Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционные аспекты взаимодействия паразитической нематоды Globodera rostochiensis (Wollenweber, 1923) Behrns, 1975 и растений картофеля

ВАК РФ 03.00.19, Паразитология

Автореферат диссертации по теме "Популяционные аспекты взаимодействия паразитической нематоды Globodera rostochiensis (Wollenweber, 1923) Behrns, 1975 и растений картофеля"

те. ол

L '* L !i На правах рукописи

МАТВЕЕВА Елизавета Михайловна

ПОПУЛЯЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАРАЗИТИЧЕСКОЙ НЕМАТОДЫ

GLUBODERA R OS ТО CHI ENS IS (WOLLEN WEBER. 1923) BEHRENS. 1975 И РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ

Специальность 03.00.19 - паразитология, гельминтология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1998 г.

Работа выполнена в лаборатории паразитологии животных и растений Института биологии Карельского научного центра РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук Е.П. Иешко

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Н.Д. Романенко

кандидат биологических наук С.Н. Кручина >

Ведущая организация - Всероссийский Институт гельминтологии им. Г.К. Скрябина

Защита состоится " 14 " октября 1998 г. в 119° час. на заседании Диссертационного совета Д 200.54.01 в Институте паразитологии РАН по адресу: г. Москва, Ленинский проспект,-33

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "_ 9 ¿¿Ш^Л 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Коспок Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Взаимодействие партнеров в паразитарной системе, т.е. влияние паразита на растение и зависимость развития паразита от состояния растения, редко рассматривается как единый процесс. Характер отношений между паразитом и хозяином определяется сложным набором адаптивных реакций. При этом паразит испытывает на себе воздействия растения, направленные на снижение патогенного влияния, что может быть оценено на основе данных по динамике численности, структуре популяции и плодовитости фитонематод. В свою очередь, обитающий в растении паразит оказьюает влияние на морфологические, анатомические и физиологические показатели зараженных растений. При этом, в зависимости от состояния среды (температуры, почвенных условий и др.), дозы заражения и чувствительности вида или сорта растения к действию нематод, отношения паразит-хозяин на уровне взаимодействующих особей могут варьировать в широких пределах. В силу этого на популяционном уровне результат их взаимодействия может иметь различный характер и последствия.

Среди вредителей и болезней важнейших с/х культур по распространенности и по вредоносности особо выделяется картофельная цистообразующая нематода аоЬос!ега гоМосЫепяк* \Voll. На сильнозараженных полях отмечается снижение урожая раннеспелых и среднеспелых сортов картофеля на 50 - 80 %, позднеспелых - на 30 % (Деккер, 1972; Бойко, 1973; Шестеперов, Савотиков, 1995). Присутствие нематоды в почве усиливает грибные, бактериальные и вирусные болезни растений. В последние годы наблюдается расширение очагов глободероза картофеля, обусловленное нарушением карантинных требований и агротехники возделывания.

В целях ликвидации очагов заболевания и защиты картофеля от глободеры чаще всего используются химические и агротехнические методы борьбы. Все большее распространение получают методы биологического контроля и экологически чистые способы регуляции численности нематоды. Для разработки биологических мер борьбы необходимо изучение «узких мест», возникающих во взаимоотношениях между нематодой, ее хозяином и окружающей средой, и условий, при которых обеспечивается максимальная устойчивость хозяина к заражению. Настоящее исследование - попытка применения системного подхода к оценке индивидуальных и популяционных аспектов взаимоотношений

фитогельминта и растения в зависимости от действия различных факторов.

Цель и задачи исследования

Целью работы было исследование взаимоотношений нематоды и растения-хозяина на популяционном и организменном уровнях. При проведении работы были поставлены следующие задачи:

• изучить выживаемость паразитов при воздействии двух основных факторов - плотности популяции паразита и состояния растения-хозяина;

• изучить характер ответных реакций растении при заражении различными дозами паразита;

• выявить индивидуальные особенности восприимчивости растений к картофельной нематоде;

• изучить межвидовые отношения нематоды и фитопа-разитического гриба ризоктония и их влияние на хозяев в условиях совместного заражения.

• предложить экологически безопасные методы регуляции численности картофельной нематоды в условиях Карелии.

Научная новизна Установлена индивидуальная неоднородность ответных реакций картофеля на различные уровни паразитарного воздействия. При низкой дозе заражения выделяется группа растений, устойчивых к поражению глободерой. С увеличением инвазионной нагрузки устойчивость растений снижается, что выражается в более равномерном заражении их нематодой и сходстве индивидуальных показателей восприимчивости хозяев.

Впервые исследованы межвидовые взаимоотношения картофельной нематоды и гриба ризоктония при совместном заражении различных по устойчивости к нематоде сортов картофеля.

Усовершенствована методика проведения

-экспериментальных—работ—по—изучению—взаимоотношений нематоды и растения-хозяина.

Улучшены методы получения чистых культур гриба Rhizoctonia solani Kühn.

Представлены доказательства нематицидных свойств коры хвойных деревьев, проявляющихся в замедлении процесса вылупления личинок нематоды, негативном влиянии на

жизнеспособность яиц в цистах, в значительном снижении конечной численности паразита.

Использованы методы математического анализа для раскрытия внутрипопуляционных механизмов регуляции численности паразита.

Практическая значимость работы

Полученные экспериментальные данные по индивидуальной реакции растений картофеля на заражение картофельной нематодой дополняют современные представления о популяционных механизмах, лежащих в основе повышения устойчивости растений к глободере. Накопление знаний в этой области вносит определенный вклад в решение практических задач фитогельминтолопш, открывает новые перспективы в борьбе с опасным паразитом картофеля.

Результаты исследовании по изучешпо нематицидных свойств свежераздробленной коры хвойных деревьев могут быть использованы для разработки биологических мер борьбы с картофельной нематодой.

Изучение конкурентных отношений гриба и нематоды при совместном паразитировании на растении позволяют рассматривать ризоктонию как возможного регулятора численности глободеры на инфицированных полях.

Апробация работы

Материалы диссертации доложены на XYII Симпозиуме Скандинавского общества паразитологов (Финляндия 1995), I и II Международных Симпозиумах нематологов (Санкт-Петербург, 1995; Москва, 1997).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, включая 3 статьи. Сданы в печать 3 статьи.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 33 таблицы и 41 рисунок. Список цитируемой литературы включает 160 работ отечественных и зарубежных авторов. Общий объем работы 158 страниц.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность коллеге и соавтору научных работ с.н.с. лаборатории паразитологии животных и

растений Института биологии КНЦ РАН к.б.н. Груздевой Л.И. за многолетнюю поддержку, методическую помощь при проведении исследовательских работ и участие в обсуждении результатов, а также группе фитонематологов, с помощью которых был проведен ряд экспериментов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являются паразиты картофеля -картофельная цистообразующая нематода Globodera rostochiensis (Wollenweber, 1923) Behrens, 1975, гриб ризоктония Rhizoctonia solani Kühn и картофель двух сортов - Детскосельский (восприимчивый к заражению нематодой) и Пригожий -2 (устойчивый к поражению глободерой).

Экспериментальные работы проведены на базе лаборатории паразитологии животных и растений Института биологии Карельского научного центра РАН в течение 1993-1997 г.г.

Для изучения влияния инвазионной нагрузки нематоды на растение использовались 4 дозы заражения (2500, 6250, 12500 и 25000 жизнеспособных яиц и личинок на 1 растение). Отбирались цисты средних размеров (0,5 мм), определялась жизнеспособность яиц и личинок. Состояние нематод в конце опыта оценивалось по индивидуальным значениям численности самок нового поколения и по коэффициентам размножения нематод. Коэффициент высчитывался как отношение прижившихся нематод к используемой дозе заражения. Учитывались следующие параметры: размер цист, количество яиц и личинок, содержащихся в 1 цисте, их жизнеспособность, степень зрелости яиц.

Реакция картофеля на заражение определялась по изменению высоты стебля, удельной скорости роста растений в онтогенезе, количеству листьев, весу надземной и подземной частей картофеля и его продуктивности. Для каждого варианта опыта использовалось 25 растений картофеля.

Холодовое закаливание ростков картофеля проводили в камере с температурой воздуха +2° С, влажностью около 80%, освещенностью 10 клк, продолжительностью фатопериода—14 ч (Дроздов и др., 1984). Растения подвергались закаливанию в течение 3-х суток. Через 1 ч после их изъятия из камеры они были заражены высокой дозой нематоды.

Изучение межвидовых отношений при совместном заражении картофеля нематодой и грибом проводили на 2 сортах картофеля массовой репродукции - Детскосельский и Пригожий- 2. Гриб вносили в почву одновременно с посадкой клубней картофеля,

заражение нематодой (25000 яиц и личинок) осуществлялось через 34 дня. В качестве инфекционного материала использовали чистую культуру гриба Rhizoctonia solani Kühn, которую получали методом изоляции штаммов из склероциев, расположенных на клубнях картофеля (Назарова, 1986). Для этого проводился поиск доступных и экономически выгодных химических веществ для обеззараживания склероциев, обеспечивающих лучший рост мицелия и максимальный выход чистых культур (Матвеева, 1995; Евстратова и др., 1995). Приготовление среды и подготовка чашек Петри проводились по общепринятой методике (Бутенко, 1964). Оценку поражаемости растений ризоктонией проводили по 4-х балльной системе (Воловик и др., 1974). Повторность опытных вариантов 10-кратная.

Изучение процессов вылупления личинок нематоды проводили в дисках из органического стекла с лунками (Vigliercliio, 1961; Мяги,1974). Количество вылупившихся личинок определялось на часовом стекле под бинокуляром с интервалом в 2 -3 дня. В опыте использовали по 10 цист в 3-кратной повторности. Контролем служил раствор корневого диффузата картофеля. В качестве опытных растворов использовались: грибной диффузат ризоктошш, который получали путем размачивания мицелия в дистиллированной воде (Muoylo et al, 1983); смеси корневых и грибных диффузатов различных концентраций; экстракт коры хвойных, получаемый в результате обработки сосновой и еловой коры горячей водой (Голубева, 1987); смесь корневого диффузата и экстракта коры (в соотношении 1:1).

Изучение влияния различных доз коры сосны и ели на конечную численность глободеры проводилось в керамических вазонах с поверхностным внесением коры, количество которой в пересчете на полевые опыты составляло от 40 до 90 т/га с шагом в 10 т/га. Использовались различные размеры частиц коры (0.1, 0.5, 1.0 см). Моделировалось влияние пропорций смеси коры хвойных (сосна - ель) - 60:40; 50:50; и 40:60 %. Контролем служили растения картофеля, зараженные нематодой и выращенные без добавок коры. Исходный уровень инвазии - 25000 яиц и личинок нематоды на растение. Повторность опытных вариантов 10- кратная.

Результаты экспериментов обработаны статистически, по количественным показателям представлены значения средней арифметической, стандартной ошибки, дисперсии и доверительного интервала (Р<0.05). Обработку данных проводили с использованием дисперсионного и регрессионного анализов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. Популяционные аспекты взаимодействия картофельной цистообразующей нематоды и растений картофеля 1.1. Влияние инвазионной нагрузки на распределение, численность, размерную структуру и плодовитость нематод

Установлена неодинаковая индивидуальная реакция растений на заражение картофельной нематодой. Распределение паразитов в хозяине зависит от характера их взаимодействия при различных уровнях стартового заражения.

Количество самок нового поколения на корнях растений картофеля зависит от исходного уровня заражения (табл. 1).

Таблица 1.

Численность картофельной цистообразующей нематоды на корнях картофеля при различной дозе заражения (количество жизнеспособных яиц

и личинок).

Вариант опыта Доза заражения Конечная численность нематоды Коэффициент размножения (/с)

самки / дисперсия яйца и личинки среднее/ дисперсия

I. 2500 109/ 4434 31758 12,7/8,77

II. 6250 208/6976 63653 10,3/4,83

III. 1251)0 273/ 23346 71384 5,7/2,48

IY. 25000 578/59034 104104 4,2/ 1,77

С увеличением инвазионной нагрузки наблюдается возрастание средних значений численности нематод и дисперсии, что указывает на увеличение варьирования индивидуальных значений зараженности растений (табл. 1; рис.1).

Анализ еще одного показателя - коэффициента размножения (к) показал, что при низких дозах заражения репродуктивные возможности нематод максимальны (табл. 1). Высокая дисперсия к при при этом свидетельствует о значительных индивидуальных различиях нематод и защитных свойств отдельных растений (рис. 2). При увеличении дозы заражения коэффициент размножения существенно снижается, дисперсия уменьшается, что указывает на более равномерное распределение паразита на растениях. Численность нематод и коэффициент их размножения противоположны друг другу относительно каждой дозы заражения (рис.1 и 2). Большому разбросу значений конечного числа яиц и личинок (при высокой дозе заражения) соответствует высокая частота встречаемости средних значений к и, наоборот, при низкой

Количество яиц и личинок (тыс.)

1

п~г

■t-t'i i й

■II I I I I

СМ ГО Ш Ю 00

III

~пн

I Í:. |°|п|и

lili

I I I I I I

о ■ч-

r-H

юошошошоюош ото

Количество яиц и личинок (тыс.)

Рис. 1. Распределение численности нематод при различном уровне начальной инвазии (дозы заражения - 1 - 2500; II - 6250; III - 12500; IY - 25000 яиц и личинок нематоды).

_ 7 л

I 6 & 6 I»

а> 4

3 7

I ■>

2 1 О

Iм!" |"|"|

щшшшз

ж- т- т- СМ

4

3

2

.....

[гЛт тггтш

т- т- т- с^ СМ см

7 6

1 =5 к =4

1|з

я <- 2 Т 1

СГ

Обозначения вариантов опыта те же, что и на рис. 1. Рис. 2. Распределение коэффициента размножения нематод при различном уровне начальной инвазии.

IX

1

Л 1

N СЧ О!

Значения коэффициента размножения

дозе заражения коэффициент размножения сильно варьирует, а значения числа яиц и личинок очень близки.

Инвазионная нагрузка и реакция растения-хозяина влияют на морфологию цист нематоды. Размеры самок, развившихся в растениях при различном уровне инвазии, значительно варьируют. При низких дозах заражения основу выборки составляют цисты средних размеров. С увеличением дозы заражения преобладают мелкие цисты (> 50 %). С ростом плотности популяции нематод уменьшается пространство в корнях, доступное для паразитирования личинок и достижения ими половозрелой стадии (SeinJiorst, 1984). С увеличением исходной дозы заражения снижается количество яиц и личинок в цисте. Таким образом вступают в действие внутрипопуляционные регуляторы численности, приводящие к снижению потенциала размножения паразита при его высокой плотности.

1.2. Влияние различного уровня заражения на морфоиетрические показатели и продуктивность картофеля

Заражение растений различными дозами паразита позволило выявить ряд особенностей их ответных реакций. Удельная скорость роста и вес надземной части зараженных нематодой растений при дозах заражения - 2500, 6250 и 12500 яиц и личинок были выше, чем в контроле. Более того, получены статистически достоверные результаты о стимулирующем действии низких инвазионных нагрузок на рост и вес надземной массы картофеля. Подобный эффект обнаружен при взаимодействии Helerodera humuliu хмеля (von Mende, McNamara, 1995). Эти данные позволяют предположить, что заражение растений малыми количествами нематод ускоряет темпы развития растения - хозяина и часто положительно сказывается на его продуктивности.

В условиях высокой зараженности темп роста опытных растений падает, особенно во второй половине вегетации, наблюдается существенное снижение веса ботвы. Показатели веса подземной части растений (корни, столоны) оказались значительно выше в контроле. Влияние нематодной инвазии во всех вариантах опыта сопровождалось выраженным отставанием веса корневой системы, что обусловлено замедлением роста корней в начале вегетации, вызванным внедрением личинок нематоды в зону роста первичных корешков.

Данные по среднему количеству образовавшихся клубней и их средней массе показали, что при заражении картофеля низкой дозой нематод снижение количества клубней незначительное, а

масса клубней даже превышает значения контроля. С увеличением инвазионной нагрузки нематоды количество и масса клубней существенно уменьшаются. При высокой дозе заражения у растений наблюдается увеличение количества и массы клубней по сравнению с вариантами со средними дозами заражения.

Анализ характера паразито-хозяинных отношений, оцененного по численности нематод, развившихся на корнях растений, и показателям продуктивности хозяев, позволил определить некоторые закономерности в воздействии паразита на хозяина. Опытные растения II и III вариантов характеризуются самыми низкими показателями массы клубней. Численность личинок нематод, внедряющихся в растение, еще не достигает того предела, когда внутрипопуляционные механизмы срабатывают четко и снижают плотность популяции паразита. Такая плотность популяции нематоды оказывается наиболее опасной для урожая растений. При высокой дозе заражения внутривидовая конкуренция в популяции паразита оказывает негативное влияние на дальнейшее развитие нематод в корнях растений, следствием чего является ослабление патогенного воздействия паразита на хозяина. Это выражается в повышении продуктивности растений.

1.3. Влияние низких температур (модель раннего закаливания) на отношения в системе паразит-хозяин.

Воздействие низких температур не сказалось на конечной численности самок нематод, развившихся на корнях растений. Отмечено, что число яиц и личинок в цисте, их жизнеспособность, а также коэффициент размножения нематод снижаются при закаливании, но различия не существенны.

Размерная структура совокупностей самок, развившихся на корнях закаленных и незакаленных растений, почти не различается: и в том, и другом случаях большую часть популяции составляют самки мелких размеров.

Анализ содержимого цист выявил существенное снижение жизнеспособности яиц в крупных цистах после воздействия низких температур. Это связано с тем, что крупные самки образуются из личинок, внедрившихся в корни в самом начале роста растений. Эти инвазионные личинки по времени должны проникать в корешки, которые подвергались действию пониженных температур. Следовательно, условия, складывающиеся для личинок, внедряющихся первыми, сказываются в дальнейшем на их развитии, плодовитости и жизнеспособности яиц.

Заражение закаленных растений оказывает большое влияние на дальнейшее развитие растения-хозяина. Снижаются морфометрические показатели: высота, количество листьев, вес надземной и подземной частей растений, продуктивность картофеля по сравнению с незакаленными зараженными растениями. Выборки опытных растений различаются между собой и уровнем изменчивости данных признаков. Растения, подверженные закаливанию на ранних стадиях онтогенеза, имеют более высокую степень варьирования веса как надземной, так и подземной частей картофеля. Особенно заметны различия между вариантами в весе надземной массы растений. Анализ связи между весом ботвы и индивидуальной зараженностью растений показал, что в выборке хозяина появляются как ослабленные растения с невысокой конечной численностью паразита, так и выносливые растения, которые имеют высокие значения веса надземной массы и несут на корнях большое количество самок нематоды. При характеристике веса подземной части растений обращает на себя внимание тот факт, что у незакаленных растений с увеличением интенсивности зараженности вес корневой системы падает, а у растений, подверженных закаливанию, с увеличением числа самок, развившихся на корнях растений, увеличивается и вес подземной части. Это указывает на формирование группы растений, выносливых к заражению, т.е. растения могут выдержать паразитарную нагрузку и сохранить свою продуктивность.

Таким образом, в популяции хозяина после воздействия низких температур на ранних этапах онтогенеза наблюдается расслоение растений по ответным реакциям на заражение нематодой.

2. Индивидуальные особенности ответных реакций картофеля и нематод, обитающих в них

Существенным аспектом паразито-хозяинных отношений являются индивидуальные особенности ответных реакций хозяев на заражение паразитами.

Для характеристики состояния хозяина при нематодной инвазии мы использовали взаимодействие показателей веса подземной и надземной частей растений. Дозы заражения от 2500 до 12500 яиц и личинок нематоды (варианты I - III) изменяют вариабельность значений данных параметров у растений по сравнению с контролем, причем это изменение разнонаправленно: вариабельность веса надземной части картофеля возрастает, а изменчивость веса корневой системы снижается. Высокий исходный

уровень инвазии приводит к выраженному снижению варьирования значений веса ботвы (рис. 3).

Анализ взаимосвязи индивидуальной зараженности опытных растений и распределения значений веса надземной и подземной частей растений в выборке показал, что слабозараженные растения в большинстве своем имеют вес ботвы более низкий, чем растения с более высокой зараженностью. По весу корней и столонов у всех растений наблюдается заметная вариабельность (рис. 3).

Связь индивидуальных значений зараженности растений с показателями массы клубней в вариантах с низкой и средними дозами заражения свидетельствует о выраженной тенденции снижения этого показателя при увеличении числа самок нематоды, образовавшихся на корнях хозяев (рис. 4). При низкой дозе заражения (вариант I) выделяется часть растений, которые при минимальных значениях зараженности имели высокие значения массы клубней. С увеличением дозы заражения наблюдается снижение изменчивости не только массы клубней, но и показателей зараженности. Увеличение уровня инвазии не сопровождается выделением группы растений с низкой и высокой восприимчивостью к заражению. Возрастает число растений, не образовавших клубней. При высокой дозе заражения наблюдается совершенно иная картина. Направление тренда указывает на то, что с ростом интенсивности заражения растений увеличивается и масса клубней. Только одно растение не имело клубней. Варьирование значений массы клубней и интенсивности заражения растений ниже по сравнению с другими вариантами (рис. 4).

Из анализа взаимосвязи показателей зараженности с характером ответных реакций хозяина следует, что при заражении картофеля малым количеством нематод наблюдается явная неоднородность растений по характеру ответных реакций на нематодную инвазию: выделяются две обособленные группы -слабозараженных и средаезараженных растений. Почти одна треть из 25 растений по массе клубней и численности нематод, развившихся на корнях картофеля, проявляют устойчивость к зараж-енгао, т.е. количество самок нового поколения нематоды невелико и не наблюдается угнетения ростовых процессов хозяина.

При увеличении инвазионной нагрузки ответная реакция растений была более однородной. Снижение устойчивости растений приводит к более равномерному заражению и сходным показателям реакции хозяина на паразита по массе клубней, весу корневой системы и ботвы.

Контрольные растения

¡h^jjjj__

01 23456789 10 I

1 mm г~

— —1 — а К 5 !—1 i —

01 23456789 10

L

ч а

3456789 10

г

В

0123456789 10

о z а о х о о Ш

IY

I

¡ж

а Ьр р

01 23456789 10 Вес надземной части растений, г

Ш □

- слабо- (до 100 самок) - средне- (от 100 до 300 самок) ^ сильнозараженные (свыше 300 самок) растения.

Рис. 3. Влияние различного уровня заражения нематодой на вариабельность показателей веса подземной и надземной частей картофеля (дозы заражения: I - 2500; II - 6250; III -12500; IY - 25000 яиц и личинок).

10 1 0,1 0,01 0,001

10

00

о-аш-

10000

И0 10(100

>5 0)

I-'

5 о 0,1 8 =-а 0,01

г

0.001

* 00

1 0 к Ю/ 10 00 10

.-I___

Число самок нематоды на растение (Юд)

Рис. 4. Влияние нематодной инвазии на вариабельность массы клубней картофеля (с учетом показателей зараженности растений).

3. Исследование влияния сорта картофеля на паразита и на проявление ответных реакций растения- хозяина.

Установлено, что приживаемость нематод и плодовитость потомства, развившегося на корнях устойчивого сорта, оказались значительно меньше, чем на восприимчивом сорте. Конечная численность нематод составила лишь 10,3 % от исходного уровня заражения. Самки новой генерации нематоды независимо от размера содержали значительно меньше яиц и личинок с более низкой жизнеспособностью. Большое количество бластомерных яиц в цистах подтверждает факт замедления развития личинок во время паразитирования на устойчивом сорте картофеля.

Различия в ответных реакциях сортов картофеля выявлены по средним значениям морфометрических параметров. Главное отличие состоит в том, что у восприимчивого сорта опытные растения характеризуются снижением средних значений и дисперсии всех показателей, а у устойчивого, напротив, повышением их по сравнению с контролем. Нематодная инвазия восприимчивого сорта вызывает более однородную ответную реакцию хозяина на заражение.

Оба сорта при одинаковом исходном уровне инвазии показывают сходное варьирование веса надземной массы. Варьирование же веса подземной части растений различно. На устойчивом сорте наблюдается четкое разграничение двух групп растений по весу корней и столонов: высокой индивидуальной зараженности растений соответствует более низкий вес корней. По варьированию массы клубней выборки опытных растений исследуемых сортов кардинально различаются. У растений устойчивого сорта с увеличением числа самок на корнях масса клубней снижается, и разброс значении велик, а у восприимчивого сорта растения, несущие на корнях большое число нематод, характеризуются и большей массой клубней. Реакция растений по этому показателю более однородная.

4. Изучение межвидовых отношений в биологической системе "нематода - гриб - картофель"

4.1. Влияние грибной инфекции на численность, плодовитость нематод и вылупление личинок

Установлено, что при заражении картофеля двумя патогенами конечная численность самок нематоды независимо от сорта картофеля снизилась вдвое по сравнению с заражением только нематодой (Матвеева и др., 1997). Ризоктония оказывает

угнетающее действие на развитие и численность нематод. Гриб, паразитируя на картофеле и выделяя токсины, изменяет его пищевые свойства, в силу чего происходит нарушение оптимальных условий для развития облигатного паразита, значительно снижается численность и выживаемость нематоды, ухудшаются качественные показатели содержимого вновь образовавшихся цист. А это, в свою очередь, сказывается на инвазионной способности цист нового поколения. Результаты эксперимента по изучению влияния ризоктонии на вылупление личинок нематоды подтвердили угнетающее действие гриба на развитие личинок - их численность составила всего лишь 15% от контроля (корневого диффузата картофеля). Проверка жизнеспособности яиц в цистах, находящихся в растворе грибного диффузата, подтверждает данный факт. Через две недели жизнеспособность яиц снизилась на 15 %, а к концу опыта жизнеспособными оказались всего 52% яиц в цистах.

Динамика процесса вылупления личинок также изменяется под действием грибного диффузата. В контроле период максимального выхода личинок из цист был растянут во времени, действие корневых диффузатов продолжалось в течение всего эксперимента (45 дней).В вариантах с различными концентрациями грибного диффузата независимо от конечного числа вылупившихся личинок срок их максимального выхода был сжат во времени по сравнению с контролем. Интенсивный выход личинок из цист наблюдался с 6-го по 14-й день опыта. В последующие дни количество вылупившихся личинок в данных вариантах было невелико.

При совместном паразитировании на картофеле гриб и нематода взаимодействуют друг с другом уже на начальных этапах своего развитая, и характер этих взаимоотношений может изменяться в ходе заболевания. По данным нашего опыта в присутствии корневого диффузата картофеля грибной диффузат низкой концентрации стимулировал вылупление личинок, но это влияние было очень кратковременным. Позднее проявляются антагонистические отношения между паразитами. Следовательно, снижение конечной численности картофельной нематоды обусловлено конкурентными отношениями между патогенамитцж совместном паразитировании на картофеле. Результаты эксперимента открывают перспективы использования ризоктонии как регулятора численности глободеры на полях, инфицированных данными патогенами картофеля, и прогнозирования потерь урожая.

4.2. Влияние устойчивости растения - хозяина на развитие патологического процесса при грибной и нематодной инвазии

Гриб вызывает угнетение роста растений: появление всходов и фаза бутонизации наступают на 2 недели позднее, чем в контроле без заражения. Это свидетельствует о патогенном влиянии ризоктонии на растение: гриб поражает точки роста побегов, что тормозит прорастание клубней, и всходы картофеля появляются позднее. При совместном заражении грибом и нематодой эти закономерности повторяются, к тому же происходит опадение бутонов. Через 1 месяц после посадки в варианте с нематодной инвазией и при инфицировании грибом отмечены признаки почернения кончиков листьев, которые в дальнейшем желтели и засыхали. Данный факт можно объяснить развивающимся калийным голоданием вследствие нарушения корневой системы (при поражении нематодой) и проводящей системы стебля (при воздействш! гриба на точки роста побегов).

В варианте с грибом в ходе вегетации ингибирующий эффект ризоктонии прекращается, происходит регенерация пораженных тканей растений и увеличивается темп прироста зеленой массы. К концу эксперимента зараженные грибом растения устойчивого сорта резко увеличивают скорость роста и по высоте стебля превышают контрольные. Опытные растения восприимчивого к нематоде сорта в присутствии грибного патогена испытывают угнетение на всем протяжении вегетации.

Результаты оценю! поражаемости грибом органов подземной части растений показали, что наибольшие значения поражения органов растений составляло 1,5 балла по 4-балльной системе.У устойчивого сорта больше всего поражается подземная часть стебля, а у восприимчивого - корни.

Различные по устойчивости к глободере сорта картофеля при совместном заражении грибом и нематодой показывают неоднородность ответных реакций на заражение. В первую очередь, различия касаются прохождения фаз развития. При совместном заражении двумя патогенами у растений восприимчивого сорта всходы появились раньше, чем при заражении грибом, а у устойчивого сорта, наоборот, их появление было замедлено. Далее наблюдалась различная реакция сортов по удельной скорости роста. Продуктивность растений двух сортов также заметно различалась. Растения восприимчивого сорта при всех вариантах заражения сохраняли большую продуктивность, чем устойчивый к нематоде сорт. При этом, если в первом случае различия между

вариантами и контролем не существенны, то в опыте с устойчивым сортом различия статистически значимы.

5. Разработка экологически безопасных методов регуляции численности картофельной нематоды в условиях Карелии

Результаты наших исследований показали, что эффективным, экологически безвредным способом регуляции численности картофельной нематоды является свежераздробленная кора сосны и ели (ОгигсЬуа е1 а1., 1996). Она обладает не только нематицидными свойствами, но и стимулирует устойчивость растения-хозяина к заражению.

5.1. Изучение нематицидных свойств коры хвойных

В ходе исследований установлено, что все серии опытов с внесением в почву коры хвойных деревьев (количество вносимых добавок, размер фракции, различные сочетания коры сосны и ели) показали выраженное нематицидное действие. Опытные растения имели достоверно низкую численность нематод по сравнению с контролем при одинаковом начальном уровне заражения.

Все исследованные дозы коры сосны и ели (от 90 т/га до 40 т/га) проявили нематицидное действие (рис. 5).

Доза внесения коры, т/га

Рис. 5. Влияние доз коры на конечную численность нематоды.

Наименьший прирост численности глободеры отмечен в вариантах опыта с дозами коры хвойных 90, 80, 70, 60 т/га. С понижением дозы коры ее нематицидные свойства проявляются слабее. Различия между контрольным и опытными вариантами статистически достоверны.

Наибольший эффект по воздействию получен для смеси коры сосны и ели в пропорции 50% : 50% и 60% : 40% при дозе внесения в почву 70 т/га. Использование коры хвойных по отдельности оказалось менее результативным.

Степень дробления коры также влияла на популяцию глободеры. Мелкие фракции коры (0.1 и 0.5 см) оказывают более сильное отрицательное влияние на развитие паразитической нематоды, что можно объяснить быстрым воздействием вымываемых компонентов коры. Применение добавок фракций коры размером 1.0 см снижала нематицидный эффект в 2 раза.

Механизм влияния коры на паразитическую нематоду мало изучен. Вероятнее всего воздействие происходит на раниие стадии развития нематоды. Вымываемые из коры водорастворимые фракции, в состав которых входят фенолы, ароматические соединения, органические кислоты, дубильные вещества, негативно действуют на личинок глободеры. Они могут препятствовать выходу личинок из цист, дезориентировать вылупляющихся личинок. Таким образом, нарушается процесс проникновения инвазионных личинок в молодые корешки картофеля и уменьшается возможность их дальнейшего развития до половозрелого состояния. В пользу такого предположения свидетельствуют данные эксперимента по влиянию экстракта коры хвойных на процесс вылупления и выживаемость личинок глободеры.

Внесение экстракта коры оказало отрицательное влияние на вылупление личинок. В опыте начало вылупления сдвинуто на 28 день и обнаружено всего 6 личинок (против 830 в контроле). Исследование влияния экстракта коры хвойных на жизнеспособность яиц и личинок нематоды показало, что на 15-й день опыта жизнеспособность яиц снизилась на 70 %. К концу опыта отмечалась почти полная гибель яиц и личинок.

Добавление экстракта коры к корневым диффузатам картофеля вызывало замедление вылупления личинок нематоды, смещение во времени как начала процесса , так и максимального выхода личинок из цист. Момент временного изменения этого процесса имеет важное экологическое значение в характере отношений паразита и хозяина, так как дальнейшее развитие

нематоды будет зависеть от проникновения личинок в корни картофеля. Для успешного заражения растения-хозяина картофельной нематоде необходимо совпадение во времени максимального вылупления и активного роста корней (ТЪакпЬоге!, 1950, цит. по Дажо, 1975). Экстракт коры, замедляя процесс вылупления личинок, препятствует этому совпадению и снижает шансы нематоды для своевременного проникновения личинок в корни. Результаты опыта доказывают, что использование коры хвойных на зараженных нематодой полях является эффективным способом регуляции численности картофельной цистообразующей нематоды, проявляющимся уже на ранних стадиях развития паразита. Одновременно утилизируются отходы

деревообрабатывающего производства, что способствует уменьшению антропогенного воздействия на окружающую среду.

5.2. Влияние свежераздробленной коры сосны и ели на рост и развитие растений картофеля

В ходе выполненных исследований установлено, что использование коры хвойных имеет двойной эффект: внесение ее в почву снижает численность нематоды и одновременно положительно влияет на рост и развитие растений, зараженных глободерой. Во всех сериях опытов с корой картофель раньше давал всходы, и рост растений был более интенсивным, особенно на ранних стадиях развития. Разница в показателях высоты растений была достоверна по отношению к контролю. Опытные растения быстрее проходили фазы развития. Внесение коры в почву повышало продуктивность растений. У опытных растений наблюдалось статистически достоверное увеличение как количества, так и массы клубней по сравнению с контролем.

Положительное действие коры на растения обусловлено ее многокомпонентным составом. Кора содержит все основные, кроме азота, элементы питания растений, которые в процессе ее минерализации становятся доступными (Гелес и др., 1986). Источником минерального и углеводного питания растений является луб - легкоразлагающаяся часть коры (Пилюгина, 1985). Компонент коры - липши—действует как накопитель питательных веществ. В процессе разложения он в сочетании с другими элементами коры преобразуется в гумусоподобные вещества, увеличивая плодородие почвы (Бейгельман и др., 1984).

Измельченная кора, внесенная поверхностно, повышает температуру в верхних слоях почвы, улучшая рост и развитие картофеля. Это особенно важно на ранних этапах развитая

растений, когда в условиях Карелии часто бывают весенние заморозки. В фазу всходов картофеля кора препятствует появлению сорняков, что обеспечивает больший доступ питательных веществ основной культуре. При дальнейшем смешивании коры с почвой она улучшает структуру глинистых почв, а у песчаных почв повышает содержание гумуса и водоудержание.

Двойной эффект использования коры хвойных можно успешно применять в целях защиты картофеля от картофельной цистообразующей нематоды в условиях региона. Положительно влияя на рост и развитие растений, кора сосны и ели стимулирует сопротивляемость и выносливость картофеля при заражении глободерой. Мы предполагаем, что кора хвойных изменяет фенольный комплекс возделываемого картофеля, который имеет определенную защитную функцию при глободерозе и в результате ингибирует развитие КЦН.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ходе различных по своей постановке экспериментов мы установили неоднородность ответных реакций картофеля в зависимости от дозы заражения, наличия устойчивости к нематоде, влияния пониженных температур, присутствия грибного патогена и коровых добавок в почве. Это дало основание говорить о выносливости и устойчивости сортов картофеля при заражении картофельной нематодой.

Устойчивость и выносливость рассматриваются как два независимых аспекта паразито-хозяинных отношений. Сорта картофеля различаются по способности противостоять действию нематоды. Степень их выносливости может быть выражена потерями урожая, так как он является интегрированным показателем функционирования растений. Оба исследованных нами сорта картофеля оказались выносливыми к заражению глободерой. Неустойчивый к нематоде сорт Детскосельский и устойчивый к ней сорт Пригожий-2 показали снижение урожая всего на 13 % по сравнению с контролем. При совместном заражении картофеля двумя патогенами потери урожая обоих сортов увеличиваются. Причем, в этом случае выносливым можно считать только восприимчивый сорт картофеля.

Для количественного выражения этого свойства хозяина необходимо использовать тот уровень численности нематод, который является для данного сорта критическим. В результате исследования выявлена следующая особенность - с увеличением дозы заражения от 2500 до 6250-12500 яиц и личинок нематоды

наблюдается снижение веса корневой системы растения, следовательно, и массы клубней, а при очень высоком уровне инвазии происходит увеличение массы клубней. Таким образом, уровни инвазии 6250-12500 жизнеспособных яиц и личинок нематоды являются критическими для восприимчивого сорта картофеля.

Устойчивость растений к фитогельминтам имеет широкий спектр защитных реакций, в результате действия которых происходит нарушение оптимальных условий для развития паразита. Оно может быть вызвано разными причинами: внешним воздействием на хозяина (использование коры хвойных, закаливание растений на фазе всходов), или присутствием других патогенов в одном растении-хозяине (гриб + нематода). Влияние различных факторов среды на характеристику популяций нематод, в частности на плодовитость самок, можно рассматривать как резерв потенциальных средств контроля за популяциями нематод и терапии зараженных растений.

Кору хвойных можно успешно применять на зараженных глободерой полях в целях защиты картофеля, поскольку она является эффективным способом регуляции численности картофельной цистообразующей нематоды, проявляющимся уже на ранних стадиях развития паразита. В то же время кора сосны и ели стимулирует сопротивляемость и выносливость растений при нематодной инвазии.

В современных условиях сельское хозяйство должно опираться на системы с долгосрочными программами, когда возможно получение стабильного урожая с минимальным загрязнением окружающей среды в противовес таким быстрым целям, как получение максимального урожая (Woods et al., 1995). Длительное выращивание картофеля на полях, инфицированных КЦН, требуют интеграции методов контроля численности фитогельминта для постоянного снижения популяции паразита с одновременным повышением выносливости растений.

ВЫВОДЫ

1. Характер паразито-хозяинных отношении зависит дозы заражения, которая определяет ответную реакцию хозяина и уровень внутрипопуляционных механизмов регуляции численности паразитов.

2. Выявлена разнородность индивидуальных особенностей растений-хозяев (восприимчивого сорта) при различных уровнях

паразитарного воздействия. При низкой дозе заражения выделяется группа растений, устойчивых к поражению глободерой. С увеличением инвазионной нагрузки устойчивость растений снижается, что выражается в сходстве индивидуальных показателей восприимчивости хозяев.

3. Воздействие низких температур на ранние этапы онтогенеза картофеля усиливает неоднозначность ответных реакций растений на заражение нематодой.

4. Доказано, что по мере нарастания паразитарного воздействия проявление индивидуальных особенностей растений на выживаемость фитогельминтов сглаживается, а возрастает роль конкурентных взаимоотношений паразитов.

5. Исходная численность паразита определяет численность, плодовитость и морфологию самок нового поколения нематоды. При низких дозах заражения репродуктивные возможности нематод максимальны. При увеличении инвазионной нагрузки коэффициент размножения существенно снижается.

6. Показано, что отличающиеся по восприимчивости сорта картофеля в разной степени воздействуют на морфофизиологические и популяционные показатели нематод. Приживаемость нематод и плодовитость потомства, развившегося на корнях устойчивого сорта, очень низки. Самки новой генерации нематоды содержат большое количество бластомерных яиц, что подтверждает факт замедления развития личинок и незавершения полного цикла до взрослой особи во время паразитирования на устойчивом сорте картофеля.

7. Определена неоднородность ответных реакций различных по устойчивости к глободере сортов картофеля при совместном заражении грибом и нематодой.

8. Показан антагонистический характер взаимодействия нематод и грибов при совместном заражении картофеля. В этих условиях грибы ограничивают выживаемость и рост численности нематод.

9. Нематицидные свойства коры хвойных растений заключаются в сдерживании развития глободеры, выражающееся в значительном снижении выживаемости и численности паразита по сравнению с контролем без добавок коры.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Евстратова Л.П., Груздева Л.И., Матвеева Е.М. О получении чистой культуры гриба Rhizoctonia solani Kuhn И ж. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 1995, N 4, С. 47-49

2. Матвеева Е.М. К вопросу о культивировании нематод на фитопатогенных грибах // Контроль состояния и регуляция функции биосистем, Петрозаводск, 1995, С. 135-145

3. Матвеева Е.М. Влияние картофельной цистообразующей нематод и гриба ризоктония на устойчивость районированных для Карелии сортов картофеля . Тез. докл. 111 молодежной научной конференции Института биологии. Сыктывкар, 1995. С. 41-42.

4. Matveeva Е.М. Effect of the potato cyst nematode and fungus Rhizoctonia upon the resistance of potato varieties grown in Karelia. Bulletin of the Scandinavian Society for Parasitology. Finland, 1995. V. 5. N 2. P. 62.

5. Матвеева E.M., Иешко Е.П., Груздева Л.И. Экспериментальное изучение популяционных аспектов взаимодействия хозяина и паразита на примере картофель -нематода (Globodera roslochiensis Woll.) //"Систематика, таксономия и фауна паразитов". Москва, 1996. С. 79-80.

6. Matveeva Е.М., Gruzdeva L.I., Yevstratova L.P. Relations in the system of potato - fungus Rhizoctonia solani - potato nematode Globodera roslochiensis. II Russian Journal of Nematology, 1996, V. 4. N 1. P. 89.

7. Gruzdeva L.I., Matveeva E.M., Lay G.N., Kovalenko Т.Е. A new approach to control of potato cyst nematode. // Russian Journ. of Nematology, 1996. V.4. №1. P. 89

8. Матвеева E.M., Груздева Л.И., Евстратова Л.П. Влияние патогенов на ростовые процессы картофеля. // Вестник Росс. акад. с-хнаук, 1997. №4. С.29-32

9. Gruzdeva L.I., Matveeva Е.М., Kovalenko Т.Е., Lai G.N. Control of Globodera on potato by using coniferous bark.// Second English Language International Nematology Symposium of the Russian Society of Nematologists. 23-30 August,1997,Moscow,Russia, P.10

10. Matveeva E.M., Gruzdeva L.I. An examination of the effect of— coniferous bark on the development of the potato cyst nematode Globodera roslochiensis Woll. Там же. P. 16

11. Matveeva E.M., Ieshko E.P. The effect of Rhizoctonia solani Kühn on the hatching of the potato cyst nematode Globodera roslochiensis Woll. Там же. P. 16

12. Иешко Е.П., Матвеева Е.М., Груздева Л.И. Экспериментальное изучение популяционных аспектов взаимодействия паразита и хозяина на примере картофель -нематода ((ИоЬо^ега гохшсИкюм И/о11.) (в печати).

13. Матвеева Е.М., Груздева Л.И. - Влияние коры хвойных на процесс вылупления личинок картофельной цистообразующей нематода (в печати).

14. Груздева Л.И., Матвеева Е.М., Ковалеко Т.Е., Лай Г.Н. К вопросу регуляции численности картофельной цистообразующей нематоды в агроценозах Карелии (в печати).

МштЬ5

_© Карельский научный центр РАН, 1998

Сдано в производство 2.09.98. Формат 60х84'/16. Уч.-изд. л. 1,6 Усл. печ. л. 2,0 Заказ № 72 Тираж 100 экз.

Карельский научный центр РАН. 185030, г. Петрозаводск, пр. Урицкого, 50 Редакционно-издательский отдел

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Матвеева, Елизавета Михайловна, Петрозаводск

КАРЕЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ

.1

На правах рукописи

МАТВЕЕВА Елизавета Михайловна

ПОПУЛЯЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАРАЗИТИЧЕСКОЙ НЕМАТОДЫ GLOBODERA ROSTOCHIENSIS (WOLLENWEBER, 1923), BEHRENS, 1975 И РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ

03.00.19 - паразитология, гельминтология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Е.П. Иешко, доктор биологических наук

Петрозаводск - 1998 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................8

1.1. Биология и экология картофельной цистообразующей нематоды аоЬос1ега гоя^сЫетк \¥о11...................................................................8

1.2. Картофельная цистообразующая нематода в Карелии.......................11

1.3.Межвидовые отношения патогенов (нематод и фитопаразитических грибов) при комплексном заражении растения - хозяина.........................13

1.4. Совершенствование методов борьбы с картофельной цистообразующей нематодой...........................................................................................17

1.5. Поиск экологически чистых способов регуляции численности гло-бодеры в условиях Карелии.......................................................................21

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................23

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ........28

3.1. Экспериментальное изучение популяционных аспектов взаимоотношений хозяина и паразита под действием различных факторов...............28

3.1.1. Влияние инвазионной нагрузки патогена на количественную и качественную характеристики популяций нематод, развившихся в опытных растениях......................................................28

3.1.2. Влияние различного уровня заражения картофельной цистообразующей нематодой 01оЬос1ега гоз^сЫепзм на морфометричес-кие показатели и продуктивность картофеля.................................37

3.1.3. Исследование взаимоотношений популяций нематоды и растения-хозяина при воздействии низких температур на картофель .................................................................................................44

3.2. Индивидуальные особенности ответных реакций растений картофеля и нематод, обитающих в них..................................................51

3.3. Исследование влияния устойчивости картофеля к глободере на популяции паразита и на проявление ответных реакций растения-хозяина.............................................................................................60

3.4. Изучение межвидовых отношений патогенов в паразитарной системе "нематода - гриб - картофель"............................................72

3.4.1. Влияние грибной инфекции на конечную численность популяций глободеры при комплексном заражении картофеля..........75

3.4.2. Изучение влияния ризоктонии на процесс вылупления личинок глободеры..................................................................................80

3.4.3. Влияние устойчивости растения - хозяина на развитие патологического процесса при грибной и нематодной инвазии...........87

3.5. Разработка экологически безопасных методов регуляции численности картофельной нематоды в условиях Карелии....................100

3.5.1. Изучение нематицидных свойств коры хвойных................101

3.5.2. Влияние коры хвойных на процесс вылупления личинок глободеры............................................................................................105

3.5.3 Влияние свежей коры сосны и ели на рост и развитие растений картофеля................................................................................111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................118

ВЫВОДЫ...........................................................................................................121

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ................................................................................123

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы: Среди вредителей и болезней важнейших с/х культур по распространенности и по вредоносности особо выделяется картофельная цистообразующая нематода (КЦН) Globodera rostochiensis Woll. В последние годы наблюдается расширение очагов глободероза картофеля, обусловленное нарушением карантинных условий и агротехники возделывания. На сильнозараженных полях отмечается снижение урожая раннеспелых и среднеспелых сортов картофеля на 50 - 80 %, позднеспелых - на 30 % (Деккер, 1972; Бойко, 1973). Присутствие нематоды в почве усиливает грибные, бактериальные и вирусные болезни растений.

В целях ликвидации очагов заболевания и защиты картофеля от КЦН используются химические (ядохимикаты) и агротехнические методы борьбы. Последние включают в себя севооборот, использование ранних и нематодо-устойчивых сортов, применение повышенных доз минеральных удобрений. Следует отметить, что после применения любого из них популяция нематоды быстро восстанавливается. Более перспективными являются интегрированные средства защиты растений, когда применение нематицидов сочетается с возделыванием непоражаемых культур и нематодоустойчивых сортов картофеля. Все большее распространение получают методы биологического контроля и экологически чистые способы регуляции численности нематоды.

Развитие экологических методов защиты растений требует детального изучения паразито-хозяинных отношений. В паразитологической литературе взаимодействие партнеров в паразитарной системе, т.е. влияние паразита на растение и зависимость его развития от физиологического состояния растения, редко рассматривается в комплексе. Специфичность данной паразитарной системы проявляется в том, что органы растения, приобретая для фито-гельминта статус биотопа, адаптивно реагируют на присутствие нематод. Последние воздействуют на растительную ткань и изменяют ее, а растение в ответ на это вырабатывает защитные реакции (Парамонов, 1962). В инвазиро-ванном растении возникают сложные и динамические взаимоотношения, характер которых зависит от индивидуальных особенностей партнеров, их фи-

зиологического состояния в момент контакта, инвазионной нагрузки патогена (Рийспере, 1988). Развитие отношений между нематодой и растением будет зависеть от способности растения-хозяина противопоставить деструктирую-щему влиянию метаболитов паразита систему защитных реакций, являющихся выражением их иммунитета (Зиновьева, 1989).

Поиск методов регуляции численности нематод предусматривает изучение паразито-хозяинных отношений и их особенностей на организменном и популяционном уровнях. Необходимо учитывать избирательную выживаемость патогена и индивидуальный характер ответных реакций растений-хозяев на заражение. При разработке программы борьбы с болезнями растений успех возможен лишь при умелом использовании «узких мест», возникающих во взаимоотношениях между нематодой, ее хозяином и окружающей средой. При этом необходимо выявить те условия, при которых обеспечивается максимальная устойчивость хозяина к заражению.

Цель и задачи исследования: Целью работы было исследование взаимоотношений нематод и растения-хозяина на популяционном и организменном уровнях. При проведении исследований были поставлены следующие задачи:

• экспериментально изучить выживаемость паразитов под воздействием различных факторов (различной исходной плотности нематоды, закаливания ростков картофеля перед заражением, наличия сортовой устойчивости картофеля к нематоде);

• изучить ответные реакции растений при заражении различными дозами паразита;

• выявить индивидуальные особенности восприимчивости и поражаемости растений к КЦН;

• изучить межвидовые отношения патогенов (нематоды и фитопаразитиче-ского гриба ризоктония) при комплексном заражении растения-хозяина; исследовать влияние патогенов на растение в отдельности, их совместное воздействие на хозяина, и взаимодействие между патогенами;

• разработать экологически безопасные методы регуляции численности картофельной нематоды в условиях Карелии.

В работе рассмотрены индивидуальные и популяционные аспекты взаимодействия цистообразующей нематоды и картофеля.

Научная новизна . В результате исследований установлена неоднородность ответных реакций картофеля при различном уровне инвазии картофельной нематоды. При малой дозе заражения выделяется группа растений, показывающих устойчивость к поражению глободерой. С увеличением инвазионной нагрузки отмечено снижение устойчивости растений, что выражалось в более равномерном заражении их нематодой и сходстве индивидуальных показателей восприимчивости хозяев.

Впервые исследованы межвидовые взаимоотношения КЦН с грибом ри-зоктония при совместном заражении различных по устойчивости к нематоде сортов картофеля.

Усовершенствованы методы получения чистых культур гриба Rhizoctonia solani Kühn. Экспериментальные работы по изучению действия обеззараживающих химических веществ на склероции гриба выявили среди них наиболее эффективные, обеспечивающие лучший рост мицелия и максимальный выход чистых культур.

Представлены доказательства нематицидных свойств коры хвойных. В присутствии коры наблюдается сдерживание развития глободеры, что выражается в значительном снижении конечной численности паразита по сравнению с контролем без добавок коры.

Усовершенствована методика проведения экспериментальных работ по изучению взаимоотношений популяций паразита и растения-хозяина.

Использованы методы математического анализа для раскрытия внутри-популяционных механизмов регуляции численности паразита. Практическая значимость работы Результаты исследований по изучению влияния свежераздробленной коры хвойных на конечную численность глободеры и на процесс вылупления личинок имеют первостепенное значение не только с теоретической, но и практической точки зрения, так как являются предпосылкой для разработки биологических мер борьбы с картофельной нематодой. Результаты экспериментов по вылуплению личинок глободеры до-

называют, что использование коры хвойных на зараженных нематодой полях является эффективным способом регуляции численности картофельной цисто-образующей нематоды, проявляющееся уже на ранних стадиях развития паразита. Кроме того данный метод предусматривает и экологичный способ утилизации отходов производства, что способствует уменьшению антропогенного воздействия на окружающую среду.

Полученные экспериментальные результаты по индивидуальным особенностям картофеля при заражении КЦН дополняют современные представления о популяционных механизмах, лежащих в основе повышения устойчивости растений к патогену. Накопление знаний в этой области вносит определенный вклад в решение практических задач фитогельминтологии, открывает новые перспективы в борьбе с одним из наиболее опасных паразитов картофеля.

Изучение конкурентных отношений гриба и нематоды при совместном паразитировании на растении открывают перспективы использования ризок-тонии как регулятора численности глободеры на полях, инфицированных данными патогенами картофеля.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Биология и экология картофельной цистообразующей нематоды Globoder а rostochiensis WoII.

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства и специализации отдельных отраслей земледелия неизбежно возрастает удельный вес определенных культур в системе севооборотов, складывается высокая генетическая однородность посевов. Это приводит к увеличению потенциальной опасности массовых вспышек различных вредителей и болезней (Федоринчик, 1972; Кралль, 1980; Метлицкий, Озерецковская, 1985; Кривчен-ко, 1990). Узкая специализация земледелия сопровождается ростом вредоносности ряда патогенов растений, в частности, фитопаразитических нематод. Они становятся одним из основных факторов, лимитирующих повышение урожайности и качества сельскохозяйственной продукции.

Увеличение в системе севооборотов удельного веса картофеля в регионах возделывания культуры привело к широкому распространению картофельной цистообразующей нематоды (КЦН) - злостного паразита пасленовых (картофеля, в меньшей степени томатов, баклажанов).

Картофельная нематода уже болеее 100 лет является объектом многостороннего, детального изучения. Центром происхождения Globodera rostochiensis Woll. является Южная Америка. Первые сведения о картофельной нематоде на территории Европы относятся к концу XIX столетия. Она обнаружена на территории Германии И. Кюном в 1881 году, позднее в Шотландии. Описание ее дал Н. Wollenweber (1923 г.). Хотя глободера во всех государствах считается карантинным видом, ее распространение не уменьшается (Stelter, 1971). На нашем континенте ареал нематоды простирается через всю Среднюю и часть Северной Европы. В прибалтийских странах впервые нематода была обнаружена Н.М. Свешниковой в 1948 г. в окрестностях г. Вильнюса, позднее очаги паразита были выявлены в Латвии, Эстонии, Калининградской области (Кралль, 1973). Широкое распространение нематода получила в Северо - Западном районе России (Ленинградской, Тверской, Новго-

родской, Псковской областях). Карелия является северной границей ареала глободеры.

Цистообразующие нематоды получили свое название по способности кутикулы превращаться в жесткую и стойкую к внешним воздействиям оболочку (цисту), внутри которой находятся яйца и личинки. Во вновь образовавшихся цистах можно обнаружить 150-300 яиц и личинок. Для картофельной нематоды характерен ярко выраженный половой диморфизм. Самцы подвижные, имеют нитевидную форму, их длина около 1 мм. Самки неподвижные, обычно шаровидной формы, с вытянутым головным концом. Размер взрослых самок колеблется от 0,5 до 0.8 мм. Нередко в почве встречаются и очень мелкие цисты, особенно при высокой степени поражения, на «тяжелых» почвах, при выращивании устойчивых сортов (Деккер, 1972; Соловьева и др., 1989).

У нематод на конце передней части тела расположено ротовое отверстие, внутри которого находится стилет. С его помощью нематода прокалывает стенки растительных клеток, выделяет экскреты пищеварительных желез и всасывает содержимое клеток.

Цикл развития нематод начинается с яйца, в котором завершается развитие первой личиночной стадии. После линьки из яйца выходит личинка 2-го возраста длиной 0,4-0,5 мм. Только на этой стадии нематода способна ин-вазировать корень растения. Личинки проникают преимущественно в зону роста корня и локализуются параллельно его оси. Выделения личинок стимулируют образование синцития - гигантских клеток, имеющих важное значение в питании нематод. После завершения второй стадии личинка утолщается и приобретает бутылковидную форму. Во время четвертой стадии наблюдается половая дифференциация. Личинки, которые превратятся в самок, еще более утолщаются, выходят наружу, оставаясь погруженными головным концом в ткани корней. Будущие самцы во время четвертой линьки сохраняют червеобразную форму и мигрируют в почву.

Самки в процессе развития претерпевают ряд морфологических изменений: они увеличиваются в размерах, изменяют форму и окраску, у них утол-

щается кутикула. Происходит и внутренняя перестройка: редуцируется кишечник, формируется яичник с яйцами, число которых у оплодотворенных самок с возрастом увеличивается (Парамонов, 1962). Вначале самки имеют белый, а затем становятся золотисто-желтого цвета. К осени самки отмирают, оболочка у них буреет и уплотняется, они превращаются в цисту, наполненную яйцами и личинками, хорошо защищенными от неблагоприятных условий среды.

Важное значение для успешного онтогенеза нематод имеют абиотические факторы среды. Для выхода личинок глободеры из цист и проникновения их в корни оптимальна влажность почвы 60 - 70 % (Шестеперов, 1989). В сухой почве яйца и личинки глободеры в цистах значительно устойчивее к воздействию высоких температур, чем в сырой почве (Деккер, 1972).

Температура является доминирующим фактором, влияющим на рост, длительность развития и размножение нематод. Процессы питания, обмена веществ и другие проявления жизнедеятельности нематод находятся под контролем температуры среды обитания, выступающей также в роли информационного фактора, сигнализирующего популяции о времени начала выхода личинок из цист и о прекращении этих процессов. Для 01оЬос1ега гоз1осЫет18 нижний порог температуры для жизнедеятельности колеблется в пределах 5 -10° С, а для развития - 11° С, верхний порог развития 30° С. Наиболее благоприятные условия для внедрения в корни и размножения нематод складываются в диапазоне от 15 до 20 0 С (Шестеперов, Курт, 1981).

Существенное значение на конечную популяцию глободеры оказывает механический состав почвы: хорошо аэрируемые песчаные почвы обычно более плотно заселены нематодами, чем суглинистые (Деккер, 1972; Соловьева и др., 1989).

Воздействие света на глободеру проявляется опосредованно, через растение. С. Элленби (1958, цит. по Деккер, 1972) отмечал, что в условиях длинного дня на картофеле образуется больше цист нематоды, чем в условиях короткого дня.

Влияние биотических факторов среды на глободеру выражается разницей между исходной и конечной плотностями популяций нематоды в почве (Muller, 1987). Изменение плотности фитогельминтов тесно связано с растение�