженности, более 50%, позволяют сохранить урожай. Потери урожая при этом составляют менее 15%.
В таблице ниже представлены толерантные сорта, которые определили ученые. У них при высокой конечной пораженности колоса и низком индексе устойчивости потери массы тысячи зерен составляют от 1 до 5%. Поэтому выращивание толерантных сортов – это один из путей решения проблемы защиты пшеницы от септориоза.
На графике выше также наглядно показано, насколько более вредоносен вид P. Nodorum по сравнению с Z.Tritici. При поражении им на гораздо большем количестве сортов наблюдаются большие потери массы тысячи зерен.
Докладчица также добавила, что изменение климата способствует распространению вируса, так как более теплая погода благоприятствует его перезимовке.