Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биотические связи возбудителей физариозной корневой гнили гороха с микобнотой почв и возможности их использования в биологической защите

ВАК РФ 03.00.24, Микология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Орлова, Елена Юрьевна, Москва

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ОРЛОВА Елена Юрьевна

БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ФУЗАРИОЗНОЙ КОРНЕВОЙ ГНИЛИ ГОРОХА С МИКОБИОТОЙ ПОЧВ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЕ

03.00.24 - микология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -доктор биологических наук Л.Л.Великанов

Москва - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ВОЗБУДИТЕЛИ ФУЗАРИОЗНОЙ КОРНЕВОЙ ГНИЛИ ГОРОХА

МЕРЫ БОРЬБЫ С НИМИ ( Обзор литературы ) 9

1.1. Возбудители фузариозной корневой гнили гороха 9

1.1.1. Этиология и особенности корневых поражений 9

1.1.2. Формы проявления фузариозов, их симптомы,

устойчивость и защитные реакции растений 10

1.1.3. Географическое распространение 12

1.1.4. Круг хозяев, специализация 12

1.1.5. Вредоносность фузариозов 13

1.1.6. Экологические аспекты существования патогенных видов рода Fusarium 14

1.1.7. Систематика 22

1.2. Методы борьбы с почвенными патогенными грибами 23

1.2.1. Устойчивые сорта 24

1.2.2. Химическая защита 24

1.2.3. Агротехнический метод 25

1.2.4. Интегрированная защита 27

1.2.5. Биологическая защита 27

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 37

2.1. Выделение, учет и идентификация микромицетов

ризосферной почвы гороха 37

2.2. Учет поражаемости гороха фузариозом 39

2.3. Выделение патогенов и оценка их инфекционной способности 40

2.4. Методы оценки изолятов микромицетов, выделенных из ризосферы гороха 41 2.4.1. Определение антагонистической активности 41

2.4.2. Антибиотическая активность грибов р. Trichoderma и Gliocladium virens 42

2.4.3. Определение фитотоксичности грибов 43

2.4.4. Определение токсичности антагонистов

по отношению к клубеньковым бактериям 43

2.5. Испытание защитного действия антагонистов в вегетационном опыте 44

2.6. Испытание защитного действия антагонистов в полевых условиях 45

3. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 47

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 50

4.1. Видовой состав грибов, выделенных из пораженных корней гороха 50 4.1.1. Изучение патогенных свойств грибов рода Fusarium 53

4.2. Изучение микобиоты ризосферы гороха 55

4.2.1. Микобиота ризосферы гороха, возделываемого после

разных предшественников и в монокультуре 56

4.2.1.1. Динамика численности микромицетов 56

4.2.1.2. Комплексы микромицетов ризосферы гороха, возделываемого

в севообороте и в монокультуре 59

4.2.1.3. Численность антагонистов и развитие фузариозной корневой гнили 68

4.2.2. Микобиота ризосферы больных фузариозной

корневой гнилью и здоровых растений гороха 71

4.2.2.1. Структура комплексов микромицетов ризосферы

больных и здоровых растений 71

4.2.2.2. Численность антагонистов ' 76

4.2.3. Влияние обработки семян ризотрофином на

структуру микобиоты ризосферы гороха 78

4.3. Изучение возможности применения антагонистов

против фузариозной корневой гнили гороха 78

4.3.1. Оценка выделенных микромицетов на антагонизм к F. solani 78

4.3.2. Проверка антагонистов на фитотоксичность и

токсичность к клубеньковым бактериям 81

4.3.3. Сравнительная оценка антагонистической активности перспективных изолятов к патогенам, вызывающим корневые гнили гороха 84

4.3.4. Сравнение антибиотической и микопаразитической

активностей изолятов р. Тпс1юс]егта и вида ОНос1асНит у'яепэ 86

4.3.5. Испытание защитного действия антагонистов в условиях вегетационного опыта 90

4.3.6. Испытание защитного действия Т. Ьатапит и в. Iпгепэ в полевых условиях 93

ВЫВОДЫ 96

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 98

ПРИЛОЖЕНИЕ 112

ВВЕДЕНИЕ

Горох является одной из важнейших зернобобовых культур, используемых как источник ценного кормового белка и обладающих высокими пищевыми достоинствами. Растения гороха, благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, способны связывать азот атмосферы и, обогащая почву органическим материалом, улучшают развитие последующих культур в севообороте.

Посевы гороха занимают большие площади в зонах, благоприятных для его возделывания и насыщение севооборотов этой культурой привело к накоплению патогенной микрофлоры в почве.

Увеличение инфекционного потенциала способствует массовому поражению растений корневыми гнилями, среди которых наиболее вредоносной является фузариозная. В США из-за этой болезни урожай гороха снижается на 10-15%. В Молдавии, в зоне возделывания овощного гороха, потери достигают 30%. Основной запас инфекции сохраняется в почве, поэтому меры борьбы с заболеванием должны быть, в первую очередь, направлены на снижение в ней количества инокуляционного потенциала.

Используемые в настоящее время химические меры борьбы с корневыми гнилями не всегда приносят желаемый результат, кроме того, они вызывают накопление токсических веществ в почве и биомассе растений. Вследствие этого, одним из наиболее перспективных направлений в области защиты растений может стать биометод, т.е. использование естественных врагов (антагонистов, гиперпаразитов и др.) для подавления популяций фитопатогенных организмов. Основой некоторых агротехнических приемов, используемых в сельском хозяйстве (например подбор предшественников в севообороте), является микробиологическое разрушение патогенных структур, накопление антагонистов в почве или нейтрализация инфекционного материала корневыми выделениями растений.

Эти процессы обусловлены многообразием связей между растениями, микроорганизмами-антагонистами и другими компонентами биоценозов. Поэтому изучение биотических связей между растениями, их паразитами и почвенной микобиотой служит

залогом эффективности не только биологических, но и других средств защиты растений. Это и являлось объектом наших исследований.

Цель диссертации — изучение возможности использования в биологической защите гороха от фузариозной корневой гнили грибов-антагонистов и экологическое обоснование их практического применения в посевах данной культуры.

Задачи исследования:

- выявление видового состава возбудителей фузариозной корневой гнили гороха;

- изучение структуры микобиоты ризосферы гороха, растущего после разных предшественников, в монокультуре, а также больных фузариозной корневой гнилью и здоровых растений;

- выявление предшественников, способствующих снижению заболеваемости гороха фузариозной корневой гнилью и благоприятствующих накоплению в почве грибов-антагонистов;

- проведение поиска, отбора и идентификации микромицетов, наиболее активных против патогенов рода Fusarium Ипк. и проверка их на токсичность к растениям гороха и клубеньковым бактериям;

- выявление возможности и способов практического применения антагонистов для защиты гороха от фузариозной корневой гнили.

В работе был впервые проведен сравнительный анализ структуры микобиоты ризосферы гороха, растущего после разных предшественников, при монокультуре, а также больных фузариозной корневой гнилью и здоровых растений. Это позволило определить соотношение основных родов микромицетов в ризосфере гороха и комплексы типичных видов. Выявлена сезонная динамика развития микромицетов и их антагонистической активности. Показано, что предпосевная обработка семян ризоторфином сокращает видовое разнообразие ризосферных грибов и повышает численность антагонистов. Установлена обратная зависимость между микопаразитической и антибиотической активностями изучаемых грибов рода Trichoderma Pers. и вида Gliocladium virens Miller, Giddens et Foster. Исследование антагонистических отношений ризосферных микромицетов

с комплексом фитопатогенных грибов корневой системы гороха позволило обосновать отбор антагонистов для защиты от фузариозной корневой гнили этой культуры.

Практическая значимость работы связана с использованием микроорганизмов в биологической защите гороха от фузариозной корневой гнили. Выявлены предшественники, способствующие снижению заболеваемости гороха фузариозной корневой гнилью: перец, томаты, капуста и кукуруза. Для производственных испытаний рекомендована обработка семян спорово-мицелиальным порошком Тпс1юс1егта Ьатапит Я77а/ и ЭНос/асНит у1геп8.

Материал, содержащийся в диссертации, изложен в следующем порядке.

Глава 1 — обзор литературы, посвященный описанию биологических особенностей возбудителей фузариозов гороха, их географическому распространению, вредоносности, кругу хозяев и различным методам борьбы с ними.

В Главе 2 охарактеризованы объекты исследований, изложены методы выделения грибов из ризосферной почвы, и пораженных корней гороха. Описаны способы изучения антагонистической активности ризосферных грибов методом встречных культур, а также оценка патогенности изолятов, выделенных из пораженных тканей корневой системы гороха. Приведены методы определения антибиотической активности и фитотоксичности, а также методики проведения вегетационных и полевых опытов.

В Главе 3 дана почвенно-климатическая характеристика района исследований (центральная часть Молдавии).

Глава 4 посвящена обсуждению полученных результатов. В разделе 4.1. приводятся данные по изучению видового состава грибов, выделенных из пораженных корней гороха и оценка их патогенных свойств. В разделе 4.2. приведены результаты изучения видового состава ризосферных грибов гороха и их антагонистической активности. В разделе 4.3. обсуждаются результаты отбора перспективных антагонистов и их испытания в условиях вегетационного и мелкоделяночного опытов.

Работа выполнялась в Институте биологической защиты растений АН Республики Молдова (г. Кишинев), на опытных участках Приднестровского НИИ сельского хозяйства (г.

Тирасполь), на кафедре микологии и альгологии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Выражаю глубокую признательность докторам биологических наук Л.Л. Великанову и И.И. Сидоровой за руководство работой, внимание и поддержку; доктору биологических наук В.П. Прохорову и кандидатам биологических наук А.Н. Лихачеву, Т.Н. Барсуковой, Г.А. Беляковой, за консультации, методическую помощь и просмотр некоторых видов грибов. Благодарю сотрудников ИБЗР, кандидатов биологических наук Л.Б. Афанасьеву, С.И. Николаеву и А.Н. Николаева за советы и замечания в выполнении и написании работы.

1. ВОЗБУДИТЕЛИ ФУЗАРИОЗНОЙ КОРНЕВОЙ ГНИЛИ ГОРОХА И МЕРЫ БОРЬБЫ С НИМИ (Обзор литературы)

1.1. Возбудители фузариозной корневой гнили гороха

1.1.1. Этиология и особенности корневых поражений

Корневые поражения большинства дикорастущих и культивируемых видов растений вызываются почвенными болезнетворными грибами. Эти заболевания бывают нескольких типов: поражение корневой шейки, выпревание всходов, увядание растений, корневые гнили и др. [24].

Корневые гнили развиваются, как правило, в результате комплекса причин, воздействующих на растение, среди которых фитопатогенные грибы играют ведущую роль. На горохе (Pisum sativum L.) наиболее вредоносны корневые гнили, вызываемые грибами рр. Fusari um Link., Pythium Pringh, Ascochyta Lib., а также видов: Rhizoctonia solani Kuhn, Aphanomyces euteiches Drechsl., Thielaviopsis basicoia (Berk et Br.) Ferr. и др. [30, 34]. Больные растения приобретают типичные признаки болезни, обусловливаемые определенным видом возбудителя.

При смешанной инфекции патогенные организмы могут причинить больший вред, чем каждый из них в отдельности.

Среди патогенов, вызывающих корневые гнили гороха преобладают виды рода Fusarium (66-94%): F. solani (Mart.) App. et Wr., F. oxysporum (Schlecht.) Snyd. et Hans., F. oxy-sporum (Schlecht.) Snyd. et Hans. var. orthoceras (App. et Wr.) Bilai, F. culmorum (Sm.) Sacc., F. semitectum Berk .et Rav., F. avenaceum (Fr.) Sacc., F. javanicum Koord., F. gibbosum App. et Wr. emend. Bilai, F. moniliforme Sheld, F. sporotrichiella Bilai, F. heterosporum Nees и др. [2, 6, 26, 27, 31,65, 84, 95, 139 и др.].

Типы фузариозных поражений очень разнообразны. Это можно объяснить тем, что грибы рода Fusarium проявляют себя по отношению к растению как патогены, продуцирующие фитотоксины, как почвенные сапрофиты, как полупаразиты, поражающие

ослабленные особи, как продуценты стимуляторов роста, ведущие себя как симбионты или как активно конкурирующие с микрофлорой почвы организмы [7, 24].

1.1.2. Формы проявления фузариозов, их симптомы, устойчивость и защитные реакции растений

Фузариозы проявляются на растениях гороха в основном в виде корневой гнили, трахеомикозного увядания, поражения проростков и семян [30].

Корневые гнили особенно опасны на ранних стадиях развития растений. В фазе всходов в результате поражения возбудителями отмечается побурение, а затем потемнение прикорневой части стебля в области прикрепления семени. По мере роста и развития растения инфекция из мест внедрения может распространяться вниз, поражая стержневой и боковые корни, вследствие чего последние приобретают бурую окраску.

При сильном развитии болезни пораженная часть корней и стебля загнивает, истончается и часто обрывается при выдергивании растений из почвы. Грибы рода Fusarium вызывают сухую гниль пораженной ткани, ее сморщивание и трухлявость. Больные растения отстают в росте, постепенно желтеют, при сильном поражении могут засыхать.

Трахеомикозное увядание растений, обусловленное F.oxysporum и F. oxysporum var, orthoceras, чаще проявляется в период цветения и формирования бобов. Характерными признаками при трахеомикозном увядании являются потеря тургора, поникание верхушки стебля и быстрое увядание растений. Проводящие сосуды стебля, а иногда и черешков листьев имеют красно-коричневый цвет.

При анализе срезов пораженной ткани корней под микроскопом обычно можно видеть многочисленные пронизывающие субстрат неокрашенные многоклеточные гифы гриба с наличием хламидоспор [30].

Поражение семян фузариозом часто наблюдается в конце вегетации растений при уборке урожая. При высокой влажности в предуборочный период на створках бобов появляется обычно белый или бело-розовый налет в виде мицелия со спороношением

гриба. Пораженные семена теряют блеск, становятся щуплыми и морщинистыми. Наиболее чувствительны к внедрению инфекции проростки. Взрослее растения, как правило, более выносливы ко всем типам корневых поражений, хотя также могут поражаться и болеть [66].

Большое значение в противостоянии растений имеет генотип растения. Экссудаты устойчивых растений ингибируют рост и споруляцию F. or/sporum f. sp. pisi, F. solani f. sp. pisi, Ascochyta pisi и Pythium ultimum. Семена и проростк:вые экстракты гороха с А-геном (означающим продуцирование антоцианов) содержат пигмент дельфидин. Этот пигмент действует фунгистатически на конидиальное спороношен<<е F. solani [95, 112]. Различия в составе экссудатов корней устойчивых и восприимчивых сортов могут привести к изменениям в составе микроорганизмов ризосферы. Установлено, что устойчивые сорта поддерживают большие популяции антагонистов, чем вос_оиимчивые [94].

Защитные силы растений повышаются при предварительном контакте с непатогенным штаммом возбудителя, что может име-: место в почвах, содержащих сапрофитные формы Fusarium [111]. Этот механизм нашел отражение в перекрестной защите растений.

Устойчивость гороха к фузариозам определяется -зкже целым рядом анатомических и физиологических характеристик [38, 71].

1.1.3. Географическое распространение

Фузариозы гороха распространены почти повсеместно в зонах возделывания этой культуры: в США, Канаде, Южной Америке, Индии, Австралии, Африке, в европейских странах, в Средней Азии, Сибири и на Дальнем Востоке [" 30,34,139,156,163].

1.1.4. Круг хозяев, специализация

Одной из особенностей видов рода Fusarium является их широкая специализация. Грибы эти полиморфны, всеядны и поражают как однолетние, так и многолетние культуры [24].

Возбудители фузариозов генетически изменчивы. Внутри вида отмечается генетическая неоднородность, что приводит к появлению более или менее специализированных форм. Так, F. oxysporum и его формы (их описано более 80) вызывают увядание 150 видов растений. Внутри специализированных форм исследователи отмечают существование нескольких рас. Например, в семидесятых годах в литературе обсуждался вопрос о классификации рас F. oxysporum f. sp. pisi. Armstrong, Armstrong [74] обнаружили 11 физиологических рас, различающихся степенью своей вирулентности на 25 сортах-дифференциаторах. Их оппоненты [114] выразили мнение, что количество рас можно сократить, поскольку различие между ними заключается лишь в степени вирулентности. Они предложили объединить все расы в три группы (расу 1,2,3) и ограничиться при определении расовой принадлежности восемью сортами-дифференциаторами.

F. solani вызывает корневую, стеблевую и плодовую гнили, особенно бобовых растений, отмечен на 50 видах. Описано свыше 20 более или менее специализированных форм, поражающих разные растения.

F.sporotrichiella и его разновидности повсеместно распространены и описаны на многих видах злаковых и других семейств. F. gibbosum поражает фрукты, бобы, капусту, клевер, хлопок, огурцы, лен, арахис, коноплю, люпин, кокосовую пальму, лук, картофель, томаты, сою, злаковые и др. F. moniliforme поражает 50 видов растений, F. avenaceum — почти 30, F. culmorum — 20. F. heterosporum вызывает заплесневение злаковых и бобовых [7,24]