Document 466949

На правах рукописи
КОЛЕСАР Валерия Александровна
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПАТОГЕННЫХ
МИКРОМИЦЕТОВ ЛИСТЬЕВ КАРТОФЕЛЯ И ВЛИЯНИЕ
НА НИХ ИММУНИЗАТОРОВ РАСТЕНИЙ
Специальность 06.01.11 – защита растений
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Самара
- 2008
2
Работа выполнена на кафедре защиты растений и селекции
ФГОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»
Научный руководитель:
- доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Сафин Радик Ильясович
Официальные оппоненты:
- доктор биологических наук,
профессор Алимова Фарида Кашифовна
- кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент Кинчарова Марина Николаевна
Ведущая организация:
- Марийский государственный университет
Защита диссертации состоится « 29 » октября 2008 года в 13 часов на
заседании диссертационного совета ДМ 220.058.01 при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»
Адрес: 446442, Самарская область, п. Усть-Кинельский, ФГОУ ВПО
«Самарская ГСХА», диссертационный совет.
Факс: 8-84663-46131
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО
«Самарская государственная сельскохозяйственная академия», с авторефератом – на сайте www.ssaa.ru
Автореферат разослан и размещен на сайте «_25__» сентября 2008
г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор
В.Г. Каплин
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Среди наиболее актуальных проблем современной экологии микромицетов выделяются вопросы изучения особенностей
взаимного их обитания в сходных условиях. Вместе с тем, виды, занимающие
одну или близкие экологические ниши, согласно закону конкурентного исключения Г.Ф. Гаузе, должны быть разделены в пространстве или во времени, либо иметь надежные убежища, спасающие от конкурентов. Однако в
естественных и искусственных ценозах существуют устойчивые комплексы
(группы) микромицетов, обитающих в одной экологической нише. Примером
таких групп являются патогенные комплексы грибов, паразитирующих на
одних и тех же органах растений, т.е. имеющих определенную органотропную специализацию, что характерно при развитии смешанных (мультипатогенных) инфекций, поражающих корневую систему, филлоплан и т.д.
(Шпаар, 2003).
Изучение экологических и биологических особенностей взаимодействия фитопатогенов, вызывающих хозяйственно значимые микозы сельскохозяйственных культур, а также установление характера течения инфекционного процесса при таких заболеваниях, являются теоретической базой комплексных систем их контроля на основе концепции управлении агроэкосистемами (Зубков, 1996).
Среди факторов, оказывающих влияние на динамику популяций фитопатогенных организмов, особое значение имеет степень устойчивости сорта.
Однако реакции различных сортов на развитие болезней во многом обусловлены
конкретными
агрометеорологическими,
организационнохозяйственными условиями, видовым и расовым составом популяций возбудителей болезней и т.д., что вызывает необходимость в оценке степени и
направленности влияния генотипа растения-хозяина на характер взаимодействия патогенных микромицетов. Особую значимость решения данных проблем имеет при выращивании картофеля, поражающегося большим количеством листовых микозов, в частности фитофторозом и альтернариозом.
В связи с отсутствием в зоне Предкамья Республики Татарстан достаточного количества исследований по оценке механизмов адаптации к взаимному существованию фитопатогенов, обитающих на филлоплане картофеля,
возникла необходимость в изучении данного вопроса.
Цель исследований. Установить характер взаимоотношений между
популяциями Phytophthora infestans dBy и Alternaria solani Sor, развивающихся на листьях картофеля, в зависимости от комплекса экологических
факторов и приемов возделывания культуры.
Задачи исследований:
1. Изучить структуру популяции и экологические особенности фитопатогенных микромицетов филлоплана картофеля.
2. Оценить влияние районированных и перспективных сортов картофеля на характер взаимоотношений между возбудителями фитофтороза и
4
альтернариоза.
3. Исследовать воздействие иммунизаторов растений на развитие популяций Phytophthora infestans dBy и Alternaria solani Sor.
Научная новизна. Впервые для условий Предкамья Республики Татарстан проведен мониторинг состояния и изучены механизмы взаимодействия между популяциями патогенных микромицетов картофеля.
Установлен характер влияния различных экологических факторов на
развитие листовых микозов.
Доказано влияние сортовых особенностей и средств защиты растений
на изменение характера взаимоотношений между Phytophthora infestans dBy
и Alternaria solani Sor. на листьях картофеля.
Положения, выносимые на защиту:
1. Между листовыми микозами картофеля существуют механизмы,
обеспечивающие снижение уровня межвидовой конкуренции при развитии в
одной экологической нише – филлоплане растений.
2. Сортовые особенности (биохимические, морфофизиологические и
др.) оказывают заметное влияние на эпидемиологию листовых микозов картофеля.
3. Под влиянием применения средств защиты растений происходит
смещение соотношения развития листовых микозов картофеля в сторону альтернариоза.
Практическая значимость. Установленные закономерности распределения листовых микозов картофеля и механизмы адаптации фитопатогенных микромицетов к взаимному существованию позволяют оптимизировать
систему защиты культуры, в том числе снизить применение пестицидов.
Теоретическая значимость. Изученные экологические и биологические особенности взаимодействия фитопатогенов, а также установленный
характер течения инфекционного процесса при заболеваниях вызванных ими
позволяют оценить основные механизмы существования патогенных микромицетов в одних экологических нишах и являются теоретической базой для
прогнозирования фитосанитарной ситуации в агроценозах.
Конкретное личное участие автора в получении научных результатов. Полевой материал за 2002 -2004 гг. собран и обработан автором. Лабораторные исследования по выделению микромицетов на твердых питательных средах, по выявлению конкурентных отношений штаммов, по моделированию развития грибов при искусственном заражении дисков и др. осуществлялись автором. Результаты экспериментов и основные научные положения, изложенные в диссертации, получены автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 в изданиях рекомендуемых ВАК РФ.
Апробация работы. Основные положения работы доложены: на Всероссийских научных конференциях молодых ученых (Казань, 2003; Москва,
2004, Казань, 2004; Казань, 2005, 2007); научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанского государственного аграрного
5
университета (2002-2008); Казанского государственного университета (2004;
2005) и получили положительную оценку. Материалы исследований были
представлены на 15ом Международном конгрессе по защите растений (Пекин,
2004).
Объем работы. Диссертация изложена на 144 страницах компьютерного текста, состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, включает 40 таблиц, 12 рисунков, 18 приложений. Список литературы состоит из 194 наименований, в том числе 72 иностранных авторов.
Содержание диссертации. В главе 1. «ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ» отражено современное состояние изучения особенностей взаимного обитания
микромицетов в близких экологических нишах. Дается описание биоэкологии фитопатогенов. Рассматриваются жизненные стратегии фитопатогенных
грибов и их эволюция. На основании анализа литературного материала и собственных исследований приводится обобщенная таблица экологических особенностей возбудителей фитофтороза и альтернариоза картофеля. В главе 2.
«УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ» даются
климатическая и почвенно-географическая характеристика Республики Татарстан, описаны метеорологические условия в годы проведения исследований, методика исследований, методы анализов и наблюдений. В главе 3.
«ЭКОЛОГИЯ ЛИСТОВЫХ МИКРОМИЦЕТОВ КАРТОФЕЛЯ» приводится
общая характеристика распространения листовых микромицетов картофеля в
Республике Татарстан, анализ структуры популяций листовых микромицетов
картофеля, влияния абиотических факторов на развитие патогенных грибов,
роли сортовых особенностей в развитии листовых микозов. В главе 4 «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАТОГЕННЫХ МИКРОМИЦЕТОВ ФИЛЛОПЛАНА
КАРТОФЕЛЯ» рассматриваются вопросы динамики отношения развития
различных микозов, закономерности ярусного распределения патогенных
микромицетов, сортовые особенности растений, биохимические и физиологические факторы, механическая сепарация инокулюма. В главе 5 приводится
анализ «ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЕМОВ КОНТРОЛЯ БОЛЕЗНЕЙ НА
РАЗВИТИЕ ЛИСТОВЫХ МИКРОМИЦЕТОВ». Глава 6 посвящена «ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ
ЛИСТОВЫМИ МИКРОМИЦЕТАМИ КАРТОФЕЛЯ».
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Серия опытов 1. Оценка особенности развития листовых микозов на разных сортах картофеля
Объект исследования – сорта картофеля раннеспелой группы: 1. Белоярский ранний (стандарт); 2. Пушкинец; 3. Удача; 4. Утенок; 5. Рубин; 6. Розара; 7. Каратоп; 8. Самарский.
Полевые опыты по теме исследований проводились в 2002-2004 гг. на
серой лесной почве опытных полей кафедры защиты растений и селекции
Казанского государственного аграрного университета.
6
Общая площадь делянки 28 м2, учетная 25 м2. Повторность в опыте –
трехкратная, размещение делянок последовательное, систематическое.
Почва опытных участков – серая лесная, среднесуглинистая. Содержание
гумуса – 3,1-3,5%, подвижного фосфора – 154-169 мг/кг, обменного калия –
158-179 мг/кг почвы.
Для посадки использовали сертифицированные клубни, 1 репродукции.
В опытах использовали минеральные удобрения в дозе N 90P90K120. Фактически вносили: азофоску (16 : 16 : 16) в дозе 5,7 ц/га, под весеннюю перепашку, а так же хлористый калий (К2О – 60%) – 0,5 ц/га под основную обработку.
Серия опытов 2. Влияние пестицидов и иммунизаторов растений
на развитие листовых микозов картофеля.
Для оценки воздействия химических пестицидов и иммунностимуляторов на характер отношений между возбудителями фитофтороза и альтернариоза в 2002-2004 гг. на опытном поле ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ» были
заложены полевые опыты.
Схема опыта:
Фактор А: обработки иммунизаторами растений (первая – смыкание
в рядках, вторая – бутонизация):
1. Контроль – без обработки;
2. АгроХит – 1,5 л/га;
3. ЖУСС-1 – 0,4 л/га;
4. ЖУСС-2 – 0,4 л/га;
5. Гуми 10 – 1,5 л/га.
Фактор В: обработка растений в период цветения и через 10 дней
I. Без 3-ей и 4-ой обработок.
II. Обработка Оксихлоридом меди – 3 кг/га.
III. Обработка Планризом – 1 л/га.
Общая площадь делянки 28 м2, учетная 25 м2. Повторность в опыте –
трехкратная, размещение делянок последовательное, систематическое.
Обработку растений в период вегетации проводили ранцевым
опрыскивателем «Квазар» со стандартным щелевым наконечником, расход
рабочей жидкости – 400 л/га. Настройку опрыскивателя на заданный расход
рабочей жидкости осуществляли путем установления рабочего давления (по
манометру), скорости движения и расхода на площадь делянки. Анализ выдержанности заданной нормы расхода рабочей жидкости показал, что неравномерность обработки менее 5 %, что соответствует агротехническим требованиям.
В опытах возделывался районированный в Республике Татарстан, среднеранний сорт Чародей.
Агрометеорологические условия в годы опытов складывались следующим образом – в 2002 отмечались периодически засушливые явления (ГТК за
вегетацию меньше 1), в остальные годы условия увлажнения были достаточно благоприятными для роста и развития растений (величина ГТК более 1).
7
В опытах проводили следующие наблюдения, учеты и анализы: фенологические наблюдения за развитием растений по методике Госсортоиспытания
(1961) с одновременным проведением биометрических измерений; определение показателей фотосинтетической деятельности растений картофеля проводили по общепринятым методикам (Баславская, Трубецкова, 1964 и др.);
учет фитофтороза и альтернариоза (макроспориоза) по методике ВИЗР; площадь под кривой развития болезни (ПКРБ) для фитофтороза и альтернариоза
по G. Shaner, R.E. Finney (1977); выделение микромицетов проводили на
твердых питательных средах (КГА, агар Чапека); конкурентные отношения
штаммов выявляли в лабораторных исследованиях методом двойных встречных культур (Хохряков, 1994); тип реакции и индекс антагонизма по шкале
Джексона и Карла (1991); оценку степени устойчивости картофеля к болезням вели по 9-ти балльной шкале: 9 – очень высокая; 8-7 – высокая, 6-4 средняя; 1-3 низкая; статистическая обработка данных по Б.А. Доспехову (1985) и
Г.Н. Зайцеву (1991), а также по лицензионным программам обработки данных – Exel, программе граф-анализа ГНУ ВНИИСХМ РАСХН (2005).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Экологические особенности листовых микозов картофеля
в Республике Татарстан
Фитофтороз (Phytophthora infestans dBy) и альтернариоз (Alternaria solani
Sor) являются основными микозами, поражающими картофель в период вегетации культуры. Для оценки состояния популяции данных микромицетов на
посадках картофеля был использован статистический материал, представленный ФГУ «ФГТ станция защиты растений по Республике Татарстан» за период 1992-2002 гг. Средняя величина развития фитофтороза на ботве к уборке
за рассматриваемый период составила 15,4%, а альтернариоза – 6,9%. Вместе
с тем, необходимо отметить большую степень вариабельности поражения
растений фитофторозом по годам (коэффициент вариации 113,5%), тогда как
для альтернариоза аналогичное колебание было в несколько меньшей степени (V =49,5%). Результаты оценки зависимости среднереспубликанской урожайности картофеля с развитием данных болезней показали отрицательную
зависимость урожайности от развития фитофтороза (r= -0,321), несколько
меньше для альтернариоза – r = -0,160. Для фитофтороза коэффициент регрессии урожайности от поражения растений к уборке был равен b= - 0,03,
для альтернариоза b= - 0,03.
Е. П. Дмитриева (1988) выделяет 5 групп штаммов Alternaria solani Sor
отличающихся по морфологическим и патологически свойствам. На основании предложенных Е. П. Дмитриевой методик, был проведен анализ штаммового состава фитопатогена. В результате было обнаружено, что, независимо от года исследований, в популяции Alternaria solani преобладали изоляты
штамма М-30, высокоагрессивной II группы.
8
Исследование образования ооспор – одно из перспективных направлений
в исследовании биологии P. infestans. Анализ литературных и наших экспериментальных данных показал, что для P. infestans характерно 3 типа образования ооспор – при перекрестном оплодотворении (при встрече А1 и А2), самооплодотворении и партеногенезе (Кузнецов, Смирнов, 1999). В популяции
возбудителя фитофтороза в месте проведения опыта отмечались изоляты как
А1, так и А2 типа совместимости. При этом образование ооспор определялось
как сортовыми особенностями, так и погодными условиями. В условиях 2003
года (ГТК за вегетацию 1,83) на всех изучаемых сортах отмечалось образование ооспор, тогда как в более засушливых условиях 2002 г. и 2004 г. выделение ооспор отмечалось не на всех сортах.
С целью оценки роли устойчивости сорта в характере отношений в системе фитофтороз : альтернариоз на листьях был проведен корреляционный
анализ между баллом устойчивости и соотношением ПКРБ фитофтороз :
ПКРБ альтернариоз. Результаты оценки показали, что связь между баллом
устойчивости и соотношением развития двух микозов несущественна. Вместе с тем, в опытах отмечалась существенная дифференциация сортов по степени поражения их изучаемыми болезнями, что, по всей видимости, обусловлено тем, что устойчивость к фитофторозу по балловой шкале во многом зависит от агроэкологических особенностей региона и расового состава патогенов.
На основании кластерного анализа показателей развития фитофтороза и
альтернариоза были выделены группы сортов по степени устойчивости их к
изучаемым болезням. По отношению к фитофторозу выделялись следующие
кластеры сортов: I. Пушкинец; Каратоп; Белоярский ранний; II. Утенок, Рубин, Розара; III. Самарский; IV. Удача. При этом группу II можно отнести к
наиболее устойчивым к фитофторозу на листьях, а группу IV – как наиболее
восприимчивую к данному заболеванию. По степени развития альтернариоза
сорта картофеля разделялись на 3 кластера: I – Утенок, Каратоп, Пушкинец;
II – Розара и Самарский; III – Белоярский ранний, Рубин, Удача. Сравнение
полученных результатов позволяет сделать вывод о несовпадении кластеров
сортов по степени поражения их фитофторозом и альтернариозом, что, по
всей видимости, обусловлено различиями в степени устойчивости к данным
заболеваниям и отчасти служит одним из механизмов взаимного существования изучаемых микромицетов в одних экологических нишах.
Взаимодействие патогенных микромицетов листьев картофеля
Для оценки характера взаимодействия между патогенами были проведены опыты по моделированию развития грибов при искусственном заражении
листовых дисков. Для этого использовались листовые диски диаметром 1 см
сорта Невский, которые помещались во влажные камеры в чашки Петри.
Диски инокулировались смесью конидиально-зооспоровой суспензией Phytophthora infestans (плотность суспензии 50 тыс. спор в 1 мл.) и конидий Alternaria solani (плотность суспезии 50 тыс. конидий в 1 мл). Диски помеща-
9
лись в термостат при температуре 16°С и 25°С. Независимо от температуры и
влажности воздуха наибольшая частота заражения листовых дисков отмечалась для Phytophthora infestans. В то же время, соотношение между частотой
заражения листовых дисков менялось в зависимости от условий культивирования листовых дисков. При низкой влажности воздуха частота заражения
альтернариозом возрастала, при более высокой – снижалась. С увеличением
температуры до 25оС и понижением влажности воздуха происходило повышение инфекционной способности Alternaria solani.
Результаты оценки характера отношений между различными изолятами
Phytophthora infestans и Alternaria solani в лабораторных экспериментах методом двойных встречных культур на агаре Чапека (табл. 1) свидетельствуют
о жесткой конкуренции между патогенами в условиях ограниченных пищевых ресурсов.
Таблица 1 – Характер взаимоотношений между различными изолятами
Phytophthora infestans и Alternaria solani в лабораторных экспериментах
методом двойных встречных культур на агаре Чапека
Изоляты Phytophthora
Изоляты
Тип реакИндекс антагониinfestans
Alternaria
ции*
стов
solani
Р1
А1
В
14
Р2
А1
В
19
Р1
А2
В
22
Р2
А2
В
25
Примечание: *– тип реакции и индекс антагонизма по шкале Джексона и
Карла.
Вместе с тем, в полевых условиях достоверного отрицательного влияния
(антагонизма) развития фитофтороза на развитие альтернариоза и наоборот
не отмечалось (табл. 2). Лишь в условиях 2003 года была выявлена слабая
отрицательная зависимость между данными показателями.
Таблица 2 – Коэффициенты корреляции и уравнения регрессии между ПКРБ
фитофтороза (у) и ПКРБ альтернариоза (х), 2002-2004 гг.
2002 г.
2003 г.
2004 г.
Коэффициент кор+0,586*
-0,420*
+0,082*
реляции
Уравнение регресy = 348,63+0,33x
y= 474,50-0,52
сии
±0,19
x ±0,46
Примечание: * – tфакт. <t05.
В связи с вышеизложенным, возникает необходимость в интерпретации
отмечаемых различий между данными, полученными в лабораторных условиях и результатами полевых наблюдений в целом по агроценозу (отдельному сорту).
10
Закономерности ярусного распределения патогенных микромицетов.
Известно, что листья различных ярусов (слоев) существенно различаются по комплексу анатомических, физиологических и биохимических
свойств. Для оценки развития листовых микозов на уровне отдельных
ярусов листьев картофеля использовался метод N. Boedhram et al. (2001),
адаптированный для картофеля. В кусте картофеля выделялись нижний –
первый (0-10 см от уровня почвы (УП)), средний – второй (10-20 см от
УП), средний – третий (20-30 см от УП) и верхний – четвертый (30-40 и
более см от УП) ярусы листьев. На каждом ярусе проводились систематические наблюдения за развитием болезней и рассчитывалась величина
ПКРБ.
При рассмотрении развития фитофтороза по ярусам листьев было
установлено, что у раннеспелых сортов картофеля наиболее сильно пор ажался нижний ярус, а в минимальной степени болезнь проявлялась на
верхнем ярусе, тогда как альтернариоз преимущественно заражал листья
средних ярусов, особенно в слое 30-40 см. В целом, на нижнем ярусе
независимо от года исследования преимущественно развивался фитофтороз, тогда как на верхнем (четвертом ярусе) доминировал альтернариоз.
Несмотря на четкую приуроченность развития данных заболеваний к
определенным
ярусам
растений,
проведенный
корреляционнорегрессионный анализ не выявил достоверной отрицательной зависимости
между развитием данных болезней на различных ярусах растений.
Таблица 3 – Углы отхождения листовых черешков от стебля на различных
ярусах картофеля, 2002-2004 гг.
Сорт
Ярус, см
0 – 10
10 – 20
20 – 30
30 – 40
Пушкинец
92,0
84,0
85,5
66,5
Белоярский ранний
57,0
61,5
68,0
62,2
Удача
78,0
92,0
65,0
52,0
Утенок
86,0
78,0
78,0
60,0
Рубин
80,0
82,0
70,0
63,0
Розара
98,0
98,0
86,0
71,0
Каратоп
69,0
81,0
75,0
69,0
Самарский
81,0
85,0
80,0
62,0
Среднее по сортам
80,1
82,7
75,9
63,2
Коэффициенты корреляции углов отхождения с
0,029*
0,241*
0,107*
0,226*
ПКРБ фитофтороза
Коэффициенты корреляции углов отхождения с
-0,472*
-0,746
-0,507*
-0,364*
ПКРБ альтернариоза
Примечание: * – недостоверно при Р=0,05.
11
В исследованиях В.Г. Иванюка с сотр. (2005) была установлена зависимость между развитием фитофтороза и различными типами ветвления
куста картофеля. Так, у сортов с горизонтальным расположением листьев
фитофторозом в большей степени повреждались пластинки и черешки, а у
сортов с листьями, растущими под острым углом по отношению к стеблям
– верхушки и стебли. Результаты проведенных исследований представлены в таблице 3.
Результаты учетов показали, что в среднем по всем сортам наибольшие
углы отхождения были у черешков листьев второго яруса (10-20 см), а
наименьшие у верхнего яруса (30-40 см). Такая особенность в первую очередь связана с необходимостью наиболее оптимального поглощения солнечного света. Вместе с тем, у сортов Пушкинец, Утенок набольший угол отмечался на первом ярусе листвы. Корреляционный анализ показал слабую положительную зависимость развития фитофтороза от угла отхождения листьев, тогда как для альтернариоза проявлялась отрицательная корреляция между величиной ПКРБ и углом отхождения листьев от стебля. Таким образом, в
отношении фитофтороза подтвердились данные В.Г. Иванюка с сотр. (2005),
тогда как отрицательная зависимость для альтернариоза, по всей видимости,
обусловлена анатомо-морфологическими особенностями спор (булавовидные
конидии), что в условиях различного расположения листовой пластинки может влиять на заражение листьев.
Картофельный лист относится к сложным и состоит из конечной доли и
4-5 пар боковых долей и 3-5 пар промежуточных долей на черешке (Шпаар,
2004). В связи с этим, следующим уровнем изучения характера отношений
между возбудителями фитофтороза и альтернариоза стали листовые доли
(табл. 4).
Таблица 4 – Частота совместного заражения (%) фитофторозом и альтернариозом листовых долей различных сортов картофеля, 2002-2004 гг.
Сорт
Ярус, см
0 – 10
10 – 20
20 – 30
30 – 40
Пушкинец
0
0
0
0
Белоярский
0,2
0
0,4
0
ранний
Удача
3,8
0,8
1,2
0,7
Утенок
0
0
0,6
0
Рубин
0
0
0
0
Розара
0
0
0
0
Каратоп
0,6
0,8
0,4
0
Самарский
0
0
0
0
В большинстве случаев на всех ярусах листьев совместное развитие на
листовых долях фитофтороза и альтернариоза практически полностью исключалась, лишь у сорта Удача были выявлены случаи совместного развития
болезней, но частота таких случаев не превышала 3,8%.
12
Корреляционный анализ частоты заражения листовых долей листьев картофеля фитофторозом и альтернариозом показал следующее – коэффициент
корреляции r = -0,477 (Р<0,05), уравнение регрессии:
y = 12,29-0,55* x ± 0,18, (1)
где у – частота заражения листовых долей альтернариозом, %;
х – частота заражения листовых долей фитофторозом, %.
Сравнивая данные таблицы 4 и результатов корреляционного анализа
можно сделать вывод о том, что в рамках отдельных листовых долей отмечаются четкие антагонистические отношения между двумя микозами.
Среди механизмов активного естественного иммунитета растений к фитопатогенам важное значение имеют ферменты группы оксидаз - пероксидаза, полифенолоксидаза (0-дифенолоксидаза) и др. (Романенко и др., 1999). В
частности в ряде работ показано, что в ответ на инфицирование растений
фитопатогенными микроорганизмами активизируются анионные пероксидазы (Melon, 1991; Graham, Graham, 1991).
С целью оценки роли активности пероксидазы во взаимоотношениях
между патогенами, вызывающими фитофтороз и альтернариоз были проведены учеты активности фермента в листьях картофеля различных ярусов
(табл. 5).
Таблица 5 – Активность пероксидазы в листьях картофеля, (изменение оптической плотности за 1 с на 1 г сырой массы) в фазу цветения, 2002-2004 гг.
Сорт
Ярус, см
0 – 10
10 – 20
20 – 30
30 – 40
Пушкинец
9,94±0,47
10,54±0,54
13,79±0,41
13,91±0,32
Белоярский
13,71±0,55
15,89±0,62
20,81±0,88
21,67±0,49
ранний
Удача
13,98±0,53
13,86±0,44
19,98±0,78
20,81±0,81
Утенок
11,94±0,41
14,54±0,50
14,76±0,44
14,91±0,37
Рубин
10,51±0,50
14,82±0,59
17,71±0,83
19,47±0,59
Розара
12,65±0,61
14,72±0,61
18,91±0,73
19,11±0,72
Каратоп
15,70±0,51
15,93±0,70
16,77±0,81
18,54±0,89
Самарский
13,08±0,63
16,96±0,57
15,93±0,59
17,24±0,72
Среднее
12,69
14,66
17,33
18,21
Наименьшая активность фермента была в листьях нижнего яруса растений, по мере увеличения яруса растений активность пероксидазы существенно увеличивалась. С учетом того, что возбудитель фитофтороза относится к
биотрофам, у которых роль реакций иммунитета растений для успешного
развития патопроцесса особенно велика, а Alternaria solani является некротрофом, становится понятным, что различия в иммунном статусе листьев
различных ярусов приводят к разному заражению их листовыми микозами.
13
Анемохория как универсальный способ распространения инфекции при
помощи воздушных течений лежит в основе аэрогенного заражения растений. Уровень зараженности воздуха микроорганизмами зависит также от
размеров и формы биологических частиц, на концентрацию которых влияет
броуновское движение и гравитационная седиментация.
Для вычисления диффузионно-седиментационных характеристик спор
были использованы уравнения молекулярно-кинетической теории (Фукс,
1955; Грин, Лейн, 1972). Поскольку исследованные нами споры имеют размеры от 1 до 20 мкм и отношение длины свободного пробега молекулы среды (  ) к радиусу споры (r) много меньше единицы (  /r << 1), то, согласно
этому условию уравнение Стокса и формула Энштейна применялись без поправок. Плотность спор (q), определённая Фальком и Бёллером в интервале
от 1,02 до 1,2 г/см3 (цит. по: А.А. Ячевскому, 1933), в расчетах принята равной 1,03 г/см3. Коэффициент формы несферических спор учтен введением
эквивалентного диаметра (d), что допустимо при соотношении большой и
малых осей эллипсоида в пределах от 2 до 1 (Грин, Лейн, 1972). Расчеты сделаны для нормальных условий среды при температуре от 10 до 30° С и атмосферном давлении около 760 мм рт. ст. В наших исследованиях были изучены критерии миграционной активности патогенных микромицетов.
Для расчетов, на первом этапе, было проведено определение средних
размеров инфекционного начала изолятов Phytophthora infestans (Mont) dBy
(зооспорангии) и Alternaria solani Sor. (конидии), отобранных в месте проведения опыта. Для характеристики модальных грибных аэрозолей при нормальных условиях использовались уравнения молекулярно-кинетической
теории, в частности уравнения Стокса и Энштейна. Результаты расчетов
представлены в таблице 6.
Таблица 6 – Характеристика модальных аэрозолей патогенных микромицетов картофеля при нормальных условиях
Патоген
Показатель
Phytophthora inAlternaria solani
festans
Размеры спор, измеренные по
большой (а) и малой (b) осям эл26-34 Χ 17-21
50-61 Χ 9-11
липса, мкм
Среднее отношение, а/b
1,6
5,6
Эквивалентный диаметр спор, мкм
38,7
55,5
Скорость оседания споры, см/с
7,74
11,1
Коэффициент седиментации, Мсб
78,6·103
112,8·103
Наиболее активно оседают из воздуха споры возбудителя альтернариоза,
тогда как у Phytophthora infestans данные процессы протекают несколько
медленнее. С учетом особенностей спороношения данных грибов можно
14
предположить, что в природных популяциях при аэрогенном распределении
инфекционного начала происходит механическая сепарация спор, что приводит к изменению зараженности различных ярусов растений. Подтверждением
этого, явились проведенные исследования по определению количества инфекционного начала грибов на единицу площади листовой поверхности по
ярусам растений (табл. 7).
Таблица 7 – Количество инфекционного начала патогенных микромицетов
осевших на 1 см2 поверхности листьев в течение недельной экспозиции, шт.
(сорт Удача, фаза цветение)
Ярус лиПатоген
стьев
Phytophthora infestans
Alternaria solani
Первый
31,9±1,9
2,1±0,4
Второй
10,1±0,6
131,3±7,5
Третий
14,5±2,1
144,4±9,1
Четвертый
2,4±0,9
165,3±8,1
Влияние различных приемов контроля болезней на развитие листовых
микромицетов
С целью определения закономерностей ярусной специализации возбудителей листовых микозов в зависимости от использования иммунизаторов растений были проведены соответствующие анализы и наблюдения. Результаты учетов подтвердили четкую выраженную ярусную специализацию
изучаемых патогенов, независимо от использования различных схем применения иммунизаторов растений. Фитофторозом преимущественно заражались первый и второй ярус листьев, тогда как для альтернариоза напротив
максимальные величины ПКРБ отмечались на третьем и четвертом ярусах
листьев. Особенно заметной данная закономерность становится при рассмотрении соотношения ПКРБ фитофтороз : ПКРБ альтернариоз (табл. 8).
Иммунизаторы растений, за небольшим исключением, способствовали
существенному снижению развития фитофтороза на всех ярусах, особенно на
третьем, тогда как в отношении альтернариоза величина биологической эффективности во многих случаях была отрицательной. Таким образом, иммунизаторы растений способствуя повышению устойчивости растений к биотрофному паразиту – Ph. infestans способствуют более широкому распространению некротрофа – A. solani.
Данные по урожайности картофеля при использовании иммунизаторов
представлены в таблице 9.
Урожайность среднераннего картофеля колебалась в зависимости от
складывающихся погодных условий в период вегетации. В частности, в благоприятном по агрометеорологическим условиям 2003 г. отмечалась максимальная урожайность, тогда как в засушливых условиях 2002 г. сбор клубней
с 1 га был существенно ниже.
15
Таблица 8 – Соотношение ПКРБ альтернариоза : ПКРБ фитофтороза при
применении различных иммунизаторов растений, 2002-2004 гг.
Вариант
Ярус
0-10 см
10-20 см
30-40 см
Свыше 40 см
Контроль (без 3 и 4-ой обработок)
Контроль
0,2
1,1
13,5
485,7
АгроХит
0,2
2,3
364,6
323,4
ЖУСС-1
0,2
3,1
1301,0
515,5
ЖУСС-2
0,1
3,6
99,4
624,0
Гуми
0,3
8,7
193,1
342,7
3-я и 4-я обработки Оксихлоридом меди
Контроль
0,2
0,9
8,0
1009,5
АгроХит
0,3
2,3
19,3
104,9
ЖУСС-1
0,2
6,0
291,6
862,0
ЖУСС-2
0,4
11,7
1010,7
2169,0
Гуми
0,1
1,5
39,5
533,5
3-я и 4-я обработки Планризом
Контроль
0,5
19,5
414,5
3287,0
АгроХит
0,4
8,3
271,5
955,0
ЖУСС-1
0,3
1,9
34,9
176,1
ЖУСС-2
0,4
5,2
880,0
914,5
Гуми
0,3
2,7
28,8
308,8
На фоне без обработки фунгицидом или биопрепаратом, проявляется
действие только иммуностимуляторов. В среднем за 3 года исследований,
максимальная урожайность картофеля на данном фоне проявилась при использовании хелатных форм микроудобрений. Так, для ЖУСС-2 прирост
урожайности к контролю составил 13,2%, от обработок ЖУСС-1 – 7,9%, для
АгроХита – 2%, Гуми – 5,7%. Применение фунгицида и Планриза оказало
положительное влияние на урожайность картофеля. В среднем за 3 года использование только Оксихлорида меди способствовало увеличению урожайности на 4,03 т/га, а обработка растений Планризом – на 2,3т/га.
Максимальная урожайность картофеля сорта Чародей обеспечивалась
при использовании схем с ЖУСС-2. Так, при применении ЖУСС-2 и последующих обработках Оксихлоридом меди был получен урожай с 1 га – 37,7
т/га.
16
Таблица 9 –Урожайность картофеля сорта Чародей при использовании различных иммунизаторов растений, т/га, 2002-2004 гг.
Год исследований
В средПрибавка
нем за 3
Вариант
года
2002 г. 2003 г. 2004 г.
от иммуниза- от 2 и 3торов
ей обработки
Контроль
АгроХит
ЖУСС-1
ЖУСС-2
Гуми
Контроль
АгроХит
ЖУСС-1
ЖУСС-2
Гуми
Контроль
АгроХит
ЖУСС-1
ЖУСС-2
Гуми
НСР05 1 пор.
НСР05 А
НСР05 В
НСР05 АВ
Контроль (без 3 и 4 обработок)
26,9
33,3
27,4
29,20
26,3
33,5
28,9
29,57
0,37
27,2
37,1
30,3
31,53
2,33
30,4
37,6
31,2
33,07
3,87
27,8
34,1
30,7
30,87
1,67
3-я и 4-я обработки Оксихлоридом меди
29,8
36,2
33,7
33,23
31,6
37,6
35,1
34,77
1,54
33,0
41,9
36,1
37,00
3,77
30,7
42,8
39,6
37,70
4,47
31,9
40,5
38,2
36,87
3,64
28,1
29,9
30,2
32,3
28,9
1,20
1,29
0,97
2,11
3-я и 4-я обработки Планризом
35,1
31,3
31,50
36,2
33,9
33,33
41,0
36,3
35,83
43,6
36,4
37,43
45,1
36,4
36,80
1,70
3,28
1,02
1,47
1,25
0,51
3,14
1,26
1,83
4,33
5,93
5,30
4,03
5,20
5,47
4,63
6,00
2,30
3,76
4,30
4,36
5,93
Экологическое моделирование взаимоотношений между листовыми микромицетами картофеля
На основании анализа экспериментальных данных разработана модель
взаимоотношений между фитофторозом и альтернариозом на листьях картофеля. Согласно модели становится понятным, что характер отношений между
Ph. infestans и A. solani определяется иерархическим уровнем организации
растительной системы картофельного агроценоза. Принцип Гаузе не нарушается на самом нижнем уровне иерархической организации – листовой доле,
что является доказательством того, что именно листовая доля – та экологическая ниша, в которой и происходит наиболее острая конкуренция между па-
17
тогенными микромицетами. На более высоких уровнях организации существует комплекс различных механизмов (морфологических, физиологических, биохимических, физико-механических), которые обеспечивают взаимное сосуществование данных микромицетов на картофеле.
Таблица 10 – Коэффициенты корреляции между урожайностью и развитием
листовых микозов на различных ярусах листьев
Ярус
ПКРБ фитофтороза
ПКРБ альтернариоза
0-10 см
-0,447
-0,069*
10-20 см
-0,057*
-0,030*
20-30 см
-0,090*
0,366*
30-40 см
0,336*
-0,468
Примечание: * – недостоверно при Р=0,05.
Существенное значение с точки зрения теоретической и прикладной экологии имеет определение наиболее пригодных индикаторов состояния различных микозов и продуктивности картофельного агроценоза. В связи с
этим, интерес представляет оценка корреляционной зависимости урожайности различных сортов картофеля и развития листовых микозов на разных
ярусах листьев (табл. 10).
Проведенный корреляционный анализ показал, что продуктивность раннеспелых сортов картофеля находится в средней отрицательной зависимости
от развития фитофтороза на первом ярусе листьев и от развития альтернариоза на верхнем ярусе.
ВЫВОДЫ
1. В условиях Республики Татарстан в последние годы определяющей
тенденцией в развитии листовых микозов картофеля стало увеличение доли
поражения растений альтернариозом.
2. В популяции Alternaria solani в Татарстане на картофеле преобладали
изоляты штамма М-30, высокоагрессивной II группы. В популяции возбудителя фитофтороза в месте проведения опыта отмечались изоляты как А1, так
и А2 типа совместимости. При этом образование ооспор определялось сортовыми особенностями и погодными условиями
3. Несовпадение кластеров сортов по степени поражения их фитофторозом и альтернариозом показывает, что данный эффект служит одним из механизмов взаимного существования микромицетов в одних экологических
нишах.
4. Результаты совместного культивирования Phytophthora infestans и Alternaria solani на питательных средах и листовых дисках свидетельствуют об
антагонистическом характере отношений между ними, при развитии в условиях жесткой конкуренции за пищевые ресурсы.
5. В полевых условиях достоверного отрицательного влияния (антагонизма) развития на листьях раннеспелых сортов фитофтороза на развитие
альтернариоза и наоборот не отмечалось. Лишь в условиях 2003 года была
выявлена слабая отрицательная зависимость между данными показателями.
18
6. При рассмотрении развития фитофтороза по ярусам листьев картофеля
установлено, что наиболее сильно поражался нижний ярус, а в минимальной
степени болезнь проявлялась на верхнем ярусе. Альтернариоз преимущественно заражал листья средних ярусов, особенно в слое 30-40 см. Рассматривая соотношение между ПКРБ альтернариоза и фитофтороза можно отметить, что на нижнем ярусе преимущественно развивался фитофтороз, тогда
как на верхнем (четвертом ярусе) доминировал альтернариоз. Ярусная приуроченность микозов хоть и может являться одним из механизмов адаптации
патогенов к взаимному существованию в одних экологических нишах, но она
не может быть основным механизмом такого процесса.
7. Корреляционный анализ показал слабую положительную зависимость
развития фитофтороза от угла отхождения листьев, тогда как для альтернариоза проявлялась тесная отрицательная корреляция между величиной
ПКРБ и углом отхождения листьев от стебля.
8. На всех ярусах листьев различных сортов совместное развитие на отдельных листовых долях сложного листа картофеля фитофтороза и альтернариоза практически полностью исключалось. Полученные результаты доказывают, что при рассмотрении взаимодействия между возбудителями альтернариоза и фитофтороза именно отдельная листовая доля определенного
яруса листьев является основной экологической нишей, в которой строго соблюдается правило Гаузе.
9. Наиболее активно оседают из воздуха споры возбудителя альтернариоза, тогда как у Phytophthora infestans данные процессы протекают несколько
медленнее. С учетом особенностей спороношения данных грибов можно
предположить, что в природных популяциях при аэрогенном распределении
инфекционного начала происходит механическая сепарация спор, что приводит к изменению зараженности различных ярусов растений.
10. Использование в качестве приемов защиты картофеля иммунизаторов
растений не изменяет выявленных закономерностей распредления листовых
микромицетов, однако изменяет количественное их соотношение – способствует существенному снижению развития фитофтороза на всех ярусах, особенно на третьем, тогда как в отношении альтернариоза данный эффект проявляется в меньшей степени. Таким образом, иммунизаторы растений способствуя повышению устойчивости растений к биотрофному паразиту – Ph.
infestans способствуют более широкому распространению некротрофа – A.
solani.
11. Наибольшее влияние на урожайность картофеля на фоне с обработками только иммунизаторами растений проявилось при использовании хелатных форм микроудобрений. Так, для ЖУСС-2 прирост урожайности к
контролю составил 13,2%, от обработок ЖУСС-1 – 7,9%, для АгроХита – 2%,
Гуми – 5,7%. Максимальная урожайность картофеля сорта Чародей – 37,7
т/га, обеспечивалась при применении ЖУСС-2 и последующих обработках
Оксихлоридом меди.
12. Препараты ЖУСС и Гуми наиболее экономически эффективно использовать в схемах с последующими обработками Планризом, тогда как
АгроХит лучше использовать на фоне с последующими химическими обра-
19
ботками. Наилучшие экономические результаты производства картофеля были получены при применении схемы две обработки ЖУСС-2, а затем Планризом (рентабельность производства 132%, снижение себестоимости по отношению к абсолютному контролю на 24%). Несколько хуже экономические
результаты были получены в варианте Гуми + 3 и 4-я обработки Планризом.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Для фитосанитарного мониторинга картофельных агроценозов и оценки ущерба от болезней учитывать закономерности распределения листовых
микозов по ярусам листьев картофеля.
2. Для повышения урожайности картофеля и защиты от болезней использовать в качестве иммунизатора растений препарат ЖУСС-2 с нормой 0,4
л/га, с последующей обработкой растений биопрепаратом – Планриз (1 л/га),
а в случае эпифитотийного развития болезней – Оксихлоридом меди (3 кг/га).
Список работ соискателя, опубликованных по теме диссертации
1. Зайцева В.А. (с 2008 года – В.А. Колесар) Закономерности распространения листовых микозов картофеля по ярусам растений / Зайцева В.А., Демина Г.В., Сафин Р.И. // Актуальные вопросы совершенствования технологии
производства и переработки продукции сельского хозяйства. Материалы региональной научно-практической конференции. – Йошкар-Ола: Мар. гос. унт, 2003. – С.148-151.
2. Зайцева В.А. Особенности развития листовых микромицетов на Solanum tuberosum L. / Зайцева В.А., Сафин Р.И., Демина Г.В. // Ботанические
исследования в азиатской России. Материалы XI съезда Русского ботанического общества. – Барнаул: Изд-во «АзБука», 2003. – Т.1, С.25-26.
3. Зайцева В.А. Пространственное распределение листовых патогенов
картофеля // Актуальные вопросы развития аграрной науки. Материалы
научных исследований сотрудников агрофака КГСХА. – Казань: КГСХА,
2003. – С. 41-43.
4. Зайцева В.А. Особенности эпидемиологии листовых микозов на раннеспелых сортах картофеля / Зайцева В.А., Демина Г.В., Сафин Р.И. // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях
антропогенного
загрязнения.
Материалы
Всероссийской
научнопрактической конференции. – Ульяновск: УГСХА, 2004. – С. 82-85.
5. Зайцева В.А. Экологические особенности взаимоотношения грибов,
обитающих на картофеле // Применение средств химизации – основа повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения плодородия почв. Материалы 38 международной научной конференции (ВНИИА).
– Москва: ВНИИА, 2004. – С.233-236.
6. Зайцева В.А. Закономерности пространственного распределения фитопатогенных микромицетов в картофельных агроценозах / Зайцева В.А., Демина Г.В., Сафин Р.И. // Вопросы сельского хозяйства. Международный
сборник научных трудов, посвященный десятилетию аграрного образования
в Калининградском государственном техническом университете. – Калининград: КГТУ, 2004. – С.206-211.
20
7. Зайцева В.А. Характер взаимоотношений между патогенными микромицетами филлоплана картофеля (Solanum tuberosum L.) / Зайцева В.А., Сафин Р.И. // Молодые ученые – агропромышленному комплексу. Материалы
Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. – Казань: изд-во «Фэн» Академия наук РТ, 2004. – С.181-186.
8. Зайцева В.А. Phytophthora infestans и меры борьбы с фитофторозом на
картофеле / Зайцева В.А., Демина Г.В. // Защита растений и охрана природы
в Татарстане. – Казань: Изд-во «Матбугай йорт», 2004. – вып.7, С.59-64.
9. Safin R.I. Character of relation between leaf born pathogens of plants /
Safin R.I., Zajtseva V.A., Novichcov V.L.// 15th IPPC, Beijng, 2004. – Р.1066
(abstract).
10. Зайцева В.А. Патогенные микромицеты филлоплана картофеля: Биологические особенности и приемы защиты / Зайцева В.А., Сафин Р.И., Демина Г.В. // Грибы в природных и антропогенных экосистемах. Материалы
международной научной конференции, посвященной 100-летию начала работы профессора А.С. Бондарцева в Ботаническом институте им. В.Л. Комарова
РАН. – Санкт-Петербург, 2005. – С. (в печати).
11. Зайцева В.А. Особенности развития альтернариоза картофеля в Республике Татарстан / Зайцева В.А., Демина Г.В., Гарифуллин Р., Сафин Р.И. //
Вопросы общей ботаники: традиции и перспективы. Материалы международной научной конференции, посвященной 200-летию Казанской ботанической школы. – Казань: КГУ, 2006. – Ч.2, С.58-60.
12. Зайцева В.А. Экологические особенности совместного развития Phytophthora infestans и Alternaria solani на листьях картофеля /Зайцева В.А.,
Сафин Р.И. //Вестник Казанского ГАУ. – 2007. – №1 (5). – С.135-138.