Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Фитофтороз и альтернариоз картофеля 10
1.2. Существующие подходы в защите картофеля от фитофтороза и альтернариоза 19
1.3. Значение устойчивости сортов в защите картофеля от фитофтороза 23
1 4 Регуляторы роста растений тритерпеновой и флаваноидной природы 27
1.5. Влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на защитные механизмы растений картофеля от болезней 35
Глава 2. Материалы и методы 47
2.1. Материалы 47
2.2. Методы 64
2.2.1. Полевые опыты 64
2.2.2. Лабораторные опыты 73
2.2.2.1. Влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие, infestans in vitro 73
2.2.3. Изучение влияния регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на проявление агрессивности изолятов Р. infestans 77
2.2.4. Изучения влияния регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие Alternaraalternata in vitro 80
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 83
3.2.1 Полевые опыты 83
3.2.2. Лабораторные опыты 130
3.3. Влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие Р. infestans invitro 110
3.4. Изучение влияния регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на проявление агрессивности изолятов Р. infestans 146
3.5. Изучения влияния регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие Alternaria alternata in vitro 158
Заключение 166
Выводы 168
Практические рекомендации 171
Список опубликованных работ по теме диссертации 172
Библиографический список 173
- Фитофтороз и альтернариоз картофеля
- Влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на защитные механизмы растений картофеля от болезней
- Полевые опыты
- Изучения влияния регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие Alternaria alternata in vitro
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время большое внимание в защите картофеля от болезней уделяется применению экологически безопасных способов защиты, в частности предлагается применять устойчивые сорта и регуляторы роста растений.
Использование сортовой устойчивости к болезням в картофелеводстве всегда было очень актуальным. Наше исследование направлено на уточнение поражаемости фитофторозом и альтернариозом различных сортов картофеля в Московской области. В условиях значительного потепления климата в регионе в 2010-2011 гг. важно проверить, как в производственных условиях изменится поражаемость возделываемых сортов картофеля фитофторозом по сравнению с данными прошлых лет и какую опасность для них будет представлять альтернариоз, способный к существенному развитию при засушливых погодных условиях.
Регуляторы роста растений трудно рассматривать как альтернативу химическим фунгицидам. Однако введение их в систему защитных мероприятий, наряду с использованием устойчивых сортов картофеля, даёт возможность уменьшить объёмы применения фунгицидов.
Регуляторы роста растений способны действовать на все компоненты патосистемы картофель - Phytophthora infestans (Mont.) de Bary, Alternaria alternata (Fr.) Keissl. Во-первых, регуляторы способствуют ускорению роста растений с последующим повышением урожайности. Во-вторых, они индуцируют у растений механизмы комплексной устойчивости ко многим неблагоприятным (стрессовым) факторам окружающей среды, а также к грибным, псевдогрибным, бактериальным и вирусным болезням. В-третьих, регуляторы роста растений повышают эффективность действия фунгицидов при их совместном применении, нередко понижая фитотоксичность фунгицидов на картофеле. И в-четвертых, регуляторы роста растений оказывают прямое действие на возбудителей фитофтороза и альтернариоза картофеля при их применении в полевых условиях (Саскевич П. А., и др., 2004; Тютерев С. Л., 2010).
Первые три пути действия регуляторов роста растений доказаны и изучены в значительной степени. Однако четвертый путь изучен недостаточно, по его поводу есть различные оценки и точки зрения.
В последнее время на картофеле для повышения устойчивости к фитофторозу и альтернариозу некоторыми исследователями рекомендуются препараты на основе хвойных экстрактов с такими действующими веществами как тритерпеновые кислоты (препараты Новосил и Терпенол) и флавоноид дигидрокверцитин (препарат Лариксин). Эти препараты ускоряют рост растений, повышают урожайность, улучшают качество получаемой продукции и понижают поражаемость картофеля болезнями. Показано, что они повышают устойчивость побегов вегетативного размножения (столонов и клубней) и главных (надземных) побегов картофеля (Карсункина Н. П., 1996; Дьяков Ю. Т. и др., 2001; Граскова И. А. и др., 2001; Саскевич П. А. и др., 2004; 2009; Галицын Г. Ю., 2006; Можарова И. П., 2007). Но также имеются данные о том, что эти вещества (и некоторые регуляторы роста растений других химических групп) не только не понижают поражаемость картофеля болезнями, но в некоторых случаях даже усиливают развитие псевдогрибных и грибных заболеваний (Деревягина М. К. и др., 2007; Колесар В. А., 2008). В связи с этим, необходимо проводить уточняющие исследования по изучению защитных механизмов, индуцируемых исследуемыми регуляторами роста в растениях и изучать возможные пути понижения устойчивости картофеля к болезням из-за применения исследуемых препаратов. Необходимым является и изучение прямого действия регуляторов роста растений на возбудителей основных болезней картофеля и на изменения показателей их жизнеспособности. Эти исследования имеют важное значение для выяснения полной картины воздействия исследуемых регуляторов роста растений на патосистему растение картофеля- P. infestans, A. alternata, поскольку прямое действие исследуемых препаратов на возбудителей болезней картофеля имеет место при обработках клубней картофеля и вегетирующих растений в полевых условиях.
Цели и задачи исследования. Целью работы является уточнение поражаемости различных сортов картофеля фитофторозом и альтернариозом, а также установление влияния на развитие этих болезней и их возбудителей регуляторов роста Новосил, Лариксин и Терпенол. Для её выполнения поставлены следующие задачи:
1) оценить поражаемость фитофторозом и альтернариозом различных сортов картофеля в производственных посадках Московской области;
2) оценить влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на поражаемость фитофторозом и альтернариозом различных сортов картофеля;
3) оценить влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие различных стадий жизненного цикла псевдогриба P. infestans и несовершенного гриба A. alternata.
Научная новизна работы. Показано, что влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на различные стадии жизненных циклов и инфекционные структуры псевдогриба P. infestans (образование и прорастание зооспорангиев и ооспор) и несовершенного гриба A. alternata (образование и прорастание конидий) в полевых и лабораторных условиях имеет разнонаправленный характер – от фунгистатического до стимулирования развития.
Практическая ценность работы. Выявлены сорта картофеля (Гала, Тимо-Ханкиян и Гермес), которые в условиях тенденции к потепелению климата демонстрировали высокий для Московской области уровень урожайности, а также устойчивости к фитофторозу и альтернариозу. Доказано, что регуляторы роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол способны снижать поражаемость картофеля фитофторозом и альтернариозом, а также повышать урожайность картофеля, однако этот эффект нестабилен. Установлено, что в рамках интегрированной системы защиты растений регуляторы роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол не могут заменить фунгицидные обработки посадок картофеля.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на международной научно-практической конференции в РГАУ-МСХА имени К. А.Тимирязева (декабрь, 2009), на научно-практическом совещании в МГУ имени М. В. Ломоносова «Генетические и агротехнологические ресурсы повышения пищевой ценности, урожайности и безопасности картофеля, предназначенного для переработки» (апрель 2011 г., Москва), на 4-ой международной научной конференции «Микология, микотоксикозы и микозы» (апрель 2011 г., Сербия, г. Нови Сад), 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).
Публикации. По материалам работы опубликовано 6 научных работ, в том числе три – в журналах из списка ВАК и одна – в зарубежном издании.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка литературы. Общий объём рукописи 184 стр., содержит 49 таблиц, 10 рисунков. Список литературы состоит из 117 источников, в том числе 23- на иностранных языках.
Представлено описание и принцип действия на растения картофеля регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол. Описаны имеющиеся данные об эффективности их применения на картофеле. Проанализированы имеющиеся данные об изучении действия регуляторов на основе хвойных экстрактов на возбудителей различных болезней картофеля.
Рассмотрены пути изменения регуляторами роста Новосил, Лариксин и Терпенол устойчивости картофеля к P. infestans и A. alternata.
Место проведения исследований. Полевые испытания 2007 и 2009 г. проводили на территории лаборатории защиты растений РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, в 2010 г. – на опытном участке хозяйства «Дока-Джин» Дмитровского района Московской обл., в 2011 г. – на опытном участке совхоза «Динамо» Клинского района Московской обл. Лабораторные опыты проводили на кафедре защиты растений РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева в 2008-2011 г.
Погодные условия вегетационных сезонов 2007, 2009-11 гг. Погодные условия характеризовали с помощью гидротермического коэффициента вегетационных сезонов (ГТК Г. Т. Селянинова). Стандартное значение ГТК для вегетационного сезона в условиях Московской области составляет 1,4, пониженные значения этого показателя соответствуют стрессовым погодным условиям для растений. В вегетационном сезоне 2007 г. значение ГТК было ниже нормы и составляло 1,1, в 2009 г. значение ГТК соответствовало норме (1,4), в 2010 г. значение ГТК было аномально низким- 0,9, в 2011 г. значение ГТК было также ниже нормы и составляло 1,2 (.).
Объекты исследования. Использовали 32 сорта картофеля с различными характеристиками и регуляторы роста растений Новосил (д.в. тритерпеновые кислоты), Лариксин (д.в. дигидроквертицин) и Терпенол (д.в. тритерпеновые кислоты) – препараты на основе хвойных экстрактов, показавшие высокую эффективность на многих культурах и произведенные в институте цитологии и генетики СО РАН. Данными препаратами в полевых испытаниях проводили предпосадочную обработку клубней. Препаратами Новосил и Терпенол проводили трёхкратное опрыскивание посадок картофеля по следующей схеме: первое опрыскивание в начале цветения, второе - в период массового цветения и третье - через 7 суток после второго. Препаратом Лариксин первое опрыскивание вегетирующих растений проводили в период массового цветения и через 20 суток после первого. Также в полевом испытании 2010 г. присутствовали варианты с обработкой вегетирующих растений картофеля регуляторами роста Крезацин (д. в. триэтаноламмониевая соль ортокрезоксиуксусной кислоты, произведен Иркутским ИХ СО РАН) и Циркон (д.в. гидроксикоричные кислоты, произведен ННПП «Нэст-М»). Для всех препаратов использовали нормы и кратность обработок, рекомендованных в ежегодном издании «Список пестицидов и агрохимикатов». Препаративная форма использованных регуляторов роста - водная эмульсия (Терпенол, Новосил, Лариксин), раствор (Циркон) или кристаллический порошок (Крезацин). Норма расхода препаратов Новосил и Терпенол - 200 мл/га, норма расхода препарата Лариксин - 100 мл/га. Препараты относятся к четвертому классу опасности. Эталоном в полевых исследованиях был фунгицид Ридомил голд МЦ (д.в. мефеноксам и манкоцеб, препаративная форма водно-диспергируемые гранулы, второй класс опасности, произведен компанией Сингента), данным препаратом проводили трёхкратное опрыскивание растений картофеля в период вегетации. Также в полевых испытаниях 2009-11 гг. присутствовали варианты с сочетанием двукратной обработки растений картофеля регулятором роста Лариксин (в полной норме расхода) и трёхкратной обработкой фунгицидом Ридомил голд МЦ. Фунгицид, в зависимости от варианта, применяли либо в полной норме расхода (2,5 кг/га), либо в два раза меньшей рекомендуемой (1,25 кг/га).
Оценка поражаемости различных сортов картофеля фитофторозом и альтернариозом в полевых условиях. На протяжении вегетационных сезонов 2010-2011 гг. проводили оценку устойчивости 18 различных сортов картофеля к фитофторозу и альтернариозу. Посадка картофеля проводилась на опытных делянках размером 25 м в трёхкратной повторности, в каждой повторности было по 15 растений картофеля. Для каждого из исследуемых сортов определяли развитие этих болезней (ИР, индекс развития или индекс болезни) (Попкова К. В. и др., 1976). Данные по индексам развития фитофтороза и альтернариоза сравнивали, выделяли группы сортов по устойчивости к обоим заболеваниям. Во время выкопки урожая проводили взвешивание и учёт количества товарных и нетоварных клубней с каждого куста картофеля.
Оценка влияния регуляторов роста растений на развитие растений картофеля различных сортов. В полевых опытах 2009-2011 г. учитывали время наступления основных фаз развития растений картофеля: смыкания рядков, бутонизации, цветения. Биометрию растений проводили в фазы бутонизации и цветения, подсчитывали количество стеблей и листьев, измеряли высоту растений в каждом варианте.
Оценка развития возбудителей фитофтороза и альтернариоза на различных сортах картофеля при использовании регуляторов роста растений и эталонного препарата Ридомил голд МЦ. В полевых опытах 2009-2011 г. изучали совместное опрыскивание регулятора роста Лариксин и фунгицида Ридомил голд МЦ в рекомендуемой концентрации и концентрации, в два раза меньшей рекомендуемой, на сортах картофеля с различной заявленной устойчивостью к фитофторозу. В 2009-2011гг. размер делянок составлял 32 м. Во всех опытах делянки располагались рандомизированно в трёхкратной повторности, каждая повторность включала 18 растений.
Во время проведения полевых опытов 2009-2011 гг. во всех вариантах определяли развитие фитофтороза и альтернариоза (ИР) и проводили сбор поражённых фитофторозом листьев картофеля. Далее по методике А. Н. Смирнова и С. А. Кузнецова проводили анализ собранных образцов листьев с подсчётом индексов образования зооспорангиев P. infestans (ИЗ) и агрессивности (ИА) P. infestans (Смирнов А. Н., Кузнецов С. А., 2006). В 2010 г. методом смыва с поражённых листьев картофеля проводили анализ на поражение альтернариозом с подсчётом индексов образования конидий (ИК) и индексов агрессивности (ИА) A. alternata по вариантам (Пенкин Р. В., 2011; Пенкин Р. В., Смирнов А. Н., 2011).
Выявление влияния регуляторов роста растений на развитие стадий жизненных циклов P. infestans и A. alternata. Это исследование проводили в лабораторных условиях, использовали 13 различных изолятов P. infestans, выделенных из листьев картофеля из Московской области и обладающих различной агрессивностью. Также использовали два изолята A. alternata: Карт (выделен в сентябре 2010 г. в Московской обл.) и Иран (выделен в сентябре 2010 г., в Иране).
В опытах измеряли линейный рост колоний P. infestans и A. alternata на овсяном агаре с добавлением Лариксина, Новосила или Терпенола, и без них после 14 суток роста. Также после 14 суток роста проводили оценку интенсивности образования зооспорангиев P. infestans и конидий A. alternata с помощью гемоцитометра в смывах фрагментов колоний. С этих колоний получали смывы зооспорангиев P. infestans и конидий A. alternata, изучали интенсивность прорастания зооспорангиев и образования зооспор, а также конидий после их инкубации в растворах регуляторов и в дистилляте после инкубации в течение 3 часов (для P. infestans) и 2 суток (для A. alternata). Кроме того, на ржано-овощном агаре с добавлением регуляторов и без них проводили скрещивания изолятов P. infestans типов спаривания А1 и А2 в течение 3 недель, сравнивали интенсивность формирования ооспор P. infestans каждым из скрещиваемых изолятов в районе скрещивания. Исследовали интенсивность прорастания ооспор P. infestans после их инкубации в растворах регуляторов и в дистилляте при температурах 18-20о С и -10о С в течение суток. Все опыты проводили в трехкратной повторности.
Выявление влияния регуляторов роста растений на проявление агрессивности P. infestans. Это исследование проводили в лабораторных условиях, использовали клубневые диски (срезы клубней округлой формы, с перидермой, толщиной 0,8 см) сортов картофеля Удача (устойчив к фитофторозу), Ильинский и Ред Скарлет (восприимчивы к фитофторозу). Инокулюм P. infestans для заражения клубневых дисков готовили путём смыва культур P. infestans с чашек Петри. Концентрацию инокулюма для заражения контролировали с помощью гемоцитометра и доводили ее до 5000 зооспорангиев/мл воды (стандартная). В лабораторном опыте по изучению влияния регуляторов роста Новосил, Лариксин и Теренол на агрессивность P. infestans использовали стандартную концентрацию инокулюма, в 4 и 2 раза большую рекомендуемой, и в 2 раза меньше рекомендуемой. Данные опыты проводили в трехкратной повторности.
Учёт поражённости дисков клубней проводили на 3, 4 и 5 сутки по методике Смирнова А. Н. (2010). Учитывали такие показатели, как частота инфекции (ЧИ), интенсивность спороношения (ИС), размер некрозов (РН), латентный период (ЛП), инкубационный период (ИП), далее на основе этих показателей для каждой повторности подсчитывали итоговый индекс агрессивности (ИИА) по формуле: ИИА=(ЧИРНИС)/(ИПЛП) (Смирнов А. Н., 2010; Смирнов А. Н., Антоненко В. В., 2011).
Статистическая обработка данных. Для анализа результатов всех полевых испытаний и лабораторных опытов применяли однофакторный и многофакторный дисперсионный анализ, который проводили при помощи программы STRAZ (версия 2.1).
Корреляционный анализ между развитием фитофтороза и альтернариоза, а также урожайностью для 18 сортов картофеля проводили в программе EXCEL (версия 2010 г.). Определяли коэффициент корреляции и его ошибку. Достоверность полученных корреляций выявляли посредством t-критерия (Снедекор Д. У., 1961; Рокицкий П. Ф., 1973).
Фитофтороз и альтернариоз картофеля
Картофель относится к культурам, сильно поражаемым болезнями. Большие потери вызывает фитофтороз, размер которых зависит от региона, метеорологических условий, сорта (Дмитриева 3. А., и др., 1989). По многолетним данным, ежегодный недобор урожая картофеля от болезней и вредителей в период вегетации в зависимости от сорта составляет от 23 до 29%, а в некоторые годы превышает 50% (Krantz F. А., Eide А., 1948; Erwin D.C., Ribero O.K.. 1996; Воловик A.С., Глез B.М.. 2003). Практика показывает, что высокая эффективность картофелеводства не возможна без применения современной научно - обоснованной системы зашиты этой культуры от болезней.
Phytophthora infestans (Mont.) de Вагу - оомицет из царства Chromista, отдела Oomycota, класса Oomycetes, порядка Peronosporales, семейства Phytophthoraceae. Вегетативное тело фитофторовых грибов - бесцветный неклеточный разветвленный мицелий, погруженный в субстрат (обычно - ткань растения-хозяина). Бесполая фаза размножения реализуется в тканях растения-хозяина (Дьяков Ю. Т., 2001). При температуре более 14С на мицелии образуются зооспорангии, которые прорастают в конидиеносец (мицелиальный росток), а при температуре менее 14С - в зооспорангиносец (Новотельнова Н.С., 1974). Зооспорангиеносцы слабо разветвленные, имеют по 1-А разветвленной ветви и несколько боковых ветвей с утолщениями в местах образования зооспорангиев. Зооспорангии одноклеточные, яйцевидные или лимоновидные, 25-30x15-20 мкм, бесцветные с тонкой оболочкой, на верхушке с хорошо заметным бугорком. Ооспоры шаровидные, 20-30 мкм в диаметре, бесцветные, с оболочкой 3-4 мкм толщиной (Cohen Y. et al„ 1997; Смирнов А. Н., Кузнецов С. А., 2001). Зооспорангии легко разносятся ветром и каплями дождя. Через разрывы пораженной ткани или через листовые устьицы высовываются разветвленные спорангиеносцы, на концах которых формируются лимоновидные зооспорангии (Попкова К.В., 1982). Они отрываются от спорангиеносцев и разносятся дождевыми брызгами или ветром. Попадая в каплю воды, зооспорангии раскалывается, образуется шесть-восемь двужгутиковых зооспор, которые покидают зооспорангии через отверстие на его вершине (Рогожин А. П., Филиппов А. В., 1983). Проплавав некоторое время, зооспора теряет жгутики, покрывается оболочкой (инцистируется) и прорастает ростковой трубкой, которая внедряется в ткань листа или плода. Интересно, что сигналом для инцистирования служит контакт с твердой поверхностью (для синхронного инцистирования зооспор достаточно несколько раз энергично встряхнуть пробирку с их суспензией) (Дьяков Ю. Т., 2001).
При повышенной температуре (выше 20) зооспоры не формируются, а зооспорангии прорастает целиком, как одна спора. Это - пример тонких адаптации к условиям жизни: в теплую погоду капли на листьях быстро высыхают и, лишенные клеточной стенки, зооспоры рискуют погибнуть. Так ценой снижения потомства повышается устойчивость развития (Дьяков Ю. Т., 1998).
В цикле развития возбудителя фитофтороза может иметь место половой процесс, результатом которого является образование ооспор. В полевых популяциях р. infestans могут образовываться ооспоры двух типов - гибридные и негибридные. Гибридные ооспоры образуются в результате контакта мицелиев разных типов спаривания - AI и А2, имеют стандартное строение и высокую жизнеспособность (Воробьёв Ю. В. и др., 1991; Rubin Е. et al, 2001). Негибридные ооспоры образуются одним мицелием (как AI, так и А2) без контакта с мицелием противоположного типа спаривания в результате внешних воздействий. Негибридные ооспоры имеют отклонения в строении, их жизнеспособность не очень велика (Cohen Y., et al., 2000).
В популяциях Р. infestans в Московской области на листьях картофеля и томатов большинство ооспор имеет негибридное происхождение. Однако ооспоры в плодах томата имеют как негибридное, так и гибридное происхождение. За последние годы прослеживается тенденция к гибридизации Р. infestans в плодах томата, где создаются оптимальные условия для эффективного контакта между мицелиями AI и А2 (Смирнов А.Н., Кузнецов С. А., 2003).
Обычно цикл развития Р. infestans проходит, начиная с зооспорангиев (Мюллер Э., Лёффлер В., 1995).
Источниками первичной инфекции для картофеля являются мицелий патогена, сохраняющийся в посадочном материале или ооспоры в почве (1ritani. W. М., 1981; Стройков Ю. М., Шкаликов В. А., 1998). Налет образуется при температуре от 7 до 25С, длительном увлажнении поверхности листа и относительной влажности не ниже 76% в течение 4-6 часов (Дьяков Ю.Т,2001).
Обычно налет появляется на рассвете, достигая полного развития за 2-3 часа. Налет на пораженных органах растений представляет бесполое спороношение гриба, образуемое зооспорангиеносцами с зооспорангиями, выступающими из устьиц. Срок, необходимый для заражения, зависит от температуры (Наумова H.A., 1970).
На клубнях картофеля фитофтороз проявляется в виде слегка вдавленных бурых, светло - коричневых или свинцово-серых пятен. Цвет их варьирует в зависимости от окраски кожуры клубня. При разрезе его в местах поражения бурая или ржаво - коричневая ткань распространяется в глубь сердцевины в виде язычков (Попкова К.В., 1982). На свежеубранных клубнях пятна фитофтороза легко отличаются от других болезней, но после хранения диагностика болезни затруднена ввиду заселения пораженной ткани другими грибами и бактериями, которые усиливают развитие патологического процесса (Гусев С.А, Старовойтов В.И., 1989).
Проникновению патогена способствуют мелкие ранения клубней. Заражение клубней происходит с помощью зооспорангиев, преимущественно во время уборки, когда клубни соприкасаются с поверхностным слоем почвы или с пораженной ботвой, либо во время обильных дождей, когда зооспорангии с листьев могут попадать в почву (Попкова К. В., 2005).
Влияние регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на защитные механизмы растений картофеля от болезней
1. Образвание PR-белков у растений картофеля
Механизм действия препаратов Новосил, Лариксин и Терпенол связан с активацией генов стрессоустойчивости (Саскевич П. А. и др., 2004). Одними из продуктов генов стрессоустойчивости являются PR-белки.
PR-белки обладают широким антигрибным спектром действия (Дьяков Ю.Т. и др., 2001). Среди них большой интерес представляют следующие:
- Одна из групп SAR-генов - PR-I белки, функция которых пока неясна, однако известно, что они широко распространены у покрытосемянных растений. PR-1 белки из табака и томатов подавляют in vitro рост Р. infestanss
- Ферменты рЧ,3-глюканазы и хитиназы (группы PR-2 и PR-3 соответственно), разлагающие полисахариды 0-1,3 - глюкан и хитин. Глюканазы являются регуляторами процессов синтеза и деградации глюканов клеточной стенки (Шкаликов В.А., 2005). PR-2 тип белков: (3-1,3 - глюканазы. Они способны разрушать клеточные стенки некоторых грибов (псевдогрибов).
Предполагается, что рЧ,3-глюканазы играют роль в процессах, ведущих к СВЧ ответу растительной ткани (Дьяков Ю.Т. и др., 2001).
- Тауматиноподобные белки (группа PR-5) вызывают лизис грибного (псевдогрибного) мицелия вследствие связывания Р-1,3-глюкана в клеточных стенках грибов (обладают (3-1,3-глюканазной активностью), ингибируют о амилазу насекомых и человеческий трипсин (обладают свойствами ингибиторов ферментов) (Шкаликов В.А., 2005).
2. Образование олигосахаридов в клетках растения картофеля, в результате обработки тритерпеновими регуляторами роста растений Новосил и Терпенол Тритерпеновые регуляторы роста растений, имеют гибберреллиноподобное действие. Предполагается, что гиббереллины в действительности являются активаторами ферментов, которые, в свою очередь, высвобождают из клеточных стенок более специфические медиаторы - олигосахарины (ОС), которые индуцируют в растениях образование фитоалексинов, PR-белков, ингибиторов протеиназ образование лигнина и другие защитные вещества (Граскова И. А., 2009).
3. Понижение исследуемыми препаратами агрессивности псевдогриба Phytophthora infestans врезулътате ограничения питания и распространения псевдогриба внутри тканей растения
Как известно, возбудитель фитофтороза- псевдогриб Phytophthora infestans для своей репродукции нуждается в стеринах. Стерины - это полициклические спирты, относящиеся к классу стероидов, являются составной частью липидов, которые в свою очередь входят в состав биологических мембран. Р. infestans не способен синтезировать стерины самостоятельно. У возбудителя фитофтороза блокирован ацетатно-мевалонатный путь метаболизма, предшествующий образованию стероидного ядра, блокировка осуществляется на этапе окисления и циклизации сквалена, т. е. псевдогриб является ауксотрофом в отношении стеринов. Потребность в стеринах Р. infestans обеспечивает себе только за счёт их экзогенного поглощения из растения-хозяина и включения их в мембранные структуры мицелия (Elliott С. G., 1972; Васюкова Н.И. и др., 1977).
Фитостерины преимущественно локализуются в плазмалемме и мембранах внутриклеточных органелл, стабилизируют мембраны, регулируя их текучесть и проницаемость, увеличивая механическую прочность, а также влияя на трансмембранный транспорт. Доказано, что отсутствие в культуральной среде стеринов практически не оказывает влияние на вегетативный рост Р. infestans, но оказывает ингибирующее действие на образование зооспорангиев и полноценных зооспор. Интенсивность образования зооспорангиев. жизнеспособность и выход зооспор коррелирует с количеством стеринов, вносимых в питательную среду. Известно, что в отсутствии стеринов нарушается формирование цитоплазматической мембраны зооспор Р. infestans, в то время как цитоплазматическая мембрана мицелия, его ядерные мембраны, мембраны вакуолей, митохондрий и эндоплазматического ретикулума формируются независимо от присутствия стеринов в питании псевдогриба. При отсутствии стеринов гриб формирует лишь малое число зооспорангиев, которые лишены способности образовывать зооспоры. Установлено, что отсутствие в мицелии патогена стренинов приводит к увеличению проницаемости для некоторых ионов, а также веществ белковой и углеводной природы. Известно также, что стерины оказывают регулирующее действие на спороношение представителей семейства Pythiaceae по гормональному типу (Raskins R. П., Tulloch А. Р., 1964; Hendrix J. W.,1965; Elliott С. G., 1972; Васюкова Н.И., 1990).
Спороношение P. infestans наиболее активно стимулирует р-ситостерин, меньшее действие оказывает ланостерин, холестерин и стигмастерин, хотя псевдогриб включает в состав своего мицелия все перечисленные стерины. Количество формируемых Р. infestans зооспорангиев оказывалось в 5-6 раз большим в присутствии Б-ситостерина, по сравнению с добавлением в среду ланостерина. Добавление в пительную среду холестерина и стигмастерина давало на 30% меньше образования зооспорангиев в сравнении с добавлением Б-ситостерина. Наиболее высокое количество зооспорангиев Р. infestans формирует в присутствии в питательной среде всех стеринов клубней картофеля (Васюкова Н.И., 1990).
Одним из основных компонентов агрессивности возбудителя фитофтороза картофеля является интенсивность спороношения. Опытным путем доказано, что спороношение изолятов Р. infestans, ранее выращенных в присутствии сстринов оказывается значительно боле высоким при заражении дисков картофеля. Из этого можно сделать вывод о повышении стеринами агрессивности псевдогриба, Стерины стимулируют и другой компонент агрессивности возбудителя фитофтороза - размер некрозов: доказано, что изоляты Р. infestans, выращенные в присутствии В - ситостерина, в 8 раз глубже проникали в ткани клубня картофеля по сравнению с изолятами, выращенными на среде без стеринов. Под влиянием ситостерина на поверхности диска клубня картофеля, инокулированного несовместимой расой Р. infestans, образуется спороношенни псевдогриба, что обычно удаётся наблюдать только при совместимом взаимодействии партнёров. Также известно, что Р. infestans, совместимой с данным сортом картофеля расы, но выращенный в отсутствии стеринов, только через 8 дней приобретает способность распространяться по поверхности клубня. Причинами изменения агрессивности патогена в таких случаях являются два фактора - повышение стеринами устойчивости псевдогриба к образованию фитоалексинов картофеля и понижение способности индуцировать патогеном фитоалексинообразование в растении. Особенно низкой индуцирующей способностью обладали изоляты Р. infestans, выросшие на среде с В-ситостерином (Васюкова Н.И, 1990).
Вышеперечисленные факты говорят об очень важной роли В- ситостерина в проявлении и повышении агрессивности Р. infestanss
Следует отметить, что патоген поглощает (3- ситостерин в пять раз больше остальных стеринов. С помощью ГЖХ и массспектрометрии установлено, что свободные стерины клубней картофеля в основном представлены В-ситостерином, на его долю приходится около половины всех стеринов паренхимных тканях клубней картофеля (49,5%) (Васюкова Н.И., 1990).
Полевые опыты
Разному поражаемых фитотофторозом и альтернариозом (табл. 5). Установлены значительные различия в проявлении устойчивости и к альтернариозу, и к фитофторозу. Большинство исследуемых сортов поражалось альтернариозом в слабой и средней степени, лишь три сорта (Елизавета, Сантэ и Невский) поражались значительно в 2010 г. Фитофторозом исследуемые сорта поражались в средней и слабой степени.
В целом, в условиях 2010 и 2011 гг. сорта картофеля продемонстрировали устойчивость к фитофторозу в соответствии с заявленными характеристиками (Симаков Е. А. и др., 2005). Заметным исключением был сорт Кардинал, заявленный как среднеустойчивый, но демонстрирующий восприимчивость к фитофторозу. По альтернариозу сделать такое сравнение не представлялось возможным из-за отсутствия направленной селекции на устойчивость к этому заболеванию и надежных многолетних обобщенных данных.
Поражение различных сортов картофеля фитофторозом и альтернариозом значительно отличалось в 2010 и 2011 годах. В вегетационном сезоне 2010 года наблюдали более высокие индексы развития фитофтороза и альтернариоза (табл. 2), что можно объяснить неблагоприятными погодными условиями, которые отрицательно сказались на устойчивости растений картофеля к болезням. Фитофтороз очень сильно в сентябре 2010 г. после окончания аномальной жары по принципу «сжатой пружины». Его отдельные проявления зарегистрировали уже в конце июня при благоприятных погодных условиях, но до конца августа при депрессивных погодных условиях развитие фитофтороза было подавлено.
Наиболее восприимчивыми к альтернариозу были сорта Сантэ и Елизавета, к фитофторозу - сорта Айл оф Джура, Сантана и Кардинал.
Наиболее устойчивыми к альтернариозу были сорта Сантана, Гала и Латона, к фитофторозу - Удача, Гермес, Сантэ, Гала и Тимо-Ханкиян. Сорт картофеля Сантэ исходно позиционировался как среднеустойчивый к фитофторозу, однако в условиях Московской области он оказался восприимчивым к этой болезни (Филиппов А. В., 2005; Смирнов А. Н., 2010). Но в условиях 2010 и 2011 гг. Сорт Сантэ продемонстрировал показатели, сравнимые с западноевропейскими.
Если обобщить информацию по всем показателям пораженности исследуемых сортов болезнями (табл. 5), то видно, что наиболее восприимчивыми к обеим болезням были сорта: Елизавета, Сантэ, Камелот, Симфония, Айл оф Джура, наиболее устойчивыми - сорта: Гала, Тимо-Ханкиян, Романо, Касабланка, Гермес. Остальные сорта имели промежуточные показатели по отнощению к фитофторозу и альтернариозу.
При сравнении развития альтернариоза и фитофтороза на исследуемых сортах картофеля в 2010 и 2011 г. установили, что при значительном уровне пораженности растений (на сортах Елизавета и Сантэ) преобладал альтернариоз (табл. 5). При умеренном уровне пораженности растений выявили факты преобладания фитофтороза (на сортах: Камелот, Айл оф Джура, Кардинал, Карлингфорд), альтернариоза (на сорте Невский), на остальных сортах обе болезни развивались на сравнимом уровне. При низком уровне пораженности растений выявили факты преобладания фитофтороза (на сортах: Латона, Касабланка, Романо, Тимо - Ханкиян, Гала, Сантана), альтернариоза (на сорте Удача), на сорте Гермес обе болезни развивались на сравнимом друг с другом уровне. Таким образом, несмотря на депрессивные условия вегетационных сезонов 2010 и 2011 гг., в сентябре на некоторых сортах картофеля наблюдали значительное развитие фитофтороза, превышающее раннее развитие альтернариоза.
Также при сравнении развития альтернариоза и фитофтороза в 2010 и 2011 гг. установили, что на подавляющем большинстве сортов развитие этих болезней было более значительным в 2010 г., чем в 2011 г. Это можно объяснить аномальными неблагоприятными погодными условиями 2010 г., которые отрицательно сказались на устойчивости растений картофеля к болезням. Исключением был сорт Удача, на котором развитие фитофтороза было значительнее в 2011 г.
Существенные корреляционные взаимодействия установили только по поражаемости растений альтернариозом в 2010 и 2011 гг. (табл. 6.). В то же время корреляции между развитием альтернариоза и фитофтороза не наблюдали. Это можно объяснить довольно высоким сходством погодных условий вегетационных периодов 2010 и 2011 г. Длительные периоды засушливой погоды способствовали развитию альтернариоза, но отсутствие длительной аномальной жары в 2011 г. по сравнению с 2010 г. привело к различиям в проявлении фитофтороза на сортах картофеля в эти годы. В условиях 2010 и 2011 гг. фитофтороз и альтернариоз проявлялись в разные периоды вегетационного сезона, независимо друг от друга. Корреляционных взаимоотношений между ними не установлено, хотя в более благоприятных условиях между Р. infestans и А. alternate возможны конкурентные взаимоотношения.
Изучения влияния регуляторов роста растений Новосил, Лариксин и Терпенол на развитие Alternaria alternata in vitro
Во всех вариантах регуляторы роста достоверно снижали рост колоний А. alternata (табл. 45). Но подавление развития колоний А. alternate во всех вариантах с добавлением регуляторов роста Новосил, Лариксин и Терпенол оказалось слабо выраженным, в сравнении с контролем. Развитие изолята Карт исследуемые препараты также подавляли.
Развитие мицелия А. alternata слабо подавлялось исследуемыми препаратами. Фунгистатический эффект исследуемых препаратов проявился по-разному на различных изолятах А. alternate. Наименьшее значение развития колоний для изолята Карт получили в варианте с добавлением регулятора роста Новосил, наименьшее значение развития колоний для изолята Иран получили в варианте с добавлением регулятора роста Терпенол (табл. 45).
У изолята Иран во всех вариантах рост колоний оказался более сильным в сравнении с изолятом Карт. Поэтому фунгистатический эффект изучаемых препаратов сильнее проявился на изоляте Карт (табл. 45).
На 14 сутки развития диаметр колоний А. alternata в контрольных вариантах у изолята Карт составлял в среднем 7,7 см, у изолята Иран- 8,2 см. Новосил, Лариксин и Терпенол подавляли развитие мицелия изолята Иран на 2,4-8,5 %. Подавление развития мицелия изолята Карт в варианте с добавлением в питательную среду Новосила составляло 16,9%, Ларкисин снижал развитие мицелия данного изолята на 1,3%, Терпенол достоверно не подавлял развитие мицелия изолята Карт.
На основании данных этого опыта можно сделать вывод о том, что прямое фунгицидное действие регуляторов роста Новосил, Лариксин и Терпенол при опрыскивании картофеля в период вегетации не будут вызывать значительного подавление развития мицелия А. alternata.
Данные этого опыта согласовываются с данными, полученными Галицыным Г. Ю. о подавлении некоторыми регуляторами роста, на основе хвойных экстрактов, развития гриба A. alternate на агаризованной питательной среде.
Во всех вариантах с добавлением в питательную среду регуляторов роста Новосил и Терпенол спорообразование A. alternata, на 14 день оказалось значительно большим по сравнению с контролем (табл.46).
Препарат Лариксин не оказывал стимулирующего действия на образование спор гриба. В варианте с изолятом Иран регулятор роста Лариксин достоверно понизил спорообразование, в варианте с изолятом Карт отличия от контроля были незначительны.
По спорообразованию, как и по линейному росту (табл.46) изолят Иран превосходил изолят Карт. Поэтому можно сделать вывод о том, что изолят Иран является потенциально более агрессивным.
Для изолята Иран и для изолята Карт наибольшее число конидий мы обнаружили в варианте с добавлением регулятора роста Новосил (табл.46).
В контрольном варианте изолят A. alternata Иран образовывал 28900 конидий/см2, изолят Карт в контроле образовывал 20300 конидии/см2 Во всех вариантах с добавлением в питательную среду Новосила и Терпенола образование конидий A. alternata на 14 сутки оказалось большим по сравнению с контролем на 37,0-42,9%. Лариксин не оказывал стимулирующего действия на образование конидий гриба, вызывал подавление образования конидий изолята Иран на 37,4 % и не оказывал достоверного влияния на образование конидий изолята Карт.
Различия между действием регуляторов роста на спорообразование гриба А. alternata заключается в разнице химических групп, к которым относятся действующие вещества исследуемых регуляторов роста. Дейсвтующее вещество регулятора роста Лариксин- флаваноид дигидрокверцитин, который, по видимому, проявляет фунгистатический эффект по отношению к спорообразованию агрессивного изолятаИран.
