Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Корневые гнили пшеницы и меры борьбы с ними 8
1.1. Этиология и агроэкологичсские особенности корневых гнилей пшеницы 10
1.2. Роль сорта в контроле корневых гнилей 18
1.3. Использование предпосевной обработки семян в защите пшеницы от корневых гнилей 22
Глава II. Условия и методика проведения исследований 33
2.1. Агроэкологичсские условия Республики Татарстан 33
2.2. Агрометеорологические ресурсы производства яровой пшеницы и условия в годы проведения исследований 37
2.3. Методика полевых и лабораторных исследований 42
Результаты исследований 49
Глава III. Фитосанитарное состояние яровой пшеницы в республике Татарстан 49
Глава IV. Анализ факторов, влияющих на развитие корневых гнилей 55
4.1. Оценка роли семенной инфекции в этиологии корневых гнилей 58
4.2. Зависимость развития корневых гнилей от экологических факторов
4.2.1. Абиотические факторы 58
4.2.2. Биотические факторы 58
Глава V. Сорта яровой пшеницы 60
5.1. Фитосанитарное состояние семян 60
Развитие корневых гнилей 68
Развитие листовых микозов 71
Фото синтетическая деятельность растений 75
Минеральное питание растений 78
Урожайность и качественные характеристики зерна 79
Экономическая эффективность. 82
Использование смесей планриза с физиологически активными веществами для предпосевной обработки семян 83
Рост и развитие растений 83
Фитосанитарное состояние семян 85
Развитие корневых гнилей 86
Развитие листовых микозов 93
Фотосинтетическая деятельность растений 94
Минеральное питание растений 98
Урожайность и качественные характеристики зерна 101
Экономическая и энергетическая эффективность 105
Выводы и предлолсения производству 108
Список литературы 111
Приложения
- Этиология и агроэкологичсские особенности корневых гнилей пшеницы
- Использование предпосевной обработки семян в защите пшеницы от корневых гнилей
- Оценка роли семенной инфекции в этиологии корневых гнилей
- Фото синтетическая деятельность растений
Введение к работе
Актуальность темы. Среди наиболее актуальных проблем современного растениеводства России особое значение имеет повышение конкурентоспособности отечественного зернового производства. Решение данной задачи предполагает разработку приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, улучшения качественных характеристик продукции, снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Яровая пшеница относится к числу основных полевых культур Российской Федерации. Вместе с тем, формирование высокопродуктивных пшеничных агроценозов невозможно без разработки интегрированной системы защиты растений, в том числе и от различных инфекционных болезней. К числу наиболее распространенных и вредоносных болезней пшеницы относятся корневые и прикорневые гнили различной этиологии, развитие которых, особенно в последние годы, часто носит эпифитотийный характер.
Экологические и биологические особенности патогенов, вызывающих корневые гнили пшеницы, а также сам характер течения инфекционного процесса при таких заболеваниях, предполагают разработку комплексных систем их контроля на основе концепции управления агроэкосистемами (Зубков, 1996).
Среди факторов, оказывающих влияние на динамику популяций фитопа-тогенных организмов, особое значение имеет степень устойчивости сорта. Однако, реакции различных сортов на развитие болезней во многом обусловлены конкретными агрометеорологическими и организационно-хозяйственными условиями, видовым и расовым составом популяций возбудителей болезней и т.д., что вызывает необходимость в оценке устойчивости районированных и перспективных сортов яровой пшеницы к биотическим стрессовым факторам, в том числе и к корневым гнилям.
Возросшие экологические требования к аграрному производству, предполагают существенное расширение объемов применения различных биологиче-
ских препаратов. В настоящее время в Российской Федерации разработаны, промышденно.выпускаются и широко используются, в том числе и для предпосевной обработки семян пшеницы, большое количество различных биофунгицидов на основе микроорганизмов - антагонистов фитопатогенов. Вместе с тем, обработка семян должна решать и вопросы обеспечения потребностей растений в элементах питания, стимуляции прорастания и.т.д. В связи с этим, возникает необходимость в разработке оптимальных защитно-стимулирующих рабочих составов для предпосевной обработки семян (Тютерев, 2000), включающих в себя, в том числе, и биофунгициды.
В связи с отсутствием в зоне Предкамья Республики Татарстан достаточного количества исследований по оценке устойчивости различных сортов яровой пшеницы к корневым гнилям и эффективности применения для предпосевной обработки семян различных защитно-стимулирующих смесей с биофунгицидом, возникла необходимость в изучении данных вопросов.
Цель исследований. Определить характер развития корневых гнилей яровой пшеницы в Предкамье Республики Татарстан, оценить их вредоносность и разработать экологически безопасные, экономически эффективные приемы контроля данных заболеваний.
Задачи исследований:
Выявить особенности этиологии и патогенеза корневых гнилей яровой пшеницы в зоне проведения исследований.
Оценить устойчивость районированных и перспективных сортов культуры к дайной группе болезней.
Разработать оптимальные составы смесей микроудобрений и стимуляторов роста с Планризом для предпосевной обработки семян.
4. Дать экономическую и энергетическую оценку изучаемым приемам.
Научная новизна. Впервые для условий Предкамья Республики Татар
стан проведен комплексный анализ фитосанитарной обстановки на посевах яро
вой пшеницы, в том числе и по развитию корневых гнилей.
Определены особенности этиологии, установлен характер влияния различных экологических факторов на развитие корневых гнилей и выделены группы сортов наиболее устойчивых к данным заболеваниям для условии места проведения опытов.
Доказано положительное действие обработки семян смесями биофунгицида Планриз с микроудобрениями на рост урожайности, улучшение качественных характеристик зерна, снижение поражения растений яровой пшеницы болезнями.
Положения, выносимые на защиту:
Фитосанитарное состояние посевов яровой пшеницы в Предкамье Республики Татарстан требует разработки приемов контроля основных болезней, в том числе и корневых гнилей.
Устойчивость сортов яровой пшеницы к корневым гнилям определяется комплексным действием абиотических и биотических факторов, особенностями развития растений на начальных этапах онтогенеза, инфекционной нагрузкой на семенной материал.
Среди изученных составов для предпосевной обработки семян яровой пшеницы оптимальным является смесь Планриза с медь - борным хелатным микроудобрением ЖУСС-1, использование которого способствует существенному снижению развития болезней, позволяет повысить урожаи и качественные характеристики зерна яровой пшеницы.
Обработка семян смесями Планриза с микроудобрениями и стимуляторами роста, а также возделывание устойчивых сортов позволяет повысить экономическую и энергетическую эффективность производства зерна яровой пшеницы и может быть использована в адаптивных технологиях возделывания культуры.
Практическая значимость. Возделывание устойчивых сортов и применение смесей биофунгицидов с микроудобрениями повышает конкурентоспо-
собіюсть производства яровой пшеницы, снижает потребность в пестицидах и может быть использовано в зернопроизводящих хозяйствах региона.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований опубликованы в научных статьях и рекомендациях, которые используются при возделывании яровой пшеницы в хозяйствах различных форм собственности. Полученные результаты внедрены в хозяйствах Лаишевского и Пестре-чинского районов Республики Татарстан.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента.
Апробация работы. Основные положения работы доложены: на Всероссийских научных конференциях молодых ученых (Казань, 2003; Москва, 2004, Казань, 2004); научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанской государственной сельскохозяйственной академии (2002-2005); Казанского государственного университета (2004) и получили положительную оценку. Материалы исследований были представлены на 15— Международном конгрессе по защите растений (Пекин, 2004).
Объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах компьютерного текста, состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, включает 48 таблиц, 12 рисунков, 14 приложений. Список литературы состоит из 201 наименований, в том числе 36 иностранных авторов.
Автор выражает благодарность доктору сельскохозяйственных наук, профессору Сафину Р.И., кандидату сельскохозяйственных наук, Зиганшину А.А. и всем сотрудникам кафедры защиты растений и селекции Казанской ГСХА, за помощь в проведении исследований и оформлении диссертации.
Этиология и агроэкологичсские особенности корневых гнилей пшеницы
Среди возбудителей болезней растений особое место занимают патогены щ поражающие корневую и прикорневую части растений - корневые гнили. Для эффективного контроля заболеваний данного типа существенное значение имеет учет особенностей их развития.
Подземные части растений живут в гораздо более сложной биологической среде, чем побеги, так как в почве обычно обитает большое количество грибов, бактерий, простейших и других организмов. Для хорошего понимания болезней корней и рационального подхода к их искоренению важно изучить сложные взаимоотношения и экологию микроорганизмов почвы (Тарр, 1975).
При развитии корневых гнилей происходит разрушение мягких, парен-химных тканей проростков, причем часто паразит использует для этих целей токсины и ферменты (особенно ферменты пектинового обмена). Разрушение тканей при корневых гнилях может приводить к гибели ростков или снижению адаптивной устойчивости растений к стрессовым факторам (Соок,1990).
В большинстве случаев, в качестве фитопатогенов, вызывающих корневые гнили выступают слабоспециализированные паразиты, способные заражать ювенильные ткани и молодые корешки (Fasarium, Cortichtm, Pythium и т.д.). Более старые ткани, очевидно, устойчивы к ним, если только они не ослаблены неблагоприятными внешними условиями. Более специализированные фитопатогепы {Bipolaris, Drechslera и т.д.) способны заражать растительные ткани на всех этапах развития организма (Butler, 1961).
Таким образом, микромицеты, поражающие подземные органы растений, обнаруживают различную степень специализации. Одни из них поселяются только на ювенильных тканях, другие вызывают обширные некрозы старых частей корней.
Возбудители корневых гнилей имеют в своем онтогенезе кроме биотроф-ной, также сапротрофную и покоящуюся фазы. Они длительное время сохра няются в почве на разнообразных растительных остатках и имеют, как правило, нескольких (или многих) растений-хозяев.
Проблема борьбы с корневыми гнилями в значительной степени усугубляется следующими обстоятельствами: - наличием конидиальной и половой стадий; - как правило, отсутствием доминантных генов устойчивости растений; - отсутствием универсальных высокоэффективных протравителей; - большинство почв агроценозов утратило присущее им ранее свойство супрессивности, появляющееся в сбалансированном соотношении патогенной, сапротрофной и антагонистической микрофлоры (Чуприна и др., 1998).
Корневые гнили - одна из наиболее многочисленных и вредоносных болезней зерновых злаковых культур во всех зонах их возделывания (Saari, 1985; Weise, 1987;Tinlineetal., 1994; Singleton, Krenzer, 1996).
Корневые гнили злаковых культур — это болезнь корней и прикорневой части стеблей пшеницы, ячменя и ржи, вызываемая одним видом или комплексом видов грибов родов Фузариум, Гельминтоспориум, Офиоболюс, Церкоспо-релла, Питиум, Ризоктония и др. (Коршунова и др., 1966; Фадеев и др., 1986). Болезнь проявляется в виде поражения корней, подземного междоузлия, узла кущения, основания стебля и влагалища нижних листьев. Пораженные корни и подземное междоузлие становятся хрупкими и обламываются при выдергивании растений из почвы. Узлы кущения делаются рыхлыми и теряют свою прочность. Заболевание вызывает гибель всходов, отставание в росте, щуплость колоса у пораженных растений или полное отмирание продуктивных стеблей. Отдельные проростки гибнут до появления на поверхности почвы. У части всходов буреют корни и колеоптиле, а развивающиеся листья желтеют и отмирают. Поражение и гибель проростков и всходов, в основном, вызывает инфекционное начало, находящееся в зерне. Отмирание продуктивных стеблей происходит у растений, зараженных в период всходов. Щуплость колоса возникает от более позднего заражения (Чулкина и др., 1987; Тепляков, Теплякова, 2003).
Использование предпосевной обработки семян в защите пшеницы от корневых гнилей
Обработка семян - это метод применения средств защиты, способный защитить растения не только на стадии прорастания, но и в течение последующих этапов развития. Предпосевная обработка семян против семенной, почвенной, частично ,аэрогенноЙ инфекции является наиболее целенаправленным, эффективным, экономически целесообразным и экологически малоопасным мероприятием (Долженко и др., 2001). В настоящее время предпосевная обработка семян зерновых культур, в том числе и яровой пшеницы, проводится как химическими, так и биологическими препаратами.
Растения в течение своей жизни постоянно контактируют с разнообразными почвенными микроорганизмами и испытывают воздействия с их стороны. Исходя из этого, возможность искусственного внесения в агроценоз определенных «полезных» организмов для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур привлекает внимание ученых многих стран (Штерншис и др., 2000).
В разработке экологически безопасных методов борьбы с болезнями растений сельскохозяйственных культур выделяются следующие направления: 1) применение естественных врагов или конкурентов (антагонистов) фитопатоге-нов; 2) использование продуктов жизнедеятельности организмов токсичных для патогенов; 3) использование механизмов индуцированной устойчивости к болезням (Недорезков, 2002). В целом эти направления связаны с биоконтролем (biocontrol) или биологической защитой растений. В практическом плане биологическая защита растений от болезней ведется по следующим направлениям: использования антагонистов, антибиотиков и паразитов второго порядка (Дементьева, 1985).
Основа биологического метода борьбы с патогенами — использование явления антагонизма между различными микроорганизмами. Исследования по биологической защите растений необходимы для оптимизации условий для биологического агента с целью практического контроля развития болезней (Соколов, Литвишко, 1993; Новикова, 2005). В настоящее время для биологического контроля развития фитопатогенов используется широкий спектр микроорганизмов - бактерии Bacillus spp. и др. (Кузьмина, 2000; Мелентьев, 2000, Юсупова и др., 2005; Назарова и др., 2005), гриб Trihoderma lignorum (Петрухина, 1986) и т.д.
Одними из наиболее перспективных объектов для получения широкого спектра биопрепаратов различного назначения являются ризосферные грам-мотрицательные флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas — P. putida, Р. fluorescens, P. aureofaciens, P. corrugata и др. Отдельные штаммы этих бактерий, улучшающие рост растений и защищающие их от фито патогенов, принято обозначать как PGPRP (plant growhth-promotion rhizosphere Pseudomonas - ризосферные псевдомонады, стимулирующие рост растений). Изучены механизмы стимулирующего действия псевдомонад на рост растений. Некоторые штаммы PGPRP способны синтезировать такие регуляторы роста растений, как ауксины, цитокинины и гибберилипоподобные вещества, оказывающие прямое влияние на рост и развитие растений. PGPRP могут улучшить фосфорное питание растений (Воронин, Кочетков, Белоусов и др., 2000). Многие штаммы PGPRP продуцируют антибиотики — флороглюцины, феназины, пиолютеорин, оомицин А и др., подавляющие рост и развитие фитопатогенов растений (Кеггу,2000). Слабо кислотные антибиотики накапливаются в наземных органах растения, возможно траиспортируясь по флоэме. Одно из свойств флуоресци-рирующих псевдомонад - способность к продукции вторичных метаболитов только при достижении культурой высокой плотности клеток (Ligon et al., 2000). Кроме того, данные бактерии способны индуцировать системную устойчивость растений к фитопатогенам (Van Loon et al., 1998; Johansen et al., 2000).
Штаммы псевдомонад синтезируют высокоспецифичные сидерофоры (Смирнов, Киприянова, 1991). Сидерофоры - соединения, осуществляющие транспорт железа. Их отличительная способность - образование стабильных комплексов с трехвалентным железом. Связывая ионы трехвалентного железа в почве, сидерофоры лишают многие виды фито патогенных грибов необходимого элемента питания, что приводит к остановке развития последних. К сидеро-форам относится псевдобактерин (пиовердин), полученный из разных видов Pseudomonas, желто-зеленый пигмент с молекулярной массой около 1500 Да (Штерншис и др., 2000).
Оценка роли семенной инфекции в этиологии корневых гнилей
Трудно найти какой-либо вид растений, у которого не было бы по меньшей мере одного вида патогена, передаваемого через семена. Выше уже отмечалось, что корневые гнили яровой пшеницы относятся к числу типичных поч-венно-семенных инфекций. В связи с этим, существенное значение с точки зрения этиологии, эпидемиологии и организации защиты растений от данных болезней имеет оценка роли семенной инфекции в развитии болезней корней и прикорневых частей растения.
Как указывает Р.Н. Федорова (1991), различают три вида ассоциации семени с патогенным агентом: 1. патогены находятся в смеси с семенами, не соединяясь с ними; 2. патогены на поверхности семян переносятся пассивно в виде спор; 3, патогены переносятся внутри тканей растений. Возбудителей инфекции третьей группы часто называются инфекцией семян (Шпаар и др., 2001), при этом патоген находится на поверхности семян, в плодовой или семенной оболочках и внедряется только при прорастании семян в проросток, причем к этом типу относится большинство грибных и бактериальных возбудителей, переносимых семенами.
Возбудители гельминтоспориозной и фузариозной корневых гнилей, как правило, при сохранении на семенах локализуются в семенной оболочке и алейроновом cfnoe (Шпаар и др., 1998). При этом, Cochliobolas sativus (Ito & Kit-ribayashi) Drechs. Ex Dast. может сохраняться на семенах в амбарах в течение восьми и более лет хранения (Торопова и др., 2002).
Зараженность семян яровой пшеницы возбудителями корневых гнилей в большинстве случаев тесно коррелирует с пораженностью растений в полевых условиях. Так, по данным В.А, Чулкиной и др. (2001), между поражением проростков фитопатогенами в лабораторных и полевых условиях установлена прямая тесная зависимость г =0,91...0,97. Установлены и экономические пороги вредоносности: для зараженности семян возбудителями корневых гнилей (Чул-кина и др., 2001). Результаты наших опытов также подтверждают данный тезис (табл. 9).
Примечание: -при цене 1 тзерна-3 тыс. руб.
Данные таблицы 9 показывают, что увеличение степени зараженности семян возбудителями корневых гнилей (гельмннтоспориозной и фузариозной) способствует существенному снижению урожайности яровой пшеницы. Кроме того, стоимость потерь урожая (1,2-2,4 тыс. руб./га) доказывает высокую экономическую значимость организации надежной защиты растений от корневых и прикорневых гнилей.
Вместе с тем понятно, что семенная инфекция корневых и прикорневых гнилей не может реализоваться полностью.
Одним из основных вопросов, связанных с развитием почвенно-семенных инфекций, является оценка роли семян в этиологии данной группы болезней, В связи с этим, были проведены исследования по оценке степени реализации семенной инфекции в зависимости от уровня зараженности почвы возбудителями обыкновенной корневой гнили (табл. 10). Исходные параметры зараженности семян (по результатам теста методом рулонов) возбудителями корневых гнилей - зараженность Bipolaris sorokiniana (Sacc.) — 39,5%, фузариозная и альтерна риозная инфекция отсутствовала.
Примечание: ЭПВ по численности конидий в почве более 20 шт/г почвы.
В целом потенциальная семенная инфекция (по данным анализов рулонов) при выращивании растений в почве полностью не реализовывалась. Так, даже в условиях практически полного отсутствия почвенной инфекции (мелко-деляночные опыты), потенциальная семенная инфекция реализовалась лишь на треть. В тоже время, по мере роста уровня содержания в почве конидий патогена распространенность и развитие болезни существенно повышалось. Кроме того, на основании данных таблицы 10 можно сделать вывод о том, что на ранних этапах развития растений (до кущения) в патогенезе корневых гнилей яровой пшеницы большее значение имеет семенная инфекция, меньшее - почвенная. Напротив, на более поздних этапах онтогенеза лидирующее значение приобретает почвенная .инфекция.
Фото синтетическая деятельность растений
В полеввтх опытах наименьшее развитие корневых гнилей в фазу всходов отмечалось при обработке семян смесью Планриз+ЖУСС-1 и Планриз+ЖУСС-2 +Гуми. Биологическая эффективность против болезни в данных вариантах составила в среднем за два года исследований - 25%. К моменту уборки наиболее существенное снижение развития корневых гнилей (на 20% к контролю) проис-ходило при применении смесей Планриз+ЖУСС-1 и Планриз+ЖУСС-1 +Гуми.
В ходе развития яровой пшеницы из пораженных частей растения (корневая и прикорневая части растений) проводилось выделение фитопатогенов на чистых питательных средах (агар Чапека) и их идентификация. Соотношение между различными видами фитопато генных грибов менялось по мере развития растений (рис. 9,10,11).
При рассмотрении динамики заражения больных частей растения Bipolaris sorokiniana видно, что в контроле происходит постепенное снижение доли данных грибов. Под воздействием обработки семян на первых этапах раз-вития растений (всходы-кущение) зараженность данным патогеном по сравнению с контролем более низкая, однако в дальнейшем она несколько повышается, но к моменту уборки вновь падает. По всей видимости, снижение зараженности семян этим микром и цетом под влиянием предпосевной обработки сдерживает его способность к поражению растений.
В большинстве случаев, по мере развития растений из пораженных корневыми гнилями их частей увеличивается частота выделения грибов Alternaria spp. Обработка семян Планризом и его смесями несколько ускоряет данный процесс. Особенно ярко данный эффект проявляется в фазу цветения.
При рассмотрении частоты выделения из больных частей растений грибов Fusarium spp. видно, что влияние обработок было неоднозначным. В вариантах с использованием смеси Планриз+ЖУСС-1 и Планриз+ЖУСС-2+Гуми происходило сдерживание данной инфекции на начальных этапах развития, тогда как в вариантах только с Планризом и смесью Планриз+Гуми отмечалась некоторая стимуляция поражения растений данным грибом.
Предпосевная обработка семян, уже начиная с фазы всходов, способствовала росту величины листовой поверхности растений. Особенно значительно данный эффект проявился в варианте Планриз+ЖУСС-1, для которого прирост величины площади листьев к показателям в контроле в фазу всходов составил 7,8 %. В последующие фазы развития растений стимуляция роста ассимилирующей поверхности от применения обработок семян сохранилась. В среднем за вегетацию, максимальная площадь листьев отмечалась при использовании обработки семян смесью Планриз+ЖУСС-1.
При рассмотрении площади листовой поверхности в полевом опыте (рис. 12) видно, что наибольшая ассимилирующая поверхность растений формировалась при обработке семян смесями Планриз+ЖУСС-1 и Планриз+ЖУСС-1+Гуми. Однако и в других вариантах происходило увеличение листовой поверхности.
Таким образом, проведенные исследования влияния обработки семян смесями биопрепарата с микроудобрениями и стимуляторами роста показали, что под влиянием данного приема происходит стимуляция ростовых процессов, в том числе рост площади листьев яровой пшеницы.
Данные таблицы 39 показывают дифференциацию накопления NPK в различных частях растений яровой пшеницы. Так, если азот и фосфор преимущественно накапливаются в зерне, то калий - в соломе.
Использование предпосевной обработки семян Планризом и его смесями в большинстве случаев привело к повышению содержания NPK как в зерне, так и в соломе. В мелкодел я ночном опыте наибольшее содержание азота в зерне отмечалось при использовании смеси Планриз+ЖУСС-1, а фосфора и калия -Планриз+ЖУСС-2. В соломе максимальное накопление N и Р2О5 было при использовании смеси Планриз+ЖУСС-2. Аналогичная тенденция отмечалась и в полевом опыте.
Независимо от места проведения опытов, наибольшее потребление NPK. растениями яровой пшеницы было при использовании предпосевной обработки семян смесью Планриз+ЖУСС-1. Так, в мелкоделяночных опытах в данном ва-рианте потребление N по сравнению с контролем выросло на 22,9 кг/га, Р205 -на 12,3 кг/га, калия — на 9,2 к г/га; в полевых опытах соответствующий прирост составил - 14,9 кг/га, 8,1 кг/га и 5,6 кг/га.
