Использование устойчивых сортов ячменя как биологический способ защиты от заболевания

Ключевые слова: ячмень, устойчивый сорт, биологическая защита растений.

Ячмень является одной из наиболее часто встречающихся зерновых озимых в мире, но на территории Российской Федерации культура приобрела огромное сельскохозяйственное значение в связи с неприхотливостью в производстве в условиях сложного климата. Одним из перспективных направлений в сельском хозяйстве является эксплуатация устойчивых к различным заболеваниям сортов. Данный метод приобретает всё большую актуальность в связи с увеличением таких экономических показателей, как уменьшение времени и труда при уходе за посевами, уменьшение процента потери урожая. Главным же аспектом при использовании устойчивых сортов ячменя является улучшение качества продукции за счет частичного или полного отказа от химической обработки.

Ячмень — одна из самых распространенных и древнейших злаковых культур, широко возводимых человеком. Его выращивают практически в каждом уголке планеты, начиная от России, Германии и Франции, где в среднем собирают до 130 миллионов тонн зерна, и, заканчивая Индией, Ирландией и Бельгией, где сбор урожая не доходит и до 2 миллионов тонн [1,2]. Значительная часть всего урожая идет на корм для скота или используется в технических целях, а все остальное отправляется на пивоваренную промышленность, производство ячневой и перловых круп.

Так как ячмень является широко возделываемой культурой, отдельного внимания заслуживает защита полей от вредителей и патогенных грибов. К сожалению, в настоящее время человечество не может отказаться от химической защиты растений полностью. Защита необходима в засушливые годы в связи с увеличением урона от насекомых и грызунов, а в дождливые годы активно развиваются болезни растений — эпифитотии [3]. Также не стоит забывать, что сельскохозяйственным посевам нужна защита и от спор вредоносных заболеваний и корней сорняков, остатки которых в большом количестве остаются в верхних слоях почвы.

Природа в силах сама защитить себя в естественных условиях, так на небольших участках частыми гостями считают птиц и полезных насекомых, но в условиях многогектарных полей этой защиты недостаточно. На помощь приходит химия и биоинженерия, с помощью которых получается предотвратить ряд глобальных проблем [4].

В наше время большую популярность набирает биологическая защита, которая обеспечивает производство экологически безопасных продуктов.

Химическая защита опасна не только для вредных организмов, но и для самого растения, а также для конечного потребителя — человека. Например, пестициды считаются эффективными средствами защиты от заболеваний и вредителей, но при неправильной дозировке они же отравляют организм хозяина и приводят к его бесплодию. Работают данные вещества как ингибиторы ферментов, тем самым ухудшая гомеостаз растения, проявляются как консерванты и антибиотики [5]. Особое внимание стоит уделить разрушению экосистемы в районе возделывания обрабатываемых пестицидами полей. Таким образом, многие водоемы часто загрязняются сточными водами с пестицидами, что приводит к гибели водной фауны, мелких грызунов и насекомых, нарушая экологическое равновесие. Значительный оборот для решения экономических и экологических проблем использования пестицидов приобретает биологическая защита растений. Ряд преимуществ имеют сорта, устойчивые к вредителям или болезням. Значительно сокращается время для подготовки, как полей, так и самих семян. Уход за семенным материалом приобретает минимальные энергозатраты. Устойчивые сорта намного безопаснее для живой природы, так как не требуют химической обработки. Правильно подобранный согласно региону и устойчивый к болезням районированный сорт, не только залог высокого и качественного урожая для фермерских предприятий, но и способ сохранения бюджета и обеспечение экологической безопасности продукции [6].

Одной из самых вредоносных и распространенных болезней ячменя является сетчатая пятнистость листьев. Гриб, который поражает ячмень — Pyrenophora teres , может поселиться как на озимом, так и на яровом сортах ячменя. Наиболее часто встречается в южном и центральном регионах страны ввиду приемлемых для патогена условий, а именно — температуры воздуха 12–16 °С и повышенной влажности. Большую опасность для сельского хозяйства представляет расширение ареала заболевания и увеличение агрессивности патогена [6, 7]. В России ячмень занимает четвертое место среди всех реализуемых культур зерновых. Наибольшую опасность и вредоносность сетчатая пятнистость имеет в Южном федеральном округе. Погодные условия являются определяющим фактором, так как обильные осадки могут привести к потерям урожая до 40 % от всего высеваемого ячменя. Ситуация осложняется отсутствием высокоустойчивых к заболеванию сортов [7].

Цикл развития сетчатой пятнистости ячменя включает в себя половую и конидиальную стадии. После заморозков на соломе появляются склероции, которые позже прорастают в псевдотеции. В весенний период в них образуются аски с 8 аскоспорами. В то же весеннее время происходит интенсивное созревание гриба при температуре +22 °С и влажности воздуха от 80 %. При дождливой погоде готовые аскоспоры выстреливают на расстояние около 15 сантиметров и тем самым поражают молодые листья. Мицелий гриба прорастает, образуются новые генетически идентичные конидии-клоны, которые дальше заражают растения. Таким образом проходит несколько генераций до засушливого лета и «спячки» конидий (рисунок 1). Половая стадия используется для первичного заражения и обмена информацией. Склероции способны прожить год, находясь в почве и около двух лет, находясь на стерне [8].

Рис.1. Конидии патогена Pyrenophora teres (оригинал, 2020 г.)

Анализируя данные о распространении Pyrenophora teres на территории Краснодарского края за последние 5 лет, можно сделать вывод о значительном влиянии погодных условий и запаса зимующей инфекции на текущее фитосанитарное состояние [9]. Данные о распространении патогена в 2015–2019 гг. представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Распространение сетчатой пятнистости листьев ячменя в Краснодарском крае в 2015–2019 гг.

Дефицит влаги в почве и значительные суховеи в 2015–2016 способствовали развитию заболевания на уровне 23–29 %. В эти годы вследствие превышения экономического порога вредоносности были проведены дополнительные обработки против фитопатогена. Большой зимующий запас инфекции на растительных остатках, климатические условия 2017 года привели к значительному распространению инфекции в посевах ячменя в Краснодарском крае до 67 %. Прохладная погода 2018 года способствовала невысокому распространению инфекции до 15,6 %. Погодные условия 2019 года были благоприятными для развития сетчатой пятнистости. Дальнейшему распространению инфекции способствовала теплая влажная погода в конце августа, что привело к накоплению запаса патогена в почве и растительных остатках.

Цель исследования — изучить 24 районированных сорта ячменя на устойчивость к сетчатой пятнистости листьев на искусственном инфекционном фоне.

Для достижения цели нами были поставлены следующие задачи:

– ранжировать сорта по степени устойчивости/восприимчивости к патогену.

Материалы и методы исследования. Для достижения поставленной цели нами были высеяны 24 широко районированных сортов ячменя в условиях теплицы Федерального Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений». Сорта включены в Государственный реестр селекционных достижений и допущены к использованию в Северо-Кавказском регионе. Через 7 дней проростки были заражены сетчатой пятнистостью ячменя. Чистую культуру гриба выращивали и размножали в чашках Петри на свекольно-морковном агаре, затем соскребали мицелий с поверхности питательной среды, добавляли 10 мл воды и полученной суспензией опрыскивали растения (рисунок 3). Зараженные растения накрывали пленкой для создания максимальной влажности (создание естественных условий заражения при повышенной влажности и прохладной погоде в ночное время суток) на 20 часов. Затем их раскрывали и через 5 дней проводили учет поражения при помощи стандартной шкалы оценки Бабаянц [10].

Рис. 3. Чистая культура патогена Pyrenophora teres (оригинал, 2020 г.)

Результаты исследования . Результаты иммунологической оценки 24 районированных сортов ячменя относительно сетчатой пятнистости листьев представлены на рисунке 4.

При ранжировании сортов по степени устойчивости к фитопатогену выделили несколько групп:

– устойчивые сорта — степень поражения до 9 %;

– среднеустойчивые сорта — степень поражения 10–19 %;

– восприимчивые сорта — степень поражения 20–50 %;

– высоковосприимчивые сорта — степень поражения свыше 50 %.

К устойчивым к патогену были отнесены пять районированных сортов: К — 12, Версаль, Мастер, Паттерн и Сармат, степень их поражения составила от 5 до 7 %. К среднеустойчивым сортам были отнесены Каррера, Кондрат, Лазарь, Мадар. К восприимчивым была отнесена наибольшая группа сортов, это Кубагро — 1, КА-7, КА-5/КА-1, Агродеум, Лайс, Амиго, Иосиф, Рандеву, Рубеж. Наибольшей степенью восприимчивости к сетчатой пятнистости листьев ячменя отличались сорта, поразившиеся свыше 50 %, такие как КА-5/КА-3, АС-18 и Романс.

Выводы . В результате иммунологической оценки 24 районированных сортов ячменя против сетчатой пятнистости листьев были выявлены пять устойчивых сортов. Это сорта К — 12, Версаль, Мастер, Паттерн и Сормат, которые рекомендованы для использования в сельскохозяйственном производстве в районах с широким распространением Pyrenophora teres. Устойчивость к заболеванию определятся генотипом сорта. Так как к данному заболеванию практически нет устойчивых сортов, можно говорить о сложности патогена, его высокой адаптационной способности к преодолению устойчивости сорта.

Селекция направлена на выведение устойчивых сортов с высокими качественными показателями и разнообразным генотипом, что приводит к проявлению для фитопатогена одного из главных принципов эволюции, борьбы за существование, в результате которого устойчивость сорта оказывается преодолена и возникает необходимость постоянного непрерывного поиска новых генов устойчивости и выведения новых устойчивых сортов.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ и Администрации Краснодарского края р_Наставник № 19–416–235005

Литература:

1. Белая, А. До рекорда не дотянули. Урожай вырос, но цены на него не упали./ Белая А., Ганенко И. Агроинвестор. 2019. № 11. URL: https://www.agroinvestor.ru/agroinvestor/9942
2. Средняя урожайность ячменя / Информационное агентство Зерно Он-лайн. URL: https://www.zol.ru/srednyaya-urozhajnost-yachmenya.htm
3. Болезни листа и колоса. Информационный сайт о сельском хозяйстве. URL: http://www.agrocounsel.ru/bolezni-lista-i-kolosa
4. Глазунова, Н. Н. Эффективность биологической защиты озимой пшеницы от вредителей / Н. Н. Глазунова, Ю. А. Безгина, Л. В. Мазницына, Е. В. Харченко // Земледелие. 2019. № 8. С. 44–47
5. Влияние пестицидов на окружающую среду. Информационный портал Агрофлора. URL: https://agroflora.ru/vliyanie-pesticidov-na-okruzhayushhuyu-sredu
6. Донцова, А. А. Использование молекулярных методов селекции на устойчивость к сетчатой пятнистости ячменя (Обзор). Научный журнал КубГАУ. URL: http://www.sm1.kubsau.ru/2015/09/93.pdf
7. Астапчук, И. Л. Возбудитель сетчатой пятнистости листьев ячменя: биология, этиология, вирулентность, устойчивость растения — хозяина (краткий обзор). Научный журнал КубГАУ. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozbuditel-setchatoy-pyatnistosti-listiev-yachmenya-biologiya-etiologiya-virulentnost-ustoychivost-rasteniya-hozyaina-kratkiy-obzor
8. Пересыпкин, В. Ф. Сельскохозяйственная фитопатология, 4-е изд., перераб. и доп. — Москва: Агропромиздат. 1989. С. 61
9. Говоров, Д. Н. Обзор фитосанитарного состояния культура в Российской Федерации и прогноз развития вредных объектов в 2015–2019 гг. / Д. Н. Говоров, А. В. Живых, Е. С. Новоселов и др.//Москва, 2016–2020 гг.
10. Бабаянц, Л. Методы селекции и оценки устойчивости пшеницы и ячменя к болезням в странах членах СЭВ / Л. Бабаянц, А. Мештерхази, Ф. Вехтер, Н.Неклеса и др. // Прага. 1988. С. 270–277.