Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ПАТОГЕННОСТЬ НЕМАТОД РОДА BURSAPHELENCHUS 7
1.1. История изучения древесных нематод 7
1.2. Биологические особенности, экология и распространение 9
1.3. Патогенность древесных нематод и их гибридов 22
1.4. Скрещиваемость нематод 26
1.5. Меры борьбы с древесной нематодой и ее переносчиками 29
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 33
2.1. Материалы исследования 33
2.1. Методы отбора проб 35
2.3. Методы выделения нематод 38
2.4. Культивирование и определение нематод 42
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДРЕВЕСНЫХ НЕМАТОД В АЛТАЙСКОМ КРАЕ И РЕСПУБЛИКЕ АЛТАЙ 43
3.1. Природные условия района исследования 43
3.2. Видовое состав и распространение нематод 47
3.3. Видовой состав и распространение насекомых - переносчиков нематод 56
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ПАТОГЕННОСТИ ДРЕВЕСНЫХ НЕМАТОД И МЕРЫ БОРЬБЫ С НИМИ 60
4.1. Возможность гибридизации разных популяций нематод 60
4.2. Патогенность древесных нематод для сеянцев сосны... 63
4.3. Анализ фитосанитарного риска проникновения на изучаемую территорию нематоды Bursaphelenchus xylophilus...67
4.4. Карантинные мероприятия 70
ВЫВОДЫ 74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 75
ПРИЛОЖЕНИЯ 88
Введение к работе
Актуальность темы. Нематоды являются одним из самых многочисленных классов червеобразных организмов, приспособленных к обитанию в различных экологических условиях. Около 22 тыс. видов нематод относится к свободноживущим, а более двух тысяч видов являются паразитами растений.
В группу «сосновых древесных нематод» входят морфологически близкие виды Bursaphelenchus xylophilus Nicle, 1970; В. mucronatus Mamiya, 1979; В. fraudulentus Rucm, 1956; В. kolymensis Korentchenko, 1980. Патогенный вид нематоды Bursaphelenchus xylophilus в течение последнего столетия является причиной массовой гибели сосновых деревьев в Японии и США и представляет опасность для хвойных лесов других регионов. Этот вид входит в группу карантинных объектов, отсутствующих на территории России, однако периодически в западных журналах появляются сведения об обнаружении данного вида в импортируемой из России древесине (Braasch, 2001).
На территории России широко распространен близкородственный вид сосновой древесной нематоды Bursaphelenchus mucronatus, поражающий хвойные породы (Ерошенко, Круглик, 1996; Орлинский, Кулинич, 1999). Считается, что этот вид не является патогенным, однако до конца не выявлены его роль в лесных массивах, возможности распространения с помощью насекомых-переносчиков и степень риска поражения древостоев при образовании гибридов с другими видами.
На территории Алтайского края находятся хвойные леса, имеющие важное экологическое и экономическое значение. Климат региона благоприятен для развития и размножения нематод, поэтому экологический прогноз возможностей внедрения и распространения сосновой древесной нематоды на исследуемой территории является достаточно актуальным, а выявление видового состава рода Bursaphelenchus и изучение путей распространения пато- генных видов нематод и возможностей их скрещивания с другими популяциями имеют не только большое теоретическое, но и практическое значение.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось изучение состава и распространения нематод рода Bursaphelenchus и оценка степени их патогенности для лесных массивов Алтайского края и Республики Алтай.
Для решения данной цели были поставлены следующие задачи:
Охарактеризовать состав и распространение нематод рода Bursaphelenchus на изучаемой территории.
Оценить степень зараженности лесных массивов нематодами рода Bursaphelenchus.
3. Определить видовой состав и распространение насекомых- переносчиков нематод рода Bursaphelenchus в лесхозах Алтайского края.
4. Выявить возможность образования внутривидовых гибридов и оце нить степень патогенности разных популяций Bursaphelenchus mucronatus для саженцев сосны обыкновенной.
5. Провести анализ фитосанитарного риска для выявления вероятности проникновения, акклиматизации и потенциальной экономической вредонос ности Bursaphelenchus xylophilus для хвойных пород изучаемой территории.
Научная новизна. Впервые для Алтайского края определен видовой состав нематод рода Bursaphelenchus и выявлено их распространение. Определена степень заражения лесных массивов нематодами рода Bursaphelenchus mucronatus. Проанализирован видовой состав и распространение основной и потенциальной групп насекомых-переносчиков нематод. Выявлена возможность образования патогенных внутривидовых гибридов и оценена степень патогенности разных популяций Bursaphelenchus mucronatus для сеянцев сосны. Впервые проведен анализ фитосанитарного риска для выявления вероятности проникновения, акклиматизации и потенциальной экономической вредоносности Bursaphelenchus xylophilus для хвойных пород Алтайского края и республики Алтай.
Теоретическая и практическая значимость. Проведенные исследования позволили выявить видовой состав и распространение нематод рода Bursaphelenchus на изучаемой территории Алтайского края. Оценены возможности распространения нематод насекомыми-переносчиками. Определена степень зараженности лесных массивов Алтайского края и Республики Алтай. Оценена патогенность разных популяций В. mucronatus для сеянцев сосны. Экспериментально установлено образование межпопуляционных гибридов и оценена вероятность заражения ими лесных массивов. Анализ фитосанитар-ного риска проникновения и акклиматизации Bursaphelenchus xylophilus позволил составить программу карантинных мероприятий для Госинспекции по карантину растений по Алтайскому краю. Результаты исследования были использованы для установления причин гибели лесных пород на территории Алтайского края.
Положения, выносимые на защиту:
1. Распространение нематод в Алтайском крае и Республике Алтай определяется природными условиями, составом лесных пород и наличием насе-комых-п ер еносчиков.
2. Степень патогенности популяций Bursaphelenchus mucronatus зависит от погодных условий, адаптации к основным лесообразующим породам, возможностей гибридизации с другими популяциями.
Апробация. Материалы диссертации доложены и обсуждены на V региональной научно-практической конференции (Барнаул, 2002), V международном нематологическом симпозиуме (Владивосток, 2003), IV конференции молодых учёных России (Барнаул-Москва, 2004). По материалам исследования составлены методические указания для лесопользователей, направленные на своевременное выявление и профилактику заражения патогенными нематодами рода Bursaphelenchus.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, отражающих основные результаты проведенных исследований.
6 Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 101 странице и состоит из введения, 4 глав, выводов и библиографического списка. Работа иллюстрирована 8 рисунками и 24 таблицами и содержит 18 приложений. Список цитированной литературы включает 130 источников, в том числе 88 - на иностранных языках.
Автор выражает глубокую благодарность за оказание методической помощи при сборе матриала и постановке эксперимента доктору биологических наук, профессору Института паразитологии РАН (г. Москва) Кулиничу Олегу Андреевичу. Искренне благодарен за помощь в определении насекомых-переносчиков нематод старшему научному сотруднику лаборатории лесного карантина ВНИИКР (г. Москва) Шахраманову Игорю Константиновичу.
История изучения древесных нематод
В начале XX в. энтомолог М. Yano (1913) отметил усыхание сосен на острове Кюсю (Япония). Это усыхание началось еще в 1905 г., однако причину гибели хвойных деревьев не удалось выяснить вплоть до 1969 г. Тем временем заболевание распространилось на о. Хонсю и, локально, в префектуре Хюга (о. Кюсю). В начале 30-х заболевание наблюдалось повсеместно на о. Кюсю, а также в некоторых других теплых районах страны. Возникновение заболевания было связано с местами, где скапливался вал еж сосны (Mamiay, 1984). Потери леса от этой болезни в Японии возросли от 30000 м3 (начало 30-х гг.) до 1230000 м3 (1948 г.), что связано с отсутствием лесозащитных мероприятий во время второй мировой войны. Интенсивная борьба с заболеванием привела к сокращению потерь до 400000 м , однако, в 70-х г. началась новая вспышка болезни, что привело к потере древесины в 1978 г. в огромных размерах-2400000 м3.
В 1969 г. в древесине сосен в большом количестве была обнаружена нематода Bursaphelenchus lignicolus (Mamiya, Kiyohara, 1972). Были проведены эксперименты по проверке патогенности этой нематоды и доказано, что именно она является возбудителем повсеместного увядания сосен, наблюдавшегося в Японии на протяжении XX в. (Kiyohara, Tokushige, 1971; Mamiay, 1972).
В 1934 году была определена нематода, связанная с грибами, вызывающими синеву древесины - Aphelenchoides xylophilus (Steiner, Buhrer 1934), однако в качестве возбудителя усыхания деревьев эта нематода указана не была. В 1970 г. эта нематода была отнесена к роду Bursaphelenchus, названному так из-за наличия так называемых бурсальных крылышек или бурсы на конце хвоста у самцов (Nickle, 1970). В 1979 г. в США из древесины сосен также была выделен этот вид нематоды, вызывающий усыхание деревьев (Dropkin, Foudin, 1979). В 1981 г. этот вид признан синонимом Bursaphelen-chus xylophilus (Nickle et al., 1981).
Проведенные в США исследования показали, что заболевание сосен не носит эпидемического характера, за исключением насаждений из экзотических видов сосны, и что нематода не угрожает американским лесам (WingfieldetaL, 1982),
В Китае В. xylophilus впервые выявлена в 1982 г. в районе Наньнин, на усохших деревьях P. thunbergii. В районе мавзолея Сун-Ят-Сен из-за нематоды погибло около 50 000 деревьев, В данном районе Китая в естественных лесах преобладает сосна P. massoniana. В ходе проведенных исследований выявлено, что этот вид устойчив к сосновой древесной нематоде. В других районах Китая В. xylophilus не обнаружена, однако там широко распространен близкородственный вид В. mucronatus, обладающий значительно меньшей патогенностью (Mamiay, 1987).
В Тайване В. xylophilus обнаружили в 1985 г. в провинции Тайпей на экзотическом виде сосны P. luchuensis. Эта сосна выращивается в Тайване для деревоперерабатывающей промышленности, и проявляет высокую восприимчивость к сосновой древесной нематоде. В Тайпей 50% деревьев Р. luchuensis были поражены и погибли (Mamiay, 1987).
В 1979 г. в Японии был описан вид, очень похожий на В. xylophilus, и отличающийся от него наличием микроскопического выроста (мукро) на хвосте у самок и личинок. Этот вид был назван Bursaphelenchus mucronatus (Mamiay, Enda, 1979). Распространение этого вида значительно шире, чем В. xylophilus, однако при этом он обладает значительно меньшей патогенностью (Mamiay, Enda, 1979; McNamara, Stoen, 1988; Magnusson, Schroeder, 1989; Tomminen et al., 1989; Braasch 1991; Riga et al., 1991; Braasch, 1993; Ambrogioni et al., 1994; Kulinich, Kolossova, 1994; Ерошенко, Круглик, 1996).
Факт широкой распространенности В. mucronatus на территории Евразии, и небольшая патогенность для евроазиатских видов сосен некоторыми авторами считается подтверждением того, что эта нематода - аборигенный вид (Mamiay, 1984). В. xylophilus считается американским видом, занесенным на территорию Японии и Китая, так как в Америке от этой нематоды гибнут, как правило, лишь экзотические виды сосен, а аборигенные проявляют устойчивость к заболеванию (Mamiay, 1987). В этой связи интересен тот факт, что при обследовании лесов Дальнего Востока основная масса нематод В. mucronatus была найдена не в естественных насаждениях, а в культурах сосны и кедра (Ерошенко, Круглик, 1996). Впрочем, при других исследованиях на Дальнем Востоке (Kulinich, Kolossova, 1994) В. mucronatus была выделена из сухих и усыхающих деревьев Pinus sylvestris, P. corayensis, Picea obovata, P. ajanensis, Larix daurica и Abies nephrolepsis в естественных лесах.
Некоторые сомнения в таксономии двух упомянутых видов Bursaphelen-chus вызваны тем, что в США обнаружены популяции В. xylophilus, имеющие мукро на хвосте (Wingfield et al., 1983). Этот признак, как упоминалось, считается отличительным для нематоды В. mucronatus. Однако биохимические исследования нескольких популяций этих нематод подтвердили различия между этими видами (Webster et al., 1990; Abad et al., 1991; Harmey, Hanney, 1993). Подтверждено предположение о том, что В. xylophilus является аборигеном Северной Америки, а В. mucronatus - палеоарктический вид. Кроме того, существует палеоарктический вид В. fraudulentus, который заселяет лишь лиственные породы; а также в 1980 г. описан вид В. kolymensis, паразитирующий на лиственнице (Коренченко, 1980). Не исключено, что последний вид является синонимом В. mucronatus, который широко распространен как на Дальнем Востоке, так и в других регионах России.
Скрещиваемость нематод
Близкородственный к сосновой древесной нематоде вид Bursaphelenchus mucronatus, широко распространенный на территории Евразии, обладает значительно меньшей патогенностью для хвойных пород по сравнению со своим американским и японским двойником Bursaphelenchus xylophilus (Mamiya, Enda, 1979; Riga et al., 1991; Braasch, 1994). При этом климатические условия России таковы, что в случае заноса какой-либо популяции В. xylophilus на территорию страны, нанесение большого ущерба лесу представляется маловероятным. Однако для оценки риска необходимо учитывать вероятность скрещивания в природе российских популяций В. mucronatus с популяциями В. xylophilus и образования жизнеспособного вредоносного гибрида.
Результаты скрещиваний разных популяций нематод представлены в таблице 9.
Н. Braasch (1994) использовала в экспериментах немецкую и сибирскую популяции В. mucronatus (BmD и BmlG), выделенные из древесины Pinus sylvestris. Для скрещивания с ними были взяты японская популяция В. xylophilus из древесины Pinus densiflora (BxJP) и североамериканская популяция В. xylophilus формы «М» из Abies balsamea (Вх-М). Во всех комбинациях было получено поколение F1. Однако дальнейшие эксперименты показали, что фертильным является лишь поколение, которое получено в результате скрещивания самок В. mucronatus (BmD) с самцами В. xylophilus (BxJP). В результате этого скрещивания были получены успешно развивающиеся генерации Fn.
Georges de Guiran, Nadine Bruguier (1990) взяли французскую популяцию В. mucronatus из Pinus pinaster (BmFR) и японскую популяцию этого вида из Pinus densiflora (BmJP). Для скрещивания с ними были взяты те же популяции В. xylophilus (BxJP и Вх-М), которые участвовали в экспериментах Н. Braasch (1994). Поколение F1 было произведено во всех комбинациях. Фер-тильное поколение F1 было произведено при скрещивании французской популяции (BmFR) с японской популяцией В. xylophilus (BxJP). Однако когда личинки поколения F1 были инокулированы на гриб вместе с родительскими особями, французская популяция В. mucronatus дала фертильное поколение с популяцией Вх-М, Японская популяция В. mucronatus не произвела фертильного гибрида ни в одной из комбинаций межвидового скрещивания.
У. Mamiya (1986) проводил межвидовые скрещивания исключительно с японскими популяциями В. mucronatus и В. xylophilus. В эксперименте участвовали 3 популяции В. xylophilus (Bxl, ВхЗ, популяция BxJP и 8 популяций В. mucronatus. Все комбинации скрещивания дали поколение F1, развившееся как: минимум до стадии L2. Однако все произведенные межвидовыми скрещиваниями генерации оказались стерильны.
Е. Riga, К. J.R. Sutherland, J.M. Webster (1991) для межвидового скрещивания использовали 2 популяции В. Mucronatus. Хотя В. mucronatus считается непатогенным видом, некоторые исследования японских и европейских популяций показали, что этот вид может причинять вред хвойным насаждениям (Mamiya, Enda, 1979; Panesar, Sutherland, 1989; Shauer-Blume, 1990; Riga et al., 1991; Tomminen, 1993; Braasch, 1994). При этом симптомы увядания, вызываемого В. mucronatus, у деревьев проявляются слабее, чем при поражении их В. xylophilus. M. Schauer-Blume (1992) в скрещивании использовал одну японскую популяцию В. xylophilus (BxJP) и 3 популяции В. mucronatus (японская популяция BmJP, французская популяция BmFR, и норвежская популяция BmNO). Во всех комбинациях скрещивания было произведено поколение F1. Однако фертильним оказалось лишь поколение F1, образовавшееся в результате скрещивания японской популяции В. xylophilus (BxJP) с французской популяцией BmFR.
Существует реальная возможность успешного скрещивания японской популяции В. xylophilus (BxJP) с французской популяцией В. mucronatus (BmFR). Кроме того, самцы популяции BmFR успешно скрещиваются с самками американских и канадских популяций В. xylophilus. Маловероятно успешное скрещивание популяций BmJP с BxJP, однако с американской (BxMSP4) и канадской (BxSW) популяциями успешно скрещиваются как самцы, так и самки популяции BmJP.
Таким образом, можно сделать вывод о вполне вероятном появлении гибрида европейской популяции В. mucronatus с японской или североамериканской популяцией В. xylophilus, а также гибрида японской популяции В. mucronatus с североамериканской популяцией В. xylophilus (табл. 9).
Видовое состав и распространение нематод
Поскольку климатические условия изучаемой территории благоприятны для распространения и адаптации на ее территории сосновой древесной нематоды Bursaphelenchus xylophilus, в 2001-2003 гг. нами было проведено обследование 12 лесхозов Алтайского края и 4 лесхозов Горного Алтая для изучения состава и распространения древесных нематод рода Bursaphelenchus.
Результаты исследования показали, что на изучаемой территории отсутствует карантинный патогенный вид Bursaphelenchus xylophilus. Однако повсеместно обнаружено присутствие близкородственного вида Bursaphelenchus mucronatus, считающегося менее патогенным для хвойных пород. Другие виды нематод в регионе не обнаружены. Для оценки степени зараженности лесообразующих пород В. mucronatus анализу были подвергнуты отобранные образцы древесины из вышеназванных лесхозов.
Согласно лесохозяйственному районированию исследуемая территория входит в состав 5 лесохозяйственных районов (Парамонов и др., 2000):
1. Салаирский низкогорный пихтово-осиновый
2. Приобский водоохранный сосново-березовый
3. Ленточно-боровой почвозащитный
4. Алтайский средиегорный пихтово-лиственный
5. Горный кедрово-лиственничный
Тягунский, Тогульский и Залесовский лесхозы относятся к к первому району; Каменский, Ларичихинский, Озерский и Бобровский лесхозы - ко второму району; Волчихинскии, Павловский и Барнаульский лесхозы - к третьему району; Чарышский и Фрунзенский лесхозы - к четвертому району; Онгудайский, Улаганский, Усть-Коксинский и Кош-Агачский лесхозы - к пятому району.
Анализ степени заражения лесных массивов в выделенных лесохозяй-ственных районах показал, что средняя степень зараженности лесных массивов на исследуемой территории составляет 42,5 %. Менее подвержен заражению Горный кедрово-лиственичный район (28,3 %), наибольшая степень зараженности наблюдалась в Приобском водоохранном сосново-березовом (50,7 %) и Алтайском среднегорном пихтово-лиственичном (48,2 %) районах. Уровень зараженности хвойных пород в Салаирском низкогорном пихтово-осииовом районе и Ленточно.-боровом почвозащитном районах составила в среднем 42,7 % (табл. 15, рис. 6).
Низкая степень зараженности горных районов, по-видимому, объясняется более суровыми погодными условиями, не способствующими развитию и распространению нематод.
Исследование территории отдельных лесхозов также выявило неравномерность в распространении нематод Bursaphelenchus mucronatus, различную степень поражения ими лесных массивов и специфичность заражения отдельных хвойных пород (табл. 16).
Наименьшая средняя степень зараженности лесных пород характерна для всех лесхозов, расположенных на территории Горного кедрово-лиственичного лесохозяйственного района, а также Тягунского и Тогульско-го лесхозов Салаирского низкогорного пихтово-осинового лесохозяйственного района и Барнаульского лесхоза Ленточно-борового почвозащитного лесохозяйственного района (27-33 %).
Высокий уровень зараженности древостоев наблюдается в Павловском, Ларичихинском, Озерском и Залесовском лесхозах (более 50 %).
Хвойные породы, произрастающие на территории Алтайского края и республики Алтай, отличаются по степени восприимчивости к Bursaphelen-chus raucronatus (табл. 16, рис. 7-8). Наиболее сильно заражена сосна (55,0 %), в меньшей степени темнохвойные породы - ель (17,2 %) и пихта (29,1 %). Степень зараженности сосны кедровой и лиственницы составляет 38,3 и 35,8 % соответственно. Поэтому можно предположить, что основной кормовой породой для данного паразита на территории Алтайского края и Горного Алтая является сосна - Pinus sylvestris L.
Обследование лесообразующих хвойных пород Алтайского края показало, что все они подвержены риску заражения Bursaphelenchus mucronatus, но степень зараженности отличается для разных пород и разных климатических условий изучаемых территорий.
Салаирский низкогорный пихтово-осиновый лесохозяйственный район. Для Тягунского и Тогульского лесхозов характерно преобладание в лесных массивах лиственницы и пихты при меньшем участии ели, отсутствие сосновых насаждений. В Залесовском лесхозе преобладают сосновые насаждения. Обследование лесных массивов этой территории свидетельствует о высокой степени поражения нематодой Bursaphelenchus mucronatus лиственницы и сосны и наименьшей - ели (табл. 16, рис. 7). По убыванию степени зараженности лесные породы составляют следующий ряд: сосна обыкновенная — лиственница — пихта — ель.
Приобский водоохранный сосново-березовый лесохозяйственный район. Для данного района характерно распространение сосновых массивов во всех лесхозах и небольшое участие лиственничников в Ларичихинском и Озерском лесхозах. Повсеместно сосна обыкновенная поражена нематодой: степень зараженности составляет 36-77 %. В Ларичихинском и Озерском лесхозах сосна обыкновенная поражена сильнее по сравнению с Каменским и Бобровским лесхозами. Нематода bursaphelenchus mucronatus обнаружена и в лиственнице, причем степень поражения ее неодинакова в разных лесхозах: в Ларичихинском лесхозе лиственница поражается в 2,5 раза меньше, чем в Озерском лесхозе (табл. 16, рис. 7), что объясняется наличием меньшего количества насекомых-переносчиков.
Ленточно-боровой почвозащитный лесохозяйственный район. Все лесные массивы характеризуются доминированием сосны обыкновенной, которая также как и в других районах поражена нематодой. Самая высокая степень поражения сосны характерна для Павловского лесхоза (51,5 %), меньшая - для Волчихинского (44 %) и Барнаульского (33 %) лесхозов.
Алтайский среднегорный пихтово-лиственичный лесохозяйственный район. На территории района произрастают такие древесные породы, как сосна обыкновенная, лиственница и пихта.
В Чарышском лесхозе преобладают сосны, причем степень зараженности сосны Bursaphelenchus mucronatus составляет 62 %. В пихте нематоды не обнаружены. Лиственничные посадки в Чарышском лесхозе также подвержены заражению, которое достигает 45 %.
Во Фрунзенском лесхозе встречаются все три типа лесов, степень зараженности Bursaphelenchus mucronatus которых составляет от 37 до 56 %. Менее устойчива к нематоде сосна обыкновенная по сравнению с пихтой и лиственницей.
