Роль почвы и удобрений в устойчивости растений к патогенным грибам в агроценозах

Применение удобрений и средств химической защиты растений в агроценозах является одним из главных источников антропогенного воздействия на почвенный покров. На больших площадях уменьшается биологическое разноообразие. Этому способствует укрупнение обрабатываемых площадей, переход к севооборотам с короткой ротацией и к монокультуре, минимизация обработки почвы, распространение однородных сортов и гибридов, широкое применение пестицидов (Cook, Veseth, 1991; Linderman, 1994; Hart, Christenson, 1994; Чулкина, Чулкин, 1995; Ismail et al., 1995; Соколов и др., 1998). В результате нарушается саморегуляция, ухудшается фитосанитарное состояние агроценозов, появляются и накапливаются агрессивные биотипы патогенов. Подавление защитных функций почвы ведет к росту инфекционного фона. Восстановление ее биологической активности — процесс медленный и измеряется десятилетиями (Круглов, 1997).

Растениеводство в России и многих других странах характеризуется низким уровнем стабильности агроценозов и плохим фитосанитарным состоянием почв (Жученко, 1997; Сусидко, 1997). Это подтверждается периодическими вспышками эпифитотий и широким распространением сорной растительности. Существенные изменения отмечены в отношении сапротрофных грибов, некоторые виды которых перешли к паразитическому образу жизни, поражая генеративные органы растений (Дьяков, 1992). В ряде регионов обнаружено новое явление — неинфекционные физиологические болезни растений, связанные с нарушением режима питания, балансом питательных элементов в почве и экстремальными погодными условиями (Новожилов, 1997).

К особо опасным заболеваниям растений в настоящее время относят: корневые и прикорневые гнили зерновых культурсерую гниль зернобобовых культур, корнеплодов, картофеля, винограда, огурцов и т. п.- белую гниль или склеротиниоз подсолнечника, моркови, томатов, и др.- фитофтороз картофеляфузариозы зерновых и зернобобовых культур. В современном земледелии эти поражения относят к болезням интенсивного агроценоза. Для них характерна слабая видовая специализация возбудителей, ареал которых включает все континенты и совпадает с регионами возделывания многих культур, наличие сапротрофных стадий развития, связанных с почвой, пролонгированная чувствительность растения-хозяина к патогенам. Устойчивость растений к данным патогенам выше при дозах и соотношении элементов питания, близким к оптимальным для обеспечения их продуктивности. Минеральные удобрения, независимо от вида, не индуцирую! инфекционный процесс, если используются для снятия дефицита элемента в почве. Большую опасность представляют фитопатогенные грибы, приуроченные к малым ареалам возделывания культур, например, возбудители антракноза, фузариоза люпина и пирикуляриоза риса.

Фитосанитарное оздоровление агроценозов — таким образом, многоуровневая задача, которая достигается обеспечением генетической гетерогенности возделываемых культур, повышением иммунитета растений, применением агрохимических, химических и микробиологических средств защиты растений (Соколов и др., 1998).

Цель работы оценка роли агрохимических средств и свойств почв, различающихся по генезису и плодородию, в регулировании фитосанитарной ситуации в агроценозах, в формировании супрессивных свойств почвы. Поиск агрохимических приемов, повышающих активность защитных механизмов у растений к патогенным грибам.

Действие этих приемов следует рассматривать как временный эффект. Ценность их состоит в радикальном воздействии на почву как фактора передачи инфекции и среды обитания патогена, а также и растения-хозяина. Чем выше паразитическая специализация возбудителей, тем выше эффективность приемов, направленных на оздоровление почвы от фитопатогенных почвенных грибов.

Влияние каждого из факторов тесно коррелирует с почвенно-климатическими условиями (Никитишен, Демидов, 1990). Даже такой прием фитосанитарной очистки почвы как внесение органических удобрений, обеспечивает регулирование агроценоза с разной интенсивностью (Оразов, 1988; Линник, 1992).

Например, в условиях экстенсивного земледелия и интенсивного возделывания многих культур на сероземе при низкой биологической активности почвы и высокой плотности фузариозной, вертицилезной инфекции и обыкновенной корневой гнили только внесение свежей органики снижает инфекционный срок сероземных почв (Оразов, 1988). В условиях дерново-подзолистых слабоокультуренных почв, такой прием приводит к временному токсикозу почвы и увеличению инфекционного потенциала (Марфенина, 1976; Дурынина, Великанов, 1984; Белоусова и др. 1985). более того недопустимо при наличии в агроценозе белой гнили, использование навоза непосредственно под посев сельскохозяйственных культур (Минеев, Дурынина, 1991). На окультуренных дерново-подзолистых почвах и черноземах Европейской части фитосанитарный эффект органических удобрений проявляется более весомо (Белоусова, 1985).

Особенности трансформации соломы, сидератов, навоза, компостов. органических добавок определяются свойствами конкретной почвы. Фитосанитарный эффект увеличивается в ряду: сидераты, компосты, солома+сидераты, сидераты: минеральные удобрения, навоз (Аврова, 1998; Корнеева, 1998; Попова. 1998; Храмцов и др., 1998).

При экстенсивном ведении агроценоза, высоком инфекционном уровне почвы, насыщенности монокультурой, что имеет место при выращивании растений на ограниченно пригодных территориях, например, пшеница, люпин, рис, хлопчатник, фитосанитарная очистка почвы возможна только при внесении органических удобрений и в высокой дозе (Оразов 1988; Романов, 1995; Сангинов, 1995; Марьин, 1996; Круглов, 1997).

Ингибирующее действие почвы на развитие почвообитающих патогенов интересовало многих исследователей. Еще в 1953 г. был обнаружен так называемый почвенный фунгистазис, действие которого заключается в ограничении мицелиального роста грибов и задержки прорастания покоящихся форм патогенов.

Фунгистазис характерен для всех типов почв и не только предохраняет растение от заражения, а грибы-патогены от прорастания, но и препятствует освобождению почвы от инфекции (Никанорова, 1992). Не вызывает сомнения биологическая природа фунгистазиса, так как ингибирующее действие почвы исчезает при ее стерилизации и может быть восстановлено вновь прибавлением к пей нестерильной почвы, отдельных микроорганизмов и их сообществ. Видимо, поэтом) фунгистазис слабо проявляется в нижних слоях почвы, где мала численность микроорганизмов и в деградированных почвах (Берестецкий и др., 1986).

Биологическая природа фунгистазиса почвы признается всеми исследователями, но трактуется по-разному. Основные взгляды следующие: а) главный фактор фунгистазма — трофическая конкуренция между грибами и соответствующей микрофлорой при дефиците питательных веществ в почвеб) наличие в почве летучих ингибирующих веществ, которые представлены этиленом, закисью азота, аммиаком и спиртами, они в основном образуются бактериальной микрофлорой (Берестецкий, 1984; Уапсига, 1988; Никанорова, 1989; Зуепп^зэоп ег а! 1990;).

Несомненно, что фунгистазис формируется и за счет ряда других факторов: фитотоксических метаболитов почвенной микробиоты, токсинов растительного и микробного происхождения, физиологически активных веществ и фенолов (РпкгуК Уапсига, 1988; 8сЬопукг, Liegler, 1982). В последние годы корневые экссудаты рассматриваются как необходимый компонент для существования псевдомонад (ПФ). Известно, что ПФ один из факторов биологической защиты, особенно проростков, от корневых патогенов (1атНес1, Ка1ап, 1992).

В сопряженной системе почва — растение — патоген — микробиота, почва важнейший фактор, который регулирует фитосанитарное состояние агроценоза. определяет инфекционный потенциал системы в целом (Рябчикова, 1992; Круглов. 1997; Дурынина и др., 1998). Способность почвы подавлять развитие почвообитающих патогенов и ингибировать развитие эгшфитотийного процесса привлекает внимание исследователей последние десятилетия особенно (Лагутина и др., 1990; Cook, Veseth, 1991; Linderman, 1994; Чулкина, Чулкин, 1995).

В литературе достаточно часто упоминается термин «супрессивность почвы». При этом зарубежные авторы используют его в широком диапазоне понятий, принимая любое снижение вредоносности болезни за супрессивность почвы (Tindall, Dewer, 1987).

В отечественной литературе есть попытки сформулировать это понятие, определить факторы, которые создают супрессивность, показать, что супрессивность почвы более широкое явление, чем фунгистазис (Чулкина, 1985; Никанорова, 1992; Сидоров и др., 1992).

Супрессивность почвы — это способность подавлять фитопатогенную микробиоту и сдерживать развитие эпифитотийного процесса за счет совокупное!!! биологических, химических, физико-химических, физических свойств почв и агротехнических приемов. Основные факторы, которые определяют супрессивностьтип почвы, активность микробиологических процессов, внесение удобрений, интенсивность с/х использования (Гантимурова, Касинова, 1992; Маринеску и др. 1992; Гарифулина, 1994).

Трансформация почв в агроценозе, связанная с длительным культивированием ограниченного числа видов растений, обработкой почвы, внесением удобрений изменяет количественно этот показатель. Супрессивность почв при окультуривании может снижаться, например, по отношению к В. sorokiniana (син. Н. sativum), а может существенно увеличиваться. Так. хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы — надежная защита зернобобовых культур от серой гнили (Великанов, Сидорова. 1988; Лихачев, 2000).

Необходимость различать естественную и индуцированную супрессивность к определенному патогену или группе патогенов. Количественно супрессивность почвы может быть измерена числом пропагул патогена на единицу веса почвы, с определением этих показателей в динамике. Так известно, что черноземные почвы Курского заповедника обладают абсолютной естественной супрессивностью по отношению к В. sorokiniana (Чичева, 1979). Например, почти все разновидности черноземных почв Краснодарского края не имеют супрессивности по отношению к S. sclerotiorum (Дурынина и др., 1989).

Индуцированная супрессивность возникает в агроценозе за счет агротехнических приемов, которые обеспечивают устойчивость комплекса микромицетов (Гантимурова, Косинова, 1992; Касымов, Ходжибаев, 1992; Гаврилкина, Захарова, 1995; Минеев, Ремпе, 1995), активирование и регулирование микробоценоза за счет разложения растительной массы (Коржов, 1992; Путинская и др., 1992; Минеев и др., 1993) подавление активности патогенных грибов и ограничение их развития антагонистами и гиперпаразитами (Biles, Hill, 1988; Callan et al., 1990; Lodovica et al, 1995; Лысенко и др., 1998; Николаева и др., 1998).

В условиях почвы подавление активности патогенных грибов и ограничение их развития очень затруднено. На эти процессы влияют физико-химические свойства почвы: природа глинистых минералов, кислотность, содержание гуминовых кислот, углекислоты и кислорода, а также температурный, водный режимы и др. Перечисленные факторы окружающей среды способны ограничить развитие популяции и активность фитопатогена в почве, но не приводят к их гибели (Чичева. 1979; Чернецова, 1983; Белоусова 1985).

Супрессивность почв в агроценозе увеличивают: легкогидролизусмое органическое вещество, пожнивные остатки и сидеральные культурывнесение подстилочного навоза и компостов с включением навоза, регулирование pH почвы за счет известкования, внесение определенных видов и форм минеральных удобрений, особенно калийных, севооборот и растения-фитосанитары.

Супрессивнось почв в агроценозе снижают химические стрессоры, а именножидкий бесподстилочный навоз, высокие и супервысокие дозы минеральных удобрений, поверхностное или локальное их внесение, средства химической защиты растений — гербициды и пестициды, монокультура и короткоротационные севообороты.

Индуцированная супрессивность связана с региональной системой земледелия. Например, вредоносность фузариозных корневых гнилей снижается за счет систематического известкования почвы. Индуцированная супрессивность возникает тогда, когда в почве создаются оптимальные условия для микробов-антагонистов, в том числе и для бактериальной (Campbell, 1989). Установлено, что даже в окультуренных почвах наблюдается сокращение численности или исчезновение природных стабилизаторов экосистемы — базидиомицетов и ВАМ-грибов. Занятие их места бактериями и «сахарными» грибами, приводит к сокращению видово! о разнообразия и смене доминантов (Великанов, 1997). Многие приемы агротехники, направленные на сохранение и стимуляцию биологической активности почвы, одновременно увеличивает и ее супрессивность (Anon, 1986; Vyn et al., 1991; Dittmer. 1991).

На основании литературы и своих исследований рассмотрим основные факторы, которые формируют супрессивность почвы в агроценозе. а) легкогидролизуемые органические вещества, которые являются источником углерода — это корневые экссудаты, пожнивные и растительные остатки, сидеральные культуры — рапс, вика, седаделла, люпин (Иванов, 1988; Maheswari. Purushothaman. 1990; Гузев, 1992; Зезюков, Дедов, 1992; Надежкин, 1998).

В настоящее время занятые пары, зеленые удобрения, промежуточные культуры, сидерация во многих регионах с достаточным количеством осадков рассматривается как один из основных приемов оздоровления почвы от инфекции (Cogerty, 1991; Марьин, 1996; Надежкин, 1998).

При сидерации свежая фитомасса обычно провоцирует прорастание грибов-патогенов, особенно при длительном осеннем безморозном периоде. По мере минерализации зеленой массы популяция возбудителя погибает (Рябчикова, 1992; Сидоров и др. 1992). После сидерация возрастает, обычно не менее чем в 2 раза, общая численность микроорганизмов в почве и значительно больше — численность антагонистов (Воронков, 1992; Коржов, 1992; Сидоров и др., 1992). б) органические удобрения — навоз и компосты существенно повышают биогенность почвы. Это и есть наиболее важный индуктор почвенной супрессивности. Показано, что при слабом и среднем поражении зерновых культур корневыми гнилями на 1 га пашни в севообороте необходимо вносить 4 i качественных органических удобрений (Чулкина, Чулкин, 1995). Установлено, что только систематическое внесение органического вещества в дозе не менее 10 т/га создает условия, необходимые для функционирования почвенных оксидаз (Гулько. 1995). Наибольшая устойчивость микробного комплекса выявлена на типичном мощном черноземе, но даже в этих комфортных условиях при внесении 214 т навоза п эквивалентной дозы минеральных удобрений общая биогенность была выше при внесении органики (Филон, Митрополенко, 1995).

Наблюдения за динамикой микрофлоры на лугово-черноземной почве и выщелоченном малогумусном черноземе показали, что совместное внесение навоза и минеральных удобрений обеспечивает плотность активной биоты в 3 раза большую, чем при раздельном внесении (Столяров, Безуглая, 1995). На староорошаемом темно-сером сероземе совместное внесение этих компонентов многократно увеличивало супрессивность почвы и обеспечивало 5−6-кратное подавление возбудителя вилта хлопчатника (Оразов, 1988; Сангинов, 1995). Для южных регионов одним из возможных путей повышения супрессивности почвы является систематическое внесение органических удобрений и минеральных, последние обеспечивают более высокую трансформацию корневой массы и пожнивных растительных остатков (Тотибадзе, 1995; Шеларь, 1995). Высокое содержание гумуса в почве, которое обеспечивает ее биогенность, часто сочетается с супрессивностью почвы (Ratkos. 1992; Kopmans, 1993; Сусидко, 1997). Для северных почв Швеции более важным показателем была структура почвы (Kopmans, 1993).

Стабильное состояние агроэкосистемы, как показывают исследования в стационарных опытах, надежно обеспечивается на дерново-подзолистых почвах органо-минеральной системой, на черноземных южных только активной органикой, а черноземы типичные обладают высокой мерой саморегуляции (Круглов, 1992; Минеев и др. 1997). Сопоставляя фитосанитарную роль сидератов и навоза, необходимо отметить, что действие первых менее эффективно, т.к. они не содержат комплексы микрофлоры, не имеют физиологически активных веществ, которые присутствуют в навозе, в них высокая плотность микроорганизмов-гидролигиков, которые потребляют при разложении фитомассы много энергии и органического вещества (Никанорова, 1989; Попова, 1990; Марьин, 1996; Надежкин, 1998).

Анализируя оздоровительный эффект различного рода компостов, можно сказать, что он коррелирует с содержанием в них качественного навоза. И они заметно снижают эффективность при использовании слабобиогенных добавок, даже соломы (Hoitink et al., 1987; Коржов, 1992; Voland, Epstien, 1994).

Важно, что органическое вещество лучше обеспечивает супрессивный эффект по отношению к мелкоструктурным патогенам, но даже высокие дозы навоза ~ 240 т/га не могут оздоровить почву от крупных склероциев S. sclerotiorum возбуди геля белой гнили подсолнечника, томатов, рапса, моркови, клевера и др. (Qasem, Abablan. 1995; Weilgung, Масе, 1995). в) важное значение для оздоровления почвы имеет кислотность почвы и содержание кальция и магния в почвенном поглощающем комплексе. У основных грибов-патогенов известны интервалы pH почвы для оптимального роста и спороношения. Многие виды Fusarium sp. существуют в широком диапазоне рП (Хацкевич, Бенкен, 1987; Мирчинк, 1988), поэтому такие приемы как применение физиологически кислых удобрений, известкование мало отражается на патогенезе. В кислом интервале значений pH частично подавляется развитие В. sorokiniana, Rhizoktonia sp., F. solani, S. sclerotiorum. Например, без известкования сахарная свекла поражалась церкоспорилезом, исследовано 15 сортов (Stakvilevieiene. 1997) и пшеница тоже, исследовано 5 сортов (Love, Bruel, 1987). Известкование усиливает супрессивные свойства почвы в отношении B. fabea и В. cinerea, а также F. oxysporum и F. solani.

Реакция почвенного раствора (pH) определяет состав возбудителей корневых гнилей. Это комплексное заболевание, которое вызывается видами рода Fusarium и рода Helminthosporium. На кислых дерново-подзолистых почвах преобладают виды Fusarium, а на нейтральных черноземных почвах они уступают место видами рода Helminthosporium, доля фузариевых грибов заметно снижается (Тюлина, 1980; Самсерова, Шикальчик, 1987; Lacicowa et al., 1990; Григорьев, 1996).

Известкование кислых дерново-подзолистых почв приводит к длительному сокращению и выживанию конидий В. sorokiniana даже в том случае, если почва известковалась за восемь — десять лет до опыта (Дурынина, Чичева, 1980), т. е. сохраняется косвенное влияние почвы через сопутствующую микрофлору.

Повышение кислотности почвы снижает микробную биомассу как суммарную, так и специфическую. Увеличивается сорбция пестицидов почвой, они становятся менее доступными для биодеградации (Хомутов и др., 1995).

Почвенные патогены в основном активные аэробы, поэтому для них лучше супесчаные почвы, чем суглинистые. В почвах с высоким содержанием глинистых частиц усиливаются процессы адсорбции мелкоструктурных патогенов как минералами, так и органическими коллоидами (Белоусова, 1985; Звягинцев. 1987; Григорьев, 1996). В песчаных почвах для многих патогенов создаются лучшие гидротермические условия, поэтому суглинистые и глинистые почвы обладают более высокой естественной супрессивностью (Sturz et al., 1989). Иногда естественная супрессивность подавляется за счет полезных агроприемов (Великанов, 1997) и почвы становятся пригодными для заселения В. sorokiniana и S. sclerotiorum.

Основная причина — снижение показателя почвенной кислотности (Минеев п др., 1991). Индуцированное развитие грибов-патогенов слабо сдерживается сопутствующей микрофлорой. Инфекционный фон почвы в агроценозе увеличивается и основные надежды исследователи связывают с возрастанием физиологической устойчивости растений на богатом агрофоне.

Существует разновидности почвы, которые обладают супрессивностью по отношению к определенному грибу-патогену. Например, красноземные почвы непригодные для заселения В. sorokiniana, также как и кислые подзолистые почвы. Если внести его искусственно, гриб быстро погибает (Чичева, 1979). На нейтральных и слабощелочных почвах, пшеница слабо поражается цефалоспоризом или шейковой гнилью, но на почвах с pH 4,5 заболевание становится крайне вредоносным (Smiley et al., 1990; Stakivilevieine, 1997). Споры этого возбудителя малы по размеру и при атмосферных осадках и обработках активно инфицируют почвенную толщу.

В отличие от сапротрофных почвенных грибов, которые развиваются на кислых почвах, грибы патогенные имеют оптимум роста в узком нейтральном интервале pH. Изменение этого показателя за счет агротехнических средств успешно используется для снижения вредоносности в поле и при послеуборочном хранении продукции (Чернецова, 1983; Love, Bruel, 1987; Scott et al., 1992; Huber, 1993).

Внесение минеральных удобрений на высокоокультуренных почвах индуцирует развитие грибов со светло-окрашенным мицелием, среди них много патогенных и условно патогенных видов (Попова, 1990).

Влияние некоторых химических стрессоров на развитие почвенных микромицетов. Интенсификация сельскохозяйственного производства связана с использованием в агроценозе высоких доз минеральных удобрений, мелиорантов и химических средств защиты растений. Внесение их в почву изменяет структур), состав и функционирование микробного сообщества (Мирчинк, Гузев, 1984; Верзилин, Трунова, 1992; Минеев, Ремпе, 1995; Наумова, Барсукова. 1995).

В современном производстве более половины органических отходов крупных животноводческих комплексов используется в виде жидкого навоза или стоков. Исследования показывают, что почва при этом обогащается биогенными элементами и они не теряются из общего круговорота, но его внесение резко ухудшает микробоценоз почвы. Поступление стоков даже в летний период угнетает разви то микромицетов, в том числе и нитрификаторов (Гузяева, Зименко, 1995; Тарасов, Кумеркина, 1998).

Нарушения ценоза носят устойчивый характер, так как одновременно происходит подкисление почвы, разрушение водопрочной структуры, активизируются процессы анаэробного разложения органического вещества.

Снижение активности сапротрофной микрофлоры резко увеличивает в микробоценозе долю грибов-токсинообразователей, в том числе родов Penicillum и Fusarium (Ефимова, 1990; Гаврилкина, Захарова, 1995). Плотность патогенной микрофлоры многократно увеличивается за счет ее привноса стоковыми водами и слабой биогенности почвы. К внесению жидких стоков более устойчивой на дерново-подзолистых почвах оказывается почвенная альгофлора.

Следовательно, в определенных условиях жидкий навоз и стоки могут рассматриваться как положительный элемент агроценоза, но с позиций фитосанитарного состояния допустимо применение только подстилочного навоза или биологически переработанных навозных стоков (Архипченко, Барболина. 1997: Барболина, 1997).

Отрицательное влияние на биогенность почвы, особенно легкого гранулометрического состава, оказывают и компосты, сочетающие торф с бытовыми отходами (Ефремов, 1995), а также внесение торфа на серых и светло-серых почвах без компостирования с навозом (Шарков и др., 1995).

При систематическом внесении азотных удобрений в дозе 100 кг/га и выше отмечено их отрицательное влияние на микробоценоз почвы, особенно в условиях низких температур и промывного режима. Негативное воздействие возрастает с увеличением дозы минеральных удобрений и длительностью их внесения.

В длительных опытах на разных типах почв показано, что супер дозы NPK увеличивают численность сапрофитных грибов — в 2,5 раза, актиномицетов 2−5 раз, денитрифицирующих бактерий в 3−10 раз, при этом биотоксичность почвы составляет 20−30% (Минеев, Ремпе, 1995).

Негативное воздействие химических стрессоров выше на малобуферных почвах и возрастает в ряду: чернозем обыкновенный, чернозем выщелоченный, серые лесные и дерново-подзолистые почвы (Лугаускас и др., 1990; Галимзянова. 1990; Горленко и др., 1998; Гомонова и др., 1999). Среди средств защиты растений наибольшее воздействие на сообщество микромицетов оказывают гербициды.

Обнаружено, что по степени чувствительности к гербицидам почвенные патогены делятся на несколько групп. Например, F oxysporum при низких концентрациях прометрина и пропанила в почве растет нормально, а высокие — его угнетаюг. Наоборот F. moniliforme, F. avenaceum и В. sorokiniana интенсивно развиваются при высоких концентрациях гербицидов (Жукова и др., 1990).

Наблюдения показывают, что совместное применение азотных удобрений и гербицидов осложняет ситуацию в микробоценозе даже на черноземных почвах, которые обладают достаточно высокой буферностью к агрогенному воздействию (Жукова и др., 1990; Ефимова, 1990; Орлова, 1999).

Показано, что существует специфическое воздействие пестицидов на почвенные патогены и их антагонистов. Прометрин стимулирует конидиегенез у F. oxysporum (Lacicowa и др., 1990), но не влияет на виды Trichaderma (Великанов. Сидорова, 1988; Великанов, 1997). Известно, что при протравливании семян биоцином высокую чувствительность проявляет F. gr amine arum, a F. oxysporum толерантен. После этого биоцин подавлял более 50% названных грибов в ризосфере люпина, но не влиял на рост бактериальной флоры (Юхнина, 1988).

Известкование дерново-подзолистых почв практически позитивно влияет на все звенья агроценоза. Однако, двукратное увеличение дозы извести резко снижает биологическую активность почв, особенно легкого гранулометрического состава (Бакинаидр., 1995).

Значение специфического воздействия химических стрессоров на виды почвенных микромицетов важно для осуществления экологического контроля за их поведением в агроценозе. Исследования на типичном черноземе — 25 лет функционирования и серой лесной почве — 60 лет показывают, что сохранение плодородия, поддержание гетеротрофных микроорганизмов возможно только при ежегодном внесении в севообороте не менее 10 т/га органического вещества, а также сочетаний органических и минеральных удобрений (Сидоров и др., 1992; Чапко, 1995: Шеларь, 1995). А восстановление, реанимация, фитоочистка деградированных экстенсивно используемых почв возможно только за счет внесения свежего органического вещества или насыщения севооборотов сидеральными культурами (Рожков и др, 1996).

Основным депрессивным фактором для грибов-патогенов многие авторы признают антагонистическую микрофлору с выраженными фунгицидными и фунгистатическими свойствами (Weidonq et al., 1988; Welter, 1988; Cambell. 1989; Callan et al., 1990; Lodovica et al., 1995; Chen et al., 1996).

При высоком насыщении почвы инокулюмом патогена комплекс превентивных мер, какими являются агротехнические приемы может оказаться малоэффективным. В таких условиях радикальным средством сохранения продуктивности агроценоза является замена поражаемой зерновой культуры на более устойчивую, например ячменя на рожь или овес (Маликова, 1985; Rofhroch, 1988) или выведение полей из сельскохозяйственного землепользования.

И. ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА ОГРАНИЧЕНИЕ РАЗВИТИЯ КОРНЕВЫХ ГНИЛЕЙ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В АГРОЦЕНОЗАХ.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что для сохранения зерновых культур от комплексного заболевания, какими являются корневые гнили, в регионах достаточного увлажнения целесообразно использовать полное минеральное удобрение, сбалансированное по азоту и калию. При этом несомненно, что на почвах легкого гранулометрического состава нарушение фитосанитарного равновесия в агроценозе наступает при более низких дозах внесения азотных удобрений и составляет по данным института сельскохозяйственной микробиологии 60 кг/га (Минеев и др., 1985; Scott et al., 1992; Попов, Бурова, 1994; Linderman, 1994; Кашемирова, 1995; Круглов, 1997). Азотные удобрения, особенно, в дозе выше 100 кг/га имеют тенденцию к нарастанию корневых гнилей. Это связано с положительным влиянием азотных удобрений непосредственно на плотность популяции некоторых из них: Bipolaris sorokiniana и Fusarium sp. и снижением иммунитета растений-хозяев.

Как показывает оценка химического состава растений в норме и патологии одностороннее внесение азотных удобрений или превышение соотношения азота к фосфорным и калийным удобрениям провоцирует поступление в растения железа и марганца, но снижает поглощение кремния, калия, серы (Белоусова. 1985). Таким образом, азотные удобрения могут снижать физиологический иммунитет зерновых культур, несмотря на то, что на многих почвах этот элемент находится в минимуме.

Использование азотных удобрений в высоких и супервысоких дозах увеличивает сроки созревания, а, следовательно, и сроки вегетирования патогенов на растении. Пролонгированное существование и богатство субстрата растения-хозяина.

18 способствуют формированию высокотоксичных штаммов, особенно у фузариевых грибов (Монастырский, 1997). По многолетним наблюдениям на почвах суглинистых и тяжелосуглинистых допустимо зернопропашных севооборотах дозы азота 100 кг/га ежегодно (Чичева, 1979; Белоусова, 1985; Brossious, Franc, 1986; Tindall, Dewy, 1987; Hart, Christenson, 1994). На выщелоченных черноземах Белгородской области ячмень, выращивали при внесении под предшественник NPK по 300 кг/га каждого элемента. При урожае ~ 40 ц/га зерна сохранялась устойчивость растений к корневым гнилям. Поражение ячменя снижалось, независимо от гидротермических условий сезона, при совместном внесении жидкого навоза и минеральных удобрений больше, чем только минеральных удобрений (Минеев и др., 1985).

Избыток азотных удобрений провоцировал развитие фузариозных шейковых гнилей на посевах озимой пшеницы в северо-восточных штатах США. Обследование посевов было проведено примерно на 300 неорошаемых участках (Smilcy et al." 1986). Установлено, что более высокая вредоносность корневых патогенов наблюдается при совместном влиянии F. graminearum и F. culmorum (Cook, Veseth, 1991). Кроме явления синергизма, здесь имеет значение существенное расширение диапазона оптимальных температур, для патогенов при развитии инфекционного процесса.

Независимо от типа почвы, региона исследований, особенностей возбудителя или их комплекса, специалисты считают, что для сохранения посевов зерновых от корневых гнилей необходимо использовать основные удобрения в соотношении 1:1. и в дозе не более 60−100 кг/га особенно это важно для азота и калия.

При интенсивных технологиях возделывания зерновых культур основная часть азота N азота 100−140 кг/га вносится в подкормку и используется дробно. Высокие дозы азота повышают восприимчивость растений к болезни в начале вегетации, но обеспечивают выносливость, если их применяют во вторую половину вегетации (Рыжеева и др., 1990). По данным Naylor and Su (1988) увеличение дозы азота при весенней подкормке с 60 до 120 кг/га провоцировало развитие ризоктониоза, если не применяли фунгициды.

Аммонийная форма азотных удобрений по отношению к корневой гнили обладает более высокими фунгистатическими свойствами, чем нитратная (Дурынина, Чичева 1980; Tindall, Dewey, 1987; Huber, 1988; Scott, Handab, 1992, 1994; Hart. Christenson, 1994). Это связано с тем, что при внесении иона аммония в ризосфере растений создаются очаги более высокой кислотности почвы, что негативно влияет на патогенные грибы, которые адаптированы к нейтральным корневым экссудатам. Более высокая доступность марганца, при этом или дополнительное его внесение в почву обеспечивает лучшую устойчивость зерновых к корневым гнилям (Huber, 1993; МсСау — Buis et al, 1995). Это справедливо для агроценозов на плодородных, буферных почвах.

Изучение устойчивости различных сортов озимой пшеницы к фузариозу и септориозу (на семи сортах) при внесении азотных удобрений в дозе от 110 до 190 кг/га показало высокую восприимчивость всех сортов, несмотря на го. что фосфорно-калийные удобрения вносились как фоновые (Дмитриев, Гагкаева, 1990).

Анализ литературы показывает, что устойчивость растений к корневым гнилям и существующим заболеваниям значительно выше, если азотные удобрения применяются в физиологически обоснованных дозах, рекомендованных региональной системой земледелия. (Ефимова, 1990; Ишкова, Манукян, 1990; Макаренко, 1990; Попов, Бурова, 1994). Не только виды и дозы удобрений, но и техника их внесения может индуцировать патологический процесс в агроценозе. Известно, что один из способов внесения азотных удобрений является их локализация в почве. Оказалось, что в очагах внесения азотных удобрений увеличивается плотность грибов видов F. solani, Aspergillius sp., A. niger, A. ustus и Penicillium funiculosum (Свистова, Стахурлова, 1995) Все указанные виды грибов являются фитотоксичными и увеличивают инфекционный потенциал почвы.

Снижение вредоносности корневых гнилей ярового ячменя на черноземных почвах Предуралья в севообороте при высокой агротехнике было значительным при использовании NPK по 45 кг/га каждого из элементов. Потери зерна ячменя на контроле составили 7 ц/га, при внесении удобрений только 1,5 ц/га при исходном урожае 21 ц/га (Ганиев и др., 1995). На типичных карбонатных черноземах там же устойчивость к заболеваниям яровой пшеницы к озимой ржи обеспечивала доза N40P60K40 при плоскорезной обработке почвы и внесении органических удобрений в паровом поле — 30 т/га навоза (Халиуллин, 1995).

Эколого-экономическая и энергетическая оценка применяемой системы удобрений показала, что больший выход кормовых единиц в зерно-пропашном севообороте обеспечивает сочетание сидератов и минеральных удобрений: сидера г 25 т/га и внесение N90P90K30. Оптимизация питания обеспечивала устойчивое фитосанитарное состояние агроценоза в целом (Амиров, 1995; Богданов, 1995).

На типичном черноземе южной лесостепи Башкортостана в условиях длительных стационарных опытов установлено, что урожай зерновых 36−40 ц/га сохраняется без использования средств химической защиты, если минеральные удобрения вносят в дозе NgoPiooK^, но только в севообороте. Переход в таких условиях к бессменным посевам снижает урожай зерна в 2−3 раза, особенно по ячменю и гороху (Романов, 1995; Щербаков, 1995). Исследователи обращают внимание на то, что любой вид севооборота связан с потерей гумуса, она значительна и при бессменной культуре и в севообороте, поэтому при интенсивном сельскохозяйственном использовании даже на черноземных почвах сохранение плодородия и фитосанитарной ситуации в почве возможно только при совместном внесении органических и минеральных удобрений (Амиров, 1995; Киекбаев. 1995). Внесение органических удобрений регулярно и в малой дозе создает лучшие условия для биохимических реакций в почве, чем разовое внесение в высокой дозе 60 т./га (Гулько, 1995), а сочетание органических и минеральных удобрений обеспечивало лучшую биогенность почвы даже на типичном мощном черноземе по сравнению с эквивалентным количеством минеральных форм (Филон, Митрополенко, 1995).

Детальная оценка устойчивости ячменя на черноземах Воронежской области показала, что реально можно снизить поражение гельминтоспориозом на 20−30° о. используя систему защитных мероприятий при обязательном внесении минеральных удобрений по уравнению баланса, не менее чем по 90 кг/га каждого из элементов и под основную обработку (Попов, Бурова, 1994). Использование фунгицидов обязательное звено защитных мероприятий.

В северных регионах Европейской части России сетчатый гельминтоспориоз ячменя является наиболее вредоносным. Комплекс возбудителей включает 19 рас патогена, среди них 11 рас относятся к «наземной» наиболее агрессивной популяции, очень высокий порог вредоносности — 20 конидий на г почвы, что в два с половиной раза выше общепринятого значения. В таких условиях исследователи предлагают использовать консультативную систему выбора фунгицидов (Кашемирова, 1995).

Напротив, биологический азот, сформированный азотфиксирующей ассоциацией микроорганизмов, при положительном действии на урожай проявляет высокие фунгистатические свойства, подавляя рост Alternaria spp. Botrytis cinerea Fiisarium solani (Умаров, 2001). Высокая фунгистатическая активность биологического азота показана в полевых опытах на ячмене (Злотников, 1998) и озимой пшенице (Наумов, 1998). Кроме корневых гнилей, азотные удобрения, по мнению Монастырского (1997), провоцируют в последние годы фузариоз колоса в условиях Краснодарского края и смежных регионах. Доля зерна, загрязненною фузариотоксинами, в России за последние годы возросла в 20 раз. В современном сельскохозяйственном производстве нет сортов, устойчивых к этому заболеванию, а введение в производство сортов интенсивного типа провоцирует эпифитотии фузариоза колоса.

Несмотря на различия почвенно-климатических и агротехнических условий, исследователи на разных континентах приходят к обоснованному мнению, что в условиях зерносеющих регионов доза азотных удобрений для сохранения устойчивости растений в агроценозе варьирует в пределах 60−90 кг/га. Увеличение дозы сверх указанной, будет провоцировать заболевания, так как надежных и устойчивых сортов ячменя и пшеницы практически нет (Пухальский и др., 1986; Smiley, 1990; Hart, Christenson, 1994; Попов, Бурова, 1994; Левитин, Ишкова, 1997).

В штате Пенсильвания (США) хорошие результаты в защите от корневых гнилей давала мелкая заделка семян, высокая норма высеваисследованные дозы азотных удобрений от 0 до 100 кг/га заболевания не провоцировали (Brossions. Franc. 1986). По данным ученых штата Орегон, в западных провинциях поражение зерновых офиоболезной корневой гнилью составили 50%, при этом защиту обеспечивало внесение NPK по 100 кг/га каждого из элементов, но дробно: 60 кг/га вносили при посеве, а остальную дозу — при подкормках. Лучшей формой для снижения поражения корневой гнилью была признана аммиачная. И это наблюдение можно считать устойчиво закономерным (Дурынина, Чичева, 1980; Hart, Christenson, 1994). Защитные свойства аммиачных азотных удобрений отмечали и другие исследователи.

Среди нетрадиционных приемов защиты известно совместное применение мульчирования почвы графитом или золой для быстрого снеготаяния и немедленное внесение мочевины или аммиачной селитры, что обеспечивает повышение урожая зерна и сохранение его от патогенов. Такой прием защиты реализуется успешно в предгорных западных регионах США (Tindall, Dewey, 1987).

Группы ученых, которые много лет работают по проблеме корневых гнилей, указывают, что снижение инфекционного потенциала почвы можно реализовать приемом соляризации почвы, при этом уничтожается 80−90% инфекционного началашироко практикуемое сжигание стерни обеззараживает почву на 50%, урожай зерна соответственно повышается на 19 и 14% (Cook et al., 1987).

Наблюдения показывают, что провоцировать корневые гнили могут и абиотические факторы среды. Высокая влагоемкость почвы тяжелого механического состава, низкая термоемкость, слабая активность бактериальной микрофлоры при сочетании с высокой кислотностью способствуют развитию корневых гнилей (Rush et al., 1986; Herring et al., 1987).

Большая вредоносность корневых гнилей отмечается в прохладной и сырой почве, особенно при минимальной и противоэрозионной обработке почвы (Scott et al. 1992). Раннее наступление холодов, особенно после дождливой и холодной осени увеличивают инфекционный фон почвы. Пожнивные остатки, стерня зерновых — это естественный источник инфекции и при негативных условиях патогенные грибы не успевают израстаться в отсутствие растения-хозяина (Smilley, Uddin, 1990; Чулкина. Чулкин, 1995).

Фосфорные удобрения, вероятно, не имеют решающего значения для защип,! зерновых культур от корневых гнилей, если почва средне обеспечена этим элементом.

В ранних работах по устойчивости растений, а они были выполнены для районов Сибири, Алтая и Казахстана, указывалось на положительное влияние фосфорных удобрений, которое связывали с позитивным внесением фосфора на формирование корневой системы растений, а не с дефицитом этого элемента в почве (Чулкина, 1985; Чумаков, Захарова, 1990).

Однако, агрохимические условия формирования урожая в этих регионах складываются так, что при высокой инсоляции и низкой влажности почвы идет интенсивная наработка нитратов. Эти почвы изначально достаточно обеспечены калием и не реагируют на его внесение в виде удобрений. В связи с этим, при обеспеченности азотом и калием повсеместно отмечается высокий эффект фосфорных удобрений на зерновых культурах (Чулкина, 1985: Захарова. Чумаков. 1986; Хацкевич, Нестеров, 1990; Чумаков, Захарова, 1990). Устойчивость к корневым гнилям обеспечивает сбалансированное питание основными макроэлементами, а не только фосфорные удобрения.

Известно, что фосфор как элемент питания является высокозначным для грибов на питательных средах. Для грибного сообщества в почве это выявлено в работе В. Г. Минеева и соавторов (1997). На кислой дерново-подзолистой почве фосфорсодержащие удобрения увеличивали биоразнообразие в грибном сообществе за счет стимуляции спороношения пенициллов, мукора и альтернарии.

Пока неизвестны работы, в которых было показано прямое или косвенное участие фосфорных удобрений в формировании иммунитета растений к корневым гнилям. Но установлено, что внесение суперфосфата в почву увеличивает инфекционный потенциал этих почв по отношению к В. sorokiniana (Чичева, 1979) Карамщук (1995) определил, что использование фосфорных удобрений в высоких дозах на почвах нарушает гомеостаз.

Несмотря на близкие физиологические потребности и малые различия в этиологии корневых гнилей, у яровой пшеницы фосфорные удобрения будут проявлять защитные свойства с большей интенсивностью, чем у ячменя. Защитный эффект у ячменя будет формироваться за счет превышения калийных удобрений над фосфорными и оптимального азотного питания (Дурынина, Чичева, 1980).

Калийные удобрения. Терапевтическое влияние калийных удобрений в этиологии очень многих заболеваний было выявлено в результате анализа огромного числа научных исследований в конце 80-х годов, которое было выполнено Левисом в Институте калия, Швейцария (Lewis, 1975). На основании более 1000 экспериментов было обнаружено, что «элементом здоровья» растений правильнее называть калий. Однако, интенсивные технологии, насыщение севооборотов одновидовыми культурами, вынос калия из почвы и изменение физико-химических и биологических свойств почвы в агроценозе заставляет заново пересмотреть участие калия в питании растений и в инфекционном процессе.

Калий депрессивно влияет на развитие очень многих грибов, поэтому калийные удобрения в основном будут снижать инфекционный потенциал почвы. Депрессивное влияние всех форм калийных удобрений выявлено в отношении Н. sativum на дерново-подзолистой почве, преимущественно значение имеет калийная, соль, фитозащитный эффект которых многократно усиливается при недостаточном увлажнении или почвенной засухе (Белоусова, 1985). Калийсодержащие удобрения (К, NK, NPK) являются надежным барьером для защиты от серой гнили зернобобовых: вики, бобов, фасоли на тех же почвах (Чернецова, 1983; Лихачев. 2000). При этом разница больных и здоровых растений обнаруживается не только по надземной массе, но по зерну, по корням и клубенькам.

В этиологии корневых гнилей депрессантами выступают, вероятно, те элементы питания, которые находятся в почве в минимуме и не обеспечивают нормального физиологического развития растений. Поэтому известны работы, где установлено защитное влияние цинка (Рыжеева и др., 1990), марганца (McCay-Buis et al, 1995; Rothroch, 1991), меди, серы (Anon, 1982). Такие компоненты удобрений, как хлор и формальдегид оказывают на почву стерилизующее действие, повышают устойчивость растений и снижают инфекционный потенциал почвы (Christensen. Breet, 1985; Белоусова, 1985).

Следовательно, несбалансированные дозы удобрений. особенно с повышенными дозами азота, способствуют развитию корневых гнилей, фузариоза колоса, ржавчины и мучнистой росы. Снижение вредоносности заболевания достигается дробным внесением дозы азота по вегетации растений. Внесение азотных удобрений во вторую половину вегетации повышает устойчивость к корневым гнилям. Не рекомендуется локальное внесение азотных удобрений в почву, т.к. это индуцирует токсинообразование у сапрофитных грибов. Применение биолог ического азота обеспечивает фунгистатический эффект в системе почва — удобрение — растение. С фитосанитарных позиций лучше внесение аммиачных, чем нитратных форм азотных удобрений.

Таким образом, минеральные удобрения в агроценозе выполняют средообразующую и регуляторную роль по отношению к растениям и грибному комплексу почвенного микробного сообщества (Полянская и др., 1995; Звягинцев. 2001). Вероятно, именно через оптимизацию питания растений агрохимическое воздействие на агроэкосистему будет наиболее эффективным и экологически адекватным.

Приемы обработки семян. Особого внимания заслуживает вопрос о путях рационального и безопасного для окружающей среды применения фунгицидов. По-видимому, и мировой опыт земледелия это подтверждает, полный или частичный отказ от химических препаратов нереален, и мало вероятна беспестицидная система защиты растений. Однако практика показывает, что более рациональное использование пестицидов вполне возможно (Mathienson, Rush, 1990; Smilley et al. 1990; Мельников и др., 1995; Кашемирова, 1995; Соколов и др., 1998). Такой подход включает следующие принципы: а) применение пестицидов только при высокой интенсивности развития вредных организмовб) использование средств хим. защиты только на высоком агрофоне, где они несомненно повышают урожай и не применять их на малопродуктивных почвах и ослабленных посевахв) дифференцированный подход с учетом погодных условий и влагообеспеченности посевовг) применение химпрепаратов против комплекса доминантных патогенов, а не отдельных болезней.

Одним из основных приемов интегрированной защиты рас гений, который признается всеми исследователями, независимо от типа почвы, региона возделывания и высеваемой культуры является обработка посевного материала, т. е. протравливание (Юхнина, 1988; Lacicowa, 1990; Попов, Бурова, 1994, Кашемирова. 1995). При этом применяют: а) химическое протравливание, лучше комплексными протравителями (Потапенко и др., 1998), б) интродукцию в ризосферу растений бактериальных препаратов на основе антагонистов и гиперпаразитов: Bacillus subtilis, Trichoderma lignorum, а также псевдомонад и агробактерий (Исенова, Карамщук, 1992; Мелентьев и др., 1995; Бойко и др., 1998; Тимофеева и др., 1999). г) использование на чистой почве семенного материала без признаков семенной инфекции (Григорьев, 1996).

Экспериментально показано, что протравливание семян высокоэффективная мера против фузариозной корневой гнили и снежной плесени зерновых культур в условиях Северной части американского континента, особенно, при недостающем увлажнении (Lawton, Burpee, 1990).

Установлено, что виды Fusarium, выделенные только с люпина узколистного обладают различной чувствительностью к ТМТД, беномнлу, биоцину (Юхнина, 1988). Восемь исследованных фунгицидов повышали устойчивость ячменя к фузариозной корневой гнили в условиях Польши, но ингибировали вегетативный прирост растений (Lacicowa, 1990). Склероции штаммов Botrytis cinerea, толерантные к фундазолу и даконилу. дольше сохраняли жизнеспособность и в почве (Чикин. 1997).

В условиях Техаса в опытах с различными сортами пшеницы было показано, что фуражные сорта пшеницы и ячменя могут компенсировать поражение гельминтоспориозом в процессе вегетации, и не нуждаются в защите, напротив, зерновые сорта требовали комплексных приемов защиты (Ruch, Mattienson, 1990). Поскольку большинство химических препаратов характеризуется селективным действием, лучшие результаты дают комбинированные препараты или их сочетание, например, против фузариоза и снежной плесени (Lawton, Burpee, 1990; Smiley et al. 1990; Johnston, Mathre, 1994). К сожалению, зерновые культуры имеют не только поверхностную, но и внутреннюю инфекцию. Термин «черный зародыш» семян подразумевает массу инфекционных структур В. sorokiniana, поэтому протравливание фунгицидами бывает малоэффективным (RothrocK, 1988; Ruch, Mathienson, 1990. Cook, Veseth, 1991). Инфицированные семена на чистой почве являются источником фузариозного и гельминтоспориозного заражения (Duthue, Hall, 1987).

Положительный эффект отмечен при внесении в ризосферу растений препаратов, содержащих живые структуры антагонистов или гиперпаразитов фитопатогенных грибов. Механизмы воздействия препаратов на почвенные патогены отличаются широким разнообразием. Показано, что грибы из рода Trichodermct, а это Т. viride, Т. harzianum, Т. koninqii, образуют ряд антибиотиков, а также набор ферментов, способных гидролизовать клеточную стенку грибов (Чиллаппагари, 1987; Liderman, 1994; Великанов 1997). Кроме этого, не исключается явление и прямого паразитирования антагонистов (Орлова, 1999).

В условиях агроценоза интродуцированные антагонисты попадают в сложные условия агрессивной и гетерогенной среды, поэтому они должны обладать высокой конкурентоспособностью и широкой адаптацией. В связи с этим, крайне важное значение имеет выбор органического субстрата и штамма-антагониста. Необходимо учитывать состав микробиоты и биологическую активность тех почв, в которых планируется использование биопрепарата (Ишанкулова, 1985; Орлова, 1999).

Как показывают опыты, лучшие результаты дают привозные изоляты наиболее активные и стабильные, но с широкими адаптационными свойствами. Иногда результат защиты зависит от сорта и абиотических факторов среды (Bils, Hill, 1988).

Повышенный интерес практиков и исследователей вызывает подавление корневых гнилей на основе обработки семенного материала биопрепаратами на основе флуорисцирующих псевдомонад (Pseudomonas spp.) или ФП. Параллельные.

27 исследования по созданию и совершенствованию антигрибных препаратов осуществляются сейчас в ряде стран: США, Германии, Росси, Голландии и Чехословакии (Duffy, Weller, 1995; Chun, Gao, 1995).

Механизм защитного действия псевдомонад связан с образованием сидерофоров (хелатных комплексов железа), а также антибиотических веществ. Считают, что ФП потребляют Fe +++, при этом они вступают в конкурентные взаимоотношения с фитопатогенными грибами. Однако, при высокой активности псевдомонад известны факты их конкуренции с растениями (Becker et al., 1986). Установлена положительная корреляция между синтезом сидерофоров и стимуляцией роста растений. В отсутствии сидерофоров корни зерновых культур выделяют в ризосферу органические кислоты, что привлекает грибы — патогены и ингибирует рост бактериальной флоры. Для получения препаратов используют защитные функции Ps. fluorescent, Ps. putida, Ps. corrigata, Вас. subtilis, Klebsielu pneumoniae (Weller, Cook, 1986; Злотников, 1998).

Наиболее удачным к настоящему времени следует признать применение препаратов псевдомонад против питиозной и офиоболезной гнили озимой пшеницы и питиозной гнили сахарной свеклы. Несмотря на широкий спектр возбудителей болезней, обработка семян озимой пшеницы суспензией бактериальных клеток увеличивала полевую всхожесть семян в 1,5 раза (Chun, Gao, 1995). Питиозпая корневая гниль сахарной свеклы успешно подавлялась препаратом на основе Ps. fluorescent. Влажная обработка семян при температуре, оптимальной для их прорастания увеличивала количество клеток псевдомонад в 104 раза на одно семя и обеспечивала защиту сопоставимую с лучшими химическими препаратами (Callan et al, 1990).

Обработка почвы важный повсеместно используемый прием для поддержания фитосанитарного состояния почвы в агроценозе. Способ обработки почвы в значительной мере изменяет свойства ее как экологической среды для возбудителей корневых гнилей и растения — хозяина, что отражается на эпифитотиологии и патогенезе болезни, а также определяет дифференциацию инфекционных структур по профилю почвы (Cook, Veseth, 1991, Scott et al., 1992. Linderman. 1994). Заселенность почвы конидиями патогена при отвальной обработке, как показывают опыты, равномерна во всем слое 0−20 см, но в нижней части больше р.- — i v инфицированных остатков, поэтому заражается слой почвы 10−20 см (Чулмми.

Чулкин, 1995). Напротив, при минимальной и плоскорезной обработке зараженные растительные остатки остаются на поверхности почвы или инфицируют слой 0−10 см. При этом часто наблюдается снижение полевой всхожести семян и поражение всходов корневой гнилью (Smiley, Uddin, 1990; Scott et al, 1992).

Агротехнические методы в защите яровых зерновых от корневых гнилей, в том числе и обработка почвы, активно изучались в течение многих лег при освоении целинных и залежных земель. В 70-е годы севооборот и обработка почвы были основными элементами интегрированной защиты растений (Чумаков, Захарова, 1990).

Оказалось, что основное влияние обработки почвы определяется состоянием влажности почвы (Халиуллин, 1995).Для регионов с недостаточным и неустойчивым увлажнением лучший защитный эффект имела любая влагосберегающая обработка для Кустаная — безотвальная вспашка (Тупиневич, Нестеров, 1977), сухих степей Оренбурга — ранняя безотвальная вспашка (Коршунова и др. 1976), надежный фитосанитарный эффект в Красноярском крае показала обработка парового поля (Хацкевич и др., 1977). По многолетним исследованиям В. А. Чулкиной (Чулкина, Чулкин, 1995) в северной лесостепи Новосибирской области необходима зяблевая вспашка на глубину 25- 27 см, она может быть и плоскорезной и комбинированной. При этом, если инфицированность почвы высокая, необходима отвальная вспашка и обязательное внесение минеральных удобрений, так как этот прием ускоряет процесс разложения растительных остатков. В регионах с недостаточным или неустойчивым увлажнением выявлены преимущества культивации на 8 — 10 см, если не было зяблевой вспашки. На полях, свободных от инфекции или низком уровне заражения рекомендуется минимальная обработка, в основном боронование поля для сохранения влаги. Для зерносеющих регионов США и Америки выявлены примерно те же закономерности.

Изучение способов обработки почвы в течение двадцати лет для защиты зерновых культур от гельминтоспориоза показало, что минимальная обработка почвы не имеет реальных преимуществ перед обычной, если нет жесткой засухи (Conner el al., 1987). Напротив, для более южных регионов Техаса минимальная обработка давала лучший результат, поражение зерновых было ниже, чем при основной обработке (Mathienson et al., 1990). В регионах с достаточным увлажнением доказано преимущество отвальной вспашки и даже с оборотом пласта (Тюлина, 1980, Полозова и др., 1981, Попов, Бурова, 1999). Такой же прием признан лучшим и для сохранения зерновых культур от офноболезной корневой гнили (Vyn et al., 1991).

Почвозащитные обработки в условиях повышенной влажности почвы индуцируют поражение зерновых корневыми гнилям (Scott et al., 1992), напротив, в засушливых условиях они имеют преимущество. Минимальная обработка почвы оказывает негативное влияние на устойчивость растений, если нарушается чередование культур, она обеспечивает меньшую вредоносность заболеваний в севообороте, чем при монокультуре (Vyn et al., 1991). Обработка почвы обеспечивает и различную плотность сложения корнеобитаемого слоя, что важно для патогена и для растения — хозяина. Установлено, что есть оптимальный показатель плотности почвы от 0,9 до 1,1 г/смЗ, при котором ниже вредоносность гельминтоспориоза (Чулкина, 1985). Более легкое сложение почвы создает высокий инфекционный потенциал для патогена В. sorokiniana, а более плотное сложение затрудняет развитие корневой системы. Важность этого показателя отмечают и канадские исследователи (Wilhelm, Miellce, 1988). Преимущественное развитие патоген получает в рыхлых, слабосвязанных почвах, а в тяжелых и плотных слабо идет процесс регенерации вторичных корней растений и подавляется сапротрофная микрофлора.

Введение

в севооборот сортов, устойчивых к корневым гнилям, привело бы к кардинальному решению вопроса. Но устойчивость растений к болезням зависит, прежде всего, от специализации патогенов. Чем слабее выражена специализация паразитов по родам и видам растений — хозяев, тем меньше надежды на существование или выведение устойчивых сортов (Вавилов, 1967).

Всеядность большинства патогенов, которые вызывают корневые гнили зерновых культур, осложняет защитные мероприятия. Кроме того, корневые гниликомплексное заболевание, провоцируется несколькими грибами, и устойчивость растения к одному из патогенов не спасает его от поражения другими видами паразитов (Murrag, Bruehl, 1986; Lacicowa, 1990; Chen, Collins, 1996).

Мировая практика благодаря успехам селекции, располагает относительно выносливыми сортами яровой и озимой пшеницы к корневым гнилям (Пухальский и др., 1986; Чулкина, Чулкин, 1995; Григорьев, 1996). Устойчивых к корневым гнилям сортов ячменя практически нет (Григорьев и др., 1989).

Патогены из группы «корневых гнилей» не различают не только сортов, но и видов растений, поражая, ячмень, озимую пшеницу, яровую пшеницу и сорные злаковые растения.

Устойчивость сортов зерновых культур к корневым гнилям весьма слабо коррелирует с урожаем растений и восприимчивостью к другим заболеваниям. Показано, что сорта интенсивного типа обладают меньшим иммунитетом, а среднеурожайные обеспечивают относительную устойчивость к корневым гнилям (Рогинская, 1984; Хижняк, 1997). Выведение относительно устойчивых и выносливых сортов — постоянная работа, так как длительное культивирование одного и того же сорта повышает изменчивость и адаптацию патогенов в агроценозе (Дурынина, Великанов, 1984).

Масштабные исследования по оценке устойчивости мирового генофонда пшеницы и ячменя к корневым гнилям были выполнены М. Ф. Григорьевым (1996) для Нечерноземной зоны России на искусственных инфекционных фонах: гельминтоспориозном, фузариозном, церкоспореллезном. В течение 25 лет было оценено 25 тыс. сортообразцов зерновых культур, из них сорта яровой пшеницы составили 20%, ячменя — 28%. Оказалось, что основная часть сортов — около 46 -54% относится к восприимчивы, а устойчивые и выносливые составляют не более 7% от всего генофонда.

Исследования адаптированных сортов пшеницы в различных штатах американского континента, а всего было проанализировано 75 сортов, показали, что групповой устойчивостью к корневой гнили обладают всего 2−3 сорта (Rothroch. 1988: Ismail et al., 1995; Me Cay — Buis et al., 1995). При искусственном заражении 60 сортообразцов пшеницы офиоболезом был выявлен только один слабопоражаемый (Ismail et al., 1995). Сорта озимой пшеницы различались по устойчивости к церкоспорелезу, но только на фоне умеренного заражения, при сильном развитии болезни сортовые различия нивелировались (Murraug, Bruehl 1986). Высокая инфицированность зерна ячменя больше зависела от погодных условий сезона, чем от сортовых различий, что показано на 10 сортах в условиях Польши (Lacicowa, 1990). Исследование 24 сортов озимой пшеницы к возбудителю снежной плесени в Канаде, провинция Альберта, показали, что устойчивость к корневым патогенам не коррелирует с продуктивностью растений, и, особенно их морозоустойчивостью (Yaudet, Kozub, 1991). Несмотря на это, многие авторы считают выносливые сорта одним из основных способов защиты посевов в агроценозе от корневых гнилей (Naylor, Su, 1983; Allan et al., 1990; Linderman. 1994; Шевелуха и др., 1994: Чулкип. Чулкина, 1995; Хижняк, 1997).

Сравнительное изучение двух сортов пшеницы на жестком инфекционном фоне по отношению к В. sorokinicma показал, что у более устойчивого сорта на стадии проростков повышается содержание цитокининов и, особенно ферментов лигнинофиксации (Ярулина и др., 1999). Методом прямых и обратных связей показано, что сортовые особенности ячменя влияют определенным образом на формирование комплекса патогенов в прикорневой зоне (Буга, Голоб, 1998).

Однако, изучение мировой коллекции мягких сортов пшеницы для отбора доноров устойчивости к септориозу показало, что устойчивые среди них составляют 4%, около половины из изученных 196 сортов были отнесены к сильнопоражаемым. Это говорит об ограниченных возможностях селекции в настоящее время во многих регионах мира: России, Украины, Средней Азии, Америки, Европы и Австралии к септориозу (Максимов и др., 1995) и гельминтоспориозной корневой гнили (Григорьев, 1996), а так же о необходимости использования комплекса защитных мероприятий.

III. ФОРМИРОВАНИЕ ФАКТОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ В АГРОЦЕНОЗЕ К ВОЗБУДИТЕЛЯМ СЕРОЙ ГНИЛИ.

Серая гниль, шоколадная пятнистость, ботритиоз — заболевание, вызываемое грибом Botrytis cinerea, а на зернобобовых культурах В. fabae Sard. Возбудители относятся к числу факультативных паразитов, широко распространенных и высоко вредоносных. Гриб не различает не только сортов, но и видов растений, поэтом) селекционный путь защиты методом отбора более устойчивых форм пока не дает надежных результатов.

Ареал распространения серой гнили, по В. fabae совпадает с ареалом посева зернобобовых культур. В мировом земледелии только кормовые бобы занимают площадь «5,5 млн. га, кроме того, на всех континентах значительные территории занимают также посевы вики, фасоли, сои. Кроме этого, серая гниль поражает и многие другие сельскохозяйственные культуры с высокой экономической эффективностью: землянику, подсолнечник, персиковые, томаты, морковь, цвс'1ы, особенно розы, яблоки после срезки и т. д. (Sams et al., 1984; Omar et al., 1992; Sugar et al., 1994; Janisiewicz et al., 1998). Значительный ущерб заболевание причиняет в период послеуборочного хранения за счет развития латентной инфекции у плодов с высоким содержанием углеводов: винограда, яблок, нектарина и т. п. (Elad, Volpin. 1988; Bond et al., 1994). Особенностью патогенеза серой гнили является быстрое развитие некротических пятен на всех органах растений, включая цветы, стебли, створки плодов и, впоследствии, семена (Pappas, Jordan, 1997).

Формирование защитных мероприятий в агроценозе связано с определенными трудностями, т.к. эти патогены поражают растения на разных стадиях вегетативного роста и развития, начиная с фазы бутонизации до уборки, и также при послеуборочном хранении (Harringson, 1984; Hansen, 1987). В настоящее время известны несколько устойчивых сортов бобов местной селекции в Эфиопии и Прибалтике. Тем не менее, потери бобов от серой гнили в регионах их возделывания составляют 40−50% (Omar et al., 1992). Культивирование бобов в Центральных регионах России показало, что продуктивных и устойчивых сортов практически нет. а развитие серой гнили у зернобобовых культур тесно коррелирует с агрохимическими свойствами почвы. Массовое поражение посевов до полной гибели растений характерно для кислых слабоокультуренных почв (Дурынина и др., 1982; Чернецова, 1983; Лихачев, 2000).

Влияние экологических факторов. Серая гниль развивается в широком температурном диапазоне от 2 до 32 °C, поэтому зимние критические температуры не снижают плотности инокулюма в почве и на растительных остатках. Патоген зимует на растительных остатках в форме мицелия, конидий, склероций (Rasinkiene, Surviliene, 1997). Необходимым предварительным условием развития инфекционного процесса является высокая 90% влажность воздуха и наличие конденсата на листовой поверхности растений. Скорость колонизации листовой биомассы очень велика от нескольких часов до 3 суток, особенно при температуре воздуха 19−22°С, что реально в условиях середины лета и начала цветения растений (Hanousch, Boland, 1996; Лекомцева, Еланская, 1998).

Регулирование влажности в условиях открытого и, особенно, закрытого грунта — важный фактор защиты растений от серой гнили. Снижение заболевания в агроценозе реально достижимо, если сочетается низкая температура и низкая влажность приземного слоя воздуха. Существенно и важно, что названные выше патогены являются строгими аэробами. Своевременная запашка растительных остатков в почву на глубину даже 5 см существенно снижает жизнеспособность гриба (Тупиневич, Котова, 1970).

Изучение физиологии питания гриба при патогенезе помогает формировать стратегию защиты растения-хозяина, но в отношении серой гнили установлено, что механизмов защиты у растений очень мало. В. fabae и В. cinerea интенсивно и в больших количествах потребляют глюкозу и сахарозу, т. е. углеводы, которые непосредственно формируются в цикле Кальвина. Продуктивный фотосинтез в процессе вегетации, а также созревание плодов и ягод, связанные с активным транспортом сахарозы индуцируют и ускоряют развитие инфекционного процесса. Особенно опасно заболевание при послеуборочном хранении и дозревании продукции, поскольку отключены все защитные механизмы растения-хозяина (Padgette, Morrison, 1990; Fourie, Holz, 1994). Обладая активной группой ферментов, гриб легко гидролизует сахарозу, а увеличение концентрации глюкозы и фруктозы в клетках растения-хозяина повышает агрессивность патогена.

Анализ азотсодержащих веществ растительных тканей показывает, что в поп группе веществ также нет агентов устойчивость к В. fabae и В. cinerea. Патогены хорошо усваивают все формы азотных соединений, представленные минеральными компонентами, а из органических они хорошо растут, используя аспарагин и глутамин, которые в вегетативных органах растений составляют по весу более половины белковых веществ (Van Den, Henvel, 1987). Экспериментально показано, что присутствие в плодах избыточного количества азота, например, в нектарине и в яблоках увеличивает восприимчивость не только к серой гнили, но и к поражению плодов насекомыми (Daane et al., 1995). Снижение уровня питания азотом обеспечивало лучшее послеуборочное хранение яблок даже без применения фунгицидов. Устойчивость к патогену повышалась, если при этом покровные ткани плодов насыщались кальцием хлористым (Janisiewez et al. 1998). Регулирование азотного питания — один из возможных путей снижения восприимчивости растений к серой гнили и другим сходным патогенам (Henis Chets, 1968; Tsao, Oster, 1981; Punja. Grogan, 1982).

Снижение рекомендованной дозы азотных удобрений в условиях слабоокультуренных, слабокислых почв, где медленно идут процессы азотфиксации и нитрификации нецелесообразно (Никитишен и др., 1996). Показано, что внесение азотных удобрений для зернобобовых в дозе 60 кг/га на таких почвах серую гниль не.

34 провоцирует даже при систематическом внесении. Особенно целесообразно влияние азотных удобрений подкреплять соответствующей дозой калийных, которые обеспечивают в комбинации с азотными удобрениями на более окультуренных почвах почти полное сохранение посева от поражения (Чернецова, 1983; Дурынина и др., 1998). Кислотность клеточного сока растений pH 4,5 — 5,6 является оптимальной для развития патогена, таким образом, заражению растений способствует высокая адаптация гриба по этому показателю. С переходом в щелочной интервал pH, вес мицелия патогена и колонизация листовой биомассы снижается. Щелочная реакция клеточного сока растений в реальных условиях роста растений практически невозможна, но этот факт используется для защиты продукции при послеуборочном хранении (Sams et al., 1984). Применяют принудительное насыщение покровных тканей плодов и корнеплодов методом инфильтрации кальцийсодержащих растворов (Wilson et al., 1994; Sugar et al., 1994).

Присутствие кальция в растительной клетке снижает активность гидролитических ферментов, которые активно продуцируют не только В. fabae, но и другие патогены, имеющие сходную этиологию (Conway et al., 1988). Возможно поэтому на известкованных почвах кормовые бобы, фасоль имеют более высокую степень защиты и сохраняют устойчивость к серой гнили во время бутонизации и цветения, а выращивание их на кислой почве приводит к массовому развитию ботритиоза и гибели растений (Чернецова, 1983).

Изучая особенности формирования колоний В. cinerea in vitro, Пальмер с соавторами (Palmer et al., 1997) использовали более 50 неорганических солей, которые применяются в сельском хозяйстве на разных этапах выращивания растений и убедительно показали, что все карбонаты, в том числе аммония, калия, натрия подавляют развитие этого гриба. Сульфаты и нитраты, напротив, способствуют развитию патогена. Ряд физиологически щелочных солей, таких как аммонии бикарбонат на практике используют для подавления серой гнили (Gross et al. 1988; Zivo, Ziffer, 1992; Wilson et al., 1994). В производственных условиях наиболее удачным и эффективным приемом экологически безопасной защиты растений от серой гнили следует признать принудительную инфильтрацию растворов кальциевых солей в покровные ткани плодов и овощей (Montville, Shih, 1991; Mucharromah, Kuc, 1991; Horst et al., 1992). При этом подавляется процесс образования этилена, который провоцирует поражение, нейтрализуется часть гидролитических ферментов,.

35 снижается давление газов в клетке. Принципиально разработанный Сомсом и Конвеем (Soms, Conway, 1984). метод принудительной инфильтрации нашел широкое применение в производстве для защиты огурцов, роз, нектарина, персиков, яблок и др. экономически значимых культур (Punjia, Grogan, 1982; Zivo, Ziffer, 1992; Reuveni et al., 1994).

Специфические механизмы устойчивости растений на уровне клетки к возбудителям серой гнили состоят в следующем: а) снижение продуктивности этилена, который в больших количествах образуется в патогенезе (Sams, Conway, 1984; Elad, Volpin, 1988; Sharrock, Labarvotch, 1994; Hashim et al., 1997). б) формирование механических и химических барьеров на пути проникновения инфекции внутрь клеткив) синтез вторичных метаболитов с антифунгальной активностью (Omar et al., 1992; Ciepielewska, Fornal, 1993; Bannett, Wallsgrove, 1994; Vlasova et al., 2000) — г) регулирование или подавление активности ферментов гриба, возбудителя серой гнили.

Известно, что развитие серой гнили индуцируется образованием этилена. Это один из основных компонентов взаимодействия гриба и растения-хозяина при внедрении В. fabae и В. cinerea в растительную клетку, количество этилена возрастает. Биотехнологические приемы, которые снижают продуцирование этилена и предохраняют продукцию от гниения, имеют важное прикладное значение особенно у томатов (Kramer, Redenbauch, 1994).

Высокая патогенность грибов Botrytis определяется наличием у них высоко активных гидролаз, которые быстро разрушают органическое вещество клетки. При этом разрыв клеточной оболочки осуществляется за счет высокого осмотического давления, оно складывается из продуктов распада и заканчивается гибелью клетки (Howard et al., 1991). Изучая особенности ферментативного аппарата В. cinerea, авторы отмечают участие в патогенезе, прежде всего полигалактуроназы (Kramer. Redenbauch, 1994; Johnston et al., 1994; Sharrock, Eabarvotch. 1994: Stotz et al. 1994). пектатлиазы (Barkai-Golan, 1988; Palva et al., 1993). Высокая активность патогена поддерживается при контакте с растением также за счет участия ß—глюкозидазы (Kuzniak, Urbanek, 1993; Sasaki, Naguayama, 1994).

Совсем недавно при совместных исследованиях микологов и микробиологов МГУ было установлено наличие глицериноксидазы у рода Botrytis (Лихачев. Куплетская, 1994). Глидериноксидаза — внутриклеточный фермент, осуществляет реакцию глицерин —> глицериновый альдегид + Н2О2. Глицерин как источник питания патогена углеродом усваивается слабо (Беккер, 1989). Но виды Botrytis, взятые с лука и тюльпанов в Подмосковье, имели более высокую активность глицериноксидазы, чем те же растения, но взятые в условиях южных широт.

В малоактивной форме в растительных клетках всегда присутствуют фенолы. Заражение может активизировать синтез фенольных соединений, увеличивая их концентрацию до летальной для патогена дозы или индуцировать активность ферментов гриба, которые окисляют фенолы, преобразуя их в малотоксичные соединения. Среди фенол оксид аз в патогенезе серой гнили активно работает полифенолоксидаза (лакказа). Слабая активность или малое содержание этого фермента в растениях повышает их чувствительность к патогенам (Tarrad et al. 1993).

Показано, что активность пероксидазы заметно увеличивается при колонизации листовой биомассы возбудителями, ее больше содержится в пораженных органах, чем в здоровых. При этом, полифенолоксидаза и ее содержание в патогенезе отличается большой стабильностью, чем пероксидазы. Лихачев (2000) считает, что специализация видов Botrytis связана с их способность к детоксикации фенолоксидазами и неспецифической эстеразой фенольных соединений, в том числе и фитоалексинов различной природы и у различных растений-хозяев. Полифенолоксидазы у разных растений отличались по составу изофермешов, например штаммы с земляники имели три изофермента отличные от изолятов, выделенных с других растений (Кожанова и др., 1970). Кроме указанных ферментов известно участие в патопроцессе? — глюкозидазы (Sasaki, Nagayama, 1994). Есть основание считать, что названные патогены не обладают целлюлазной активностью.

Взаимодействие возбудителей серой гнили с растением-хозяином зависит от устойчивости хозяина и паразитических свойств Botrytis. Показано, что фенольные соединения, в том числе и фитоалексины обнаруживаются в различных семействах, имеют различное строение и специфические названия (Запрометов, 1996). Наиболее часто упоминаются пизатин, ришитин, любимин, вайероновая кислота. У петрушки при заболевании обнаружено накопление фуранокумарина (Ahroni et al., 1996), в листьях клевера — медикарпина и др., (Macfoy, Smith, 1986). Устойчивость различных.

37 сортов винограда к серой гнили зависит от интенсивности образования стильбена и др. (Kindl, 2000).

Эти вещества обладают антибиотическими свойствами и синтезируются в результате взаимодействия патогена и живых клеток растенияхозяина после контакта. У клевера красного метаболизм фитоалексинов определяется, прежде всего, условиями питания и патогенностью (Macfoy, Smith, 1986). Подавляют прорастание конидий и рост гиф гриба на картофеле — любимин. Интенсивность поражения зернобобовых культур исследователи связывают с последующим синтезом в патогенезе вайероновой кислоты, которая очень быстро образуется при отмирании клеток указанных растений (Mansfield, Widdoowson, 1973). Инактивирование вайероновой кислоты быстрее осуществляет В. fabae, чем В. cinerea, и поэтому заболевание быстрее нарастает на бобах, чем на других зернобобовых культурах (Harringson, 1984).

Состав и количественное соотношение фитоалексинов, а также динамика накопления в разных органах зависят, прежде всего, от биологических особенностей растений и факторов среды.

В последние годы были попытки использовать такие физиологически активные вещества в качестве природных фунгицидов: экстракты из роз, содержащие алкалоиды (Parvu et al., 2000), из различных органов хмеля (Sakai, 1980), чеснока (Singh et al., 1990), из плодов груши, которые содержали активный ингибитор ферментов патогена (Sharrock, Lubarvotch, 1994). Механизм их действия в основном состоит в подавлении активности гидролаз патогена, особенно полигалактуроназы.

При исследовании белкового комплекса растений было установлено, что подавлять рост грибных патогенов в растениях могут некоторые низкомолек>лярные пептиды, которые содержат от тридцати до сорока остатков аминокислот. Присутствие в этих протеинах дисульфидных группировок увеличивает их биологическую активность. Показано, что белки из клеточной стенки томатов ингибируют гидролитические ферменты В. cinerea (Cervone et al. 1989). В листьях растений эти пептиды присутствуют всегда, но количество их невелико, поэтому естественная устойчивость растений слабая (Terras et al., 1992; Tampleton et al. 1994; Bohlmann, 1994; Broekaert et al., 1995). Показана реальная возможность получения таких биоингибиторов и клонирование их геннов для создания устойчивых сортов методами генной инженерии (Bowles, 1990; Johnston et al., 1993). Есть намерения использовать протеазы как новый класс биофунгицидов (Gorio et al., 1994).

Наряду с фенолами и пептидами на устойчивость растений к патогенам оказывает влияние и другие биологически активные соединения. Стратегия защиты формируется за счет образования абсцизовой (Audenaert et al., 2000) и гиббереловой кислот (Bianco et al., 1991), ауксинов, цитокининов, антиоксидантов (Bennet, Wallsgrove, 1994). Устойчивые формы растений отличаются от восприимчивых аналогов тем, что обеспечивают более высокий уровень фитоалексинов, их кутикула имеет плотные и мелкие поры. Присутствие или образование танина в растительных клетках салата повышало устойчивость к ботритиозу (Ciepilewska, Fornal, 1993). Пунжа и Занг (Punja, Zhang, 1993) считают, что присутствие в клетках растения-хозяина фермента хитиназы или индуцирование ее образования в ответ на заражение патогеном снижало бы инфекционный фон (Kindal., 2000) на поверхности плодов и листьев.

Многолетние наблюдение показывают, что защитные реакции активно формируют сорта зернобобовых культур с ранними сроками цветения, низкой восприимчивостью листьев к патогенам и слабой водоудерживающей способностью листовой пластинки (Bond et al., 1994).

Ограничивает мацерацию тканей растения-хозяина также аккумуляция лигнина в клетках. Роль этого соединения особенно важна в послеуборочный период хранения для защиты плодов от латентной инфекции. Можно считать, что меланины также могут регулировать чувствительность и устойчивость растений. Показано на примере ризоктониоза лука, что эти соединения участвуют в лизисе клеток патогена (Hyakumachi, Gokoyama, 1987).

Неоднократно предпринимались попытки у нас в стране и за рубежом подавить рост гриба В. cinerea за счет у — облучения. Это физический, легко реализуемый прием защиты, но было выявлено, что малые дозы и хроническое гамма-облучение в основном провоцируют агрессивность не только этого, но и других фитопатогенных грибов (Tiryaki, 1990; Sushil et al., 1993; Мажара, 1975; Гуща, Дьяченко, 1997).

Приемы биологической защиты активно разрабатываются в последние годы. Традиционно используются грибы антагонисты, хотя таких видов не очень много. Эти вопросы особенно актуальны для южных тропических стран и связаны с защитой продовольственной продукции, которая употребляется населением без.

39 технологической переработки. Исследования проводят одновременно в Чили. Израиле, Австралии (Nair et al., 1995; Esterio et al., 1996). Наиболее известны как агенты биозащиты грибы рода Trichoderma (Лихачев, 2000), Т. harzianum (Zatorre. 1996), Т. viride (Roulston, Lane, 1988). Кроме живой культуры, используются также метаболиты некоторых микроорганизмов, которые регулируют прорастание конидий патогенов (Fuska et al., 1991).

Как одно из средств биологической защиты предлагается иммунизация растений непатогенными расами грибов рода Botrytis и некоторых других (Prusky et al., 1994), а также энзиматическая детоксикация выделений гриба и подавление возбудителя заболевания на винограде (Pezet et al., 1992). Проявление антибиотической и микопаразитической активности отмечено так же у некоторых видов грибов, сопутствующих в агроценозе штаммам В. cinerea. Среди них следует отметить Gliocladium roseum (Kohl, Molhoek, 1996; Sutton, et al 1996). Показано, что антибиотической активностью обладает так же и некоторые бациллы, например Bacillus brevis (Seddon, 2000).

Метаболиты гриба Botrytis cinerea, как показали эксперименты, можно использовать и как стимуляторы роста, например, каллусов томатов (Филлимонова, Сундер, 1991).

Токсинообразование у видов штаммов Botrytis. Ерибы рода Botrytis в большом количестве образуют лимонную и щавелевую кислоту, при этом В. cinerea синтезирует больше щавелевой кислоты. Эти кислоты осуществляю! мацерацию тканей растения-хозяина при поражении растений, как серой, так и белой гнилью, кроме этого они продуцируют и другие органические кислоты: яблочную и винную (Антонова, Бехтер, 1983). Фитотоксические метаболиты этих грибов при патогенезе ингибирует синтез хлорофиллов и одновременно активно разрушают его, особенно в листьях (Рубежняк и др., 1996). Скорость разрушения хлорофилла зависит от условий агроценоза, колонизация патогеном выше на слабоокультуренных, малоплодородных почвах (Дурынина и др., 1982;Чернецова, 1983).

Колладо с соавторами (Collado et al., 1996) указывает, что биологическая активность грибов рода Botrytis связана с присутствием метаболитов сесквитерпеноидной природы. Фитотоксическая активность этих метаболитов увеличивается с возрастом культуры и достигает максимальной величины при созревании органов растения-хозяина (Dixson, Bendall, 1978; Vannel et al., 1991;

Rebrodinos et al., 1996). В культуральной жидкости В. cinerea был обнаружен комплекс полисахаридов, один из которых был богат маннозой. Такие полисахариды вызывали симптомы серой гнили аналогичные тем, которые вызывает культуральная жидкость гриба (Vannel et al., 1991).

Изучение токсичности штаммов В. cinerea различного происхождения показало, что токсинообразование не является стабильным свойством, и завиеи i не только от происхождения, но и условий культивирования гриба. Среди последних, особое место занимает тип почвы или особенности агроценоза. Сопутствующая микробиота почвы влияет на выживаемость патогена в условиях сапротрофного периода, физико-химические свойства почвы влияют на уровень токсичности определенного штамма патогена (Лихачев, 2000). У высокотоксичных штаммов лучше сохранялась способность к прорастанию склероциев спороношением (Рубежняк и др., 1993). Есть предположение, что токсичность предохраняет их от разрушения сопутствующей микрофлорой и почвенными животным. Токсинообразование у штаммов Botrytis, перезимовавших в окультуренной дерново-подзолистой почве Московской области, было заметно выше, чем у зимовавших в почве биоценоза.

Токсическая активность культуральной жидкости видов рода Botrytis и последующее образование некрозов зависит от используемого источника азота, более токсичной КЖ была при использовании мочевины. Изучение источников углерода: глюкозы, ксилозы, фруктозы, маннозы, арабинозы и лактоза показало их равнозначность при окультуривании разных штаммов патогена (Лихачев и др. 1998).

Влияние фосфорных удобрений в этиологии серой гнили или не рассматривается или трактуется как постулат — «фосфор обеспечивает энергетику процессов роста, особенно, корневой системы растений». На самом деле исследования показывают, что фосфорные удобрения провоцируют развитие заболевания, и негативное влияние фосфора связано, прежде всего, с физиологией патогена.

В золе грибов обнаружено примерно 50 элементов, важно, что более 50% веса золы составляет фосфор (Беккер, 1988). Способность В. fabae и В. cinerea к усвоению этого элемента изучены достаточно основательно и нет сомнения в том. что из растительной клетки фосфор поглощается патогеном с большей скоростью, чем включается в стабильные органические соединения растения-хозяина (Dowding.

Royle, 1972; Чернецова, 1983; Дурынина и др., 1984). Склероции В. fabae обрабатывались растворами удобрений мочевины, кальция азотнокислого и др. Оказалось, что при обработке склероций раствором суперфосфата их жизнеспособность значительно выше, чем при других условиях. Лучшее развитие мицелия и покоящихся структур В. sorokiniana мы наблюдали также при внесении в почву суперфосфата. Это в конечном итоге связано с увеличением инфекционного потенциала почвы в агроценозе (Чичева, 1979; Дурынина и др., 1998).

Наиболее детальные исследования по соотношению азота и фосфора в питании и развитии В. cinerea на питательных средах выполнены Dowding и Royle (1972). Авторы раскрывают способность этих элементов изменять напряженность инфекционного процесса. Они показали, что для развития мицелия гриба необходим высокий запас азота в среде, а для спороношения — фосфора. При наличии этих двух элементов в среде достигается максимальное развитие патогена, увеличение патогенности и агрессивности. В полевых условиях комплекс минеральных удобрений азот-фосфор на посевах зернобобовых культур провоцирует развитие шоколадной пятнистости и серой гнили на винограде (Милославич, 1978; Дурынина и др., 1984; Чернецова, 1985).

IV. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОГРАНИЕНИЮ РАЗВИТИЯ СКЛЕРОТИНИОЗА, ПРИМЕНЕНИЕ УДОБРЕНИЙ PI УСТОЙЧИВОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ.

РАСТЕНИЙ.

Белая гниль, син. склеротиниоз, является основной причиной снижения продуктивности многих сельскохозяйственных культур, в том числе подсолнечника, томатов, моркови, рапса, сои, клевера и т. д. Почвообитающий гриб-патоген S. sclerotiorum поражает 361 вид растений. Склеротиниоз является основной причиной снижения производства растительных масел, так как обширные эпифитогии (эпидемии) масличных культур известны во всех регионах возделывания.

Патоген Sclerotinia sclerotiorum (синонимы — S. libertiana Fuck., Whetzelinia sclerotiorum (Lb) Koff. et Dumont). Триб относится к классу Ascomycetes, группе Diskomycetus, семейству Scletrotiniaceae. Патоген проходит полный цикл развития: мицелий — склероцийаскоспора — мицелий, выживает в почвах, растениях и на растительных остатках. Оптимальная температура воздуха 20−25°С, почвы 15−18°С. влажность воздуха 80−90% для развития патогена (Krirger, 1976; Ratkos, 1992).

Гистохимическое изучение склероциев показало, что они содержат много белков и углеводов. Многослойная оболочка склероциев в основном состой! из хитин. Это придает особую устойчивость к различным видам химического и физического воздействия, в том числе к водному и температурному стрессу.

Жизнеспособность склероциев в почве зависит от ряда агротехнических факторов: склероции, образовавшиеся в прикорневой зоне растений утрачивают жизнеспособность быстрее, чем те, которые образуются на плодовых органах. Сформированные в более поздние сроки вегетации растений, они живут дольше (Шиндрова, 1992). Высокая температура почвы — 35 °C снижает выживаемость склероциев, а месячное затопление почвы вызывает почти их полную гибель.

Глубина залегания по профилю почвы очень важна для их функционирования. Установлено, что для образования аппотециев оптимальной является глубина 2 см. Высокая жизнеспособность склероциев сохраняется на глубине 10 см и снижается при 30 см (Дурынина и др., 1989; Шиндрова, 1992). В связи с этим, приемы обработки почвы влияют на ее инфекционный потенциал в отношении склеротинии. Мицелий на растительных остатках многих полевых культур в патогенезе значения не имеет. По данным H.C.Huang и I.C.Kozub (1991) инфицированные стебли фасоли, рапса, сурепицы при запашке на глубину 7 см полностью обеззараживались.

Установлено, что количественное содержание склероциев зависит от типа почвы, механического состава, содержания органического вещества и емкости катионного обмена (Singh et al., 1991; Минеев, Дурынина, 1991; Archer et al. 1992: Ratkos, 1992; Ben-Vephet et al., 1993).

Влияние физико-химических свойств почв долины Ганга на инфекционный фон изучали на 8 почвенных разновидностях, которые имели близкие показатели рН почвенного раствора, но резко различались по гранулометрическому составу и, следовательно, емкости катионного обмена. Оказалось, что жизнеспособность и количество склероциев в два раза больше в песчаных почвах, чем глинистых (Singh et al, 1991) и это не связано с их биологической активностью, т.к. образцы предварительно были простерилизованы.

На почвах центральной части Европы было показано, что существует положительная коррекция между содержанием в почве органического вещества и плотностью грибов Trichoderma sp., которые являются активными антагонистами S. sclerotiorum. Инфекционный фон был в четыре раза выше в аллювиально-дерновой почве, чем лугово-торфяной (Rotkos, 1992).

В условиях Ставропольского края на выщелоченных черноземах склероции патогена длительно сохранялись в условиях зернопропашного севооборота. Инфекционный фон увеличивался при внесении высоких доз минеральных удобрений (NPK) и активно поддерживался за счет сорняков (Есаулко, 1997). Сходную динамику патогена наблюдали в агроценозах Болгарии (Шиндрова, 1992). Четырехлетние исследования в условиях Британских островов показали, что число аппотепиев увеличивалось после ржи, картофеля, озимой пшеницы, т. е. нарастал инфекционный фон. Развитие патогена в почве подавляли две культуры — лен и озимый рапс (Archer et al, 1992). Несмотря на кардинальные различия гидротермических и почвенных условий, длительное сохранение в почве и медленное израстание склеоциев наблюдал Ben-Vephet и соавтор (1993) на почвах Израилая в овощном севообороте. Насыщение патогеном было высоким при чередовании культур пар — пшеница — салат. Исследования в условиях Канады, штат Альберта, показали, что растительные остатки, инфицированные мицелием S. sclerotiorum, в агроценозе практически значения не имеют. Сухие остатки фасоли, рапса, сурепицы запахивали на глубину 7 см — мицелий полностью погибал (Huang, Kozib, 1993).

Склероции указанного патогена и сходных с ним — S. trifolium, P.herpotnchoides. отличаются высокой устойчивостью и реально подавление их возможно только в компостах, особенно ранних стадий созревания. Склероции быстрее эллиминировались в составе навоз и зеленая масса и значительно медленнеепри составе — зеленая масса и солома (Dittmer, 1991). Анифунгальный эффект ослабевал с возрастом компоста: первый сохранял ценные свойства 9−12 месяцев, а второйтолько 3 месяца. Устойчивость склероций к воздействию абиотических факторов была выше, если они находились до этого в почве, а не в компостах. Анализ микрофлоры показал, что при наличии в компосте соломы, на склероциях развиваются фузариевые грибы, которые увеличивают первоначально инфекционный потенциал почвы, таким образом, солома нежелательный компонент в фитокомпостах.

Исследования на дерново-подзолистых и черноземных почвах в нашей стране показали, что внесение подстилочного навоза в дозе 90 т/га в первом случае и в дозе.

44 от 20 до 210 т/га во втором непосредственно под посев подсолнечника или под предшественник, индуцируют увеличение инфекционного фона почвы (Минеев, Дурынина, 1991). Заметное израстание патогена на дерново-подзолистой почве отмечено через год, а полная очистка через четыре года.

В последние годы в рамках биотехнологии предпринимаются активные попытки использовать экстракты из различных компостов: навозных, древесных, растительных остатков, сорняков для защиты от белой и серой гнили в агроценозе (Budde, Weltzien, 1988; Ketterer, 1990; Qasem, Abu-Blan, 1995; Weilgung, Mace, 1995), реализуя таким образом антифунгальный эффект веществ растительного происхождения.

Детальные исследования трех разных компостов при двух разных температурах на пяти патогенных грибах, а всего 60 экспериментальных вариантах показали, что влияние водных экстрактов на рост и спороношение грибов относительно непредсказуемы, в 20% вариантах рост мицелия ингибировался, а в 13% -стимулировался (Weilgung, Mace, 1995).

Авторы считают, что можно использовать только стерильные водные экстракты из компостов и перед применением каждый компост и экстракт должен быть исследован в отношении той патосистемы и сапротрофой микрофлоры, которая складывается в агроценозе. Необходимо отметить, что при стерилизации многие экстракты теряют антифунгальные свойства, поэтому позитивные эффекты чаще наблюдаются при использовании настоев из листьев, например из листьев Phaseolus vulgaris против серой гнили, и Erysiphe betae против фитофоры на картофеле и томатах (Ketterer, 1990).

Взаимодействие растений и гриба-патогена использовали для получения микогербицидов. В Новой Зеландии экстракт из S. sclerotiorum применялся для подавления на пастбищах лютика едкого (Green et al., 1996).

Попытки химического контроля за развитием S. sclerotiorum в почве показали, что некоторые химические вещества оказывают депрессивное воздействие на патоген. Иногда это связано с изменением pH среды (Henis, Chets, 1968; Tsao, Oster. 1981: Punja et al., 1982).

На агаризованных средах эруптивное и гифальное прорастание склероциев наблюдали при pH 2,0−5,0, т. е. в кислом интервале значений. Возможно, что. прорастая в условиях кислых почв, склероции в большинстве становятся добычей грибов-антагонистов и погибают, т.к. инфекционный уровень таких почв меньше (Дурынина и др., 1998), чем нейтральных.

Длительное пребывание в навозно-сидеральном компосте при рП 6,4−8,9 не отражалось прямо на состоянии склероциев. Разрушение и полная деградация их наблюдается на средах при pH 9,7, однако негативное воздействие может оказывать и среда, близкая к нейтральной (pH 6,5), если подщелачивающий агент — сода (Waterson, Matejka, 1993).

Пунджа с соавторами (Punja et al., 1982) исследовали 33 минеральные соли, которые используются в сельскохозяйственном производстве. Некоторые из них проявляли ингибирующий эффект по отношению к S. sclerotiorum. Устойчивое фунгицидное воздействие оказывали: NH3+, С03″, НС03″. Склероции не прорастали, если была подобрана соответствующая концентрация раствора.

Другим, более надежным приемом защиты от белой гнили, в настоящее время является использование антагонистов или гиперпаразитов. Считается, что такая защита сочетает требования экологии и сохранение биоразнообразия в системе. Как агенты биологической защиты используют ряд микроорганизмов: Pseudomonas fluorescens, Trichoderma harzianum, Alternaria solani, Talaromyces flavus, Conioihyrium minitans, Erwinia herbicola (Whipps, 1992). Как ингибиторы склеротинии подсолнечника используются препараты мизорин и флавобактерин (Якуткин, 1994).

Интродукция микроорганизмов в окружающую среду связана с определенными трудностями, поэтому результаты такой защиты неустойчивы по годам и регионам. Абиотические факторы часто разнонаправленно влияют на антагониста и патснен-гриб, кроме того, попадая в почву, они без предварительной адаптации или в отсутствие подходящего субстрата становятся добычей сапротрофов (Fokkema. Jerlagh, 1992).

Для подавления инфекционного начала в почве, иногда используют не один, а два корпоративных микроорганизма. Бин с соавторами (Bin et al., 1991) сначала индуцировали развитие в почве псевдомонад, которые стимулировали Т. harzianum. последняя активно колонизировала в почве склероции S. sclerotiorum. В Канаде для защиты подсолнечника от склероциального вилта использовали дуэт грибов-гиперпаразитов — Т. flavus и С. minitans (Мс. Laren et al., 1994). Последний из них был эффективно применен группой авторов (Мс. Quilken et al., 1995) для подавления склероциального развития патогена в полевых условиях для защиты рапса масличного. Микопаразит вносился на перлите и давал позитивные результаты и при высоком, и при низком насыщении почвы инфекцией. Обязательным условием для работы препарата была теплая осень, а не холодная весна.

В более ранних работах использовались для защиты от белой гнили подсолнечника культуральные фильтраты грибов рода Penicillium, сейчас известно, что более перспективным является применение культуральных фильтратов A. solani. Микробные антагонисты также используют для послеуборочного хранения зерна (Vuen et al., 1994).

Несмотря на определенное сходство факторов влияния на патологический процесс, у ряда заболеваний, таких как корневые гнили зерновых и белая гниль плодов и корнеплодов, есть значимые различия, которые существенно меняют стратегию защиты. Это, прежде всего: отсутствие защитных функций у культур севооборота по отношению к S. sclerotiorum, сортов, устойчивых к белой гнили и слабые различия у рас патогена в зависимости от абиотических и биотических факторов (Errampally, Rohn, 1995).

Как показывают исследования на разных континентах, многие сельскохозяйственные культуры не только не ограничивают развитие и выживание склероциев в почве, а напротив, индуцируют их развитие — это озимая пшеница, соя, рапс масличный, картофель, подсолнечник, томаты, клевер луговой, горох, и т. д. (Archer et al., 1992; Huang, Kozub, 1993). Исследования на выщелоченном черноземе Ставропольского края показали, что зернопропашной 6−8-польный севооборот не защищает подсолнечник от белой гнили без средств химической защиты (Есаулко, 1997), к такому же выводу пришли ученые в условиях Башкирии (Семенова, 1995). Есть единичные наблюдения, которые показывают, что фитоочистка почвы возможна в условиях залежи, а также после трехреберника, пастушьей сумки, люцерны (Дурынина и др., 1998). В Великобритании наблюдали снижение поражения растений белой гнилыо после льна (Archer et al., 1992).

Можно утверждать с высокой долей достоверности, что сельскохозяйственные культуры, которые поражаются белой гнилью, не имеют устойчивых или выносливых сортов к этому заболеванию. Выведение таких сортов генетически невозможно (Вавилов, 1967), т.к. патоген S. sclerotiorum не различает не только сортов, но и видов растений.

Оценка продуктивности семян клевера лугового показала, что негативное воздействие патогена выше на генеративных органах, чем на биомассе, было проанализировано 8 сортов (Vaneo, 1992). Оценка устойчивости сортов сои в Канаде при разной агротехнике, всего 20 сортов, показала, что различия между сортами были слабыми. Сорта различались по плотности инфекции в почве, что важно для последующей культуры в севообороте. Меньше инфекционный фон был у сортов ранних сроков созревания (Buzzell et al., 1993).

Восприимчивость гибридов подсолнечника (36 сортообразцов) оценивали при разных экологических и климатических факторах в условиях Югославии и на разных почвах. Абсолютной устойчивости не имел ни один гибрид, а инфицированность растений была меньше у раннеспелых сортов (Ratkos, 1992). В условиях Польши практически не имел различий по устойчивости к склеротиниозу 21 сорт рапса масличного (Lewartowoska et al., 1994).

Определение кофеинхинина в различных органах подсолнечника у 12 диких и 5 межвидовых гибридов показало, что это вещество и его производные практически не коррелируют с устойчивостью (Touruielle et al., 1997; Mondalot-Casson. Andary. 1997). Есть предположение, что толерантность таких растений определяется содержанием в них фенолов, но пока нет для этого экспериментального подтверждения.

Низкая эффективность традиционных агротехнических приемов защиты против белой гнили заставляет искать новые способы повышения устойчивости растений, особенно для подсолнечника. В последние годы было показано, что в листьях подсолнечника всегда присутствует низкомолекулярный антифунгальный пептид, но содержание его крайне невелико. Этот пептид очень быстро инактивируется в присутствии СаС12, поэтому в агроценозе подсолнечник слаботолерантен (Bohlmann, 1994; Broekaert, Terras, 1995; Regente et al., 1997). Одновременно был выделен белок сои, этот белок-фермент работал как антифунгальный пептид против S. sclerotiorum (Fauaron et al., 1994).

Определенные надежды связаны с использованием против белой гнили химических иммунизаторов растений и индукторов прорастания склероциев. При иммунизации использовались салициловая кислота, свободные аминокислоты, хлоридсалициловая кислота. Эти вещества быстро адсорбировались листьями киви, не являлись фитотоксичными, а поражение растений снижалось ~ на 80% (Reglinski et al., 1997).

Гипотеза о том, что устойчивость растений к склеротиниозу тесно коррелирует с устойчивостью к органическим кислотам, нашла практическую реализацию при формировании трансгенных растений. Из корней ячменя был выделен ген, который регулировал работу фермента — оксалатредуктазы. Ген был внедрен в рапс масличный как средство защиты in vivo от S. sclerotiorum. Трансгенные растения были толерантны к воздействию щавелевой кислоты.

В настоящее время накоплен большой опыт по защите растений от корневых патогенов. Но для защиты от S. sclerotiorum наиболее действенной на сегодняшний день остается химическая защита. Общепринятые агротехнические мероприятия не приносят желаемого эффекта, что связано с особенностями биологии возбудителя.

Селекция растений на устойчивость и выносливость к S. sclerotiorum не приносит успеха, и это связано с широкой специализацией данного патогена. Альтернативой химической защите может стать разработка новых биологических средств защиты растений, которые пока апробируются в небольших масштабахприменение химической иммунизации растений, а также индукция устойчивости методом генной инженерии.

V. ПОЗИТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ МИКОТРОФИИ (АМ-ГРИБЫ) НА.

ПРОДУКТИВНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ В АГРОЦЕНОЗЕ.

Проблема минерального питания растений — одна из основных в земледелии всех стран мира, особенно питание фосфором (Чумаченко, 1999; Чумаченко и др., 1999). Запасы минеральных фосфатов и сырья на планете ограничены, многие страны не имеют их вообще. Один из современных способов решения вопросабиологизация земледелия на основе использования устойчивых консортивных связей, которые существуют в природе (Arnes, Bethlenfalvay, 1987; Current Trends., 1990).

Устойчивый интерес исследователей с этих позиций вызывают грибы, формирующие везикулярно-арбускулярную микоризу, ВАМ-грибы, а в последние годы более аргументированное название — АМ-грибы (Habte, Manjunath. 1991: Карандашев, 1999). АМ-микоризы состоят из трех основных компонентов: корня растения-хозяина и двух ассоциированных с ним мицелиев, один из которых развивается в апопласте корня, другой — в почве. Рост, развитие мицелиев. спороношение происходит в абсолютно разных условиях Стабильность первых определяется гомеостазом апопласта корня (Elias, S afir, 1987), вариабельность вторых.

— постоянно изменяющимся условиями почвенной среды (Sitaramaiah et al., 1986; Miranda, Harris, 1994; Smith, Read, 1997).

Длительное существование AM как биотрофного мутуалистического симбиоза основано на двунаправленном транспорте питательных веществ. Наружный мицелий гриба поглощает из почвы и переносит в корни растений ряд питательных элементов.

— Р, N (NH4+), К, Ca, Zn, Mn, N (N03″) и пр. (Graham, 1982; Дурынина и др. 1993; Неррег, 1984; Marschner, Dell, 1994).

Обнаружено, что 80% Р, 60% Си, 25% и более N, 25% Zn и 10% К, содержащихся в тканях растений, поглощается грибными гифами из почвы или субстратов (Marschner, Dell, 1994).

Пристальное внимание ученых к этой группе грибов связано с их уникальным свойством — поглощать из почвы малодоступные и плохо растворимые соединения фосфорной кислоты, а также цинка и меди (Menge, 1978; Ratnayake et al., 1978; l inker, 1984; Amijeeetal., 1989).

Исследования на разных континентах в полевых условиях и в закрытом груше с широким набором почв и сельскохозяйственных культур показывают, что при соответствующих технологиях АМ-микориза, по скромным расчетам, эквивалентна внесению в почву 30−40% от нормы дорогостоящих промышленных фосфатов (l inker. 1984; Singh et al., 1990).

Известно, что растущие корни создают в почве вокруг себя микрозоны, обедненные ортофосфатами и др. малоподвижными элементами. Грибные гифы, отрастающие от поверхности корней, проникают далеко за пределы зоны и тем самым увеличивают площадь всасывающей поверхности (Hayman, 1983). Кроме этого, грибные гифы проникают в поры почвы, недоступные для корней растений и там активно конкурируют с почвенными микроорганизмами за источники питания. Таким образом, наружный мицелий гриба эффективно дополняет функции корневой системы (Smith, Smith, 1981; Schwab et al., 1983; Smith, Read, 1997).

5 и.

Показано, что восприимчивость растений к эндосимбионтам выше у группы растений, которые слабо образуют или не формируют корневые волоски, к ним относятся кукуруза, лук, томаты и пр.

АМ-грибы облигатно зависят от фотосинтезирующей активности растения-хозяина. Примерно одна пятая часть продуктов фотосинтеза в растениях с микоризой расходуется на поддержание роста и функционирование гриба (Graham et al, 1981; Azcon, Ocampo, 1984 Douds, Schenk, 1990). Общий вес грибного компонента при обильной микотрофии составляет 10−20% от общего веса корневой массы (Fitter. 1991). Растение обеспечивает растущие гифы гриба дополнительным углеродным питанием, выделяя С02, а также углеводы, органические кислоты, ацетат, некоторые из них входят в состав корневых экссудатов. Формирование симбиоза обеспечивается также выделением специфических стимулирующих веществ типа флавоноидов и пр. (Becard et al., 1995). Значительные количества органического вещества расходуются при образовании спор, которые в основном состоят из липидов и небольшого количества углеводов. Основную массу липидов ~ 90% синтезирует гриб в корнях растения-хозяина и перебрасывает их в наружный мицелий. Влияние экссудатов корней на формирование микосимбиотрофии отмечают практически все исследователи. Особенно, они важны на стадии первичного прорастания грибов AM. Оптимальные концентрации корневых экссудатов значительно увеличивает число проросших спор, их активности и поддерживают развитие грибного мицелия в отсутствие корней микотрофных растений (Schreiner, Koide 1993; Tawaraya et al., 1996; ishii et al., 1995).

В настоящее время химическая природа сигнальных соединений, которые позволяют симбионтам распознавать друг друга, пока неизвестна. Установлено только, что они активны в очень малых концентрациях (Nagahashi el al., 1996; Карандашев, 1999).

AM характеризуется слабой специфичностью во взаимодействии корней растений и грибов-микоризаторов. Это крайне важно, так как позволяет использовать активные штаммы этих грибов в широком диапазоне почв и сельскохозяйственных культур. Удачно микоризуются растения, которые не имеют корневых волосков и зернобобовые культуры. Развитие микоризы повышает продуктивность полевых культур и интродукцию саженцев (Schwab et al., 1984; Graham, Ferdelmann, 1986; Suriapperuma, Koske, 1995; Дурынина, 1995).

Разные виды и изоляты АМ-грибов колонизируют корни растений с различной интенсивностью, и это зависит от абиотических факторов среды. Индекс полезности микоризы (ИПМ) снижается при увеличении подвижности фосфатов в почве, недостаточном освещении посевов, низких температурах почвы (Gianinazzi-Pearson. 1996). Микориза помогает растениям сохранить водный потенциал при дефиците влаги (Levi, Krikun, 1980; Saif, 1983; Safir, Nelsen, 1984).

Экологические факторы и развитие АМ-грибов. Продуктивность симбиоза определяется уровнем плодородия почвы. На плодородных почвах микотрофность корней очень слабаявидом растения-хозяина, есть группы растений, которые не микоризуются, в основном крестоцветныеплотностью аборигенной популяции АМ-грибов. Селективные штаммы АМ-грибов подавляются при наличии активной аборигенной ассоциации. Знание и регулирование экологических факторов позволяет использовать искусственную микоризацию растений в открытом и закрытом грунте.

В основном оптимальными для симбиоза является температура 16°-35°С (Tinker, 1982; Saif, 1983). При более низких температурах снижается скорость передвижения фосфатов в грибных гифах и углеводов к корням. Развитие микоризы подавляется, если почва имеет высокое содержание доступных фосфатов (Son, Smith, 1988; Nagahashi etal., 1996).

Низкая освещенность посевов, затенение или дефолиация снижают продуктивность фотосинтеза, уменьшают поступление органического углерода к грибному симбионту (Pacovsky et al., 1986), развитие AM на корнях ослабляется. Образование микоризы угнетается при недостаточной влажности почвы (-30%) и. особенно при избыточном увлажнении (-90%). При низкой влагообеспеченности наблюдаем интенсивное развитие эндосимбионта, но нарушается синтез и транспорт органических веществ у растения-хозяина (Saif, 1983).

В биоценозе микоризация осуществляется аборигенными микотрофами в широком интервале рН — от 3,0 до 8,0. Это открывает перспективы использования селективных штаммов грибов на эродированных, выпаханных и техногенно загрязненных почвах (Муромцев и др., 1985; Соколова, 1995). Корни растений были высоко микотрофными на луговых почвах Галиции рН 3,5−5.6, при этом из почвы выделено четыре вида этих грибов. В почвах виноградников на Аппенинском полуострове много видов АМ-грибов было обнаружено при рН 7,5. В плодородных почвах с повышенным содержанием фосфора преобладали споры Glomus mosse, а на.

52 кислых — доминировали другие АМ-грибы. На дерново-подзолистых почвах плотность была выше при рН 5,1−5,3, а на деградированных черноземах при рН 7,28,0. АМ-симбиоз лучше развивается в условиях легкосуглинистых, хорошо аэрируемых почв, чем глинистых и переувлажненных (Saif, 1986). На полях Ротамстедской опытной станции (Англия) число спор было низким в период межсезонья и быстро увеличивалось, в начале вегетации на черноземе обыкновенном (Луганск, Украина) число спор оставалось высоким и после перезимовки (Jackson. Mason, 1984; Соколова, 1995).

АМ-грибы и микробное сообщество почвы. Вопросы взаимодействия АМ-грибов и микробного сообщества являются важными при переходе к искусственной микоризации. В биоценозе эндомикоризные грибы положительно комплексируются со свободно живущими фосфати азотмобилизующими бактериями. Суммарный эффект взаимодействия всегда выше одностороннего влияния компонентов. Синергистами к АМ-грибам являются Azotobacter chroococum, Azospirilium brasilense. Agrobacterium spp.- Psendomonas spp. (Barea, Azcon-Aguilar, 1982; Barea et al., 1983: Meyer, Linderman, 1986).

Исследования микробного комплекса в ризосфере и ризоплане АМ-растений показано изменение обменного цикла у азотфиксирующих, нитрифицирующих, фосфатмобилизующих бактерий и повышение их функциональной активности, что объясняется фитогормональной деятельностью и некоторым увеличением доступности биофильных элементов в ризосфере (Barea et al., 1983).

Эффект применения АМ-бактериальных комплексов, по мнению исследователей, устойчивее эффекта АМ-грибов и бактерий, использованных раздельно (Mayo et al., 1986; Meyer, Linderman, 1986). Ключников (1990) показал, что ассоциации Azotobacter chroococcum и Psendomonas fluorescens с АМ-грибом Glomus mosseae улучшают развитие последнего: увеличивается энергия прорастания спор, рост мицелия и его жизнеспособность. Необходимо, однако, отметить, что вклад АМ-грибов и бактериальной флоры сопоставимы примерно как 9:1, например, на легкосуглинистой почве с низким запасом фосфора инокуляция ячменя совместной культурой G. veriforme и Azospirillum brusilense давала 335 мг на 1 растение, а только АМ-гриб — 315 мг.

Важное экологическое и агрономическое значение имеет существование АМ-грибов с бобовыми растениями. Установлено, что бобовые культуры хорошо и устойчиво микоризуются, особенно в агроценозе при искусственной микоризации (Pacovsky et al., 1986).

АМ-грибы и патогены корней растений. АМ-грибы можно использовать для биологической защиты от почвенных фитопатогенных грибов. Те и другие имеют в природе близкий круг растений-хозяев, встречаются в одних эколого-географических ареалах, имеют сходные потребности в источниках азота, углерода и pH среды (Великанов, Сидорова, 1988; Великанов, 1997).

Основной методологической предпосылкой использования АМ-грибов в биологической защите от корневых патогенов, вызывающих инфекционное поражение корневой системы, является их способность формировать, занимать определенную экологическую нишу и вытеснять менее адаптированного и защищенного конкурента.

Изменения, которые происходят в корнях высших растений под влиянием АМ-грибов, определяются их более высоким физиологическим иммунитетом. Механизм устойчивости формируется за счет ряда факторов: 1) микротрофные растения с большей энергией поглощают ряд важных биофильных макрои микроэлементов (Дурынина и др. 1993, Соколова, 1995) — 2) увеличение содержания фосфора в клетках корня при микотрофии снижает проницаемость клеточных мембран и, как результатколичество корневых экссудатов, выделяемых корнями в ризосферу (Graham et al., 1981). Эти экссудаты обычно являются стартовым субстратом для патогенов- 3) повышение содержания кальция в микоризованных корнях создает реальные предпосылки для нейтрализации и инактивации пектолитических ферментов, которые продуцируют фитопатогенные грибы при первичном заражении растений (Marschner, Dell, 1994) — 4) повышение фитогормональной продукции в микоризованных корнях за счет фитоалексинов, цитокининов, этилена и пр. (Miranda et al., 1994; Becard et al., 1995). Экспериментально показана возможность использования АМ-грибов против Fusarium sp., В. sorokiniana, Aphanomyces enteiches, Rhizoctonia solani, Pythium sp. и пр.

В условиях Подмосковья на низкоплодородных дерново-подзолистых почвах использование селективных штаммов ВАМ-грибов для защиты яровой пшеницы от обыкновенной корневой гнили повышало устойчивость растений (Чиллаппагари. 1987).

При анализе яровой пшеницы в условиях агроценоза — 1200 образцов, было установлено, что у здоровых растений микотрофность составляет ~ 30% и более, а у пораженных корневыми гнилями — 3% (Великанов, 1997). При этом устойчивый эффект против фузариозной корневой гнили достигался только за счет использования эндосимбиота — интенсивность болезни снижалась с 90% до 14%. Против Bipolar is sorokinia защиту яровой пшеницы обеспечивал комплексный препарат, который включал Trichoderma viride V25 как антагониста и селективный штамм гриба-микоризатора Glomus epigaens. Степень развития болезни при этом снижалась с 95% до 12%. Обнадеживающие результаты были получены при использовании этого же препарата в защите картофеля от Rhizoctonia solani.

Комплексные препараты грибов-интродуцентов с участием микоризообразователей и их применение для биологического контроля над ситуацией в агроценозе перспективный и пока мало исследованный прием. AM-грибы, являющиеся стабилизаторами микробных сообществ, представляют несомненный интерес для повышения устойчивости растений в условиях нестабильных агроэкосистем с низким биоразнообразием.

Минеральное питание растений и АМ-грибы. Аборигенные популяции АМ-грибов более активны в экстремальных условиях почвообитания, их численность выше на почвах с низким запасом доступного для растений азота и фосфора, а «чистота встречаемости» в корнях растений или микотрофность больше на смытых, деградированных, выпаханных почвах (Habte, Manjunath, 1987; Baon et al., 1993; Соколова, 1995).

В многолетних экспериментах было показано, что, как высокие дозы фосфорных удобрений, так и очень низкое содержание фосфора в почвах отрицательно влияют на развитие микоризы, ее продуктивность (ИПМ) и численность спор грибов эндофитов. Оптимальный уровень фосфатов в почве или в субстрате определяется рядом абиотических факторов и особенностями растения-хозяина. В условиях in vitro недавно установлено, что концентрация фосфораважнейший параметр регулирования роста эндосимбионта. Последовательное увеличение концентрации КН2Р04 с 35 до 140 и 500 мкМ существенно индуцировало роста и развитие корней трансформированной моркови, приводило к значительному накоплению Р в тканях, но относительная плотность гиф АМ-грибов достигала максимальной величины при концентрации фосфата 35 мкМ (Карандашев. 1999).

Растения, которые испытывают дефицит минерального питания, и в первую очередь — фосфора, особо восприимчивы к колонизации АМ-грибами. При этом наблюдается интенсивное развитие грибного мицелия и обильное спороношение (Gemma, Koske, 1988). Повышение содержания фосфора в субстрате существенно снижает темпы и плотность формирования и развития AM на корнях растений (Douds, Shenck, 1990; Baon et al., 1993; Suriapperuma, Koske, 1995).

Предполагают, что дефицит питания фосфором повышает проницаемость клеточной мембраны. Это приводит к тому, что в экссудатах корней увеличивается концентрация углеродных соединений, которые используются АМ-грибами (Graham et al., 1981). Многие исследователи отмечают устойчивую положительную корреляцию между содержанием углеводов в экссудатах корней растений и их микотрофностью (Sams et al., 1989; Douds, Schenck, 1990).

Анализ литературы показывает, что высокое содержание фосфора в почве и в субстрате депрессивно влияет на формирование и функционирование микоризы. Известно в настоящее время четыре возможные механизма:

1) высокое содержание фосфора в растительной клетке подавляет непосредственно развитие грибов (Дурынина и др., 1993; Miranda, Harris, 1994; Nagahashi et al., 1996);

2) изменения состава или количества экссудатов, летучих соединений, выделяемых корнями (Elias, Salir, 1987; Tawazaya et al., 1996);

3) физиолого-морфологические изменения в корнях, которые ограничиваю! развитие эндосимбионта (Карандашев, 1999);

4) снижение энергии поглощения питательных веществ внутренними гифами гриба (Dounds, Shenck, 1990).

В связи с этим, плотность микоризации в условиях агроцеиоза прежде всего определяется уровнем применения фосфорных, затем азотных удобрений и внесением органики. Высокие дозы фосфорных удобрений снижают количество хламидоспор у АМ-грибов и микотрофность корней, а их дальнейшее увеличение вызывает дегенеративные изменения обеих симбионтов. Доказано, что ингибирующее действие легкодоступных фосфорных удобрений выше, чем мене растворимых. В зависимости от типа почвы и уровня плодородия депрессивное влияние на процесс микотрофии могут оказывать не фосфорные удобрения, а азотные, особенно на почвах с высоким уровнем нитрификации.

Несмотря на определенный прогресс, достигнутый в изучении АМ-грибов за рубежом и у нас в стране (Муромцев и др., 1985; Ключников, 1990; Соколова, 1995; Карандашев, 1999) введение селективных штаммов АМ-грибов и искусственная инокуляция растений еще не вошли в повседневную практику растениеводства. Основные трудности обусловлены облигатным симбиотрофным статусом АМ-грибов и их высокой требовательностью к условиям культивирования (Villegas et al., 1996; Clark, 1997).

За последние сорок лет и до настоящего времени в стерильную культуру на корнях растений были введены только 5 видов грибов (Кузовкина, 1992; Douds, 1997; Mosse, 1998; Карандашев, 1999). Среди факторов, стимулирующих прорастание спор грибов, развитие проростковых трубочек и внутриклеточных структур АМ-грибов наибольший интерес представляют корневые экссудаты растений, а также антифунгальные вещества, флавоноиды и ряд летучих соединений, которые участвуют в формировании симбиоза (Azcon, Ocampo, 1984; Bel-Rhlid et al., 1993; Becard et al., 1995; Douds et al" 1996).

Ранее считалось, что сигнальная система гриб — корень основана на химических преобразованиях флавоноидов. При контакте эти вещества могут стимулировать рост и развитие АМ-грибов (Giovannetti et al. 1996; Tsai. Phillips. 1991; Siqueira et al., 1991). Однако, впоследствии оказалось, что флавоноиды не входят в состав генетически трансформированных корней моркови, которые являются одним из лучших субстратов для получения жизнеспособных спор АМ-грибов (Becard et al. 1995).

Из летучих соединений корней наибольшее значение на развитие и образование спор оказывает содержание углекислого газа. Оказалось, что концентрация 2% С02 оптимальна для развития грибов в условиях in vitro, что соответствует содержанию этого газа в ризосфере растений (Gemma, Koske, 1988; Smith, Read, 1997). Кроме этого, корневые экссудаты содержат антифунгальные вещества, которые регулируют их взаимодействие с сапротрофной, симбиотрофной и патогенной микрофлорой. Возможно поэтому, многие виды растений устойчивы к почвенным патогенам, а некоторые виды устойчиво немикотрофны (Schwab et al. 1984; Schreiner, Koide, 1993).

На примере клевера белого показано, что флавоноиды не только влияют на ростовые процессы партнеров в симбиозе, но могут формировать продуктивный дуэт растение — гриб, если они привносятся извне (Nair et al., 1991; Siqueira et al., 1991). Они также позитивно влияют на образование АМ-микоризы в условиях in vitro, что важно для получения инокуляционного материала (Tsai, Phillips, 1991).

В настоящее время перспективным является использование в качестве растения-хозяина только корней, полученных в результате трансформации фрагментов стерильных проростков растений участком Т-ДНК из Ri-плазмиды различных штаммов (трансгенно трансформированные корни моркови, томатов (Diop et al., 1994; Douds, 1997).

Трансформированные корни генетически однородны и стабильны, хорошо адаптированы к выращиванию в культуре на обедненных субстратах без гормонов, выживают длительное время. Они хороши для разработки производственной технологии получения инокуляционного материала, поддержания селективных штаммов АМ-грибов.

VI. РОЛЬ РАСТЕНИЙ В СОХРАНЕНИИ ФИОС АНИТ АРНОГО СОСТОЯНИЯ.

АГРОЦЕНОЗА. ЗАЩИТНЫЕ ФУНКЦИИ СЕВООБОРОТА, КУЛЬТУРЫ.

ФИТОСАНИТАРЫ.

В условиях агроценоза возделывается примерно 150 видов культурных растений, при этом 15 из них занимают большую часть площади пашни. Во всех регионах значительные территории отведены под зерновые культуры. В современном земледелии пшеница, кукуруза, подсолнечник, кормовые бобы, ячмень и т. д. выращиваются при повторном возделывании в севооборотах или бессменной культуре.

Тенденция к бессменному возделыванию культур привела к образованию бескрайних пшеничных полей в Казахстане, Алтае и Сибири, огромного кукурузного поля в США, монокультуры хлопчатника в Средней Азии, ~ 73% посевных площадей Англии занимает ячмень и пшеница (Новожилов, 1997; Жученко, 1997).

Основное негативное последствие бессменных посевов — высокая инфицированность почвы и агроценоза в целом.

В интенсивном земледелии внесение удобрений и использование пестицидов частично нивелирует негативное последействие бессменных и повторных посевов (Кант, 1988; Соколов и др., 1993; Есаулко, 1997). Некоторые культуры достаточно хорошо переносят повторные посевы — это кукуруза, картофель, овес и зернобобовые культуры. У первых двух это связано, несомненно, с внесением высоких доз органических удобрений, которые сохраняют пищевой режим почвы и фитосанитарную ситуацию в агроценозе (Киекбаев, 1995; Щербаков, 1995). Чувствительны к повторному возделыванию и в монокультуре: озимая рожь, пшеница, ячмень, лен, горох, подсолнечник, кормовые бобы (Амиров, 1995; Романов. 1995).

Негативное влияние бессменных посевов объясняется рядом факторов:

1) истощением элементов минерального питания при одностороннем выносе (Чулкина, 1985; Возняковская, 1990; Колосов, 1992; Ганиев и др., 1995; Романов, 1995).

2) накоплением в почве токсических выделений самих растений-доминантов: этилена, терпенов, органических кислот, алкалоидов и т. д. (Берестецкий и др., 1982; Мороз, Комиссаренко. 1983; Юрчак и др., 1983).

3) накоплением фитотоксических метаболитов, которые образуются селектируемой микрофлорой. Среди них известны как активные токсинообразователи грибы родов Penicillium, Fusarium, Aspergillus и драктиномицеты и бактерии родов Pseudomonas, Bacillus и др. (Иванов, 1988; Сидоров и др., 1992; Орлова, 1999).

4) повышение инфекционного потенциала почвы за счет накопления возбудителей корневых гнилей, воздушно-капельных и листостеблевых инфекций, разложения инфицированных пожнивных остатков (Верзилин, Трунова, 1992; Зезюков, Дедов, 1992; Рябчикова, 1992; Киекбаев, 1995; Чулкина, 1985).

Известно, что резкое снижение урожайности в первые годы при возделывании в монокультуре постепенно снижается ее повышением и стабилизацией, но на более низком уровне. Устанавливается фитосанитарное равновесие между корневыми патогенами и группой антагонистов. Ряд авторов рассматривает переход к монокультуре как реальный прием для снижения экологической опасности в агроценозе. Устойчивый негативный эффект монокультуры не удается спять использованием пестицидов, но высокое, до 80%, насыщение севооборота одноименными культурами возможно, если соблюдаются на оптимальном уровне агротехнические региональные приемы, обеспечивается внесение органических удобрений в дозе достаточной для инактивации метаболитов и сохранения видового биоразнообразия почвы и ее активности (Шатохина, Христенко, 1992; Hart,.

Christenson, 1994; Linderman, 1994; Щербаков, 1995; Новожилов, 1997; Левитин, Ишкова, 1997).

В основном севооборот обеспечивает разрыв трофических связей патогенрастение-хозяин во времени, но более эффективно введение культур-фитосанитаров с узким спектром высокого ингибирующего воздействия на патоген или группу патогенов со сходной экологической нишей. Приведем несколько примеров. Овес известен как устойчивый фитосанитар (Бенкен, Хацкевич и др., 1987). Защищает озимую пшеницу и яровые зерновые от снежной плесени, корневой гнили, в том числе от офиоболеза, но бесперспективен против F. culmorum (Sturz, Bernier, 1989). Напротив, яровые — ячмень и пшеница — культуры высоко восприимчивые к корневым и прикорневым гнилям. Установлено, что именно они являются лучшим предшественником в защите от F. culmorum овса (Love, Bruel, 1987, Sturz, Bernier. 1987). Клевер удачно снижает инфекционный фон почвы в отношении Н. sativum (Белоусова, 1985; Дурынина и др., 1998). Сорго, соя, рапс, лен, зернобобовые обеспечивают кардинальную защиту от офиоболеза (Hart, Christenson, 1994; Rothrock. Cunfer, 1991).

Показано, что ряд сельскохозяйственных культур и диких злаков относятся к резерваторам и накопителям инфекции в севообороте — пырей костер, тимофеевка, падалица пшеницы и ячменя, что следует учитывать при разработке защитных приемов (Hart, Christenson, 1994). В общем комплексе агротехнических приемов защитные функции предшественников и севооборота в условиях Западной Сибири по многолетним данным составляют 60,3−69,3% (Чулкина, Чулкин, 1995).

Допустимое насыщение севооборота зерновыми культурами для сохранения фитосанитарной ситуации в агроценозе установлено для Нечерноземной зоны 50%. Центральной черноземной части России не более 70%о, для Восточных регионов, где зерновые являются доминантной культурой ~ 80% (Чумаков, Захарова 1990; Амиров. 1995; Левитин, Ишкова, 1997).

Многолетние исследования на выщелоченном черноземе Зауралья (33 года) показали что севооборот, монокультура, даже бессменный пар приводит к заметной потере гумуса почвы. Баланс гумуса поддерживается только за счет систематического внесения органических, минеральных удобрений и пожнивных остатков (Амиров. 1995). Севооборот — это прием сохранения фитосанитарного состояния агроцекоза и в меньшей степени поддержания плодородия почвы.

Показано, что растения-предшественники оказывают дифференцированное воздействие на развитие микробиоты и, в том числе фитопатогенных грибов, подавляя развитие одних и стимулируя развитие других видов.

Оздоровительное действие овса признается всеми исследователями, он считается лучшим предшественником в защите зерновых от обыкновенной корневой гнили. Однако, показано, что сам овес провоцирует развитие фузариоза пшеницы, (возб. F. culmorum) в полевых опытах обнаружено значительное снижение продуктивности овса (Sturz, Bernier, 1987; 1989).

Несмотря на широкое применение севооборотов в системе интегрированной защиты растений во всех зерносеющих странах мира, ряд аспектов остается неизвестным или слабо изученным. Количественные и качественные закономерности развития микроскопических грибов в почвах севооборотов необходимы для решения вопросов, связанных с прогнозом функционирования патогенов, поиском новых культур-фитосанитаров и биофунгицидов.

Установлено, что культуры севооборота выполняют защитные функции, используя ряд факторов:

1) Чередование культур приводит к выравниванию напряженности биохимических процессов в почве, повышению их ферментативной активности, сохранению биоразнообразия и устойчивости комплекса микробиоты (Щербаков. Девятова, 1983; Р1иканорова, 1989; Галимзянова, 1990; Возняковская, 1990; Минеев и др., 1997). Растения-предшественники используют не только для сохранения пищевого баланса в системе, но активной нейтрализации растительных и микробных метаболитов.

2) Корневые экссудаты устойчивых и непоражаемых культур провоцируют прорастание инфекционных структур патогенов конидий и склероциев, которые затем «израстаются» в отсутствии растения-хозяина, в связи с этим снижается инфекционный фон почвы (Тупиневич, Нестеров, 1977; Белоусова, 1985; Бенкен. Хацкевич, 1990; Рябчикова и др., 1992; Чулкина, Чулкин, 1995). Они также влияют на разложение пестицидов.

3) Аллелопатические вещества корневых выделений, в том числе фитонциды, являются действующим началом фитоиммунитета растений. Фитоиммунитет растений по своей природе неспецифичен (Вавилов, 1967). Он позволяет растению эффективно противостоять большинству инфекций, и обусловлен генотипом (Иванова, 1992).

4) Экскреторная активность корневых систем связана с функционированием микрофлоры ризосферы и ризопланы растений и определятся условиями внешних факторов. Сформированное микробное сообщество, в состав которого входят бактериальные и грибные антагонисты — барьер от атаки почвенных патогенов (Берестецкий и др., 1982; Гродзинский, 1983; Лабутова и др., 1992; Оразова, 1994; Великанов, 1997).

Сравнительная характеристика севооборотов и монокультуры показывает, что по показателям плодородия почвы, фитосанитарному состоянию, продуктивности растений и устойчивости функционирования агроценоза в целом преимущество, за редким исключением, принадлежит севообороту (Возняковская. 1990; Верзилин. Трунов, 1992; Амиров, 1995; Романов, 1995; Щербаков, 1995). Действие предшественника должно подкрепляться обязательно внесением разных видов удобрений. Адаптивный потенциал агроценоза на черноземе, например, складывался в зерновом севообороте за счет внесения соломы, пожнивных остатков и посева эспарцета (Воронков, 1992).

В борьбе с корневыми инфекциями исследователи и практики рекомендуют и проводят поиск лучшего предшественника с высокими бифунгальными свойствами. Установлено, что в защите от корневой гнили зерновых надежные результаты дают кукуруза, подсолнечник, овес, вико-овес, посев многолетних трав, особенно с бобовым компонентом (Маликова, 1985; Bruehl et al., 1986; Sturz, Bernier, 1989).

Поиск лучшего предшественника определяется: структурой севооборота, особенно долей в нем зерновых культур, почвенно-климатическими условиями региона и природой возбудителя. Лучшие результаты выявлены в защите от мелкоструктурных патогенов, чем крупноструктурных, которые без признаков деградации сохраняются в почве 6−8 лет (Кант, 1988; Шиндрова, 1992; Есаулко, 1997).

Защитные функции севооборота против корневых гнилей яровых зерновых культур успешно и детально исследовали при освоении целинных земель Казахстана (Тупиневич, Нестеров, 1977). Низкий фунгистазис почвы был по отношению к В. sorokiniana после стерневых предшественников, но поражение снижалось в 3,5 раза после вико-овса. Для районов Западной Сибири эти работы проводились талантливым коллективом фитопатологов под руководством В. А. Чулкиной.

Чулкина, Чулкин, 1995). Были рекомендованы как лучшие предшественники в северной лесостепи рожь, овес, кукуруза на зерно, а в лесостепной зоне — чистый пар и пласт многолетних трав.

Для районов Северо-запада Нечерноземной зоны России возможен севооборот при полном насыщении зерновыми: овес, горох, озимая пшеница, ячмень (Бенкен. Хацкевич, 1990), первые три культуры слабо поражаются корневыми гнилями. Для Центральной Черноземной зоны хорошие результаты дает горох и чистый пар.

В Нечерноземной зоне России широкое распространение имеет также серая гниль, альтернариоз, ложная мучнистая роса на многих сельскохозяйственных культурах. Такие растения как рапс и сурепица, устойчивы в полевых условиях к поражению и инфекционный фон почвы снижаются на 30% (Ильина, Данилина, 1990). Эти же авторы установили, что при киле капусты механизм израстания возбудителя включается введением в севооборот многолетних трав, внесением органики и оптимальном увлажнении почвы (Ильина, Данилина, 1990).

Работы американских исследователей показывают, что в условиях Техаса поражение гельминтоспориозной корневой гнилью было выше при переходе к монокультуре, чем при чередовании культур: пшеница — сорго (Tindall, Dewey, 1987). Негативное влияния монокультуры пшеницы возрастало при минимальной обработке почвы, оно было меньшим, если такая обработка почвы осуществлялась в севообороте (Vyn et al., 1991). В штате Онтарио урожай озимой пшеницы был на 20% выше после сои, кукурузы, ячменя, люцерны, чем при посеве пшеница по пшенице. Лен и рапс надежно защищают зерновые культуры от питиозной корневой гнили (Hart, Christenson, 1994).

В Канаде эти же культуры еще раньше начали использовать для защиты пшеницы и ячменя от снежной плесени и офиоболезной гнили (Sturz, Bernier, 1987). Офиоболезная корневая гниль развивалась меньше, если предшественниками пшеницы было зерновое сорго, а не соя (Rothrock, Cunfer, 1991).

Таким образом, среди сельскохозяйственных культур в агроценозе есть виды растений, которые обеспечивают сохранение фитосанитарной ситуации в почве, их способность устойчиво проявляться в различных регионах возделывания: кукуруза подсолнечник, овощные, зернобобовые, овес клевер. Вероятно, три первых компонента обеспечивают фотозащитный эффект не столько за счет корневых экссудатов, сколько за счет внесения органических удобрений, которые.

63 поддерживают биологическую активность почв (Дурынина и др., 1998). В севообороте резерваторами инфекции выступают пырей, костер, злаки дикие, многолетние злаковые травы, кукуруза (для фузариоза колоса), падалица пшеницы и ячменя, их пожнивные остатки (Чулкина, 1985; Smiley, Uddin, 1993; Hart, Christenson, 1994), особенно, если наступает холодная и короткая осень.

Следует отметить, что на фоне позитивных и негативных обобщений следует учитывать важные и пока редкие факты специфического воздействия растений. Например, при наличии в севообороте резоктониозной гнили нельзя чередовать пшеницу и сахарную свеклу, т.к. изоляты R. solani (AG-4) высоковирулентны и поражают обе культуры, штат Техас (MeCay-Buis et al., 1995). Против цефалоспориоза необходим севооборот с включением яровой пшеницы и ярового ячменя. Это неожиданный факт, т.к. названные культуры слабо устойчивы ко многим патогенам, но не страдают от сосудистых заболеваний (Love, Bruel, 1987; Cook, Veseth, 1991).

Установлено, что если содержание инокулюма в почве очень велико, а это бывает при многолетнем посеве одноименных растений-хозяев, снизить поражение обыкновенной корневой гнилью, офиоболезом, резоктониозом за счет предшественников и фитосанитаров невозможно. В структуре посева должна быть замена на непоражаемую культуру, например ячменя на овес или рожь (Rothroch, 1988; Rothroch, Cunfer, 1991). Более того, при сильном заспорении почвы конидиями или склероциями патогенов, площади посевные должны выводиться из землепользования (Дурынина, Великанов, 1984; Чулкина, 1985).

Как одно из средств агротехнической защиты от почвенных патогенов предлагаются совместные посевы устойчивых и поражаемых растений-хозяев. Например, в защите от корневых гнилей совместный посев пшеницы и сои. Этот прием на американском континенте известен как «intercropping» (Reinbott et al, 1987: Cogerty, 1991). В нашей стране агротехника совместных посевов разрабатывалась в 70-е годы (Шеф, 1981), но несмотря на устойчивые позитивные результаты, ни у нас. ни за рубежом не нашла применения, за исключением Китая, из-за сложной механизации полевых работ.

В составлении фитосанитарного севооборота самое сложное — взаимосвязь и учет абиотических факторов среды: влажности почвы и воздуха, содержании элементов питания в почве и их доступность патогену и растению-хозяину. Индукция заражения после разных предшественников осуществляется различными факторами: при монокультуре пшеницы она возрастает за счет дефицита в почве влаги, нитратов и подвижного фосфорапосле черного пара — за счет высокого содержании доступного фосфора и нитратов, особенно в сухом и жарком климатепосле кукурузы восприимчивость к инфекции у зерновых увеличивается из-за дефицита фосфора в почве и т. д.

Абиотические и биотические факторы, которые усиливают экссудацию растительных тканей, способствуют инфекционному заражению и усилению заболевания при равной инфекционной погрузке. Прежде всего, это неустойчивые или аномальные гидротермические условия вегетационного сезона, высокие концентрации минеральных удобрений или средств защиты растений, недостаток элементов питания растений по фазам вегетации (Иау1ог, 8и, 1988; 81акуПё1епе, 1997).

Фузариоз колоса и зерна пшеницы в настоящее время в южных зерносеющих районах России является самым вредоносным заболеванием, которое прогрессивно нарастает во времени (Шипилова и др., 1987; Соколов и др., 1993; Жученко. 1997: Монастырский, 1997; Терехов и др., 1998). Это заболевание меньше связано с почвой, чем корневые гнили, однако, исследования в Краснодарском крае показали, что заражение выполненных семян Р. graminianum после кукурузы на зерно было в 10 раз выше, чем по другим предшественникам: подсолнечнику, сое, многолетним травам. Мы считаем, что одна из возможных причин — поступление массы углеводов в почву при механизированной уборке. Эти углеводы поступают от потери зерна и пожнивных остатков и в условиях длительной осени провоцируют массовое развитие патогена.

Подсолнечник, свекла, кукуруза как предшественники подавляли развитие мучнистой росы на озимой пшенице в Краснодарском крае по тридцатилетним наблюдениям Макаренко (1990), если дозы азотных удобрений не превышали 90 кг/га. Фитосанитарное состояние агроценоза обеспечивает севооборот, чередование культур, а не монокультура. Корневые выделения культур-предшественников оказывают прямое стимулирующее или ингибирующее влияние на патоген и косвенное за счет селектируемой микрофлоры. Короткие севообороты (3−4 года) не обеспечивают воспроизводство и сохранения биоразнообразия, плодородия почвы и продуктивности растений. Фитоочистка почвы в интенсивном агроценозе осуществляется в севообороте за 6−8 лет. Сокращение промежуточного срока возможно только за счет биоили химзащиты, а также внесения органических удобрений, промежуточных и сидеральных посевов. Существуют культуры-фитосанитары с узким спектром действия против одного патогена или группы родственных патогенов, а также культуры-резерваторы инфекции, что следует учитывать при разработке стратегии защиты. Максимальный фитосанитарный эффек т культур севооборота наблюдается при ГТ=1 и снижается при отклонении в ту и другую сторону. В засушливых условиях континентального климата севооборот оказывает слабое оздоровительное влияние на почву и агроэкосистему в целом.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Исследования с зерновыми, зернобобовыми, подсолнечником, кукурузой, люпином и др. культурами проводили с 1972 в полевых, стационарных, мелкоделяночных, вегетационных и модельных опытах. Полевые опыты на дерново-подзолистых почвах производились с 1972 — 1992 гг. в Учебно-опытном почвенно-экологическом центре МГУ «Чашниково» Московской обл. Солнечногорского района на искусственно созданных инфекционных фонах и при естественном поражении растений.

Полевые опыты на черноземных почвах проводили на базе стационаров Центрального филиала ВИУА, Белгородской обл. Корочанский и Яковлевский районы с 1981 по 1985 гг.- опытно-производственных хозяйств и опорных пунктов ВНИИ масличных культур им. Пустовойта с 1988 по 1993 гг.- стационаров Луганского СХИ и опытного хозяйства УкрНИИ защиты почв от эрозии (Луганская обл.) с 1989 по 1995 гг.

Для полевых опытов использовали дерново-подзолистые почвы одного генезиса, но разные по окультуренности и срокам известкования: среднесуглинистая. среднеокультуренная, рНКа — 6,0, ГК -1,4- 8 — 18,1 мг-экв/100 г почвы, V- 90,6%- фосфор доступный 10,0 — 23,0 мг и калий — 9,9 -24,8 мг/100 г. почвы (по Кирсанову).

Типичные среднемощные черноземы: рНсол — 6,2−6,7- гумус 4,5−5.2%- фосфор доступный — 9−10,5 мг и калий 13−14 мг/100 г. почвы (по Мачигину) и др. (табл. 1).

Органические удобрения вносили в виде полуперепревшего навоза, а на черноземной почве в виде безподстилочного навоза. Минеральные удобрения в основном использовались в виде аммиачной селитры, хлористого калия, суперфосфата двойного и МФУ (мочевиноформальдегидных удобрений) различных модификаций из расчета 60−300 кг/га д.в. согласно схемам опытов, а в вегетационных опытах от 0,05 г. до 0,2 г д.в. на кг почвы. В опытах предусматривалось отдельное внесение элементов питания и в составе полного минерального удобрения. В опытах использовали отечественный ассортимент минеральных удобрений, более двадцати видов.

Учетная площадь делянок в полевых опытах на черноземе — 100 кв.м. на дерново-подзолистых почвах 40 кв.м.

В полевых и вегетационных опытах высевались районированные сорта ячменя, пшеницы, овса, люпина, кукурузы, подсолнечника, бобов, фасоли, вики, гороха, клевера и др.

Для вегетационных и модельных опытов использовали почвы разных типов и подтипов, отражающие состояние почвенного покрова Европейской части России, а так же красноземные и сероземные почвы. Список почв, место взятия и их агрохимические характеристики представлены в табл.2. Почвы СССР разного генетического типа от дерново-подзолистых до красноземов и сероземов для определения естественного заражения патогенными грибами были любезно предоставлены нам проф. Н. Г. Зыриным.

Почву для проведения вегетационных и модельных опытов также брали с делянок соответствующих стационаров, вес почвы в сосудах от 6 до 30 кг. повторность 4−8 кратная. Вес почвы в биометрах — 3 тонны на сосуд с сохранением в модели генетических горизонтов чернозема выщелоченного и посевом с/х культур, соответствующих полевому севообороту. Модельные опыты проводили в сосудах без выращивания растений одновременно в естественной и стерилизованной почве в системе почва — удобрение — патоген. Такой метод позволяет выявить влияние на инфекционный потенциал почвы отдельно почвенной биоты и физико-химических свойств субстрата. Срок инкубирования патогенов от 6 до 30 месяцев при различных гидротермических условиях, включая засуху и перезимовку.

Для выделения АМ — грибов и опытов по искусственной инокуляции растений использовали чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый слабо и сильноэродированный, первый имел рН — 7,4- отношение обменных катионов Са-М° =6:1- гумус 5,4%- среднеобеспеченный по фосфору и калию: сильноэродированный чернозем имел рН — 7,8- гумус 1,5%- низкое обеспечение по фосфору и высокое по калию. Биотический потенциал 5. зс1егШогит определяли на разных черноземах, в том числе черноземе обыкновенном, типичном, выщелоченном, смытом и т. п. Изучение факторов воздействия на патогенные грибы в агропенозе проводили по схеме 1;

Таблица 2.

Список почв, место взятия образцов, некоторые агрохимические параметры.

Почва, место взятия образца, (на абс. сухой вес) Содержание гумуса, % рН водной вытяжки Кислотность мг-экв/ЮОг почвы гидролит. ¿-^поглощенных оснований, мг-экв/100г почвы Степень насыщенности основаниями, %.

Дерново-подзолистая, Московская обл., Среднеокультуренная Хорошоокультуренная 1,5 4,0 5.7 6.8 4,0 2,4 10,6 15,0 72.6 86,2.

Серая лесная, Тульская обл. 2,9 5,5 7,0 15,3 68.8.

Чернозем выщелоченный, Краснодарский край. 6,0 6,9 2,5 39,1 94,1.

Чернозем типичный, Курская обл. 6,0 6,7 2,9 39,6 93,2.

Чернозем обыкновенный, Саратовская обл. 7,5 6,8 2,5 35,2 93,3.

Чернозем южный, Запорожская обл. зд 7,3 0,9 30,3 97,2.

Темно-каштановая почва Аскания Нова 3,3 6,8 2,2 29,6 93,1.

Темно-каштановая карбонатная, Херсонская обл 4,2 ВД Нет 38,9 100,0.

Краснозем, Грузия 4,5 4,9 17,6 7,5 29,8.

Серозем обыкновенный, Узбекистан 1,5 8,5 нет 23,3 100,0.

В полевых и вегетационных опытах вносили 300 конидий на 1 г воздушно-сухой почвы, такая нагрузка спор соответствует естественной.

В опытах по инфицированию почвы в системе почва — удобрениепатоген использовали водную суспензию конидий патогена для естественной почвы 1*КГ конидий, для стерилизованной 4*10 конидий на 1 г воздушно-сухой почвы. (Чичева, 1978; Белоусова, 1985).

Устойчивость зернобобовых культур к ботритиозу в полевом и вегетационных опытах изучали при двукратном инфицировании посевов водной культурой гриба B. fabae и В. cinerea в вечерние часы, при 16−18° С в пасмурную погоду в стадии начало бутонизации с интервалом между обработками 5 дней (Васин, 1966; Чернецова, 1982; Лихачев, 2000) и только в первый год работы — 1975 г., в дальнейших опытах использовали естественное заражение растений в агроценозе (табл.3).

Устойчивость подсолнечника к белой гнили изучали в условиях хозяйственного посева на 10 га и в стационарных опытах каф. агрохимии МГУ и НИИ масличных культур при естественной инфекционной нагрузке в течении всех лет исследования. Динамику патогена в почвах агроценоза изучали по состоянию склероциев, которые предварительно получали на среде Чапека — Докса. Количественный учет и качественное состояние склероциев оценивали в соответствии с рядом методологических работ (Adams, 1975; Hoes, Huang, 1975: Хотянович и др., 1981; Методы экспериментальной микологии, 1982).

Устойчивость люпина узколистного к Fusarium sp. оценивали на жестком инфекционном фоне. Инокулюм патогенов вносили в дерново-подзолистую, суглинистую слабоокультуренную почву. Состав возбудителей подбирали пропорционально удельному соотношению их в почве, где были ранее установлено массовое поражение всех высеваемых сортов люпина, возбудители — F. oxysporwn -60%, F. solani — 20%, F. avenaceum— 10%. Для заражения использовали чистую культуру грибов-патогенов, предварительно размноженную на стерильных зернах ячменя по методике Е. Е. Гришиной (Гришина, 1985). Доза внесения инокулята 1,1 г на кг почвы, что соответствует 350 г/м в полевых опытах. На стационарных опытах и в хозяйственных севооборотах для исследований использовали также естественное заражение посевов указанными патогенами.

Для инокуляции растений АМ-грибами использовали аборигенные популяции, выделенные нами из чернозема обыкновенного (П-1), (П-2), (П-3), а так же эталонную культуру Glomus mosseae, полученную от д-ра Хеймана (Англия, Ротамстедская опытная станция) и G. aggregatum и G. fasciculatum от д-ра Синга (Индия, Международный центр селекции, 1988). Инокулировали растения по методам, описанным в работах Неррег, 1984; Муромцев и др., 1985— Чиллапагари, 1987; Дурынина и др., 1993; Tecniques for M.R. 1994; Соколова, 1995; Лабутова, 2000).

Методы стерилизации почвы и посевного материала.

Использовали несколько приемов стерилизации почвы: температурную стерилизацию в автоклаве: снижение биофона почвы и у-стерилизацию в зависимости от условий опыта. Почву предварительно просушивали, просеивали через сито, навески 0,2- 0,5- 1,0 кг, в зависимости от условий опыта, помещали в крафт-пакеты, стерилизовали в автоклаве трижды по 1 часу при 1 атм. В опытах по искусственной микоризации растений использовали метод частичного снижения биофона, который широко применяется за рубежом (Krishna et al, 1982; Jensen, 1984; Estaun et al., 1987). Перед закладкой опыта такую почву выдерживали в течении 1,5−2 мес. в стерильных мешках для распада токсических веществ, возможно образовавшихся в процессе стерилизации. Непосредственно перед постановкой опыта проверяли общую фитотоксичность почвы методом растительного биотеста (Минеев и др., 1991).

В опытах по химмоиммунитету растений стерилизацию почвы проводили облучением сосудов с почвой и удобрениями перед посевом возрастающими дозами у-радиации: 0,1- 0,5- 1 мрад. Следует отметить, что контроль микрофлоры показалоблучение почвы дозой 0,1 мрад. стимулировали прорастание конидий гриба Bipolaris sorokiniana. При более высокой дозе облучения почва в сосудах была стерильной. Вес почвы в сосуде 9 кг. Этот прием осуществляли на полупромышленной установке Мин. среднего машиностроения СССР, п/я 75. Качество стерилизации почвенных образцов контролировалось методом посева (Звягинцев, 1987).

Семена зерновых культур поверхностно стерилизовали, замачивая их в 1% формалина 20 мин. и отмывали затем стерильной водой. Семена зернобобовых выдерживали в 15% р-ре Н2О2Г 15 мин. отмывали водой (Наумова, 1970; Сэги, 1983).

Стерилизацию склероциев S. sclerotiorum, после извлечения из почвы, и субстрата — каротиновых дисков выполняли в смеси 5% р-ре гипохлорита кальция и.

95% этанола.

Извлечение конидий В. sorokiniana из почвы проводили методом флотации (Дурынина, Чичева, 1979). Выделение и численность спор АМ-грибов в почве определяли методом влажного просеивания (Gerdemann, Nicolson, 1963). Жизнеспособность и функциональную активность S. sclerotiorum по Hoes, Huang (1983). Для количественного учета микроорганизмов в почве использовали метод разведении, (Звягинцев и др., 1991; Великанов и др., 1980) состава и активности ризосферной и прикорневой микробиоты (Сэги, 1983; Демкина, Мирчинк, 1983).

Учет поражения растений, вредоносности болезни проводился обычно дважды за вегетационный сезон по пятибалльной шкале, разработанной для соответствующей культуры и патогена (Коршунова и др., 1976; Киселев, Духанина, 1976; Тихонов и др., 1986; Чернецова, 1983; Белоусова, 1985; Методические рекомендации для зерновых. 1985). В полевых опытах на каждой опытной делянке оценивалось 200 растений, т. е. 600 — 800 особей для одного вариантав вегетационных опытах — все растения в сосуде (15−20 ед.).

Степень развития болезни вычисляли по формуле: степень развития болезни = 100 х (1 х % + 2 х п? +.+ 5 х %).

Nx А.

N — общее число растений в учете;

Пр число растений с данным баллом поражения;

1,2,. и т. д. — баллы поражения растений;

А — высший балл учетной шкалы.

В мелко деляночных опытах использовали показатель «% поражения растений», который отражает отношение числа пораженных растений к общему числу особей на учетной площади. Вредоносность заболеваний оценивали в соответствующей стадии развития растений или хозяйственной спелости по Чумакову, Захаровой (1990 г).

Опыты с искусственным инфицированием почвы конидиями Bipolaris sorokiniana проводили в естественной и стерилизованной почве при влажности почвы 60% от полной полевой влагоемкости (ПИВ) и комнатной температуре в течений 12 месяцев. Метод длительного инкубирования патогена в естественной и стерилизованной почве, предложенный нами, позволяет оценить потенциальную способность почвы к накоплению инфекции и выявить отдельно в этом процессе роль физико-химических факторов и почвенной микрофлоры.

Для заражения почвы использовали чистую культуру гриба высокопатогенного.

2 ^ штамма 206 из коллекции каф. низших растений МГУ. Титр от ЗЛО доЫО конидий/г почвы, более высокий титр применяли на естественной почве. С помощью химически чистого талька достигали равномерного распределения спор в почве.

Для получения стерильных аналогов почв, образцы растирались и просеивались через сито 2 мм. стерилизовали в автоклаве в крафт-пакетах в режиме: трижды по 1 часу и 1 атм. Почву инкубировали в стеклянных сосудах с сохранением стерильности в течении всего периода инкубации, для этого использовали ватно-марлевые фильтры, а стеклянные трубки для полива вмонтировали в них и заливали отверстия коллодием. Повторность опытов была четырех-пятикратная.

Опыты по изучению доз и форм минеральных удобрений на динамику В. sorokiniana и S. sclerotiorum проводили: для В. sorokiniana в стерильной и нестерильной дерново-подзолистой среднеокультуренной среднесуглинистой почве, для S. sclerotiorum в черноземе обыкновенном и в дерново-подзолистой почве, в естественной почве и в стерилизованной.

Минеральные удобрения вносили в виде чистых солей (мочевины, аммиачной селитры, нитрата магния, сульфата аммония и т. д.) из расчета 0,05- 0,1 и 0,2 г действующего вещества (д.в.) на 1 кг почвы, а фосфорные удобрения в виде двойног о размолотого суперфосфата, имитируя, таким образом, влияние их на почву при систематическом внесение.

В модельных опытах динамику патогенов изучали по срокам инкубирования: 0,5- 1, 2, 3, 6 и 12 месяцев. В некоторых опытах удлиняли время взаимодействия в системе почва — патоген — удобрение до 2-х лет и более. Например, влияние условий засухи и калийных удобрений на состояние популяции В. sorokiniana исследовали через 1 год и 2,5 года.

Роль некоторых химических элементов в патогенезе корневой гнили (В. sorokiniana) исследовали в полевых и вегетационных опытах на дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности (1983 — 1987). Полевой стационарный опыт проводили на искусственно созданном инфекционном фоне, содержащим конидий 170 — 200 ед. на 1 г почвы.

Инокулюм патогена для вегетационных опытов вносили в сосуды при закладке опыта из расчета 200 конидий на 1 г почвы. Растительный материал отбирали в фазы кущения и трубкования ячменя. Растения, без видимых признаков поражения надземных органов, выкапывали, визуально (по состоянию корневой системы) разделяли на здоровые и больные, отмывали водой, расчленяли по органам и фиксировали биомассу при 90 °C. Репрезентативность пробы обеспечивалась отбором большого числа особей в аналитическую пробу: в полевом опыте — 300 растений, в вегетационном — 30 -40.

Активность ферментов в корнях здоровых и пораженных корневой гнилью растений ячменя, пшеницы, ржи определяли по основным фазам вегетации: колошение, цветение, молочная спелость. Для анализа в поле на делянках вынимали несколько монолитов 25×20×10 см. Корни растений отмывали водопроводной водой, определяли от растений. В свежих корнях определяли каталаз. газоволюметрическим методом, а активность пероксидазы и полифенолоксидазы колориметрически.

II. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПОПУЛЯЦИИ ПАТОГЕ11НЫХ.

ГРИБОВ В АГРОЦЕНОЗЕ.

Метод количественного учета конидий В. sorokiniana в почве.

Метод позволяет оценить инфекционный уровень и инфекционную емкость любой почвы по отношению к В. sorokiniana (Дурынина, Чичева, 1979). Уровень заражения почвы конидиями, соответствует степени развития заболевания зерновых культур корневой гнилью.

Экспериментально показано, что почвы, которые содержат конидий ~ 300 ед. на 1 г почвы должны выводиться из землепользования, т.к. требуют длительной и сложной фитоочистки. В практике исследований у нас и за рубежом используется в основном метод флотации для извлечения спор патогена из почвы (Chinn, Ledingam. 1960). Этот метод имеет очень существенный недостаток: не учитывает явление адсорбции микроорганизмов почвой. Споры патогена, находящиеся в адсорбированном состоянии, не учитываются и полностью не извлекаются. Определения показали, что из образца почвы извлекается только 15−20% конидий патогена В. sorokiniana. Наш метод позволяет извлекать из этого же образца почвы в.

6 — 7 раз больше инфекционных структур.

Адсорбция во многом зависит от типа почвы и гранулометрического состава, состава насыщенных катионов, емкости поглощения, содержания органического вещества и значения pH почвенной среды. Кроме адсорбции, оптимизировали ряд параметров: определяли влияние на извлечения спор различных видов минеральных масел с коэффициентом вязкости от 11,3 до 71,3, лучшим следует признать веретенное масло (К=Т6,3) — соотношение твердой фазы почвы и жидких компонентов в суспензии, времени взбалтывания на ротаторе, времени и седиментации суспензии.

Для оценки достоверности результатов и выбора оптимального варианта вычислили абсолютную и относительную ошибку среднего, коэффициент вариации среднего и т. п.

Существенно, что время взаимодействия компонентов флотационной пробы вместо рекомендованных 5 минут по Чину и Ледингаму, должно быть не менее 6 часов, соотношение масла, почвы и воды должно быть 1:2:6. При указанном соотношении извлекается 8,2 тыс. конидий/1 г почвы, а, например, при соотношении 1:4:12 извлекается только 0,3 тыс./г почвы из того же образца. Предложенная модификация метода позволяет наиболее полно извлекать споры В. sorokiniana из почвы, дает хорошо воспроизводимые результаты, точность определения повышается в 6 — 7 раз. Для характеристики почвенного образца необходимо брать две навески по 10 ± 1 0,2 г почвы и провести подсчет конидий под микроскопом при увеличении 80х или под бинокуляром при 72х. Метод пригоден для массовых анализов.

Влияние приемов известкования и внесения органических удобрений на динамику популяций S. sclerotiorum проводили в условиях полевого стационарного опыта каф. агрохимии МГУ на дерново-подзолистой среднесуглипистой слабоокультуренной почве, где до этого в течении 35 лет вносили отдельно или в сочетании друг с другом азотные, фосфорные и калийные удобрения в дозе 100 кг на га д. в: ежегодно по фону извести или без известкования. Последнее поддерживающее известкование было проведено за 7 лет до проведения наших исследований. Внесение органических удобрений (навоза) в дозе 90 т/га провели только однажды, в год постановки нашего эксперимента. Срок закладки склероциев в почву — середина лета, наблюдения и анализы поводили по календарным срокам 1, 9, 12, 15 мес.

Одновременно определяли устойчивость подсолнечника к белой гнили, вредоносность заболевания, изучали биохимический состав больных и здоровых растений.

Склероции патогена для закладки в почву предварительно наращивали на среде Чапека — Докса, их калибровали по размеру, использовали особи 3−5 мм в диаметре. Навеску почвы, взятую с соответствующих вариантов полевого стационара, перемешивали со склероциями, помещали смесь в капроновый или прокламиновый пакет и прикалывали в междурядьях подсолнечника, глубина 10 см и 20 см. Навеска почвы 20 г, число склероциев 25 ед., повторность лабораторной пробы (3×4) для каждого срока.

Динамику популяций S. sclerotiorum в интенсивном агроценозе изучали в естественных условиях, биометрах и в условиях имитационной модели. а) черноземные почвы разных типов и подтипов, отражающие состояние почвенного покрова Краснодарского региона, брали с полей опытно-производственных хозяйств и опорных пунктов ВНИИ масличных культур им. Нустовойта, где интенсивно возделывается подсолнечник: 1) чернозем выщелоченный, опытное поле института ВНИИ масличных культур г. Краснодар: 2) чернозем обыкновенный, опытно-производственное хозяйство Березанское Кореновского района- 3) чернозем южный, пос. Черноморский Северного района- 4) чернозем слитой, Чеучежский район- 5) черноземно-луговая почва с опытного поля биологической станции Кубанского университета. Агрохимический анализ представлен в таблице. Почву предварительно просушивал, просеивали через сито, помещали в керамические сосуды емкостью 9 кг, продолжительность инкубации склероциев 24 — 30 месяцев при режиме влажности 60% от ППВ почвы и естественных — температурных условиях г. Краснодара. Такой режим поддерживался в условиях открытого вегетационного павильона.

Поведение в S. sclerotiorum в естественной почве изучали методом инкубирования контрольного числа склероциев на глубине 5, 10 и 20 ем. Склероции, собранные непосредственно в поле после уборки подсолнечник, что позволило исследовать инфекционный материал в естественных условиях, калибровали по весу и размеру, т.к. скорость деградации склероциев в почве зависит в значительной степени от их размеров (Adams, 1975; Hoes, Huang, 1983). Склероции размером 5−7 мм. как фракцию наиболее представительную из собранного материала, помещали в мешочки из прокламина, которые прикапывали на различную глубину.

В сосудах склероции инкубировали в отсутствии растительностив биометрахсо следующим чередованием культур: подсолнечник, озимая пшеница, клещевина, при этом склероции патогена закладывали в почву после уборки озимой пшеницы осенью, а весной 1990 года была посеяна клещевина. Анализ состояния склероциев проводили через 1, 6, 12 и 24 месяца после закладки опыта. Функциональная активность патогена определяли методом прямого учета состояния склероциев, а среди них выделяли активные и покоящиеся. Склероции, проросшие стромой, считали активными, сохранившимися без видимых признаков деградации — в состоянии покоя. Оценку состояния склероциев поводили по 4-х балльной шкале: ++++ — остаток склероция не обнаружен- +++ — склероций разложился на 2/3- + + - склероций разложился на ½- + - склероций разложился на 1/3.

Энергию прорастания склероциев и способность ко вторичному образованию определяли по методике «carrot — disk» предложенной Y.A. Hoes and Н.С. Huang (1983). Метод заключается в инкубации сохранившихся в почве склероциев на стерильных дисках свежей моркови, в стерильных условиях. Динамику роста (А) рассчитывали по сумме баллов 3-го дня (а) и приращения 4-го (db) и 5-го (dc) последующей формуле: db=b-cdc=c-bA=a+db+dc. Усредненную энергию роста (Еср) рассчитывали как отношение динамики роста к количеству исследуемых склероциев: Еср=А/п. Вторичное склерообразование определяли на 14-е сутки после посева методом прямого учета.

Б) влияние минеральных и органических удобрений на инфекционных потенциал выщелоченного чернозема изучали в условиях биометров размером 1,5×1,5×1 м, каждый из которых содержал 3 тонны почвы. Закладка биометров проводилась за два года до проведения нашего эксперимента. Почва — чернозем выщелоченный — брали с делянок полевого опыта, на котором предварительно вносились минеральные, органические удобрения и органогенные добавки в соответствующих формах и дозах. Схема опыта в биометрах и агрохимические показатели почвы приводятся в таблице. Удобрения: суперфосфат, нитрат аммония. полуперепревший навоз, солому озимой пшеницы — вносили в биометры ежегодно согласно схеме опыта, а в вариантах с дозами органических удобрений исследовали их последствие: 20, 120, 240 т/га пашни.

Склероции инкубировали в биометрах на глубине 10 см и 20 см, при температуре и влажности, естественной для климатического пояса г. Краснодара.

Возможность фитосанитарной очистки почвы при кратковременном затоплении изучали в условиях' имитационной модели: в стеклянных сосудах емкостью 2,5 кг. В качестве дренажного материала использовали кварцевый песок, предварительно промытый. В сосудах помещали 2,5 г черноземной или каштановой слабокарбонатной почвы, в зависимости от варианта. Склероции инкубировали при температуре ~ 20 °C и влажности почвы 100% от ППВ. Одновременно с первым поливом, вносили микроэлементы и магний. Схема опыта, дозы микроэлементов и магния, а также формы их внесения приведены в таблице.

III. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ГРИБА В. sorokiniana И КОРНЕЙ РАСТЕНИЙ.

Получение и фитотоксичность препарата, выделенного из гриба В. sorokiniana. .В настоящее время известно, что В. sorokiniana образует несколько токсинов: гельминтоспорал, гельминтоспорол, викторин и некоторые др. По химической природе они являются в основном трехцикличными вторичными аминами. Некоторые из них токсичны и для растений, устойчивых к самому патогену (Canonica, 1972; Pringle, 1976; Somereynas, Closset, 1978).

Способы выделения, очистки и идентификации токсинов, которые приводят ?5 выше перечисленных работах, мы использовали для разработки своего метода получения токсина менее трудоемкого и рационального. Кроме этого, мы определили биологическую активность полученного препарата по отношению к микроорганизмам и группе растений.

Схема выделения токсина включает следующие основные операции: получение культурной жидкости, экстракцию биологически активных веществ, упаривания экстрагента, растворение остатка, очистка колоночной хроматографией, кристаллизация, промывка и сушка токсина в вакууме, контроль на токсичность. метанолом.

При этом исходили из того, что при большом объеме культурной жидкости ~ 20 — 40 л упарить ее до 5% первоначального объема технически трудно, поэтому мы провели экстракцию биологически активных веществ без предварительного упаривания, последовательно извлекая их из культуральной жидкости хлороформом. Учитывая, что вышеуказанные авторы использовали для получения токсина различные экстрагенты, мы повели предварительный поиск для подбора оптимального варианта. Проводили экстракцию хлороформом, диэтиловым эфиром, четыреххлористым углеродом. Неочищенные токсины, полученные в результате такой экстракции, хроматографировали на пластинах «Silufor». При этом оказалось, что хроматографически они идентичны. В связи с этим, для дальнейшей работы был выбран хлороформ, как наиболее доступный растворитель.

На стадии получения маслянисто-вязкой жидкости (сиропообразное состояние) применили очистку токсина, используя короткую колонку с водной кремневой кислотой в отличие от Somereynas, Gosset (1978), которые проводили очистку методом колоночной хроматографии на силикагели и других авторов, которые проводили многократную очистку на активированном угле.

Сравнительная оценка метод выделения биологически активных веществ из культуральной жидкости гриба В. sorokiniana показала, что предложенный нами метод является менее трудоемким, что позволяет нарабатывать токсин в значительных количествах, при этом используется ограниченный набор растворителей и экстрагентов, достигается высокая степень очистки продукта. Это позволяет нам рекомендовать его в следующей прописи.

Метод извлечения биологически активного вещества из гриба В. sorokiniana. Для работы использовали культуральную жидкость продуцент. Г риб выращивали в жидкой среде Чапека-Докса. Колбы емкостью 750 мл, содержащие по 200 мл среды, засевали смесью спор и мицелия 7-дневной культуры гриба с твердого агара в пробирках. Инкубировали засеянные среды при 24 °C на подвесной качалке.

Культуральную жидкость отфильтровали через ватно-марлевый фильтр. мицелий отбрасывали (рис.1). Брали порции по 1,5 л нативного раствора и экстрагировали биологически активные вещества трижды, используя в качестве растворителя хлороформ по 0.5 л. Экстракты объединяли, высушивали надсернокислым натрием и упаривали на роторном испарителе под вакуумом при 40 -50 °С до 5% первоначального объема. После экстракции и упаривания хлороформа был получен осадок маслянистый коричнево-красного цвета. Наши исследования показали, что для дальнейшей очистки экстракта можно использовать короткую хроматографическую колонку. Колонка заполняется водной кремневой кислотой, проход с сита 0,125 мм, в гексане.

Полученный масляный осадок растворили в гексане, выпавшие примеси отфильтровали, а раствор, содержащий биологически активные вещества, попускали через колонку, которую затем многократно промывали гексаном до обесцвечивания последних порций растворителя. Гексановые экстракты объединяли и упаривали на роторном испарителе до сиропообразного состояния. К охлажденному сиропу приливали метанол, из которого при — 4 °C выпадали белые мелкие кристаллы. Кристаллический осадок отфильтровывали на стеклянном фильтре под вакуумом, промывали еще раз метанолом и высушивали. Таким методом 20 л нативного раствора обеспечивают получение 5 г биологически активного вещества.

Влияние физиологически активного вещества (токсина) В. sorokiniana на развитие кукурузы, ячменя, пшеницы изучали в водной культуре. Использовали питательную смесь, приготовленную по Н. С. Авдонину, 7-суточные проростки растений высаживали по 20 растений на сосуд с питательной смесью и выращивали их до истощения зерновки ~ 21 — 25 дней. В контрольном варианте использовали полную питательную смесь (ППС), а в остальных — снижали, в зависимости от варианта опыта, содержание одного из элементов — азота, фосфора, калия, кальция, магния или железа до ¼ от их содержания в полной питательной смеси. Таким образом на этих вариантах опыта создавался искусственный дефицит одного из основных элементов питания. В тексте такие варианты условно обозначены символом элемента, количество которого понижено (- N. — Р, — Са, — К, — Mg. — Fe).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

I. БИОТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ НЕКОТОРЫХ ФИТОПАТОГЕННЫХ И АМ.

выводы.

1. Устойчивость к фитоиатогенными грибами в агроценозе определяется типом почвы, уровнем плодородия, дозой и формой минеральных удобрений, предшественником в севообороте, биологической активностью почвы, гидротермическими условиями сезона. Питание растения-хозяина, рассчитанное на оптимальный урожай, повышает его устойчивость к поражению патогенами.

2. Инфекционный фон почвы и биотический потенциал патогенов в агроценозе изменяется в широком диапазоне. Известкование дерново-подзолистых почв повышает инфекционный фон в отношении В. sorokiniana, минеральные удобрения на кислых почвах снижают его. Калийные удобрения обладают высоким ингибирующим эффектом, который сохраняется и при известковании почвы. Навоз подавляет сапротрофное выживание патогена на всех почвах, кроме слабоокультуренных дерново-подзолистых.

3. Черноземные и окультуренные дерново-подзолистые почвы не имеют супрессивностьюк S. sclerotiorum. На этих почвах азотные, фосфорные, калийные удобрения и известкование увеличивают жизнеспособность и патогенность гриба, что необходимо учитывать при разработке системы защиты растений. Затопление зараженных участков почвы сроком на 1 месяц при t «20−23 °С усиливает деградацию склероциев патогена.

4. На типичном черноземе оптимальную продуктивность и устойчивость ячменя к корневой гнили обеспечивает внесение под предшественник 40 т навоза бесподстилочного и Ni80 Р120 Кбо, увеличение дозы NPK по 300 кг/га каждого элемента не провоцирует заболевания. Фитоохранная роль минеральных и органических удобрений усиливается в засушливые сезоны.

5. Устойчивость подсолнечника к белой гнили (возб. S. sclerotiorum) слабо коррелирует с содержанием в почве доступного фосфора, калия, цинка и меди. Поражение нарастает с увеличением дозы азота в интервале от 0 до 200 кг/га. Степень развития болезни ниже на 10−12% если используются МФУ, а не мочевина. Кислая реакция почвы ограничивает развитие болезни, при pH менее 5,5 растения сохраняются здоровыми. Отсутствие супрессивных факторов в почве и специфическая трансформация экстрактивных форм азота в растениях — основная причина слабой устойчивости подсолнечника к патогену.

6. На хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах кормовые бобы, вика, фасоль слабо поражаются ботритиозом. На слабоокультуренных — они погибают от данного заболевания. Вредоносность снижается в 2−3 раза на известкованных почвах. Фитозащитный эффект калийных удобрений проявлялся в сохранении зеленой массы, корней и клубеньков. Внесение фосфорных и, особенно, азотно-фосфорных удобрений провоцирует развитие патогена и снижает иммунные свойства растения-хозяина.

7. Установлено, что негативные изменения элементного состава корней в патогенезе (возб. В. sorokiniana) выражены меньше при внесении NPK в почву, чем отдельно его составляющих и у более устойчивого сорта ячменя, чем поражаемого. В наземной массе растений при поражении корней аккумулируются железо, кремний, сера и кальций. Содержание кремния и железа в надземной биомассе можно использовать для ранней инструментальной диагностики заболевания.

8. Показано, что действие токсина гриба В. sorokiniana совпадает с патогенезом, который вызывает гриб и его культуральная жидкость. Выделен, очищен и идентифицирован токсин патогена. Под влиянием токсина снижается поглощение корнями элементов питания, особенно азота, нарушается транспорт их из корней в надземные органыингибируется синтез белка и снижается продуктивность. Защитная реакция растений от токсина — увеличение адсорбирующей поверхности (АП) корней, однако, эти корни не способны к активному поглощению. Вредоносность токсина увеличивается у пшеницы и кукурузы при дефиците фосфора в питательной смеси, у ячменя — магния, у овса при внесении марганца.

9. Впервые выделены и использованы для искусственной инокуляции три аборигенные популяции (АМ-грибов) из чернозема обыкновенного. Показана сходная эффективность их с эталонной культурой Glomus mosseae на кукурузе, горохе, клевере, луке и других культурах. Число спор АМ-грибов сохраняется достаточно стабильным при отвальной, комбинированной и плоскорезной обработке почвы, внесение минеральных удобрений снижает их численность и микоризацию корней растений. В севообороте больше АМ-грибов по эспарцету и гороху и меньше по черному пару и подсолнечнику.

10. Корневые экссудаты растений оказывают прямое ингибирующее, стимулирующее и абортивное действие на патогенные грибы в почве. Их влияние зависит от вида и фазы развития растений. Корневые экссудаты клевера лизируют конидии В. sorokiniana на протяжении всей вегетации, индукция патогена наблюдается у ячменя и подсолнечника. Интенсивному развитию S. sclerotiorum способствуют подсолнечник, соя, клевер. Корневые экссудаты тимофеевки, трехреберника, пастушьей сумки полностью подавляли генеративные функции гриба. Предложен метод для быстрого поиска растений с антифунгальным действием в агроценозе.

11. При корневой гнили в зерне увеличивается процент белка, но в его составе ниже доля глиадина и глютелина. Клейковины в зерне пораженных растений меньше на 8 — 10%. Активность амилазы возрастает в два и более раза, особенно, при одностороннем внесении азотных удобрений. Деструктивные изменения при листовом поражении зернобобовых связаны с потерей углеводов, витамина С, каротина, белка, зольных веществ и увеличением в биомассе доли кальция и клетчатки.

12. Общепринятый показатель «вредоносности болезни» не отражает деструктивных изменений качества продукции. Истинная вредоносность при корневом и листовом и листовом поражении растений существенно выше.

Автор благодарит ответственных исполнителей стационарных опытов проф. Акентьеву, проф. Лебедеву Л. А, проф. Акуловакандидатов биол. наук В. В. Никитина, В. А. Федорова, В. М. Лазарчик, В.Е. Лазарчик^Н.Ф. Гомонову, Г. А. Соловьева, Е. Е. Гришину за возможность проведения фитопатологических исследований.

Автор приносит глубокую благодарность академику РАСХН, проф. Минееву В. Г. за внимание, ценные советы, постоянный интерес к результатам работы.

Автор выражает искреннюю признательность коллективу каф. микологии и альгологии Биологического факультета МГУ за доброжелательное отношение к автору работы и его исследованиям на протяжении многих лет, а так же за разноплановую помощь на отдельных этапах работы.

Автор признателен своим ученикам Т. Б. Чичевой, H.A. Белоусовой, Л. П. Чернецовой, Т. С. Румянцевой, H.A. Соловьевой, Е. В. Диевой, И. А. Егоровой, М. Н. Залыгиной, М. П. Джерине, Н. М. Ефименко, Г. Ковальчук, Ф. Камала, Д. Е. Алексееву, Е. С. Комаровской за энтузиазм, творческий подход и прилежание в исследовательской работе.