Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Экологическое обоснование индуцированной устойчивости зерновых злаков к факультативным паразитам

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Автореферат диссертации по теме "Экологическое обоснование индуцированной устойчивости зерновых злаков к факультативным паразитам"

- 8 ЙЮЙ

На правах рукописи

СОКИРКО Виктор Петрович

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕРНОВЫХ ЗЛАКОВ К ФАКУЛЬТАТИВНЫМ

ПАРАЗИТАМ

06.01.11- защита растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

/

Москва-1998

Работа выполнена в Саратовской сельскохозяйственной академии (19651967 гт). и в Кубанском государственном аграрном университете (19701997 гг).

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

академик РАСХН, М.С. СОКОЛОВ

член- корреспондент РАСХН, М.М. ЛЕВИТИН

доктор биологических наук, профессор.

О.Л. ОЗЕРЕЦКОВСКАЯ

доктор сельскохозяйственных наук, В.В. МАЗИН

Ведущая организация:

Всероссийский научно- исследовательский ■ институт фитопатологии

Защита состоится

'1998 г. в 14 часов на заседании дис-

сертационного Совета Д 120. 35. 09 при Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, сектор защиты диссертаций.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. Автореферат разослан 4 мая 1998 г.

Ученный секретарь диссертационного Совета, доктор биологических наук

В. А. Шкаликов

Глава 1.0бщая характеристика работы

Актуальность темы. Факультативные паразиты стали мощным стрессор-ным фактором, снижающим урожай зерна кукурузы и пшеницы. Исключительно пластичные и вирулентные, они вызывают пйесневение зерна в почве и при хранении, гниль початков н корней кукурузы, а на пшенице - особо вредоносные болезни: фузариоз колоса и "болезнь века" (Бенкен и др.,1987) - корневую гниль. Сложность борьбы с ними определяется их биологией, местообитанием (в почве) и способностью поражать широкий спектр сельскохозяйственных и дикорастущих растений.

В мировой практике защиты от факультативных паразитов не известны фунгициды, обеспечивающие сохранение более 45-50% потенциального урожая ( Рапу е1 а1., 1995; Всесоюзные совещания по фузариозу колоса, Краснодар, 1988,1990,1992). Пока отсутствуют устойчивые к ним гибриды кукурузы и сорта пшеницы, поэтому поиск новых, экологичных и рентабельных способов защиты от почвообитающей патогенной микобиоты является актуальной проблемой современной защиты растений. Таким способом может стать своевременная индукция болезнеустойчивости зерновых злаков, близкая по своей природе к естественным иммунным реакциям растения. Подобным требованиям отвечают метаболиты неспецифичных некротрофов, генетически близкие к таковым факультивных паразитов, на которые эволюционно приспособились реагировать растения. Поиск таких биоиндукторов и применение их в производстве - новое направление в защите зерновых злакои от факультативных паразитов.

Однако в борьбе с почвообитающгй патомикотой недостаточно ограничится только иммуношщукцией. Сначала необходимо снизить инфекционный пресс среды, что невозможно без знания видового состава основной специфичной микоты, ее экосвязей с сопредельными биоценозами и синергистами, се сукцессии, конкурентноспособности за субстрат п других экологических особенностей.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом №6 научно-исследовательских работ Кубанского государственного аграр-

кого университета, государственной программы с. номером государственной регистрации 01960009005. .

Цель и задачи исследований. Цель работы - обоснование необходимости индуцирования грибными метаболитами устойчивости зерновых злаков к основным специфичным факультативным .паразитам, в особенности к видам Fusarium Link с учетом изучения экологических связей патогенов с полезной и нейтральной микобиотой для направленного снижения почвенного инфекционного пресса. В задачи исследований входило: ' j

• определение ареала основных специфичных факультативных паразитов в Западно-Предкавказском регионе, прямых и косвенных потерь урожая кукурузы от их популяций в агроценотических эконишах;

• изучение ценоконсортного комплекса актуальных факультативных паразитов, обитающих в агроценозах кукурузы, пшеницы и ячменя, выявление их экологических- взаимоотношений и возможностей направленного изменения плртности этих грибных популяций путем индукции почвенной супрессив-ности; " ; . . . *, , . - .

- • изучение .возможностей создания биоиндукторов, поиск их источников и продуцентов, разработка методик их получения, изучение ответных реакций на биоиндукторы растений и физиологй-биохимическое обоснование индуцированной грибными метаболитами устойчивости растения-хозяина;

• разработка и апробация способа экологизированой защиты основных зерновых злаков Кубани от почвенных патогенов с использованием биоиндукторов устойчивости, минимизации запаса инфекции в выявленных местах резервации патомикоты.

Научная новизна . На основании 30-летних исследований и производственной проверки разработаны некоторые теоретические и практические основы индуцированной (с помощью метоболитов миконекротрофов) устойчивости кукурузы, пшеницы и ячменя к факультативным патогенам с учетом особенностей экологических взаимоотношений внутри сообщества "патоген -

растение-хозяин". При этом установлен и научно обоснован ряд новых положений и закономерностей:

• определен видовой состав й трофические связи факультативных паразитов кукурузы' в Западно-Предкавказском регионе. Выявлены синергизм при взаимодействии отдельных патогенов, оптимизирующий их конкурентноспособность, сукцессия и адаптивные особенности развития в годы эпифитотии и депрессии, межродовая и внутриродовая аллелопатия в системе "антагонист-синергисты" и н^этой основе - появление смешанных гнилей на кукурузе;

• выявлены экологические ниши основных факультативных патогенов кукурузы, для некоторых - аккумулирующие органы злаков (Nigrospora oryzae, Pénicillium . glaucum, Fusarium spp. - рудиментарные початки, Drechslera sorolcniana - подгон ячменя);

• обнаружена положительная корреляция между вирулентностью актуальных видов Fusarium Link на кукурузе, пшенице и четко ограниченными гидротермическими параметрами почвы. Разработана теория и практика получения биоиндукторов из некоторых культуральных сред некротрофов;

• осуществлено препаративное выделение элиситоров устойчивости пшеницы к F. graminearum Shwabe из кулыуральной жидкости штамма А гриба Aspergillus spp. Râper et Fennell и изучены их физико-химические свойства;

• впервые экспериментально установлено, что одним из основных элементов механизма устойчивости у иммунизированных элиситорами растений пшеницы и кукурузы является накопление в клетках ингибиторов биосинтеза трипсина;

• впервые дано физиолого-биохимическое обоснование индуцированной устойчивости зерновых злаков к почвенной патомикоте: в иммунизированных растениях после инокуляции стабилизируются проницаемость и структура клеточных мембран, их водоудерживанлцая способность, интенсивность перекис-ного окисления липидов, активность пероксидазы и полифгнолоксидазы, со-

держание зеленых пигментов и прочность связи в хлорофиллобелковом комплексе пластид;

• обоснована возможность биоиммунизации кукурузы, пшеницы и ячменя грибными метаболитами некротрофов в производственных условиях; применения элиситоров в критические по сенсибилизации к патогенам фазы (у кукурузы - 3-5 листьев и выметывания метелки, а у пшеницы - фазы 5,10.2 и 11.1 по Фиикесу); использования чувствительных к элиситорам сортов пшеницы (Спартанка, Краснодарская-57, Спектр, Партизанка, Юна, Даха и линии КНИИСХ-113), ячменя (Вавилон) и шести номеров гибридов кукурузы группы "Краснодарский" и пяти -'группы "РОСС". Разработаны пути повышения биологической эффективности элиситоров и ослабления инфекционного пресса па-томикоты путём направленного усиления супрессивности почвы с помощью органического удобрения;

• разработана концепция экологизированной защиты зерновых злаков от факультативных паразитов и пути её реализации.

Практическая значимость. Использование выявленных экологических связей факультативных паразитов с консортной биотой, особенностей их развития, возможности искуственного индуцирования растений позволит направленно защищать зерновые злаки от почвенной инфекции.

• Предложенный способ учета подекадных отклонений от "адаптивных среднемоноголетних гидротермических показателей почвы" (в слое 0-20 см) может быть применен для оценки степени влияния этого фактора на развитие гриба.

• Знание мест резервации инфекции, выявленные экониши, аккумулирующие органы зерновых злаков и сорных растений позволят с помощью агро-приемов снизить инфекционный пресс факультативных паразитов.

• Разработанные теоретические и практические положения о селективном отборе грибов-продуцентов, технологии их выращивания могут быть исиоль-

зованы для получения индукторов устойчивости зерновых злаков к факультативным микромицетам.

• Предложеннный метод выделения индуктора устойчивости пшеницы к F. graminearum Schwabe из культуральной среды штамма А гриба Aspergillus spp. Raper et Fennell может быть применен для получения других элиситоров.

• Знание сортов (гибридов) - сенсибилизаторов к элиситорам, иммунизация их в критические по заражению фазы развития позволят с максимальной эффективностью использовать индукторы устойчивости.

• Разделы работы, посвященные экологии факультативных патогенов кукурузы, могут быть включены в ВУЗовские учебные курсы, учебники по фитопатологии и защите растений, а исследования по биосинтезу ингибиторов трипсина, изменения физиолого-биохимичесхих процессов в иммунизированном растении-хозяине использованы при селекции зерновых злаков на устойчивость к почвенной патошисоте.

Апробащия работы. Материалы диссертации были доложены на Президиуме краевого правления Н.Т.О. сельского хозяйства (1984), Всесоюзной конференции по проблемам кукурузы (Днепропетровск, 1985), Всероссийской выставке достижений по научному обеспечению агропромышленного комплекса (Краснодар,1987), Всесоюзной научной конференции, посвященной 100-летию со дня ро;кдения академика Н.И. Вавилова (Москва, 1987), Всесоюзной конференции "Экология и сельское хозяйство"(Москва, 1989), рабочем совещании Госагропрома РСФСР по вопросам фузариоза зерна (Москва, 1988), Госхим-, комиссии СССР (Москва, 1988), Всесоюзном семинаре по индуцированной устойчивости сельскохозяйственных культур к фитопатогенам (Ростоь-на-Дону, 1989), Всероссийской конференции по методам интенсификации селекционного процесса (Одесса,1990), Всесоюзной конференции по современным проблемам генетики и селекции сельскохозяйственных растений (Одесса, 1991), Всесоюзных и Всероссийских научно-координационных совещаниях по фуза-

рнозу колоса злаковых культур (Краснодар, 1988, 1990, 1992, 1994, 1995), двух краевых конференциях по экологии Кубани (1996).

Объем и структура диссертации Диссертация изложена на 325 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и предложений производству. Содержит 84 таблицы, 5 рисунков, 10 фотографий в тексте и две - в приложении. Список использованной литературы включает 465 названий, в том числе 118 иностранных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту.

• Ингибирование развития факультативных парЛзитов возможно на основе изучения и направленного использования их сукцессии, взаимной апле-лопатии и экосвязей с консортной биотой (грибами синергистами, антагонистами и трофическими конкурентами);

• способы регуляции структуры и численности почвообитающей патоми-коты включают определение популяции актуальных патогенов в эконишах и их минимизацию; увеличение плотности конкурентной, микоты, ингибирующей актуальную патомикоту, направленным внесением биорганического удобрения; исследования особенностей развития аборигенных популяций на растении-хозяине и сапротрофном субстрате необходимы в условиях эпифитотии и депрессии;

• активация иммунной системы растений-хозяев возможна с помощью элиситоров (выделенных из метаболитов миконекротрофов) в критические фазы развития культуры на сортах (гибридах) - сенсибилизаторах к индукторам; уменьшение фунгицидного пресса осуществимо пссредст-вом иммунизации семян и растений при среднем фоне биоконтаминации, а при сильном - совмещением иммунизации с применением фунгицидов .

Автор приносит благодарность за консультативную помощь и участие в обсуждении результатов работы члену-корреспонденту АН Украины Билай В.И., д.б.н. Вовчук С.В., к.б.н. Адамовской В.Г., к.с.х.н. Клечковссой Е.А., к.б.н. Сизовой Т.П.

Глава 2. Экспериментальные подходы к исследованиям

Объектами исследований служили здоровые, иммунизированные и инфицированные факультативными паразитами (в особенности фузариями) растения пшеницы, кукурузы и ячменя. Районированные и перспективные сорта (гибриды), культивируемые на Кубани за годы исследований, выращивали в полевых и лабораторных условиях.

Необходимость несколько раз за вегетацию проводить фитоэкспертизу десятков сортов, гибридов, изучать их реакцию на иммуноиндукторы потребо« чала существенного усовершенствования известных и создние принципиально новых методов исследований! В работе кроме известных методов ( фитоэкспер-тизг. семян и растений - по Наумовой,1970; Гешеле 1971, Литгл и др., 1981, Фёдоровой, 1989; видовой состав факультативных патогенов - определителю Ячевского, 1917; культивирование микопатогечов методом встречных культур -Красильникопу, 1966 и др.; физиолого-биохимические изменения у инфицированных и иммунизированных зерновых злаках - Бояркину, 1945; Рубину с соавторами, '975; спектроскопия - по Браун с соавт., 1992; ионообменную хроматографию - Остермму, 1У85; свободные аминокислоты - Досону с соавт., 1991; сахара - колориметрическим методом - Ермакову, 1987; оценка сортов и гибридов - по методическим рекомендациям ВНИИЗР, 1981, рекомендациям СКНИ-ИФ, 1990, н для стран СЭВ, '988; основные фенологические наблюдения - по Филёвой, '.980; изменение плотности грибных популяций почв - Федоринчик, Таруниной, 1975, Наум?пко к др., 1989; экономическая эффективность - рекомендациям Госхимкомиссии Российской Федерации, 1992; математическая обработка данных - по Доспехову, 1985. Видовой состав рода Fusarium Link идентифицировали под руководством Билай В.И., Aspergillus spp. штамм А и Pénicillium spp. штамм 1 - Сг.зовой Т.П.) применяли:

• для высева малых доз семян кукурузы созданное нами приспособление к сеялкам марки СКНК-6 (Сскирко, 1968);

• определение зараженности высеянных семян по способу грунтового контроля методом фитопатологической. экспертизы с нашими усовершенствованиями (в диссертации) ;

• в нашей модификации нанесение микроэлементов в процессе погрузки протравленных семян скребковым погрузчиком зерна'марки ПЗ-60 (Сокирко, 1970);

• метод комплексной предпосевной обработки семян кукурузы, включающий их биои^мунизацию, обработку микроэлементами, рострегу- лятора-ми и полимерным прилипателем (Сокирко, 1985);

• оценку иммунизирующих свойств биоиндукторов осуществляли по устойчивости всходов пшеницы к .селективно отобранным, агрессивным штаммам грибов рода Fusarium Link (Сокирко, Вовчук, 1992);

• препаративное выделение индуктора устойчивости пшеницы к F. graminearum осуществляли с использованием элементов методики, описанной Moerschbacher et al. (1986) в нашей модификации (Sokirko, Vovchuk, Gavrilöv, 1997);

• иллюстративный метод подекадных отклонений от "адаптивных сред-немноголетних гидротермических показателей почвы на глубине 0-20см" (диссертация).

Из почв Кубани были выделены грибы-продуценты элиситоров устойчивости кукурузы к факультативным патогенам: Pénicillium зрр. Stoll штамм 1, Aspergillus spp. Râper, et Fennell. штамм A. На специальной недефицитной питательной среде чистую культуру этих грибов выращивали в стоячих колбах при температуре 22...24°С. Культуральная жидкость двух грбов приобретает охраску от тёмно-розового до бордового с запахом свежего силоса и РН=3,5. После фильтрации через фильтр Шотга № 4 жидкость очищается от пропагул некротрофов, поэтому титр ее не определяется. Из культуральной жидкости штаммов 1 и А выделен элиситор "комплексин". Тестом активности индуктора ягляется повышение на 25% активности пероксвдазы в листьях кукурузы.

Иммунноиндуктор " фузарин" получен из культуральной жидкости селективно отобранного из почв Кубани штамма A. Aspergillus spp. Raper et. Fennell. "Комплексин" и "фузарин" - экологически безопасные индукторы: относятся к четвертому классу ("мало опасные вещества" с пороговой ЛД50 -10000 мг/кг при отсутствии гибели опытных животных). В них не обнаружено содержание микотоксина. Иммунизацию осуществляли до посева (семена) и в критические по контаминации фазы развития зерновых злаков.

Глава 3. Распространение и вредоносность факультативных паразитов на зерне и корнях кукурузы

Результаты обследований полей в многочисленных хозяйствах, фитоэкс-пертиза семян, початков, образцов пораженной корневой системы, полученных вначале в Поволжье, а затем на Кубани, позволяют утверждать, что эволюци-онно факультативные паразиты заселяют пять микроэкониш:

• хранящееся зерно, где локализуются покоящиеся инфекционные структуры; в особых случаях (при нарушении технологии хранения) создаются про-пагативные структуры;

• семена, высеянные в почву, с наиболее многочисленной популяцией патогенной микофлоры. Здесь активизируются покоящиеся формы семенной инфекции, которые дополняются пропагативными структурами поч— вооби-тающих популяций;

• созревшие початки в поле, где осуществляется заселение и паразитиро-вание популяций микромицетов. Запас пропагативной инфекции создается до конца вегетации кукурузы. Часть популяций попадает в почву с пораженными неубранными початками, а остальная создает покоящиеся инфекционные структуры на поверхности или в самом зерне;

• экологическую нишу микоты ризопланы;

• эконишу микобиоты межкорневого почвенного пространства.

Поражение початков плесневой микофлорой отмечается повсеместно и

независимо от агроклиматических условий зоны выращивания кукурузы

(Краснодарский край, Поволжье). Распространение плесневения початков на Кубани умеренное и составляет в среднем 12%. При такой слабой контаминации початков хранящееся зерно поражается плесневением в значительно большей степени - в среднем 22%. Эта положительная корреляция отмечается как в условиях Поволжья, так и на Кубани. Следовательно, в зависимости от условий хранения может усиливаться контаминация зерна кукурузы плесневыми грибами, что ведёт к накоплению пропагативных структур на будущем семенном Материале. - -

При хранении на семянах кукурузы встречается девять видов патогенов восьми родов класса Deuteromycetes. Экониша всегда заполнена грибами Р. glaucum (9,5 %), F. moniliforme (7,7 %) и A. glaucus ( 2,2 %). Остальные грибы встречались эпизодически. . ; '

На початках в поле поселяется меньшее число видов - семь. Основным представителем ниши является F. moniliforme: в среднем фузариозная цнфекция одинаково часто встречается на початках и семенах. Виды Pénicillium Link адаптировались к условиям хранения: в поле початки в среднем поражались на 2,8 %, а хранящееся зерно - на 9,5 %.

За изучаемый период набтодалась .сукцессия популяций факультативных паразитов. На хранящихся семенах резко снизилась частота встречаемости Botrytis, Alternaria, Rhizopus, Trichothecium roseum. В развитии основных представителей плесени зерна - Fusarium Link и Pénicillium Link - отмечалась нестабильность в частоте встречаемости: нарастание популяций в 19621964гг., достижение фонового значения - в среднем 12% - в 1973-1974 гг., вспышка - в 1981-1983г г. (19%), затем - депрессия,(1990- 1994 г г.). В целом, заселение хранящегося зерна P. glaucum Fr. происходит сильнее, чем початков в поле, а популяциями F. moniliforme Scheld. - одинаково (около 8 % в обеих нишах).

Потенциальная вредоносность инфекции семян при хранении значительна. Так, При искусственной инокуляции F. moniliforme снижает энергию прорастания в шесть раз, а P. glaucum и A. glaucus - в 1,5 и 1,2 раза соответственно.

Не все инфицированные зерновки погибают: при искус- ственной инокуляции F. moniliforme гнилых было 67 %, а от Р. glaucum - 15%. Установлено, что рост в высоту и площадь листовой поверхности кукурузы сильно ингибируются F. moniliforme т на 44 и 50,'%; Р. glaucum депрессирует рост корневой системы на 38 %. Это коррелирует с особенностями питания и токсикогенеза грибов: F. moniliforme разрушает пораженную ткань корней, вызывая трахеомикоз всего растения; Р. glaucum прй инфицировании корней трахеомикозных явлений не вызывает. А. glaucus оказался более опасен на семенах при хранении, снижая лабораторную всхожесть (на 18 %) и вызывая гибель семян (до 10 %). Почвоо-битающие факультативные паразиты довольно интенсивно и стабильно поражают семена в почве - в среднем 20,4% (от 9.1 до 28.2%). В Поволжском регионе пораженность плесневением высеянных в почву семян была выше - в среднем 29%. На Кубани за годы исследований восемь раз отмечалось "сильное" поражение семян ( более 20% больных), четыре раза показатель приближался к этой величине, и лишь в 1987,1990 и 1992 гг. пораженность составляла 9-14%. Около 15% плесневых семян сгнивают или дают больные, в дальнейшем погибающие всходы. Корни заселяются фузариями (F. moniliforme, F. oxysporum, F. gibbosum). У сохранившихся всходов потери сухой массы колеблются от 31 до 40%.

Местные штаммы грибов оказались высоко патогенными. Масса одного созревшего растения кукурузы под действием F. moniliforme снижается на 48% , длина початка - на 40% и особенно значительно - количество зерен в початке -на 71%. У растений, выросших из пенициллезных семян, озерненность початка снизилась на 55%, а под действием аспергилла - на 44%. Изменяется и обычно такой мало варьируемый показатель, как масса 1000 зерен: F. moniliforme снижает её на 45%, а остальные грибы - в среднем на 37%.

Гнили корней кукурузы проявляются очень рано: в фазу прорастания семян или появления всходов, когда патоген проникает в ткани эпикотиля и ин-гибирует ростовые процессы. Поскольку чаще всего растения заселяют различные виды Fusarium, для определения степени вредоносности были использова-

ны аборигенные виды и их комплекс. В контроле проростки не инфицированы. Наиболее агрессивными оказались F. moniliforme и комплекс видов Fusarium. Они поражали область зародыша, основание стебелька и зародышевые корешки, в результате чего уничтожалось около 50% всхОдов. Высокую патоген-ностЬ проявил F. gibbosum, вызывая гибель 35% всходов. Сильно ингибирова-ли рост всходов и корневой системы (на 29-36%) F. moniliforme и F. oxysporum. . Недобор сухой массы составил 38,9% от инфицирования F. moniliforme и 33,4% - от F. oxysporum, а от комплекса Fusarium - 31,1 %. Таким образом, выделенные из пораженных корней аборигенные популяции Fusarium обладают достаточно высокими патогенными свойствами:

Патогены оказывают деструктивное действие и на физиолого -биохимические процессы растения-хозяина. Так, в тканях кукурузы (фаза шильца), выросших из плесневых семян, интенсивность дыхания на 36-43% ниже, чем у здоровых. Сильнее других патогенов ингибировали дыхание F. moniliforme и Р. glaucum. При инфицировании корней нарушение процесса дыхания в листьях осуществляется медленнее: F. moniliforme усиливал дыхательную активность на 20%, а F. oxysporum снижал ее на 8% по сравнению со здоровыми листьями. Полученные результаты коррелируют с данными по ингиби-рованию роста всходов и объясняют причину более сильного (под воздействием Р. glaucum) угнетения корней, а также уменьшения площади листьев и высоты растений (от комплекса Fusarium).

При заражении корней проростков F. moniliforme и F. oxysporum происходит усиление активности пероксидазы - на 20-44%. Этот вывод подтверждается и при выращивании всходов из пенициллёзных семян. Патогены на 525% ингибируют адсорбирующую поверхность корневой системы кукурузы. Наблюдается снижение общего содержания зеленых пигментов в листьях: Р. glaucum (инокуляция семян) снижал этот показатель на 58%, F. moniliforme (на корнях) - на 41%. Содержание каротиноидов уменьшается значительно (на 24%) лишь под дейстзием Р. glaucum, в то время как изучаемые фузарии на этот показатель влияют слабо. F. moniliforme сильно (на 42%) снижает оводненность

инфицированных растений-хозяев. Приведенные данные касаются лишь части физиологических процессов, которые нарушаются у инфицированных факультативными паразитами растений. Однако и они показывают, какому патогенному прессу подвергаются растения-хозяева в период вегетации.

В поле, Fusarium значительно (на 48,9%) поражают корни незащищенных растении кукурузы, что почти вдвое сильнее, чем у растений, выросших из протравленных семян. Потери урожая в первом случае составили 15,9%, а с применением 80% сп ТМТД - 6,9%.

Коэффициент вредоносности фузариозной корневой гнили зерновой кукурузы. т.е. процент потерь урожая на каждый процент распро-странення болезни, зависит от агротехники возделывания культуры: на незащищенных он выше и составляет 0,32, а на защищенных ниже - 0,25. Биологический порог вредоносности (БПВ) в благоприятных условиях опытного поля оказался равным 10%, что выразилось в потерях урожая, соответственно, 1.57 и 1.37 ц/га. В производственных, более жестких условиях выращивания и на фоне пониженной урожайности БПВ соответствует 15% пораженных корневой гнилью растений. На зерновой кукурузе экономический порог вредоносности (ЭПВ) корневых гнилей оценивается в 0,25% урожая зерна на каждый процент развития болезни на фоне защиты и 0,32% - в отсутствие защиты.

В Краснодарском крае корневая гниль кукурузы не только вредоносное, но и повсеместно распространенное заболевание (Сокирко, 1985): в среднем у 33,7% обследованных растений корни были загнившими. Амплитуда поражен-ности растений по годам оказалась весьма значительной: минимальная -15,0% и максимальная - 49,3%. За 16 лет было 4 эпифитотийных года и 11 лет с поражением до 40% растений.

Глава 4. Видовой состав факультативных паразитов кукурузы.

При изучении факультативной патогенной микобиоты выявлено, что отдельные ее представители сильнее, чем другие адаптировались к определенным органам кукурузы и здесь сформировали свои экониши.

Особо многочисленная популяция микромицетов (31 вид грибов) колонизирует ризосферу кукурузы (табл. 1). Здесь патогены заселяют микроэкони-шу на высеянных в почву семенах, заполняют межкорневое почвенное пространство и, наконец, ризоплану.'

.. На Кубани одной из многочисленных по плотности заселения является микроэкониша на высеянных в почву семенах: здесь обитает 27 патогенных организмов, в т.ч. 26 видов грибов. Ежегодно в среднем 20% семян в почве подвергаются атаке факультативных паразитов, 15%. из них дают больные, впоследствии погибающие проростки. Семена плесневеют чаще от P. glaucum -17,7%' (qt всех поражённых), видов рода Fusarium - 43,9%. Остальные грибы встречались реже, поражая семена в среднем от 1 до 5%.

Корни пророртков- экзо - и эндогенно заселяют 19, в фазу 3-5 листьев -17 и в фазу 7-8 листьев - семь видов факультативных паразитов. Всего корневую систему молодых растений поражают 23 вида грибов.

За последние три десятилетия появились патогены с ярко выраженными паразитическими свойствами. В их числе F. moniliforme, F. oxysporum

Таблица 1

Видовый "остав микопаразитов ризосферы кукурузы, % поряжённых образцов, 1982-1996 гг.

На се- На заро- На загнив- В почве меж- На корнях в фазу

ды- V ду

Патоген менах шевых ко- ших всхо- корнями • 7-8 молочно- полной

решках дах листьев восковой спелос-

4 спелости ти

Pénicillium glaucum Fr. 17,7 29,2 17,0 П,7 2,1 0 0

Fusarium oxysporum Schlecht 14,1 12,9 22,1 20,8 2,6 . 14,5 5,8

F. moniliforme Sheld, 18,5 11,6 11,0 13,0 .. 9,5 15,6 . 13,6

F. sporotrichiella Bilai 3,1 1,6 . 1,7 • 0 ' 0 2,1 2,3

F. gibbosumApp.et.Wr. 4,8 0,2 13,9 7,8 3,0 5,6 4,4

F. sambucinum Fuck. 4,4 0 4,6 • 0 0,5 8,6 2,0

F. spp.(6 видов)* 4,2 3,0 9,6 3,9 2,1 10,2 . 33,0 ,

Aspergillus glaucus Fr. 4,7 4,6 ' 7,4 0 0 0 4,0

Drechslera sorokiniana Sacc. 2,8 2,1 0 1,3 2Д 11,2 21,2

Nigrospora ozyzàe Berk. 0,6 0 6,2 0 ' 0 0 0

Cephalosporium acremonium 6,2 о;9 0 0 0 4,9 0

Corda

A. niger Michel 3,7 0 . 0 0 0 0 7,5

Прочие 14 видов** 14,1 11,2 14,6 3,9 2,1 . 16,1 43,5

* - F. solani(Mart.)App.,F. semitectum Berk., F. culmorum Sacc., F. graminearum Schw., F. ávenaceum Sacc., Fusarium SPP- - •

. ** - Sclerotium bataticola Taub., Trichotecium roseum Link., Alterriaria tenuis Nees.,Trichpderma lignorum. Tode, Rhizopus nigricans Ehr., Mucor raucedo Fres., Cunninghamella japónica Saito, Stemphyllium sp.p. Oud, Torula herbarum Link, Botrytis cinerea, Pythium deberyanum Hess., Verticillium dahliae Kleb, Cladosporium herbarum Tr..

F. gibbosum, которые выделяются из больных тканей в любую фазу развития кукурузы.

Они являются основными патогенами, свободно заселяющими молодую корневую систему даже б наиболее устойчивые фазы (от всходов до цветения). В фазы интенсивного роста кукуруза слабо поражается патомикотой, поэтому последняя локализуется в межкорневом почвенном пространстве. Плотность колоний популяций микофлоры здесь очень высокая: пеницилл обнаружен в 12 почвенных образцах из 100 обследованных, мукор - в 39, а виды фузариев - в 45 образцах. Таким образом, в межкорневом почвенном пространстве формируется аккумулятивная ниша факультативных паразитов. Здесь наращивается и создается запас их инокулюма, способного к массовому поражению корневой системы взрослых растений.

У физиологически зрелых растений (в фазу молочно-восковой спелости) из гниющих корней выделен 21 вид патогена. Вновь высокоактивными оказались грибы рода Fusarium - в 56 случаях из 100 обнаружены его виды. От 2 до 11% растений оказались инфицированы видами Cunningamella japónica, Torula herbarum, Alternaría tenuis, Cephalosporium acremonium,

Drechslera sorokiniana. В фазу полной спелости на корневой системе и корневой шейке обнаружено 14 видов грибов, среди которых F. moniliforme выделялся из 14% больных растений. Всего у 61% пораженных растений обнаружены восемь видов Fusarium. Очень часто выделялись из корней созревших растений грибы D. sorokiniana - 21,2%, A. niger - 7,5%, Т. herbarum - 4,6% и A. glaucus -4,0%. Итак, в конце вегетации идет процесс нарастания плотности популяций факультативных паразитов на корнях кукурузы и повсеместно отмечается усиление паразитизма этих патогенов, что всё чаще приводит к появлению экономически вредоносных корневых гнилей.

Критическими (по сенсибилизации) периодами развития кукурузы в отношении факультативных паразитов являются фазы всходов и молочно-

восковой спелости. Поэтому все необходимые мероприятия по защите растений от почвенной микоты следует проводить до их наступления. Если термин " стеблевые и корневые гнили кукурузы" адаптирован в нашей практике, то при определении распространения и вредоносности гнилей методически корректно было бы проведение учетов на поражекность фузариозной корневой гнилью от фазы проростка до 3-5 листьев, а стеблевыми и корневыми гнилями - как традиционно принято - в фазы молочно-восковой или полной спелости.

Глава 5. Экология популяций факультативных паразитов генеративных органов и корней кукурузы

Факультативные паразиты составляют лишь часть микробобиоты цено-консорпий кукурузы. Выделение из множества микробов одного, пусть даже наиболее вредоносного патогена, его ингибирование или элиминация без учета консорткых связей с сопредельными биоценозами экониш не увенчаются успехом.

Вызвано это естественными экологическими процессами биоценоза и, в первую очередь, явлением сукцессии. Так, в пяти эконишах на кукурузе обитает 31 вид факультативных микопатогенов. Сукцессия положительно коррелирует с фазой развития растений: на початках в поле поселяется шесть видов факультативных паразитов, поражающих 12% растений. Здесь закладывается основа для аккумуляции и формирования покоящихся инфекционных структур хранящегося зерна.

После обмолота початков пропагулы патогенов индуцируют "вялое" плесневение зерна и семенного материалла при хранении. Временной фактор и изменение условий хранения оптимизируют степень поражения ( доля их составляет около 22%) и количество патогенов на хранящемся зерне (семь видов). Заспоренность Fusarium Link. и R. nigricans не изменилась, а присутствие видов Pénicillium Link и Aspergillus Mich. резко увеличилось (с 1 до 10-16%).

Особенно наглядно просматривается сукцессия на семенах, высеянных в почву (табл.1): из семи патогенов хранящихся семян пять продолжали развиваться на них после посева. К ним присоединились 11 видов почвенной инфекции. Чаще стали встречаться P. glaucum, P. oxalicum,' семь видов Fusarium и шесть видов - представителей новых родов (М. mucado, R. nigricans, В. cinerea и т,д). В итоге 16 патогенов в среднем ежегодно поражают на Кубани 20,4% высеваемых семян.

Процесс прорастания каждой зерновки обязательно сопровождается отодвиганием щитка от эндосперма (Борггард, 1961). Через эти "ворота" инфекции. мицелий проникает даже в здоровые ткани эндосперма. При появлении зародышевых и колеоптёльных корешков патогеньг расселяются на них по типу эндо - и экзогенной колонизации. 4

Наши гистологические исследования показали, что в зерновке эндогенный мицелий (F. moniliforme, P. glaucum, Д. glaucus) находится во внутреннем слое перикарпа и очень редко - в эндосперме. Заражение корней'от инфицированных семян осуществляется.эндогенно, через межклеточные полости, клетки паренхимы и сосудистых пучков. Проникнув в зародышевую корневую систему, F. moniliforme обнаруживается в паренхиме, проводящих пучках, сердцевине корней. Позднее он локализуется в основании стебля; вызывая вследствие диффузного роста корневые гнили . Отмечались и экзогенные формы заражения через раны в тканях.'

В дальнейшем сукцессия осуществляется на корешках всходов с нарастав нием плотности популяций (18 видов вместо 13 - на семенах) и развитием девяти наиболее вредоносных видов (F. moniliforme, F. oxysporum, F. gibbosum и т.д.). Здесь ценоконсорции факультативных паразитов представляют большую опасность - ими поражается 16% растений.

В период активного роста - от фазы 3-5 листьев до конца цветения -растения обладают повышенным иммунитетом, поэтому лишь 3% растений по-

ражались P. glaucum, Fusarium и D. sorokiniana. Остальные факультативные паразиты переходят в почву межкорневого пространства. Запас инфекции здесь огромен: 98,8% обследованных почвенных образцов имели колонии 5 видов Fusarium, а также Pénicillium, Verticiliium Kleb. и Mucor mucedo.

С наступлением физиологического старения и снижения у растений иммунитета грибы вновь активно заселяют его корневую систему. В фазу молоч-но-восковой спелости зерна кукурузу поражает рекордное количество видов Fusarium -11. Еще столько же видов грибов, в т.ч. совершенно новых - Torula herbflrum, Gunningamella japonica - появляются на корнях.

Сукцессия грибов наблюдается и в фазу полной спелости: на три вида уменьшился состав фузариев, однако резко активизировались D. sorokiniana, виды Aspergillus, T. herbarum. Прекратили колонизацию все виды десяти других родов.

• Сукцессия патогенов в основном определяется их трофическими связями, т.к. качество пищевого субстрата для патогена даже на одном растении существенно меняется в течение вегетации. Аборигенные виды факультативных паразитов Кубани по трофическим связям делятся на несколько функциональных подгрупп. К так называемым некротрофам, "раневым паразитам" относятся Fusarium, Pythium Hesse, Alternaria Nees, Cladosporium Link. Мицелий у них, как правило, эндофитный и они оптимизируют инвазию следующей группы -"сахарных грибов", которые быстро используют доступные углеводы ( сахар и крахмал), особенно в зерновках. К ним относятся Rhizopus, Mucor, Pénicillium, Aspergillus, Cephalosporium и некоторые другие. При истощении этих углеводов в поражённых семенах плотность многих "сахарных грибов" сокращается. На корневой системе проростков и всходов сохраняются лишь целлюлозоразру-шители рода Fusarium. Затем к ним присоединяются Pénicillium, Aspergillus и другие грибы. Активизируясь, они снижают полевую всхожесть семян, густоту стояния растений. В активный период роста кукурузы только Fusarium и

Drechslera способны поражать, да и то в слабой степени, молодые растения. При формировании зерна в стареющей ткани корней преобладают целлюлозо-разрушители (Fusarium, Drechslera, Torula), а из "сахарных грибов" остается лишь Cephalosporium.

В экологии факультативных паразитов явление синергизма играет особо важную роль. Это свойство помогает отдельным видам микромицетов в борьбе за субстрат преодолеть ингибирующий барьер конкурентной биоты. В отношении факультативных паразитов это явление ранее не описано.

Согласно нашему предположению синергизм в оптимальных условиях помогает актуальному патогену (вместе со слабыми факультативными паразитами и опосредовано с полезной и нейтральной микотой) преодолевать ингибирующий барьер сильных конкурентов. Синергизм является характерным для взаимоотношений конкурирующих консортных групп микромицетов и позволяет. партнёрам в оптимальных условиях среды оптимизировать развитие одного из доминант. Это подтверждено в опытах in vitro и в естественных условиях возделывания кукурузы. Конкурентами актуальных патогенов семян (видов Fusarium) являются Pénicillium и Aspergillus. Благодаря синергизму с Cephalosporium фузарии превалируют над этими микомицетами-ингибиторами. Между конкурентами также существует явление синергизма, когда P. glaucum с помощью A. niger ингибируег колонию актуального факультативного паразита F. moniliforme; два конкурента- ингибитора в борьбе за субстрат угнетают друг друга, или один ингибируег другого.

В естественных, природных условиях основными конкурентами на зерне кукурузы являются F. moniliforme и P. glaucum. В 1977, 1984, 1986, 1990 гг. они в одинаковой степени поражали семена кукурузы в почве, т.к. их синергисты С. acremonium, A. glaucus развивались одинаково слабо. В остальные годы синергизм проявлялся особенно отчетливо: с увеличением инвазии Cephalosporium на плантациях кукурузы F. moniliforme не только превалировал над

Р. glaucum, но и в течение четырех лет (1991-1995гг) фактически индуцировал "тихую" эпифитотию на семенах, что проявилось в 17-28% больных семян.

Аллелопатия факультативных паразитов (в нашем случае - различные взаимоотношения между мтсромицетами) чрезвычайно сложна. Патогены не делятся на "чистых" конкурентов, которые ингибируют какую-то пару синер-гистов и "чистых синергистов". В реальных условиях существует межродовая, внутриродовая и, возможно, еще какая-то, не изученная аллелопатия, основанная на синергизме, нейтрализме и т.д. Очевидным становится тот факт, что синергизм в отношениях факультативных паразитов активно прогрессирует, позволяя наиболее актуальным из них доминировать в захвате субстрата. Под-< тверждением этому является появление смешанных, комплексных инфекций. Поражение семян кукурузы редко осуществляется одним патогеном. В наших исследованиях с 1977 г. отмечалось слабое - от 0,2% до 3,1% - поражения семян в почве двумя грибами - И. топШКмтпе и С. асгетопшт. Последние 10 лет отмечается нарастание этого бинарного поражения - от 7 до 14%. Подобное явление обнаружено нами и при фитозкспертизе корней: с 1986 по 1991 г г. единично отмечалась смешанная гниль корней грибами А. дкисиБ и Б. вогокшапа, а с 1993 г. - поражение возросло до 8,5%.

Сложные взаимоотношения, изменяющиеся абиотические и другие факторы вынуждают изучаемых патогенов приспосабливаться к окружающей среде. Наши исследования и данные Грисенко Г.В. (1970, с. 17), изучавшего корневые и стеблевые гнили кукурузы на Кубани в 1966-1967 гг. показывают, что видовой состав патогенов за эти годы существенно не изменился. Однако доминанты стали иными: второе место по частоте встречаемости сейчас занимает

ф

И. охуврогиш, а ранее занимающий это место Р. gibbosum переместился на четвертое. Р. си1шогиш тридцать лет назад занимал пятое место. На кукурузе прежде чаще, чем теперь, выделяли Р. си1тогит и Р. graminearum.

В реальных условиях микоценоза появляются доминанты с признаками пищевой специализации на определенных органах растений: N.oTyzae выделяется из 13%, Р. gláucum - из 11% обследованных рудиментарных початков, а D. sorokiniana поражает до 67% корней подгона ячменя (у продуктивных -27%). Наблюдается адаптивность в питании и на определенных растениях: у изучаемых грибов она ориентирована в сильной степени на культурные и в меньшей - на сорные. Так, соя, озимая пшеница и ячмень поражаются семью видами патомикоты, тогда как девять сопутствующих сорняков - в основном одним (F. oxysporum). Основными резерваторами патогенов оказались амброзия. полыннолистная, щетинник сизый, в меньщей'степени - гулявник высокий, щирица запрокинутая, вьюнок полевой, марь белая, осот полевой.

Инфицирование семян кукурузы любыми патогенными видами Fusarium снижает в сильной степени устойчивость к поражению её Корней F.. oxyspohim, F. moniliforme, F. gibboSum, F. sporotrichiella, в слабой степени - к F. sambucinum, D. sorokiniana, A. tenuis. Из пораженных P. glaucum семян вырастали растения, корни которых почти не поражались другими грибами. Элиминация (до высева) фузариозных семян позволяет уничтожить пропагативные структуры гриба на этой этапе онтогенеза кукурузы.и умейьшить поражен-ность растений многими сопутствующими патогенами.

Полифагия - типичное свойство изучаемых .грибов. При выращивании in vitro с добавлением сока изучаемого растения установлено, что ни на одном питательном субстрате пяти сорных растений или кукурузы не наблюдалось тотального ингибирования роста мицелия. Явно просматривается тенденция к появлению у F. moniliforme форм,- адаптирующихся к питанию на'щирице жминдолистной и запрокинутой. У гриба С. japónica намечается более обширная адаптивность, в частности, на щирице запрокинутой, кукурузе, канатнике и курином просе. Идет адаптивный процесс образования специализированных форм F. oxysporum на кукурузе.

Во взаимодействии патогенов существенную роль играет антагонизм. Исследования in vitro показали, что выраженными конкурентами видов Fusarium в почвах Кубани являются P.': glaucum и„ два вида аспергилла (A. glaucus, A. niger). Слабопатогенные Aspergillus способны угнетать фуза-рии. Р. glaucum, вызывая значительное поражение семян, в дальнейшем не поражает кукурузу и ингибирует развитие патогенных Fusarium . Базируясь на этих особенностях аллелопатии микромицетов, можно направленно индуцировать создание супрессивных почв в отношении патогенов кукурузы, а также оценивать метаболиты слабо - или. непатогенных форм микоты на индуктивную иммуноактивносгь.

Актуальный патоген F. graminearum характеризуется адаптивными осо-■ бенностями; своего .цикла развития, проявляющимися в формировании ас-коспоровой и конидиальной инфекции. Заражение Gibberella zeae Schwein - при прочих, оптимальных условиях - осуществляется сумкоспорами при средней минимальной (ночной) температуре (в пределах +14 °С.) с постепенным нарастанием ее, и при средней дневной +22!..+24 °С. Влажность воздуха в течение суток должна находиться в пределах 72-74 %, скорость ветра - превышать 3,3 м/сек, осадков с третьей декады апреля по июль месяц должно быть более 120 мм, в ночные и утренние Часы предпочтительными являются туман или роса. Это соотносится сданными Павловой Т.В. и др. (1995), Иващенко В.Г. (1994) о приоритете инфекции G. zeae на, фоне капельной влаги в фазу цветения, но конкретизируется значение ночного порога температуры.

.. Анализ специфики патогенеза аборигенных популяций гриба показывает теснейшую связь экониш патогенов кукурузы и озимой пшеницы. Элиминация G. zeae в его эконише предотвращает эпифитотию F. graminearum в его нише -колосе озимой пшенице, что подтверждается данными о динамике агрессивности фузариев в различных эконишах (табл.2)

В крае первая эпифитотия фузариоза колоса произошла в 1984 г., но накопление, инфекции на кукурузе происходило в течение 1982-1984 гг. (41% по-

ражённых фузариями корней и 42.1%, 14.4% больных семян соответственно). Это была "тихая" эпифитотия фузариоза корней и семян кукурузы. В 1984-1985 гг. на кукурузных полях происходило накопление инокулюма в совершенной стадии - у 61 -63% больных корней кукурузы отмечена фузариозная инфекция. На таком высочайшем инфекционном фоне отмечено затяжное эпифитотийное развитие фузариоза колоса: четыре года подряд в крае собирали от 1,01 млн. до 3,0 млн.т. фузариозного зерна. Подобная тенденция наблюдалась и в последующие годы.

Таблица 2

Агрессивность фузариев различных экологических ниш в

Годы Пораженность посевов, % Зерно пшеницы с фузариотокси-нами, млн. т.

семена кукурузы в почве корни кукурузы колос пшеницы

1982 42,1 41,2 _ _

1983 14,4 41,0 _

1984 12,8 61,0 12,0 0,485

1985 19,5 63,0 0,49

1986 15,5 80,0 . 1,01

1987 16,1 59,2 19,0 2,5

1988 71,7 25,0 3,0

1989 65,8 16,3 2,6

1990 3,6 7,5 ' 1,6 единично

1991 18,1 65,0 3,2 единично.

1992 29,3 44,3 21,2 1,8

1993 ... 21,3 46,1 15,2 1,5

1994 17,7 28,2 6,0 единично

1995 28,0 15,1 1,8 единично

Установлены (подекадно) оптимальные условия дня инфицирования кукурузы видами Fusarium в критические по чувствительности к патогену фазы :

в третьей декаде апреля, в первой и второй декадах мая при поражении семян и зародышевых корней в почве; на фоне физиологического старения - в третьей декаде августа и в первой, второй декадах сентября.

Не следует соотносить эпифитотию фузариоза колоса только с эпифито-тией фузариоза и гиббереллеза кукурузы, так как слишком много иных, в том числе погодных,» в указанное время факторов способствует этому процессу. Однако, успешное развитие патогена в своих традиционных эконишах на кукурузе при определенных гидротермических условия^позволяют грибу освоить новую экоНишу - колос и зерно пшеницы. Изучение экологических взаимоотношений фузариев с окружающей микобиотой экониш свидетельствует о возможности естественного .ингибирования этого актуального патогена. Одним из приёмов направленного изменения структуры, плотности грибных популяций околокорневого сообщества у озимой пшеницы является применение навоза или другого органического удобрения. Так, внесение 30 т/га органики в почву, находившуюся в течение трех лет под монокультурой озимой пшеницы, несколько увеличило (на 13%) численность колоний сапротрофов и слабых патогенов (Mucor, Torula, Cladosporium и др.), сопровождалось уменьшением плотности популяции всех факультативных паразитов (на 14%), и увеличением численности антагонистов рода Trichoderma (на 19%). Все это, видимо, редуцировало размножение фузариев (на 26%), и альтернарии (на 45%).

Глава 6. Обоснование возможности создания и применения индуцированной устойчивости в борьбе с факультативными паразитами кукурузы и пшеницы.

Перспективным направлением защиты от болезней является разработанная Метлицким JI.B. и Озерецковской O.JL теория и практика биологической им-муноиндукции растений, при этом оптимальный индуктор по своей структуре должен напоминать метаболит актуального патогена ( например, Fusarium 1лпк). В нашем случае иммуноиндукторы "фузарин" и "комплексин" получены

из некротрофов, во многом подобных фузариям. Направленность действия "комплектна" и "фузарина - активация иммунитета соответственно кукурузы и пшеницы (ячменя): к факультативным паразитам (см. с. 9). - Химический состав активных фракций "комплексина" и ."фузарина" определен с. помощью оригинальной методики выделения элиситоров из культуральных .-жидкостей почвенных некротрофов (Сокирко, Вовчук, Гаврилов, 1997). Она основана на применении гельфильтрации с использованием хроматографии низкого давления, молекулярных сит и сканирующего спектрофотометра. Установлено, что при фракционировании "компкексина", "фузарина" действующее начало переходит в осадок, иммунизирующий эффект которого проявляется в концентрациях 10"6- Ю-7. Биоиндукторы сохраняют биологическую активность до и после автоклавирования, т.е. их активными .ингредиентами являются соединения небелковой природы (табл.3).

\ Таблица 3

Химический состав активной фракции "фузарина" и "комплексина"

Препарат Небелко-. вый азот,% Свободные ами-нокисло ты,мг/мл Сахара, % Р, мхг/мл К, мкг/мл Na; мкг/мл.

Фузарин 0.222 1.70 0.08 40.0 47.7 ■ 4.5

Комплек-син 0.122 0.93 0.15 54.5 54.5 -4.5

НСР05 0,03 0,06 •0,03 0,4 0,3 ' 0,2

Состав активной фракции культуральных жидкостей изменяется в зависимости от используемых продуцентов грибов-некротрофов: в "фу-зарине" (продуцент Aspergillus) содержится больше.небелкового азота и свободных аминокислот, а в "комплексине" (Penicillium + Aspergillus) - больше Сахаров, фосфора и калия. Фракция включает аминокислоты, сахара, минеральные вещества, и, предположительно, фитогормоны, поскольку, кроме индукции устойчивости соединения стимулируют ростовые процессы растения. Элисито-

"Комплексин" слабо активизирует ПО при обработке семян и сильно (в 1,7 раза) при обработке вегетирующей кукурузы. При обработке семян пшеницы "фузарином" ПО функционирует на более низком, но стабильном уровне. В то же время, у инокулированных, выросших из иммунизированных "фузарином" семян активность ПО возросла - на 16%, а "комплексином" - на 19% (совместные данные с A.A. Гавриловым, 1992). Таким образом, уровень активности ПО свидетельствует либо о степени деструктивных нарушений метаболизма хозяина, либо об актипации индуцированной устойчивости.

Активность пероксидазы и фенольных соединений тесно взаимосвязаны (Андреева, 1988). Так, на пятый день после иммунизации "комплексином" активность полифенолоксидазы (ПФО) и ПО у здоровых растений практически не изменяется, а ПО увеличивается. При иммунизации "фузарином" она повышалась на 32% (табл.5). При иммунизации "комплексином" активность ПФО несколько увеличилась (на 37%) лишь на восьмые сутки, в то время как на варианте с "фузарином" к этому времени практически сравнялась с контролем. При инокуляции иммунизированных "фузарином" семян активность ПФО через пять суток практически не изменилась. После обработки "комплексином" этот показатель снижался, а на восьмые - достиг нормы.

При индукции защитных реакций у растений важную роль играет проницаемость мембраны (Иванюк, 1968; Тютерев, 1979). Нами установлено, что "комплексин" индуцирует снижение проницаемости клеточных мембран быстрее (к пяти суткам наступает стабилизация) и в большей мере, чем "фузарин" ( на восьмые сутки).

Таблица 5

Изменение активности энзимов, некоторых функциональных особенностей клеточных мембран пшеницы под действием иммунизации и инфицирования, Р. §гагшпеагит( СНИИСХ)

Вариант 5 сутки после инокуляции 8 сутки после инокуляции

Активность энзимов отн.един./ 1 г сырого вещества Вымыва-емость электролитов, 0м'*105 Окисление липидов мк. моль/ г1 сырой массы Активность инзимов отн.един./ 1 г сырого вещества Вымыва-емость электролитов, 0м-1*105 Окисление липидов мк.моль/ г-'сырой массы

ПО ПФО ПО ПФО

Контроль Здоровые растения

4,17 ± 0,04 0,05+0,003 2,03 + 0,13 5,39 + 0,23 1,0± 0,01 0,05±0,002 1,62 ±0,11 5,55±0,20

Фузарин 3,78 ± 0,08 0,07±0,002 2,38 ±0,17 3,92 ± 0,21 0,9± 0,01 0,05±0,003 1,61 ±0,09 3,33±0,26

Комплек-син 2,51+0,24 0,06±0,002 2,47 ± 0,04 1,0± 0,07 0,04±0,001 1,58 ±0,11 -

Инокулированные растения

Контроль 5,91 ± 0,35 0,08±0,005 2,53 ± 0,23 3,42 ± 0,09 1,6 ±0,1 0,04±0,002 2,73 ± 0,17 6,13±0,12

Фузарин 3,48 + 0,15 0,07±0,004 2,66 ± 0,03 2,76 ±0,11 1,3±0,03 0,05±0,002 2,31 ±0,11 3,31±0,23

Комплек-син 3,06 ±0,12 0,07+0,003 3,28 ± 0,06 - 1,0±0,02 0,06±0,004 2,07 ± 0,10 -

Обнаружено положительное влияние индуктора, проявившееся в снижении' проницаемости мембран для эндогенных ионов и тем самым в улучшении физиологического состояния растений кукурузы; в 1994 г. (экстремально засушливом) - проницаемость мембран для эндогенных ионов от "комплексина" снизилась - 130% к контролю. Протравитель (80% сп ТМТД) не оказывал существенного влияния на этот показатель. Итак, изученные индукторы положительно влияют на проницаемость клеточных мембран в'стрессовых ситуациях -на фоне инфекции и засухи. .,

: Между проницаемостью ;мембран, активностью пероксидазы и полифе-нолоксидазы имеется тесная корреляционная связь.

В целом, ß иммунизированных растениях оптимизируется водоудержи-вающая способность клеток: вегетируя в разных погодных условиях кукуруза под влиянием индуктора сохраняет (на 15%) большую оводненность.

Метаболиты микопатогенов не только изменяют проницаемость клеточных мембран, но и нарушают их структуру, изменяют содержание малонового диальдегида (МДА) И интенсифицируют процесс перекисного окисления липи-дов (ПОЛ). В наших совместных (с A.A. Гавриловым, 1992, см. табл,5) исследованиях показано, что иммунизированные растения как здоровые, так и инфицированные, перестраивают процессы перекисного окисления. На пшенице приобретенная устойчивость на фоне инфицирования ингибирует содержание МДА, поэтому интенсивность ПОЛ оказывается равной иммунизации без заражения проростков, а значит снижается возможность нарушения структуры клеточных мембран. Обнаруженные различия при иммунизации и заражении патогеном могут быть использованы при диагностировании резистентности сортообразцов озимой пшеницы к F. grammearum.

Оказалось, что выделенные индукторы характеризуются широким спектром действия. "Комплексин", например, индуцирует устойчивость огурца к Pseudoperonospora cubensis (увеличивая количество листьев и побегов первого порядка) и обеспечивает прибавку урожая семян на 4,4 - 7кг/га. Вероятно, ин-

дукторы обладают полифункциональным действием . Установлено положительное влияние элиситоров на содержание зеленых пигментов в листьях растений, инфицированных Fusarium.

У обработанных элиситорами растений сохраняется прочность связи хлорофилла с белком пластид, что перспективно использовать в качестве объективного критерия при оценке индуцированной устойчивости растения к патогенным фузариям.

Глава 8. Применение биологических иммунизаторов в защите кукурузы, пшеницы и ячменя от факультативных паразитов.

Предпосевная обработка семя?! кукурузы указанными препаратами и опрыскивание растений (находящихся в фазе 10-12 листьев) "комплек си-ном" повышает устойчивость к корневым гнилям почти вдвое (данные за 1983-1996 г г.); значительно - с 34 до 10% - снюхалось поражение семян и початков возбудителями плесневения. Достаточно ощутимым оказалось влияние элиситора и на урожайность зерна: прибавка составила 6-8% в сравнении с химической защитой.

На опытных полях пяти научно-исследовательских институтов России показано, что предпосевная обработка семян и растений пшеницы "фузарином" повышала устойчивость к фузариозу колоса. Выявлена особенность иммунизации растений элиситорами метаболитов некротрофов: на патогены они действуют опосредовано, оптимизируя естественный иммуйный потенциал сорта. Поэтому снижение пораженности колоса фузариозом при иммунизации пшеницы объясняется не фунгицидным действием''фузарина',' а! генетическим потенциалом устойчивости испытываемых сортов и степенью их сенсибилизации в отношении индуктора. Максимально иммунизирующий эффект проявляется при умеренном инфекционном фоне. У иммунизированных растений устойчивость к фузариозу повышалась, независимо от зон возделывания пшеницы: на полях С.-З. НИИСХ распространение фузариоза колоса снижа-

лось в среднем с 23 до 13% (сорт Невская волна), КНИИСХ ■ с 11.4 до 3.1% (сорт Спектр, отдел селекции) и с 28.5 до 15.2% (сорт Корунд, отдел защиты). В среднем биологическая эффективность элиситора в активации растений составила 54.9%, что превосходит эталон (45,1% больных).

Различия п устойчивости пшеницы к фузариозной корневой гнили выявлены на высоком (в среднем 47% больных) естественном инфекционном фоне, при этом по данным трех институтов (КНИИСХ, СНИИСХ, КГАУ) биологическая эффективность элиситора приближается к уровню эталона (соответсвенно 47,7 и 51,8%).

Установлена возможность комплексного применения перспективных биопрепаратов и элиситора. Из 48 модификаций 6 вариантов - контроль, эталон (бенлат), алирин, бахтофит, трихотецин;''фузарин"- наиболее эффективным (по повышению устойчивости и продуктивности) оказалось следующее сочетание: семена яровой пшеницы сорта Спектр протравлены агирином, в фазу кущения растения иммунизированы"фузарино^ а в фазу 10.2 (по Фиикесу) обработаны алирином. Несмотря на то, что различия в поражаемости растений в отдельных опытах нивелировались, их урожайность на обработанных иммунизатором делянках превосходила аналогичную в контроле и существенно не отличалась от вариантов с традиционной химической защитой. Производственные испытания авиационного применения"фузарина''(0,1 л/га) в 16 хозяйствах 11 -ти районов Краснодарского и двух - Петровского района Ставропольского края показали, что эффективность элиситора в отношении фузариоза колоса отрицательно коррелирует с проявлением болезни на естественном инфекционном фоне (табл.6). Максимальное значение показателя - 70,3% отмечено при естественном фоне болезни до 15%, что соответствует уровню эффективности испытываемых химических соединений. Дальнейшее усиление инфекционного-фона приводит к ослаблению индуцирующего эффекта, как , впрочем, и эффективности химической защиты.

Таблица 6

Показатели эффективности препаратов при защите пшеницы от фузарио-за колоса, производственные испытания, 1989-1993г.г.

Вариант Естесственный инфекционный фон

до 15% до 30% . свыше 30%

Р* R** Биологи ческая эффектив ность Р R Биологи ческая эффекта вность Р R Биологи ческая эфектив ность

контроль (без обра. ботки) 12.2 7.4 0 20.2 6.8 0 67.3 20.6 0

. фузарин (180 мм/т, 0.1% р-р 4.2 2.2 70.3 6.3 2.9 57.0 30.3 10.8 47.0

Тилт (0,5л/га) 12.5 4.0 46.0 17.0 5.8 15.0 ■ 57.2 18.0 10.0 ■

фоликур (1 кг/га) 4.0 2.0 73.0 16.2 3.5 49.0 33.1 ,11.0 47.0

импакт (0,5кг/га) 4.1 2.1 72.0 9.8 3.0 56.0 36.4 9.8 52.0

бенлат (0,6кг/га) 6.6 4.0 46.0 10.9 3.8 44.0 33.5 11.8 43.0

Ризоплан (2л/т,2л/га 12.5 10.0 0 16.0 6.7 0 27.0 18.9 8.0

*- распространение болезни * * - степень развития

В случае с фузариозной корневой гнилью распространенность снижается почти в три раза лишь при среднем естественном фоне заражения (при Р= 40%). Затем уменьшается только степень развития заболевания (почти на 43%), поэтому урожайность иммунизированных растений превосходила контрольную

на 12% и достоверно не отличалась от вариантов с химической защитой. В • ш „

среднем за годы исследовании на озимои пшенице зарегесгрирована достоверная прибавка: урожайность в вариантах с'фузаринок^- 63.3, бенлатом - 64.7, на контроле - 56.4 ц/га (НСРоз =5.3 ц/га, КНИИСХ, отдел защиты растений). На

полях СНИИСХ эти показатели составляют соответственно 31.2, 39.3 и 36.5ц/га (при НСРо5=2.1ц/га). Индуцирование устойчивости яровой пшеницы к фузари- -озу колоса приводило к сохранению продуктивности и было сравнимо с эффектом, полученным от бенла/а: 51.2, 52.6 при 40.5ц/га в контроле (НСРо5=2.7ц/га, КНИИСХ, отдел селекции).

Рис. 1 Некоторые показатели экономической эффективности применения

иммуноиндуктора и фунгицидов в борьбе с фузариозом колоса и корней

(данные испытания индуктора в 22 хозяйствах края, 1988-1992 гг.),

1 - контроль; 2- бенлат, 0,6 кг/га; 3 - тилт, 0,5 л/га; 4 - фузарин, 1,8 % р-р семена, 0,1 % р-р растения; 5 - фоликур, 1 кг/га).

Установлено так же, что у иммунизированных растений снижается содержание вомитоксина в зерне. Этот показатель остается в пределах допустимой нормы (0,7 мг/кг), в то время как на контроле и эталоне он составляет 2 мг/кг зерновой массы. Прибыль от иммунизации достоверно не отличается от применения химических соединений, так как затраты по иммунизации достаточно низкие -56 руб/га по сопоставимым ценам 1998г при 131,57 руб/га на применение фоликура (рис. 1).

Обнаружена различная реакция сортов па индуцирующее воздействие элиситоров. Очень слабо реагируют на обработку семян и растений "фузарином" Руфа, Будимир, Скифянка при иммунизации против фузариоза колоса, а сорта Безостая 1, Скифянка - против фузариозной гнили корней. К очень высокочувствительным на элиситор сортам можно отнести Краснодарскую 57, Спектр, КНИИСХ 113 (по устойчивости к фузариозу колоса) и Партизанку, Юну, Даху по резистентности к фузариозной корневой гнили. К средне-чувствительным относится Корунд-2, Невская волна, Соратница, применение элиситора ка которых оправдано в годы депрессии болезни. Знание сортов -сенсибилизаторов к элиситорам позволит избежать в сельскохозяйственной практике негативных последствий в биозащите зерновых от факультативных паразитов.

Заключение

(Концепция экологизированной защиты зерновых злаков от факультативных паразитов и пути ее реализации).

Существующая ньше стратегия основана на интегрированном подходе к защите зерновых от комплекса вредных организмов (с акцентом на использование химических соединений) без учета экосвязей актуального патогена с кон-сортной биотой. Низкая эффективность такой стратегии борьбы с почвооби-тающей патомикотой общеизвестна. Стратегия защиты зерновых культур от почвенной микобиоты должна основываться на изучении и реализации ряда выявленных закономерностей.

Основные положения концепции:

1. Определение экологических взаимоотношений основных факультативных паразитов с контактируемой микотой, влияющей на конкурентноспособность за субстрат и их вирулентность.

2. Выявление структуры сообщества "актуальные паразиты и их синер-гисты", особенностей их адаптивного цикла развития в условиях эпифитотии и

депрессии, критических по сенсибилизации к ним фаз развития конкретной сельскохозяйственной культуры.

3. Определение популяций патогенов аккумулятивных (почва - растение) экониш и их миниминация. Направленное (внесением биоорганического удобрения) увеличение плотности конкурентной м икоты с целью ингибирования актуально-патогенной.

4. Активация элиситорами грибов-некротрофов иммунной системы зерновых злаков в "критические" по биоконтаминации фазы развития. Для уменьшения фунгицидного пресса необходимо проводить иммунизацию при среднем инфекционном фоне, а при сильном - совмещать её с химической защитой. Необходимы поиск грибов-продуцентов индукторов устойчивости сельскохозяйственных культур к факультативным паразитам, создание технологии выращивании их на недефицитных питательных средах, разработка методов получения и выделения элиситоров.

5. Актуален отбор сортов (гибридов) с высокой чувствительностью к элиситору и иммунизация их перед критической (по биоконтаминации) фазой развития растений, а также поиск источников первичной инфекции актуальных патогенов.. .

Реализация экологизированной защиты зерновых злаков от факультативных паразитов, в особенности от фузариев, возможна в каждом зёрно-сеющем регионе. Для Кубани она базируется на следующих результатах:

• определены основные патогены и их экониши на кукурузе (в нашем случае виды Fusarium Link, Pénicillium Link, Aspergillus Mich., заселяющие совместно с другими - всего 31 видами - пять фитоэкониш);

• установлен актуальный для кукурузы патоген F. moniliforme, который в состоянии синергизма с грибами С. acremonium и D. sorokiniana усиливает своё развитие, ингибируя сильного конкурента P. glaucum. Последний при си-

нергизме с A. niger и A. glaucus успешно конкурирует с актуальным F. moniliforme. На пшенице фузариозное поражение колоса и корней усиливается на-фоне синергизма F. graminearum с С. acremonium. Уточйив особенности цикла развития данного вида фузария, его адаптивность к погодным условиям региона, удалось выявить критические (по заражению Патогеном) фазы развития пшеницы, ячменя и кукурузы.

• установлена возможность направленной оптимизации супрессивносга почв с помощью внесения навоза, при этом не только на 26% снижается содержание патогенных фузариев, но и сокращаются (прогрессирующее на Кубани ) фузариозно-цефаллоспорозное плесневег.ие семян, аспергиллёзно - гельминто-спориозная корневая гниль кукурузь1, фузариозная гниль колоса и корней пшеницы; . •

• в качестве резерваторов факультативной микобиоты выявлено пять видов сорных растений, рудиментарные початки кукурузы, подгон ячменя; разработаны методы поиска, технологии выращивания грибов-продуцентов индукторов устойчивости зерновых злаков к факультативным паразитам, очистки и выделения элиситоров из культуральных жидкостей грибов Pénicillium spp, и Aspergillus spp.; осуществлен отбор шести сортов и четырех гибридов с положительной сенсибилизацией на иммунизаторы. Определены критические по заражению фазы развития пшеницы и кукурузы, перед наступлением которых должна проводиться иммунизация растения-хозяина. В результате осуществления отмеченных мероприятий повышаются выносливость пшеницы к фузарио-зу колоса и её урожайность (до уровня с химической защитой), отмечено возрастание прибыли, поскольку затраты на применение иммуноиндуктора почти в три раза ниже, чем при использовании химических препаратов.

Выводы

1. Факультативные паразиты заселяют на кукурузе пять экологических ниш с соответствующим числом видов грибов: на хранящемся зерне - девять,

семенах в почве - 26, початках в поле - семь, ризоплане - 29, межкорневом почвенном пространстве - девять. В эконишах кукурузы обитает 31вид факультативной микоты, относящиеся к 21 роду. Наиболее распространенными являются 11 видов рода Fusarium, по два вида Pénicillium и Aspergillus, адаптированных к одной или нескольким фитоэконишам. Запас инфекции на початках в поле ниже (12,0%), чем после периода хранения (22,0%), а относительный индекс пораженности равен 1,83, что указывает на происходящий при хранении процесс создания и накопления, инфекционных структур. После высева семян они дополнительно заселяются девятью патогенами из аккумулятивной межкорневой ниши, вызывая поражение корневой системы и всего растения.

t ' ■ * . ■

2. Сукцессия популяций грибов на хранящихся семенах кукурузы сопровождается элиминацией'из экониши Botrytis, Alternaria, Rhizopus и внедрением видов Pénicillium и Fusarium. Обитатели этой ниши вызывают в почве плесне-вение семян и зародышевых корней, что у 20,4% всходов кукурузы снижает фи-томассу (на 48%) или полностью уничтожает растение. Наиболее, заселенной является ризогшака, обитатели которой поражают корни у 33,7% растений, обладают высоким коэффициентом вредоносности (до 0,32%), что соответствует потерям зерна в 1,28 ц/га при ДПВ = 15%. В динамике отмечаются изменения в частоте встречаемости патогенов во всех эконишах; например, три десятилетия назад 19,7% семян в почве поражались возбудителями плесневения, в годы применения интенсивной технологии - до 16%, а с 1993г. - до 25%. Диффузное распространение Fusarium Link с семян на корни происходит из тканей перикарпия через основную паренхиму, проводящие пучки и сердцевину корней; a Pénicillium Link - через основную паренхимму и сердцевину.

3.Конкурентноспособность за субстрат и антагонизм являются одной из форм аллелопатии внутри сообщества некротрофов: слабо патогенные Aspergillus и значительно поражающие семена Penicilliun после фазы всходов не опасны для кукурузы, но совместно ингибируют Fusarium. Используя эти особенности аллелопатии, можно направленно оптимизировать супрессивность

почв (например, внесением навоза), что уменьшает популяции актуальных паразитов за счет увеличения численности колоний сапротрофов, слабых патогенов и антагонистов.

Изменяющийся в течение вегетации растительный субстрат кукурузы индуцирует сукцессию 31 вида факультативных паразитов, а трофические связи их приводят к цикличности сукцессии: сначала четыре рода некротрофов оптимизируют инвазию пяти родов "сахарных" грибов на семенах и всходах, три рода целлюлозоразрушителей слабо инфицируют молодые (с повышенным иммунитетом) растения, а 23 вида завершают разрушение стареющей ткани в конце вегетации (особенно активизируются Fusarium -восемь видов из 11 - и D. sorokiniana).

4. Выявлено наличие синергизма в микоценозе факультативных паразитов. При межродовой аллелопатии F. moniliforme превалирует над конкурентами чаще при синергизме с С. acremonium и реже - с D. sorokiniana. Установлено четыре вида подобных взаимоотношений в межродовой аллелопатии микромицетов. Среди конкурентов обнаружена внутриродоиая аллелопатня, при которой, например, A. niger ингибирует A. glaucus, или один слабый патоген угнетает себе подобного, но при взаимодействии с ним лучше развивается и становится более конкурентоспособным в борьбе за субстрат. Подобное явление выступает в качестве фактора индукции смешанных гнилей кукурузы: F. moniliforme + С. acremonium на семенах (в 1977-1992г.г. было 0,8-7% смешанных гнилей, с 1993г.- 10-14%), A. glaucum + D. sorokiniana на корнях (до 1993 г.- около 1%, затем - 2,3 -8,5%).

5. Эволюционно на Кубани за последние 30 лет видовой состав фузариев на кукурузе не изменился, но вместо ранее доминировавщих F. moniliforme > F. gibbosum > F. culmorum корневую систему стали чаще поражать F. ох-ysporum > F. moniliforme > F. solani > F. sambucinum.

Органотропная специализация позволяет N. oryzae, P. glaucum увеличивать запас инфекции за счет поражения рудиментарных початков кукурузы, а D. sorokinianä - при развитии на подгоне ячменя.

Инфицирование семян любым видом Fusarium оптимизирует в сильной степени1 инвазию на корнях F. oxysporum, F. moniliforme, F. gibbosum, F. sporotrichiella, я слабой - D. sorokiniana, A. tenuis . Из пораженных P. glaucum семян вырастали растения, у которых снижалась устойчивость лишь к F. moniliforme.

Полифагия стимулирует у факультативных паразитов процесс пищевой специализации: у F. moniliforme - к субстрату на кукурузе, щирице запрокинутой и жминдолистной, у С. japónica - щирице запрокинутой, кукурузе, канатнике, курином просе, F. oxysporum - на кукурузе.

6.Инфекционный запас F. graminearum формируется в нишах кукурузы в два критических по сенсибилизации периода ее развития - с третьей декады апреля до третьей декады мая и с третьей декады августа до конца второй декады сентября. В весенний период ризосфера проростков поражается при температуре почвы 14 ... 18,4°С и полевой влажности 18,7-20,3%, а физиологически стареющих растений - соответственно 23,3... 24,1°С и 10,3-12,2%. Отклонение годовых гидротермических показателей почвы от указанных позволяет объяснить причину количественного накопления инокулюма фитопатогена.

7. Экономически "маловредоносное" (вызываемое Р. glaucum, A. gla -ucus и другими патогенами) плесневение семян способствует опасным изменениям в инфицированных растениях, ингибируя (на 36-43%) интенсивность дыхания всходов. Усиление процессов окисления органических веществ (на 1922%) приводит к угнетению роста корней кукурузы от Р. glaucum и уменьшению площади листьев от F. moniliforme. Активность пероксидазы коррелирует с интенсивностью дыхания пораженных растений. В зависимости от вида па-

тогена на 5-25 % уменьшается адсорбирующая поверхность корневой системы, а содержание зеленых пигментов снижается почти вдвое.

8. Очищенные культуральные жидкости селективно отобранных непатогенных Aspergillus spp. Raper et Fennell. (штамм А) и Peniciilium spp. Sto!!. (штамм 1), выращенные на специальной недефнцнтной питательной среде при рассеянном свете и температуре 24°С содержат элиситоры индукции устойчивости к патогенам кукурузы и пшеницы. Индукторы получены ("фузарин" - из Aspergillus, а "комплексин" - из двух названных штаммов) с помощью метода Moerschbacher и соавт.(1986 ) в нашей модификации. "Фузарин" представлен 16 аминокислотами, фитогормонами и другими компонентами с молекулярной массой ниже 1000 Д. Одним из проявлений защитного действия "фузарина" на пшеницу является индукция в иммунизированных растениях биосинтеза ингибиторов трипсина.

9. При фузариозной инфекции активность пероксидазы может усилиться на 305%, а при инокуляции иммунизированных растений - на 16% - 19% к контролю; уровень активности полифенолоксидазы и проницаемость мембран нормализуются через пять дней от "фузарина" и на - восьмые сутки - от "комплексина"; повышается водоудерживающая способность кукурузы (на 15%); ингибируегся содержание малонового диальдегида, нормализуется интенсивность перекисного окисления'лтидов и снижается опасность нарушения структуры клеточных мембран; содержание зеленых пигментов снижается на 9% (при 24,9% от инокуляции); сохраняется прочность связи хлорофилла с белком пластид, повышается сопротивляемость пшеницы к заражению патогеном

10. Индуцирование устойчивости кукурузы к факультативным паразитам при обработке семян (1,8% раствором "комплексина"), растений - в фазах 3-5 и 10-12 листьев (0,1 % раствором), редуцирует пораженность плесневением семян в почве и початков (в среднем с 34% на контроле до 10% в варианте, и корневым« гнилями соответственно- с 43% до 23%). Урожайность зерна при этом увеличивается примерно на 6-8% в сравнении с химической защитой.

Биологическая эффективность "фузарина" при иммунизации озимой и яровой пшеницы от F. grarmnearum составляет 70% при 15% -ном инфекционном фоне, а при усилении фона ( 16-30%) она колеблется от 57 до 47%, что со-отвествует химической защите. Распространенность снижается почти в три раза (при Р = 40%), а затем ( при Р > 40%) уменьшается только степень развития заболевания (почти на 43%). Продуктивность растений при этом возрастает в

пределах 12% к контролю. Элиситоры совместимы с некоторыми рострегуля-*

торами, фунгицидами и биопрепартами.

11. На основе результатов исследований разработана концепция экологизированной защиты зерновых злаков от факультативных паразитов. С учётом её основных положений сформулированы предложения производству.

Предложения производству.

Для внедрения в производство предлагаются элементы экологизированной защиты кукурузы, пшеницы и ячменя от факультативных паразитов:

1. Сразу после уборки урожая общепринятыми агротехническими приемами снизить запас инфекции в местах резервации следующих патогенов: Nigrospora Petch, Pénicillium Link, Fusarium Link - рудиментарных початках, Fusarium Link (телеоморфы) - в корнях, основаниях стеблей, упавших на почву початках, D. sorokiniana - остатках подгона ячменя.

2. Постоянно уничтожать сорняки - резерваторы возбудителей плесневе-ния семян и гнилей корней кукурузы, такие как марь белая, осот полевой, куриное просо, щетинник сизый, гулявник высокий, щирица запрокинутая, амброзия Полыннолистная, вьюнок полевой, ярутка полевая.

3. Оптимизировать супрессивные свойства почвы после зернового предшественника внесением не менее 30 т/га навоза, что позволяет увеличить плотность популяций антагонистов, нейтральной микробобиоты и снизить численность факультативных паразитов.

4. При сильном заражении семян патогенными Fusarium, Penicil'.ium, Aspergillus и Alternaria обрабатывать их химическими протравителями в сочетании с "комплексином" (кукуруза) или "фузарином" (пшеница) в полных дозах их применения. При слабой биоконтаминации семян и при посеве по "нефузариозным" предшественникам допустима иммунизация семян этих культур только элиситорами (1,8% раствор, 10 л/т семян). "Комплексин" и "фузарин" совместимы с ТМТД, фундазолом, рострегуляторами (Универсальный, Кавказ, кротанолактон), гербицидом 2.4-Д, плёнкообразователями NaKMU, мочевинно - формальдегидной смолой и поливиниловым спиртом.

5. Для заблаговременного индуцирования иммунной системы кукурузы её посевы следует опрыскивать "комплексином" (0,1% раствор) в фазу выметывания метелки, а пшеницу в фазы 5. (для редукции корневой гнили) и 10.2 (по Фи-икесу) от фузариоза колоса "фузарином" (0,1% раствор) на посевах с сортами, обладающими положительной реакцией на иммунноиндукторы. На посевах слабочувствительных к элиситорам сортов иммунизацию следует совмещать с применением фунгицидов.

6. Целесообразно при внедрении в производство новых сортов пшеницы и ячменя использовать разработанную нами методику идентификации биоэлиси-торов устойчивости растений из культуральных сред некротрофов. Поскольку наибольшей положительной реакцией на исследованные биоэлиситоры характеризуется пшеница сорта Спартанка, Краснодарская 57, Спектр, линии КНИ-ИСХ-113 (при индукции устойчивости к фузариозу колоса) и Партизанка, Юна, Даха (для повышения резистентности к фузариозной корневой гнили), а из ячменей на "фузарин" высокоотзывчив сорт Вавилон , именно их следует использовать в качестве эталонов сравнения.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликованно 62 статьи.

Основные научные труды:

1. Сокирко В.П. Как продлить срок хранения семян // Сельскохозяйственное производство Поволжья. -1965. - № 4. - С. 17.

2. Сохирко В.П. Приспособление для высева малых доз семян кукурузы // Селекция и семеноводство. - 1968. - № 1. - С. 12.

3. Натальина О.Б., Сокирко В.П. Болезни семян кукурузы в условиях Саратовской области. //Тр. / Саратов. СХИ. -1968. - T. XVII. - С.256-260.

4. Сокирко В.П. Изучение болезней семян кукурузы при орошении и меры борьбы с ними в условиях Саратовской области //Материалы 25 науч. конф. проф.-преподав. состава.-Саратов. - 1968гС.184-186.

5. Сокирко В.П. Болезни семян кукурузы в условиях орошаемого земледелия Саратовской области и меры борьбы с ними //Автореф. дисс.... канд. с.-х. наук.-Саратов, - 1968. - 24 с.

6; Сокирко В.П. Развитие проростков кукурузы в зависимости ст места заражения зерновок грибом Pénicillium glaucum //Материалы XXVI науч. кочф. проф.-преподав. состава.-Саратов, - 1969. - Вып. 7.- С. 46-52.

7. Сокирко В.П.,Натальина О.Б. Защита прорастающих семян кукурузы от плесневения при орошении //Тр. /Саратов. СХИ, - 1969.-Т.23. - С.Зб-42.

8. Сокирко В.П. Особенности углеводородного обмена прорастающих, зерновок зараженных грибом Pénicillium //Тр. /Саратов. СХИ, -1970.-Вып. XXX.-С. 12-14.

9. Сокирко В.П. Погрузка протравленных семян и нанесение микроэлементов //Защита растений. -1970. - № 9.- С. 25.

10. Сокирко В.П. Влияние внутрирастнтельных химических веществ на пораженность кукурузы возбудителями плесневения // Тр./ Саратов. СХИ. - 1972гВыпУ.'С. 17-19.

11. Сокирко В.П., Стручалин М.С. Эрозия почв и болезни озимой пшеницы. -Краснодар, 1974, -3 с. (информ. листок; Краснод. ЦНТИ).

12. Сокирко В.П. Химические и биологические меры борьбы с болезнями семян кукурузы //Тр. /Кубан. СХИ.-1976.- Вып. 125,- С.12-15.

13. Сокирко В.П. Некоторые биологические особенности осговных возбудителей корневых гнилей кукурузы //Тр. /Кубан. СХИ. - 197б.~Вып. 125^125.

14. Морозова А.А., Сокирко В.П. Оценка устойчивости гибридов кукурузы к стеблевым гнилям в зависимости от густоты стояния и сроков уборки урожаев//Тр./Кубан. СХИ. -1977,-Вып. 148.-С. 13-17. . •

15. Sokirko V. La moisissure des semences et la pourriture des racines du mais /RPR de Guiñee. - Kankan, 1978. - P. 1-6.

16. Sokirko V. La protection des cultures en Republigue Popiulaire Revolutionnaire de Guiñee /RPRdeGunee. rKaiíkan, 1980.-P. 1-8.

17. Sokirko V. Les principales maladies des cultures agricoles en Guiñee // RPR de Guiñee. - Kankan, 1980. - 87 p.

18. Сокирко В.П., Осакве Д. А. Комплексная предпосевная обработка семян кукурузы - Краснодар, 1984,-4 с. (информ. листок; Краснод., ЦНТИ).

19. Сокирко В.П., Осакве Д.А. Плесневение семян - экономически вредоносное заболевание кукурузы на Кубани // Материалы IV Всесоюз. науч. -техн. конф. молодых ученых по проблемам кукурузы. - Днепропетровск, 1985.-Ч II. -С.106.

20. Сокирко В.П., Балде Ч.А. Корневые гнили кукурузы - вредоносное заболевание на Кубани /Яр. /Кубан. СХИ. - 1985. -Вып. 255.-Краснодар.- С. 33.

21. Осакве Д.А., Балде Ч.А., Сокирко В.П. Пхесневение семян и корневые гнили - взаимосвязанное заболезание на растениях кукурузы. II Тр. /Кубан. СХИ.-1985. -Вып. 255. - С.36-41.

22. Сокирко З.П. Вакцинация и протравливание семян с использованием полимерной пленки: Рекомендации,-Краснодар, 1985. - С.25.

23. Осакве Д.А., Сокирко В.П. Физиолого-биохимичсеские изменения в проростках кукурузы, полученных из пораженных плесневыми грибами семян //С. - х. биология.-1986.-№ 8. - С. 83-85.

24. Осакве Д.А., Сокирко В.П. Сравнительная патогенность возбудителей плесневения семян // Защита растений. -1987. - №3 . - С. 18.

25. Сокирко В.П. Индуцированная устойчивость кукурузы к плесневению семян и корневым гнилям //Интегрир. защита зерновых культур от вредителей и болезней при интенсив, технологиях возделывания.-Краснодар, 1987. - С.100.

26. Жалиева Л.Д., Зазимко М.И., Сокирко В.П., Младенов М.Р. Защита от фузариоза колоса с помощью биологических препаратов // Науч. - практ. конф. -Краснодар, 1990. -Ч. II. - С. 262-263.

27. Сокирко В.П., Жалиева Л. Д. О возможности создания у пшеницы индуцированной устойчивости к фузариозу колоса с помощью грибных элиси-торов. //Сб. науч. тр. /КНИИСХ. - Краснодар, 1990.-С.94-96.

28. Сокирко В.П. Создание индуцированной устойчивости у растений кукурузы к корневым гнилям и плесневению семян с помощью грибной вакцины //Тр./Кубан. СХИ.-1990. - Вып. 307. - С. 30-37.

'29. Сокирко В.П., Зазимко М.И., Жалиева Л.Д. Внешнее проявление реакции растений пшеницы на вакцинацию грибным элиситором // Сб. тр. /КНИИСХ. - Краснодар, 1991. - С.32-34 .

30. Сокирко В.П., Зазимко М.И., Жалиева Л.Д. Создание индуци- рован-ной устойчивости у растений пшеницы к фузариозу колоса с помощью грибных метаболитов // Сб. тр. /КНИИСХ. -Краснодар, 1991. - С. 29 - 31.

31. Сокирко В.П; Индуцированная грибными метаболитами устойчивость пшеницы к фузариозу колоса //Всесоюз. конф. /СНИИСХ. - Ставрополь, 1991. ■ С. 37-40. ^

32. Сокирко В.П., Гаврилов A.A., Хотулев В.Я. Влияние биологически активных веществ на устойчивость и качество зерна озимой пшеницы // ТАм же.-С. 44-46.

33. Сокирко В.П. Биологическая иммунизация грибными метаболитами растений озимой пшеницы в борьбе с фузариозом.колоса II Тр. /Кубан. .ГАУ. -1993.-Вып. 332. -С. 63-66.

34. Сокирко В.П., Гаврилов A.A. Влияние биологической иммунизации на содержание хлорофилла в листьях озимой пшеницы при фузариозной инфекции //Там же.-С. 66-71.

35. Сокирко В.П. Повышение эффективности биопрепаратов в борьбе с грибной инфекцией сельскохозяйственных культур //Экол. безопасные и беспестицидные технологии получения растениеводческой продукции. -Пущи-но, 1994.-Ч.И.-С. 14-17.

36. Сокирко В.П. Видовой состав патогенов семян и устойчивость я ним перспективных гибридов кукурузы //Тр. /Кубан. ГАУ.-1997.-Вып.356. - С. 66,

37. Сокирко В.П. Физиолого-биохимическое обоснование иммунизирующего эффекта растений кукурузы грибными метаболитами // Там же. -С. 69-73.

38. Сокирко В.П., Горьковенко B.C. Аккумулятивная ниша факуль- та-тивных патогенов в околокорневом почвенном пространстве кукурузы II Там же-С. 183-184.

39. Котляров В.В., Сокирко В.П., Кулик В.А. Диагностика бактериальных болезней пшеницы и защита посевов от них: Рекомендации.-Краснодар, 1997. -С.15.

40. V.P. Sokirko, S.V. Vovchuk, A.A. Gavrilov. Preparative isolation of the tolerance inductor against Fusarium graminearum Schwabe from culture liquid of the strain A of Aspergillus spp. Râper et Fennell // Agricultural Chemistry,- 1997,-V. l,-№4, - P. 391-393.

41. Замотайлов A.C., Сокирко В.П. Разработка биоэкологических методов регулирования развития основных патогенов зерновых, овощных и плодовых культур II Тр. /Кубан. ГАУ. -1997НВып. 357. - С. 38-40.

42.Сокирко В.П. Болезни кукурузы / Распространение основных вредителей и болезней сельскохозяйственных культур в Краснодарском крае в 1997 году и прогноз их появления в 1998 году. Под ред. Пикушовой Э.А. и др., 1998

-С. 30-31.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора биологических наук, Сокирко, Виктор Петрович, Краснодар

il

// /Л g$

tt

: (1

? щ

.у /

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СОКИРКО ВИКТОР ПЕТРОВИЧ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕРНОВЫХ ЗЛАКОВ К ФАКУЛЬТАТИВНЫМ ПАРАЗИТАМ

06.01.11 - защита растений

Диссертация

на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант -

академик РАСХН СОКОЛОВ М.С.

Краснодар, 1998 г.

С ОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................... 6

1. МЕСТО, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ................................... 16

1.1.Почв ы............................................ 17

1.2.Климатические и погодные условия................... 18

1.3. Методика проведения исследований.................. 23

2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ВРЕДОНОСНОСТЬ ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ПАРАЗИТОВ НА ЗЕРНЕ И КОРНЯХ КУКУРУЗЫ......................................... 30

2.1 .Распространение популяций микобиоты хранящегося

зерна кукурузы и созревающих в поле початков......... 31

2.2. Вредоносность основных местных популяций патогенов семян при хранении............................ 37

2.3 Распростанение и вредоносность патомикоты семян в

почве............................................. 41

2.4. Вредоносность основных возбудителей корневых гнилей кукурузы на фоне искусственного заражения....... 48

2.5. Потери урожая в зависимости от распространенности корневых гнилей кукурузы.Биологический порог и их экономическая вредоносность........................ 51

2.6. Распространение и вредоносность патогенных популяций ризопланы кукурузы........................... 53

3. ВИДОВОЙ СОСТАВ ПОПУЛЯЦИЙ ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ПАРАЗИТОВ НА РАСТЕНИЯХ КУКУРУЗЫ................................................................................59

3.1. Видовой состав популяций патосистемы ризосферы кукурузы......................................... 60

3.2. Видовой состав патомикоты экониши семян в почве 61

3.3. Видовой состав факультативных паразитов ризопланы 65

3.4. Аккумулятивная ниша факультативных паразитов межкорневого почвенного пространства............. 69

3.5. Определение критических по сенсибилизации фаз развития кукурузы к основным патогенам корневой системы . 70

4. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ПАРАЗИТОВ ГЕНЕРАТИВНЫХ ОРГАНОВ И КОРНЕЙ КУКУРУЗЫ........................................ 74

4.1. Сукцессия патогенов на генеративных органах,

корнях и основные пути инфицирования их тканей..... 75

4.2. Гистологическое подтверждение диффузного типа сукцессии семенной инфекции на корневую систему.... 81

4.3. Сукцессия и трофические связи патогенной микобиоты

на зерне и корнях кукурузы......................... 82

4.4. Особенности патогенеза аборигенных популяций факультативных микопаразитов кукурузы............ 88

4.5. Синергизм - важный фактор конкурентноспособности 1 современных видов факультативных паразитов внутри 90 одной экологической ниши..........................

4.6. Синергизм - индуктор появления комплексной инфекции и смешанных гнилей кукурузы.................. 96

4.7. Изменение доминант популяций Fusarium Link

в ризосфере кукурузы во временном аспекте........... 99

4.8. Особенности пищевой специализации аборигенных факультативных паразитов......................... 102

4.9. Контаминация факультативной микотой семян и потеря устойчивости кукурузы к патогенам ризосферы........ 106

4.10. Полифагия - важное свойство формирования паразитизма у патогенов ризосферы кукурузы.............. 108

4.11. Антагонизм - одна из форм аллелопатии микро-

мицетов на кукурузе............................... 111

4.12. Биологическое обоснование адаптивных особенностей цикла развития F. graminearum в реальных условиях эпифитотии и регрессиии........................... 117

4.13. Изменение вирулентности фузариев на корнях и зерне кукурузы, пшеницы в зависимости от особенности гидротермических условий года.................... 122

4.14. Деструктивные изменения физиологических процессов кукурузы в зависимости от вирулентности факультативных паразитов..................................................128

4.15. Направленное изменение плотности грибных популяций околокорневого сообщества у зерновых и оптимизация супрессивности почв с помощью применения органического удобрения........................................132

5. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ИНДУЦИРОВАННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ В БОРЬБЕ С ФАКУЛЬТАТИВНЫМИ ПАРАЗИТАМИ КУКУРУЗЫ И ПШЕНИЦЫ........................... 137

5.1. Известные случаи создания и применения индуцированной устойчивости кукурузы, пшеницы против

грибных патогенов................................. 137

5.2. Индуцирование метаболитами некротрофов устойчи вости кукурузы, пшеницы к факультативным паразитам высеянных в почву семян и корневой системы................140

5.3. Специфические особенности индуцированной устойчивости кукурузы и пшеницы к факультативным паразитам........................................ 150

5.4. Выделение элиситор-активной фракции из культу-ральных жидкостей и испытание их иммунизирующей

способности...................................... 154

5.5. Изучение биологической активности "фузарина", подвергнутого физическим воздействиям.............. 158

5.6. Разработка метода получения "фузарина" в очищенном

виде............................................. 161

5.7. Изучение физико-химических свойств очищенного "фузарина"....................................... 165

5.8. Изучение ответной реакции пшеницы на действие "фузарина"....................................... 168

5.9. Технологические этапы получения биоиндукторов..... 170

6. ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСТЕНИЙ КУКУРУЗЫ И ПШЕНИЦЫ, ИММУНИЗИРОВАННЫХ БИОИНДУКТОРАМИ К ФУЗАРИОЗНОЙ ИНФЕКЦИИ........................................ 176

6.1. Активность пероксидазы в здоровом и инфицированном растениях под влиянием биоиндукторов............... 176

6.2. Возможность использования пероксидазы, как биохими ческого признака индуцированной устойчивости...... 182

6.3. Влияние "комплексина" и "фузарина" на активность полифенолоксидазы здорового и инфицированного 184 растения

6.4. Изучение проницаемости и структуры клеточных мембран в иммунизированных растениях кукурузы и пшеницы.......................................... 187

6.5. Влияние элиситоров на фотосинтез кукурузы и пшеницы 194

6.6. Влияние элиситоров на прочность связи в хлорофил-белковом комплексе пластид......................... 197

7. ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИММУНИЗАТО-РОВ В ЗАЩИТЕ КУКУРУЗЫ, ПШЕНИЦЫ, ЯЧМЕНЯ

ОТ ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ПАРАЗИТОВ............... 199

7.1. Определение оптимальной концентрации биоиндукторов.................................... 202

7.2. Поиск обогащенных питательных сред для выращивания штамма А гриба A. clavatus Râper et Fennell - продуцента элиситора устойчивости злаковых к Fusarium .. 204

7.3. Изучение научными учреждениями возможности иммунизации "фузарином" и "комплексином" пшеницы и

ячменя к фузариозу колоса, а кукурузы - к плесневению.. 207

7.4. Создание индуцированной устойчивости у растений пшеницы к корневым гнилям с помощью элиситора.... 219

7.5. Проявление неспецифического индуцирующего эффекта

элеситора "комплексны" на растениях огурца.......... 225

7.6. Эффективность иммунизации растений зерновых злаковых культур биоэлиситорами в производственных условиях.......................................... 226

7.7. Содержание вомитоксина в зерне пшеницы иммуни зированных и защищенных химическими препаратами растениях..........................................................................252

7.8. Пути повышения биологической эффективности иммунизаторов в борьбе с факультативными паразитами зерновых злаковых культур......................... 254

7.9. Эффективность иммунизации растений кукурузы элиситором комплексин в производственных условиях .. 259

7.10. Стратегия экологической защиты кукурузы и пшеницы

от факультативных паразитов...................... 262

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................... 266

ВЫВОДЫ............................................. 270

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................. 277

ПРИЛОЖЕНИЕ...................................... 321

ВВЕДЕНИЕ

Факультативные паразиты стали мощным стрессорным фактором, снижающим урожай зерна кукурузы и пшеницы. Многочисленный коли-чественый и качественный состав их адаптирован к обитанию в почве. Обладая исключительной пластичностью и вирулентностью, они свободно расширяют ареал, вызывая плесневение зерна в почве и при хранении, гниль початков и корней кукурузы, а на пшенице - особо вредоносные болезни: фузариоз колоса и "болезнь века" (Бенкен и др., 1977) -корневую гниль.

На Кубани плесневение высеяных в почву семян считается маловредоносным заболеванием кукурузы, но почвообитающие факультативные паразиты приводят к гибели 15% семян и ослабляют рост, развитие 10% всходов (Ивахненко и др., 1983; Сокирко, 1985). Потери зерна от плесневения початков в поле составляют в среднем 9,4% (Борг-гардт,1932; Ивахненко и др., 1983; Александр, 1986; Ампилогова и др., 1996). Ежегодно на плантациях кукурузы, в зависимости от погодных условий и уровня агротехники, обнаруживается до 12% растений с корневой и стеблевой гнилью (Иващенко, 1970; Грисенко, 1971; Флоря, 1974; Сокирко, 1985). В последние полтора десятилетия в Краснодарском крае усиленно распространяется фузариозная корневая гниль кукурузы: в среднем у 40% обследованных растений корни поражены фузариями. Стимулирует заболевание то обстоятельство, что в регионе давно создается семенной фонд кукурузы сначало для СССР, а теперь для России. Здесь же испытываются и высеваются на больших площадях неадаптированные к местным гидротермическим условиям гибриды и сорта иностранной селекции.

Среди факультативных паразитов особую значимость приобретают грибы рода Fusarium Link. Накапливая телеоморфы на кукурузе, они

часто вызывают эпифитотию фузариоза колоса и фузариозную корневую гниль на пшенице и ячмене. За последние 12 лет на Кубане было три эпифитотии фузариоза колоса. Эпифитотии принесли с собой миллионы тонн фузариозного, с высоким содержанием фузариотоксинов зерна пшеницы.

Последние четыре года наблюдается регрессия в развитие фузариоза колоса, но идет эпифитотия фузариозной корневой гнили пшеницы, ячменя в России и "тихая" эпифитотия фузариозной корневой гнили кукурузы на Кубани.

Устойчивых сортов и гибридов к факультативным паразитам пока не создано (Грисенко, 1970; Соколов, 1992; Ампилогова, 1992). Не удается полностью исключить развитие данных патогенов, в том числе и Fusarium Link, поскольку эффективные фунгициды в мировой практике отсутствуют (Борггард, 1961; Кунаков, 1984; Тютерев, 1984; Чулкина, 1991; Шевелуха, 1992; Соколов, 1992; Всесоюзные совещания по фузари-озу колоса, Краснодар, 1988, 1990 , 1992; Obst, 1981; Farr et al., 1989; Parry et al., 1995).

Перспективность биологической борьбы посредством микроорганизмов-антагонистов, антибиотиков уже давно не вызывает сомнения (Моршацкий, Моршацкая, 1975; Пономарёва и др., 1975; Федоринчик, 1977). Однако, широкое применение антагонистов на зерновом поле сдерживается трудностью создания оптимальных условий для их развития в почве, сложностью промышленного воспроизводства больших партий и нередко - высокой себестоимостью.

В связи с этим во всем мире ведутся поиски и разработки новых методов защиты кукурузы, пшеницы от факультативных паразитов. Наибольший интерес вызывает искусственная индукция устойчивости, стимуляция самозащиты растений от почвообитающей микоты. В теоретическом плане индуцированная устойчивость обладает рядом преиму-

ществ перед общепринятыми методами. Иммунизация способна снизить уровень загрязнения экосистемы, по своей природе близка к естественным иммунным реакциям и активизирует различные механизмы устойчивости, препятствуя тем самым быстрому возникновению новых вирулентных рас и биотипов (Куч, 1984, 1985).

Сама индуцированная устойчивость у растений возникала эволю-ционно и возникает всегда в период вегетации как естественная реакция на метаболиты окружающей их биоты. Метаболиты микромицетов, в т.ч. и факультативных паразитов, первыми атакуют клетку растений. Распознав инородное тело на своей поверхности, клетка включает свой защитный механизм, т.е. начинается феномен индуцированной устойчивости. В процессе многовековых экологических взаимоотношений растение генетически готово распознать продукты метаболизма биоты, а патогенной в особенности. Поэтому, исскуственная иммунизация метаболитами неспецифических, или слабых факультативных паразитов более естественна природе растений, чем специально созданными человеком химическими веществами (пестициды, микро- и макроэлементы, антибиотики, сыворотки от животных, физические факторы, Деверолл, 1979; Бейли,1985; Дъяков, 1987).

Однако вопросы индукции иммунной системы у растений до настоящего времени освещены, в основном, на примере картофеля против фитофторы.

Встал вопрос методических и практических способов создания устойчивости кукурузы и пшеницы к факультативным паразитам, в особенности к Fusarium Link. Однако решение данного вопроса не может быть эффективным без изучения экологических взаимоотношений патогенов с окружающей их биотой и разработки направленной оптимизации развития их антагонистов, увеличения численности полезных, са-протрофных и нейтральных видов популяций миробобиоты. Эти и дру-

гие вопросы стали объектом нашей многолетней исследовательской работы.

Актуальность темы. В последние годы факультативные паразиты сильно снижают урожай зерна кукурузы и пшеницы. Они вызывают плесневение зерна в почве и при хранении, гниль початков и корней кукурузы, а на пшенице - особо вредоносные болезни: фузариоз колоса и корневую гниль. Сложность борьбы с ними определяется их биологией, местообитанием (в почве) и способностью поражать широкий спектр сельскохозяйственных и дикорастущих растений.

В мировой практике защиты от факультативных паразитов не известны фунгициды, обеспечивающие сохранение более 45-50% потенциального урожая (Parry et al.,1995; Всесоюзные совещания по фузариозу колоса, Краснодар, 1988, 1990, 1992). Пока отсутствуют устойчивые к ним гибриды кукурузы и сорта пшеницы, поэтому поиск новых, экологичных и рентабельных способов защиты от почвообитающей, патогенной микобиоты является актуальной проблемой современной защиты растений.

Практика показывает, что растения тогда эффективно самозащищаются, когда их иммунный механизм своевременно реагирует на атаку патогена. Для этого необходима искусственная индукция устойчивости зерновых злаков в отношении почвообитающей патомикоты, близкой по своей природе к естественным иммунным реакциям растений. Таким требованиям отвечают метаболиты миконекротрофов или выделенные из них элиситоры, генетически и/или функционально близкие к актуальным и специфичным факультативным паразитам. Такая индуцированная устойчивость возникла у растений эволюционно и проявляется в период вегетации как естественная реакция на метаболиты окружающей их био-ты. В начале жизнедеятельности помещенное в почву семя, затем корни, проростки и растение в целом вынуждены реагировать и защищаться от атаки биотических стрессоров и конкурентов, т.е. проявлять индуциро-

ванную устойчивость. Поиск таких биоиндукторов и применение их в производстве - новое направление в защите зерновых злаков. Однако успех индуцированной "самозащиты" невозможен без знания, использования особенностей экологии системы "факультативные паразиты - растение-хозяин".

В современных фитопатологических исследованиях заболевания семян и корней изучаются как отдельные болезни, то есть без учета существующих экосвязей между их возбудителями, сапротрофами и авто-трофными растениями. В традиционных методах защиты практически не учитываются явления супрессивности почв, микробного антагонизма и факторы, их индуцирующие. Остается практически не задействованным почвенное биоразнообразие, структура полезных и нейтральных популяций микробобиоты. В связи с этим весьма актуальны комплексные исследования по выделению и изучению основной специфичной патомико-ты, ее экосвязей с окружающей биотой, оптимизация развития полезных, нейтральных видов для снижения уровня инфекционного фона и на этой основе - применение биологических индукторов устойчивости для уменьшения фунгицидного пресса.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом № 6 научно-исследовательских работ Кубанского государственного аграрного университета государственной программы с номером государственной регистрации 01960009005.

Цель и задачи исследований. Цель работы - обоснование необходимости индуцирования грибными метаболитами устойчивости зерновых злаков к основным специфичным факультативным паразитам, в особенности к видам Fusarium Link с учетом изучения экологических связей патогенов с полезной и нейтральной микобиотой для направленного снижения почвенного инфекционного пресса. В задачи исследований входило:

определение ареала основных специфичных факультативных паразитов в Западно-Предкавказском регионе, прямых и косвенных потерь урожая кукурузы от их популяций в агроценотических эконишах;

изучение ценоконсортного комплекса актуальных факультативных паразитов, обитающих в агроценозах кукурузы, пшеницы и ячменя, выявление их экологических взаимоотношений и возможностей направленного изменения плотности этих грибных популяций путем индукции почвенной супрессивности;

изучение возможностей создания биоиндукторов, поиск их источников и продуцентов, разработка методик их по