CC BY
52
Агрономия ф
ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВИРУСОЛОГИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ЮЖНОМ УРАЛЕ
А. П. ГЛИНУШКИН, кандидат биологических наук,
А. А. РАЙОВ, 460000, г. Оренбург, кандидат сельскохозяйственных наук, ул. Челюскинцев, д. 18; Оренбургский государственный аграрный университет, тел: 8 (353) 277-52-30
О. О. БЕЛОШАПКИНА, доктор сельскохозяйственных наук, 127550, г Москва, Российский государственный аграрный университет ул. Тимирязевская, д. 49; Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева тел.: 8 (499) 977-14-55
Положительная рецензия представлена Г. К. Дускаевым, доктором биологических наук, заведующим отделом кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов Всероссийского научно-исследовательского института метрологической службы Россельхозакадемии.
В Оренбургской области, по данным Росстата, валовой сбор озимой и яровой пшеницы в хозяйствах всех категорий в среднем за 2006-2010 гг. составил 1378,7 тыс. т, а за 2011-2012 гг. — 769,3 т. Значительные падения валовых сборов зерна пшеницы слабо коррелируют с почвенно-климатическими условиями, предполагая поиск других причин подобной ситуации. Одной из них могли быть болезни вирусной этиологии.
В Европе с прошлого века проблема вирусных болезней на зерновых культурах имеет экономическое и стратегическое значение [1]. Несколько десятилетий назад в России вирусные болезни зерновых были еще экономически малозначимы, но, как показывает практика, к настоящему времени уже назрела необходимость проведения вирусологических исследований на этих культурах. Причин увеличения риска вирусных эпифитотий несколько. Среди них: повышение суммы эффективных температур, благоприятствующих организмам-переносчикам; нарушение систем земледелия и большие площади необработанных земель; распространение вирусных патогенов через обмен между странами и регионами семенным и посадочным материалом. В научной литературе уже появилось ряд публикаций по этому вопросу [2, 3]. Достоверную оценку распространенности вирусов на зерновых культурах стало возможным получать с использованием серологического и молекулярно-генетического методов для подтверждения результатов визуальной диагностики.
Цель исследований — провести в Оренбургской области широкомасштабный мониторинг распространенности вирусных болезней озимой пшеницы, уточнить видовой состав возбудителей с применением визуальной и молекулярно-генетической диагностики, оптимизировать элементы противовирусной защиты.
Материалы, условия и методы исследований.
Для проведения обследований на зараженность вирусами посевов озимой пшеницы были выбраны три района Оренбургской области (Соль-Илецкий, Акбулакский и Беляевский) с пологим рельефом, склоны в которых представлены в основном малым пологим уклоном до 1 градуса. В каждом районе были выбраны хозяйства с наиболее типичными условиями, характеризующими всю степную зону Южного Урала; среди них: сельскохозяйственный производственный кооператив (СПК) «Колхоз Донской», СПК «Колхоз Линевский», СПК «Колхоз им. Дими-
трова». Площадь пашни по выбранным районам в целом составляет 559,4 тыс. га пашни. Степная зона Южного Урала с похожими почвенно-климатическими условиями охватывает более 5000 тыс. га пашни.
Визуальную диагностику с описанием симптоматики поражений проводили в фазы кущения и колошение-цветение в 2010-2012 гг. при маршрутных обследованиях по условным радиусам и диагоналям полей через определенное количество проходов, осматривая рендомизированно растения в посеве, а также обращая внимание на растения с признаками вирусоподобных симптомов. По стандартной формуле рассчитывали распространенность таких симптомов и учитывали в баллах интенсивность поражения согласно методике Г. М. Развязкиной. Часть растений с разными типичными признаками поражения вирусами в 2012 г. были отобраны для идентификации молекулярно-генетическим методом. Данные анализы с проведением полимеразной цепной реакции (ПЦР) были сделаны на базе Центра «Биоинженерия» РАН, г. Москва, с использованием соответствующих праймеров фирмы «Синтол», г. Москва. Биологическую эффективность инсектицидов (Актара, Актеллик, Каратэ Зеон), используемых против насекомых — потенциальных переносчиков вирусов, рассчитывали по формуле Эббота на 100 га. Распространенность в посевах озимой пшеницы вирусных симптомов учитывали для оценки внесения указанных пестицидов при разных способах обработок полей.
Результаты исследований.
СПК «Колхоз Линевский» имеет пашни 5580 га из общей сельскохозяйственной площади 9920 га. Площадь посева озимой пшеницы составила: в 2010 г. — 1500 га; в 2011 г. — 900 га; в 2012 г. — 680 га, то есть произошло сокращение занятой площади в 2,2 раза. Площади пара составили: в 2010 г. — 1833 га; в 2011 г. — 1380 га; в 2012 г. — 2900 га. Как видно, хозяйство имеет площади для посева озимой пшеницы, но не засевает их этой культурой. Сельскохозяйственный производственный кооператив (СПК) «Колхоз им. Димитрова» имеет пашни 9300 га, общей сельскохозяйственной площади 18660 га. Подобная ситуация и в СПК «Колхоз Донской».
Снижение урожайности в зерновых хозяйствах Оренбуржья тесно связано с фитосанитарной обстановкой, которая оставляет желать лучшего. В последние годы мы и наши коллеги [4, 5, 6] неоднократно отмечали усиление распространенности симптомов поражения, сходные с вирусными.
Таблица 1
Распространенность вирусоподобных симптомов в посевах озимой пшеницы в южных районах
Оренбургской области (фаза колошение-цветение, 2010-2012 гг.)
Симптом вирусоподобный и комплексной этиологии Вид симптома по районам, %
Соль-Илецкий Акбулакский Беляевский
2010 г.
Мозаичность (штриховатость), некрозы и жесткость листьев 1,5 ± 0,5 1,5 ± 0,5 1,5 ± 0,5
Хлорозы 1,5 ± 0,5 1,5 ± 0,5 0,5 ± 0,5
Короткоузлие (карликовость) 2,5 ± 0,5 1,5 ± 0,5 1 ± 1
Чрезмерное кущение 2,5 ± 1,5 2,5 ± 0,5 0,5 ± 0,5
Комплекс вирусных симптомов 2,5 ± 1,5 2,5 ± 1,5 1,5 ± 0,5
Комплекс вирусных и других симптомов* 11,5 ± 0,5 15,5 ± 0,5 8 ± 2
Среднее (по районам 20,3) 23 ± 0 25 ± 2 13 ± 4
2011 г.
Мозаичность (штриховатость), некрозы и жесткость листьев 1,5 ± 0,5 2,5 ± 0,5 1 ± 0
Хлорозы 1 ± 0 1 ± 0 1 ± 0
Короткоузлие (карликовость) 0 ± 0 1,5 ± 0,5 1 ± 0
Чрезмерное кущение 0,5 ± 0,5 1 ± 0 0 ± 0
Комплекс вирусных симптомов 1,5 ± 0,5 2 ± 1 1 ± 0
Комплекс вирусных и других симптомов* 8,5 ± 2,5 10 ± 1 6 ± 1
Среднее (по районам 13,7) 13 ± 2 18 ± 3 10 ± 1
2012 г.
Мозаичность (штриховатость), некрозы и жесткость листьев 3,0 ± 0 4,0 ± 2,0 2 ± 0
Хлорозы 1,5 ± 0,5 2 ± 0 1,5 ± 0,5
Короткоузлие (карликовость) 1,5 ± 0,5 1 ± 1 1 ± 0
Чрезмерное кущение 0,5 ± 0,5 1,5 ± 0,5 0 ± 0
Комплекс вирусных симптомов 2,5 ± 0,5 4 ± 1 1,5 ± 1,5
Комплекс вирусных и других симптомов* 9 ± 2 11,5 ± 1,5 10,5 ± 1,5
Среднее (по районам 20,2) 20 ± 2 24 ± 1 16,5 ± 3,5
Примечание: * растения, имеющие смешанные симптомы, мозаики, карликовости, хлорозности, септориоза, мучнистой росы, гелиминтоспо-риозных пятнистостей, ржавчины, бактериозов, повреждения насекомыми (блошками, клопом вредной черепашкой, прямокрылыми).
Результаты проведенных нами визуальных вирусологических обследований посевов озимой пшеницы приведены в табл. 1. Следует отметить, что наиболее часто отмечали изменение окраски пораженных растений: мозаику и хлороз листьев, появляющиеся уже в фазу кущения осенью. Хотя в экстремально жарком 2010 г. было много и растений с симптомами карликовости и чрезмерной кустистости. Конечно, симптомы микозов — септориоза, мучнистой росы, пятнистостей, бурой ржавчины и повреждений различными насекомыми (блошками, клопом вредная черепашка, прямокрылыми) — в посевах озимых в целом встречались чаще.
Но распространенность вирусных симптомов, достигающая 25 % (в 2010 г. в Акбулакском районе), несомненно, может являться причиной снижения продуктивности растений. В среднем по 3 обследованным районам в годы исследований интенсивность поражения растений пшеницы мозаичными, хлоротичными и некротическими симптомами была на среднем уровне по шкале учета вирусных болезней 3 балла (до 30 % поражений), однако в 2011 г. в Беляевском районе пораженность была на уровне 2
баллов (10 %), что считается слабой по соответствующей шкале.
В ходе проведенных обследований было выявлено комплексное поражение растений болезнями разной этиологии и повреждений вредными насекомыми. Имеются сведения [7] о том, что зараженные вирусами растения хлебных злаков сильнее поражаются вторично грибными патогенами, например, грибами рода Ешапит sp., вызывающими снежную плесень, корневую гниль и фузариоз зерна и колоса, и Pseudocercosporellа herpotrichoides, возбудителем церкоспореллезной корневой гнили, что может приводить к еще большим потерям. Было замечено, что на участках полей с заметным заражением вирусами растения озимых зерновых хуже перезимовывали и посевы их изреживались, хотя часто трудно было доказать, что это следствие проявления вирусных инфекций.
Симптомы вирусов, поражающих зерновые, мало отличаются от симптомов, вызванных различными неинфекционными стрессовыми факторами, такими как засуха, холод, переувлажнение, недостаток питательных веществ, а также некоторыми грибны-
ми, бактериальными болезнями. Можно их спутать и с повреждениями насекомыми, например, тлями, трипсами, мухами. Поэтому в практическом отношении визуальная диагностика нередко бывает ошибочной, и требуются дополнительные методы подтверждения вирусной природы заболевания.
Проведенные молекулярно-генетические исследования методом ПЦР отобранных растений с выявленными признаками изменения окраски, деформации, угнетения роста подтвердили их зараженность вирусами. Ранее в регионе было доказано присутствие в посевах зерновых передающегося тлями вируса желтой карликовости ячменя — ВЖКЯ (Barley yellow dwarf virus — BYDV, Luteovirus) [4], поэтому мы сосредоточили усилия на идентификации других вирусов, поражающих озимую пшеницу.
В условиях степной зоны Южного Урала был обнаружен вирус полосатой мозаики пшеницы — ВПМП (Wheat streak mosaic virus — WSMV), род Tritimovirus, семейство Potyviridae. К его растениям-хозяевам из зерновых относятся пшеница, ячмень, овес и рожь. Циркуляция вируса в природе осуществляется посредством клещей Aceria tulipae (A. tritici) и др., а также механически соком от больных растений. Хотя вирус полосатой мозаики пшеницы в южных районах России был обнаружен более 50 лет назад, до недавнего времени считалось, что для этого вируса очень мала вероятность передачи семенами, однако эти сведения частично не подтверждаются в последние годы как у нас, так и за рубежом [3, 8].
Кроме этого вируса, был впервые идентифицирован почвопередающийся (почвообитающий) вирус мозаики пшеницы — ВМП (Soil-borne wheat mosaic virus (SbWMV)) из рода Furovirus. К его растени-ям-хозяевам относятся пшеница, рожь и тритикале. Для данного вируса характерно, что при низких положительных температурах его концентрация в тканях растений выше, симптомы более четкие и пораженные растения хуже перезимовывают. Это факт является причиной того, что озимые культуры сильно страдают, а яровые весной уходят от сильного поражения.
Циркуляция вируса мозаики пшеницы в природе осуществляется посредством грибоподобного микроорганизма Polymyxa graminis, относящегося к отделу Plasmodiophoramycota. Хотя этот переносчик широко распространен, он не является патогеном на зерновых культурах.
Особенность этого микроорганизма в том, что он одновременно является и переносчиком и основным резерватором вируса. Зооспоры псевдогриба, двигаясь по почвенной влаге, заселяют корни зерновых, а покоящиеся споры (цисты) сохраняющиеся в почве более 20 лет, сохраняют и вирусы. Поэтому севооборот возможно в данном случае не даст защитного эффекта. Покоящиеся споры псевдогриба очень устойчивы как к низким температурам зимой, так и к повышенным температурам в летний период, они могут сохраняться в глубоких слоях почвы. Наличие в инфекционном цикле зооспор способствует тому, что P. graminis меньше приурочен к легким и сухим почвам, поэтому ниже опасность вирусной инфекции в засушливый период. Вирус имеет большое количество растений-хозяев среди луговых и диких злаков.
Ущерб, который могут причинять вирусы зерновым культурам, зависит от уровня снижения про-6
дуктивности зараженных растений, от компенсационной способности соседних здоровых растений, от накопления вируса в растениях-резерваторах среди культурных растений и сорняков, обеспечивающих перезимовку вирусов, способов и интенсивности их распространения. Новые научные сведения и практические исследования требуют поиска эффективных мер защиты от вирусов.
Основу распространения большинства вирусов составляют насекомые-переносчики. Благодаря пологому рельефу степных районов Оренбуржья, равномерное повышение весенних температур способствуют более выровненному заселению растений насекомыми, и, соответственно, планомерному распространению вирусной инфекции. Подобное распределение, в отличие от холмистых, склоновых земель дает больший вариант для планирования, прогнозирования и проведения защитных мероприятий.
Если агротехническими методами можно решить проблемы, например, засоренности агроценоза, то из-за возможности массовой миграции насекомых и аэрогенного способа распространения большинства патогенов на зерновых, эти методы против вредителей и болезней не будут столь успешными. В комплексе мероприятий борьбы с вирусами на зерновых культурах большое значение имеет уничтожение падалицы при обработке стерни, которая, как правило, сильно поражена вирусными болезнями. Переносчики с нее переносят вирусы на озимые зерновые.
Хотя для химической борьбы с переносчиками разработаны и инсектицидные протравители и инсектициды для обработки посевов, применяются они не в полной мере из-за высокой затратности этих мероприятий.
Нами ранее были предложены оптимизированные приемы применения инсектицидов способом опрыскивания посевов зерновых в один-два прохода агрегата [9] (рис. 1). Не во всех предлагаемых вариантах происходило существенное увеличение урожайности на яровой пшенице табл. 2. Однако следует отметить, что последующие наблюдения и практические исследования позволяют нам скорректировать данные рекомендации. Для повышения эффективности применения инсектицидов и инсекто-акарицидов при высокой численности сосущих вредителей лучше применять пестициды тройным кольцом вокруг массива пшеничного посева; в случае массового от рождения (или) лета саранчовых, следует применять баковые смеси инсектицидов контактно-кишечного
Рисунок 1
Оптимизированная схема опрыскиваний инсектицидами
посевов зерновых культур www.m-avu.narod.ru 'мм/м/, avu.usaca.ru
Таблица 2
Минимизация обработок посевов озимой пшеницы инсектицидами
Вариант опыта Динамика численности потенциальных переносчиков Вирусоподобные симптомы (распространенность), % Условная доза пестицида, кг на 1 га Урожайность, т с 1 га
перед обработ- кой через 10 дней после обработки* в фазу молочной спелости перед обра- боткой в фазу колошения Актеллик Актара Каратэ Зеон
Контроль (б/о) 0,03 ± 0,01 0,18/- 23,75/- 2 ± 0,5 9 ± 2,6 - - - 1,07/-
Сплошная обработка ст. 0,00 ± 0 0,01/94,4 1,53/93,6 1 ± 0,5 2 ± 1 0,5 0,15 1,25 х 10-2 1,26/17,7
Краевая защита 0,01 ± 0 0,04/76,1 3,87/83,7 1 ± 1 1 ± 1 0,38 0,114 9,4 х 10-3 1,25/16,8
Совмещение 15** 0,02 ± 0,01 0,02 /88,3 5,17/78,2 1 ± 0,5 2,5 ± 1 5,8 х 10-2 1,7 х 10-2 1,5 х 10-3 1,15/7,5
30 0,00 ± 0 0,04/79,4 4,65/80,4 2 ± 1 2 ± 1 8,7 х 10-2 2,6 х 10-2 2,2 х 10-3 1,21/13,1
45 0,01 ± 0 0,04/77,2 4,57/80,6 1 ± 1 2 ± 1,5 0,113 3,4 х 10-2 2,8 х 10-3 1,23/14,9
Стандартное отклонение по генеральной совокупности 0,01 - - 0,95 2,9 - - - 0 11***
Примечание: * в числителе — значение, в знаменателе — биологическая эффективность, %; ** варианты совмещения — 15, 30, 45 м, то есть соответственно 1, 2 или 3 прохода трактора; *** наименьшая существенная разность (при точности 95 %).
и системного действия (например, группы синтетических перитроидов и неоникотиноидов), одновременно увеличивать ширину всех полос краевой обработки; на случаи осеннего потепления и возможности активизации переносчиков на озимых с осени желательно применять системные препараты (с продолжительным или расчетным периодом защитного действия). Это позволяет остановить переносчиков, не дав нанести косвенный и прямой ущерб основному пшеничному массиву.
Проведенный анализ научной литературы показал перспективность разработок ученых-энтомоло-гов [10], которые предлагали использование пестицидов полосным методом, при котором через определенное расстояние чередовались полосы обработанные пестицидами и необработанные. Более поздние практические результаты не всегда показывали высокую эффективность такого способа защиты от вредных насекомых, в том числе переносчиков вирусов. Хотя этот прием рассматривается как перспективный, по нашему мнению он требует совершенствования, так как его использование возможно только на полях (участках земли), площадь которых приближается к 1000 га, причем с квадратным типом, а многие поля даже в условиях Оренбургской области не имеют так называемой правильной формы и таких площадей. Предложенное и апробированное А. П. Глинушки-ным инновационное совмещение обработанных и необработанных полос поля [9], позволяет еще более сократить обрабатываемую площадь без потери эффективности защитного мероприятия, что было про-www.m-avu.narod.ru www.avu.usaca.ru
верено на полях, на которых закладывался опыт размером от 107 до 360 га. Подобное сокращение было возможным за счет обоснованного уменьшения обрабатываемой площади путем применения разовой обработки препаратами полосы поля шириной 15 м, с последующим пропуском необработанной полосы тоже в 15 м и последующей обработкой инсектицидом еще 1 полосы. Эффективность трех вариантов инновационных совмещений (М — шириной 15 м, С — шириной 30 м и Б — шириной 45 м) показана в табл. 2. Нами было взято модельное поле в размере 100 га, правильной формы (квадрата), и рассчитано количество применяемого инсектицида при инновационном совмещении полосного и краевого метода применения пестицидов по сравнению со сплошным.
Теоретические расчеты показали, что при применении краевой защиты (с шириной обработки 250 м) на поле в 100 га, реальная площадь сокращается до 75 га (25 %), а предложенное инновационное совмещение позволяет сократить обрабатываемую площадь на 77,44-88,36 %. Большое значение имеет и выбор пестицида, который влияет на величину условной дозы. Так, при взятии за эталон препарата Актеллик, условная доза при применении Актары снижается на 70,0 %, а Карате Зеон — на 97,5 %.
Не на всех обрабатываемых землях возможно в период вегетации растений применение пестицидов в борьбе с вредителями и болезнями. Использование препаратов для обработки семян является наиболее экологичным приемом использования пестицидов. Нами ранее [11] была показана возможность обра-
1. В условиях степной зоны Южного Урала в 2010-2012 гг. широкое распространение имеет зараженность озимой пшеницы вирусами с симптомами: штриховатость, карликовость, хлоротичность и смешанными. По районам распространенность вирозов варьировала: в Соль-Илецком — 13-23 %; в Акбу-лакском — 18-25 %; в Беляевском — 10-16,5 % (визуальная диагностика).
2. В вирусном патокомплексе на озимой пшенице выявлены вирус желтой карликовости ячменя (визуально), а также (с использованием ПЦР) вирус полосатой мозаики пшеницы (Wheat streak mosaic virus) и почвообитающий вирус мозаики пшеницы — ВМП (Soil-borne wheat mosaic virus).
3. Для профилактики распространения вирозов с помощью насекомых-переносчиков, эффективно применение инсектицидов по оптимизированной схеме опрыскиваний с шириной полос 30 м (в один проход опрыскивателя), при необходимости с применением системных препаратов.
ботки семян для подавления ряда болезнетворных организмов и защите растений от шведской мухи, что делает протравливание перспективным и для защиты от потенциальных переносчиков вирусов.
Большое значение для снижения ущерба от почвообитающих вирусов имеет определение исходной зараженности почвы грибами и псевдогрибами-пере-носчиками и резерваторами вирусов. Анализ почвы можно провести биологическим тестом, для чего пробы почвы переносят в посадочные чашки, сеют в них восприимчивый сорт зерновых, потом уже в этих растениях иммуноферментным или иным методом идентифицируют вирусы.
Как и у других культурных растений, возделывание устойчивых к вирусам сортов зерновых экономически и экологически выгодное мероприятие, хотя очень сложное и длительное. За рубежом работы ведутся в направлении использования устойчивости и толерантности сортов зерновых не только к самим вирусам, но и к их переносчикам, например, к псевдогрибу Polymyxa graminis.
Выводы.
Литература
1. Шпаар Д., Робенштайн Ф., Кастир Р, Хабескус А. Вирусные болезни — серьезная угроза для выращивания зерновых культур в Европе // Весці Нацыяналнай Акадэмп Навук Беларусі. 2006. № 3. С. 60-70.
2. Волков Ю. Г., Какарека Н. Н., Козловская З. Н., Клыков А. Г. Оценка зараженности фитовирусами злаковых культур и прогноз распространения заболеваний в Приморском крае // Доклады РАСХН. 2011. № 5. С. 20-22.
3. Юхименко А. І. Патогенні та мутагенні властивості вірусів озимої пшениці і можливість їх використання в селекційній практиці : дис. ... канд. с.-г. наук. 06.01.05. Миронівський ін-т пшениці ім. В. М. Ремесла. К., 2000.
4. Лухменёв В. П., Ярмухаметова Л. В., Светачёв С. В. Биологическая защита озимой пшеницы от вирусов и фитоплазм // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. № 2. С. 15-20.
5. Глуховцев В. В. Особенности адаптивной селекции зерновых культур, устойчивых у внутристеблевым вредителям и корневым гнилям в условиях среднего Поволжья // Вестник Казанского ГАУ 2011. № 4 (22). С. 119-121.
6. Маркелова Т. С., Баукенова Э. А. Вирусные болезни злаков в Нижнем Поволжье : третья всероссийская и международная конференция Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам. СПб., 2012. С. 23-25.
7. Huth W. Barley yellow dwarf — ein permanentes Problem in der Bundesrepublik Deutschland? // Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd. 1990. № 42. P. 33-39.
8. Kanyuka K., Ward K., Adams M. J. Polymyxa graminis and the cereal viruses it transmits : a research challenge // Molecular Plant Pathology. 2003. № 4. P. 393-406.
9. Глинушкин А. П. Эффективность применения средств защиты в технологиях возделывания яровой мягкой пшеницы // Известия Оренбургского ГАУ 2009. № 1 (21). С. 25-27.
10. Исмухаметов Ж. Д. Пути развития биологического метода защиты растений. URL : http://www.agroinnovations.kz/ magazine/94-vestnik201105/232-zikr.
11. Глинушкин А. П. Влияние протравителей семян, биологического фунгицида Фитоспорин, регуляторов роста и их смесей на развитие корневой гнили и пораженность шведской мухой : региональная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов. Оренбург, 2004. С. 80-81.
