Агрохимия, 2019, № 11, стр. 63-71

ВВЕДЕНИЕ

Нут является одной из важных продовольственных сельскохозяйственных культур. Его производстве в мире по разным оценкам может составлять более 10 млн т в год. Нут – ценный продукт питания, очень популярный в странах Средней и Западной Азии, Северной Африки. Его плоды содержат ≈20% белка. Приготовленные из нута фалафель и хумус являются практически национальными блюдами в некоторых странах Азии и Африки. Иногда его считают полноценным заменителем мяса в вегетарианской кухне. В Европе блюда из нута также весьма популярны, но объемы выращивания культуры здесь невысокие [1].

В России нут активно выращивают в Северо-Кавказском, Средневолжском, Нижневолжском, Уральском и Западно-Сибирском регионах. Посевные площади под нутом выросли и в Центрально-Черноземном регионе, в частности в Воронежской и Белгородской обл. Главные направления отечественной селекции нута – создание высокоурожайных, скороспелых, технологичных, устойчивых к болезням сортов [2]. Сорта нута, выращиваемые на территории Европейской части России, отличаются высокой засухоустойчивостью и предпочтением к легким почвам. “Нетерпимость” культуры к тяжелым суглинистым почвам, переувлажнению, весенним холодам, сильно тормозит рост ее посевных площадей. Пока огромный ущерб выращиванию нута наносят грибные болезни. Наиболее вредоносны они в ранних посевах, по причине периодических похолоданий, в которые попадают весной посевы; но при долговременном избыточном увлажнении, стрессах различной природы, значительные проблемы появляются также в поздних посевах [1, 2]. Источниками инфекции опасных заболеваний, обычно являются полевые резерваторы – растительные остатки, сорняки, растения лесополос, примыкающих к полям, почва [3], а также – семена культуры [4, 5].

На семенах, согласно опубликованным ранее данным, доминируют плесневые грибы из родов Aspergillus, Penicillium, Rhizopus. Патогенных грибов выделяется значительно меньше: из них доминируют слабопатогенные возбудители черни – альтернариевые грибы, опасные патогены Fusarium oxysporum, F. moniliforme, Ascochyta rabiei встречаются в небольшом количестве изученных образцов при колонизации незначительного количества семян [1].

После сева видовой состав микробиоты на прорастающих семенах, как нам удалось показать, резко менялся – уменьшалось количество аспергиллов, пенициллов, но заметно возрастало количество фузариев, в том числе высоко патогенных. Очевидно, семядоли являются питательным субстратом для микробиоты, на котором фузарии имеют селективное преимущество перед другими группами микроорганизмов. Это накопитель и источник опасной инфекции возбудителей гнилей и сосудистых поражений, постоянно действующий внутри самих растений [1].

В условиях резких технологических изменений выращивания полевых культур последних десятилетий, микробиологической деградации агроценозов [6], для полноценного контроля болезней необходим мониторинг сезонной динамики доминирующих (в основном патогенных) микроорганизмов всех сельскохозяйственных культур, в том числе нута. Колонизация опасными микроорганизмами [1, 4] активно и негативно влияет на полноценность развития и жизнедеятельности растений, формирование элементов их продуктивности. Идентификация доминирующих патогенов должна быть основой системы контроля болезней сельскохозяйственных культур, формирования комплекса защитно-профилактических мероприятий с применением соответствующих видовому составу патогенной микрофлоры фунгицидов, биопрепаратов, агрохимикатов.

Цель работы – определение качественного и количественного состава возбудителей болезней в полевых образцах нута в различные периоды вегетации для выработки направлений контроля негативных последствий их паразитирования.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили на полевом биоматериале растений нута из хозяйств Волгоградской и Воронежской обл. в лаборатории ВНИИФ в 2012–2018 гг.

Образцы растений отбирали в полевых условиях в различные периоды вегетации, а также при заболеваниях. Микробиологические анализы в условиях лаборатории ВНИИФ проводили по методике с использованием искусственной питательной среды Чапека.

На питательную среду закладывали (без дезинфекции) проростки и эксплантаты различных частей растений с целью учета их колонизации микроорганизмами грибной природы [1].

Анализ видового состава микробиоты, колонизирующей эксплантаты, проводили на 7-е сут инкубации. Видовую принадлежность образующихся на питательной среде колоний микромицетов определяли по форме органов споруляции (конидиеносцев, конидий, асков, спор и др.) под микроскопом.

При анализе образцов нута оценивали встречаемость видов микромицетов на различных частях растений, почвы около корневой системы. В данной статье приведены данные микромицетной колонизации корневой шейки, стебля, а также почвы.

Проводили подсчет количества колоний микроорганизмов разных видов, выделенных in vitro, далее вычисляли долю (в %) каждого выделенного микроорганизма относительно числа нанесений растительных объектов (в данном случае фрагментов растений) на питательную среду; проводили также подсчет доли образцов с колонизацией тем или иным микроорганизмом или группой микромицетов (в %) [1].

Выявленные патогенные микроорганизмы, колонизирующие растения, делили на группы: опасные патогены нута (Ascochyta rabiei, Fusarium oxysporum, F. moniliforme, Pythium debaryanum, Rhizoctonia solani, Verticillium albo-atrum, Botrytis cinerea), а также средне- и слабопатогенные для нута виды (F. solani, F. sporotrichiella, F. sambucinum, F. avenaceum, F. culmorum, F. cerealis).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Лабораторная оценка встречаемости грибных патогенов на вегетирующих растениях нута в хозяйствах Черноземной зоны России (Воронежская обл.) и Нижнего Поволжья (Волгоградская обл.) показала (табл. 1), что в производственных посевах нута доминировали с различной степенью опасности для его растений виды из рода Fusarium: высокопатогенные F. oxysporum, F. moniliforme, относительно слабопатогенные F. solani, F. sporotrichiella. Наиболее часто встречавшимся из высокопатогенных возбудителей заболеваний культуры был Fusarium oxysporum. Он выделялся в  82% проанализированных образцов растений всех регионов, вызывая стеблевые (наряду с аскохитой) и корневые гнили, депрессию, пожелтение и опадение листьев (рис. 1), гибель растений, изреживание посевов. Аналогичные результаты описаны в ряде трудов индийских и польских ученых, которые обнаруживали значительное заселение F. oxysporum корневой системы и стеблей больных растений нута [4, 6–9]. В то же время, у исследователей из США (Вашингтонский университет), фузарии встречались в опыте единично, при доминировании опасных грибов Didymella rabiei и Clonostachys rosea [10]. В испано-американском исследовании отмечали высокую дифференциальную активность патогенных штаммов F. oxysporum [11].

Рис. 1.

Отмирание нижних листьев нута от фузариоза (1), на плодах видны поражения аскохитозом (2) (Волгоградская обл., 2017 г.).

В большинстве образцов колонизация растений F. oxysporum была высокой (до 100%), и лишь в единичных случаях – 10–15%-ной. Реже вместо F. oxysporum в полях нута паразитировал не менее патогенный для нута Fusarium moniliforme (sin. F. verticillioides). О его значительной роли в формировании патологических консорций нута также упоминали польские ученые [9].

На значительной части образцов встречался менее патогенный гриб Fusarium solani – практически самый распространенный во всех российских полевых агроценозах вид микромицетов, колонизирующий растения [6], растительные остатки, почву [12]. Его, судя по полученным результатам, можно считать сателлитом более патогенных видов фузариев. В одиночку как самостоятельный патоген на больных взрослых растениях он практически не встречался; кроме того, более патогенные, чем F. solani, формы фузариев, судя по полученным результатам, появлялись на растениях нута, как правило, с некоторым опережением данного патогена. В то же время в индийских штатах Andhra Pradesh и Karnataka [8] F. solani является возбудителем распространенного опасного заболевания – черной гнили корней.

Колонизация F. solani в нашей работе отмечена на 94% образцов. Она также, как для F. oxysporum, была высокой, особенно в весенние и первые летние месяцы, охватывая зачастую 50–80% растений.

F. moniliforme выявлялся также довольно часто. В летние месяцы, особенно во второй половине лета, было много образцов с отсутствием F. oxysporum и присутствием F. moniliforme. Патоген нередко вызывал гнили, депрессию и гибель растений. В течение всего периода вегетации F. moniliforme был выявлен на вегетирующих растениях в 30% образцов нута с частотами их колонизации до 90%.

Образцы, колонизированные грибом F. sporotrichiella (sin. F. sporotrichioides) встречались с 12%-ной частотой (табл. 2). О его вредоносности на бобовых культурах мнения неоднозначны [13]. Среди наших опытов был единичный случай, когда в полевом образце растений нута гриб F. sporotrichiella встречался в 100% растений с размягченными корнями; параллельно с F. solani – в 40% растений, и с F. oxysporum – менее 1% растений. Растения были отобраны далеко от края поля, где маловероятно завышение гербицидной дозировки; рядом росли практически здоровые растения с корнями нормальной жесткости, колонизированные F. oxysporum и F. solani без присутствия F. sporotrichiella. Вероятно, F. sporotrichiella в данном случае участвовал в размягчении корней. В остальных образцах данный микромицет обычно сопровождал гораздо более патогенный гриб F. oxysporum.

Образцы с колонизацией F. sambucinum встречались также с 12%-ной частотой, но – с меньшим количеством колонизированных растений образца (табл. 1).

Fusarium avenaceum идентифицировали в нижней части растений 9% образцов, с незначительным количеством колонизированных растений. На объектах польских ученых [9] данный патоген активно колонизировал все части растений нута, включая не только корни и стебли, но и листья, и бобы. F. culmorum и F. cerealis выделяли из полевых образцов нута довольно редко.

Еще один опаснейший патоген нута, возбудитель аскохиозной стеблевой гнили, отмирания побегов – Ascochyta rabiei имел различия по встречаемости в разные годы. Условия большинства лет исследования в Черноземье и Нижнем Поволжье не были благоприятными для эпифитотийного развития аскохитоза нута – короткие периоды увлажнения достаточно часто прерывались длительными периодами с атмосферной засухой, отсутствием утренних рос, поэтому появление растений с аскохитозной гнилью в таких условиях было единичным, а реализация инфекционного потенциала возбудителя болезни в агроценозах перечисленных регионов – низкой. О низком исходном потенциале инфекции свидетельствовало также слабое проявление болезни в 2016 г. при избыточном увлажнении. Лишь в 2017 г. (второй подряд год с избыточным увлажнением и, видимо, как следствие – накоплением инфекции в полевых агроценозах) наблюдали эпифитотию аскохитоза нута, которая имела серьезные последствия.

A. rabiei была выделена из 39% полевых образцов. Спектр колонизации растений в образце в зависимости от метеорологических условий мог находиться в диапазонах от нулевых и единичных (большинство наблюдаемых сезонов), до 80% в 2017 г., что сопровождалось значительным ущербом урожаю нута.

Относительно нечасто (до 6%) встречались образцы с колонизацией растений высокопатогенными грибами Verticillium albo-atrum, оомицетами Pythium debaryanum. Доля колонизированных данными патогенами растений в образце могла достигать 20–30%. Колонизация сопровождалась, соответственно, вертициллезным увяданием растений, питиозными гнилями. Условия для эпифитотийного развития перечисленных болезней пока в экспериментальных хозяйствах не складывались, но, судя по результатам наблюдений, их потенциальная опасность весьма высока.

Ризоктонию обнаруживали в изученных образцах нута также довольно редко (табл. 1), хотя, по данным индийских ученых, она часто вызывает в штатах Индии вредоносную сухую корневую гниль [8].

Источником инфекции возбудителей гнилей и сосудистых заболеваний полевых культур нередко является почва. Во время вегетации образующаяся инфекция распределяется между растениями и почвой, что косвенно характеризует патогенные и сапротрофные свойства микроорганизмов. Анализ встречаемости патогенных грибов и оомицетов на растениях нута и в почве проанализированных образцов показал следующее (табл. 2).

Несмотря на относительную генетическую близость, виды Fusarium значительно различались этиологически, в частности, по встречаемости на растениях и в почве.

В 69% образцов F. oxysporum встречался только на растениях, в почве данных образцов его не обнаружили. В 13% образцов данный патоген выделялся и из растений, и из почвы. Даже при массовом развитии данной разновидности фузариоза в поле, вариантов, когда бы он присутствовал в почве, но отсутствовал на растениях, не обнаружили. Почвенная инфекция F. oxysporum, судя по полученным данным, реализовывалась на растениях нута практически всегда. Лишь 18% полей нута на время отбора образцов были свободны от F. oxysporum: его не обнаружили ни в растениях, ни в почве.

По колонизации растений и почвы F. solani кардинально отличался от F. oxysporum: 69% образцов имели колонизацию грибом F. oxysporum растений, но не почвы, для F. solani такой вариант вообще отсутствовал. Грибом F. solani в 91% образцов были колонизированы и растения, и почва; в 9% случаев патоген не обнаруживался на растениях, но присутствовал в почве. Образцов нута без его присутствия не было.

F. moniliforme встречался в анализируемых полевых агроценозах нута реже, чем ранее описанные виды фузариев: в 62% образцов его не обнаружили ни в почве, ни в растениях. Одновременная встречаемость данного патогена и в растениях, и в почве отмечена в 20% образцов; в растениях, но не в почве – в 13%. Значительная насыщенность севооборотов зерновыми культурами, на которых F. moniliforme находится в доминирующей группе возбудителей заболеваний, нередко обусловливает его накопление в почве. Судя по проанализированным образцам, патоген присутствовал как самостоятельный микроорганизм в почве 5% полей. Кроме того, значительная часть полей, на которых растения нута были колонизированы F. moniliforme, в севообороте следовала за яровой пшеницей. Следует отметить также, что зачастую, на растениях нута, колонизированных F. moniliforme, основной патоген данной культуры F. oxysporum, не встречался.

F. sambucinum колонизировал растения нута в 12% образцов и встречался только на растениях. В почве проанализированных образцов его не было.

F. avenaceum был обнаружен на растениях, но не в почве в 8% образцов. Одновременную колонизацию растений и почвы данным грибом не наблюдали. В то же время в большом количестве образцов (17%) F. avenaceum встречался только в почве. Одновременно на растениях и в почве данный микромицет не встречался. Весьма вероятно, что наблюдали 2 формы F. avenaceum – патогенную (в 8% случаев) и сапротрофную (в 17% случаев). Сапротрофная форма выявлялась в 2.1 раза чаще, чем патогенная.

Встречаемость образцов нута с колонизацией грибами F. culmorum и F. cerealis была очень низкой – ≈3%, причем из почвы проанализированных образцов данные грибы не были выделены. Во всех случаях, наряду с F. culmorum и F. cerealis, в данных образцах отмечали значительную колонизацию растений F. oxysporum.

Возбудитель аскохитоза нута Ascochyta rabiei колонизировал практически треть растений (табл. 2), нанося значительный вред и вызывая отмирание побегов, гибель плодов (рис. 1, 2).

Рис. 2.

Поражение стеблей и плодов нута аскохитозом (Волгоградская обл., 2017 г.).

В части образцов (7%) аскохита успела за время вегетации колонизировать почву вокруг корневой системы и в этом случае была отмечена совместная встречаемость патогена на растениях и в почве. Как самостоятельный микроорганизм аскохита в почве не встречалась. Согласно многочисленным литературным данным, аскохитоз считается наиболее распространенным и опасным заболеванием нута, поражающим стебли, листья, плоды, наносящим масштабный ущерб урожаю [9, 14]. Резерваторами возбудителя аскохитоза нута могут быть бобовые, как культурные чечевица, горох, люцерна, так и дикорастущие. Патоген может присутствовать на них как в активном, так и в латентном состоянии, что увеличивает его выживаемость и распространение [14].

Verticillium albo-atrum – опасный возбудитель трахемикозного увядания двудольных. Резерваторами патогена являются почва и растительные остатки. В связи с доминированием на полях Европейской территории России однодольных культур (в основном мелкосемянных зерновых, реже – кукурузы), на которых данный патоген редко встречается [4, 11], опасности для них не представляет и в качестве субстрата для размножения их практически не использует, поэтому данные культуры можно считать фитосанитарами вертицилла. Колонизация растений вертициллом была отмечена на 7% образцов нута: 5% в растениях, но не в почве и 2% – совместная колонизация растений и почвы. То, что патоген может самостоятельно существовать в почве, показало его присутствие в почве 6% образцов без колонизации растений. О том, что он пока не накапливается в основной части полевых агроценозов свидетельствуют результаты анализа 87% образцов, в которых Verticillium albo-atrum не был выявлен ни в растениях, ни в почве (табл. 2).

Виды Pythium являются опасными патогенами бобовых, в частности они создают серьезную опасность при выращивании нута [13, 15]. В агроценозах полей Центра и Юга России питиозы пока серьезной опасности не представляют, видимо, из-за фитосанитарного прессинга доминирующих в севооборотах зерновых культур. Патоген был выделен в 7% образцов вегетирующих растений: в 3% – в растениях, но не в почве, в 4% – и в растениях, и в почве. Как самостоятельный компонент микробиоты агроценозов питиум выявлен на полях нута пока не был. 93% проанализированных полевых образцов нута питиум не содержали. Отмечена также единичная встречаемость на культуре ризоктонии: только в растениях, в почве на полях нута она выявлена не была.

Анализ сезонной динамики патогенной микробиоты на нуте в тех же регионах показал следующие результаты (табл. 3). В апреле, когда отмечают первые видимые признаки заболевания растений в ранних посевах нута, в основном они колонизировались грибом F. oxysporum в области корневой шейки. Причем несмотря на то, что было колонизировано до 80% растений в образце, стебель еще не был инфицирован данным видом. Аналогичной была колонизация в данный период грибом F. solani, только в меньшем количестве образцов, и с меньшим количеством колонизированных растений в образце. Это указывало на значительную вероятность того, что колонизация F. solani – вторичная, т.е. F. oxysporum открывает “ворота инфекции” и, вероятно, снижает иммунитет тканей до состояния, когда их может заселить слабопатогенный F. solani.

Фитопатологическое состояние майских образцов несколько отличалось от апрельских увеличением количества F. solani, а также колонизацией перечисленными патогенами до 1/4 стеблей в небольшом количестве образцов. Другие патогены в этот период на нуте как правило не были выявлены.

В июне объем анализируемых образцов резко увеличился. В этот период, по многочисленным просьбам производителей, на нуте подвергается микробиологическому анализу все, напоминающее заболевание, поэтому доя образцов с реальной колонизацией F. oxysporum оказывается меньше. В то же время резко увеличивается количество колонизированных F. oxysporum и F. solani растений в образцах с колонизацией и в зоне корневой шейки, и в зоне стебля. Вероятно, накануне резкого увеличения фузариевой инфекции, есть необходимость в своевременных обработках системными фунгицидами, эффективными против фузариев.

Не исключено, что на полях происходит адаптация F. oxysporum к выращиваемым растениям нута, сопровождаемая активным развитием болезни после всходов: массовым появлением корневых и прикорневых гнилей, отмиранием побегов, пожелтением 1/3–2/3 нижних листьев, гибелью растений. Без своевременных защитных мероприятий, которые следует проводить до начала отмирания побегов, может значительно теряться урожайный потенциал культуры. В то же время, несмотря на высокую вредоносность фузариоза нута, судя по публикациям, в мире гораздо большее внимание уделяется аскохитозу и его контролю [4, 14, 16].

Результаты проведенных анализов показали, в июне происходила также активизация опасных патогенов нута – F. moniliforme, A. rabiei и др. Доля образцов с колонизацией F. moniliforme в области корневой шейки составила 14% при заселении патогеном до половины растений в образце. С колонизацией в области стебля образцов было почти в 3 раза меньше, и количество колонизированных растений на образец не превышало 20%.

С колонизацией аскохитой в области корневой шейки было отмечено 6% образцов при заражении 10–20% растений; в области стебля аскохитозная инфекция встречалась в 13% июньских образцов на 10–30% растений. Очевидной была высокая активность аэрогенной инфекции возбудителя аскохитоза.

В июле ситуация усугублялась инфицированием нута всеми доминирующими патогенами. Наибольший прогресс отмечен для F. moniliforme и A. rabiei – заметно возрастало количество образцов, колонизированных ими, особенно в зоне стебля. Кроме того, эти патогены несколько “теснили” в колонизации традиционные F. oxysporum и F. solani.

В августовских отборах (данные 2017 г.) происходило практически обнуление количества образцов, колонизированных F. oxysporum, при параллельном прогрессе нарастания инфицирования F. moniliforme как по количеству образцов с колонизацией, так и по количеству колонизированных растений в образце. На большинстве полей, где количество F. oxysporum уменьшалось до нулевых величин, но возрастало количество F. moniliforme, выращивание нута проходило после предшественника яровой пшеницы.

Следует отметить, что доминирование среди часто встречающихся патогенов в июле–августе 2017 г. переходило к возбудителю аскохитоза, который в большей степени развивался на стебле, чем на корневой шейке, вызывая стеблевую гниль, отмирание побегов, гибель плодов. Зараженных опасными фузариями растений в этом случае также было много. Летом 2017 г. создалась реальная необходимость в фунгицидной защите полей нута от фузариоза и аскохитоза одновременно. В то же время опасное развитие аскохитоза в Нижнем Поволжье, Черноземье отмечено лишь раз в несколько лет, поэтому фунгицидные обработки против данного заболевания следует начинать как профилактические – при появлении симптомов заболевания, как защитные – при достижении опасного порога развития болезни.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, установлено, что на вегетирующих растениях нута за период изучения независимо от погодных условий вегетационного сезона доминировал опасный патоген Fusarium oxysporum, иногда замещавшийся после предшественника яровой пшеницы на Fusarium moniliforme. Ненамного отставал от него по встречаемости Fusarium solani. Часто колонизировали растения нута виды F. sporotrichiella, F. avenaceum и F. sambucinum, изредка – F. culmorum, F. cerealis, Rhizoctonia solani. Встречаемость возбудителя стеблевой гнили Ascochyta rabiei и по количеству образцов нута с аскохитозной инфекцией, и по количеству колонизированных растений в образце была высокой, но сильно зависела от условий увлажнения.

Колонизация растений потенциально опасными патогенами Verticillium albo-atrum и Pythium debaryanum была относительно невысокой, видимо, в связи с доминированием злаков с фитосанитарными свойствами для данных патогенов в севооборотах, весьма вероятным было их накопление в агроценозах при увеличении количества выращиваемых двудольных культур.

Виды Ascochyta rabiei, F. oxysporum, F. sporotrichiella, Pythium debaryanum в полевых образцах нута встречались в основном на растениях, реже – на растениях и в почве; F. solani обнаруживали на растениях и в почве одновременно, реже – только в почве; F. sambucinum, F. culmorum, F. cerealis, R. solani были выявлены только в растениях, но не в почве. Вид F. avenaceum выявляли либо в растениях, либо в почве, причем в почве почти в 2 раза чаще (возможно, это 2 формы гриба – патогенная и сапротрофная).

В апреле–мае из доминирующих патогенов растения нута колонизировали в основном F. oxysporum и F. solani в зоне корневой шейки, гораздо реже – стебля. В июне активизировались доминирующие патогены, увеличилась колонизация ими стебля. В июле наибольшее инфицирование отмечено для F. moniliforme, в 2017 г. – A. Rabiei, возросло количество образцов колонизированных ими, особенно в зоне стебля. Они несколько “потеснили” в колонизации традиционные F. oxysporum и F. solani. В августе 2017 г. наблюдали практически отсутствие образцов, колонизированных F. oxysporum, но происходило параллельно нарастание инфицирования F. moniliforme как по количеству образцов с колонизацией, так и по количеству колонизированных растений в образце.