Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 9
Глава II. Материалы и методы 50
2.1. Материалы 50
2.2. Методы учетов и анализов 62
Глава III. Результаты исследований и их обсуждение 75
3.1. Лабораторные опыты 75
3.1.1. Влияние различных температур на рост мицелия и образование конидий A.alternata in vitro 75
3.1.2. Влияние различных температур на жизнеспособность конидий A.alternata in vitro 84
3.1.3. Влияние Силипланта, Циркона, фунгицида и их смесей на жизнеспособность патогена A.alternata in vitro 93
3.1.4. Искусственное заражение листьев картофеля инфекционными блоками (мицелий и конидии) и суспензиями конидий в различной концентрации A.alternata in vitro 101
3.1.5. Влияние Силипланта и Циркона на развитие A.alternata при искусственном заражении растительного материала (листья томата) 102
3.1.6. Оценка размножения и поддержания жизнеспособности A.alternata 108
3.2. Полевые опыты 111
3.2.1. Организация системы защиты картофеля от альтернариоза 111
3.2.2. Влияние обработок клубней и растений на урожайность картофеля.. 134
3.2.3. Хранение картофеля 141
3.2.4. Отработка элементов прогноза и систем принятия решений (СПР) по обработкам против альтернариоза картофеля 147
Заключение 168
Выводы 169
Рекомендации производству 171
Библиографический список
- Влияние различных температур на рост мицелия и образование конидий A.alternata in vitro
- Искусственное заражение листьев картофеля инфекционными блоками (мицелий и конидии) и суспензиями конидий в различной концентрации A.alternata in vitro
- Организация системы защиты картофеля от альтернариоза
- Отработка элементов прогноза и систем принятия решений (СПР) по обработкам против альтернариоза картофеля
Введение к работе
Актуальность исследований. В современной интегрированной защите картофеля от болезней и вредителей уделяется большое внимание, прежде всего устойчивым сортам и использованию химических средств защиты растений. Однако в настоящее время все большее значение приобретает проблема здоровья людей, которая непосредственно связана с экологической безопасностью продуктов питания. Сегодня не менее 8-10% произведенной продукции растениеводства отечественной и импортной бракуется из-за высокого содержания в ней пестицидов (Дорожкина Л.А. и др., 2012). Прежде всего, это связано с их многократным применением.
Уменьшить пестицидную нагрузку можно, если проводить обработки растений по прогнозу, используя пестициды в смеси с антистрессовыми препаратами. В связи с этим необходимо было усовершенствовать и развивать существующие методы прогноза, что позволило бы существенно снизить кратность обработок пестицидами либо отказаться от них вовсе, заменив их более безопасными препаратами или их смесями с заниженными нормами расхода пестицидов. Как показали исследования Л.А. Дорожкиной с соавторами (2005-2011), В.Н. Зейрука, О.В. Абашкина (2011) уменьшить норму расхода пестицидов можно при совместном их применении с мнгогофункциональными регуляторами роста и препаратами кремния.
Наиболее ощутимые потери урожая картофеля связаны с поражением растений возбудителями фитофтороза и альтернариоза. Несмотря на определенные различия в характере развития этих болезней, они имеют много общего в распространении инфекции, и для подавления их распространения и развития используются в основном одни и те же фунгициды, а так же их смеси с такими регуляторами роста как Циркон, Эпин-Экстра, микроудобрением Силиплант. Однако многие аспекты высокой эффективности действия данных смесей до сих пор выяснены, в частности, уровень фунгицидной активности кремнийсодержащего удобрения Силипланта и регулятора роста Циркона.
Применение подобных смесей и изучение механизма их действия обусловлено не только экономическими, но и экологическими факторами, связанными с охраной окружающей среды.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые установлено ингибирующее действие регулятора роста Циркона и кремнийсодержащего удобрения Силипланта на развитие Alternaria alternata (Ell.et.Mart.), которое проявилось в торможении роста колоний патогена и резкого снижения численности конидий. Использование этих препаратов совместно с фунгицидами при протравливании клубней и опрыскивании вегетирующих растений позволило сократить норму расхода пестицидов на 20-50%. Данные смеси проявили высокую биологическую эффективность и по результативности действия не уступали рекомендованным нормам расхода фунгицидов. Рекомендовано использование сигнальных участков для прогноза распространения альтернариоза и соответствующих степеней опасности его развития, которые позволяют корректировать сроки обработки и кратность применения фунгицидов и их смесей.
Практическая ценность работы. Доказано, что Циркон и Силиплант уменьшают поражаемость картофеля альтернариозом, что приводит к повышению урожайности. Баковые смеси Cилипланта или Циркона со сниженными нормами расхода фунгицидов до 50% обеспечивают получение большего урожая, чем рекомендованные нормы препаратов. Разработанные элементы прогноза позволяют своевременно организовать и провести защитные мероприятия для подавления альтернариоза и повысить урожайность картофеля.
Апробация и публикация результатов исследования. Материалы диссертации доложены на международной научной конференции молодых учёных и специалистов РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева (июнь 2011 г.) и на научно-практической конференции в РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева «Проблемы развития АПК и сельских территорий в XXI веке» (декабрь, 2011), на научно-практическом совещании в МГУ имени М. В. Ломоносова «Генетические и агротехнологические ресурсы повышения качества продовольственного и технического картофеля» (март 2012 г., Москва), на научно – практической конференции «Гавриш» посвященной производству овощей закрытого грунта (апрель и октябрь 2012).
По материалам работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 – в журналах списка ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 62 таблиц и 60 рисунков. Работа состоит из 3 глав: обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты исследований; выводы и практические рекомендации. Список литературы содержит 155 источников, в том числе 66 работы иностранных авторов.
Влияние различных температур на рост мицелия и образование конидий A.alternata in vitro
Для определения уровня инфекционного фона, который может создаваться в результате возделывания картофеля особенно при монокультуре, необходимо было оценить влияние низких температур, которые могут воздействовать на жизнеспособность конидий A. alternata в зимний период.
Для этого в лабораторных условиях провели специальный опыт с российским и иранским изолятами патогена. Для проведения опыта вырастили два изолята патогена, провели подсчет конидий и заложили в разные температурные условия. В результате проведенного опыта установили, что конидии патогена переносят различные температуры и сохраняют свою жизнеспособность. После закладки конидий в различные температурные условия получили следующие результаты: патогенны, которые выдерживали при температуре -20-22 С, давали наименьшее число конидий, самое большое их количество отмечали на 6 сутки после высадки на искусственные питательные среды, причем оба изолята дают практически одинаковое количество конидий, как на ОИПС так и на КМА, российский изолят образует больше конидий, чем иранский изолят (табл. 15).
На третьи сутки после помещения чашек Петри в морозильную камеру при температуре - 20 - 22С. и размораживания чашек провели подсчет конидий в 10 полях зрения. Оба изолята показали практически одинаковый результат, количество жизнеспособных конидий резко уменьшилось и составило 2,6 - 2,8 штук на десять полей зрения. Это
можно объяснить резким стрессовым воздействием отрицательных температур. Наибольшее количество жизнеспособных конидий было получено при экспозиции в -20-22С течение 6 суток. Состав питательной среды практически (ОИПС и КМА) не оказывал большого значения на численность конидий обоих изолятов, но российский изолят на обеих средах образовывал больше конидий (3,1 и 3,5 / 10 полей зрения), чем иранский изолят (2,7/ 10 полей зрения). После девяти дней инкубирования различия в количестве конидий по вариантам были менее заметными. Однако следует отметить, что их стало меньше по сравнению с шестыми сутками, так численность российского изолята снизилась до 2 - 1,9/ 10 полей зрения и иранского - до 1,8 - 1,6/ 10 полей зрения соответственно.
После инкубирования чашек при низких положительных температурах 5-7С количество конидий было почти одинаково на двух питательных средах, как у российского, так и у иранского изолята (табл. 16).
При этом количество конидий по отношению к контролю на обеих питательных средах уменьшалось, но показатели были практически на одном уровне. На третьи и шестые сутки инкубирования количество конидий российского изолята было в пределах от 2,2 до 2,5/ 10 полей зрения. На девятые сутки инкубирования количество жизнеспособных конидий несколько увеличивалось (до 2,8-3,3/10 полей зрения) по сравнению с 3 и 6 сутками.
Искусственное заражение листьев картофеля инфекционными блоками (мицелий и конидии) и суспензиями конидий в различной концентрации A.alternata in vitro
Псевдогриб Phytophthora infestans довольно быстро и легко заражает растительный материал (листья и клубни картофеля, плоды томата). Причем даже небольшое количество инокулюма вызывает заражение. Все это можно использовать для различных опытов и отработок методик. Нами была поставлена цель - проверить, может ли A.alternata также эффективно заражать растения. Для этого мы провели опыт, в котором использовали листья картофеля (чистые) и изолят A.alternata. Заражение провели несколькими способами: инфекционными мицелиальными блоками (фрагмент примерно 0,5 0,5 см. вырезанного с питательной среды, где выращивался изолят, содержащий как мицелий, так и конидии патогена), суспензией, содержащей различную концентрацию конидий 10 тыс., 50 тыс. и 100 тыс. Конидии подсчитывали с помощью гемоцитометра. Повторность трехкратная .
Как видно из табл. 26, патоген A. alternata может искусственно заражать растительный материал (листья картофеля). Причем независимо от источника инфекции (инфекционный мицелиальный блок или суспензия, содержащая конидии в различной концентрации) индекс агрессивности практически не меняется. Этот опыт позволяет изучать патоген под другим ракурсом, например, проверять различные изоляты на агрессивность или проводить различные испытания препаратов. В представленном ниже опыте изучали фунгицидную активность Силипланта и Циркона как в чистом виде, так и в баковых смесях с фунгицидами.
После получения ряда полевых данных, из которых следует, что баковые смеси Циркона и Силипланта с фунгицидами, а также эти два препарата в чистом виде, отрицательно действуют на развитие патогена A.alternata. При этом отмечается остановка роста гриба и образования конидий. Для подтверждения вышеперечисленных данных мы провели опыт с искусственным заражением листьев томата альтернариозом, предварительно обработав листья силиплантом и цирконом в различных концентрациях, а также их баковыми смесями с фунгицидами и одним фунгицидом. После заражения листьев определяли такие показатели как ЧИ, РН, РХ, ИС, ИП1, ИП2, ЛП (табл. 27, рис. 47). На основе этих показателей рассчитали итоговый индекс агрессивности (ИА) по формуле: ИИА = ЧИ РН ИС РХ/И111(хлороз) ЛП ИП 2(некроз)
За основу взята методика определения агрессивности Phytophthora infestans (Смирнов А.Н., 2010), которая была дополнена показателями РХ и ИП1. Это необходимо в связи с тем, что несовершенные грибы очень медленно заражают растения. В начале появляются хлороз и антоцианоз, эти показатели играют важную роль, отражают интенсивность образования и диффузии токсинов (вивотоксинов: тенуазоновой кислоты, альтернариола, альтенуена и тентоксина, а также микотоксинов) по листьям и тем самым указывают на агрессивность патогена (Laemmlen F., 2004; Leiminger J., Hausladen H., 2005; Kapsa J, Osowski J., 2007; Turkensteen LJ. et al., 2010; Kapsa J, Osowski J., 2012).
Примечание: ЧИ - частота инфекции (зараженная часть листа или сегменты листа томата); РН - площадь листа занятая некрозом (%); РХ -размер хлороза, %, ИС - индекс спороношения (площадь листа, покрытая спороношением), ИШ - период от заражения до появления хлороза (сутки); ИП2 - период от заражения до появления некроза, сутки, ЛП -латентный период (скрытый период до начала появления спороношения, сутки); ИИА - индекс агрессивности, итоговый показатель, характеризующий опасность развития заболевания (или уровень инфекции) - в течение 14 суток (продолжительность опыта) спороношения не было, поэтому латентный период не зафиксирован.
Анализируя табл. 27, можно утверждать, что Силиплант и Циркон снижают итоговый индекс агрессивности до 0. Это отмечается во всех вариантах опыта, где применяли баковые смеси и препараты в чистом виде. Следует отметить, что все показатели были ниже, чем в контроле, однако вариант, где применялась Vi норма расхода чистого Ридимл Голд МЦ практически не сдерживала патоген, проявился индекс агрессивности. Итоговый индекс агрессивности был ниже (1,1), чем в контроле (3,6) соответственно. В вариантах, где применялись баковые смеси и чистые препараты, такой важный показатель как ИС был равен 1 балу, т.е. отсутствовал. Инкубационный период ИП был выше в вариантах с применением баковых смесей препаратов, как в рекомендованных, так и в сниженных в два раза нормах расхода 8,0 и 12,7 соответственно. В вариантах с чистым Цирконом ИП был не определен, с Силиплантом ИП составил 7,0. Несмотря на то, что эти показатели немного ниже по сравнению с баковыми смесями, они были выше, чем в контроле. Период спороношения (ЛП), проявился раньше в контроле и в варианте, где применялась 1А норма расхода чистого Ридомил Голд МЦ.
Организация системы защиты картофеля от альтернариоза
Перед разработкой элементов прогнозирования альтернариоза, нами была поставлена задача проследить динамику развития альтернариоза. Как видно из показателей метеорологических данных, лето 2010-го г. выдалось аномально жарким. Жаркая и сухая погода способствовала обильному развитию альтернариоза. Эта болезнь поразила практически все культуры: пасленовые, овощные, плодовые и даже дикорастущие растения (каштан).
Мы проводили учеты развития, распространения и определили индекс агрессивности A.altemata на картофеле и томате. Это было необходимо для основ (составления) номограммы между инфекционными фонами и степенями опасности заболевания, а так же для определения показателей интенсивности размножения и поддержания жизнеспособности патогена A.altemata. Данные показатели установлены на растениях картофеля и томата, возделываемых соответственно на полевой и овощной станциях РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева
После обнаружения первых симптомов болезни, начиная с 29 июня по 23 июля, с интервалом 3 дня отбирали листья картофеля и томата, которые помещали во влажные камеры и отслеживали спороношение патогена, количество конидий (табл. 28). Последний учет проводили незадолго до уборки культур.
Как видно из табл. 28, развитие альтернариоза было бурным, все листья были поражены на 4 и 5 баллов. Альтернариоз особенно сильно прогрессировал с 5 по 8 июля, в период цветения картофеля и формирования урожая, это отразилось на величине урожайности. Начиная с 5 августа, количество листьев с поражением в 5 баллов резко сократилось, вероятно, это связано со снижением температуры и старением листьев, что вызывает изменение соответствующих биохимических процессов. Индекс развития (ИР), начиная с июля, был высоким - 75%. В июле этот показатель стал еще больше - 95-100%. Происходило обильное образование конидий и перезаражение растений. Лишь в августе индекс спороношения снизился до 65%. Наряду с картофелем, сильно пострадали от альтернариоза и растения томата . Практически степень поражения всех обследованных образцов листьев томата соответствовала 5 баллам. И только в августе количество конидий резко уменьшилось
Индекс развития был очень высок в каждой пробе листьев. Таким он сохранился и в августе. Таким образом, установили, что индекс развития у растений томата выше, чем у картофеля, и он колебался от 95 до 100%.
Принципиально, нами было установлено, что конидии лучше всего учитывать на шестые сутки инкубирования. Это совпадает с пиком их образования. На 3 сутки спороношение идет слабо, а на 9 сутки отмечается наличие сапротрофов, способных ограничивать образование конидий возбудителя альтернариоза.
Основываясь на анализе образования конидий на картофеле и томате, определили показатели, характеризующие размножение A.alternata и степень их опасности для заспорения растений картофеля в полевых условиях. Они базируются на численности образованных конидий (табл.30).
Отработка элементов прогноза и систем принятия решений (СПР) по обработкам против альтернариоза картофеля
Современный прогноз, который очень широко распространен в странах Европы и Америки, имеет большие недостатки. Во всех схемах и моделях построение защитных мероприятий опирается на агрометеорологические условия, при этом не учитывая биологические особенности возбудителя, реально функционирующего в полевых условиях (Kapsa J., Osowsky J., 2004). К примеру, в Голландии стратегия защиты картофеля от альтернариоза еще не отработана и разрабатывается на основе продуктов компании Dacom (Spits H.G. et al., 2005). В Италии и Великобритании ситуация сходная (Bugiani R. et al., 2007; Hinds H.,2012).
Основной целью данного этапа нашей работы было построение номограммы соответствия инфекционных фонов и степени опасности болезни, включающей в себя не только метеорологические данные, но, что особенно важно, биологические особенности возбудителя (Hadders J., 2002). Иными словами, мы провели исследование, направленное на биологизацию прогноза развития альтернариоза картофеля для оптимизации последующих защитных мероприятий против него. Отметим, что при прогнозировании альтернариоза делали попытки использовать распространенные для фитофтороза прогнозные модели Dacom Plant-Plus, но была необходимость в их частичной модернизации и оптимизации при прогнозировании альтернариоза (Hadders J., 2002). Эффективно использовать эти модели удалось в аридных зонах США и Египте (Hadders J., 2004), а также их отрабатывали в России, Чили, Австралии, Канаде, Голландии, ЮАР, но у разработчиков остались некоторые неразрешенные вопросы (Hadders J., 2005; Spits H.G. et al., 2005) , так как данная модель в полной мере не учитывает инфекционные фоны. К примеру, в Московском регионе по данной системе против альтернариоза картофеля требуется проводить до 3 обработок в течение вегетационного сезона.
На основе полученных нами ранее данных мы построили блок-схему, представляющую собой алгоритм построения элементов прогноза альтернариоза на основе не только агрометеорологических показателей, но и показателей инфекционной нагрузки в естественных условиях (Hadders J., 2004; рис. 57). Лучше всего ее отражают РА (ранги агрессивности; см. главу 3.2). Ранги агрессивности с учетом ранжированных агрометеорологических показателей позволяют определять и оценивать инфекционный фон болезни - в нашем случае альтернариоза картофеля.
В начале мы с позиций классической фитопатологии рассмотрели как формируются инфекционные фоны патогенов, начиная с функционирования первичной инфекции (рис. 57). После формирования первичных симптомов на поле формируется полевая популяция патогена, ее развитие зависит от генетических свойств патогена и внешних условий на начальных этапах развития болезни. Эта популяция (мицелии и конидии) формируют инфекционную нагрузку или инокулюм.
Далее на функционирование этой нагрузки опять существенно влияют внешние условия. Так формируется инфекционный фон или потенциал инокуюма (Тарр С, 1975) A. alternata - в условиях Московского региона к фазе бутонизации. Его эффективность определяет степень опасности для формирующегося урожая картофеля, так как альтернариоз способен уничтожить значительную часть ботвы растений, ослабив тем самым процесс фотосинтеза, обеспечивающего метаболизм и приток Сахаров в формирующихся клубнях.
Последовательность защитных мероприятий на основе прогноза строится следующим образом (рис. 58). Производится посадка сигнальных участков, на которых клубни остаются «чистыми», то есть не производится протравливание. На таких участках болезнь проявляется раньше в среднем на 7-10 дней по сравнению с участками, где клубни обрабатывают протравителем совместно с Силиплантом или Цирконом. Так, после проявления первых симптомов болезни на сигнальном участке производят первое профилактическое опрыскивание основных посадок картофеля. Если агрометеорологические условия благоприятны для развития и распространения болезни, то следует внимательно следить за состоянием сигнального участка, где болезнь продолжает прогрессировать. С участка отбирают пробы растительного материала (листья с некрозами) для дальнейшего анализа. Отталкиваясь от таких показателей как индекс развития (ИР), индекс образования конидий (ИК), рассчитываем индекс агрессивности патогена (ИА), в полевых условиях отражающий важнейший хорошо известный показатель - инфекционную нагрузку или потенциал инокулюма (мицелий патогена, развивающийся по некротическим поражениям листвы растения-хозяина и образующий конидии).
Анализ метеорологических условий и оценка инфекционной нагрузки по РА позволяют определить степень (или как раньше говорили - силу) инфекционного фона. Далее необходимо определить степень опасности развития альтернариоза (СО) в данном текущем вегетационном сезоне (Schuller Е., Habermeyer J., 2002), после чего принимаем то или иное решение о последующих обработках картофеля. Отметим, что в рамках данной работы во второй половине вегетационного сезона по стандартным шкалам, принятым в агрономических исследованиях, давали оценку состоянию полей, пораженных альтернариозом. Полученные данные сопоставляли с инфекционными фонами возбудителя заболевания. Это и позволило выделить степени опасности развития альтернариоза (СО), соответствующие его инфекционным фонам.
При возникновении благоприятных внешних условий для альтернариоза опрыскивания стоит производить баковыми смесями фунгицидами совместно с Силиплантом и Цирконом, так как полностью эффективных фунгицидов против альтернариоза нет (Schuller Е., Habermeyer J., 2002; Kapsa J., Osowsky J., 2004). При этом первое опрыскивание лучше проводить, применив системный фунгицид (Ридомил Голд МЦ (ВДГ), Сектин Феномен (СП), и т.д. совместно с Цирконом (Р)). Далее надо провести несколько опрыскиваний контактными фунгицидами (Пеннкоцеб (СП), Дитан - М 45 (СП), Манкоцеб (СП) и т.д. совместно с Силиплантом (Р)). В нашей работе выявлены сроки применения пестицидов и их баковых смесей, следует отметить, что могут применяться разные пестициды, рекомендованные списком, в сочетании с регуляторами роста и кремнием.
