CC BY
39УДК 632.9
Латыпова Г.Ю.
Студент естественно-географического факультета
Башкирский государственный педагогический университет им. М.Акмуллы
(Россия, г. Уфа)
Черепанова Е.А.
К.б.н., н.с. лаборатории биохимии иммунитета растений ИБГ УФИЦ РАН
(Россия, г. Уфа)
Максимов И.В.
Д.б.н., проф., заведующий лабораторией биохимии иммунитета растений ИБГ УФИЦ
РАН (Россия, г. Уфа)
ВРЕДОНОСНОСТЬ СЕПТОРИОЗА ПШЕНИЦЫ И МЕРЫ БОРЬБЫ С НИМ
Аннотация: в данной статье рассматриваются особенности поражения пшеницы возбудителем септориоза злаков, описывается вредоносность гриба, вызывающего это заболевание и меры, применяемые для борьбы с ним. Обсуждается роль бактериальных липопептидов и значение дефицитных по ним бактерий в изучении защитных свойств бактерий-эндосомбионтов растений. Отмечена способность эндофитных бактерий и их метаболитов к подавлению болезней, что делает их перспективным компонентом биопрепаратов.
Ключевые слова: пшеница, септориоз, эндофитные бактерии, липопептиды, Bacillus subtillus, биопрепараты.
Для человечества во все времена пшеница являлась одной из важнейших злаковых культур и остаётся таковой и на сегодняшний день. Однако возделывание растений в монокультуре на больших площадях делает их уязвимыми к возбудителям
заболеваний. Септориоз злаков, вызываемый фитопатогенным грибом Stagonospora nodorum Berk (Septoria nodorum Berk), относится к числу широко распространенных и опасных по экономическим последствиям в современных условиях болезней зерновых культур. Практически нет ни одного пшеничного ценоза, где бы не обнаруживались грибные штаммы, вызывающие септориоз. При благоприятных для развития возбудителя погодных условиях болезнь часто принимает характер эпифитотии, нанося существенный урон урожаю зерна и ухудшая к тому же его качество. В семенах наблюдаются понижение содержания белка и клейковины, ухудшение посевных свойств [1]. В ряде агроклиматических регионов России распространение септориоза может достигать 80%, а потери урожая вследствие поражения посевов яровой и озимой пшеницы составлять до 30% [2].
Низкая устойчивость у некоторых высокопродуктивных сортов пшеницы к данному заболеванию, прогрессивное формообразование возбудителя, способствуют появлению новых вирулентных патологических типов и способствуют развитию и распространению септориоза [1]. В настоящее время насчитывается более 10 видов возбудителей септориозных пятнистостей. На пшенице наиболее распространенными и вредоносными являются два - Mycosphaerella graminicola (Septoria tritici) и Stagonospora nodorum Berk (Septoria nodorum Berk). Первый их них поражает преимущественно листья, второй - все надземные органы - как листья, листовые влагалища, стебли, так и стержень колоса, колосковые чешуи, зерно [3]. Характерными симптомами заболевания являются: светлые, желтые и светло-бурые пятна с темным ободком и черными мелкими пикнидами. Листья бледнеют, обесцвечиваются и засыхают. Стебли буреют, часто перегибаются. Зерна в колосе щуплые; иногда септориоз становится причиной бесплодия колосьев.
С семенами возбудитель распространяется по полям, новым районам и зонам. Больные семена дают зараженные всходы. Наличие осадков, ветров и туманов способствует попаданию спор на стебли, листья, колосья и зерна [4]. Оптимальная температура развития патогена +20 - + 22°C. Споры способны прорасти не только в капельно-жидкой влаге, но и при относительной влажности более 76%. Инкубационный
период 6-9 дней. За вегетационный период наблюдается развитие нескольких поколений. Наиболее интенсивно развивается болезнь при частом выпадении осадков.
Существуют агротехнические приёмы борьбы с данным возбудителем: уничтожение пожнивных остатков, посев озимых культур в оптимально поздние сроки, использование короткостебельных сортов, обработка растений и семян фунгицидами. Для борьбы с фитопатогенными микроорганизмами современное сельское хозяйство широко использует различные химические препараты, однако большинство из них имеют отрицательное влияние на экологию, так как накапливаются в почве и токсичны для высших животных, а у патогенов постепенно формируется устойчивость к фунгицидам [5].
Уникальной составляющей биологических средств защиты растений могут стать эндофиты - микроорганизмы, определяемые как «способные жить в тканях растений, не вызывая у них болезней» [6]. Последние несколько лет, благодаря тому, что у ряда бактерий, тесно сосуществующих с растениями, были замечены рост-стимулирующие, иммуностимулирующие и антибиотические свойства, на их основе стали создавать биопрепараты, что позволяет в перспективе снизить число фитозащитных мероприятий
[7].
Одними из наиболее привлекательных объектов для промышленного (коммерческого) производства биопрепаратов, в том числе активно используемых в сельскохозяйственной практике, являются штаммы бактерий рода Bacillus. Их перспективность в качестве компонентов биопрепаратов обусловлена способностью образовывать споры, устойчивые к повреждающим воздействиям и длительно сохраняющие жизнеспособность [8]. Так, среди отечественных биопрепаратов фитозащитные свойства доказаны для Bacillus subtilis 26Д препарата Фитоспорин-М (Башинком, Россия).
Замечено снижение степени колонизации корней хлопчатника грибами рода Fusarium и, соответственно, ослабление вилта при обработке эндофитными штаммами B. subtilis, выделенными из этой культуры [9]. Так же было выявлено, что бактерии B. subtilis PTA-271 способны вызывать иммунитет у виноградной лозы и защищать от патогенного гриба N. parvum [10]. При обработке пшеницы различными штаммами B.
subtilis и их метаболитами было показано, что штамм E1R-j значительно подавляет прорастание конидий возбудителя мучнистой росы Blumeria graminis f. sp. tritici, вызывает разрыв и деформацию его зародышевых трубок, тем самым существенно тормозя развитие болезни [11].
Среди метаболитов эндофитных бактерий много биологически активных веществ с самыми различными свойствами. Когда учёные обнаружили, что ряд бактерий, в том числе B. subtilis, способны синтезировать поверхностно-активные вещества пептидной природы, они стали активно изучать их природу. Так был открыт новый класс биологически активных молекул - липопептиды, представляющие собой низкомолекулярное соединение из пептида с «хвостом» жирной кислоты. Липопептиды обладают широким спектром биологической активности, что связывают с их мембранотропными свойствами, вызывающими нарушение нормального функционирования мембран, но есть данные о том, что они в крайне низких концентрациях могут активировать работу некоторых защитных генов [12].
Штамм B. spp. SS-12.6 и липопептиды, выделенные из его культурального фильтрата, проявляли сходные антифунгальные свойства против пятнадцати видов фитопатогенных грибов [13], что подтверждает ключевую роль липопептидов в антифунгальном действии эндофитных бактерий. Будущие исследования с применением дефицитных по липопептидам штаммов бактерий помогут понять тонкие механизмы, с помощью которых липопептиды взаимодействуют с клетками растений и грибов.
Таким образом, описывая биологическую роль бактерий-антагонистов, используемых в качестве основы биологических средств защиты растений, перспективным является применение и разработка новых биопрепаратов. Поиск высокоэффективных эндофитных штаммов, перенос «полезных» генов в них из других хозяйственно значимых видов бактерий, способствуют созданию на их основе биопрепаратов нового поколения для комплексной защиты растений.
Работа выполнена на средства РФФИ в рамках научного проекта
РФФИ-офи № 17-29-08014
Список литературы:
1. Санин С.С., Назарова Л.Н. Фитосанитарная обстановка на посевах пшеницы в Российской Федерации // Защита и карантин растений, 2010, № 2, с. 69-79.
2. Пыжикова Г.В. Септориоз зерновых культур - Москва: ВНИИТЭИСХ, 1984, 65 с.
3. Санина А.А., Анциферова Л.В. Видовой состав грибов рода Septoria на пшенице в европейской части СССР. // Микология и фитопатология, 1991, т. 25, вып. 3, с. 250-252.
4. Волков С.М., Зимин Л.С., Руденко Д.К., Тупеневич С.М. Альбом вредителей и болезней сельскохозяйственных культур нечерноземной полосы европейской части СССР. - Москва-Ленинград: государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1955. - 488 с.
5. Bassil K.L., Vakil C., Sanborn M., Cole D.C., Kaur J.S., Kerr K.J. Cancer health effects of pesticides // Canadian Family Physician. 2007. V.53(10). P.1704-1711.
6. Cocq K.L., Gurr S.J., Hirsch P.R., Manuchline T.H. Exploration of endophytes for sustainable agricultural intensification // Mol. Plant pathol. 2017. V. 18(3). P. 469-473.
7. Хайруллин Р.М., Недорезков В.Д., Мубинов И.Г., Захарова Р.Ш. Повышение устойчивости пшеницы к абиотическим стрессам эндофитным штаммом Bacillus subtilis // Вестник ОГУ. 2007. № 2. С. 129- 134.
8. Минина Т.С. и др. Новые эндофитные штаммы Bacillus subtilis как основа биофунгицидов // Вестн. Казанского гос. аграрного унта. 2009. № 2 (12). С. 55-59.
9. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии / Под ред. В.К. Шильниковой. М.: Дрофа, 2004. 256 с.
10. Trotel-Aziz P, Abou-Mansour E, Courteaux B, Rabenoelina F, Clément C, Fontaine F, Aziz A. Bacillus subtilis PTA-271 Counteracts Botryosphaeria Dieback in Grapevine, Triggering Immune Responses and Detoxification of Fungal Phytotoxins // Front Plant Sci. 2019; 10: 25.
11. Gao X., Gong Y., Huo Y., Han Q.,. Kang Zh, Huang L. Endophytic Bacillus subtilis Strain E1R-J Is a Promising Biocontrol Agent for Wheat Powdery Mildew// Biomed Res Int. 2015; 2015: 462645.
12. Максимов И.В., Черепанова Е.А. Липопептиды эндофитов и фитоиммунитет: перспективы практического использования// Биомика. 2018. Т. 10. № 1. С. 57-61.
13. Dimkic' I., Stankovic' S., Nisavic' M., Petkovic M., Ristivojevic P., Fira D, Beric T. The Profile and Antimicrobial Activity of Bacillus Lipopeptide Extracts of Five Potential Biocontrol Strains // Front. Microbiol. 2017. V. 8. Art. 925.
