CC BY
228
УДК 632.92
Новый опасный патоген Phytophthora ramorum в лесных экосистемах
И.Н. АЛЕКСАНДРОВ, ведущий агроном ФГУ «ВНИИКР» e-mail: [email protected]
Виды грибов рода Phytophthora достаточно хорошо известны как возбудители болезней сельскохозяйственных растений. Однако их состав в лесных сообществах оставался до последнего времени малоизученным. До 1990-х годов появлялись отдельные публикации о выявлении представителей рода Phytophthora в лесных сообществах. В начале прошлого столетия в США обнаружена болезнь со смоловыде-лением из язв на стволах древесных пород (Acer, Betula, Fagus, Quercus, Ulmus), причина которой приписывалась представителям рода Phytophthora. С 1920 г в США известны случаи серьезного поражения кедра (Chamaecyparislavsonina) грибом Ph. lateralis [6]. В Европе также имели место локальные вспышки заболеваний древесных культур, вызываемые фитофторовыми патогенами, причем превалирующим видом был Ph. cinnamomi.
С начала 1990-х годов происходит обновление таксономического статуса рода Phytophthora в лесных сообществах вследствие открытия многочисленных новых видов, расширения географического диапазона и круга растений-хозяев описанных видов. За два последние десятилетия выделено более 20 новых таксонов Phytophthora как из пораженных растений, так и из лесных почв и водоемов Америки и Европы.
Наступление фитофторовых патогенов в южной Европе отмечено инвазией известного вида Ph. cinna-momi в насаждениях вечнозеленых средиземноморских дубов Quercus suber (пробковый) и Q. ilex (камен-
ный), а в Великобритании - обнаружением новой болезни - гнили шейки корня европейской ольхи (Alnus spp.), возбудители которой представлены рядом гибридов между видами Phytophthora. В это же время в отдельных питомниках Германии и Нидерландов обнаружили новое заболевание рододендрона (Rhododendron spp.) и калины (Viburnum spp.), проявляющееся в виде некрозов листьев и побегов. Выделенный патоген из рода Phytophthora был позднее идентифицирован как Phytophthora ramorum [10].
В конце 1994 г поступило первое официальное сообщение об обнаружении ранее неизвестной болезни отдельных деревьев камнеплод-ника густоцветкового (Lithocarpus densiflorus) в штате Калифорния (США). Заболевание единичных деревьев камнеплодника отмечалось изредка ранее. Однако в связи с тем, что его древесина не представляла коммерческой ценности, ему не уделяли должного внимания. Болезнь начиналась сувядания верхушек побегов с последующим изменением окраски листьев, вначале до бледнозеленой или серозеле-ной, затем до коричневой. В основании стволов пораженных деревьев возникали водянистые вдавленные раковые образования, из них нередко выделялась жидкость, цвет которой варьировал от янтарного до почти черного. При окольцовывании ствола такими язвами изменялась окраска всей кроны на коричневую, что влекло за собой быструю гибельдерева. Заболевание, получившее позднее название внезапная гибель дуба (ВГД), быстро прогрессировало [9].
При попытках установления причины болезни, предпринятых в 1995 г., под корой в прикорневой части некоторых пораженных деревьев были обнаружены пленки и ризо-морфы опенка (ArmШariella mellea), однако у большинства погибших деревьев эти видоизменения мицелия отсутствовали. Помимо этого на стволах погибающих или усохших деревьев отмечалось образование плодовых тел гриба Hypoxylon thoursianum и местами сильное повреждение жуками из рода Monarthrum и жуками-короедами. Из образцов пораженных деревьев в лаборатории Калифорнийского университета было выделено несколько грибов, однако и Hypoxylon, и другие микроорганизмы являлись оппортунистическими видами и, вероятнее всего, не могли быть первопричиной болезни. Версия о том, что гибель деревьев явилась следствием повреждения названными насекомыми, не подтвердилась, поскольку на целом ряде молодых деревьев камнеплодника, поврежденных этими жуками, не наблюдались симптомы новой болезни. Весной 1997 г. в этих же округах штата Калифорния было отмечено поражение прибрежного виргинского дуба (Quercus agrifolia), по симптомам очень сходное с заболеванием кам-неплодника. Как и на камнеплодни-ке, под корой наблюдалось образование мокнущих язв и характерное выделение жидкости. Однако и в этом случае не удалось выделить основной патоген, вызывающий усыхание крон деревьев. В последующие годы ареал заболевания расширялся, приобретая характер массовой болезни, нарастало число погибших деревьев. Симптомы внезапного усыхания кроны были обнаружены на черном дубе kellogii), при этом первопричина заболевания осталась невыясненной.
Лишь в 2000 г. специалисты Калифорнийского университета, используя комплекс методов, включая и молекулярно-генетический тест (ПЦР), выделили и идентифициро-
1. Выделение жидкости из пораженного ствола дуба
вали патоген, установив причину внезапной гибели дубов. Им оказался гриб Phytophthora ramorum, ранее не наблюдавшийся на древесных культурах, а обнаруженный на декоративных растениях - рододендроне и калине в Европе [9].
К этому времени болезнь достигла масштабов эпифитотии в дубовых лесах, распространившись полосой протяженностью несколько сотен километров вдоль центрального массива калифорнийского побережья [4]. В лесных массивах, где преобладал камнеплодник, инфекция распространялась при слабом ветре на 100-200 м, а при сильном -на 1-3 км за сезон. Дальнейшее распространение болезни вдоль побережья привело к возникновению в 2001 г очагов в соседнем штате Орегон, а два года спустя - к появлению ВГД в штате Вашингтон и в Британской Колумбии (Канада). В последующие годы появлялись сообщения об обнаружении Ph. ramorum на посадочном материале, поступившем из калифорнийских питомников в некоторые питомники 22 штатов США. Весь инфицированный посадочный материал был незамедлительно уничтожен, и при проверке в 2005 г. эти питомники были свободны от возбудителя болезни [1].
Помимо Ph. ramorum из раковых стволовых повреждений камнеплод-ника густоцветкового и виргинского дуба в штатах Калифорния и Орегон
2. Поражение листьев рододендрона
иногда выделялся новый вид -Ph. nemorosa [7], а в штате Орегон в ареале возбудителя ВГД местами проявлялись еще один новый вид -Ph. pseudosyringae и уже известный ранее - Ph. lateralis, выделенные из аналогичных поражений на тех же растениях-хозяевах, что и Ph. ra-morum. В этом же штате из стволовых язв камнеплодника были выделены на питательную среду, помимо Ph. ramorum, еще несколько видов -Ph. gonapodyides, Ph. siskiyouensis и др. Роль этих микроорганизмов в инфекционном процессе пока не установлена.
Первые наблюдения за заболеванием и возбудителем позволили установить круг растений-хозяев в Северной Америке, однако по мере расширения исследований он постоянно пополняется новыми видами: это рододендрон (Rhododendron spp.), дуб Шрева (Q. parvula var. Shrevei), относящийся, как и два других поражаемых вида рода Quercus, к группе красных дубов, черника облиственная (Vaccinium ovatum), земляничное дерево Мен-циза (Arbutus menziesii), калифорнийский лавр (Umbellularia califor-nica), секвойя вечнозеленая (Sequoia sempervirens), подбел (Pie-ris) и др. [5].
Помимо описанных раковых образований на стволах деревьев наблюдались и другие симптомы болезни на различных растениях. Од-
3. Выход зооспор из спорангия
ним из них было отмирание побегов, которое начиналось обычно с апикального конца (верхушки) и продвигалось к основанию. Поражение листьев на этих побегах начиналось с почернения черешков, которое распространялось затем по центральным жилкам и даже могло захватить всю поверхность листовых пластинок. В отдельных случаях некрозы на побегах образовывались в разных местах, и в случае окольцовывания побеги засыхали. Такие симптомы развивались на многих растениях - рододендроне, чернике облиственной, отдельных видах дубов, каштане и др.
Очень часто проявлялась еще одна форма заболевания - листовые некрозы (ожоги листьев), начинающиеся обычно с образования темно-коричневых пятен в апикальной части (реже в других частях) листовой пластинки и постепенно разрастающиеся по всей ее поверхности. При высокой относительной влажности воздуха на пятнах образовывался белый налет - спороно-шения Ph. ramorum. Листовые некрозы постоянно развивались на лавровом дереве, толокнянке (Arctostaphylus spp.), земляничном дереве, секвойе, кофейной ягоде (Rhamnus californica), камелии (Camellia spp.), клене крупнолистном (Acer macrophyllum) и других видах. На многих видах растений нередко проявлялись комплексы
4. Хламидоспоры Ph. ramorum
Примечание: фото 1, 2 — из работы Davidson J.M., Werres S., Garbelotto M., Hansen E.M., and Rizzo D.M. 2003. Sudden oak death and associated diseases caused by Phytophthora ramorum. Online. Plant Health Progress doi: 10.1094/PHP-2003-0707-01-DG; фото 3, 4 — из материала Understanding Phytophthora ramorum — Key Fildings from UK Research. Foresty Commision defra www.defra.gov.uk
симптомов (язвы стволов и побегов, листовые некрозы, суховершин-ность).
Практически одновременно с американской эпифитотией шло расширение ареала Ph. ramorum и списка поражаемых им растений на европейском континенте. Если первоначально гриб был обнаружен в отдельных питомниках Германии и Нидерландов только на рододендроне и калине, а позднее выявлялся в различных растительных сообществах, то в течение последующих лет сигналы о выявлении патогена на разных растениях в питомниках, садовых центрах, городских насаждениях и лесных массивах поступали из многих стран. Помимо Германии и Нидерландов Ph. ramorum выявлен в питомниках Великобритании, Бельгии, Дании, Ирландии, Испании, Польши, Норвегии, Словении, Финляндии, Франции, Чешской Республики, Швейцарии, Швеции, Эстонии, а также за пределами питомников (Великобритания, Германия, Ирландия, Нидерланды,
Норвегия, Сербия, Словения, Швейцария).
Первоначально в Европе гриб проявлял себя достаточно серьезно - в форме отмирания побегов и ожога листьев (рододендрон, калина, подбел, тис ягодный и др.), не затрагивая европейских дубов. В экспериментальных условиях при инокуляции саженцев двух видов восточных дубов - северного красного (Q. rubra) и болотного (Q. palustris) -отмечено развитие язв на стволах, что свидетельствует о возможности поражения патогеном и этих видов, которые культивируются в Европе [9]. Позднее отмечены случаи поражения отдельных видов рода Quercus в естественных условиях. В Великобритании и Нидерландахвы-явлено несколько деревьев, в том числе и дубов, с образованием язв на стволах с выделением жидкости, что напоминало симптомы поражения дубов в США.
В общей сложности на территории Северной Америки и Европы Ph. ramorum зарегистрирован на нескольких десятках видов растений, представляющих более 30 семейств. Список поражаемых растений подразделяется на две группы: в одну из них (контролируемые) объединены растения-хозяева, из которых Ph. ramorum выделен и идентифицирован с использованием ПЦР-теста и триады Коха (проведена инокуляция этих видов растений и наблюдались типичные симптомы заболевания); вторую группу (ассоциированные) составляют растения, из которых выделен патоген, но тестирование методом ПЦР и инокуляция растений пока не проводились [8].
Гриб Ph. ramorum зарекомендовал себя как очень опасный паразит древесных и кустарниковых растений различных ботанических семейств. Поражение вторичной коры, флоэмы, камбия и ксилемы дуба и образование язв в основании ствола приводят к усыханию кроны и быстрой гибели всего дерева. Гибель прибрежного дуба (Q. agrifolia) в местах
активного развития болезни достигала 50 %, а камнеплодника ^. den-siflorus) - 90 %. Отмечены случаи значительного поражения, а иногда и гибели земляничного дерева Мен-циза и рододендронов. Пораженные рододендроны, независимо от степени развития болезни, снижают свои товарные качества и коммерческую ценность. Сложно оценить общие потери от поражения Ph. ramorum, поскольку помимо названных здесь растений-хозяев гриб поражает внушительный список видов древесных и кустарниковых, лиственных и хвойных пород.
Усилиями американских и европейских исследователей удалось собрать первое досье о возбудителе болезни, хотя до настоящего времени на ряд вопросов, касающихся биологии патогена (способы зимовки и передачи инфекции, ареал и весь спектр растений-хозяев и др.), мер профилактики и борьбы с заболеваниям, все еще не получено исчерпывающих ответов. Определены морфологические параметры Ph. ramo-rum: на листовых пластинках отдельных видов пораженных растений гриб формировал зооспорангии по форме от эллипсоидальных до продолговатых, образующихся поодиночке или гроздьями на спорангие-носцах. Они раноопадающие, обычно с короткой ножкой и небольшим сосочком (папиллой). Размеры спорангиев, по данным различных исследователей, колеблются от 32,9 до 80 мкм в длину и от 19 до 35,4 мкм в ширину, со средним значением 51,4 х 27,1 (52 х 24) мкм. Здесь же образовывались хламидоспоры, вначале бесцветные, при созревании светло-коричневые, сферические, диаметром 48,6-51,8 (до 80) мкм, обычно с тонкими стенками. Морфологические параметры американских изолятов гриба совпадали с описанными ранее в Европе [8, 10].
Установлено, что Ph. ramorum является гетероталличным организмом, и его популяция, присутствующая на территории Северной Америки, имееттип спариванияА2(амери-
канский тип), в то время как в Европе он представлен типом спаривания А1 (европейский тип). Однако уже в 2003 г. поступило сообщение об обнаружении в отдельных питомниках США и Канады наряду с американским типом спаривания Ph. ramorum и европейского типа, а в Бельгии в одном из питомников выявлен американский тип спаривания.
К настоящему времени экспериментально не установлено, в какой форме возбудитель болезни сохраняется в природе. Можно лишь предположить, что эту функцию выполняет мицелий, который колонизирует преимущественно богатую сахаром флоэму древесных культур и лишь частично заселяет наружную кору и ксилему. В этом случае зараженный посадочный материал дуба, камнеплодника густоцветкового, рододендрона и других поражаемых грибом растений может служить средством распространения патогена на значительные расстояния и проникновения в новые районы. Древесина, отделенная кора и древесные отходы (щепа, ветки, листва) также могут служить средством и способом распространения возбудителя болезни.
Экспериментально установлено, что рассеивание спор (зооспоран-гии и хламидоспоры) гриба происходит во время дождей путем смывания их в потоки воды (ручьи, речки), лесную подстилку, почву, которые также могут служить источником и средством передачи инфекции. Могут ли хламидоспоры и спорангии, оказавшиеся в лесной подстилке и почве, инфицировать корневую систему растений, экспериментально не установлено, однако отмечены случаи обнаружения проросших хламидоспор около корней отдельных растений-хозяев Ph. т-morum. Нельзя исключить и возможность передачи инфекционного начала (зооспорангии, хламидоспоры) при посредстве ветра с каплями дождя, иногда на значительные расстояния. Определенную роль в распространении инфекционного
начала может играть человек в процессе выполняемых работ(перенос почвы на обуви и т.д.). Пока нет доказательств того, что инфекция распространяется насекомыми, хотя и этот путь возможен.
Имеется предварительная информация о сохранности Ph. ramorum в течение года в растительных остатках, в воде и почве; отмечены случаи выживания хламидоспор гриба в течение зимы на открытом воздухе, а также на пеньках рододендрона (обрубки удаленных деревьев и кустарников) и сохранения патогена в отпрысках, образовавшихся от этих пораженных пеньков. Установлено, чтохламидоспоры отличаются большей степенью устойчивости, чем спорангии, и в силу этого могут сохранять жизнеспособность более длительное время.
Развитие Ph. ramorum в лесных и искусственных сообществах (сады, питомники, парковые насаждения) нередко различается. Состав растений-хозяев, равно как и метеорологические условия, оказывает заметное влияние на эпидемиологию болезни. Присутствие в растительных сообществах растений с листовым типом поражения, которые могут легко заражаться и поддерживать активную споруляцию гриба, стимулирует инфекционный процесс у других соседствующих растений. В условиях Калифорнии эпидемиологически наиболее восприимчивыми растениями в лесных массивах зарекомендовали себя калифорнийский лавр (листва), камнеплодник густоцветковый (веточки и листья), секвойя вечнозеленая (хвоя). Практически на всех зараженных участках дубов присутствовали калифорнийский лавр и/или камнеплодник густоцветковый. В питомниках роль таких источников инфекции почти всегда выполняют рододендроны и камелии. Поэтому развитие болезни на дубах не во всех случаях может носить столь скоротечный характер, а протекать в течение двух, возможно и более лет, и не во всех случаях завершаться летальным исходом [2].
Столь же важное влияние на ход и результат инфекционного процесса оказывают метеорологические условия. При попадании спорангия на поверхность растения обязательным условием для его прорастания является наличие водной пленки в течение нескольких часов, что обеспечивает активный выход зооспор. Умеренные температуры (около 18-20 °С) являются вторым необходимым условием для заражения растений. При наличии такой температуры и высокой влажности воздуха (близкой к 100 %) на пораженных участках растений уже через двое суток образуются новые спорангии и хламидоспоры. В условиях Калифорнии наиболее обильноеобразо-вание спорангиев наблюдалось в дождливый сезон, в то время как в сухой сезон споруляция гриба резко снижалась [3].
Изучение динамики заболевания и возбудителя позволило разработать мероприятия по локализации и ограничению дальнейшего распространения этого опасного патогена. Придание ему статуса карантинного организма дает основание на введение ряда регламентаций, мониторинг и обязательное проведение защитных мероприятий. Ph. ramorum включен в тревожный список ЕОКЗР, а также в перечни КВО Европейского Сообщества и ряда стран.
В целях производства сертифицированного посадочного материала устанавливается постоянный контроль за питомниками, производящими саженцы древесных и кустарниковых культур. Зоны, в которых обнаружены очаги болезни, объявляются регулируемыми, и в них осуществляется контроль не только за движением посадочного материала, но и за перемещением других растительных материалов (древесина, дрова, ветки, кора, опилки, листва, хвоя и пр.).
Карантинные мероприятия распространяются также на питательные субстраты тех категорий, составными компонентами которых являются почва, кора и другие материалы растительного происхожде-
ния. Ph. ramorum может сохраняться в течение нескольких месяцев даже в беспочвенной горшечной смеси, тем самым служить источником инфекции для заражения корней растений, выращиваемых в контейнерах.
При использовании растительных остатков на удобрение необходимо проводить предварительное компостирование с соблюдением режимов переработки и фитосанитарных норм. Если растительная масса разогревается в результате компостирования до 55 °С в течение двух недель, это обеспечивает полную ее стерилизацию.
В связи с возможностью миграции гриба в воде требуется создание замкнутых систем циркуляции поливной воды,особенно при наличии питомников в хозяйствах.
Опыты по использованию пестицидов в борьбе с ВГД за рубежом показали эффективность ряда препаратов при различных способах их применения(инъекция стволов, нанесение на кору, опрыскивание листвы, пропитывание почвы вокруг стволов и др.). В числе наиболее эффективных средств указываются препараты на основе металаксила, фосэтила алюминия, сульфата меди, фосфористой кислоты. Однако некоторые изоляты Ph. ramorum уже проявили устойчивость к препарату те1а!аху!-М. Представляют интерес опыты по дезинфекции субстратов для горшечных и контейнерных культур: хорошие результаты получены при фумигации метамом натрия, а также при обработке насыщенным паром при температуре 4570 °С с экспозицией 30 минут.
Ежегодно в нашу страну ввозится большое количество посадочного материала декоративных культур, в том числе растений-хозяев Ph. ramorum: дуб красный, рододендрон, калина, жимолость, брусника, тис ягодный и др. Они могут быть носителями инфекции. Ввезенный в страну посадочный материал развозится по различным регионам, попадает в частные владения, на дачные
участки, в городские насаждения, где произрастает в тесном соседстве с растениями местной флоры.
На территории Российской Федерации известны 10 видов дуба, в том числе дуб красный, который отмечен в Европе в числе поражаемых растений в естественных условиях и при искусственном заражении. Устойчивость других отечественных видов дуба не изучалась, в силу чего трудно судить, будут ли они растениями-хозяевами Ph. ramorum.
Помимо этого в России произрастает 14 видов рододендрона, часть которых постоянно фигурирует в списках поражаемых растений как в Европе,так и в Северной Америке. Кроме того, на территории Россий-
ской Федерации широко распространены виды жимолости (род Lonicera), калины (Viburnum), сирени (Syringa), вереска (Calluna), черники (Vaccinium) и других растений, являющихся растениями-хозяевами Ph. ramorum.
Высокая степень агрессивности патогена, возможность его проникновения и акклиматизации на территории РФ, отсутствие комплексных данных о биологии гриба и мерах борьбы с заболеванием дают основание на включение вида Ph. ramorum в Перечень вредителей растений, возбудителей болезней растений, растений (сорняков), имеющих карантинное значение для Российской Федерации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Copyright 2007. Department of Crop science University of Illinois at Urbana-Champain. Where in the US has Ph. ramorum been found.
2. Davidson J.M., Patterson H.A., Rizzo D.M. Sources of Inoculum for Phytophthora ramorum in a Redwood Forest. // Phytopathology, 2008, 98, p. 860-866.
3. Englander L., Reeser P. W, Tooley P. W. Growth and sporulation of Phytophthora ramorum in vitro in response to temperature and light. // Mycologia, 2006, 98, p. 365-373.
4. Garbelotto M., Svichra P., Rizzo D.M. Sudden oak death syndrome fells 3 oak species. // California Agriculture, 2001, January-February, p. 9-19.
5. Garbelotto M, Rizzo D.M., Davidson J.M., Frankel S.I. How to recognize symptoms of diseases caused by Phytophthora ramorum causal agent of Sudden Oak Death, 2002.
6. Hansen E.M., Goheen D.J., Jules E.S., Ullian B. Menaging Port-Orford-Cedar and Introduced Pathogen Phytophthora lateralis. // Plant Disease, 2000, 84, p. 4-14.
7. Hansen E.M., Reeser P.W., Davidson J.M., Gabrelotto M., Ivors K., Douhan L., Rizzo D.M. Phytophthora nemorosa, a new species causing cankers and leaf blight of forest trees in California and Oregon, USA. // Mycotaxon, 2003, 88, c. 129-138.
8. Phytophthora ramorum. // Diagnostics Bulletin OEPP/EPPO, 2006, 36, p. 145-155.
9. Rizzo D.M., Gabrelotto M., Davidson J.M., Slaughter G.M., Koike S.T. Phytophthora ramorum as the Cause of Extensive Mortality of Quercus spp. and Lithocarpus densiflorus in California. // Plant Disease, 2002, 86, p. 205-214.
10. Werres S., Marwits R., Man in't Veld W.A., De CockA.W.A.M., Bonants P.J.M., De Weerdt M., Themann K., Ilieva E., Baayen R.P. Phytophthora ramorum sp. nov., a new pathogen on Rhododendron and Viburnum. //Mycological Research, 2001, 105, p. 1155-1165.
Аннотация. Новая болезнь древесных и кустарниковых культур обнаружена в 1990-х годах в США и Европе. В этом материале представлены данные о возбудителе болезни - Phytophtora ramorum, симптомах поражаемых им растений. Рассмотрены пути и способы распространения и сохранения инфекции, меры по локализации патогена и предупреждению его распространения.
Ключевые слова. Фитофтора, симптомы болезни, внезапная гибель дуба, эпифи-тотия, морфология, патоген, зооспорангий, хламидоспора, инфекция, карантин.
Abstract. A new disease of trees and shrubs was detected in early 1990"s in the USA and Europe. In this paper the authors present data on the causative agent of Phytophthora ramorum disease, its host range and symptoms. Pathways for distribution and survival of the infection, and measures for containment and prevention of its further distribution are considered as well.
Keywords. Phytophthora, symptoms of disease, sudden oak death, epiphytoty, host, morphology, pathogen, zoosporangium, chlamydospore, infection, quarantine.
