Фитопатогенная опасность сорняков


Борьба с сорняками во многих странах сводится к использованию пестицидов химического синтеза. Альтернативой синтетическим препаратам могут стать биологические и микробиологические средства, которые отличаются от химических большей селективностью действия, а следовательно, экологической безопасностью. Имея в распоряжении штамм высокоспецифического возбудителя фитопатогенных бактерий, можно было бы решить многие проблемы, связанные с сорняками. Однако как в Украине, так и за рубежом ученые сейчас только начинают изучать бактериальные болезни сорняков и их возбудителей.

 

Исследования последних лет показали, что давно известные трофические связи между растениями и микробами гораздо сложнее и многограннее, чем считалось ранее. С помощью современных молекулярно-биологических методов ученым удалось доказать, что растения обладают генетической системой, определяющей успех взаимодействия с окружающим миром, в том числе с микроорганизмами. Микроорганизмы, со своей стороны, также содержат генетические элементы, функционирующие только во взаимодействии с растениями. Иными словами, сосуществование микроорганизмов и растений – это результат установления общей генетической системы, которая создает новую общность организмов. Изучая эти взаимосвязи, микробиологи пополняли знания о бактериальных, вирусных и фитоплазмовых болезнях, которые причиняют значительный вред сельскохозяйственным культурам, снижая количество и качество урожая. Резерватором вышеупомянутых болезней являются сорняки.
В Украине известно около 1500 видов диких сорняков. Они поглощают огромное количество питательных веществ, содержащихся в почве, резко снижают эффективность органических и минеральных удобрений, заглушают и истощают культурные растения, в результате чего усложняются все сельскохозяйственные работы, снижаются урожаи.
Видовой состав сорняков зависит от природных условий. Он может быть разным в пределах одной зоны земледелия, хозяйства и даже севооборота. Многое зависит от биологических свойств и агротехники выращивания той или иной сельскохозяйственной культуры. В специализированной литературе имеются данные о том, что за последние 20 лет засоренность посевов кукурузы в Харьковской области увеличилась в основном за счет злаковых однолетних (просовидных) видов щирицы обычной и повилики полевой. При внесении удобрений засоренность посевов гороха росла за счет мышея сизого, лебеды белой, корнеотпрысковых осота и повилики. То есть посевы сельхозкультур все чаще поражаются корнеотпрысковыми сорняками.
Поиск биологических методов борьбы с сорняками сегодня чрезвычайно актуален. Решить эту проблему можно путем выделения штамма высокоспецифического возбудителя фитопатогенных бактерий в отношении сорняков.
В литературе встречаются только единичные сведения о присутствии фитопатогенных бактерий как эпифитов на некоторых сорняках. Среди них названы Pseudomonas syringae pv. Morsprunorum в США, P. syringae на пыреe в садах, P. syringae pv. syringae i Erwinia amylovora – на сорняках в садах Закарпатья, P. syringae pv. phaseolicola i P. syringae pv. glycinea – в Болгарии на сорняках в посевах бобовых, Xanthomonas campestris – на капустных в США. Кроме того, фитопатогенные бактерии могут находиться и в ризосфере сорняков.
При этом такая проблема, как инфекционность фитопатогенных бактерий для человека и животных, резерваторами которых являются сорняки, осталась без внимания ученых. Но, как подтвердили наши исследования, контакт человека с зараженными фитопатогенными бактериями сорняками часто приводит к нежелательным и тяжелым аллергическим реакциям, длительно незаживающим язвам, отравлениям, дисбактериозам и другим болезням. Особенно это актуально сегодня, когда бесконтрольно выведено с оборота более 10 млн га пашни, которая зарастает сорняками, зараженными «букетом» фитопатогенных бактерий. Таким образом, сорняки, безусловно, являются опасной экологической нишей фитопатогенных бактерий.

Фото 1. Бактериозы и сорняки: ущерб и новые шансы
Мы провели фитопатологическое исследование сорняков, растущих на посевах пшеницы, овса, сои, в садах, на прилегающих и распределительных дорогах. В отобранных образцах пырея ползучего и райграса высокого наблюдались однотипные признаки бактериального поражения. В частности, на листьях были выявлены темные красновато-коричневые штрихообразные или продолговатые некрозы, чаще всего расположенные по краю, реже – по всей листовой поверхности, а также обесцвечивание кончика листка. На стебле – темно-коричневые или рыжевато-бежевые продолговатые некрозы, часто с более темной узкой каймой. Некрозы часто окольцовывали стебель до 5-7 см в длину. На колосе наблюдалось почернение чешуек, зерен, колосового стержня, сам колос был укорочен, недоразвит либо совсем без зерен. На корневищах (пырея) – продолговатые темнокоричневые, почти черные, с фиолетовым оттенком пятна. Бактериологический анализ был проведен на более чем 150 образцах как пораженных, так и здоровых растений.
Выделено более 160 изолятов с серовато-белыми и желтопигментными колониями. Для более детального исследования мы отобрали 40 наиболее агрессивных изолятов с серовато-белыми колониями. Бактериями, отобранными из пораженных образцов сорняков, искусственно были заражены здоровые растения. В результате у них появились симптомы бактериального заболевания растений-хозяев, то есть пырея ползучего и райграса высокого. Следует отметить, что искусственное заражение лучше проявлялось при введении возбудителя в стебель. Листья (особенно молодые) оказались более устойчивы к заболеванию, некрозы на них развивались не всегда.
При искусственном заражении через стебель на инокулированных растениях появлялись характерные некрозы на стебле, пожелтение кончиков листа, а иногда и штрихообразные некрозы. При заражении молодых растений наблюдалась сильная задержка в развитии по сравнению с контролем. При искусственном заражении растений через стебель в фазу выхода колоса развивались значительные некрозы на стебле и наблюдались симптомы, типичные для естественного поражения колоса и зерновок: почернение колосового стержня, чешуек, зерен, остей, укорочение колоса и пустоколосица. Изоляты характеризовались разной степенью агрессивнос ти и вызывали симптомы поражения на различных сельскохозяйственных растениях, а именно на пшенице, овсе, ячмене, ржи, груше, яблоне, томатах. То есть изолированные бактерии не были узкоспециализированными. В отдельных опытах результаты искусственного заражения сравнивали с инокуляцией коллекционными штаммами Института – возбудителями бактериозов плодовых и зерновых культур P. syringae pv. syringae, P. syringae pv. atrofaciens и P. syringae pv. Coronafaciens.
Оксидазоотрицательные бактерии с серовато-белыми колониями, изолированные из внешне здоровых сорняков, были патогенными для растений овса с агрессивностью 1-3 балла в зависимости от штамма. У искусственно зараженного овса сорта Буг образовались поражения, подобные тем, которые наблюдались у больных растений в естественных условиях. Они были характерны для возбудителя ореольного бактериоза P. syringae pv. coronafaciens.
Агрессивность изолятов, выделенных из здоровых сорняков, ниже, чем у штаммов, выделенных из некротических тканей овса. Все изоляты, выделенные из сорняков, вызвали реакцию сверхчувствительности в листьях табака, характерную для фитопатогенных бактерий рода Pseudomonas, но некоторые изоляты – с задержкой на 24-48 ч.
Кроме того, было установлено, что штаммы возбудителя базального бактериоза пшеницы P. syringae pv. atrofaciens поражают такие сорняки, как пырей ползучий, райграс, куриное просо (ежовник), хвощ полевой и осот при их искусственном заражении. Но агрессивность бактерий на сорняках отличалась от агрессивности по инокуляции растения-хозяина. Некоторые штаммы были высокоагрессивны (4 балла) для растений пшеницы и сорняков, другие – высокоагрессивны для пшеницы и хвоща полевого, но проявляли низкую агрессивность на пырее (2 балла). Выявлены также штаммы P. syringae pv. atrofaciens, более агрессивные к хвощу полевому или райграсу, нежели к пшенице.
Часть изолятов, выделенных из пораженных сорняков, по всем исследуемым признакам (культурально-биохимические, наличие пигментов, жирнокислотный состав и серологические свойства) подобна типовому штамму P. syringae pv. syringae 8511, штамму P. syringae pv. coronafaciens 9030 и виду P. syringae по данным определителя бактерий. Поэтому эту группу бактерий мы отнесли к виду P. syringae. Что касается остальных 16 изолятов, выделенных из пораженных сорняков, то по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам они также соответствуют характеристикам рода Pseudomonas, выделенных с P. syringae pv. syrиngae 8511 и коллекционного P. syringae pv. coronafaciens 9030.
Детальные исследования ми провели с березкой полевой на предмет того, может ли она быть экологической нишей возбудителей бактериозов растений. И если да, то насколько выявленные фитопатогенные бактерии опасны для культурных растений, которые она засоряет, и могут ли они быть перспективными в борьбе с таким злостным сорняком, как березка полевая.
На отобранных образцах листьев повилики с признаками бактериальных поражений отмечены светло-бежевые или маслянистые округлые или угловатые пятна размером от 1х1 мм до 15х5 мм, почти всегда без хлоротичной каймы.
Располагались они по всей поверхности листа или по краю в виде ожога. Мелкие пятна сливались, некрозы становились неправильной формы.
Некротизированная ткань впоследствии растрескивалась и выпадала. Стебель, как правило, не поражался. Только у образцов, собранных во второй половине лета 2009 года, на стеблях иногда появлялись удлиненные коричневые пятна разных размеров. Из пораженных образцов повилики полевой изолированы бактерии, часть которых на питательной среде (картофельный агар) растет в виде колоний желтого цвета, а часть – серовато-белых.
У изолятов проверены патогенные свойства в отношении растения-хозяина, а у самых агрессивных – дополнительно в отношении сои. Следует отметить, что 2007 год был благоприятным для проявления симптомов искусственного инфицирования всех органов сои, в то время как в 2008-2009 годах листья и стебли сои оказались достаточно устойчивыми к искусственному заражению. Наверное, сухое и жаркое лето этих лет (земля была очень сухая, с множеством трещин) было неблагоприятным для развития бактериозов. Во все годы исследований бобы сои были чувствительны к искусственному заражению, симптомы инфицирования на них в условиях поля и вегетационного домика были ярко выраженными.
Следует отметить, что в 2007 году из пораженных образцов повилики полевой были изолированы фитопатогенные бактерии с серовато-белыми колониями, идентифицированные как Pseudomonas syringae. В 2008-2009 годах изоляты с сероватобелыми колониями изолировались только в ранние сроки вегетационного периода. В поздние сроки изоляции подвергались изоляты только с желтыми колониями. Интенсивность окраски и оттенок цвета (от кремового до розово-оранжевого) колоний часто зависели от сезона и партии картофельного агара (питательной среды), на котором культивировались бактерии. Изоляты с желтыми колониями идентифицированы как Curtobacterium sр, некоторые изолятов определить не удалось.
Проверка агрессивности изолятов показала, что они характеризуются разной вирулентностью и степенью агрессивности по отношению к растению-хозяину, а также к сое. При искусственном заражении изоляты P. syringae на листьях повилики полевой достаточно хорошо развивались и имели бежевую окраску. Кроме того, некротические поражения наблюдались в виде отдельных пятен по всей поверхности листа или очень больших (на 1/3 листа) вдоль сетчатки. На стеблях сначала развивались водонасыщенные пятна, а затем пораженные ткани некротизировались. При сильном поражении стебель ломался.
Изоляты бактерий с желтыми колониями, идентифицированные как Curtobacterium sр, оказались менее агрессивны, чем изоляты P. syringae. При искусственном заражении растений на листьях появлялись угловатые некрозы и незначительные поражения стебля повилики полевой. Некрозы имели красновато-коричневую кайму, а некротическая ткань была более интенсивно окрашена по сравнению с поражением P. Syringa. Высокоагрессивные изоляты Curtobacterium sр. были патогенными в отношении бобов сои, на которых изначально развивались бежево-коричневые некрозы, а вскоре бобы усыхали и часто отпадали.
Итак, в результате исследований было доказано, что такие сорняки, как березка полевая, пырей ползучий и райграс высокий, поражаются возбудителями бактериальных болезней P. syringae, P. viridiflava, Pseudomonas sp, Curtobacterium sр. и т.п. Возбудители бактериозов зерновых культур P. syringae pv. coronafaciens и P. syringae pv. atrofaciens, Curtobacterium sр. при искусственном заражении вирулентны к разным видам сорняков. Фитопатогенные бактерии P. syringae pv. Coronafaciens выживают на внешне здоровых сорняках, растущих в их посевах. Следовательно, сорняки могут быть резерваторами первичной инфекции и нести угрозу посевам сельскохозяйственных культур, а соответственно, и здоровью человека.

 

Владимир Патыка, завотделом фитопатогенных бактерий, доктор биологических наук, профессор

Людмила Яковлева, старший научный сотрудник отдела фитопатогенных бактерий

Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного НАН Украины