НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Крючкова Лариса Олексіївна

УДК 633.11:632

ХВОРОБИ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ, ЯКІ СПРИЧИНЯЮТЬСЯ НЕКРОТРОФНИМИ ГРИБНИМИ ПАТОГЕНАМИ, ТА МЕТОДИ ЇХ ДІАГНОСТИКИ

06.01.11 – фітопатологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ -2007

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України, м. Київ

Науковий консультант – доктор біологічних наук, професор, академік УААН,

заслужений діяч науки і техніки України

Кирик Микола Миколайович,

Національний аграрний університет,

завідувач кафедри фітопатології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

членкор НАН України

Мусатенко Людмила Іванівна,

Інститут ботаніки ім. М.Г.Холодного НАН України,

завідувач відділу фітогормонології

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Мельник Павло Олексійович,

Українська науково-дослідна станція карантину

рослин УААН, директор

доктор біологічних наук, доцент

Слюсаренко Олександр Миколайович,

Одеський національний університет ім. І.І.Мечникова професор кафедри ботаніки

Провідна установа – Харківський національний аграрний університет

ім. В.В.Докучаєва Міністерства аграрної політики України, кафедра фітопатології, м. Харків

Захист відбудеться „25” травня 2007 р. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.02 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус №3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус №4, кімн.28

Автореферат розісланий ”23” квітня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Мороз М.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Серед чинників, які не дають змоги реалізувати генетично детермінований потенціал продуктивності озимої пшениці, не останнє місце займають хвороби. Пшеницю уражують понад 100 хвороб, із них половину становлять грибні захворювання, понад третину – вірусні і по 10% – бактеріальні та нематодні (Wiese et al., 2000).

Освоєння інтенсивних технологій, яке призвело до порушення екологічної рівноваги в агроценозах, спричинило виникнення вогнищ та наростання поширення тих хвороб пшениці, які раніше не мали особливого значення. Це хвороби кореневої системи, прикореневої частини стебла, фузаріоз колоса та септоріози, збудники яких у своєму циклі мають некротрофну фазу. Це є наслідком нагромадження інфекції на фоні зниження супресивності ґрунту за рахунок збіднення ґрунтової мікробіоти.

В Україні перші повідомлення про церкоспорельоз та офіобольоз появилися у 60 – 70-х роках минулого століття (Джумабаев, 1963, Морщацкий, 1977). Але проблеми, які відразу ж виникли при діагностиці даних хвороб, значною мірою загальмували розвиток досліджень з розробки ефективних заходів захисту. Вирішення цих питань ускладнювалося ще й тим, що під загальною назвою „кореневі гнилі”* крім церкоспорельозу (збудники Helgardia herpotrichoides (Fron) Crous & W. Gams і H. acuformis (Nirenberg) Crous & W. Gams, сумчасті стадії, відповідно, Oculimacula yallundae (Wallwork & Sponer) Crous & W. Gams та O.acuformis (Boerema, R.Pieters & Hamers) Crous & W. Gams) та офіобольозу (збудник Gaeumannomyces graminis (Sacc.) von Arx & Olivier var. tritici Walker, конідіальна стадія Phialophora Medlar), розглядалося ще чотири хвороби: побуріння основи стебла, або фузаріоз (збудники гриби роду Fusarium Link, сумчасті стадії переважно Nectria Fries та Giberella Sacc), фузаріозна коренева гниль (збудники ті ж самі), звичайна, або гельмінтоспоріозна, коренева гниль (збудник Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker (синонім Helminthosporium sativum Pammel, King & Bakke), сумчаста стадія Cochliobolus sativus (Ito & Kuribayashi) Drechs. ex Dastur) та ризоктоніоз (збудник Rhizoctonia cerealis Van der Hoeven, базидіальна стадія Ceratobasidium cereale D.Murray & L.L.Burpee).

Усі шість хвороб мають подібні симптоми, тому розрізнити їх візуально майже неможливо. Церкоспорельоз і офіобольоз найшкідливіші, тому потребують спеціальних заходів захисту. Збудники саме цих хвороб, закупорюючи провідні тканини рослин пшениці, обмежують надходження до надземних органів мінеральних речовин та води, що суттєво зменшує масу зерна і призводить до „пустоколосиці” та „чорноколосиці”.

Про фузаріоз та септоріоз колоса в Україні стало відомо в 50-х (Тостановська, Ратманська, 1951, Билай, 1955) та 70-х (Коваленко, 1975) роках. Внаслідок ураження цими хворобами зерно стає щуплим. Проте візуально відрізнити одну хворобу від іншої неможливо. Щоб виявити ураження фузаріозом

* У зв'язку з тим, що термін „кореневі гнилі” включає щонайменше шість хвороб в подальшому у нашій роботі ця назва виділяється лапками.

(збудники гриби роду Fusarium) чи септоріозом (Stagonospora nodorum (Berk.) Castellani & E.G.Germano, сумчаста стадія Phaeosphaeria nodorum (E. Mыller) Hedjaroude) необхідно створити спеціальні умови, пророщуючи зерно у вологій камері або на поживному середовищі.

Виявлення збудників хвороб кореневої системи і прикореневої частини стебла озимої пшениці також проводять у вологій камері чи на поживному середовищі. Проте за звичайних умов (температура +20 – +250С) краще ростуть гриби роду Fusarium та C. sativus (B. sorokiniana), збудники ж церкоспорельозу, ризоктоніозу та офіобольозу відзначаються низькою конкурентоспроможністю і потребують спеціальних умов культивування.

Через відсутність протягом тривалого часу ефективних методів діагностики хвороб, які уражують кореневу систему, прикореневу частину стебла та насіння (зерно) озимої пшениці, дані щодо їх поширення в Україні фрагментарні. І хоча виділяються зони поширення „кореневих гнилей” від зони можливих епіфітотій до зони постійних епіфітотій (Новохатка и др., 1990), необхідні конкретніші відомості про окремі хвороби кореневої системи, а саме: про церкоспорельоз, офіобольоз, фузаріозні кореневу та прикореневу гнилі, звичайну (гельмінтоспоріозну) кореневу гниль та ризоктоніоз.

Експериментальних робіт із вивчення септоріозу колоса немає, а встановлення паразитизму P. nodorum (S.nodorum) проводиться на основі наявності його на листі пшениці, а не на зерні (Дяк, 1990, Коломієць, 1997, Горбачова, 2004). Крім того, подібне за симптомами ураження листя пшениці іншою хворобою – септоріозом листя (збудник Septoria tritici Roberge in Desmaz. (сумчаста стадія Mycosphaerella graminicola (Fuckel) J. Schrot. in Cohn) призвело до того, що ці хвороби часто не розрізняють або розглядають як одну.

Оскільки через вищезгадані причини в Україні дослідження із збудниками означених хвороб озимої пшениці були не результативними, гальмувалося створення захисних систем проти них. Не результативним виявився хімічний метод, зокрема передпосівне протруювання насіння фунгіцидами.

Тому гостро постало питання діагностики „кореневих гнилей” та хвороб насіння, що і визначило тему наших досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу роботи покладено результати, одержані автором при виконанні розділів планів наукових досліджень за бюджетними темами Інституту захисту рослин УААН „Разработать зональные экологически безопасные технологии защиты зерновых культур”, № державної реєстрації 01.9.10.039618 (1991 – 1995 рр.), „Розробити зональні системи інтегрованого захисту рослин від шкідливих організмів, що забезпечують оптимізацію фітосанітарного стану агроценозів і зниження втрат врожаю”, № державної реєстрації 0197U012341 (1996 – 2000 рр.) та Інституту фізіології рослин і генетики НАНУ „Створення регуляторів росту та дослідження фізіологічних основ їх застосування для підвищення продуктивності рослин”,

№ державної реєстрації 0199U000386 (1997 – 2001 рр.), „Створення комплексних препаратів на основі регуляторів росту для підвищення продуктивності сільськогосподарських культур та їх стійкості до фітопатогенів”, № державної реєстрації 0102U000283 (2001 – 2006 рр.) та „Вивчення ефективності мутагенних факторів в селекції на ранньостиглість озимої пшениці та кукурудзи”, № державної реєстрації 0101U0098220 (2004 – 2006 рр.).

Мета і завдання досліджень. Метою даної роботи було розробити та удосконалити методи діагностики хвороб кореневої системи, прикореневої частини стебла та колоса озимої пшениці, вивчити їх збудників та захисні реакції у проростках рослин під впливом зараження. Для вирішення цих питань було поставлено такі завдання:

1. Удосконалити методи візуальної та мікроскопічної діагностики хвороб кореневої системи, прикореневої частини стебла та колоса озимої пшениці.

2. Удосконалити методи виділення збудників у чисту культуру.

3. Визначити видовий склад збудників хвороб.

4. Створити колекцію штамів збудників хвороб.

5. Розробити ефективні методи створення штучних інфекційних фонів.

6. Дослідити патогенні властивості збудників хвороб та реакції стійкості у рослинах озимої пшениці при зараженні некротрофними грибними патогенами.

Об'єкти досліджень. Пшениця (Triticum aestivum L.), збудники хвороб кореневої системи (Fusarium spp., C.sativus, G. graminis var tritici), прикореневої частини стебла (O.yallundae, O.acuformis, R.cerealis, Fusarium spp.), колоса (Fusarium spp., P.nodorum) і листя (P.nodorum, M.graminicola) пшениці.

Предмет досліджень. Діагностичні ознаки хвороб коренів, прикореневої частини стебла та колоса (зерна) озимої пшениці, шкідливість хвороб, методи ізоляції збудників та створення штучних фонів, фізіологічні реакції взаємодії рослин озимої пшениці з некротрофними грибними патогенами.

Методи досліджень. Лабораторні: мікологічні – виділення збудників хвороб у чисту культуру; таксономічні - ідентифікація видів збудників хвороб; фітопатологічні – визначення розвитку та поширення хвороб; фізіолого-біохімічні – виявлення зміни складу ізоформ пероксидази, саліцилової кислоти і етилену в рослинах пшениці під впливом зараження; польові – маршрутні обстеження посівів озимої пшениці на ураженість хворобами, дослідження шкідливості хвороб; математично-статистичні – оцінка достовірності одержаних результатів.

Наукова новизна. Вперше в Україні для діагностики хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла озимої пшениці (офіобольозу, церкоспорельозу, ризоктоніозу, фузаріозної кореневої гнилі, звичайної (гельмінтоспоріозної) кореневої гнилі та побуріння основи стебла (фузаріозу)) розроблено оригінальний визначник у вигляді двох дихотомічних ключів, які дають змогу візуально з високою точністю ідентифікувати захворювання.

На основі методу прямої мікроскопії для ранньої (до появи симптомів) діагностики прикореневих гнилей (церкоспорельозу, ризоктоніозу та побуріння основи стебла (фузаріозу)) розроблено ефективний метод, суть якого полягає в тому, що в уражених тканинах колеоптиля та піхв перших справжніх листків виявляють характерні розгалуження міцелію збудників окремих хвороб та утворень із нього, за якими ідентифікують захворювання.

Аналогічний метод розроблено і для діагностики хвороб кореневої системи (офіобольозу, звичайної (гельмінтоспоріозної) та фузаріозної кореневих гнилей).

Удосконалено метод виявлення та ідентифікації збудників церкоспорельозу озимої пшениці – грибів O. yallundae та O. acuformis. Використання даного методу дозволило дослідити популяції збудника за видовим складом.

На основі результатів проведених досліджень запропоновано ефективні методи діагностики офіобольозу, ризоктоніозу, фузаріозу та септоріозу колоса, а також ізоляції та ідентифікації збудників цих хвороб, що сприяло вивченню структури їхніх популяцій.

У результаті дослідження патогенності збудників встановлено, що кореневу систему та прикореневу частину стебла озимої пшениці часто заселяють непатогенні штами Fusarium spp., яким властивий некротрофний спосіб життя і які поселяються на уже відмерлих тканинах коренів та прикореневої частини стебла пшениці як вторинні колонізатори.

Показано, що у різних системах – озима пшениця – некротрофний грибний патоген – фізіологічні реакції стійкості мають свою специфіку. Тому замість єдиної модельної системи для дослідження фізіологічних реакції при взаємодії рослина – патоген розроблено ефективну уніфіковану методику, за допомогою якої можна штучно створювати різні патосистеми і досліджувати взаємодію у кожній із них.

В результаті таких досліджень з'ясовано шляхи формування продуктів захисних реакцій (механічних структур – папіл) при ураженні проростків озимої пшениці O. yallundae, а також роль регуляторних молекул (саліцилової кислоти, етилену) у рослинах пшениці при ураженні O. yallundae,F. graminearum, C.sativus, G. graminis var. tritici.

Практичне значення роботи. Розроблена система діагностики хвороб кореневої системи, прикореневої частини стебла та колоса озимої пшениці з використанням візуального, мікроскопічного аналізу, а також біологічних методів виділення збудників у чисту культуру та створення штучних інфекційних фонів дозволяє проводити оцінку стійкості сортів озимої пшениці проти тих хвороб, селекція на стійкість проти яких раніше не проводилася (офіобольоз, ризоктоніоз), а також досліджувати біологічну ефективність хімічних засобів захисту проти них. Так, застосування даної розробки дало змогу визначити біологічну ефективність проти офіобольозу протруйника Дітокс (в рамках Договору №29/2003 з ТОВ „Агробізнеспром”). Це перший протруйник, включений до Державного реєстру України, який використовується проти цієї хвороби.

Розроблену методику створення штучних патосистем (озима пшениця –некротрофний грибний патоген) використано для дослідження захисних реакцій рослин пшениці при формуванні стійкості проти хвороб. Зокрема, в результаті таких досліджень показано можливість використання морфологічних ознак (папіл) як маркерів стійкості пшениці проти церкоспорельозу на початкових етапах патогенезу.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто здійснено інформаційний пошук та аналіз літературних даних, розроблено робочі гіпотези, обґрунтовано методологію постановки дослідів, виконано експериментальні дослідження, проведено інтерпретацію та узагальнення експериментальних даних, підготовлено друковані праці.

Результати досліджень видового складу збудників хвороб одержано безпосередньо автором за консультативної допомоги доктора Джефрі Бейтмана (Ротамстедська дослідна станція, Велика Британія) та Ханни Квашни (Аграрний університет, м. Познань, Польща). Фізіологічні дослідження виконано спільно з доктором біологічних наук Б.О.Курчієм та кандидатом біологічних наук Г.О.Гладун (Інститут фізіології рослин та генетики НАН України). Результати досліджень представлено у спільних публікаціях, авторство здобувача в яких становить 40 – 50%.

Апробація результатів роботи. Основні наукові результати були представлені на Науковій конференції до 50-річчя відділу захисту рослин Інституту землеробства УААН „Стан та перспективи використання агротехнічного методу в системах інтегрованого захисту рослин від шкідників і хвороб” (Київ, Чабани, 1994); науково-практичній конференції молодих вчених і спеціалістів, присвяченій 50-річчю Інституту захисту рослин УААН „Проблеми захисту рослин від шкідливих організмів в сучасних економічних та екологічних умовах” (Київ, 1996); міжнародній конференції „Pest & Disease 2000” (Велика Британія, Брайтон, 2000); VI та VII Європейських семінарах по грибах Fusarium (Німеччина, Берлін, 2000 і Польща, Познань, 2002); міжнародній науково - практичній конференції „Нові технології отримання та використання біологічно активних речовин” (Алушта, 2002); V Європейському симпозіумі „Біотехнологія мікроводоростей” (Німеччина, Берлін, 2003); V симпозіумі Україна – Австрія „Сільське господарство: наука і практика” (Київ, 2004); II Міжнародній конференції „Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти” (Львів, 2004); V Міжнародному Ботанічному конгресі (Австрія, Відень, 2005); IV міжнародній конференції „Регуляція росту, розвитку і продуктивності рослин” (Білорусь, Мінськ, 2005), ХІІ з'їзді Українського ботанічного товариства (Одеса, 2006), ІХ Українському біохімічному з'їзді (Харків, 2006).

Публікації. Результати досліджень представлено у 43 друкованих роботах, що включають монографію у співавторстві, 27 статей у профільних вітчизняних та зарубіжних виданнях, один патент на винаходи у співавторстві і 14 публікацій з матеріалами і тезами доповідей у збірках вітчизняних і закордонних з'їздів та конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 340 сторінках комп'ютерного тексту й складається із вступу, 9 розділів, узагальнення, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаної літератури (561 джерело) і 3 додатків. Робота містить 34 рисунки та 67 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

В огляді літератури проаналізовано та узагальнено інформацію про хвороби кореневої системи, прикореневої частини стебла та колоса озимої пшениці. Висвітлено історію вивчення окремих хвороб, питання їх поширення у світі, шкідливості, відомості про збудників та їхні біологічні властивості.

Дано оцінку стану вивченості даних хвороб як в Україні і країнах близького зарубіжжя, так і у світі в цілому.

Наведено інформацію щодо рекомендованих заходів захисту озимої пшениці від даних хвороб.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Зразки рослин та зерна озимої пшениці для фітопатологічних аналізів відбирали протягом 1992 – 2005 років на полях господарств, розташованих у різних ґрунтово-кліматичних зонах України: Лісостепу (НДГ „Великоснітинське” Національного аграрного університету, „Чабани” Інституту землеробства УААН та Миронівського інституту пшениці УААН, Васильківська, Перемишлянська, Миргородська державні сортовипробувальні станції); Полісся (КСП „Фастівське”, „Баришівське”, науково-дослідне господарство „Глеваха” НАНУ, Летичівська та Черняхівська державні сортовипробувальні станції) та Степу (науково-дослідне господарство Селекційно-генетичного інституту УААН, Миколаївська і Запорізька ДСГДС).

Зразки рослин для вивчення шкідливості хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла було відібрано на полях КСП „Баришівське” (1997 – 1998 рр.) та НДГ „Великоснітинське” (1999 – 2000 рр.).

Визначення хвороб коренів та прикореневої частини стебла проводили на основі діагностичних ознак, описаних у літературі (Коршунова и др.,1976, Пересыпкин, 1979, Хацкевич, Пономарева, 1982, Хохряков и др., 1984, Goulds & Polley, 1990).

У результаті аналізу існуючих у літературі описів хвороб та з урахуванням результатів власних спостережень, для візуальної діагностики було розроблено власний оригінальний визначник хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла пшениці (Крючкова, 1999), який використовувався нами в подальших дослідженнях.

Виділення збудників хвороб кореневої системи, прикореневої частини стебла і колоса у чисту культуру та дослідження їх властивостей здійснювали за допомогою розроблених нами оригінальних методів, а також модифікованих нами загальноприйнятих методів мікологічних і фітопатологічних досліджень (Билай, Элланская, 1982, Хохряков и др., 1984) та специфічних методів дослідження окремих патогенів – грибів роду Fusarium (Nelson et al., 1983, Burgess & Liddell, 1983, Windels, 1994), Oculimacula (Bateman, 1988, Creighton & Bateman,1991), G. graminis (Зражевская, 1980, Wetzel et al.,1996, Datnoff et al., 1997), R. cerealis (Neat, 1985, Tredway & Burpee, 2001).

Дослідження фузаріозу зерна і колоса проводили згідно з методичними рекомендаціями (Шевелуха и др., 1988), септоріоз колоса діагностували за допомогою методу Кітрайбер (Kietreiber, 1961) з внесеними нами модифікаціями.

Фізіологічні реакції стійкості у рослинах озимої пшениці досліджували на різних за стійкістю проти фузаріозу сортах, а також стимулювали їхню активність за допомогою біологічно активних речовин, що входять до складу двох регуляторів росту: Kerry Enhancer 50 (КЕ), створеного на основі морської водорості Ascophillum nodosum (50%-й екстракт) ірландською фірмою Kerry Algae Ltd та концентрату ПТМБ, одержаного на Андрушівському спиртовому заводі (Україна) шляхом термофільного метанового бродіння післядріжджової мелясної барди.

Зміну вмісту саліцилової кислоти та етилену в процесі формування стійкості під впливом зараження визначали відповідно за допомогою методів рідинної (ODonnel et al., 2003) та газової хроматографії (Kepczynski et al.,1992), появу нових ізоформ пероксидази – у фракції розчинного білка за допомогою електрофоретичного розподілу в 10%-у ПААГ з подальшою візуалізацією ізоферментів інкубацією гелів у суміші солянокислого бензидину та пероксиду водню (Сафонов, Сафонова, 1971).

Експериментально одержані дані обробляли за допомогою методів статистичного аналізу (Доспехов,1985) з використанням комп'ютерних програм Exel, Statgraphics, Costat.

ДІАГНОСТИКА ХВОРОБ КОРЕНЕВОЇ СИСТЕМИ ТА ПРИКОРЕНЕВОЇ ЧАСТИНИ СТЕБЛА ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Візуальна діагностика хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла. Розробка ефективних заходів захисту рослин від хвороб потребує надійних методів їх діагностики. Боротьба з хворобами кореневої системи та прикореневої частини стебла озимої пшениці ускладнена, оскільки вони часто не діагностуються. Збудники цих хвороб є некротрофами, тому найбільш поширеними симптомами, які вони спричинюють, є некрози. Процес природного старіння також подібний до того, що відбувається при ураженні цими хворобами. Оскільки розвиток хвороб прив’язаний до ґрунту, а ґрунт як середовище, де відбувається патогенез, має ряд особливостей, звичайним явищем є ураження однієї рослини різними збудниками, а, отже, і різними хворобами, що також ускладнює діагностику.

Особливо актуальна візуальна діагностика тоді, коли необхідно знайти засоби захисту від таких небезпечних хвороб як офіобольоз і церкоспорельоз. В Україні ці хвороби появилися ще у 60-70-і роки минулого століття, але проблеми, які виникли при діагностиці, значною мірою загальмували їхнє дослідження. Більше уваги приділялося фузаріозній та звичайній (гельмінтоспоріозній) кореневим гнилям. Це пов'язано з тим, що при намаганні виділити збудників офіобольозу та церкоспорельозу в чисту культуру, виділялися гриби роду Fusarium та C. sativus (B. sorokiniana). Створювалося неправдиве враження про значне поширення та високу шкідливість фузаріозно-гельмінтоспоріозного типу ураження. Офіобольоз і церкоспорельоз залишалися поза увагою.

Тому питання удосконалення методу візуальної діагностики таких важливих хвороб озимої пшениці як офіобольоз та церкоспорельоз надзвичайно актуальне. Вирішення його дозволило б відрізняти ураження цими хворобами від фузаріозного та гельмінтоспоріозного і сприяло б належному дослідженню цих хвороб. Також дуже важлива ідентифікація ризоктоніозу озимої пшениці, який, за нашими даними і даними інших дослідників (Новохатка и др., 1990), значно поширений в Україні, але його часто плутають з церкоспорельозом.

Аналіз існуючих в літературі описів хвороб коренів та прикореневої частини стебла (Коршунова и др., 1976, Морщацкий,1977, Зражевська, Парфенюк, 1979, Хацкевич, Пономарева, 1982, Хохряков и др., 1984, Підоплічко, 1986, Goulds & Polley, 1990), а також дані власних спостережень дозволили нам розробити і запропонувати для візуальної діагностики цих хвороб оригінальний визначник у вигляді двох дихотомічних ключів, за допомогою якого можна ідентифікувати захворювання у фазах сходів-кущіння та повної стиглості. За основу взято характерні прояви хвороб у цих фазах. Зокрема, у фазах сходів – кущіння це чітко виражений центр плями („зіниця”) при церкоспорельозі, „дірчастий” вигляд плями при ризоктоніозі та почорніння кореневої системи при офіобольозі. У фазі повної стиглості це „водяні знаки”, які оточують плями при ризоктоніозі, плями із розмитою облямівкою при церкоспорельозі та почорніння кореневої системи при офіобольозі.

Ключі для діагностики складено за системою, згідно з якою за наявністю ураження (пункт 1) ознаки хвороби порівнюють із змістом пункту 2, і, якщо зміст пункту не суперечить ознакам хвороби, слід переходити до пункту, номер якого зазначено в кінці рядка. І так до тих пір, поки хворобу не буде визначено.

Якщо ж зміст пункту не відповідає ознакам хвороби, переходять до наступного пункту – антитези і так далі до визначення хвороби.

Ключ 1

для діагностики „кореневої гнилі” озимої пшениці у фазах

сходів – кущіння

1. Корені, колеоптиль або піхви листків без симптомів ураження __________7

1. Корені або листки уражено ________________________________________2

2. Ураження листкових піхв у вигляді штрихів, плям, корені не уражено ____3

2. Корені уражено __________________________________________________5

3. На колеоптилі або листкових піхвах медово - коричневі плями у формі "очка" _______________________________________________________________4

3. На листкових піхвах бурі штрихи, побуріння інтенсивніше від країв, пізніше вся тканина набуває світло-коричневого або сірого забарвлення _____________________________________ побуріння основи стебла (фузаріоз).

4. Медово-коричневі плями з розмитою облямівкою. Характерною ознакою є "зіниця" в центрі плями або під нею ________________________церкоспорельоз.

4. Плями з виразною червоно-коричневою облямівкою. Середина плями світліша, ніж при ураженні церкоспорельозом, але найчастіше має характерний "дірчастий" вигляд__________________________________________ ризоктоніоз.

5. Основним симптомом ураження коренів є почорніння кореневої системи ___________________________________________________________ офіобольоз.

5. Поверхню коренів уражено у вигляді некрозів, бурі штрихи спостерігаються і на колеоптилі________________________________________________________6

6. Загальне побуріння коренів, під мікроскопом світло-бурі гіфи безладно розкидані, місцями спостерігаються поодинокі (або пучками) конідії збудника _____________________________звичайна коренева гниль (гельмінтоспоріоз).

6. Некрози на колеоптилі та коренях, але під мікроскопом, без спеціальної обробки *, гіф гриба не видно___________________фузаріозна коренева гниль.

7. Під мікроскопом, після спеціальної обробки*, гіфи у листковій піхві відсутні ________________________________________________рослина здорова.

7. Під мікроскопом, після спеціальної обробки*, у листковій піхві помітно гіфи гриба ____________________________________________рослина уражена**

Ключ 2

для діагностики „кореневої гнилі” озимої пшениці у фазі повної стиглості

1.Прикоренева частина стебла, корені, підземне міжвузля, вузол кущіння без симптомів ураження _____________________________________ рослина здорова

1.Прикореневу частину стебла або корені, підземне міжвузля, вузол кущіння уражено______________________________________________________________2

2.Ураження прикореневої частини стебла у вигляді плям, перетяжок, корені здорові______________________________________________________________ 3

2.Уражено корені або підземне міжвузля _______________________________5

3.Плями у формі "очка" _____________________________________________ 4

3.Ураження у вигляді коричневих продовгуватих плям без вираженої середини. Можлива зміна забарвлення стебла, внаслідок чого воно набуває різних відтінків брунатного, коричневого, сірого. На поверхні плям іноді спостерігаються помаранчеві або рожеві подушечки (спородохії збудника Fusarium spp.) _________________________ побуріння основи стебла (фузаріоз)

4.Плями медово-коричневі із розмитою облямівкою. Протягом вегетації можуть змінювати забарвлення (від медово-коричневого до помаранчевого) і форму, але нагадують "очко". Найчастіше уражено нижнє міжвузля, але трапляються симптоми і на другому та третьому. В кінці вегетації на плямах появляється темно-сірий наліт, який, проте, не слід плутати з чорним глянцевим при ураженні офіобольозом (див.п.5). При сильному ураженні порожнина соломини заповнена сірою грибницею. Супроводжується ламанням стебел і виляганням посівів ______________________________________церкоспорельоз.

4.Плями з тонкою червоно-коричневою облямівкою. На піхвах листків відмічають наявність "водяних знаків", які є важливою діагностичною ознакою. Протягом вегетації забарвлення плям змінюється від червоно-коричневого до солом’яного. Симптоми відмічаються на всіх міжвузлях, аж до четвертого. По

* Шматочки листкових піхв та корені обробляють фіксатором (суміш 96%-го етанолу, хлороформу і трихлороцтової кислоти [74:25:1]) протягом 1-2 год, потім поміщають у барвник (0,3%-й розчин діамантового синього у метанолі) на 5 хв, промивають водою і розглядають під мікроскопом (х150, х350 і х 70)

** Ідентифікацію захворювання проводять за допомогою методу прямої мікроскопії (див. далі).

центру плям формуються темно-коричневі подушечки гриба, які легко стираються. При сильному ураженні порожнина соломини заповнена попелясто-білим міцелієм гриба. Може спричинити вилягання посівів, але рідше ніж церкоспорельоз_____________________________________________ризоктоніоз.

5.Ураження кореневої системи у вигляді почорніння. Частина коренів відмерла. При сильному ураженні на прикореневій частині стебла чорний глянцевий наліт _____________________________________________ офіобольоз.

5.Ураження у вигляді штрихів на підземному міжвузлі. За сильного розвитку хвороби спостерігається їхнє суцільне потемніння ________________звичайна (гельмінтоспоріозна) або фузаріозна кореневі гнилі *.

Наведені ключі з описами хвороб дозволяють без особливих зусиль з достатньою точністю діагностувати той чи інший тип захворювання кореневої системи та прикореневої частини стебла у кожному конкретному випадку.

Рання діагностика хвороб прикореневої частини стебла і коренів. Прикоренева частина стебла озимої пшениці уражується церкоспорельозом, ризоктоніозом та побурінням основи стебла (фузаріозом). Найбільш небезпечною хворобою є церкоспорельоз, проти якої застосовується хімічний метод (ранньовесняна обробка посівів фунгіцидами). Відомо, що лише своєчасною обробкою фунгіцидами в цей період можна досягти ефективного захисту проти хвороби. Збудники церкоспорельозу уражують пшеницю у фазах сходи кущіння, процес ураження відбувається в напрямі від піхви верхнього листа всередину до стебла досить повільно. Видимі симптоми проявляються пізно, тому забезпечити своєчасність проведення обробок проблематично.

Пошук методів виявлення захворювання ще до появи симптомів проводиться в усьому світі, рекомендуються серологічні методи виявлення збудника (Casper & Mendgen , 1979, Nachmias et al., 1979, Unger et al., 1986, Bolik et al., 1987, Unger & Wolf, 1988, Smith et al., 1994) та молекулярні на основі аналізу ДНК (Nicholson et al., 1996, Nicholson & Parry, 1996, Nicholson & Turner, 2000).

Для діагностики прикореневих гнилей озимої пшениці нами було запропоновано мікроскопічний метод, який дозволяє виявити збудників у рослинах озимої пшениці на ранніх стадіях патогенезу за відсутності видимих симптомів ураження.

Важлива перевага цього методу порівняно з іншими полягає в тому, що таким чином можна спостерігати за локалізацією збудника у тканинах рослин. Для виявлення збудників церкоспорельозу, ризоктоніозу та побуріння основи стебла (фузаріозу) шматочки піхв першого і другого справжніх листків та колеоптилі озимої пшениці ми обробляли фіксатором (використовували суміш 96%-го етанолу, хлороформу і трихлороцтової кислоти [74:25:1]) протягом 1-2 год, потім поміщали у барвник (0,3% розчин діамантового синього у метанолі) на 5 хв, промивали водою і розглядали під мікроскопом (х350) (рис.1).

* Щоб відрізнити ці два захворювання проводять біологічний аналіз уражених тканин, оскільки збудники цих хвороб, відповідно C. sativus (B. sorokiniana) та гриби роду Fusarium, легко виділяються у чисту культуру.

А

Б

В

Рис. 1. Діагностичні ознаки прикореневих гнилей озимої пшениці при мікроскопічному аналізі (х350). А – гіфи Rhizoctonia cerealis в листкових піхвах пшениці; Б – „інфекційні подушечки”, з'єднані гіфами Oculimacula yallundae; В – характер розгалуження гіф Fusarium culmorum.

Встановлено, що залежно від збудника хвороби вигляд гіф, їхнє розгалуження та товщина суттєво різняться. При ураженні ризоктоніозом (А) надзвичайно товсті гіфи гриба, ширина яких досягає 8,0 мм, обплітають густим мереживом зону ураження. Ураження церкоспорельозом (Б) має вигляд „інфекційних подушечок”, розкиданих на поверхні листкової пластинки, від яких в усі напрями тягнуться гіфи або їх пучки, формуючи нові інфекційні подушечки. Ширина гіф збудника церкоспорельозу становить 2,5-3,5 мм. Гриби роду Fusarium (В) формують у кожній ураженій клітині з однієї точки росту пучки гіф, які поширюються на сусідні клітини. Ширина гіф становить 3,0-6,0 мм.

Застосування запропонованого методу для діагностики хвороб прикореневої частини стебла пшениці дозволяє в ранньовесняний період виявити й ідентифікувати хвороби та розробити прогноз щодо доцільності проведення обробок посівів фунгіцидами.

Аналогічний метод розроблено нами для діагностики хвороб кореневої системи (офіобольозу, звичайної (гельмінтоспоріозної) та фузаріозної кореневих гнилей).

ШКІДЛИВІСТЬ ХВОРОБ КОРЕНІВ ТА ПРИКОРЕНЕВОЇ ЧАСТИНИ СТЕБЛА ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Шкідливість у фазі повної стиглості. Розроблений нами візуальний метод діагностики хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла дозволив виявити на виробничих посівах озимої пшениці вогнища захворювання на офіобольоз, церкоспорельоз, ризоктоніоз, що, в свою чергу, дало змогу оцінити їх шкідливість.

Зразки рослин відбирали у фазі повної стиглості. Як критерії шкідливості використовували зниження таких показників продуктивності рослин як продуктивна кущистість, кількість зерен з одного колоса та маса 1000 зерен.

У таблиці 1 наведено середні дані за чотири роки досліджень. Вони свідчать, що хвороби коренів та прикореневої частини стебла озимої пшениці істотно різняться за шкідливістю. Втрати урожаю зерна від офіобольозу становили

Таблиця 1 – Шкідливість хвороб озимої пшениці, які уражують кореневу систему та прикореневу частину стебла (сорт Поліська 90, КСП”Баришівське”, 1997-2000 рр.).

Хвороба | Рослини | Показники продуктивності | Втрати урожаю зерна,

% | кількість зерен з одного колоса | маса 1000 зерен | шт. | % | г | % | Церкоспорельоз | Уражені | 19,3±2,0 | 94,1 | 17,9±1,8 | 73,1 | 32,8 | Здорові | 20,5±1,6 | - | 24,5±1,5* | - | Офіобольоз | Уражені | 11,0±1,5 | 51,6 | 37,2±1,6 | 87,5 | 68,0 | Здорові | 21,3±1,7* | - | 42,5±0,8* | - | Ризоктоніоз | Уражені | 17,8±1,8 | 86,8 | 41,1±0,8 | 98,6 | 14,6 | Здорові | 20,5±2,2 | - | 41,7±1,2 | - | Побуріння основи стебла (фузаріоз) | Уражені | 22,7±1,6 | 110,7 | 23,6±1,6 | 96,3 | 0 | Здорові | 20,5±1,6 | - | 24,5±1,5 | - | * Значення статистично достовірно відрізняються від відповідного попереднього значення (Р<0,05)

68,0%, від церкоспорельозу – 32,8% і від ризоктоніозу – 14,6%. Під впливом церкоспорельозу зменшувалася маса 1000 зерен; офіобольоз негативно впливав на масу 1000 зерен, але ще більше зменшував кількість зерен у колосі. При ураженні ризоктоніозом спостерігалась тенденція до зменшення кількості зерен у колосі.

Крім того, ураження рослин пшениці офіобольозом призводило до зниження продуктивної кущистості на 9,1%.

У разі виявлення на прикореневій частині стебла ознак ураження фузаріозом (побуріння основи стебла) зниження показників продуктивності не відмічено. Це свідчить про нешкідливість хвороби за такого типу ураження озимої пшениці грибами роду Fusarium і пояснюється незначною глибиною проникнення збудника, який не пошкоджує життєво важливих органів рослини – провідних тканин. В той же час фузаріозна прикоренева гниль є джерелом вторинного інокулюму для фузаріозу колоса в життєвому циклі збудника, в чому і полягає її значимість.Отже, результати наших польових досліджень свідчать, що в Україні із хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла найшкідливішими є офіобольоз та церкоспорельоз, менш шкідливий ризоктоніоз.

Очевидно, шкідливість кожної із хвороб визначається фазою, у якій відбулося ураження. Наприклад, відомо, що генеративні органи рослин пшениці інтенсивно формуються у фазі трубкування, тому ураження саме в цей період може негативно вплинути як на продуктивну кущистість, так і на кількість колоскових горбиків, що закладаються, а пізніше – на кількість зерен у колосі. Результати наших досліджень свідчать, що в цей період на озимій пшениці найбільш інтенсивно розвивалися офіобольоз і ризоктоніоз. Зменшення маси 1000 зерен відбувається за рахунок блокування руху речовин по рослині пізніше, у фазі наливання зерна. Отже, в цей період найбільш шкідливим був церкоспорельоз.

Офіобольоз значною мірою впливав на масу 1000 зерен, що свідчить про його шкідливість у фазі наливання зерна, але особливо він був небезпечний навесні, у фазі трубкування, що вплинуло на зменшення кількості зерен у колосі.

Шкідливість у фазі сходів. У природних умовах в Україні суттєвого ураження сходів даними хворобами не відмічається, хоча, згідно з даними літератури, в деяких країнах світу збудники хвороб кореневої системи та прикореневої частини стебла здатні уражувати пшеницю у цій фазі. За такого ураження уповільнюється ріст і розвиток рослин, а це досить небезпечно, оскільки для продуктивності рослини надзвичайно суттєвим є характер обміну на ранніх етапах онтогенезу, коли закладається програма наступного розвитку рослини.

Ми досліджували шкідливість офіобольозу, звичайної (гельмінто-споріозної) та фузаріозної кореневих гнилей озимої пшениці у фазі сходів на створених штучно інфекційних фонах (табл.2).

Відмічено зменшення маси коренів та проростків при ураженні всіма хворобами, особливо при ураженні фузаріозною кореневою гниллю та офіобольозом. При цьому зменшення було статистично достовірним.

Таблиця 2 – Шкідливість хвороб кореневої системи озимої пшениці на ранніх етапах онтогенезу (на штучних інфекційних фонах)

Хвороба (збудник) | Маса одного проростка | Маса коренів з одного проростка | г | до контролю, % | г | до контролю, % | Контроль – без зараження | 0,149±0,012 | 100 | 0,153±0,014 | 100 | Фузаріозна коренева гниль

(F.graminearum)0,117±0,013* | 79,1 | 0,097±0,008* | 63,6 | Офіобольоз

(G.graminis var tritici) | 0,114±0,008* | 77,0 | 0,122±0,012* | 80,3 | Звичайна коренева гниль

(C.sativus) | 0,125±0,022 | 84,5 | 0,138±0,006 | 90,8 |

* Значення статистично достовірно відрізняються від контролю (Р<0,05)

Одержані нами результати свідчать про високу шкідливість фузаріозної кореневої гнилі у фазі проростків. Вона не поступається шкідливості офіобольозу, який визнано нами найнебезпечнішою хворобою серед інших захворювань кореневої системи та прикореневої частини стебла озимої пшениці у фазі повної стиглості (див. табл.1). Очевидно, ураження сходів пшениці грибами роду Fusarium, на відміну від ураження прикореневої частини стебла у фазі повної стиглості, необхідно розглядати як потенційно небезпечну хворобу озимої пшениці, що потребує розробки ефективних заходів захисту.

ДІАГНОСТИКА ХВОРОБ КОЛОСА І ЗЕРНА ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Одним із основних джерел інфекції фузаріозної кореневої гнилі є насіння. Крім того, при ураженні зерна гриби роду Fusarium спричиняють його щуплість. Проте і безсимптомне зерно часто буває уражене у формі так званої прихованої інфекції. Для її виявлення використовують біологічний метод аналізу у вологій камері, рулонах та на твердих живильних середовищах за температури інкубації +20 – +250С протягом 3-7 днів (Наумова, 1957, Шевелуха и др., 1988).

Починаючи з 1992 року, ми щорічно досліджували мікофлору зерна озимої пшениці із господарств, розташованих у різних ґрунтово-кліматичних зонах України: Лісостепу (науково-дослідні господарства „Великоснітинське”, „Чабани”, Перемишлянська сортовипробувальна станція), Поліссі (КСП „Фастівське”, „Баришівське”, науково-дослідне господарство „Глеваха” НАНУ) та Степу (Миколаївська ДСГДС ). Середні дані аналізів наведено у таблиці 3.

Незважаючи на високу частоту виявлення інфекції Fusarium spp.(70% зразків), середня ураженість насіння (зерна) невисока і становить всього 1,7%. Крім Fusarium spp. відмічали види A. alternata (середня ураженість становила 59,6, частота ізоляції 100%), Penicillium spp. (відповідно 5,4 і 80,0%), гриби порядку Mucorales (2,4 і 85,0%), C. sativus (0,1 і 15%).

Таблиця 3 – Інфекція насіння (зерна) озимої пшениці

(середні дані за 1992 – 2004 рр.)

Вид гриба | Частота ізоляції, % | Уражено насіння, % | Alternaria alternata (Fr.) Keissler | 100 | 59,6 | Penicillium spp. | 80 | 5,4 | Fusarium spp. | 70 | 1,7 | Гриби порядку Mucorales85 | 2,4 | Cochliobolus sativus | 15 | 0,1 |

Не менш небезпечною хворобою колоса є септоріоз, який також спричинює щуплість зерна. Проте збудник септоріозу колоса, гриб P. nodorum, за умов, зазначених вище, не виявлявся. Щоб виявити зерно, яке заражене септоріозом, ми використовували метод, запропонований австрійською дослідницею Кітрайбер (Kietreiber,1961). Для цього зерно закладали у вологу камеру і пророщували за температури +100С протягом 14 діб. За таких умов ріст проростків уповільнюється, на 14-у добу їх довжина не перевищує 2 см. За цей період збудник септоріозу уражує їх і формуються характерні симптоми: на колеоптилях з'являються дрібні нарости – гали (рис.2).

Рис. 2. Діагностичні ознаки септоріозу колоса (ліворуч) на проростках пшениці. Праворуч – ураження фузаріозом

Нами відмічено, що і за нижчої температури (+50С) насіння проростало, але період проростання був тривалішим (28 діб). Крім того, характерні симптоми можна було виявити і на насінні, пророщеному при вищих температурах (+150С), хоча проростки на 14-у добу за такої температури могли досягати 4 – 5 см.

Отже, для діагностики найшкідливіших хвороб зерна – септоріозу і фузаріозу ми рекомендуємо проводити паралельно два аналізи у вологій камері: за температури +5 – +150С проводиться аналіз на септоріозну інфекцію, а за температури +20 – +250С – на фузаріозну.

ІДЕНТИФІКАЦІЯ ЗБУДНИКІВ ХВОРОБ КОРЕНЕВОЇ СИСТЕМИ, ПРИКОРЕНЕВОЇ ЧАСТИНИ СТЕБЛА І КОЛОСА ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Нами удосконалено методи виділення в чисту культуру грибів O. yallundae, O. acuformis, G. graminis var. tritici – збудників церкоспорельозу та офіобольозу озимої пшениці. Важливість цієї частини роботи визначається тим, що, по-перше, ці хвороби є найбільш шкідливими, по-друге, методи досліджень їх збудників у літературі або зовсім відсутні, або якщо і наведені, то недосконалі.

Особливості виділення та ідентифікації збудників церкоспорельозу. Уточнено параметри, які сприяють виділенню збудників церкоспорельозу, грибів O. yallundae та O. acuformis у чисту культуру.