Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 8
1.1 Морфологические и биологические особенности возбудителей корневых гнилей 8
1.2 Биоценотическая роль Bipolaris sorokiniana 16
1.3 Особенности патогенеза при поражении отдельных органов 25
1.4 Вредоносность корневых гнилей и способы ее снижения 31
2. Условия и методика проведения экспериментов 50
2.1 Почвенно-климатические условия 50
2.2 Объект и методы исследования 60
3. Результаты исследований 75
3.1 Развитие корневых гнилей в Иркутской области 75
3.2 Технология предпосевной подготовки семян 82
3.3 Сравнительное изучение и испытание некоторых перспективных протравителей 86
3.4 Лабораторное изучение фитотоксичности персоли и способа ее снижения 89
3.5 Влияние регулятора микосимбиотрофизма флавосил на снижение развития корневых гнилей и урожайности яровой пшеницы 91
3.6 Оценка перспективности изученных препаратов в качестве протравителей против корневых гнилей 93
3.7 Сравнительная эффективность протравителей и индукторов фитой ммунитета 99
3.8 Оценка наиболее перспективных препаратов 105
3.9 Эффективность применения препаратов 107
3.9.1. Экономическая эффективность применения протравителей и индукторов фитой ммунитета 107
3.9.2. Биоэнергетическая оценка эффективности применения протравителей и индукторов фитой ммунитета 110
Выводы 115
Рекомендации производству 116
Библиографический список используемой литературы 117
Приложение 141
- Биоценотическая роль Bipolaris sorokiniana
- Вредоносность корневых гнилей и способы ее снижения
- Технология предпосевной подготовки семян
- Оценка перспективности изученных препаратов в качестве протравителей против корневых гнилей
Введение к работе
Снижение урожайности яровой пшеницы в Приангарье на 10-30%, до 50% вызывают корневые гнили, получившие здесь 100% распространение.
Для повышения устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам применяют регуляторы роста (Немченко, 1999). По мнению Дж. Никелла (1984). применение регуляторов роста для повышения адаптивности и урожайности возделываемых растений - наиболее перспективное направление в конце XX века.
Применение фунгицидов влечет подавление микоризных грибов, что повышает зависимость успешного возделывания сельскохозяйственных культур от применения минеральных удобрений, особенно фосфорных (Пилыцикова, 2000). По этой причине ведется поиск экологически безопасных средств защиты растений (Корзинников, 1997; Немченко, 1999), включая регуляторы микосимбиотрофизма (Зольникова и др., 1997) и вторичные метаболиты растений (Балашова, Жученко и др., 2004). Причем применение регуляторов роста и микосимбиотрофизма более эффективно повышает урожайность яровой пшеницы при 100% распространении корневых гнилей пшеницы, по сравнении с химическими протравителями (Монастырная и др., 1994; Троязыков и др., 2004, а).
Цель исследований. Поиск и испытания наиболее эффективных и экологически безопасных средств защиты растений от корневых гни- лей, применяемых в предпосевной подготовке семян для повышения урожайности яровой пшеницы в условиях Приангарья. Основные задачи:
Модифицировать метод применения средств защиты растений при предпосевной подготовке семян.
Определить наиболее эффективные и экологически безопасные протравители против корневых гнилей.
Провести скрининг и испытания наиболее эффективных средств снижения развития корневых гнилей.
Научная новизна: разработан новый способ предпосевной подготовки семян модифицированным методом инкрустации - «аквагидрофобизация» (патент РФ № 2261573 от 10.10.2005 Бюл. №28); впервые в качестве защитно-фунгицидного препарата изучено применение против корневых гнилей экологически безопасного препарата персоль; выявлена большая эффективность индукторов фитоиммунитета гумат-80, крезацин, флавосил и терпенсил, по сравнению с химическими протравителями, в снижении развития корневых гнилей и повышении биопродуктивности.
Защищаемые положения:
Модифицированный метод инкрустации семян — «аквагидрофо-бизация», пролонгирующий действие химических средств защиты растений.
Эффективность применения регуляторов роста - индукторов фи-тоиммунитета на посевах яровой пшеницы.
Эффективность использования для предпосевной обработке семян перспективных препаратов, подавляющих корневые гнили яровой пшеницы.
Практическая значимость работы. Предложенный новый способ предпосевной подготовки семян модифицированным методом инкрустации - «аквагидрофобизация», а также применение наиболее эффективных индукторов фитоиммунитета определяется общей доступностью в производственных условиях Приангарья.
Апробация работы и публикация результатов исследований.
Основные положения работы доложены на конференции Иро АН Высшей школы, Иркутск, ИГЭА, 2002; на конференции, посвященной 50-летию аспирантуры в ИрГСХА, в 2003г.; на юбилейной конференции 2004 года в ИрГСХА; патент РФ №2261573, от 10.10.2005. Бюл. №28; по материалам исследований опубликованы 10 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и рекомендаций производству, приложения. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 15 рисунков, приложений 6. Библиографический список включает 167 наименований, в том числе 16 иностранных источников.
Биоценотическая роль Bipolaris sorokiniana
В природе функционирование симбионтных систем в биоценозах, например зоомикробиотических комплексов носит устойчивый характер за счет сильной ферментативной системы микроорганизмов, совершенной пищевой ориентации насекомых и отзывчивости растений на мобилизирован-ный животными и микроорганизмами формы органогенов (N, Р, К), при важной роли биологически активных веществ растений (Стебаев, 1984).
Общей чертой механизмов коэволюции микроорганизмов и растений в системах симбиоза и паразитизма является то, что ведущую роль в эволюции этих систем играет растение-хозяин, которое является важным фактором формообразования у взаимодействующего с ним микроорганизма, что определяется синтезом растениями регуляторов фенольной природы (Про-воров, 1987; Проворов, Ароштам, 1989).
Только при учете симбиотрофного существования растений, т.е. обязательного участия микроорганизмов в ряде жизненно важных процессов в растительных организмах, можно решить многие не решенные ранее вопросы, касающиеся их жизнедеятельности.
Ростовые вещества в растении, происхождение которых ученые безуспешно пытаются установить уже более 80 лет, синтезируют для него симби-онтные грибы (Гельцер, 1990).
Известный ботаник академик В.П. Комаров (по Гельцер, 1990) считал, что те растения, которые питаются самостоятельно, принадлежат к «ауто-трофам», а растения, в корнях которых поселяются микроорганизмы, питающиеся их углеводами и взамен отдающие им фиксированный из воздуха азот, он называл «гетеротрофами». На протяжении последних ста лет ученые разных стран установили, что количество микотрофных растений составляет примерно 80% общего количества изученных, а в благоприятных для их роста условиях - все 100%.
Постепенно одностороннее представление о патогенном действии всех представителей микробного мира начинает уступать фактам, свидетельствующим о необходимости участия многих микроорганизмов в осуществлении жизненно важных функций растений, а также об их способности оказывать защитное действие от патогенных микроорганизмов.
Умение выращивать растение в стерильных условиях служит бесспорным доказательством необязательности участия микроорганизмов в его жизнедеятельности. Однако стерильное растение всегда выращивают из природного семени, обогащенного продуктами метаболизма таких симбио-трофных микроорганизмов растений, как эндофиты, эпифиты и ризосфер-ные бактерии. При оптимальном питании этих растений они значительно отстают в росте в отличие от не стерильных в контроле (Гельцер, 1990).
Широко известно сожительство растений с микоризными грибами. По литературным данным, почти все растения имеют на своих корнях микоризные грибы, с которыми находятся в большей или меньшей симбиотической связи. У некоторых видов растений сожительство с грибами настолько тесно, что без него растения не могут нормально развиваться (Красильников, 1958). Впервые обнаружили наличие грибов в корнях древесных и травянистых растений ранние исследователи их анатомического строения. Они считали, что наблюдаемые гифы являются органами самого растения. Вскоре С. Рейссек (по Гельцер, 1990) установил, что эти гифы принадлежат самостоятельным организмам, живущим совместно с растениями. М. Шлейден (по Гельцер, 1990) показал частую встречаемость гиф в корнях орхидных растений, после чего многие исследователи обнаружили их в корнях папоротниковых, мятликовых, мхов и ряда других семейств.
А. А. Ячевский (1933) привел самый обширный список растений, в корнях которых им и другим исследователями была установлена эндотрофная микориза. В нем указаны и сельскохозяйственные культуры, которые редко упоминались другими авторами (рожь, пшеница, ячмень, лен и свекла).
Еще в 1961 году П.М. Штеренберг обследовала на юге Одесской области корни многолетних мятликовых, бобовых и разнотравья, а также различных сельскохозяйственных культур и выявила их микотрофность. И. Д. Рубцова изучала микотрофность у сорговых и многочисленных растений из семейства мятликовых. Она подчеркнула, что в Воронежской области не встречала не микоризных растений в пределах этого семейства (по Гельцер, 1990).
Вредоносность корневых гнилей и способы ее снижения
Исследования показывают, что во время прорастания семян в условиях Иркутской области от возбудителей корневой гнили ежегодно погибает до 30% растений пшеницы, что является одной из главных причин снижения полевой всхожести. Эта гибель обусловлена в основном семенной инфекцией, так как загнивание проростков и корешков чаще всего наблюдается в непосредственной близости от зерновки или пораженные семена вообще не образуют ростка (Ветров, Балаболин, 1974).
Значительная часть растений поражается корневой гнилью не только в период всходов, но и в более поздние фазы развития (главным образом от инфекции, находящейся в почве). Гибель растений от корневой гнили в этот период составляет 6-10%. У возбудителей корневых гнилей имеется довольно выраженная способность к поражению отдельных частей растений. Так, грибы рода Фуза-риум выделяются в основном (74-76%) из пораженных первичных и вторичных корней и значительно реже (9,5-32,5%) из основания стеблей. Helminthosporium sativum поражает главным образом основания стеблей (58-81%) и очень редко корни (Ветров, Балаболин, 1974). Степень снижения продуктивности пораженных растений - величина непостоянная. Она может изменяться в зависимости от срока заражения, па тогенности возбудителя, погодных условий и агротехники возделывания культуры. Эти вопросы изучались рядом исследователей в различных поч-венно-климатических условиях.
По данным Е. М. Санкиной (1977 г.), у больных растений вышедших на поверхность, отмечается побурение подземной части стебля в виде отдельных пятен или сплошное. У таких растений, пораженных даже в слабой степени, корневая система недоразвита, вторичных корней мало, но пора-женность посевов в этот период редко превышает 10%, что не приводит к заметному изреживанию и не вызывает тревоги.
Позднее, в фазу колошения, проявляется признак белостебельности. На зеленом фоне общего посева такие, преждевременно побелевшие, растения резко выделяются. Они обычно ниже здоровых, легко выдергиваются из почвы, так как корни и основания стебля у них загнившие. В посевах их встречается, как правило, от 1 до 5%, что также мало беспокоит специалистов.
Наиболее активно заболевание проявляется с момента налива зерна, что может означать усиление конкуренции различных аттрагирующих центров (семян и пораженных тканей). В зависимости от сложившихся условий для развития болезни больные растения начинают быстро или постепенно отмирать. Наблюдается как бы раннее преждевременное созревание хлебов, что вызывает тревогу специалистов за судьбу урожая. Е. М. Санкина (1977 г.) отмечала случаи сильного проявления корневых гнилей в этот период на пшенице в хозяйствах Горьковской области: в 1968 г. - пораженность 68,8% при развитии 36,5%, в 1969 г. - 59,1% и 26,6%, в 1970 г. - 82% и 49%. По ее результатам анализов установлено, что в большинстве случаев влияние корневых гнилей на продуктивность растений проявлялось в угнетении их и повышалось с увеличением степени поражения. Так, снижение продуктивности растений выражалось у яровой пшеницы Горьковская 20 при слабой степени поражения (балл 1) от 18,8 до 25,7%, при средней (балл 2) от 52,0 до 61,5%, у сильно пораженных (балл 3) растений зерно в колосе совсем не образовывалось. Определение зараженности зерна и микробиологический анализ пораженных растений показали, что основным возбудителем корневой гнили на Урале является Гриб Helminthosporium sativum. И особенно значительна его вредоносная деятельность на ранних фазах развития пшеницы: от проростка до выхода в трубку. Этот гриб сохраняется в зерне в виде мицелия. По данным Н. Л. Полозовой и др. (1981), в Ленинградской области, обычная корневая гниль зерновых культур является вредоносным заболеванием, потери зерна от нее могут составлять от 1,2 до 23,7% в зависимости от степени развития болезни и сорта. Опытами Т. А. Барбаяновой и Ф. Л. Радун (1989) установлено, что ячмень - наиболее поражаемая культура черным зародышем в условиях Московской области. Почернение зародышевой части пораженного зерна получило название «черного зародыша». Возбудитель болезни — чаще Alternafia tenuis, реже Bipollaris sorokiniana.
Сильно пораженные семена в полевых условиях служат источником распространения болезни на здоровые соседние проростки. Поражение черным зародышем приводит к снижению всхожести семян, у ячменя - 36,5%, а у семян пшеницы - 12,5%. Такое различие по степени вредоносности объясняется тем, что из чернозародышевых семян этих культур выделялись различные возбудители: у пшеницы в основном альтер нар и озные грибы, у ячменя В. sorokiniana. Альтернариозные грибы сосредотачивают свой мицелий в основном в перикарпе зерна, не затрагивая зародыша, поэтому всхожесть семян пшеницы несколько выше, чем у ячменя. Мицелий же В. sorokiniana может сосредотачиваться как в оболочке - эндосперме, так и в тканях зародыша, приводя его подчас к полной гибели. В результате такого поражения всхожесть у таких семян составляет 60-65%.
Видовой состав грибов, вызывающих корневую гниль пшеницы, может быть различным в зависимости от зоны выращивания культуры. Исследованиями многих авторов установлена эколого-географическая приуроченность возбудителей, а в связи с этим отмечено их различие в специализации и патогенности (Ветров, Коршунова др., 1971; Коршунова, Чумаков, Щекочихина, 1976).
Технология предпосевной подготовки семян
Применение пленкообразующих составов для предпосевной подготовки семян является ведущей стратегией применения химических средств защиты растений для предпосевной подготовки семян (Лебединцева, Тютерев, 1994; Жалиева, 2004). Применение средств защиты с пленкообразователями на водной основе ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и не обеспечивает качественную защиту семян (Сметанко, 1990).
Задачей нашей работы является повышение эффективности предпосевной подготовки семян. Эта задача решается применением поливинилаце-тата (ПВА) - [СН3 - СН(ОСОСН)3]п М.М. 500-1600 тыс.; плотн. 1,18-1,19 г/см3, в воде не растворяется, но медленно распадается в воде и почве. Обла-дает хорошей адгезией к органическим материалам, водные дисперсии него- рючие и биологически безвредны. ПВА применяют для обработки семян в виде 1-2% водных эмульсий с применением стандартных машин (ПС-10, «Мобитокс» и др.).
Прочность удержания на поверхности семян средств защиты растений изучали по осыпанию с поверхности семян ультрадисперсного порошка окиси железа (УДЖ). УДЖ вводили в 1% и 2% водную эмульсию ПВА исходя из норм расчета: 25 л. состава на тонну семян, 5 кг. УДЖ на тонну семян, в сравнении с 2% метил целлюлозой. Семена обрабатывали вручную и после высушивания до сыпучести подвергали длительному встряхиванию. Осыпавшиеся УДЖ и частицы пленки взвешивали. Результаты представлены на рисунке 8. Обработка семян пшеницы ультрадисперсным порошком окиси железа с помощью 2% ПВА повышает удерживаемость протравителя на поверхности семян более чем на 30%, по сравнению с метилцеллюлозой и 1%ПВА.
Таким образом, применение в качестве пленкообразователя 2% водную эмульсию ПВА позволяет повысить качество обработки семенного материала, а, следовательно, и более эффективно использовать возможности применяемого препарата в борьбе с корневыми гнилями.
Погодные условия в годы проведения исследований не были оптимальными в течение вегетации для нормального роста и развития яровой пшеницы. Дефицит или избыток влаги, существенное изменение температурного режима, даже в течение суток. Все это способствовало угнетению и ослаблению растений яровой пшеницы. В таких условиях растения становятся более восприимчивыми к возбудителям корневых гнилей. Несмотря на это за счет применения поливи нилацетата (2% ПВА) урожайность яровой пшеницы повысилась в среднем на 0,4 т/га .
Широкомасштабные опыты, проведенными научными учреждениями по сельскому хозяйству показали, что 46% прироста урожайности яровой пшеницы при интенсивной технологии ее возделывания обусловлены защитой растений от патогенов. Эти результаты достигнуты преимущественно применением пестицидов, что привело к обострению проблемы охраны окружающей среды. В связи с задачами снижения химического стресса в земледелии предпочтение отдается экологически безопасным средствам защиты растений (Корзинников, 1997; Немченко, 1999). Экологически безопасными веществами являются препараты, синтезированные на основе наиболее массовых химических элементов биосферы: Fe, 02, Si, А1 (Корзинников, 1997). В этом случае даже килограммовые дозы химических средств защиты растений, вносимые на один гектар, не способны изменить экологию даже за сотни лет использования. Мы провели сравнительные испытания этих препаратов и эталонного протравителя фенорам супер (табл. 9).
По результатам предварительных испытаний 1998-2001 г.г. можно сказать, что опыты, проведенные с препаратами, используемые в качестве протравителей семян яровой пшеницы от корневых гнилей показали перспективность их применения (табл. 9). На основании полученных данных была продолжена работа по разработке новых средств снижения развития корневых гнилей.
В отсутствие обработки семян протравителями наивысшая распространенность и интенсивность заболевания были в фазе всходов: 92% и 25%, соответственно (табл. 10). Снижение, по сравнению с предыдущими опытами, дозировки препарата персоль до 1,85 кг/т и 1,25 кг/т снизило фитотоксичность препарата, судя по возрастанию урожайности с 1,93 т/га в контроле до 1,98 т/га и 2,13 т/га с персолью. Однако эффективность его в фазе кущения резко уменьшается: снижение интенсивности заболевания в опытных вариантах происходит относительно в меньшей степени, чем в контроле. Достоверно, при HCPQ5, повышение урожайности наблюдается в вариантах ацетал 2,5 г/т и ферросил 15 кг/т. В этих вариантах происходит и наиболее заметное снижение интенсивности развития заболевания - с 24,9% до 15,5% и 15,2%, соот ветственно.
Выявление функциональной связи урожайности с величинами распространенности и интенсивности заболевания корневой гнилью, путем расчета коэффициента детерминации (dxy), показала, что 94% колебаний в урожайности в наших опытах вызывается колебаниями интенсивности развития заболевания в фазу всходов (табл. 10). При проведении сравнительных испытаний было выявлено, что, несмотря на подавление персолью корневых гнилей, урожайность при этом не повышалась. В связи с этим мы провели ряд лабораторных исследований.
Оценка перспективности изученных препаратов в качестве протравителей против корневых гнилей
Для защиты от корневых гнилей мы предлагаем применение новых экологически безопасных протравителей семян: персоль, ацетал, УДЖ, фер-росил и др. Из этого числа наиболее экологически безопасным является производное перекиси водорода - персоль, запатентованный в качестве стимулятора роста и урожайности растений. Результаты испытаний 1998-2001 г.г. показали, что персоль эффективен против корневых гнилей, однако урожайность яровой пшеницы при этом не повышается.
За период с 1998 по 2004 г.г. наиболее неблагоприятные условия для выращивания зерна яровой пшеницы сложились в 2003 году. Наряду с усилением весенне-летней засухи, сдвиг максимума выпадения осадков на август-сентябрь привел к массовому развитию подгона и сорняков. Все это способствовало снижению урожайности.
Тем не менее, предпосевное протравливание семян препаратом персоль-10 кг/т повысило урожайность более чем на 0,20 т/га (0,22 т/га) при НСРооі = 0,14 т/га (табл. 13). Наивысшая урожайность 1,12 т/га получена в варианте с эталонным протравителем фенорам-супер-2 кг/т. Это доказывает, что защита от корневых гнилей вносит существенный вклад в формирование урожая зерна яровой пшеницы в Приангарье. В 2002 году исследования были расширены с включением в число испытуемых новых препаратов. В «теплый» 2002 год из 15 вариантов опыта в 12 получено достоверное при HCPoi повышение урожайности (табл. 14). Из вариантов с индукторами фитоиммунитета стоит отметить терпенсил 1 г/т и гумат-80 1 г/т, биологическая эффективность которых была высокой и составила 30,5% и 21,3% соответственно. Также эти варианты способствовали повышению урожайности (в среднем на 0,19 т/га). Из протравителей варианты с персолью 1,87 кг/т и ферросил 15 кг/т были наиболее эффективными как в снижении заболеваемости (биологическая эффективность составила 23,4% и 27,7% соответственно), так и в повышении урожайности яровой пшеницы. Прибавка урожайности в данных вариантах, в среднем, составляла 0,24 т/га. В 2003 году лучшие варианты опытов мы сравнивали с действием эталона - фенорам супер 2 кг/т.
В аномально засушливый 2003 год наиболее эффективен был эталонный препарат, показав прибавку урожая в 0,34 т/га при HCPoi =0,18 т/га. В этом же варианте отмечено и наиболее сильное подавление корневых гнилей, биологическая эффективность - 8,4%. (табл. 15). Из испытываемых препаратов - персоль - 10 кг/т, повысил урожайность на 0,25 т/га при НСРШ =0,18 т/га, биологическая эффективность составила 13,4 %. Влияние других препаратов на повышение урожайности было недостоверным. В контрастный, по сравнению с предыдущими годами, по погодным условиям 2004 год в сравнении с препаратом виал испытания новых препаратов были продолжены. Количество выпавших осадков в 2004 году оказалось самым наибольшим за все три года исследований. Характер увлажнения в течение лета был нестабильным. Так в начале вегетации количество осадков было крайне мало, во второй же половине вегетационного периода количество осадков превышало двойную норму. Это не могло не отразиться на степени развития заболевания по сравнению с предыдущим годом.
Из всех препаратов испытанных в 2004 году варианты с персолью - 10 кг/га и препарата ПВА (2%), используемого в качестве пленкообразователя, дали прибавку урожая на 0,56 т/га и 0,68 т/га соответственно, при HCP0i = 0,26. Так как в варианте с ПВА (2%), интенсивность заболевания несколько превосходила контроль, следовательно, и биологическая эффективность оказалась отрицательной. Препарат, используемый в качестве эталона сравнения (виал — 0,5 л/т), хотя и значительно снижал заболеваемость растений, по урожайности он уступал упомянутым выше вариантам. Также необходимо отметить результаты испытаний препарата ферро-сил - 15 кг/т, который показал не только высокую прибавку урожайности (0,45 ц/га), но и биологическую эффективность (31,5%).
