Агрохимия, 2019, № 5, стр. 76-82

ВВЕДЕНИЕ

Мониторинг вредных организмов яровой пшеницы в течение последних 10–15 лет свидетельствует о постепенных изменениях численности популяций, характера и размеров экологических ниш, смене доминирующих видов в сообществах, повышении агрессивности ранее не встречавшихся или малопатогенных групп организмов [1–6]. Например, в Западной Сибири и Зауралье, начиная с 2007–2008 гг. произошла смена доминирования фитопатогенов на подземных органах пшеницы, в результате которой грибы рода Fusarium заняли преобладающее положение над ранее доминировавшим Bipolaris sorokiniana Sacc. Shoem. [7]. Заселенность Fusarium spp. подземных органов зерновых культур в 2007–2016 гг. превышала численность B. sorokiniana в 2.5–8.0 раз. Самая высокая частота встречаемости на подземных органах пшеницы и ячменя была отмечена у F. equiseti, F. oxysporum, F. solani, F. subglutinans, F. poae и F. sporotrichioides [7–9]. Cреди факторов, обеспечивших доминирование фузариевых грибов в патокомплексе корневых гнилей зерновых культур, следует отметить усиление засушливости климата, минимизацию обработки почвы, ежегодное протравливание семян триазольными препаратами, снижение супрессивности почвы к грибам рода Fusarium, засоренность почв семенами сорняков [10–12].

Экологические ниши фитопатогенных грибов рода Fusarium включают не только подземные органы растений, но и генеративные органы, которые они заражают при благоприятных гидротермических условиях. Заражение колоса может происходить по сосудам или воздушно-капельным путем [13]. Интенсивность заражения колоса фитопатогенными фузариями определяется рядом абиотических и биотических факторов, среди которых существенную роль играют сортовые особенности культуры, фитосанитарное состояние почвы, конкуренция с другими фитопатогенами, погодные условия [13–16].

При заражении фузариевыми грибами продовольственного зерна главной опасностью становится способность возбудителей фузариозов синтезировать микотоксины [17–19]. Грибы р. Fusarium продуцируют ряд токсических соединений, крайне опасных для здоровья человека и животных. Среди них – зеараленон и трихотеценовые микотоксины. При употреблении загрязненных этими микотоксинами продуктов возникают серьезные заболевания человека и животных [20, 21].

Многие виды Fusarium, поражающие зерновые культуры, продуцируют фузариотоксины дезоксиниваленол (ДОН), ниваленол (НИВ), зеараненон (ЗЕА), Т-2 токсин, а также фумонизины, вызывающие онкологические заболевания [22]. Например, основной возбудитель фузариоза колоса озимой пшеницы токсинопродуцирующий вид F. graminearum Schwabe синтезирует ДОН и его ацетатные производные, а также НИВ [23]. Фузариотоксины обладают нефротоксичными, иммуносупрессивными и канцерогенными свойствами [24, 25]. Токсинообразующие виды грибов рода Fusarium больше приурочены к теплым и влажным регионам. Стойкие популяции вида F. graminearum существуют в Приморском крае и на Северном Кавказе, откуда в период локальных погодных изменений происходит периодическое расселение патогена с семенами или воздушными течениями на новые участки, где складываются благоприятные для него климатические условия. Например, на северо-западе России F. graminearum зарегистрирован с 2003 г. Возможно, отмеченное потепление климата, особенно в зимние месяцы, способствовало выживанию F. graminearum на новых территориях, или же гриб адаптируется к более холодным условиям обитания [3, 4].

Проявление микотоксикозов, вызванных грибами рода Fusarium, периодически отмечали и в Западно-Сибирском регионе. На Алтае потребление в пищу зерна с высокой зараженностью грибами рода Fusarium, вероятно, было причиной высокой частоты проявления у новорожденных детей “затяжной желтухи” [20]. По данным лаборатории микологии и фитопатологии ВИЗР, зерно из Алтайского края характеризовалось высокой, более 40%, зараженностью F. poae, F. equiseti, F. sporotrichioides, что отражало общую скрытую зараженность растений региона фузариевыми грибами. В этой связи в работе [20] Алтайский край отнесен “в группу фузариоопасных микотоксикологических регионов России”. Со времени указанной публикации ситуация с фузариевыми грибами в регионе значительно обострилась [12]. По данным исследований 2006–2016 гг., грибы р. Fusarium являются основными в комплексе патогенов на семенах яровой пшеницы, превышение их пороговых количеств (10%) выявлено в большинстве семенных партий [26].

Цель работы – изучение распространенности и вредоносности грибов рода Fusarium на семенном зерне из регионов Западной Сибири, а также выявление наличия в партиях продовольственного зерна фузариотоксинов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в Новосибирской, Томской, Кемеровской, Тюменской обл., Алтайском и Красноярском краях в течение 6-ти лет (2012–2017 гг.). Ежегодно анализировали 70–80 партий семенного зерна методом влажных рулонов по ГОСТ 12044-93, микологический анализ зерна проводили на агаре Чапека (ЧА) и картофельно-декстрозном агаре (КДА) по стандартной методике [27]. Динамику заселения колосьев яровой пшеницы грибами рода Fusarium изучали в северной лесостепи Приобья в 2011–2013 гг. на районированных сортах Новосибирская 31, Омская 36, Баганская 95, Алтайская 70, которые высевали на делянках площадью 5.0–10 м² в четырехкратной повторности. Начиная с фазы колошения и до фазы полного созревания зерна еженедельно колосья пшеницы помещали в бумажные изоляторы по 10 шт. в десятикратной повторности. Перед уборкой колосья срезали и проводили микологический анализ семян и органов зерновки на КДА. Разделение зерновок на органы проводили вручную скальпелем и пинцетом после их стерилизации в 0.05%-ном растворе перманганата калия (KMnO₄) и замачивания на 2 ч в стерильной воде. В каждом варианте анализировали по 50 зерновок. Для идентификации микромицетов использовали классические определители [28, 29]. Содержание микотоксинов в зерне определяли методом непрямого конкурентного иммуноферментного анализа (ИФА) с чувствительностью 4 мкг/кг (Т-2 токсин), 20 мкг/кг (зеараленон), 50 мкг/кг (дезоксиниваленол) в соответствие с наставлениями по применению тест-систем, утвержденными Департаментом ветеринарии Минсельхоза России 11.07.2002 г., ГОСТ Р 52471-2005 и ГОСТ 31653-2012.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты многолетнего мониторинга распространения грибов рода Fusarium на семенном зерне представлены в табл. 1. Анализ данных показал постоянное и значительное распространение грибов рода Fusarium на семенном зерне яровой пшеницы Западной Сибири. В настоящее время все партии зерна в той или иной степени инфицированы грибами рода Fusarium, причем зараженность около половины партий была больше пороговой (10%) величины. Зараженность отдельных партий была катастрофической, многократно (в 7 раз) превышала порог вредоносности и соответствовала уровню сильной эпифитотии.

Из семян яровой пшеницы выделяли следующие виды грибов рода Fusarium, представленные в порядке убывания частоты встречаемости: F. sporotrichioides Sherb., F. poae (Peck) Wollenw., F. equiseti (Corda) Sacc., F. oxysporum Schltdl., F. culmorum (W.G.Sm.) Sacc., F. solani Koord., F. avenaceum (Fr.) Sacc., F. incarnatum (Desm.) Sacc., F. heterosporum Nees. Единично в образцах зерна отмечены также F. acuminatum Ellis&Everh., F. subglutinans Wollenw.&Reinking и др.

Зараженность семенного зерна фузариевыми грибами снижала его посевные качества. Коэффициенты корреляции между зараженностью семян грибами рода Fusarium и распространением корневой гнили проростков на рулонах составили за указанный период r = 0.511–0.615 и были достоверными при 1%-ном уровне значимости.

Передача грибов рода Fusarium с семенами приводила к формированию новых очагов фитопатогенов в почве или усугубляла уже существующие, замедляла ростовые процессы проростков и всходов, изреживала их за счет активного старта эпифитотического процесса корневых гнилей с начала вегетации растений [9]. Применение протравителей семян не обеспечило радикального оздоровления растений по причине низкой чувствительности фузариевых грибов к фунгицидам и высокой заселенности зональных почв фитопатогенами, достигавшей 7 и более экономических порогов вредоносности (ЭПВ) [7, 12].

Сезонная динамика грибов рода Fusarium на колосе яровой пшеницы зависела от погодных условий года. Чем выше была температура на фоне достаточного (ГТК > 1) увлажнения, тем более стабильно эти микромицеты занимали свою дополнительную экологическую нишу в пределах колоса пшеницы. Максимальный, близкий к 100% уровень инфицирования колосьев фузариевыми грибами отмечен на фоне высоких температур, которые превышали на 3–5°С средние многолетние показатели последней декады июля и всего августа и сопровождались обильными осадками. Коэффициенты корреляции степени инфицирования зерновок пшеницы грибами рода Fusarium и суммы осадков за август составили по годам r = 0.721–0.869.

Показано (табл. 2), что вредоносность грибов рода Fusarium при передаче с семенами зависела от срока инфицирования колосьев: чем раньше происходило заражение, тем выше была вероятность проникновения фитопатогенов в зародыш и эндосперм, где при прорастании семян нового урожая действие токсинов наиболее губительно сказывалось на развитии проростков пшеницы.

При заражении колосьев в фазах колошения–цветения вероятность проникновения грибов в зародыш повышалась в 2 раза, в эндосперм – в 7.5 раза по сравнению с фазой налива зерна. Это связано с повышенной проницаемостью оболочек зерновок на начальных этапах их формирования, что облегчает проникновение фитопатогенов. В период налива жесткость оболочек зерновки постепенно возрастает, зерновка постепенно теряет влагу, что затрудняет проникновение микромицетов в ее внутренние структуры. Проникновение грибов рода Fusarium в эндосперм, а особенно в зародыш на ранних этапах формирования зерновок, значительно, в 1.4 раза, снижало в дальнейшем их всхожесть.

Инфицированные грибами рода Fusarium колосья яровой пшеницы в большинстве случаев имели нормальный вид, но периодически отмечали симптомы “белоколосости”, при избыточном увлажнении колосья покрывались розоватым мицелием.

В последние 3–5 лет в связи с умеренными зимними температурами значительно расширились площади под озимой пшеницей во всех регионах Сибири, ее общая площадь в настоящее время по экспертным оценкам составляет 300–320 тыс. га. Наряду с сортами сибирской селекции (Зимушка, Метелица, Жатва Алтая, Сибирская нива, Новосибирская 51, Новосибирская 40 и др.), достаточно широко возделывают и европейские сорта озимой пшеницы, в частности, сорт Скипетр [10]. Нередкими на полях Сибири стали и немецкие сорта озимой пшеницы, в частности, Торрилд и Скаген.

Расширение площадей под озимой пшеницей способствовало росту ареалов приуроченных к ней вредных организмов – возбудителей склеротиниоза, снежной плесени, тифулеза, а также клопа вредной черепашки, хлебного жука-кузьки и др.

В последние годы в агроценозах озимой пшеницы стали проявляться и типичные симптомы фузариоза колоса. Пораженные колосья, их части или отдельные колоски сначала светлели, затем приобретали красно-коричневый оттенок. Очаги “типичного” фузариоза колоса отмечены в Алтайском крае, Новосибирской, Омской, Тюменской и Кемеровской обл., а также в Красноярском крае. Площади с “типичными” симптомами фузариоза колоса пока не велики, и распространенность болезни можно считать умеренной, не превышающей 15%.

Микологический анализ зерна из колосьев с типичными симптомами фузариоза показал наличие комплекса видов рода Fusarium, в том числе и F. graminearum, ареал распространения которого ранее не включал территорию Сибири [3, 4]. Микромицет формировал типичные по морфологическим признакам колонии и макроконидии. Исследование грибных изолятов из колосьев с симптомами фузариоза методом ПЦР в реальном времени подтвердило их вероятную принадлежность к виду F. graminearum. Генетический анализ показал высокую вероятность заноса этого вида из европейской части Российской Федерации с семенами озимых культур. Погодные условия Западной Сибири последних лет, по-видимому, оказались в пределах адаптационных возможностей F. graminearum. Поэтому весьма велика вероятность образования сибирской популяции этого чрезвычайно опасного фитопатогена.

Одним из доказательств резкого обострения проблемы фузариоза колоса в Уральском и Сибирском регионах стало обнаружение фузариотоксинов в продовольственном зерне урожая 2017 г. Выборочная оценка 35 партий зерна пшеницы и ячменя из Новосибирской, Омской, Тюменской, Челябинской областей и одного района Красноярского края в 19 случаях выявила наличие в них опасных микотоксинов – Т-2, ДОН и ЗЕА (табл. 3).

По результатам проведенных исследований, микотоксин Т-2 был обнаружен в 54.3% проанализированных партий зерна. Предельно допустимые концентрации (ПДК) в зерне пшеницы данного токсина составляют 100 мкг/кг (Регламент Таможенного союза ТР ТС 015/2011 с изменениями на 15.09.2017). Превышение ПДК Т-2 токсина отмечены в 2-х случаях: в 2.3 раза – в Исетском р-не Тюменской обл. и в 1.8 раза – в Каратузском р-не Красноярского края. ДОН обнаружен в 22.9% партий и наиболее часто – в зерне из Тюменской обл. и Красноярского края.

ПДК ДОН для пшеницы составляет 700 мкг/кг, ее превышение выявлено в 3-х случаях: в 1.7 раза – в зерне пшеницы из Исетского р-на Тюменской обл. и в 1.5–4.7 раза – в зерне пшеницы из Каратузского р-на Красноярского края. ЗЕА обнаружен только в зерне пшеницы из Красноярского края и его количество было в пределах ПДК (1000 мкг/кг).

Систематический массовый контроль содержания микотоксинов в продовольственном зерне и пшеничной муке в Сибирском регионе пока не проводят [30]. Эта ситуация в самое ближайшее время должна быть исправлена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Доминирование грибов рода Fusarium на подземных органах зерновых культур способствовало их широкому, близкому к 100% распространению и на семенном зерне в регионах Сибири. Зараженность партий семян фузариозом достигала 70% и около половины партий были инфицированы больше 10%. На семенах яровой пшеницы постоянно присутствовал достаточно широкий набор видов рода Fusarium, среди которых с разной частотой отмечены F. sporotrichioides, F. poae, F. equiseti, F. oxysporum, F. culmorum, F. solani, F. avenaceum, F. incarnatum, F. heterosporum, F. acuminatum, F. solani и др. Посевные качества инфицированных семян значительно снижались (r = 0.511–0.615). Вредоносность фитопатогенов усугублялась при раннем, в период колошения, инфицировании зерновок. Распространению и развитию патогена способствовали высокие температуры в последней декаде июля и в августе, превышающие средние многолетние показатели на 3–5°С, а также обильные осадки. Коэффициенты корреляции степени инфицирования зерновок пшеницы грибами рода Fusarium и суммы осадков за август составили r = 0.721–0.869.

С расширением площадей под озимой пшеницей и завозом семян из европейской части страны возможен рост биологического разнообразия фузариевых грибов. В 2016 г. на территории Сибири выявлен вид F. graminearum, вызывавший типичные симптомы поражения зерновых культур фузариозом колоса.

Фузариоз колоса индуцирует загрязнение фузариотоксинами продовольственного зерна. В настоящее время в зерне пшеницы и ячменя из ряда регионов Сибири выявлены микотоксины: ДОН – в 22.9%, Т-2 – в 54.3%, зеараленон – в 8.6% исследованных партий. Превышение ПДК Т-2 токсина и ДОН выявлено в зерне из Тюменской обл. и Красноярского края. Эти данные свидетельствуют об острой необходимости оперативного введения массового контроля содержания микотоксинов в продовольственном зерне и муке санитарно-гигиенической службой Сибирского региона. Актуальна также научно обоснованная корректировка зональных систем защиты растений по оздоровлению почвы от фузариевых грибов за счет повышения ее супрессивности и подбора фитосанитарных предшественников, а также включения в технологии приемов оперативной защиты колосьев от фузариоза.