Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
Глава 2. Материалы, методы и условия проведения опытов 33
Глава 3. Диагностика, вредоносность болезни, влияние факторов внешней среды на развитие антракноза 43
3.1 Симптомы проявления болезни 43
3.2 Распространение и вредоносность антракноза 49
3.3 Динамика развития болезни в зависимости от погодных условий 56
Глава 4. Биологические особенности гриба Colletotrichum lupini (Bondar) Nirenberg, Feiler & Hagedorn comb. nov. var. lupini 62
4.1 Морфолого-культуральные особенности патогена при различных условиях культивирования в лабораторных условиях 62
4.1.1 Морфологические и культуральные особенности возбудителя антракноза люпина 62
4.1.2 Особенности роста патогена при различных условиях культивирования 70
4.2 Цикл развития Colletotrichum lupini var. lupini 75
4.3 Патогенность возбудителя антракноза люпина 78
4.4 Источники инфекции Colletotrichum lupini var. lupini 81
4.4.1 Роль зараженных семян в передаче инфекции 81
4.4.2 Роль зараженных растительных остатков в передаче инфекции 83
4.5 К вопросу о системном поражении растений люпина грибом Colletotrichum lupini var. lupini 87
4.6 Внутривидовая изменчивость возбудителя антракноза люпина
Глава 5. Оценка устойчивости сортов люпина к антракнозу в условиях Ленинградской области
5.1 Разработка методов ускоренной оценки сортов на устойчивость
5.2 Полевая оценка устойчивости районированных и перспективных сортов и сортообразцов к антракнозу
Выводы
Рекомендации
Приложение
Литература
- Распространение и вредоносность антракноза
- Динамика развития болезни в зависимости от погодных условий
- Особенности роста патогена при различных условиях культивирования
- Полевая оценка устойчивости районированных и перспективных сортов и сортообразцов к антракнозу
Введение к работе
В настоящее время, учитывая критическое состояние агропромышленного производства в нашей стране, можно рассчитывать в основном только на биологический путь интенсификации в сельском хозяйстве, так как привлечение дополнительных техногенных ресурсов экономически не выгодно.
Выход из сложившегося кризисного положения - это поиск новых научных решений, основанных на повышении биологической интенсификации продукционных и средообразующих процессов, ведущих к сбережению ресурсов, природоохранению и рентабельности сельскохозяйственной отрасли. Основная цель - получение качественной продукции в большем количестве с наименьшими затратами ресурсов. Бобовые культуры, особенно люпин, как нельзя лучше отвечают этой задаче.
Люпин является практически универсальной культурой. Он обладает характеристиками отличного предшественника, является отличной кормовой культурой, а в последние десятилетия стал использоваться и как источник белка для человека.
Люпин в культуре земледелия человеком используется очень давно. Первые сведения о люпине относятся к III-II векам до нашей эры. Использовался в основном только белый люпин. Древние греки и римляне его семена употребляли в пищу, а также применяли в качестве зеленого удобрения, но не использовали на корм скоту. Из Древней Греции он был перенесен в Египет, где также использовался в пищу.
В Центральную Европу белый люпин попал в 1834 г. Но для нее он обладал слишком длинным вегетационным периодом. Потому начали поиски других видов люпина. Так, в сороковые годы XIX века появился в культуре земледелия желтый люпин, а немного позже и узколистный люпин. В начале XX века были выведены безалкалоидные сорта люпина. В конце 20-х годов
5 это произошло в Германии и через 3 года в Советском Союзе (Барбацкий,1959; Майсурян и др., 1974; Шарапов, 1949).
В настоящее время в сельскохозяйственном производстве используются в основном четыре вида люпина: желтый (Lupinus luteus L.), узколистный (L.angustifolius L.), белый (L.albus L.) и многолетний (L.polyphyllus Lindh). В последние годы XX века мировые посевы различных видов люпина составили 1421 тыс. га. Его возделывают на всех континентах во многих сранах.
Люпин обладает наибольшей азотфиксирующей способностью из всех зернобобовых культур. Он позволяет накапливать на 1 га посевов до 200 кг биологического азота (Такунов, 2001а; Таранухо, 2001). Запашка зеленой массы люпина способствует значительному повышению урожайности зерновых, картофеля и овощных. Люпин является хорошей средообразующей культурой, хорошо растет на бедных, с неблагоприятными химическими и физическими характеристиками почвах, при этом улучшая структуру и повышая плодородие почвы. Возделывание люпина способствует самоочищению и детоксикации природных экосистем. После выведения безалкалоидных сортов люпина он стал использоваться и в животноводстве, как превосходный, богатый белками корм.
Все возделываемые виды люпина являются богатыми источниками белка. Белок люпина подобен белку сои и богаче, по сравнению с другими бобовыми растениями, аминокислотами. Среднее количество белка в семенах составляет 32-46%, а в некоторых сортах люпина оно достигает 50%. По видам люпина содержание белка варьирует у сортов желтого люпина от 35 до 44%, у белого - от 31 до 35% и узколистного - от 30 до 38%. Основной запасной белок люпина - глобулины, составляющие до 80% от общего содержания белка. Они представлены двумя основными компонентами -вицилиноподобными и легуминоподобными глобулинами. К периоду физиологической спелости семян во всем количестве белка содержится около 50%) легумина и 17% вицитина (Домаш и др., 2001).
В состав белка люпина входят многие аминокислоты: глютаминовая, аспарагиновая, гистидин, лизин, тирозин, триптофан и цистин (Бузмаков, 1977). В наибольшем количестве присутствуют глютаминовая и аспарагиновая кислоты. Помимо белка зерно люпина содержит 11-12% сахара, 5,5-6,0% жира.
Белок люпина ценен еще и высокой перевариваемостью для животных из-за низкого содержания в нем ингибиторов трипсина. Он может добавляться в корм любым животным без предварительной термообработки. Зерно люпина по своей питательной ценности не уступает дорогостоящим соевому и подсолнечному шротам и может использоваться вместо них в животноводстве и птицеводстве. Большое распространение в кормлении животных имеет и вегетативная масса люпина. В сухом веществе зеленой массы содержится в среднем 18-23-% сырого белка (Такунов, 2001).
По сравнению с другими культурами, в том числе и зернобобовыми, производство белка люпина обходится намного дешевле. Так, энергетическая цена производства 1ц белка в семенах люпинов желтого и узколистного в 1,5-2,0 раза ниже, чем у кормовых бобов, вики и гороха и в 3,5-4,3 раза меньше, чем у овса и ячменя. Люпин без применения удобрений способен давать урожай зерна до 2,6-3,2 т/га и сухого вещества 6,7-7,1 т/га. В них содержится 1,1-1,2 т/га белка, что в 1,3-1,8 раза больше, чем у кормовых бобовых, и в 2,3-2,8 раза больше по сравнению со злаковыми культурами.
Посевы зерносмесей люпина и злаковых культур являются сбалансированным кормом не только по обеспеченности белком в целом, но и по его биологической полноценности. При этом устраняется лимитированность лизина злаков за счет высокого содержания его в люпине и снимается недостаточность метионина у люпина за счет более высокой его концентрации у злаковых.
В последнее время во многих странах мира люпин используется в пищу человеку. В США, Перу, Португалии и других странах разрабатываются технологии по использованию белка в пищевой промышленности. Белок
7 люпина является хорошим компонентом при приготовлении без глютиновых пищевых продуктов, обладающих диетическими и лечебно-профилактическими свойствами. Люпиновую муку и белковую пасту применяют в кондитерских изделиях, хлопьях, заменителях молока, соусах и других пищевых продуктах. Белковую муку можно применять в колбасной и мясоконсервной продукции. Исследования в нашей стране показали положительные результаты при использовании люпиновой муки также в хлебопечении.
Алкалоиды люпина используются в фармацевтической промышленности (Таранухо, 2001). Экстракты из семян люпина могут найти широкое применение при изготовлении медицинских препаратов, снижающих артериальное давление, регулирующих биоэнергетическую активность сердца, моторную и психическую активность.
Помимо белка семена люпина содержат масло, особенно богаты им семена белого люпина, которые содержат от 5 до 15% масла. Белый люпин по химическому составу семян (около 40% белка и 15% масла) близок к сое и может стать ее конкурентом, особенно с учетом более высокого урожая семян и более короткого вегетационного периода.
Максимально широко используя в севооборотах люпин, можно в ближайшие годы приостановить деградацию почвенного плодородия, решить проблему кормового растительного белка, улучшить качество и снизить себестоимость животноводческой продукции, повысить рентабельность сельскохозяйственного производства.
Основным возделываемым видом в России до конца 80-х годов был люпин желтый. Несмотря на все достоинства люпина, он не имеет широкого распространения. Одним из сдерживающих факторов в распространении этой культуры в новые районы и расширении площадей в традиционных областях люпиносеяния являются поражающие его болезни.
Люпин поражается целым комплеком различных заболеваний. Наиболее вредоносными из них до последнего времени были фузариоз (Fusarium spp.)
8 и вирусные болезни. Люпину также наносят вред цератофороз {Ceratophorum setosum Kirch.), серая гниль {Botrytis cinerea Pers.), белая гниль {Wetzelinia libertiana Fusk.), мучнистая роса {Erysiphe communis Grev. f. lupini Roum.), бактериальные болезни (Киселев и др., 1976). Остальные болезни не являются экономически значимыми для культуры люпина (септориоз, стемфилиоз, макроспориоз, ржавчина).
В 60-70-е годы посевные площади под желтым люпином приблизились к 500 тыс. га, а на зеленый корм и силос - к 1,5 млн. га (Лукашевич и др., 2001). Последовавшее затем эпифитотийное развитие фузариоза в основных люпиносеющих районах страны привело к резкому уменьшению посевных площадей под этой культурой. В последние десять лет посевные площади люпина сократились в 2,8 раза, а валовой сбор зерна - в 1,7 раза.
В конце 80-х - начале 90-х годов посевы люпина вновь претерпели резкое сокращение из-за появления нового и очень опасного заболевания -антракноза. Развитие антракноза в люпиносеющих районах имело массовое развитие. При эпифитотийном развитии потери от болезни достигали 90-100% по зерну и 60-70% по зеленой массе. Часто сильно зараженные посевы полностью запахивались в почву. К настоящему времени посевные площади под люпином сократились в 4,6 раза по сравнению с 80-ми годами (Такунов, 1998).
В связи с частыми эпифитотиями антракноза на люпине сейчас стали уделять большее внимание узколистному и белому люпцну, которые в меньшей степени поражаются этим заболеванием. Усилился поиск источников устойчивости среди сортов желтого люпина. Недостаточная изученность болезни в России определили необходимость более обстоятельного изучения возбудителя антракноза на люпине.
Принимая во внимание высокую вредоносность, широкое распространение заболевания, крайне слабую изученность возбудителя болезни, его биологии в условиях России, была определена направленность исследований по теме
9 диссертационной работы: "Биоэкологические особенности возбудителя антракноза люпина желтого".
Цель исследований - выявление особенностей биоэкологии возбудителя антракноза, влияния факторов погоды на динамику развития болезни, оценка районированных и перспективных сортов люпина коллекции ВИР на устойчивость. В задачи исследования входило: выявить распространенность и определить вредоносность, антракноза на районированных сортах люпина желтого; выявить зависимость развития антракноза люпина от условий внешней среды (температура, осадки); изучить внутривидовую изменчивость патогена, морфолого-культуральные свойства моноконидиальных изолятов гриба и реакцию сортов люпина желтого на моноконидиальные изоляты Colletotrichum lupini; - разработать экспресс-метод оценки устойчивости сортов люпина к возбудителю антракноза и оценить районированные и перспективные сорта трех видов люпина из коллекции ВИР на устойчивость к антракнозу.
Исследования по данной работе выполнялись с 1995 по 2000 годы. Они проводились на базе НИИ защиты растений в рамках отраслевой научно-технической программы по защите растений: "Фитосанитарная устойчивость агроэкосистем".
Новизна работы заключается в следующем: впервые выявлен ареал распространения антракноза в России. Уточнена вредоносность болезни на желтом люпине, рассчитаны уравнения регрессии для определения возможных потерь урожая семян и зелёной массы от болезни на примере Ленинградской области. Показано, что патоген Colletotrichum lupini (Bondar) Nirenberg, Feiler & Hagedorn comb. nov. var. lupini развивается в нашей стране лишь в анаморфной стадии. Онтогенез гриба включает вегетативную стадию: мицелий с хламидоспорами, конидиальное спороношение,. При прорастании конидий образуются особые морфологические структуры -меланизированные аппрессории, играющие ведущую роль в патогенезе
10 болезни. Выявлены экологические факторы, влияющие на развитие гриба и болезни, Показано, что источником весеннего возобновления болезни являются, кроме семян, зараженные растительные остатки, перезимовавшие под навесом или в скирдах соломки люпина в поле. Разработан экспресс-метод оценки болезнеустойчивости сортов люпина и проведена полевая оценка устойчивости к антракнозу 75 районированных сортов трех видов люпина из коллекции ВИР.
Практическая ценность работы. Разработана шкала оценки потерь урожая люпина в зависимости от степени развития антракноза. На основе изучения биоэкологии патогена обоснованы профилактические приемы по борьбе с болезнью: соблюдение севооборотов, тщательная очистка семян от растительных остатков и использование семян для посева после 2-3-х летнего хранения. Разработанный экспресс-метод для оценки сортов может быть использован в иммунологической практике в целях выявления источников устойчивости к болезни.
По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Антракноз на люпине сравнительно недавно стал причиной снижения урожая и посевных площадей под этой культурой как у нас в 'стране, так и за рубежом. Это заболевание только в конце 80-х - в середине 90-годов XX века привлекло к себе внимание ученых и работников сельского хозяйства. До этого времени антракноз не имел хозяйственного значения и был крайне слабо изучен; в фитопатологической литературе до последнего времени имелись лишь отрывочные сведения о болезни.
Первое подробное описание антракноза дал Weimer в своей работе в 1943. Гриб был найден им в 1939 г. в штате Флорида на растениях люпина узколистного. Автор обнаружил растения с признаками уродства и отставания в росте. Многие из них погибали или резко снижали свою продуктивность. Симптомы были отмечены только на одном из полей, засеянном люпином в более поздние сроки. Развитие болезни не имело размеров эпифитотии, и автор не придал ей особого значения, хотя и сделал вывод, что болезнь потенциально способна причинить большой вред посевам люпина.
В этой же работе Weimer указывает на более раннее описание Bondar (1912) возбудителя антракноза на люпине в Бразилии, но другого вида, названного Gloeosporium lupinus. Отмечено, что по описанию, сделанному Bonder, трудно определить идентичность данных видов.
В 1935 г. антракноз был зарегистрирован в Литве на люпине узколистном (Брундза, 1961). Автор дает описание симптомов болезни и морфологических признаков возбудителя, но не указывает ни на площадь пораженных посевов, ни на интенсивность развития болезни
В дальнейшем в литературе идет только краткое упоминание о существовании антракноза на люпине, но отсутствуют сведения о распространенности и вредоносности данного заболевания, биологии и морфологии возбудителя болезни.
Так, С. Барбацкий (1959) в своей монографии по люпину отмечает, что в США антракноз узколистного люпина вызывается сумчатым грибом Glomerella cingulata (Stoneman) Spauld. et v. Schrenk. При этом отмечает, что в Европе антракноз встречается крайне редко.
В отечественной литературе того времени также приводятся ограниченные сведения. В сборнике "Вредителе и болезни зернобобовых культур" (Чумаков и др., 1962) авторы указывают только возбудителя болезни - Glomerella cingulata, не давая при этом ни описания симптомов, ни морфологии возбудителя.
В 1972 году антракноз был найден на посевах люпина узколистного в Минском районе в Белоруссии (Дорожкин и др., 1975, 1978). Болезнь распространялась очагами, в которых многие растения вследствие поражения болезнью погибали. В последующие годы развитие антракноза отмечали уже на всех обследованных посевах узколистного люпина. Такое же поражение было отмечено и на белом люпине (сорт Киевский мутант). В "Определители болезней сельскохозяйственных культур" (под ред. Хохрякова и др., 1984) антракноз люпина дан с кратким описанием симптомов и морфологии возбудителя. Гриб идентифицирован как Gloeosporium lupini Bond.
Следует отметить, что' нигде из вышеперечисленных источников не приводятся данные по распространению и вредоносности болезни и описанию биологических особенностей возбудителя антракноза.
На этом практически заканчивается период краткого эпизодического упоминания об антракнозе люпина. В 80-х годах 20-го века заболевание вновь появилось на Украине и европейской части России (Брянская обл.) и приобрело масштабы эпифитотии, нанося существенный вред культуре. Позднее болезнь появилась и стала опасной во многих странах Европы, в связи с этим интерес к изучению антракноза значительно возрос.
На Украину, где его появление зарегистрировано в 1983 г. (Корнейчук, 1998), антракноз, по мнению автора, возможно, был завезен с семенами люпина изменчивого Lupinus mutabilis Sweet, из стран Южной Америки,
13 после чего он быстро распространился на культивируемые в стране сорта люпинов. В последующие годы болезнь приобретает массовое развитие.
В Россию антракноз был завезен с зараженным посевным материалом с Украины. Первые очаги болезни были зарегистрированы в 1988-1989 гг. в Брянской области на посевах желтого люпина площадью ГО тыс. га. 43% обследованных площадей посевов было поражено антракнозом, причем 28% - в сильной степени (Агаев, 1993). С этого времени периодически регистрируются сильные вспышки антракноза на посевах люпина. Постепенно заболевание распространилось во все люпиносеющие области РФ. К настоящему времени из-за эпифитотий болезни посевные площади под люпином в России сократились в 4,6 раза по сравнению с 80-ми годами (Такунов, 1998).
В Белоруссии антракноз был найден в 1995 г. на люпине желтом в западных областях республики. Через два года уже " отмечено его эпифитотийное развитие в Гродненской и Брестской областях. С 1998 г. болезнь распространилась по всей территории республики (Евсиков, 2000).
За рубежом антракноз приобрел хозяйственное значение несколько позже, и в настоящее время он зарегистрирован в основном на люпине белом и многолетнем. Так, в Англии антракноз обнаружен в 1989 году на всходах люпина многолетнего {Lupinus polyphyllus и его гибриды) в трех питомниках и на растениях, растущих в поле. К 1993-1994 гг. болезнь широко распространилась, главным образом, на растениях защищенного грунта, распространенность часто достигала 50-100%, что делало культуру непригодной для продажи (Reed et al., 1996).
В Германии с 1994-1996 гг. антракноз стал наносить ощутимый ущерб посевам люпина. Сначала болезнь проявилась на люпине белом в небольших очагах, где растения нередко полностью погибали. В следующие годы заболевание перешло на люпин желтый и ежегодно развивалось в сильной степени (Feiler et al., 1998; Amelung, 1998).
В 1993 году в Австрии антракнозом была уничтожена значительная часть посевов люпина белого, из-за чего возделывание люпина было поставлено под вопросом (Feiler et al., 1998).
Сходная картина отмечается во Франции и Польше. Во Франции, где основной вред наносится посевам люпина белого, заболевание было зарегистрировано в 1982 году. В Польше первые симптомы антракноза появились в 1995 г., в небольших очагах. На следующий год болезнь распространилась на большие площади (Frencel, 1997; Janczask С. et al., 2003, 2004).
На американском континенте заболевание отмечено на посевах люпина белого в Канаде (в провинциях Квебек и Новая Шотландия в 1992-1993 гг.), а также в США в штате Миннесота (Paulitz et al., 1998) Значительный вред культуре оно наносит в странах Южной Америки - Бразилии, Чили (Peredo et al., 1988; Gondran et al., 1994).
В Австралии болезнь на люпине была обнаружена в 1994 г. (Sweetingham et al., 1995; Cowling et al., 1996). В 1996 г. она зарегистрирована в Западной Австралии, где вызывала повсеместное поражение посевов Киевского мутанта. Позднее антракноз распространился во всех районах с достаточным увлажнением и привел к ощутимым потерям на всех сортах (Свитингем, 2001).
Антракноз поражает все культивируемые виды люпина. В нашей стране, в отличие от зарубежных стран, основной вред он наносит посевам люпина желтого.
В России отдельные исследования заболевания на люпине проводили: Р. Н. Агаев (1991, 1993), А. С. Якушева и др. (1995, 1996, 1997а,Ь, 1998, 2000, 2001), Е.В. Саламатова и др. (1997), В. В. Котова и др. (1995, 2001), Л. Ф. Савченко и др. (1994, 1998, 2001), В.А. Миняйло (2003), В.И. Руцкая и др. (2001).
Авторы отмечают, что антракноз наносит вред растениям люпина на всех стадиях онтогенеза растений. Болезнь оказывает отрицательное влияние на
15 продуктивность и питательную ценность культуры. У больных растений отмечается отставание в росте и развитии, уменьшение урожайности зеленой массы и количества бобов, снижение урожая зерна и снижения его посевных качеств.
Вредоносность антракноза на люпине может колебаться в зависимости от зоны возделывания культуры. В условиях Ленинградской области при сильном развитии болезни продуктивность культуры снижается на 45-65%, нередко имеет место гибель растений. При среднем развитии (30-50%) -происходит уменьшение веса зеленой массы и зерна на 20-45% (Цветкова и др., 1995). Для Брянской области при среднем развитии антракноза урожай снижается на 30-50%, при сильно развитии - на 80-90%). При очень сильном поражении культуры приходится полностью запахивать посевы (Такунов, 1996).
Во ВНИИ люпина были проведены исследования влияния скармливания зараженной вегетативной массы люпина желтого на продуктивность дойных коров (Такунов, 1996). Анализ результатов показал, что при включении в рацион животных сильно зараженного антракнозом корма привело к снижению их молочной продуктивности на 9,2-33,8%, по сравнению с контрольной группой животных. Продолжительное кормление зараженной вегетативной массой может привести к токсикации животных.
Проявление антракноза на сильно поражаемом желтом люпине происходит на всех этапах онтогенеза растений. На белом и узколистном люпинах симптомы в основном отмечаются в фазы всходов и образования бобов.
Антракноз на люпине характеризуется образованием вдавленных пятен или язв от оранжево-бурого до серо-бурого цвета или розовых с коричневым ободком на различных пораженных органах.
Первые симптомы заболевания появляются на всходах в виде вдавленных пятен, переходящих в бурые язвы, на семядольных листочках. Язвы и перетяжки появляются на подсемядольном колене и корневой шейке.
Зараженные растения отстают в росте, при сильном поражении всходы погибают.
На взрослых растениях симптомы наблюдаются на стеблях, черешках листьев, соцветиях и бобах. На стеблях образуются вдавленные пятна от кирпичного до бурого цвета. При глубоком проникновении возбудителя в стебель он искривляется, иногда и ломается. Больные черешки обламываются, что приводит к гибели листьев. При поражении соцветий возможна гибель цветков и бобиков и полная потеря растением продуктивности. На зараженных в более поздние фазы развития бобах образуются язвы яркого оранжево-розового цвета с многочисленным конидиальным спороношением гриба. Глубокое проникновение патогена в створки боба приводит к заражению развивающихся семян. В этот период развития растений симптомы антракноза хорошо заметны в поле на больных посевах.
Больные семена щуплые с коричневыми пятнами. При сильном заражении на семенах образуется обильный розовато-оранжевый налет конидий патогена. Зараженные семена дают на следующий год больные всходы, которые являются первичным источником инфекции в поле.
Массовое распространение и развитие антракноза на посевах люпина может приводить к полной гибели растений. Они полностью засыхают и выглядят обожженными.
На белом и узколистном люпинах болезнь в основном проявляется только в фазу всходов и образования бобов, во время стеблевания и цветения встречаются только единичные признаки болезни. На всходах образуются язвы, мокнущие пятна и перетяжки, что приводит к гибели растений. На бобах образуются язвы оранжевого или розоватого цвета. В годы эпифитотийного развития болезни возможно появление пятен на стеблях и соцветиях.
За рубежом возбудитель основной вред наносит растениям белого люпина, и меньше поражает синий (узколистный) и желтый люпины (Gondran, 1994;
17 Brother, 1998). Болезнь также начинает проявляться на всходах в виде бурых пятнышек на семядолях и колеоптиле. Затем они приобретают серо-коричневую окраску, углубляются; пораженные органы засыхают. У взрослых растений на стеблях, на соцветиях и бобах появляются розовые язвы с коричневым ореолом; на листьях - бежевые пятна с коричневым ободком (Gondran, 1994).
Патоген образует цилиндрические бесцветные конидии, закругленные с одного или двух концов. Конидии образуются в ацервулах, которым конидиальные массы придают оранжевый цвет. Размер конидий очень изменчив (таблица 1).
Гриб с люпина имеет более узкую специализацию в отличие от широко специализированного гриба C.gloeosporioides (Arx von, 1957a,b). . В полевых условиях он заражает только люпины и некоторые бобовые, но в более слабой степени. В оранжерейных условиях круг хозяев несколько расширяется, хотя не выходит за рамки семейства бобовых (таблица 2) (Котова и др., 1994; Евсиков, 2001). Гриб проявляет наибольшую патогенность на своих основных растениях-хозяевах - трёх видах люпина. На других представителях семейства бобовых патоген развивается в слабой и средней степени и в основном в оранжерейных условиях. В полевых условиях может поражаться донник и тогда он может служить дополнительным источником инфекции. Потенциальными источниками инфекции могут быть и другие растения этого семейства, если в природе создаются благоприятные условия, близкие к тепличным.
Гриб, развивающийся на люпине, в нашей стране, по данным авторов, имеет только анаморфную стадию, телеоморфа в цикле развития возбудителя антракноза пока не была обнаружена. В наших условиях сумчатая стадия у C.gloeosporioides отмечена на диффенбахии в оранжерейных условиях (Котова и др., 1995). На этом растении патоген образует типичные темноокрашенные щетинки в ацервулах, сумчатую стадию, которая относится к G. cingulata (Stoneman) Spaulinget v. Schrenk (Ascomycetes,
18 (Pyrenomicetidae), Sphaeriales) и образуется на растении-хозяине и в чистой культуре.
На Украине и в Белоруссии патоген был идентифицирован как С. gloeosporioides (Корнейчук, 1996; Иванюк и др., 2000). В Белоруссии в качестве возбудителя антракноза на люпине отмечен и гриб Kabatiella caulivora (Kirchn.) Karak. (Евсиков, 2001a). Оба патогена, по мнению автора, могут развиваться на вегетативных органах растений люпина совместно.
В современной зарубежной литературе мнения авторов по вопросу видового определения возбудителя антракноза люпина были различными. Так, ряд авторов относят гриб к С.gloeosporioides (Wells et al., 1967; Gondran, 1994; Reed et al, 1996; Yang et al., 1988; Свитингем, 2001). Другие склонны считать, что патоген относится к виду C.acutatum Simmonds. P.J.Reed с соавторами (1996) указывают, что возбудитель был сначала ими идентифицирован как С.gloeosporioides (телеоморфа Glomerella cingulata). Позднее изоляты, выделенные с люпина, при детальном изучении были отнесены к виду С. acutatum.
В работах немецких ученых отмечено, что в качестве возбудителя прежде был известен вид C.gloeosporioides, но он должен рассматриваться как сборный. В 1996 г по зараженному гербарному материалу в CBS Ваагп гриб был определен как C.acutatum (Amelung, 1998; Brother et al., 1998).
Зарегистрированный на люпине вид C.acutatum в современной зарубежной литературе отмечен в качестве основного возбудителя антракноза на землянике (Smith et al., 1990). По данным авторов, гриб также не образует щетинок ни в чистой культуре, ни на растении - хозяине.
Конидии веретеновидные, заостренные с обоих концов. Размер спор колеблется и составляет в среднем 11,7-14,8 х 3,0-5,3^. На питательной среде патоген образует бежевые, оранжевые, розовые колонии с кремовым, розовым (реже оливковым) пигментом с нижней стороны чашки Петри.
Таблица 1
Характеристика конидий различных изолятов возбудителя антракноза люпина « ф « ф ф »
21 Таблица 2 Специализация возбудителя антракноза люпина на различных видах растений (по данным Цветковой и др., 1994; Евсикова, 2001) * Примечание. +++ - сильное заражение, ++ - умеренное заражение, + - слабое заражение, - отсутствие заражения
Эти же авторы, кроме C.acutatum, дают описание и изолятов С. gloeosporioides, выделенных с земляники. В отличие от изолятов C.acutatum гриб С.gloeosporioides давал в чистой культуре сумчатую стадию (Glomerella cingulata). Колонии на питательной среде имели серый или оливково-серый цвет. Конидии были цилиндрические или заостренные с одного конца. Размер был в среднем 12,9-16,1x4,4-5,4^.
Таким образом, к концу прошлого века назрела необходимость тщательного детального изучения морфологии и физиологии патогена для точного определения видовой принадлежности возбудителя антракноза люпина.
Детальные исследования, окончательно решившие проблему таксономии возбудителя антракноза люпина, были проведены немецкими учеными (Nirenberg et al., 2002). Они исследовали более 100 изолятов различных возбудителей антракнозов с различных растений-хозяев, полученных из различных стран мира. Ими были изучены морфологические, морфолого-культуральные и физиологические признаки грибов. В своей работе авторы основывались также на результатах изучения ДНК-последовательности и RAPD-PCR.
Ученые пришли к выводу, что возбудитель антракноза на люпине является отдельным видом и имеет две разновидности Colletotrichum lupini (Bondar) Nirenberg, Feiler & Hagedorn comb. nov. var. lupini и Colletotrichum lupini var. setosum Nirenberg, Feiler & Hagedorn var. nov. (Melanconiaceae, Melanconiales, Coelomycetes, Deuteromycota).
Разновидность Colletotrichum lupini var. lupini на картофельно-декстрозном агаре (КДА) дает воздушный пушистый пепельно-серый мицелий. С низу культура имеет землисто-темный цвет в центре и светло-оранжевый ближе к краям колонии. Конидии, обильно образующиеся на воздушном мицелии, цилиндрические или округлые, с закругленными концами, размер конидий сильно варьирует: 7,0 - 21,5 х 3,5 - 7,0ц. Ацервулы в колонии образуются сначала в центре, затем концентрическими кругами по диаметру культуры, конидии в них цилиндрические с одним заостренным концом, размером обычно 13,5-16,0 х 4,7-6,0ц. Щетинки в ложах отсутствовали. Оптимальной температурой для развития патогена является 22,5С.
Разновидность Colletotrichum lupini var. setosum на КДА образует пушистый мицелий серо-бежевого цвета. Колонии снизу землистого или чернильного цвета в центре и палево-желтая ближе к краю. Конидии обычно образуются на воздушном мицелии, они цилиндрические с «закругленными концами, размером 7,0-18,0 х 3,5-5,0ц. Ацервулы появлялись очень редко, обычно одиночные, с удлиненно-овальными или цилиндрическими конидиями, закругленными на одном конце и заостренными на другом, размером 7,2-20,0 х 4,1-5,6и. Щетинки также отсутствовали, но при выращивании гриба на SNA с использованием фильтровальной бумаги гриб давал темные жесткие заостренные щетинки в отличие от первой разновидности. Оптимальная температура для развития гриба 25С.
Исходя из описания вариаций возбудителя антракноза люпина, сделанного немецкими учеными, можно с уверенностью сказать, что у нас в стране на люпине паразитирует гриб Colletotrichum lupini (Bondar) Nirenberg, Feiler & Hagedorn comb. nov. var. lupini.
Основным источником первичной инфекции антракноза на люпине в полевых условиях являются семена. Определенную роль могут играть, зараженные растительные остатки и сорняки, где гриб сохраняется в виде мицелия и подушечек конидий (Котова и др., 2001; Савченко и др., 2001). Возбудитель антракноза может сохранять жизнеспособность в семенах до
24 1,5-2 лет. На растительных остатках продолжительность сохранения гриба зависит от факторов внешней среды (Ибрагимов, 1954). Зараженные стебли, листья, створки бобов сохраняют свою инфекционность более длительный период, если они находятся под укрытием в местах с наименьшей влажностью. В поле или в почве гриб погибает через 3-5 месяцев. При наличии высокой влажности воздуха и оптимальных температур в осенний период конидии легко прорастают и при отсутствии субстрата (растения-хозяина) теряют свою жизнеспособность в течение 2-5 месяцев.
Таким образом, распространение инфекции в другие регионы и страны осуществляется зараженными семенами. Даже при небольшом проценте заражения семенного материала возможно массовое распространение болезни. Так, по исследованиям немецких ученых зараженность отдельных партий семян люпина до 0,3-9,5% не исключает эпифитотии (Steinbach et al., 1998). По данным института люпина (Брянск), наиболее зараженными являются семена люпина желтого, процент заражения отдельных образцов может достигать 48% (Якушева, 2000).
Инфицирование семян происходит в течение вегетационного периода в поле от зараженных плодоносящих органов. Мицелий гриба первоначально проникает в створки бобов, оттуда достигает формирующихся семян, где и зимует до следующей весны в покоящемся состоянии. Мицелий патогена обычно находится в поверхностных тканях семени, в сильно зараженных семенах он достигает семядолей, а иногда и зародыша. При проникновении гриба во внутреннюю часть семян стенки клеток разрушаются, теряют свой нормальный вид, постепенно высыхают, и в результате образуются недоразвитые и непригодные для посева семена, которые могут в процессе уборки и хранения являться источником заспорения здоровых семен.
После перезимовки, весной, зараженные семена в поле дают больные всходы. Болезнь развивается очагами и не имеет в этот период широкого распространения. Это связано с условиями внешней среды и недостаточным количеством накопленного инфекционного начала. На ранних этапах
25 развития люпина, когда растения еще малы, циркуляция воздуха происходит беспрепятственно, и после дождя всходы быстро обсушиваются ветром и солнцем. Эти условия в некоторой степени сдерживают развитие антракноза.
В фазу стеблевания болезнь развивается в слабой степени и проявляется в виде небольших пятен на черешках, листочках и стеблях. ,
В условиях Нечерноземной зоны России эпифитотийное развитие антракноза отмечается в основном на люпине желтом. Наиболее восприимчивые фазы растений приходятся на июль-июнь, когда наблюдается оптимальный температурный режим и достаточное количество выпавших осадков. У белого и узколистного люпинов уязвимые фазы наступают весной, в этот период погода часто стоит холодная и сухая, что сдерживает массовое заражение растений болезнью.
В период вегетации растений люпина гриб распространяется только конидиями. Первое появление спороношения, как правило, наблюдается на семядольных листьях. На пораженной ткани формируются ацервулы с конидиальным спороношением. В каждом ложе формируется свыше 1-5 млн. конидий. После смыва конидий дождем в ложах патогена вновь образуется большое количество спор. И так происходит до тех пор, пока ткань может служить питательным субстратом для патогена (Цветкова и др., 1994). Численность конидий, образующихся на поверхности пораженных органов за весь период репродукции, может достигать от 20 до 100 тыс. спор на площади 1мм , на пораженной площади до 1см общая продуктивность спор увеличивается в 100 раз и более. В этих условиях концентрация спор в приземном слое воздуха над зараженными растениями достигает высоких значений и осаждаемость инфекционных пропагул на каждый лист здорового растения люпина может оцениваться как 1,5-10 тыс. спор и быть критическим для растений уровнем (Котова и др., 2001). После дождя, по данным В.И. Руцкой и др. (2001), в приземном слое количество конидий может достигать 500 тыс/см .
Распространение инфекции происходит в дождливую ветреную погоду, когда конидии с пораженной ткани разбрызгиваются каплями дождя и разносятся ветром на другие растения.
Попадая на растение, конидии при наличии капельножидкой влаги прорастают с образованием ростковой трубки. При соприкосновении с поверхностью субстрата на последних образуются аппрессории, которые плотно прилипают к поверхности растения и развивают высокое тургорное давление, способствующие проникновению инфекционных, гиф патогена через клеточную оболочку хозяина (Bechinger et al., 1999). Инфекционная гифа перфорирует кутикулу и проникает в растение. После этого гриб образует зачаточные гифы и начинает развиваться дальше при благоприятных условиях, или приостанавливает свое развитие.
При неблагоприятных условиях окружающей среды (пониженная влажность, повышенная температура) аппрессории, прикрепившиеся к поверхности растительных органов, или зачаточные гифы в ткани растения могут длительное время (1-1,5 месяца) находится в состоянии покоя и сохранять жизнеспособность. Сохранение данных морфологических структур гриба в растении обуславливает так называемую «скрытую инфекцию» (Котова и др., 2001).
В работах отечественных авторов характер поражения растений описывается как диффузный (Якушева, 2000; Савченко и др., 2001). По их данным, сформировав первую генерацию на всходах, патоген бессимптомно распространяется по сосудам растения - хозяина диффузным путем. Авторы исходят из того, что патоген выделяется в чистую культуру из внешне абсолютно здоровых растений. Этот вопрос остается спорным и его решение невозможно без проведения гистологических исследований процесса развития патогена в тканях растения - хозяина.
Для развития патогена благоприятна влажная, теплая погода со среднесуточной температурой не ниже 18С. Такие условия благоприятны для многих грибов-возбудителей антракнозов на других растениях
27 (Ибрагимов, 1954). Отимальная температура для развития гриба находится в интервале 20-25С, когда наблюдается максимум роста мицелия, интенсивный процесс конидиеобразования и при заражении отмечается минимальный инкубационный период. При повышении и понижении температуры рост патогена замедляется, а при температуре 40С полностью прекращается. По данным Л. Ф. Савченко и О. Л. Рудакова (2001), возобновление роста чистой культуры гриба после длительного воздействия отрицательных температур происходит практически безболезненно. Хранение культуры возбудителя при -20С не влияет на его жизнеспособность.
Оптимальная влажность для развития патогена превышает 80%. Интенсивность развития болезни в полевых условиях в большой степени зависит от влажности воздуха. Если температура воздуха будет благоприятной для развития паразита (что и наблюдается практически все последние годы), но она не будет сочетаться с высокой влажностью и часто выпадающими осадками, вредоносность антракноза на люпине окажется незначительной.
В последние десятилетия погодные условия благоприятствовали развитию и распространению болезни как в нашей стране, так и за рубежом. Фитосанитарное состояние посевов люпина приобрело катастрофический характер. Часто повторяющиеся эпифитотии привели к уменьшению посевных площадей под культурой. Ситуация осложняется еще и отсутствием разработанной системы мер борьбы с болезнью.
Важным аспектом в получении здоровых растений является посев незараженных семян, т. к. они являются главным источником инфекции. Обычная зараженность семян составляет от десятых долей до двух десятков процентов. Это очень высокий уровень заражения, т. к. порог, выше которого можно ожидать существенных потерь урожая, составляет сотые доли процента (Миняйло, 2003). Лучше высевать семена после 2-3 лет хранения.
28 Патоген в посевном материале сохраняется 1-2 года, в дальнейшем его жизнеспособность резко снижается.
Одной из наиболее эффективных и безопасных мер борьбы является протравливание семян. Так, в Австралии для уменьшения развития антракноза рекомендуют протравливать семена независимо от их степени зараженности. Для протравливания рекомендуют применять тирам и ипродион/процимидон (Свитингем, 2001).
Установлено, что при 90-95% эффективности протравливания зараженность семян снижает примерно в 10 раз. Но полное подавление семенной инфекции невозможно, т. к. иногда патоген проникает внутрь семян, а внутренняя инфекция плохо подавляется даже системными препаратами. Препятствует этому, видимо, и сбрасывание оболочки семени вместе с протравителем вскоре после прорастания. .
Определенную трудность создает и высокая чувствительность люпина к фунгицидам. Многие триазольные препараты эффективны против антракноза, но они очень сильно ингибируют рост гипокотиля люпина.
В последние годы на базе ВНИИФ и ВНИИ люпина была выполнена большая работа по изучению возможных протравителей на люпине. Было изучено в лабораторных условиях более 180 препаратов (Руцкая и др., 2001; Савченко и др., 2001; Миняйло, 2003). Особенно активными при протравливании семян оказались баковые двойные и тройные смеси различных фунгицидов. Наиболее эффективны были препараты: альто, даконил, витавакс 200 ФФ (34% в.к.), матадор, опустоп, реке, спортак, танго и другие (Руцкая и др., 2001). Во ВНИИФ в полевых испытаниях наибольшую эффективность показали дивиденд (3% к.с), дивиденд стар, опус топ и скор (Савченко и др., 2001). В.А. Миняйло в своей работе (2003) указывает, что эффективной в течение ряда лет была смесь ципроконазола, прохлораза и карбоксина. Эффективность обработки в среднем за 6 лет составила 60,8% и прибавка урожая была в среднем 10 ц/га (Миняйло, 2003).
Для ослабления отрицательного действия препаратов на люпин рекомендуется заделывать семена на минимальную глубину, сеять во влажную почву в оптимальные сроки, избегать тяжелых почв.
Все выше перечисленные и протестированные фунгициды находятся только на стадии испытаний и не включены в список разрешенных к применению пестицидов.
Обработка вегетирующих растений не всегда способна защитить урожай. Даже 3-4 опрыскивания в течение вегетации не дают нужного эффекта. Это связано с особенностями биологии патогена и растений люпина. В Германии на белом люпине шесть обработок позволили получить урожай с малым развитием антракноза, однако, такие многочисленные обработки невозможны по экономическим и экологическим причинам.
Наибольший эффект получен (Миняйло, 2003) при двукратном опрыскивании растений перед цветением. При этом использовали смесь на основе прохлораза, фенпропиморфа и эпоксиконазола. При обработке вегетирующих растений во ВНИИ люпина эффективны были* баковые смеси танго+спортак+корбел (0,5+1+0,25 кг/га), матадор+спортак+корбел (0,25+1+0,4 кг/га), райдер+спортак+корбел (0,75+1+0,4 кг/га). Проводить опрыскивание растений следует в фазы стеблевания - бутонизации. Обработку вегетирующих растений лучше проводить только на семенных или сидератных посевах, сочетая ее с протравливанием семян. Сроки обработок и их кратность следует выбирать с учетом интенсивности развития болезни и погодных условий. Мало эффективна обработка фунгицидами при сильном поражении растений до цветения (Такунов, 1996).
В «Списке пестицидов и агрохимпрепаратов, разрешенных: к применению в РФ» (2005) указаны только фундазол (расход - 5-Ю л/т), дерозал и феразим (5-Ю л/т). Все препараты предназначены для протравливания семян.
Белорусские ученые рекомендуют использовать для протравливания семян фундазол (50% с.п.), раксил Т (51,5% к.с), раксил ТМ гель (20,3%), дивиденд, витавакс 200 ФФ и максим (2,5% т.е.) (Иванюк и др., 2001).
Исходя из биологических особенностей возбудителя антракноза люпина, агротехнические приемы сводятся к уборке и уничтожению послеуборочных остатков, запашке стерни люпина, раннему посеву семян и территориальному удалению семенных и производственных посевов. Установлено, что плотность посева семян мало влияет на характер полевой устойчивости растений. Посевы люпина с нормами высева 0,8; 1,0; 1,2 млн всхожих семян на га в эпифитотийные годы поражались примерно одинаково (80-90 %). Не влияют на развитие антракноза также способы посева растений (Кононов, 2000).
Убирать и обрабатывать целесообразно сначала слабо зараженные семена, чтобы мелкие зараженные частицы растительного материала не могли инфицировать здоровые семена. Хорошо снижает развитие болезни и посев люпина в смеси с зерновыми культурами. Злаки частично играют роль защитного фактора при повторном заражении и распространении инфекции. В смешанном люпино-ячменном посеве поражение антракнозом снижается в 2-8 раз (Кононов, 2000).
Наиболее эффективный и безопасный метод борьбы с антракнозом люпина - это использование в посевах устойчивых сортов. Трудность заключается в том, что до последнего времени отсутстввоали устойчивые сорта люпина, особенно у желтого люпина. В связи с этим в последние годы серьезное внимание стали уделять узколистному люпину, имеющему много толерантных к антракнозу сортов.
Во ВНИИ люпина в течение ряда лет ведется работа по поиску устойчивых форм люпина. Было протестировано более 2000 сортов и сортообразцов из гибридного материала (отечественной селекции), коллекции ВИРа и мутантного материала люпина желтого (Такунов и др., 2001; Якушева, 2001; Вишнякова, 2005). Среди проверенного материала не было обнаружено высоко или среднеустойчивых сортов.
Путем индивидуального отбора среди мутантного и гибридного материала сотрудниками ВНИИ люпина выделены образцы люпина желтого,
31отличающиеся устойчивостью на разных стадиях онтогенеза (Якушева и др., 2001). Среди семи образцов (№ 2486а, 2598, 2961,1640, 2556, 2026, 3168) на инфекционном фоне выделены единичные растения, которые выжили на фоне полной гибели остальных и сохранили урожай. Среди представленных образцов наибольшее внимание заслуживают растения, выделенные из образцов №№ 1640 и 2026. Они на инфеционном фоне отличались высокой устойчивостью на стадии стеблевания и средней в фазу бобообразования (Якушева, 2001). В результате созданы устойчивые сорта желтого люпина Пересвет и Демидовский с групповой устойчивостью к антракнозу и фузариозу, которые рекомендованы для внедрения в сельскохозяйственное производство (Агеева и др.,2005). »
В лабораторных условиях во ВНИИ люпина были оценены на устойчивость к антракнозу 600 образцов люпина узколистного и 100 сортов люпина белого. Большинство образцов поражались в сильной степени, но также выделись формы с высокой и средней устойчивостью. Развитие антракноза на проростках этих образцов составляло, соответственно, 16-28,8% и 30,8-44,4%. Они будут использованы в дальнейшей селекционной работе. Пока существует только один сорт белого люпина, устойчивый к фузариозу и толерантный к антракнозу, - это Гамма. Он дает стабильный урожай в условиях Брянской, Орловской, Рязанской и' др. областях Нечерноземной зоны.
В связи с сильным развитием антракноза на желтом и белом люпинах в последние годы серьезное внимание стали уделять узколистному люпину, имеющему много толерантных к антракнозу сортов.
Наиболее полно потенциал люпина узколистного сейчас используется в Австралии, где посевная площадь составляет 1262 тыс. га, валовый сбор зерна при урожайности 10,5 ц/га достиг 1320 тыс. т зерна (Свитингем, 2001). На втором месте по этим показателям находится Беларусь - соответственно, 50,4 тыс. га и 63,5 тыс. т зерна при средней урожайности 12,6 ц/га. Дальше идут Польша, страны Африки, Испания, Чили, Россия и Германия.
У люпина узколистного в условиях Белоруссии были выявлены сорта с относительно высокой устойчивостью Першацвет, Гелена, Данко, Метан,
Бисер 347 и Метель. Данные сорта могут быть использованы в дальнейшей селекции на устойчивость (Иванюк и др., 2000).
Критический анализ отечественной и зарубежной литературы по антракнозу люпина позволяет констатировать недостаточность приводимых сведений по биоэкологии возбудителя антракноза люпина (патогенез, источники инфекции, влияние факторов среды на развитие заболевания), его внутривидовой изменчивости в зависимости от зон возделывания районированных сортов различных видов люпина. Результаты исследований по отдельным вопросам представлены в данной диссертации.
33 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Распространение и вредоносность антракноза
При поражении черешков листьев у их основания образуются сначала бурые вдавленные пятна, которые затем увеличиваются в размерах и углубляются, превращаясь в бурые язвы. В результате черешок ломается, лист отмирает и засыхает, приобретая серо-бежевый цвет.
На стеблях, пораженных антракнозом, сначала появляются продолговатые неглубокие штрихи, которые, по мере развития патогена, переходят в оранжево-бурые язвы. Особенно заметны обширные (до 1-3 см длиной и 0,5 см шириной) глубокие язвы при проникновении патогена во внутреннюю полость стебля, что вызывает частые искривления главного или боковых стеблей с последующим изломом (рис.6). На продольном срезе пораженная ткань занимает почти весь диаметр стебля и имеет красно-бурый, а иногда -оранжевый цвет. На главном стебле язвы образуются, как правило, в верхней части побега, ближе к соцветию. На боковых побегах язвочки могут появляются у основания и на верхушке. В первом случае побег отламывается и засыхает; во втором - искривляется и засыхает верхушка. Такие стебли непродуктивны.
Значительные повреждения возникают при поражении патогеном репродуктивных органов растений в фазу бутонизации-цветения. При этом нередко наблюдается побурение и засыхание цветков, опадение завязей или образование недоразвитых засохших бобиков. На них при благоприятных условиях погоды или при помещении во влажную камеру образуется конидиальное спороношения возбудителя.
На сформировавшихся больных бобах (рис. 7) появляются оранжево-бурые вдавленные, постепенно углубляющиеся пятна, покрытые обильным спороношением гриба. Часто язвы охватывают весь бобик, и он засыхает. Язвы очень хорошо видны на зеленой, еще не созревшей ткани бобов. Гриб через створки проникает внутрь и заражает формирующиеся семена.
Больные семена щуплые, с коричневыми пятнами. При сильном заражении на семенах образуется обильный налет розовато-оранжевого налета конидий патогена. Такие семена полностью теряют всхожесть. Слабо и средне зараженные семена на следующий год дают больные всходы, которые являются первичным источником инфекции в поле. Таким образом, семена люпина являются основным источником инфекции в распространении антракноза в полевых условиях и в продвижении болезни в различные районы люпиносеяния.
При благоприятных условиях на пораженной ткани растений образуется обильное конидиальное спороношение гриба - ацервулы с характерным розовато-оранжевым оттенком, особенно на пораженных бобах. На пятне образуется 10-20 ацервул; в каждой из них содержится 1-5 млн. спор, что является огромным запасом инфекции.
На узколистном люпине симптомы поражения антракнозом в основном наблюдаются в фазы всходов и образования бобов. На более (поздних этапах развития растений отмечены лишь единичные случаи поражения черешков и стеблей. В фазе проростков на стебле образуется серо-водянистая кольцевая перетяжка или оранжево-бурая язва, которая приводит к гибели всходов. На бобах симптомы болезни сходны с таковыми на желтом и белом люпинах. При искусственном заражении узколистного люпина в лабораторных условиях на листовых пластинках образуется сероватый налет конидий гриба. Пораженные листочки засыхают и преждевременно опадают.
Антракноз, как было сказано выше, является сравнительно новым заболеванием во всех люпиносеющих районах страны. В Ленинградской области болезнь впервые появилась в 1993 году при посеве зараженных семян люпина, завезенных из Брянской области. В последующие 1994-1996 годы обследование посевов люпина, проводимое нами, не выявило признаков болезни на растениях коллекционных посевов люпина ВИРа, СЗНИИСХ (Белогорка), а также при обследованиях в Псковской области. В то же время при посеве зараженных семян люпина на опытных полях ВИЗР болезнь проявлялась ежегодно от слабой до умеренной степени. Так, в 1993 году распространенность болезни на посевах желтого люпина составила 65%, в 1994 - 75%, в 1995 - 15%. Болезнь имела очаговое распространение.
К настоящему времени ежегодное массовое распространение антракноза зафиксировано на всех посевах люпина в Брянской области, на Украине (Корнейчук, 1998). В Беларуси эпифитотийное развитие антракноза отмечено с 1997 года в Гродненской и Брестской областях. С 1998 года антракноз распространился по всем областям республики (Евсиков, 2000).
Три года назад появились сведения о появлении антракноза на Адлеровской опытной станции ВИР, где высеваются сорта люпина из коллекции ВИРа (неопубликованные данные лаборатории зернобобовых культур ВИР, 2000). К настоящему времени антракноз распространен в Псковской, Московской, Лениградской, Орловской, Ивановской, Владимирской, Тамбовской, Курской областях (рис.8).
Динамика развития болезни в зависимости от погодных условий
Появление болезней на полевых культурах зависит от целого ряда факторов. Основными из них почти для всех заболеваний являются: наличие инфекции, присутствие восприимчивого растения-хозяина, осадки, влажность воздуха или почвы и температура. Эпифитотийное развитие болезней возникает (Тарр, 1975; Минкевич и др., 1981), когда восприимчивые растения в восприимчивой стадии подвергаются нападению патогена при внешних условиях, благоприятных для заражения и распространения инфекции. И если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то эпифитотии не возникают.
Антракнозы не являются исключением. Многие исследователи экспериментально показали, что развитие антракнозов на различных сельскохозяйственных культурах, в том числе и на люпине, тесно связано с внешними факторами, особенно зависит от осадков, влажности воздуха и температуры (Ибрагимов, 1951,1954; Тетерникова-Бабаян, 1964; Агаев, 1993; Wastie, 1972; Корнейчук, 1998).
Нами были проведены наблюдения за динамикой развития антракноза люпина в течение вегетационного периода и по годам в условиях Ленинградской области. Наблюдения проводили в течение ряда лет (1995-2000 гг.).
В ходе постоянного слежения за динамикой развития болезни было установлено, что нарастание болезни неодинаково по своей интенсивности в течение одного вегетационного периода даже при наличии благоприятных условий. Всходы люпина в Ленинградской области появляются в конце мая-начале июня. Обычно в этот период стоит влажная и холодная погода, что не способствует развитию болезни. В этот период растения находятся в фазы всходов и розетки, имеют небольшую биомассу, и значительная часть поверхности почвы открыта действию солнечных лучей и ветра; число часов с высокой относительной влажностью воздуха внутри посевов люпина бывает несколько больше, чем над поверхностью культуры. Как правило, развитие антракноза в это время на растениях не превышает 10-15%. В конце июня - начале июля (фаза бутонизации-начала цветения люпина) температура воздуха обычно повышается, рядки люпина смыкаются, под пологом растений создается свой собственный влажный микроклимат, который существенно отличается от окружающей среды. Влажный микроклимат - необходимое условие для быстрого развития патогена. До смыкания зеленой массы развитие болезни, количество рассеивающихся конидий и их осаждение на растения люпина бывает относительно невысоким: 0,24x103-0,53х103 шт. в среднем на один лист (таблица 6). Распространенность и развитие болезни на таких посевах не превышала 10% и 2-3%, соответственно. Быстрое нарастание болезни в поле происходит уже за счет конидий, распространяющихся после смыкания растений. Именно в этот период количество осаждаемых на листья конидий достигает высокой численности и составляет 3,65x104 - 5,65x104 в среднем на один лист. Распространенность и развитие болезни на таких посевах составила 50-60% и 25-35%, соответственно (таблица 6). При сухой и жаркой погоде в этот период антракноз может приостановиться в своем развитии, а затем в фазу цветения-начала бобообразования интенсивность заболевания вновь быстро нарастает при выпадении частых осадков.
Возможно, вспышка развития заболевания в фазах бутонизации, цветения и бобообразования связана также с изменением биохимических процессов в растениях и образованием в них соединений, стимулирующих развитие антракноза.
Развитие антракноза люпина в различные годы, как показали наши наблюдения, в значительной степени зависит от погодных условий вегетационного периода. В результате многолетних наблюдений установлено, что основным фактором, определяющим динамику проявления антракноза на люпине, является количество осадков, выпадающих в июне-июле. Среднесуточная температура должна быть не ниже 18-20С.
По материалам наблюдений установлена связь между распространенностью и развитием болезни и суммой выпадающих осадков, а также среднемесячными температурами в фазы от всходов до начала плодообразования. На рис. 11, 12, 13 представлены результаты многолетних наблюдений за динамикой развития антракноза в полевых условиях на сорте Брянский 6, температурой и количеством осадков в течение вегетационных периодов 1997-2000 гг. Данные на графиках представлены выборочно, более подробные материалы даны в Приложении (рис. 1-6).
По температурным условиям вегетационные периоды 1997-2000 гг. были практически сходными с небольшими отклонениями от среднемноголетних данных. Однако, по количеству выпавших осадков за июнь-июль наиболее влажными были 1998 и 2000 годы. Так, количество осадков в 1998 году за июнь-июль составило 142,2 мм (97,4% от средней многолетней), в 2000 году за этот же период выпало 192,0 мм осадков (131,5 % от средней многолетней). В эти же годы, что хорошо видно на графиках, на посевах желтого люпина возникли эпифитотии, распространение и степень развития болезни достигли высокого уровня 100 и 90%, соответственна
Вегетационные периоды 1995, 1996, 1997 и 1999 годов характеризовались небольшим количеством осадков в критические фазы развития растений (за июнь-июль количество осадков не превысило 55 мм), что сдерживало развитие антракноза. Болезнь появилась только в июле в фазу цветения и нарастание ее не было отмечено до конца вегетации. Процент пораженных растений в период плодообразования не превысил 50%, а развития болезни -12-25%.
Корреляционный анализ зависимости развития болезни от температуры и осадков показал прямую тесную связь с количеством осадков, выпавших за июнь-июль, (г=0,83) и слабую обратную связь с температурой за этот же период - г =-0,32 (таблица 7).
Особенности роста патогена при различных условиях культивирования
Одним из важных факторов, влияющих на развитие С. lupini var. lupini, является температура. Температура регулирует рост мицелия, интенсивность образования конидий, процесс их прорастания и длительность инкубационного периода болезни. У грибов, вызывающих антракнозы различных растений, довольно широкий температурный диапазон. Он составляет от 2-3до 40С (Ибрагимов, 1954; Wastie, 1972). По данным авторов, оптимум для развития многих патогенов находится в пределах 20-30С.
В целях определения влияния температурного режима на развитие возбудителя антракноза люпина нами были проведены лабораторные и оранжерейные опыты. Гриб C.lupini var. lupini выращивали в чистой культуре на различных агаровых средах в диапазоне температур от 5 до 35С. В процессе роста колоний гриба систематически фиксировали прирост мицелия и интенсивность спорообразования. Данные результатов наблюдений представлены нарис. 20 и 21.
Как видно на рис. 20, наибольший прирост мицелия на различных агаровых средах наблюдается в интервале 20-25С. Оптимальной температурой для развития мицелия является температура 22С (рис. 21). При температуре ниже 10С рост мицелия гриба резко замедляется, диаметр колонии патогена при этой температуре достигает на 15 сутки культивирования лишь 1 см.
Те же закономерности отмечены в опыте по изучению влияния температуры на процесс спорообразования. Максимум образования конидий у возбудителя антракноза люпина отмечен при температуре 20С и составляет 5,0x105 шт./мл на 35 сутки, при 25С количество образующихся конидий несколько ниже оптимума и достигает 2,0x105 шт./мл на 35 сутки (рис. 22). Рост мицелия гриба при этих температурах в тоже время практически совпадает. При низких (ниже 5С) и высоких (выше 30С) температурах процесс конидиеобразования резко замедляется.
Температура, как установлено исследованиями, влияет и на продолжительность инкубационного периода. Так, проведенные опыты показали, что наименьший инкубационный период - 2 суток - наблюдался при 25С и выше. При температуре 20С он составил 3 суток, при 15С - 4-4,5 суток. При температуре 10С он достигал 6-8 суток.
В оранжерейных опытах было проверено влияние продолжительности увлажнения на развитие антракноза. Растения в фазу стеблевания инокулировали суспензией конидий патогена и накрывали полиэтиленовыми пакетами для создания влажной камеры с влажностью 98-100%. Результаты позволили выявить тенденцию нарастания болезни с увеличением периода увлажнения (таблица 9). Из приведенных данных видно, что в полевых условиях при температуре воздуха 22-25С для заражения растений достаточно нескольких часов (3-5) увлажнения (дождь, роса). При более продолжительном увлажнении и наличии достаточного количества инфекции возможно развитие эпифитотии антракноза. В тоже время при низких температурах воздуха важную роль играет _ длительность периода увлажнения.
У нас в стране возбудитель антракноза люпина развивается только в анаморфной стадии. Возобновление инфекции в поле весной происходит за счет высева пораженных семян. При благоприятных условиях болезнь проявляется на всходах, с которых конидиями распространяется на соседние растения. В условиях высокой влажности на язвах гриб образует ацервулы с большим количеством конидий или конидии формируются прямо на мицелии. На пораженных антракнозом растениях люпина, собранных в Брянской, Псковской и Ленинградской областях, ацервулы на пораженных растениях образуются в огромных количествах, каждая из которых формирует от 1000 до 1 млн. конидий.
Конидии гриба являются основным источником возобновления и распространения антракноза в период вегетации. Их распространение происходит во время ливней с ветрами. Попадая на растение, споры прорастают в ростковые трубки только при 100% влажности воздуха, или в каплях воды. Часто при прорастании в набухших конидиях имеет место образование поперечной перегородки. На скорость прорастания конидий большое влияние оказывает не только наличие влаги, но и температура воздуха. Для уточнения влияния температуры и влаги на прорастание конидий С. lupini var. lupini и накопления инфекционного начала возбудителя были поставлены специальные опыты в лабораторных условиях в течение ряда лет. В опытах использовали конидии, полученные с пораженных в естественных условиях растениях люпина, а также конидии, сформировавшиеся в колониях гриба на питательных агарах или жидких средах.
Конидии гриба в одной серии опытов наносили на сухие предметные стекла, а в другой - суспензию конидий с разной плотностью наносили на предметные стекла по три капли и выдерживали во влажной камере 1-5 суток. Препараты просматривали под микроскопом в первые сутки через каждые 3 часа, а затем ежедневно через 8-12 часов. В результате многократного повторения опытов мы получили сходные данные, показывающие, что конидии гриба, помещенные на сухие предметные стекла в отсутствии питательных агаровых сред и воды, несмотря на высокую влажность воздуха (90-95%), не прорастали. Конидии успешно прорастали в капельножидкой влаге уже через три часа, образуя ростковые гифы, на которых впоследствии образовались характерные для видов рода Colletotrichum структуры - аппрессории.
Полевая оценка устойчивости районированных и перспективных сортов и сортообразцов к антракнозу
Изучение перспективных и районированных сортов на искусственных и естественных инфекционных фонах в различных агроклиматических зонах России и выделение среди них устойчивых форм позволит использовать перспективные малопоражаемые сорта люпина для селекции и рекомендовать их для внедрения в производство.
Оценка болезнеустойчивости сортов люпина была проведена в течение 3 лет (1996-1998 гг.). Всего за три года было оценено на искусственном инфекционном фоне 75 сортов трех видов люпина: желтого, белого и узколистного. Сорта были получены из Брянского ВЫИИ люпина и коллекции ВИР.
Годы исследований были различны по погодным условиям. Наиболее засушливы - 1996 и 1997 (56 мм и 42,3 мм за июнь-июль, соответственно); 1998 год отличался более влажным летом (142,5 мм,). В течение вегетационного периода проводили учеты развития антракноза в фазы онтогенеза растений с наибольшим проявлением болезни.
Среди тестируемого ассортимента не было выявлено иммунных или высоко устойчивых образцов. Выборочные результаты представлены в таблицах 16, 17, 18. Обобщенные данные подробно представлены в таблицах 3, 4, 5 Приложения.
По нашим данным, все районированные сорта российской, украинской или белорусской селекции были средне или сильно восприимчивы к антракнозу (Брянский 6, Ипутьский, Дружный 165, Горизонт, Мановицкий, Новозыбковский 3434, Брянский 123 и др.).
Установлено, что во влажные годы (благоприятные условия) развитие болезни на бобах превышало 70%, особенно на сортах желтого и белого люпина. Сортообразцы люпина узколистного были менее поражены антракнозом в стеблевания и цветения, однако, к фазе сизого боба развитие болезни на отдельных сортах (Новозыбковский 3434, Брянский 123, Брянский 13) превышало 50-70%.
Сорта зарубежной селекции проявляли большую устойчивость, вместе с тем, развитие антракноза в благоприятные годы на бобах превышало 30-50%.
Не было отмечено поражение на дикорастущих сортах (к- 2289-2292). Это можно объяснить повышенным содержанием алкалоидов в растениях, а также тем, что растения не успели достичь наиболее уязвимой для болезни фазы в своем развитии - бутонизации.
Таким образом, при оценке устойчивости к антракнозу изученных нами районированных и перспективных сортов люпина экспресс-методом и в полевых условиях нами не выявлено устойчивых форм люпина к этому заболеванию. К средне поражаемым следует отнести сорт желтого люпина БСХА 382, белого люпина - LA 22 и узколистного - Беняконский 335.
Следует отметить, что в настоящее время на базе ВНИИ люпина (г. Брянск) активизирована работа по селекции люпина на болезнеустойчивость люпина к антракнозу, а также к комплексу других заболеваний. В результате созданы устойчивые сорта желтого люпина Пересвет и Демидовский с групповой устойчивостью к антракнозу и фузариозу, которые рекомендованы для внедрения в сельскохозяйственное производство (Агеева и др.,2005).
Это предполагает дальнейший поиск устойчивых образцов на основе более широкого анализа различных компонентов устойчивости, обусловленных конституционной устойчивостью, проявляющейся в послевсходовый период, коротким периодом созревания у растений; латентного периода, динамикой нарастания споропродуктивности.
1. Выявлен ареал антракноза в России. Заболевание распространено в северо-западном и центральном регионах Нечерноземья, а также в Центральной Черноземной зоне. ,
2. Вредоносность болезни проявляется в резком снижении семенной продуктивности растений и ухудшении качества зеленой массы. По нашим данным, массовое поражение посевов желтого люпина в эпифитотийные годы (распространенность болезни - 95-100%), развитие - 75-90% ) вызывает снижение урожая зерна на 70-95%, что делает возделывание культуры нерентабельным.
3. На основании экспериментального изучения вредоносности антракноза люпина составлены шкалы показателей недобора урожая в зависимости от степени поражения растений заболеванием в определенные фазы их роста и развития.
4. Возбудителем антракноза люпина в нашей стране является несовершенный гриб Colletotrichum lupini var. lupini (Bondar) Nirenberg, Feiler & Hagedorn comb. nov. - сравнительно узкоспециализированный патоген, проявляющий высокую специфичность по отношению к растению-хозяину. Онтогенез гриба включает вегетативную стадию - мицелий и бесполое спороношение - конидии, расположенные в ацервулах (ложах) и аппрессории, образующиеся при прорастании конидий и играющие важнейшую роль в патогенезе болезни.
5. Изучены процессы и особенности прорастания конидий в аппрессории. Показано, что конидии более чувствительны к низкой относительной влажности и погибают в течение нескольких дней. Аппрессории гриба отличаются повышенной жизнеспособностью и при неблагоприятных условиях могут сохраняться длительное время (1-1,5 месяца) без снижения инфекционности.
6. Выявлено, что патоген образует в течение вегетационного периода несколько генераций конидиального спороношения. Необходимым условием для образования и распространения конидий являются часто выпадающие дожди, скорость ветра, ночные росы. При таких "стимулирующих" факторах интенсивность распространения конидий очень велика. Оседание их на поверхность растения достигает- 3-5x104 шт./см2 растительной ткани, что может обеспечивать высокий уровень распространения и развития болезни.
7. Установлено, что возбудитель антракноза развивается в широком диапазоне температур (минимум +5С, максимум 35С, оптимум 20-22С) и высокой относительной влажности воздуха. Выявлены факторы и условия, определяющие развитие антракноза на желтом люпине по годам. Установлена достоверная зависимость интенсивности развития болезни в полевых условиях с погодными факторами. Основными определяющими показателями являются количество осадков и среднесуточные температуры за июнь-июль месяцы текущего года для Ленинградской области. Для Брянской области - количество осадков за апрель-май-июнь и температура за июнь-июль текущего года.
8. Источниками первичной инфекции являются преимущественно зараженные семена, в которых гриб сохраняется не менее 2-х лет, а также зараженные растительные остатки с конидиями и мицелием, находящиеся под укрытиями или в больших скирдах соломки на полях.
