CC BY
842
УДК 632.4.01/.08
Альтернариоз зерна -современный взгляд на проблему
Ф.Б. ГАННИБАЛ, старший научный сотрудник лаборатории микологии и фитопатологии ВИЗР e-mail: [email protected]
Заселяющие зерно микроорганизмы существенно влияют на его семенные, технологические и санитарно-гигиенические свойства. Грибы рода Alternaría, пожалуй, чаще других грибов и бактерий встречаются в семенах основных зерновых культур (пшеницы, ячменя, овса, ржи и др.) во всем мире и представляют собой наиболее обычный компонент микробиома зерна.
Проблема альтернариозов зерновых культур возникла очень давно. В России на эти заболевания обратили внимание еще в начале ХХ века. Первые сообщения о частом обнаружении грибов р. Alternaría на ржи и ячмене в Курской области появились в 1903 г [1]. В настоящее время альтернариозы зерновых в нашей стране имеют очень широкое распространение,о чем свидетельствуют публикации последних лет.
Несмотря на длительную историю,
изучение альтернариозов злаков нисколько не утратило своей актуальности в настоящее время. Об этиологии и вредоносности заболеваний, традиционно связываемых с грибами р. Alternaría, существуют противоречащие друг другу мнения. Систематика представителей этой группы грибов запутанна и порой дискуссионна, что является одной из причин частых ошибок, совершаемых при идентификации. Неверная идентификация порождает некоторые мифы, бытующие в отечественной литературе, а иногда и конфузы международного масштаба. Отсутствие быстрой и достоверной идентификации вида Alternaría, контами-нировавшего зерно, привела в октябре 2002 г. к конфликту между карантинными службами Бразилии и украинскими экспортерами пшеницы, что повлекло серьезные финансовые потери последних. Импорт 82 тыс. т пшеницы был приостановлен из-за ее поражения малоизвестным грибом (Эксперт Центр, 2002, http://expert.org.ua/2002/10/11/ 021011e1.shtml?print_ve). Впослед-
ствии гриб был определен как A. triticina, что позволило снять карантин. Хотя и этот ответ о видовой принадлежности патогена вызывает сомнение и не дает возможность сделать однозначный вывод о качестве зерна.
В последние годы были достигнуты некоторые успехи в изучении грибов р. Alternaria. Проведена ревизия систематики этого рода, устранившая многие (но пока еще не все) противоречия и наведшая порядок в огромном ворохе видовых названий. Лучше изучено распространение многих его видов. Одновременно получены интересные результаты исследований биохимических и физиологических особенностей зерна, подвергшегося воздействию неблагоприятных погодных условий. Эти достижения вносят коррективы в наши представления об альтернариозе зерна, что, на наш взгляд, должно быть донесено до читателя.
Виды Alternaria в зерне и их распространение. На территории России в течение 2000-2012 гг. в зерне пшеницы, ячменя и других злаков нами были обнаружены следующие виды Alternaria: A. tenuissima, A. alter-nata, A. arborescens, A. avenicola и виды комплекса 'A. infectoria' (см. рисунок). Большинство изоля-тов комплекса 'A. infectoria', включающего собственно A. infectoria и
b
Спороношение в чистой культуре изолятов Alternaría tenuissima (a), вида из комплекса 'A. infectoria' (b) и A. avenicola (с), выделенных из зерна
3 Защита и карантин растений № 6, 2014
группу морфологически сходных грибов, до вида определить не удалось из-за высокой степени их морфологической изменчивости. Перечисленные выше грибы относятся к трем разным секциям р. Alternaria, различающимся не только по морфологическим признакам, но и по экологическим свойствам и практическому значению.
Из числа так называемых мелкоспоровых видов (секция Alternaria p. Alternaria) на зерновых и других культурах наиболее распространены три вида. Значительно чаще других встречается A. tenuissima, реже, но также повсеместно выявляются A. alternata и A. arborescens. В России в большей степени заражению этими патогенами подвержены семена пшеницы и ячменя в Западной Сибири и на Дальнем Востоке. Их зараженность составляла 30-90 %, в среднем около 50 %. В европейской части страны в целом она была примерно в два раза ниже и редко превышала 50 %. Вид A. alternata в его «истинном» узком понимании обнаруживался лишь в 10-15 % образцов зерна. Зараженность им не превышала считанных процентов. Вид A. arborescens тоже был редок, но местами встречался чаще, чем A. alternata. Все перечисленные виды из этой секции сходны по своим биологическим и хозяйственным свойствам. Они способны синтезировать микотоксины, об опасности которых будет сказано ниже. Мелкоспоровые виды Alternaria несложно обнаружить на нижних старых листьях разных растений, в том числе пшеницы. Попытки заразить здоровые листья этими видами не приводят к сколько-нибудь существенному поражению, по крайней мере, в лабораторных условиях. Заражение другими грибами, механические повреждения, а также возраст (старение) листьев способствуют развитию мелкоспоровых видов Alternaria в ткани и появлению некротических пятен. Часто эти виды сопутствуют другим патоге-
нам и способны усугубить заболевание и увеличить тем самым ущерб.
Вид A. avenicola из секции Panax обнаруживают приблизительно в 10 % образцов зерна в европейской части России. Максимальная зараженность этим видом (6 %) была выявлена у семян пшеницы в Ленинградской области. Восточнее Урала этот вид на зерновых пока не обнаружен. Помимо злаков гриб встречается и на растениях других семейств. Специальные исследования не проводились, но, вероятно, A. avenicola также является неспециализированным сапротрофом. Ток-сигенность этого гриба не изучена.
Комплекс видов 'A. infectoria' по молекулярным признакам так сильно отличается от остальных видов Alternaria, что, вероятно, будет выделен в отдельный новый род. Виды комплекса 'A. infectoria' являются сапротрофами и не синтезируют известные микотоксины. Представители этой группы часто встречаются в западной части страны,редко - на Урале и в Сибири, и отсутствуют на востоке. Зараженность семян пшеницы видами комплекса 'A. infectoria' в европейской части страны составляла 0-72 %, в большинстве случаев колебалась в пределах 15-40 % в зависимости от региона и года. На северо-западе и юге Европейской части РФ зараженность этими видами зерна пшеницы и ячменя обычно в 1,5-2 раза превышает зараженность мелкоспоровыми видами.
Таким образом, при определении зараженности семян зерновых культур видами Alternaria наиболее актуальным для практики является различение группы токсигенных условно патогенных видов (в первую очередь A. tenuissima) и комплекса видов 'A. infectoria', включающего не-токсигенные непатогенные виды. На русском языке на данный момент доступен только один определитель [4], содержащий инструкции по идентификации этих грибов.
В отечественной литературе 1950-1980-х гг, а иногда и в более поздних источниках можно встретить упоминание множества других видов Alternaria в связи с семенной инфекцией злаков, однако большинство этих видовых названий систематиками переведено в синонимы и в настоящее время не используется.
Сходный с российским видовой состав грибов р. Alternaria в зерне наблюдается и в других странах. Мелкоспоровые виды и виды комплекса 'A. infectoria' часто встречаются в Европе, Северной Америке и Австралии. Вид A. avenicola, кроме нашей страны, обнаружен пока только в Норвегии.
В ходе проводимых нами анализов представители всех трех групп нередко присутствовали в одном образце зерна. Иногда и в одной зерновке обнаруживали два вида Alternaria из разных секций. Образцы, собранные на соседних полях, могли иметь зараженность, отличающуюся в 2-3 раза. Помимо пшеницы и ячменя виды Alternaria с высокой частотой изолировали из семян овса, ржи, риса, тритикале, кормовых и диких злаков. Значительно реже представители этого рода встречаются на кукурузе. Сортовые особенности пшеницы не оказывали статистически достоверного влияния на зараженность. Вид A. tenuissima и представителей комплекса видов 'A. infectoria' помимо злаков с высокой частотой изолировали из семян растений некоторых других семейств (например, капустных и зонтичных). Культура-предшественник практически не влияла на зараженность семян зерновых культур видами Alternaria [2].
Известно, что заражение колоса грибами р. Alternaria может осуществляться, начиная с момента цветения. Происходящее в этот период инфицирование генеративных органов приводит к заражению зерновок (альтернариоз зерна и черный зародыш), в которых инфекция
присутствует во внешних слоях, не проникая в зародыш. При заражении на более поздних стадиях грибы заселяют преимущественно чешуи (чернь колоса) и реже проникают в зерновку. Заражение, произошедшее в разных фенофазах, приводит к появлению разных симптомов и к неодинаковым фитосани-тарным последствиям.
Черный зародыш пшеницы принято связывать с присутствием мицелия Alternaria внутри зерновки. В России заболевание встречается повсеместно. Среди возбудителей болезни отмечают преимущественно Cochliobolus sativus (анаморфа -Bipolaris sorokiniana) и A. alternata -название, под которым часто неумышленно объединяют все мелкоспоровые виды рода. Считают, что влияние болезни на качество зерна невелико или совсем отсутствует. По свидетельству многих исследователей, семена, зараженные Alternaria, крупнее и тяжелее здоровых. Снижения всхожести не наблюдается или оно незначительное. Кроме того, далеко не всегда зараженность грибами в целом и видами Alternaria в частности коррелирует с развитием заболевания. Это заставляет усомниться в существующем взгляде на этиологию черного зародыша и в правильности использования термина «заболевание» в отношении альтернариоза семян пшеницы, в том числе черного зародыша альтернариозного типа. Подобные вопросы уже ставились в отечественной литературе [5]. Ответы на них в свете современных знаний неоднозначны.
Исследования последних двухде-сятилетий показали, что основной причиной черного зародыша является не грибная инфекция, а биохимические реакции в зерне, вероятно, связанные с высокой активностью пероксидаз, окисляющих фе-нольные вещества [10]. Австралийскими исследователями впоследствии было установлено, что симптомы черного зародыша связаны с
выработкой семенем стрессовых и других белков [9]. Одновременно авторы четко показали, что в некоторых из больных зерен не присутствовали ни грибы, ни бактерии. Это говорит о том, что черный зародыш не связан с проникновением в зерновку фитопатогенных или эндофитных микроорганизмов, по меньшей мере, в части случаев.
Наши исследования подтверждают слабую связь присутствия грибов, в частности, из рода Alternaria, с черным зародышем. И мелкоспоровые виды Alternaria, и виды комплекса 'A. infectoria' с равной частотой встречались в зерне пшеницы с симптомами черного зародыша и без них. В свою очередь, по нашим данным, далеко не все чернозаро-дышевые семена содержат в себе грибную инфекцию, в том числе мицелий видов Alternaria. Таким образом, черный зародыш и альтерна-риоз зерна следует рассматривать как разные явления (заболевания).
Однако зараженность видами Alternaria зерен пшеницы с симптомами черного зародыша в Словакии была иногда такой же, как и у бессимптомных образцов, а иногда значительно выше [8]. Объяснить это можно тем, что в некоторых случаях грибы действительно вызывают появление симптомов черного зародыша, или тем, что инфицированные зерна с симптомами были получены с колосьев, подвергшихся воздействию природных факторов, поспособствовавших одновременно и развитию Alternaria, и появлению черного зародыша. Уточнение этих вопросов требует дополнительных исследований, которые, правда, осложнены практической невозможностью создания методически «чистого» контрольного образца [5].
Ранее при исследовании абиотических факторов, способствующих развитию черного зародыша и аль-тернариоза зерна, обе патологии обычно рассматривались как одно заболевание, а виды Alternaria были идентифицированы неточно, поэто-
му интерпретация результатов вызывает затруднения. Тем не менее, укажем, что согласно данным ряда авторов, появление черного зародыша и альтернариоза зерна провоцирует сходные абиотические факторы в период цветения-созревания - сильные осадки, продолжительные росы, обильный полив, высокая влажность воздуха и, в меньшей степени, экстремальные температуры [6, 7].
Вредоносность заболеваний по отдельности не изучалась. На примере нескольких образцов пшеницы установлено, что скорость роста колеоптиля из семян, зараженных Alternaria и имеющих симптомы черного зародыша, была ниже, чем в контроле, причем в случае инкубирования семян при 22 °С разница была существеннее, чем при 15 °С [8]. Так, длина 10-дневного ко-леоптиля чернозародышевых семян была на 0,1-9,3 % меньше, чем в контроле, в зависимости от года урожая и температуры. Более сильное подавление роста колеоптиля было отмечено у семян, полученных в более прохладный год с большим количеством осадков в мае, июне и августе, но с более сухим июлем. Вероятно, разные сорта и виды злаков по-разному реагируют на заражение грибами р. Alternaria, что сказывается на вредоносности. Также необходимо принимать во внимание возможное взаимодействие разных факторов, в первую очередь, таких, как сорт растения, вид гриба и условия окружающей среды (температура, влажность и т.п.).
Изложенные факты говорят о протекании нетипичных физиологических процессов, которые могут негативно сказываться на росте растений, в зернах с симптомами черного зародыша и альтернариоза зерна, что, безусловно, позволяет продолжать считать последние болезнями.
Чернь колоса - заболевание, с которым также обычно ассоциируют грибы р. Alternaria. Появляется в пе-
риод созревания зерна при высокой влажности воздуха и наличии капельной воды на поверхности колоса, то есть когда выпадают частые и обильные осадки и/или росы. При наличии таких условий на поверхности колоса интенсивно развиваются сапротрофные грибы, в первую очередь те, споры которых в наибольшем числе представлены в приземном слое атмосферы. Обычно такими грибами являются виды родов Alternaria, Cladosporium, Epicoccum и реже - виды других родов. При раннем заражении и длительном пребывании зараженных колосьев в неубранном состоянии, вероятно, в какой-то степени может нарушаться процесс созревания, кроме того, гриб способен проникнуть в зерно. Также не надо забывать об увеличении аллергенности зерна при его сильном заспорении грибами. Споры Alternaria и Cladosporium - один из наиболее распространенных аэроаллергенов грибного происхождения.
Влияние видов Alternaria на качество семян зерновых культур описывается по-разному. Часто высказывается мнение об отсутствии такого влияния, но иногда отмечается отрицательное воздействие или даже слабое положительное. Действительно, очень давно было отмечено, что обычно семена, несущие в себе инфекционное начало Alternaria, хорошо выполнены, имеют хорошую всхожесть и неплохую энергию прорастания, что позволяет им дать начало здоровым растениям. По нашим наблюдениям и наблюдениям коллег, в лабораторных условиях в чашках Петри с питательной средой семена, вокруг которых образовались колонии Alternaria, независимо от вида гриба обычно дают столь же сильные ростки, как и незаражен-ные, в отличие от семян, зараженных грибами других родов (Fusarium, Cochliobolus и др.).
Некоторые авторы, наоборот, указывали на то, что внутренняя инфекция семян способствует развитию
корневой гнили, ослабляющей всходы или приводящей их к гибели. Однако чаще всего после прорастания семени рост Alternaria быстро подавляется другими типично почвенными микроорганизмами. Отсутствуют доказательства прорастания мицелия Alternaria вместе с ростком и попадания его в стебель, корни и листья.
Не исключено, тем не менее, что грибы р. Alternaria и их метаболиты могут наносить вред семенам, например, щуплым, физиологически незрелым. Известно, что многие виды Alternaria образуют фитоток-сины, повреждающие растительную ткань и тормозящие ее рост. Нами было проверено влияние видов Alternaria из разных секций на проростки пшеницы. Культураль-ный фильтрат мелкоспоровых видов содержал вещества, угнетающие рост проростков. Фильтрат видов комплекса 'A. infectoria' в среднем был менее фитотоксичен. Различия физиологических и биохимических характеристик видов Alternaria могут быть причиной несовпадений разных авторов во мнении относительно вредоносности аль-тернариоза зерна.
Другой причиной противоречивых результатов могут быть разные погодно-климатические и эдафи-ческие (почвенные) факторы при проведении разных опытов. Одни из них могли ослаблять растения, способствовать развитию патогена и тем самым появлению корневой гнили, в то время в других обстоятельствах те же семена были способны дать развитые ростки без симптомов заболевания. Превентивной мерой защиты зерновых от альтернариоза, помимо предпосевного протравливания, является строгое соблюдение соответствующих агротехнических мероприятий.
Alternaria и качество продовольственного и фуражного зерна. Зара-жениегенеративныхорганов злаков видами Alternaria может привести к ухудшению хлебопекарных качеств
муки. Однако свидетельств такого проявления вредоносности Alternaria мало. Серьезные убытки хлебопечению альтернариоз зерна не причиняет. Гораздо более опасным итогом заражения семян видами Alternaria следует считать накопление существенного количества ми-котоксинов грибных метаболитов, вредных для человека и животных [3]. Например, в разных странах в зерне пшеницы были обнаружены альтернариол (до 1050 мкг/кг), монометиловый эфир альтернариола (до 1426 мкг/кг), тенуазоновая кислота (до 6432 мкг/кг) и другие токсины Alternaria. Все эти вещества выделяются мелкоспоровыми видами Alternaria и отсутствуют у 'A. infectoria', поэтому еще раз подчеркнем необходимость точной идентификации. Исследования, проведенные на растениях, бактериях, птицах и лимфоцитах человека, выявили мутагенное, тератогенное и токсическое воздействие метаболитов мелкоспоровых видов Alternaria. Доказана токсичность культурального фильтрата A. tenu-issima для куриных эмбрионов. Летальная доза (LD50) тенуазоновой кислоты для них составляет 548 мкг на яйцо, то есть количество, которое может содержаться, например, в 85 г пшеницы. Вряд ли можно считать безопасным для здоровья употребление в пищу или на корм скоту такого загрязненного микотоксина-ми зерна.
Роль мицелия Alternaria как пищевого аллергена не изучена. Возможно, она недооценена, учитывая, что споры этих грибов, находящиеся в воздухе, нередко приводят к появлению у людей атопических ринитов и астмы.
Между тем, нам не известно упоминание ПДК токсинов Alternaria в соответствующих нормативных документах (ГОСТ, СанПиН и т.п.) как в России, так и за рубежом. Законодательно предписать контроль метаболитов Alternaria в зерне в настоящее время не позволяют несовер-
шенство и дороговизна методик определения микотоксинов, а также нерешенность более важных задач, недостаточно хорошо налаженный мониторинг других более вредных микотоксинов, выделяемых грибами родов Fusarium, Aspergillus, Claviceps и т.д.
Экологическая ниша и способы сохранения инфекции как мелкоспоровых видов Alternaria, так и комплекса 'A. infectoria' в целом сходны. Мощным источником инфекции являются зараженные растения (особенно стареющие растения с отмирающими нижними листьями, заканчивающие плодоношение однолетники) и любые растительные остатки при условии их периодического увлажнения росой или дождем. В течение вегетации, особенно в середине и в конце, при благоприятной погоде на высоте до нескольких метров над поверхностью почвы всегда присутствует инокулюм сапротроф-ных видов Alternaria в высокой концентрации. Чаще это наблюдается в хозяйствах с невысокой культурой земледелия, где высока засоренность посевов, есть залежные участки, присутствуют неубранные кучи старой ботвы и т.п.
Учитывая высокую потенциальную опасностьтоксигенных факультативно паразитических видов Alternaria, эти объекты требуют большего внимания, чем им уделяется в настоящее время. Первоочередной задачей считаем организацию корректной идентификации видов и их выявления.
ЛИТЕРАТУРА
1. БондарцевА.С. Растительные паразиты культурных и дикорастущих растений, собранные в Курской губернии летом 1901, 1903-1905 годов. - СПб., 1906, 52 с.
2. Гагкаева Т.Ю., Ганнибал Ф.Б., Гаври-лова О.П. Зараженность зерна пшеницы грибами Fusarium и Alternaria на юге России в 2010 году // Защита и карантин растений, 2012, № 1, с. 37-41.
3. Ганнибал Ф.Б. Alternaria spp. в семенах зерновых культур в России // Ми-
кол. и фитопатол., 2008, т. 42, вып. 4, с. 359-368.
4. Ганнибал Ф.Б. Мониторинг альтерна-риозов сельскохозяйственных культур и идентификация грибов рода Alternaria. Метод. пособие. - СПб.: ВИЗР, 2011, 70 с.
5. Иващенко В.Г. Некоторые аспекты этиологии и патогенеза чернозародыше-вости семян пшеницы // Науч.-тех. бюлл. ВСГИ, 1981, вып. 2(40), с. 70-74.
6. Светов В.Г. Влияние агроэкологиче-ских факторов на распространенность черного зародыша пшеницы. // Микол. и фитопатол., 1989, т. 23, вып. 5, с. 471-473.
7. Clarke M.P., Gooding M.J., Jones S.A. The effects of irrigation, nitrogen fertilizer and grain size on Hagberg falling number, specific weight and black point of winter wheat // J. Sci. Food Agr., 2004, v. 84, p. 227-236.
8. Hudec K., Muchova D. Correlation between black point symptoms and fungal infestation and seedling viability of wheat kernels // Plant Protect. Sci., 2008, v. 44, p. 138-146.
9. Mak Y., Willows R.D., Roberts T.H., WrigleyC.W., SharpP.J., CopelandL. Black Point is associated with reduced levels of stress, disease- and defense-related proteins in wheat grain // Mol. Plant Pathol., 2006, v. 7, p. 177-189.
10. Williamson P. Black point of wheat: in vitro symptoms, enzymes involved and association with Alternaria alternata // Austral. J. Agric. Res., 1997, v. 48, p. 13-19.
Аннотация. В последние годы проведена ревизия систематики рода Alternaria, уточнены ареалы отдельных видов, получены новые данные о биохимических особенностях зерна, подвергшегося воздействию неблагоприятных погодных условий. Эти достижения внесли коррективы в представления об аль-
тернариозе зерна. Заражать зерно могут три группы видов Alternaria, отличающиеся по своим биологическим свойствам, распространению, частоте встречаемости и хозяйственному значению. Основное внимание специалистам по защите растений следует уделять выявлению токсигенных факультативно паразитических мелкоспоровых видов Alternaria (A. tenuissima, A. arborescens, A. alternata). Эти виды продуцируют ми-котоксины и, возможно, при сочетании определенных условий причиняют вред всходам. Установлено, что грибы рода Alternaria не имеют связи с черным зародышем либо эта связь не существенная.
Ключевые слова. Микотоксины, пшеница, чернь колоса, черный зародыш, Alternaria alternata, A. infectoria, A. tenuissima.
Abstract. During the last years taxo-nomic revision of the genus Alternaria has been carried out, species distribution areas and biochemical features of grains affected by unfavorable weather have been studied. These achievements corrected the conception of the alternariosis of cereal grains. Grains can be infected by three groups of Alternaria species that differ from each other by biological characteristics, distribution, frequencies of occurrence and practical importance. The plant protection specialists should pay the main attention to reveling of the toxigenic conditionally pathogenic small-spored Alternaria species (A. tenuissima, A. arborescens, A. alternata). These species produce myco-toxins and likely can cause damage to seedlings under certain conditions. It is defined, that fungi of the genus Alternaria have no relation to the black point or this relation is weak.
Keywords. Mycotoxins, wheat, black «sooty» head mold, black point, Alternaria alternata, A. infectoria, A. tenuissima.
Вниманию читателей
В некоторых статьях журнала излагаются опыт или результаты исследований химической защиты растений с применением препаратов, которые не зарегистрированы в России или имели регистрацию в прошедшие годы, но в данный момент в Государственный каталог пестицидов и аг-рохимикатов не вошли.
Такие статьи не следует рассматривать как рекомендацию к применению. Выбирая препарат или способ его применения, сверяйтесь, пожалуйста, с действующим Государственным каталогом пестицидов и агрохимикатов.
