CC BY
19Вестник защиты растений, 2, 2001 УДК 633.11:632.4./95.025.8
ГЕНЕРАЦИЯ РЕЗИСТЕНТНОСТИ У ЖЕЛТОЙ РЖАВЧИНЫ ПШЕНИЦЫ (PUCCINIA STRIIFORMIS WEST.)
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ФУНГИЦИДНОГО ПРЕССА
Г.В.Волкова
Всероссийский НИИ биологической защиты растений, Краснодар
Представлены результаты изучения резистентности возбудителя желтой ржавчины пшеницы к фунгициду триазолового класса байлетону. Показана возможность возникновения такой резистентности. Определена скорость этого процесса. Установлена высокая специфичность возникающей устойчивости. Изучена патогенность фунгицидоустойчивой формы. Выявлен характер корреляции между признаками резистентности и вирулентности. Оценена стабильность формы по признаку резистентности без контакта с фунгицидом.
Проблема резистентных форм возбудителей болезней обострилась с начала 70-х гг. после широкого внедрения в практику системных фунгицидов с избирательным механизмом действия: бензи-мидазолов, фениламидов, дикарбоксими-дов, триазолов, пиримидинов, пиперази-нов. Системные фунгициды, как более специфичные и менее опасные для окружающей среды, стали применяться во все более возрастающих объемах, и в настоящее время они в 2 раза превышают объем продаж контактных препаратов (Тютерев, 2000). Сегодня резистентность выступает как фактор, масштабно дестабилизирующий фитосанитарную обстановку агроэкосистем. По последним данным, резистентность к фунгицидам разных химических классов зарегистрирована в популяциях 220 видов фитопато-генов. Для сравнения - 10 лет назад эта цифра была вдвое меньше, что свидетельствует о прогрессирующем развитии устойчивости возбудителей болезней к пестицидам (Волкова, 1997).
Установлен высокий уровень опасности риска возникновения резистентности фитопатогенов к фунгицидам класса бен-зимидазолов, дикарбоксимидов, фенила-мидов; средний - к 2-аминопиримидинов, анилинопиримидинов, ароматических гидрокарбонов, азолов, карбоксимидов, цимоксанила, диметоморфа, фентинов, фенилпирролов, пиримидинкарбинолов, стробилуринов; низкий - ацибензолар^-метила, хлортоланила, медных и серных препаратов, итиокарбаматов, флуазина-
ма, фтальамидов, пробеназолов, квинок-сифена, трициконазола. Наиболее известны случаи полевой устойчивости грибов к бензимидазолам у Monilia fructigena, Verticillium dahliae, Septoria nodorum, Pseudocercosporella herpotri-choides; к пиримидинам у Sphaerotheca fuliginea, Blumeria graminis; к дикарбок-симидам у Botrytis cinerea, Venturia inaegualis; к триазолам у B.graminis, Erysiphe cichoracearum (Lyr, Bischoff, 1988). Как правило, наибольшее число резистентных форм регистрируется в регионе, где фунгициды широко применяются. Северо-Кавказский регион - зона широкого применения фунгицидов класса триазолов, что создает условия для возникновения резистентных форм экономически значимых болезней зерновых культур, к числу которых относится и желтая ржавчина (Puccinia striiformis West.). За последние годы в Краснодарском крае частота встречаемости желтой ржавчины на озимой пшенице резко возросла. При сильном поражении ею посевов недобор урожая может достигать 3050% (Кайдаш и др., 1981). Одной из радикальных мер защиты растений от болезни является применение фунгицидов.
С целью изучения резистентности возбудителя желтой ржавчины пшеницы к фунгицидам триазолового класса (на примере байлетона) проводили:
- оценку чувствительности желтой ржавчины к ряду фунгицидов,
- изучение скорости образования рези-
стентной к байлетону формы патогена,
- выяснение специфичности резистентности,
- определение патогенности фунгици-доустойчивой формы,
- установление характера и степени корреляции между признаками резистентности и вирулентности,
- оценку стабильности резистентности.
В качестве инфекционного материала
использовали урединиоспоры возбудителя желтой ржавчины (раса 175Е239), хранящиеся в музее лаборатории. Исследования проводили на сортах пшеницы, различающихся по восприимчивости к патогену: восприимчивом Кзыл-Шарк и устойчивом к большинству рас Maris Huntsman в условиях камер искусственного климата, теплицы, поля на фоне искусственного заражения растений. Учет пораженности листьев пшеницы осуществляли на 5-е сутки после проявления болезни. Общий результат действия фунгицида с поправкой на гибель уреди-ниоспор в контроле рассчитывали по формуле Эббота (Рекомендации, 1969). Для вычисления параметрических величин устойчивости использовали метод "пробит-анализа" (Доспехов, 1973). Уровень резистентности определяли отношением СК50 резистентной формы к СК50 чувствительной формы возбудителя желтой ржавчины. Оценку вирулентности проводили на всходах сортов-дифференциаторов европейского и международного наборов и дополнительных моногенных сортах, не вошедших в тест-набор. Для определения типов поражения использовали шестибалльную шкалу (Gassner, Streib, 1932). Спорулирующую способность гриба определяли по модифицированной методике С.С.Санина (Санин и др., 1975). Скорость диффузного распространения мицелия патогена в тканях растения-хозяина оценивали по методике Планка (Plank, 1959). Интенсивность поражения пшеницы желтой ржавчиной определяли по шкале Петер-сона. Достоверность различий между вариантами опытов устанавливали методом интервальной оценки (Доспехов, 1973).
Первым этапом исследований фунги-
Вестник защиты растений, 2, 2001 цидоустойчивости послужила оценка чувствительности возбудителя желтой ржавчины пшеницы к ряду фунгицидов триазолового класса. Так, показатели СК50 и СКд5 составили соответственно: для байлетона - 10 мкг/мл и 295 мкг/мл, для тилта - 10 мкг/мл и 240 мкг/мл, для импакта - 107 мкг/мл и 512 мкг/мл, для альто - 16 мкг/мл и 50 мкг/мл. Полученные результаты свидетельствуют о высокой избирательности изучаемых препаратов в отношении желтой ржавчины.
Изучение возможности появления резистентности у возбудителя желтой ржавчины пшеницы к байлетону осуществляли in vivo с использованием метода серийных пассажей с применением постоянных и увеличивающихся концентраций фунгицида. По СК50 была установлена селективная концентрация препарата для отбора резистентных к бай-летону форм.
Повышение уровня устойчивости к байлетону у возбудителя желтой ржавчины представлено на рисунке 1. Так, на восприимчивом сорте Кзыл-Шарк к 10-й генерации гриба уровень устойчивости к байлетону увеличился в 4.3х, к 20-й в 12х, к 30-й в 28х, к 40-й в 60х, к 50-й в 81х. На устойчивом сорте Maris Hunstman отбор резистентных форм был прекращен к 20-й генерации гриба ввиду гибели резистентной формы. Это свидетельствует о влиянии на эффективность обработок сортовых особенностей.
Доказана прямая зависимость между длительностью действия байлетона и уровнем устойчивости к нему патогена.
Таким образом, в течение 50 генераций гриба в условиях лаборатории in vivo была получена форма возбудителя желтой ржавчины пшеницы, по уровню устойчивости к байлетону в 81 раз превышающая чувствительную, то есть для накопления в популяции исходно редкого резистентного клона потребовалось большое число генераций. Именно поэтому системные фунгициды, имеющие в силу своего основного достоинства высокую персистентность и длительно контактирующие с грибной популяцией, сильнее, чем контактные, подвержены эрозии эффективности (Дьяков, 1998).
Вестник защиты растений, 2, 2001 90 п
Уровень резистентности, х
60 -
30 -
10 20 30 40 50
Генерация гриба 70 125 200 600 1000
Концентрация байлетона, мкг/мл
Рис. 1. Резистентность к байлетону у возбудителя желтой ржавчины пшеницы на восприимчивом сорте
Сравнительно невысокое значение уровня устойчивости можно объяснить, зная биохимический механизм возникающей резистентности. Установлено что селективность триадимефона по отношению к грибам зависит от метаболического восстановления в триадименол. Триа-димефон накапливается в листьях в одинаковой степени в чувствительных и резистентных формах гриба. Однако ско-
рость превращения в триадименол высока только в чувствительных формах. В устойчивых штаммах скорость восстановления низка или этот процесс вообще отсутствует. Таким образом, за счет снижения скорости восстановления триади-мефона в активный триадименол или же при отсутствии этого процесса, а также по причине понижения проницаемости клеточной мембраны патогена, возникает устойчивость к байлетону. Ожидать высокого уровня резистентности в конкретном случае было нельзя, поскольку возможности клетки не безграничны.
Нами проведена оценка реакции резистентной к байлетону формы по отношению к фунгицидам как сходных, так и различающихся по механизму действия. Установлена высокая специфичность полученной резистентности к байлетону у возбудителя желтой ржавчины пшеницы. Не наблюдалось перекрестной устойчивости к фунгицидам с другим характером и механизмом действия - поликарбацину и цинебу (табл.1). Отмечена низкая степень перекрестной устойчивости к фунгициду этого же класса - тилту.
Таблица 1. Реакция чувствительной и резистентной к байлетону форм _возбудителя желтой ржавчины пшеницы на фунгициды_
Препарат
Чувствительная форма
Резистентная форма
СК50, мкг/кг СК95, мкг/кг СК50, мкг/кг СК95, мкг/кг
Поликарбацин 80% СП Цинеб 80% СП Тилт 25% КЭ Байлетон 25% СП (эталон)
513 513 10 10
2512 4786 240 295
513 617 25 813
2570 4786 707 1622
0
Проведена оценка патогенности резистентной к байлетону формы возбудителя болезни растений. Данное свойство складывается из агрессивности и вирулентности патогена. Основными показателями агрессивности являются спору-лирующая способность гриба, скорость диффузного распространения мицелия патогена в тканях растения-хозяина, длительность инкубационного периода и периода пустулообразования.
Установлено, что по мере увеличения уровня резистентности к байлетону интенсивность споруляции снижалась (рис. 2). Так, для чувствительной формы спо-рулирующая способность составила 888 тыс. урединиоспор с одного инфекционного пятна. У резистентной формы с 10-й генерации гриба средний выход уреди-ниоспор составил 774; к 20-й - 648; к 30-й - 552; к 40-й - 252; к 50-й - 180 тыс. штук, что в 4.9 раза ниже, чем у чувствительной формы.
32
1000 Ттыс. шт. 800 -600 -400 --
200 --
0
ЧФ
10
СУтки-1 |,45
-- 0,4 -- 0,35 -- 0,3 -- 0,25 -- 0,2 -- 0,15 -- 0,1 -- 0,05 0 50
(1
Вестник защиты растений, 2, 2001 Таблица 2. Длительность инкубационного периода чувствительной и резистентной форм возбудителя желтой ржавчины пшеницы
(% проявившихся изолятов _в данном интервале суток)_
Длитель-
Чувстви-
Фунгицидоустойчивая форма по генерациям
20 30 40
Генерация гриба
Рис. 2. Спорулирующая способность тыс. шт.) и скорость диффузного распространения мицелия патогена в тканях растения-хозяина (2, сутки-1) ЧФ - чувствительная форма
Скорость диффузного распространения мицелия патогена в тканях растения-хозяина под влиянием байлетона тоже значительно варьировала. Представленные на рисунке 2 данные свидетельствуют о ее снижении у фунгицидо-устойчивой формы. Для чувствительной формы этот показатель составил 0.44; под влиянием байлетона к 10-й генерации гриба - 0.37; к 20-й - 0.33; к 30-й -0.15; к 40-й - 0.14; к 50-й - 0.11 сутки-1. Уменьшение в 4 раза скорости диффузного развития мицелия резистентной к байлетону формы в целом снижает ее эпифитотийный потенциал.
В таблице 2 представлены результаты изучения длительности инкубационного периода и период пустулообразования чувствительной и резистентной к байле-тону форм. Так, для чувствительной формы возбудителя желтой ржавчины пшеницы инкубационный период составлял 9 суток. Под воздействием различных концентраций байлетона он удлинялся на 3 суток. Причем определяющим оказался сам факт действия байлетона, а не его концентрация.
Период пустулообразования для чувствительной формы составлял 5 суток, для резистентной - 12-18 суток. Таким образом, в процессе приобретения резистентности к байлетону у возбудителя желтой ржавчины отмечено изменение всех показателей агрессивности.
сут. форма 10 20 30 40 50
9-12 95 0 0 0 0 0
12-15 5 30 25 25 22 27
15-18 0 20 20 15 15 40
18-21 0 32 30 27 35 20
21-24 0 9 10 15 22 13
24-27 0 6 10 12 6 0
27-30 0 3 5 6 0 0
Приобретение резистентности к байле-тону у желтой ржавчины сопровождалось модификацией второго параметра пато-генности - вирулентности. Так, отмечены существенные изменения в реакции на заражение сортов-дифферен-циаторов Carsters Y, Spaldings prolific, а также дифференциаторов Hybrid 46 и Vilmorin 23, несущих Lr-гены: 3а, 3в, 4а, 4в (табл.3). Тип поражения вышеперечисленных сортов снижался с 4 баллов до 0. К 50-й генерации гриба форма стала авиру-лентной и для дополнительных моногенных сортов Minister и Riebesel 47/51, несущих гены устойчивости 3с и 9 соответственно. Установлено, что под воздействием повышенных концентраций байлето-на из 10 генов вирулентности, присущих генотипу расы 175Е239, 6 элиминировали - рр: 3а, 3в, 3с, 4а, 4в, 9. Резистентная форма потеряла способность поражать сорта, несущие гены устойчивости Lr: 3а, 3в, 3с, 4а, 4в, 9. В результате изменения реакции сортов-дифференциаторов на заражение их фунгицидоустойчивой формой ее обозначение изменилось и к 50-й генерации соответствовало расе 47Е142.
Между признаками резистентности и вирулентности выявлена обратная корреляция: с усилением одного признака действие другого ослаблялось.
Для изучения стабильности резистентности форма пассировалась на восприимчивом сорте в отсутствие байлето-на. Установлено снижение уровня резистентности с каждой генерацией гриба.
Вестник защиты растений, 2, 2001 Потребовалось 6 генераций размножения патогена для падения уровня резистентности до значений, соответствующих исходной чувствительности.
Проведенные исследования позволяют судить о скорости развития и реверсии резистентности к триазоловым фунгицидам (на примере байлетона) у возбудителя желтой ржавчины пшеницы. Поскольку приобретение резистентности в конкретном случае сопровождается общим снижением патогенности, то вре-
менное прекращение использования бай-летона может обеспечить исчезновение фунгицидоустойчивых штаммов. В качестве мер по предотвращению развития резистентности к байлетону можно также предложить:
- раннюю диагностику фунгицидоустой-чивых форм (Волкова, 1996),
- ротацию препаратов с различной химической основой,
- применение комбинаций фунгицидов (Волкова, 1997).
Таблица 3. Тип реакции сортов-тестеров при заражении их чувствительной и фунгицидоустойчивой формами возбудителя желтой ржавчины пшеницы
Тип реакции сортов при заражении
Сорт
чувствительной формой
фунгицидоустойчивой формой _по генерациям_
10
20
30
40
50
Сорта-дифференциаторы: а) европейского набора Hybrid 46 (Yr 3b,4.4b) Reichesberg 42 (Yr 7) Heines Peko (Yr 2, Yr6) Nord Desprez (Yr 3a, Yr 4a) Compair (Yr 8) Carstens V Spaldings prolific Heines VII (Yr 2)
б) международного набора Chinese 166 (Yr 1) Lee (Yr 7)
Heines Kolben (Yr 2, Yr 6) Vilmorin 23 (Yr 3a, Yr 4a) Moro (Yr 10) Strubes Dickkopf Suwon 92/Omar (Yr 11)
Дополнительные моногенные сорта: Minister (Yr 3c) 4 Tr. Spelta album (Yr 5) i Riebesel 47/51 (Yr 9)_4_
4
3
2
Волкова Г.В. Ранняя диагностика форм возбудителя желтой ржавчины пшеницы, резистентных к фунгициду (на примере байле-тона). /Производство экологически безопасной продукции растениеводства, Пущино, 2,
1996, с.57-60
Волкова Г.В. Резистентность возбудителя желтой ржавчины пшеницы к байлетону. Автореф. канд. дисс., Краснодар, КГАУ,
1997, 21 с.
Дьяков Ю.Т. Популяционная биология фи-
топатогенных грибов. М., 1998, 382 с.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1973, 313 с.
Кайдаш А.С. и др. Методические указания по состоянию прогноза развития желтой ржавчины и защите посевов озимой пшеницы. М., Колос, 1981, 13 с.
Рекомендации по методике первичной оценки гербицидных и фунгицидных свойств химических веществ. Гл. упр. НИЗПУ, М., 1969.
Санин С.С., Шинкарев В.П., Кайдаш A.C. Методы определения количества спор, образуемых ржавчинными и другими фитопато-генными грибами. /Микология и фитопатология, 9, 3, 1975, с.443-445.
Тютерев C.JI. Новые системные фунгициды и проблема устойчивости к ним фитопато-генов. /Соврем, состояние проблемы резистентности вредителей, возбудителей болезней и сорняков к пестицидам в России и сопредельных странах на рубеже XXI века. Материалы 9 совещания. СПб., 2000, с.13-15.
Вестник защиты, растений, 2. 2001
Gassner G., Streib W. Die Bestimung der biologischen Rassen des weidengelbrosten (P.glumarum f.sp. tritici Erikss. et Henn.). /Arb. Bio! Reichsanstalt Land- und Forstwirtssch., 20, 1932, s.141-163.
Lyr H., Bischoff G. Zum Problem der Resistenzbildung von Pilzen gegenüber modernen Fungiziden. /BiolRundschau, 186, 1988, s.365-372.
Plank J.G. van der. Problems and progress 1908-1954,/Plant Pathology. The University of Wincin Press, 1959, p.566-573.
DEVELOPMENT OF RESISTANCE IN THE YELLOW RUST PATHOGEN (PUCCINIA STRILIFORMIS WEST) OF WHEAT UNDER FUNGICIDE PRESSURE
G.V.Volkova
In the present work, we have determined the following parameters: development rate of resistance to Bayleton in the yellow rust pathogen, specificity of resistance, such properties of a fungicide-resistant form as agressiveness and virulence, and resistance reversion rate. The results obtained were used to work out a new method for early diagnostic of development of resistance to Bayleton in the pathogen of wheat yellow rust and resistance prevention measures.
