CC BY
99
ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
ИЗУЧЕНИЕ ФИТОПАТОКОМПЛЕКСОВ НЕМАТОД, ГРИБОВ, ВИРУСОВ И БАКТЕРИЙ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ПРИЕМОВ ОГРАНИЧЕНИЯ ИХ ЧИСЛЕННОСТИ И ВРЕДОНОСНОСТИ НА БОБОВЫХ КУЛЬТУРАХ
Н.Д. Романенко1, В.Г. Заец\ Б.Ф. Таравалли2, М.А. Келдыш3, И.В. Корсак4
1Институт паразитологии РАН г. Москва, e-mail: [email protected] 2Кафедра защиты растений Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8/2, 117198 Москва, Россия 3Главный ботанический сад РАН, г. Москва 4Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева ул. Тимирязевская, 49, 127550 Москва, Россия
В работе обобщены материалы исследований фитопатокомплексов нематод, грибов, вирусов и бактерий и их влияние на продуктивность растений. Изучен видовой состав фитопатокомплексов на семенном материале, где преобладают фитопаразитические грибы и бактерии, а на корнях и в корневой ризосфере - нематоды, грибы, бактерии и вирусы. Определена их вредоносность и показана возможность биологического контроля в экосистемах бобовых культур в условиях Московской области.
Одно из важнейших условий успешного решения продовольственной проблемы является резкое увеличение урожайности сельскохозяйственных культур и особенно зернобобовых как наиболее богатых белками. Получение высоких урожаев бобовых предусматривает снижение потерь от вредителей и болезней. На бобовых культурах широко распространены паразитические нематоды, грибы, вирусы и бактерии. Наиболее изучены антракноз, ржавчина, мучнистая роса, корневые гнили и другие грибные болезни, выводящие из строя целые поля. Больные растения теряют свою продуктивность, ухудшают кормовые и пищевые качества. Наименее изученными на бобовых культурах являются нематоды и вирусные заболевания, которые не менее вредоносны, чем грибные и бактериальные, особенно если они поражают растения в комплексе. На фоне грибных, бактериальных и вирусных болезней огромный ущерб бобовым культурам приносят паразитические нематоды, среди которых особо опасны цистообразующие (Heteroderidae), галловые (Meloidogyne), стеблевые (Ditylenchus) и многочисленные представители корневых эктопаразитических перфораторов, включая нематод - переносчиков вирусов: они обладают специфическим ротовым аппаратом, способствующим реализации векторных свойств [1, 3, 4, 5, 6, 7, 19]. Все известные до сих пор нематоды-переносчики относятся к отрядам Dorylaimida и Triplonchida, а переносимые ими вирусы - к типу «почвенных» [1,2, 17].
В последние годы наблюдается прогрессирующий характер фитопаразитарного загрязнения фитоценозов России, нередко приобретающий характер эпифитотии, при этом особое значение приобретают ассоциативные взаимоотношения различных групп фитопаразитов. Установлено, что нематоды играют доминирующую роль в формировании фитокомплексов «нематоды-грибы-бактерии» как в почве, так и в филлоплане [10, 13]. Изучение видового состава возбудителей и фауны переносчиков вирусных и других инфекций, прогноз
появления и распространения потенциально опасных возбудителей и переносчиков, их взаимоотношений между собой и с представителями полезной микрофлоры и фауны является основой для разработки экологически безопасного контроля сложных паразитарных систем [8, 9, 10]. Среди различных методов борьбы с комплексом наиболее опасных фитопаразитов все большее значение приобретает биологический метод, сущность которого заключается в уничтожении и подавлении развития вредных организмов с использованием других живых организмов или продуктов их жизнедеятельности [10, 11, 18]. В России исследования в области изучения взаимоотношений нематод, вирусов, грибов и бактерий, а также в области разработки экологически безопасных способов снижения их численности и вредоносности с использованием биологических средств защиты растений на бобовых культурах начаты лишь в последние годы [10,11,12].
Основной целью наших исследований было изучение видового состава наиболее патогенных нематод, вирусов, грибов и бактерий и их ассоциаций и обоснование возможности их биологического контроля в экосистемах бобовых культур в условиях Московской области. В связи с этим были определены следующие основные задачи наших исследований: изучить видовой состав комплекса наиболее опасных видов нематод, грибов, вирусов и бактерий и определить комплекс смешанных инфекций на семенном материале бобовых растений; изучить видовой состав фитопатогенных вирусов, паразитических нематод, включая виды векторов непо- и тобравирусов, изучить фауну нематод сопутствующих видов и распределение эколого-трофических групп нематод в ризосфере бобовых растений; изучить взаимоотношения и распространение популяций различных видов нематод и вирусов в различных биоценозах Московской области; определить вредоносность как отдельных групп патогенов, так и комплекса смешанных инфекций (нематоды, вирусы, грибы и бактерии) в лабораторных, вегетационных и полевых условиях; разработать экологически безопасные мероприятия по ограничению численности и вредоносности смешанных инфекций на бобовых растениях на основе использования грибов и бактерий-антагонистов и севооборота, оценить их биологическую и хозяйственную эффективность.
Работа выполнялась в различных экосистемах бобовых растений Московской области, в том числе дендрологического и промышленного типов на базе экспериментальных участков Института паразитологии РАН, Главного ботанического сада РАН, двух хозяйств Талдомского района Московской области («Измайловский», «Талдом-Агро» и «Север»), Всероссийского научно-исследовательского института кормов и др. в период 1997-2005 гг.
Отбор и приготовление смешанных образцов проводили по методике
О.З. Метлицкого [6]. Выделение нематод из почвы осуществляли двумя методами -вороночным Бермана [4] и по Flegg [15]. Нематод фиксировали 4%-ным формалином, постоянные препараты готовили по спиртово-глицериновой методике Сайнхорста [4]. Видовой и родовой состав нематод, в том числе переносчиков, определяли в Лаборатории фитопаразитоценологии Института паразитологии РАН, а грибов и бактерий - на кафедре фитопатологии МСХА им. К.А.Тимирязева. Идентификацию вирусов проводили в Лаборатории вирусологии ГБС РАН методами визуальный оценки, биологическим тестированием, серологическим тестом двойной иммунодиффузии в агаровом геле по ОисЫеНопу и иммуноферментным анализом [2, 14]. В условиях лабораторных, вегетационных и полевых опытов на 4 бобовых культурах (сое, горохе, фасоли и кормовых бобах) оценивали биологическую и хозяйственную эффективность ранее отобранных (в
результате первичного скрининга) нематицидных и полифункциональных штаммов бактерий-антагонистов (Bacillus thuringiensis, штаммы 86 и 132; Enterobacter sp., штамм 49; Bacillus polymixa, штамм Al; Pseudomonas fluorescens АРЗЗ (планриз); смесей штаммов Bacillus, Pseudomonas и Enterobacter (тетрабак); грибов-антагонистов Trichoderma virida, штамм Р (триходермин-Р) и др.). В условиях семипольного севооборота изучали влияние различных культур и пара на численность и фауну нематод бобовых (на примере сои). Ежегодно (1997-2001 гг.) в конце сезона, при уборке урожая, отбирались образцы ризосферной почвы и корней для нематологического и микробиологического анализов.
Во всех лабораторных, вегетационных и полевых опытах оценивали действие исследуемых биоагентов и их различных концентраций на видовой состав, численность и активность различных компонентов ризосферного биоценоза, пораженность семян и растений нематодами, грибами, вирусами и бактериями. Оценивали влияние применяемых биоагентов на всхожесть, динамику роста растений (высоту и вес растений, длину корней и их вес), фитотоксичность. Изучали изменения, происходящие в почвенном биоценозе, в том числе изменения соотношений экогрупп нематод под воздействием биоагентов. Повторность - 6- и 10-и кратная. Биологическую эффективность определяли по формуле Эббота:
БЭ=(а - Ь)*100:а,
где а - балл поражения (или численность паразитических нематод) или количество (процент) пораженных фитопатогенами растений в контроле, b - аналогичный показатель в опытном варианте [13]. Статистическая оценка полученных результатов проведена с помощью дисперсного анализа на IBM-PC 486 с использованием программы STRAZ.
В результате проведенных исследований были выявлены основные группы фитопатогенов, составляющих фитопатокомплекс бобовых культур. На семенах это в основном фитопаразитические грибы и бактерии. В почве - на корнях и в корневой ризосфере - это нематоды, грибы, бактерии и вирусы. В филлоплане -вирусы, грибы, бактерии и нематоды. Установлено, что случаи моноинфекции и ярко выраженного доминирования компонентов изучаемого фитопатокомплекса на бобовых культурах крайне редки. На семенах фитопатокомплекс включает ассоциации из 2-5 патогенов (преимущественно грибов и бактерий), на корнях и надземных органах - от 5 до 50 патогенов (преимущественно нематод, грибов, бактерий и вирусов).
Возбудители вирусных заболеваний в количестве 16 видов выявлены на 41 виде бобовых растений в экосистемах сельскохозяйственного, декоративного и природного (лугового) типов. Установлено, что большинство видов бобовых поражены комплексом вирусов, моноинфекция зарегистрирована в 8 случаях. Уровень заражения составлял 85-90%. Данные вирусологического анализа свидетельствуют о распространении на бобовых культурах 8 вирусов таксономических групп NEPO и TOBRA, передаваемых нематодами. Доминирующими являются неповирусы TobRSV, AMV, RRSV, Tom RSV, TomBRV и SLRSV. Тобравирус TobRV выявлен на 3 видах бобовых. На представителях Leguminosae впервые зарегистрированы 4 нематофильных вируса. Для 6 вирусов выявлены новые восприимчивые виды растений-хозяев.
В составе фауны нематод бобовых выявлены представители 49 родов, в том числе: паразитических - 9, свободноживущих -15, хищных - 4, микогельминтов - 8, сапробионтов - 13. Выявлена зависимость соотношения и численности экологотрофических групп нематод от типа экосистемы и видов растений-хозяев. Впервые
в ризосфере бобовых растений в различных фитоценозах Московской области выявлено 3 вида нематод-векторов Longidorus elongatus (семейство Longidoridae), Trichodorus similis и Paratrichodorus teres (семейство Trichodoridae). Численность векторов в исследованных экосистемах варьировала от 1% до 33%. На основе результатов биотестирования показана возможность векторной передачи TomRSV, RRSV, TobRV нематодами L. elognatus и TRV-T. similis. Уровень сопряженности распространения вирусов и векторов для изучаемых экосистем составляет 19,5%. Установлено прямое отрицательное воздействие векторов на всхожесть, вегетативную и корневую продуктивность на примере тест-растений бобовых и Hordeum vulgaris.
На примере взаимоотношений представителей различных групп фитопатогенов -грибов и нематод, нематодопереносимых непо- и тобравирусов и нематод - их векторов продемонстрировано, что взаимоотношения этих и большинства других фитопатогенов носят синергетические связи. Показано, что синергетические взаимосвязи различных групп фитопатогенов нередко приводят к резкому снижению всхожести семян, вегетативной и корневой продуктивности, а нередко и к гибели растений и полному отсутствию урожая бобовых культур. На бобовых культурах, на примере изучения видового состава грибов и нематод, непо- и тобравирусов и нематод их переносчиков, других групп фитопатогенов, выявлены различные ассоциации и комплексы наиболее часто встречаемых видов патогенов. Показано, что пораженности бобовых растений непо- и тобравирусами нередко сопутствуют 2-3 вида нематод - их векторов и до 10 и более видов других паразитических нематод (преимущественно эктопаразитических перфораторов). Установлено, что распространение, вредоносность и соотношения различных групп фитопатогенов и различных эколого-трофических групп нематод подвержены значительным колебаниям в зависимости от условий среды обитания (видов растений-хозяев, типов биоценозов, предшественников и др.).
С целью снижения ущерба от комплекса наиболее опасных групп фитопатогенов (нематод, вирусов, грибов и бактерий), обоснования и разработки экологически безопасных способов ограничения их численности и вредоносности на бобовых культурах были оценены хозяйственная и биологическая эффективность ранее выделенных штаммов бактерий и грибов-антагонистов (Bacillus, Pseudomonas, Trichoderma, Enterobacter и др.), обладающих полифункциональным действием. Установлены способы, сроки и эффективность применения биоагентов при выращивании отдельных бобовых культур (сои, гороха и фасоли). Показано, что отдельные штаммы бактерий и грибов-антагонистов эффективно подавляли паразитарную микрофлору и фауну нематод как в случае предпосевной обработки семян, так и при обработке ими ризосферы вегетирующих бобовых растений. Большинство оцениваемых отечественных биопестицидов и штаммов обладали высокой колонизирующей активностью, способны длительное время сохраняться в почве, а также обладали рост-стимулирующей активностью, повышали вегетативную и корневую продуктивность, биомассу тест-растений, не обладали фитотоксичностью и в сравнении с химическими агентами были эффективнее при предпосевной обработке семян, не загрязняли окружающую среду. При оценке эффективности действия бактерий и грибов-антагонистов на комплекс наиболее опасных паразитических видов нематод (Meloidogyne incognita, Heterodera glycines, Longidoridae и др.) в условиях вегетационных опытов установлена значительная нематицидная активность исследуемых штаммов. Установлено, что бактерии и грибы-антагонисты не оказывали существенного действия на представителей других эколого-трофических групп нематод (свободноживущих, микогельминтов и
хищных нематод), а в отдельных случаях их численность была выше контроля. Это объясняется, по-видимому, тем, что эти группы нематод не связаны непосредственно с ризосферой бобовых культур. В результате многолетнего полевого опыта в условиях семипольного севооборота (на примере сои) оценено влияние различных видов растений-предшественников на патогенную микрофлору и фауну нематод при выращивании бобовых культур. При этом установлено положительное сдерживающее влияние пара и пропашных культур на численность паразитических видов нематод и ярко выраженное нематицидное действие календулы, освобождающей почву от паразитических нематод и микогельминтов.
Работа выполнена при поддержке грантом РФФИ 05-04-49237.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вайшер Б., Браун Д.Д.Ф. Знакомство с нематодами. - Общая нематология. София, Пенсофт, 2001.-206 с.
2. Гиббс А., Харрисон Б. Основы вирусологии растений. - М.: Мир, 1978.-429 с.
3. Иванова Т.С. Корневые нематоды-вирусоносители подотряда Diphtherophorina.-Л.: Наука, 1977,- 94 с,
4. Кирьянова Е.С., Кралль Э.Л. Паразитические нематоды растений и меры борьбы с ними,-JI.: Наука, 1969. -Т. 1. -443 с.
5. Кирьянова Е.С., Краллъ Э.Л. Паразитические нематоды растений и меры борьбы с ними.-Л: Наука, 1971,- Т. 2,- 522 с.
6. Метлицкий О.З. Паразитические нематоды и основы борьбы с ними в ягодоводстве в СССР.-Автореф. дисс... д-ра с.х. наук.-Л., 1979.- 36 с.
7. Парамонов А.А. Основы фитогельминтологии.- М.: Наука. 1964. -Т. 2,- 446 с.
8. Романенко Н.Д. Фитогельминты - вирусоносители семейства Longidoridae. - М.: Наука, 1993.- 284 с.
9. Романенко Н.Д. Фитогельминты - вирусоносители семейства Longidoridae, их взаимосвязь с неповирусами и разработка научных основ борьбы с ними на плодовоягодных культурах и винограде (фауна, таксономия, экология, вредоносность, вирофорные свойства и защита растений).-Дисс. в форме научного докл. на соискание уч. степени д.б.н.-М.: ВИГИС.-1994,- 84 с.
10. Романенко Н.Д. Паразито-хозяинные взаимотношения микробных консорбентов агроценоза, как основа стратегии его защиты,- В кн.: Паразитические нематоды растений и насекомых.-М.: Наука.-2004,- С. 152-170.
11. Романенко Н.Д., Заец В.Г., Чиглинцев С.В. Эффективность физиологически активных веществ и биоагентов против соевой нематоды (Heterodera glycines).-В кн.: Концепции, практика и перспективы современного земледелия.-Мат. науч. конф. агр. ф-та (15-16 апреля 2003 г.).-М.: Изд-во РУДН.- 2003.-С.45-47.
12. Романенко Н.Д., Попов И.О., Заец В.Г., Чиглинцев С.В. Нематицидная активность физиологически активных веществ и биоагентов в борьбе с соевой нематодой (Heterodera glycines).- В кн.: Концепции, практика и перспективы современного земледелия.-Мат. науч. конф. агр. ф-та (15-16 апреля 2003 г.).-М.: Изд-во РУДН.- 2003. -С. 34-35.
13. Романенко Н.Д., Стародубцев В.В., Авдиенко И.Д., Корсак ИВ. К вопросу изучения нематицидной активности бактерий-антагонистов и их механизма действия.-В кн.: Успехи общей паразитологии.-Тр. ИнПАРАН.-Т. XLIV.- М.: Наука.-2004.-С. 318-338.
14. Decraemer W. The family Trichodoridae: Stubby Roof and Virus Vector Nematodes.-The Netherlands,-Kluwer.-1995.-360 p.
15. Flegg J.J.M. Extraction of Xiphinema and Longidorus species from soil by a
modification of Cobb’s decanting and Sieving technique.-Ann. Appl. Biol.-1977.-V.60.- P. 429-437.
16. Romanenko N. D. The discovery of complex infections of viruses and nematodes on potatoes in conditions of plant cenosises in the Moscow region.-Abstracts of XXVII International Symposium of European Society of Nematologists (Rome, 14-18 June, 2004).-Rome.-2004.- P. 84.
17. Santos M.S.N.A., Abrantes I.M.O., Brown D.J.F., Lemos R. M. (eds). An Introduction to virus vectors nematodes and their associated viruses.-Coimbra, Instituto do Ambiente e Vida.-1997.-535 p.
18. Stirling G.R. Biological control of plant parasitic nematodes.-1991. -304 p.
19. Taylor C.E., Brown D.J.F. Nematodes vectors of plant viruses.-Wallingford, UK.-CAB International.-1997,- 286 p.
STUDIES OF COMPLEXES OF NEMATODES, FUNGI, VIRUSES AND BACTERIA AND IMPROVEMENT OF ECOLOGICALLY SAFE METHODS OF RESTRICTIONS OF QUANTITY AND HARMFUL INFLUENCE THESE PATHOGENS ON LEGUMINOUS PLANTS
N.D. Romanenko1, V.G. Zaets2, B.F. Tarawally2, M.A. Keldish3,1.V. Korsak4
1Institute of Parasitology RAS Moscow, Russia, e-mail: [email protected] 'Department of plant protection Russian People’s Friendship University st. Miklucho-Maklay, 8/2, 117198, Moscow, Russia 3General Botanical Garden of RAS, Moscow, Russia * Moscow Agricultural Academy by K.A. Timiryasev St. Timiryasevskaya, 49, 127550 Moscow, Russia
New data of the species of different plant parasitic nematodes, virus, fungi and bacteria
groups were received on leguminous plants. Distribution, harmful influence, interrelations and
ecologically safe methods of plant protection were studied in conditions of Moscow region.
Supported RFBR- 05-04-49237 grant.
