Особенности развития патогенных микромицетов листьев картофеля и влияние на них иммунизаторов растений

На правах рукописи

КОЛЕСАР Валерия Александровна

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПАТОГЕННЫХ МИКРОМИЦЕТОВ ЛИСТЬЕВ КАРТОФЕЛЯ И ВЛИЯНИЕ НА НИХ ИММУНИЗАТОРОВ РАСТЕНИЙ

Специальность 06.01.11 – защита растений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Самара - 2008

Работа выполнена на кафедре защиты растений и селекции

ФГОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Сафин Радик Ильясович

Официальные оппоненты: - доктор биологических наук,

профессор Алимова Фарида Кашифовна

- кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Кинчарова Марина Николаевна

Ведущая организация: - Марийский государственный университет

Защита диссертации состоится « 29 » октября 2008 года в 13 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.058.01 при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Адрес: 446442, Самарская область, п. Усть-Кинельский, ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА», диссертационный совет.

Факс: 8-84663-46131

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», с авторефератом – на сайте www.ssaa.ru

Автореферат разослан и размещен на сайте «_25__» сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

В.Г. Каплин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди наиболее актуальных проблем современной экологии микромицетов выделяются вопросы изучения особенностей взаимного их обитания в сходных условиях. Вместе с тем, виды, занимающие одну или близкие экологические ниши, согласно закону конкурентного исключения Г.Ф. Гаузе, должны быть разделены в пространстве или во времени, либо иметь надежные убежища, спасающие от конкурентов. Однако в естественных и искусственных ценозах существуют устойчивые комплексы (группы) микромицетов, обитающих в одной экологической нише. Примером таких групп являются патогенные комплексы грибов, паразитирующих на одних и тех же органах растений, т.е. имеющих определенную органотропную специализацию, что характерно при развитии смешанных (мультипатогенных) инфекций, поражающих корневую систему, филлоплан и т.д. (Шпаар, 2003).

Изучение экологических и биологических особенностей взаимодействия фитопатогенов, вызывающих хозяйственно значимые микозы сельскохозяйственных культур, а также установление характера течения инфекционного процесса при таких заболеваниях, являются теоретической базой комплексных систем их контроля на основе концепции управлении агроэкосистемами (Зубков, 1996).

Среди факторов, оказывающих влияние на динамику популяций фитопатогенных организмов, особое значение имеет степень устойчивости сорта. Однако реакции различных сортов на развитие болезней во многом обусловлены конкретными агрометеорологическими, организационно-хозяйственными условиями, видовым и расовым составом популяций возбудителей болезней и т.д., что вызывает необходимость в оценке степени и направленности влияния генотипа растения-хозяина на характер взаимодействия патогенных микромицетов. Особую значимость решения данных проблем имеет при выращивании картофеля, поражающегося большим количеством листовых микозов, в частности фитофторозом и альтернариозом.

В связи с отсутствием в зоне Предкамья Республики Татарстан достаточного количества исследований по оценке механизмов адаптации к взаимному существованию фитопатогенов, обитающих на филлоплане картофеля, возникла необходимость в изучении данного вопроса.

Цель исследований. Установить характер взаимоотношений между популяциями Phytophthora infestans dBy и Alternaria solani Sor, развивающихся на листьях картофеля, в зависимости от комплекса экологических факторов и приемов возделывания культуры.

Задачи исследований:

1. Изучить структуру популяции и экологические особенности фитопатогенных микромицетов филлоплана картофеля.

2. Оценить влияние районированных и перспективных сортов картофеля на характер взаимоотношений между возбудителями фитофтороза и альтернариоза.

3. Исследовать воздействие иммунизаторов растений на развитие популяций Phytophthora infestans dBy и Alternaria solani Sor.

Научная новизна. Впервые для условий Предкамья Республики Татарстан проведен мониторинг состояния и изучены механизмы взаимодействия между популяциями патогенных микромицетов картофеля.

Установлен характер влияния различных экологических факторов на развитие листовых микозов.

Доказано влияние сортовых особенностей и средств защиты растений на изменение характера взаимоотношений между Phytophthora infestans dBy и Alternaria solani Sor. на листьях картофеля.

Положения, выносимые на защиту:

1. Между листовыми микозами картофеля существуют механизмы, обеспечивающие снижение уровня межвидовой конкуренции при развитии в одной экологической нише – филлоплане растений.

2. Сортовые особенности (биохимические, морфофизиологические и др.) оказывают заметное влияние на эпидемиологию листовых микозов картофеля.

3. Под влиянием применения средств защиты растений происходит смещение соотношения развития листовых микозов картофеля в сторону альтернариоза.

Практическая значимость. Установленные закономерности распределения листовых микозов картофеля и механизмы адаптации фитопатогенных микромицетов к взаимному существованию позволяют оптимизировать систему защиты культуры, в том числе снизить применение пестицидов.

Теоретическая значимость. Изученные экологические и биологические особенности взаимодействия фитопатогенов, а также установленный характер течения инфекционного процесса при заболеваниях вызванных ими позволяют оценить основные механизмы существования патогенных микромицетов в одних экологических нишах и являются теоретической базой для прогнозирования фитосанитарной ситуации в агроценозах.

Конкретное личное участие автора в получении научных результатов. Полевой материал за 2002 -2004 гг. собран и обработан автором. Лабораторные исследования по выделению микромицетов на твердых питательных средах, по выявлению конкурентных отношений штаммов, по моделированию развития грибов при искусственном заражении дисков и др. осуществлялись автором. Результаты экспериментов и основные научные положения, изложенные в диссертации, получены автором.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 в изданиях рекомендуемых ВАК РФ.

Апробация работы. Основные положения работы доложены: на Всероссийских научных конференциях молодых ученых (Казань, 2003; Москва, 2004, Казань, 2004; Казань, 2005, 2007); научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанского государственного аграрного университета (2002-2008); Казанского государственного университета (2004; 2005) и получили положительную оценку. Материалы исследований были представлены на 15ом Международном конгрессе по защите растений (Пекин, 2004).

Объем работы. Диссертация изложена на 144 страницах компьютерного текста, состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, включает 40 таблиц, 12 рисунков, 18 приложений. Список литературы состоит из 194 наименований, в том числе 72 иностранных авторов.

Содержание диссертации. В главе 1. «ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ» отражено современное состояние изучения особенностей взаимного обитания микромицетов в близких экологических нишах. Дается описание биоэкологии фитопатогенов. Рассматриваются жизненные стратегии фитопатогенных грибов и их эволюция. На основании анализа литературного материала и собственных исследований приводится обобщенная таблица экологических особенностей возбудителей фитофтороза и альтернариоза картофеля. В главе 2. «УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ» даются климатическая и почвенно-географическая характеристика Республики Татарстан, описаны метеорологические условия в годы проведения исследований, методика исследований, методы анализов и наблюдений. В главе 3. «ЭКОЛОГИЯ ЛИСТОВЫХ МИКРОМИЦЕТОВ КАРТОФЕЛЯ» приводится общая характеристика распространения листовых микромицетов картофеля в Республике Татарстан, анализ структуры популяций листовых микромицетов картофеля, влияния абиотических факторов на развитие патогенных грибов, роли сортовых особенностей в развитии листовых микозов. В главе 4 «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАТОГЕННЫХ МИКРОМИЦЕТОВ ФИЛЛОПЛАНА КАРТОФЕЛЯ» рассматриваются вопросы динамики отношения развития различных микозов, закономерности ярусного распределения патогенных микромицетов, сортовые особенности растений, биохимические и физиологические факторы, механическая сепарация инокулюма. В главе 5 приводится анализ «ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЕМОВ КОНТРОЛЯ БОЛЕЗНЕЙ НА РАЗВИТИЕ ЛИСТОВЫХ МИКРОМИЦЕТОВ». Глава 6 посвящена «ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ЛИСТОВЫМИ МИКРОМИЦЕТАМИ КАРТОФЕЛЯ».

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Серия опытов 1. Оценка особенности развития листовых микозов на разных сортах картофеля

Объект исследования – сорта картофеля раннеспелой группы: 1. Белоярский ранний (стандарт); 2. Пушкинец; 3. Удача; 4. Утенок; 5. Рубин; 6. Розара; 7. Каратоп; 8. Самарский.

Полевые опыты по теме исследований проводились в 2002-2004 гг. на серой лесной почве опытных полей кафедры защиты растений и селекции Казанского государственного аграрного университета.

Общая площадь делянки 28 м2, учетная 25 м2. Повторность в опыте – трехкратная, размещение делянок последовательное, систематическое.

Почва опытных участков – серая лесная, среднесуглинистая. Содержание гумуса – 3,1-3,5%, подвижного фосфора – 154-169 мг/кг, обменного калия – 158-179 мг/кг почвы.

Для посадки использовали сертифицированные клубни, 1 репродукции.

В опытах использовали минеральные удобрения в дозе N90P90K120. Фактически вносили: азофоску (16 : 16 : 16) в дозе 5,7 ц/га, под весеннюю перепашку, а так же хлористый калий (К2О – 60%) – 0,5 ц/га под основную обработку.

Серия опытов 2. Влияние пестицидов и иммунизаторов растений на развитие листовых микозов картофеля.

Для оценки воздействия химических пестицидов и иммунностимуляторов на характер отношений между возбудителями фитофтороза и альтернариоза в 2002-2004 гг. на опытном поле ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ» были заложены полевые опыты.

Схема опыта:

Фактор А: обработки иммунизаторами растений (первая – смыкание в рядках, вторая – бутонизация):

1. Контроль – без обработки;
2. АгроХит – 1,5 л/га;
3. ЖУСС-1 – 0,4 л/га;
4. ЖУСС-2 – 0,4 л/га;
5. Гуми 10 – 1,5 л/га.

Фактор В: обработка растений в период цветения и через 10 дней

I. Без 3-ей и 4-ой обработок.

II. Обработка Оксихлоридом меди – 3 кг/га.

III. Обработка Планризом – 1 л/га.

Общая площадь делянки 28 м2, учетная 25 м2. Повторность в опыте – трехкратная, размещение делянок последовательное, систематическое.

Обработку растений в период вегетации проводили ранцевым опрыскивателем «Квазар» со стандартным щелевым наконечником, расход рабочей жидкости – 400 л/га. Настройку опрыскивателя на заданный расход рабочей жидкости осуществляли путем установления рабочего давления (по манометру), скорости движения и расхода на площадь делянки. Анализ выдержанности заданной нормы расхода рабочей жидкости показал, что неравномерность обработки менее 5 %, что соответствует агротехническим требованиям.

В опытах возделывался районированный в Республике Татарстан, среднеранний сорт Чародей.

Агрометеорологические условия в годы опытов складывались следующим образом – в 2002 отмечались периодически засушливые явления (ГТК за вегетацию меньше 1), в остальные годы условия увлажнения были достаточно благоприятными для роста и развития растений (величина ГТК более 1).

В опытах проводили следующие наблюдения, учеты и анализы: фенологические наблюдения за развитием растений по методике Госсортоиспытания (1961) с одновременным проведением биометрических измерений; определение показателей фотосинтетической деятельности растений картофеля проводили по общепринятым методикам (Баславская, Трубецкова, 1964 и др.); учет фитофтороза и альтернариоза (макроспориоза) по методике ВИЗР; площадь под кривой развития болезни (ПКРБ) для фитофтороза и альтернариоза по G. Shaner, R.E. Finney (1977); выделение микромицетов проводили на твердых питательных средах (КГА, агар Чапека); конкурентные отношения штаммов выявляли в лабораторных исследованиях методом двойных встречных культур (Хохряков, 1994); тип реакции и индекс антагонизма по шкале Джексона и Карла (1991); оценку степени устойчивости картофеля к болезням вели по 9-ти балльной шкале: 9 – очень высокая; 8-7 – высокая, 6-4 средняя; 1-3 низкая; статистическая обработка данных по Б.А. Доспехову (1985) и Г.Н. Зайцеву (1991), а также по лицензионным программам обработки данных – Exel, программе граф-анализа ГНУ ВНИИСХМ РАСХН (2005).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экологические особенности листовых микозов картофеля

в Республике Татарстан

Фитофтороз (Phytophthora infestans dBy) и альтернариоз (Alternaria solani Sor) являются основными микозами, поражающими картофель в период вегетации культуры. Для оценки состояния популяции данных микромицетов на посадках картофеля был использован статистический материал, представленный ФГУ «ФГТ станция защиты растений по Республике Татарстан» за период 1992-2002 гг. Средняя величина развития фитофтороза на ботве к уборке за рассматриваемый период составила 15,4%, а альтернариоза – 6,9%. Вместе с тем, необходимо отметить большую степень вариабельности поражения растений фитофторозом по годам (коэффициент вариации 113,5%), тогда как для альтернариоза аналогичное колебание было в несколько меньшей степени (V =49,5%). Результаты оценки зависимости среднереспубликанской урожайности картофеля с развитием данных болезней показали отрицательную зависимость урожайности от развития фитофтороза (r= -0,321), несколько меньше для альтернариоза – r = -0,160. Для фитофтороза коэффициент регрессии урожайности от поражения растений к уборке был равен b= - 0,03, для альтернариоза b= - 0,03.

Е. П. Дмитриева (1988) выделяет 5 групп штаммов Alternaria solani Sor отличающихся по морфологическим и патологически свойствам. На основании предложенных Е. П. Дмитриевой методик, был проведен анализ штаммового состава фитопатогена. В результате было обнаружено, что, независимо от года исследований, в популяции Alternaria solani преобладали изоляты штамма М-30, высокоагрессивной II группы.

Исследование образования ооспор – одно из перспективных направлений в исследовании биологии P. infestans. Анализ литературных и наших экспериментальных данных показал, что для P. infestans характерно 3 типа образования ооспор – при перекрестном оплодотворении (при встрече А1 и А2), самооплодотворении и партеногенезе (Кузнецов, Смирнов, 1999). В популяции возбудителя фитофтороза в месте проведения опыта отмечались изоляты как А1, так и А2 типа совместимости. При этом образование ооспор определялось как сортовыми особенностями, так и погодными условиями. В условиях 2003 года (ГТК за вегетацию 1,83) на всех изучаемых сортах отмечалось образование ооспор, тогда как в более засушливых условиях 2002 г. и 2004 г. выделение ооспор отмечалось не на всех сортах.

С целью оценки роли устойчивости сорта в характере отношений в системе фитофтороз : альтернариоз на листьях был проведен корреляционный анализ между баллом устойчивости и соотношением ПКРБ фитофтороз : ПКРБ альтернариоз. Результаты оценки показали, что связь между баллом устойчивости и соотношением развития двух микозов несущественна. Вместе с тем, в опытах отмечалась существенная дифференциация сортов по степени поражения их изучаемыми болезнями, что, по всей видимости, обусловлено тем, что устойчивость к фитофторозу по балловой шкале во многом зависит от агроэкологических особенностей региона и расового состава патогенов.

На основании кластерного анализа показателей развития фитофтороза и альтернариоза были выделены группы сортов по степени устойчивости их к изучаемым болезням. По отношению к фитофторозу выделялись следующие кластеры сортов: I. Пушкинец; Каратоп; Белоярский ранний; II. Утенок, Рубин, Розара; III. Самарский; IV. Удача. При этом группу II можно отнести к наиболее устойчивым к фитофторозу на листьях, а группу IV – как наиболее восприимчивую к данному заболеванию. По степени развития альтернариоза сорта картофеля разделялись на 3 кластера: I – Утенок, Каратоп, Пушкинец; II – Розара и Самарский; III – Белоярский ранний, Рубин, Удача. Сравнение полученных результатов позволяет сделать вывод о несовпадении кластеров сортов по степени поражения их фитофторозом и альтернариозом, что, по всей видимости, обусловлено различиями в степени устойчивости к данным заболеваниям и отчасти служит одним из механизмов взаимного существования изучаемых микромицетов в одних экологических нишах.

Взаимодействие патогенных микромицетов листьев картофеля

Для оценки характера взаимодействия между патогенами были проведены опыты по моделированию развития грибов при искусственном заражении листовых дисков. Для этого использовались листовые диски диаметром 1 см сорта Невский, которые помещались во влажные камеры в чашки Петри. Диски инокулировались смесью конидиально-зооспоровой суспензией Phytophthora infestans (плотность суспензии 50 тыс. спор в 1 мл.) и конидий Alternaria solani (плотность суспезии 50 тыс. конидий в 1 мл). Диски помещались в термостат при температуре 16°С и 25°С. Независимо от температуры и влажности воздуха наибольшая частота заражения листовых дисков отмечалась для Phytophthora infestans. В то же время, соотношение между частотой заражения листовых дисков менялось в зависимости от условий культивирования листовых дисков. При низкой влажности воздуха частота заражения альтернариозом возрастала, при более высокой – снижалась. С увеличением температуры до 25оС и понижением влажности воздуха происходило повышение инфекционной способности Alternaria solani.

Результаты оценки характера отношений между различными изолятами Phytophthora infestans и Alternaria solani в лабораторных экспериментах методом двойных встречных культур на агаре Чапека (табл. 1) свидетельствуют о жесткой конкуренции между патогенами в условиях ограниченных пищевых ресурсов.